CC BY
24Расчёт плиты переменной жёсткости на упругом основании в различных программных комплексах
Преснов Олег Михайлович
кандидат технических наук, доцент Сибирский федеральный университет, presn955@mail.ru
Новик Даниил Евгеньевич
студент, Сибирский федеральный университет, novikd108@mail.ru
В данной работе была рассчитана плита в двух различных расчётных комплексах SCAD Office и PLAXIS 3D. Данное сравнение необходимо для полного понимания процессов расчёта фундаментных плит, с учётом всех факторов, влияющих на него. Так же актуальность этой работы доказывает необходимость выбора наилучшего программного обеспечения для данного типа расчётов. Расчёт совместной работы сооружений и оснований, сейчас проделываются лишь в упругой постановке, с использованием простых методов таких, как использование коэффициентов постели, однако большое количество работ по-свящённых конструированием фундаментов в программных комплексах, в последнее время, вызвано актуальностью этой темы. Учитывая отсутствие в настоящее время общепризнанной целой технологии проектирования пространственных конструкций строений вