CC BY
162
методов для базового и продвинутого курсов; наличие русскоязычного интерфейса; сложность освоения интерфейса; полнота и качество справочной системы, наличие обучающих примеров и видеоуроков; обеспеченность дополнительной литературой по работе с программой; сложность воспроизведения моделей; возможность одновременной работы с несколькими файлами; наличие интеграции между отдельными модулями программы; быстродействие программы; цена и др. Оценена возможность и целесообразность использования этих программных продуктов в высших учебных заведениях для подготовки высококонкурентоспособного, профессионально компетентного специалиста, востребованного на современном рынке труда.
УДК 624.131.7
В. А. Козионов1, А. К. Алдунгарова2, А. И. Менейлюк3, К. М. Самат4
:к.т.н., профессор, 2PhD., ассоц. профессор, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, Казахстан; 3д.т.н., профессор, Одесская государственная архитектурно-строительная академия, г. Одесса, Украина; 4магистр, ведущий специалист, РГП «Госэкспертиза» по Павлодарской области, г. Павлодар, Казахстан
e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
РАСЧЕТ СТОЛБЧАТЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА НЕЛИНЕЙНО ДЕФОРМИРУЕМОМ ОСНОВАНИИ ПО ПРОГРАММЕ SCAD
Обоснована методика расчета столбчатых фундаментов, учитывающая взаимодействие здания и нелинейно-деформируемого основания. С использованием инженерного метода прогноза нелинейных осадок фундаментов и компьютерной программы SCAD разработан алгоритм совместного расчета системы «основание — фундамент — надземная конструкция».
Ключевые слова: алгоритмы расчета, взаимодействие здания и основания, нелинейная осадка фундамента, программа SCAD.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы в проектных организациях Республики Казахстан большое распространение получила программа SCAD. Расчетами по данной программе методом конечных элементов можно отразить совместную работу здания и основания, далее «система», особенности проектируемого объекта и др. Вместе с тем, реализация расчетов ограничивается отсутствием в SCAD программы для определения размеров фундаментов, в том числе с учетом нелинейной работы основания. Это снижает возможности применения конечного элемента КЭ51, имеющегося в библиотеке программы, для учета нелинейной осадки основания при расчетах фундаментов.
Целью работы является разработка методики расчета столбчатых фундаментов с учетом нелинейной работы грунтов основания в рамках «системы» по программе SCAD.
Отметим, что совместные расчеты зданий и оснований в нелинейной постановке рекомендуются нормами [1, 5 с.] и начинают использоваться в практике геотехнического проектирования [2, 59 с.].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В работе комплексно используется программа SCAD и инженерный метод расчета нелинейных осадок фундаментов [3, 2 с.]. По данному методу осадка фундамента S за пределами расчетного сопротивления грунта R, т.е. при среднем давлении по его подошве P>R, определяется по формуле
S = Sr{ + [(Pu-R)(P--azg0) • (Pv - P)J, (1)
где SR - осадка, полученная методом послойного суммирования для давления под фундаментом Р = R;
PU - предельное сопротивление основания;
CTzg0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.
Рассмотрим особенности использования формулы (1) для расчета фундаментов в рамках «системы». Основная проблема расчета оснований и столбчатых фундаментов с учетом жесткости надземных конструкций состоит в том, что величина среднего давления по подошве фундамента и расчетного сопротивления грунта зависят от геометрических размеров фундаментной конструкции. От этих параметров зависит также и осадка фундамента, что вызывает неопределенность вычисления усилий, передаваемых на него в рамках совместного расчета «системы». Ниже предлагается алгоритм решения задачи путем расчета «системы» в два этапа.
На первом этапе производится расчет «системы» в предположении жесткого защемления фундаментов в грунте с определением действующих на них нагрузок. Далее назначается расчетная модель основания и по полученным нагрузкам устанавливаются с использованием стандартных программ (Фундамент, Мономах и др.) требуемые размеры подошвы bon, aon и осадки фундаментов методом послойного суммирования Son, а также величины SR при давлении по его подошве P = R По рассчитанным осадкам фундаментов и средним давлениям по их подошвам вычисляются для каждого фундамента коэффициенты жесткости С (кН/м). Затем в расчетную схему фундамента добавляется вместо абсолютно жестких опор из библиотеки SCAD специальный конечный элемент типа КЭ51, учитывающий податливость опорной связи. В заключение выполняется расчет «системы» с учетом податливости основания и определяются уточненные нагрузки на фундаменты. Если полученные значения нагрузок на фундаменты существенно отличаются, то проводится второй цикл расчетов с определением их размеров и осадок. Расчет «системы» повторяется до тех пор, пока данные по нагрузкам последнего цикла практически не будут отличаться от данных предыдущего цикла (рисунок 1).
На втором этапе выполняется расчет фундамента с учетом нелинейного деформирования основания в соответствии с концепцией [1, 15 с.]. Здесь
первоначально анализируются осадки фундаментов при давлении по его подошве Р = Я. Если их величины не превышают 0,4^, то расчетное сопротивление грунта под фундаментами повышается на 20 % и по полученному значению Яя=1,2Я определяются их уточненные размеры. При S > 0,7^, Я. Для 0,7^ > S > 0,4^ величина Яп определяется интерполяцией. Далее для уточненных размеров фундамента определяются: давление по его подошве Р; осадка фундамента SR при Р = Я; предельное сопротивление грунта основания Ри . Используя эти значения по формуле (1) определяется осадка фундамента S при Р > Я и проверяется условие S < SU. При этом необходимо чтобы осадка фундамента, вызванная повышенным давлением, не превышала 0,8^, а давление по его подошве не превышало Ри .
Рисунок 1 - Укрупненная блок-схема расчета фундаментов (этап 1)
Если эти условия не выполняются, то производится корректировка размеров фундамента, параметров опор КЭ51, уточнение расчетной схемы здания и его расчет. Если полученные результаты существенно отличаются от данных первого цикла, то расчет повторяется до достижения указанных выше требований (рисунок 2).
Рисунок 2 - Укрупненная блок-схема расчета фундаментов (этап 2)
Отличие изложенного алгоритма от известной методики [4, 3 с.] состоит в учете нелинейной деформируемости основания в рамках расчета «системы» по программе SCAD по зависимости (1).
Реализацию изложенного алгоритма рассмотрим на примере расчета каркасного многоэтажного административно-торгового комплекса и гостиницы в г. Павлодаре. Фундаменты, колонны, перекрытия и покрытия, лестничные площадки выполнены их монолитного железобетона, стены - из пенобетона. Кровля - совмещенная, рулонная «Рукан». Основанием здания является супесь коричневая твердая до глубины 10 м, подстилаемая пылеватым песком, средней плотности насыщенным водой.
Расчет выполнялся в рамках единой системы «здание-фундамент- основание» методом конечных элементов согласно алгоритмам, приведенным на рисунках 1 и 2 по программе SCAD. Конечно - элементная модель здания приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Конечно-элементная модель здания
Характерные результаты выполненных расчетов некоторых конструктивных элементов здания приведены на рисунках 4 и 5.
Из рисунка 4 видна разница в деформированном состоянии монолитных плит перекрытия и осадок фундаментов для вариантов опор на абсолютно жестком основании (рисунок 4а) и податливых связей на нелинейно деформируемом основании рисунок 4б. Эти особенности оказывают влияние на величину передаваемых на фундаменты нагрузок (рисунок 5), что обусловливает изменения их размеров, осадок, расхода бетона и арматуры.
а - абсолютно жесткие опоры; б - нелинейное основание Рисунок 4 - Деформированное состояние здания
а) б)
а - абсолютно жесткие опоры; б - нелинейное основание Рисунок 5 - Эпюры продольных сил N в колоннах первого этажа
По полученным из численного моделирования работы каркаса нагрузкам выполнены расчеты трех характерных фундаментов (Ф-1, Ф-2, Ф-3) с применением программы «Фундамент» для трех вариантов взаимодействия здания и основания: фундаменты на абсолютно жестких опорах; фундаменты на линейно деформируемом основании; фундаменты на нелинейно деформируемом основании. Результаты расчетов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты расчетов фундаментов
Наименование показателей Фундаменты
Ф 1 Ф 2 Ф 3
Абсолютные жесткие опоры
Размеры фундамента а х в, м 1,79х1,79 1,79х1,79 2,39х2,39
Нагрузки на фундамент: N тс 112 112 209
Му тс^м/Мх 2,29/1,82 -1,25/2,23 0,31/-0,05
Рх тс^у -2,06/1,81 1,38/2,04 -0,2/-0,12
Осадки фундамента, мм 34,49 34,28 66,26
Расход бетона, куб. м. 2,94 1,43 1,79
Податливые опоры на линейно дефо эмируемом основании
Размеры фундамента а х в, м 2,17х2,17 1,71х1,71 1,8х1,8
Нагрузки на фундамент: N - тс 169 95,5 106
Му - тс-м/Мх -11,32/6,66 -8,95/-10,77 -19,79/6,12
Р - тс 6,88/3,55 3,26/-11,17 10,66/3,1
Осадки фундамента, мм 41,79 22,17 25,08
Податливые опоры на нелинейно деформируемом основании
Размеры фундамента а х в, м 1,87х1,87 1,41х1,41 1,51х1,51
Нагрузки на фундамент: N тс 169 95,5 106
Му тс- м/Мх -11,32/6,66 -8,95/-10,77 -19,73/6,12
Рх тс^у 6,88/3,55 3,26/-11,17 10,66/3,1
Осадки фундамента, мм 58,1 32,33 34,3
Расход бетона, куб. м. 2,46 1,36 1,46
Из таблицы 1 следует, что учет нелинейного деформирования основания в расчетах «системы» существенно влияет на величину нагрузок на фундаменты и позволяет за счет некоторого увеличения их осадок и обоснованного повышения расчетного сопротивления грунтов основания снизить расход материалов на их устройство. Так, результаты выполненных расчетов показали возможность уменьшить расход бетона на 4,8-18,4 %, а стоимость на 10,8 %-16,5 %.
ВЫВОДЫ
Основной спецификой разработанного алгоритма расчета является применение апробированного в практике инженерного метода определения осадок фундаментов
в комплексе со специальным типом конечных элементов КЭ 51 программы SCAD. Отметим, что в рамках изложенной методики расчетов возможно использование, при обосновании, вместо формулы (1) других практических и численных методов определения нелинейных осадок фундаментов. Особенностью методики является также использование в качестве исходных данных характеристик грунтов, определяемых по результатам стандартных инженерно-геологических изысканиях, что упрощает ее применение в проектных расчетах.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 МСП 5.01-102-2002. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. - Астана, 2005. - 106 с.
2 Основы совместных расчеты зданий и оснований [Текст] : [монография] / В. М. Улицкий, А. Г. Шашкин, К. Г. Шашкин, В. А. Шашкин. - СПб. : Изд-во «Геореконструкция», 2014. - 327 с.
3 Малышев, М. В. Прогноз осадок фундаментов неглубокого заложения с использованием обоих критериев предельных состояний [Текст] М. В. Малышев // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1996. - № 1. - С. 2-4.
4 Кабанцев, О. В. Моделирование деформационных свойств оснований [Текст] / О. В Кабанцев. [Электронный ресурс]. - Scadsoft.com /download/kabancev 2011.pdf. - 24 с.
Материал поступил в редакцию 12.12.16.
В. А. Козионов1, А. К, Алдунгарова2, А. И. Менейлюк3, К. М. Самат4
SCAD баFдарламасы бойынша сызыксыз деформацияланатын непзшде
батаналы 1ргетастарды есептеу
1,2С. ТораЙFыров атындаFы мемлекетлк университет^ Павлодар к., ^азакстан;
3Одесса мемлекетлк сэулет-курылыс академиясы, Одесса к., Украина;
4 Павлодар облысы бойынша «Мемсараптама» РМК, Павлодар к., К^азакстан.
Материал 12.12.16 баспаFа тусл.
V. A. Kozionov1, А. K. Aldungarova2, А. I. Meneilyuk3, К. М. Samat4
Calculation of pier foundation on the nonlinear deformable base by program SCAD
1,2S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, Kazakhstan;
3Odessa State Academy Of Architecture And Construction, Odessa, Ukraine;
4RSE «Gosexpertiza», Pavlodar, Kazakhstan.
Material received on 12.12.16.
Fимараттыц жэне сызыцсыз деформацияланган iргесiн взара эрекетт ескерудегi баганалы iргетастарды есептеудщ эдкт негЬздеу. Инженерлк эд^пен iргетастардыц сызыцсыз отыруын болжау бойынша жэне SCAD компьютерлк багдарламасын пайдаланып «Нег1з — iргетас — жер бетiндегi конструкция» жуйе бойынша бiрлескен есептеу алгоритмт жасау.
There is justified the calculation methodfor strip and pierfoundation, considering the building interaction with nonlinear deformable basis. Using the engineering prediction method the nonlinear subsidence foundation and SCAD software, the algorithm of calculation system «basis —foundation — over ground structure» was developed.
УДК 669.046 Д. Б. Куатов
магистрант, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
e-mail: [email protected]
ПЕРЕРАБОТКА ШЛАКА В ЧЕРНОЙ МЕТАЛУРГИИ ПУТЕМ ДРОБЛЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
В настоящей статье автор описывает один из способов переработки шлака в черной металлургии путем дробления и извлечения дополнительного сырья. Ключевые слова: переработка, шлак, черная металлургия, дробление, сырье.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема переработки шлакоотвалов на металлургических заводах является одной из наиболее актуальных в металлургии. Одним из источников являются шлаковые отвалы, накопленные металлургическими предприятиями за много лет интенсивного производства. Шлаковые отвалы представляют собой техногенные месторождения смеси металлических и оксидных составляющих, каждая из которых является ценным сырьем. Извлечение из шлака металлических компонентов, содержащих хром, и использование их для производства сталей и сплавов позволяет существенно повысить экономические показатели металлургического производства. Вторая часть переработки шлакоотвалов - шлаковая фракция - пригодна для использования в дорожном строительстве и производстве строительных материалов. Комплексная переработка техногенного сырья - отвалов металлургических шлаков - является актуальной не только с экономической, но и с экологической точки зрения. Переработка шлакоотвалов показывает путь решения одной из наиболее важных экологических задач - очистку территорий от крупнотоннажных отходов, какими являются шлаки металлургического производства. Шлаковые отвалы служат источниками пылеобразования, негативно влияют на состояние окружающей среды, загрязняя грунтовые воды и поверхностные источники тяжелыми металлами, занимая значительные земельные территории.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Разработанная концепция переработки шлакового отвала Аксуского завода ферросплавов как техногенного месторождения полезных ископаемых, включает оценку запасов техногенного месторождения, выявление количества, формы,
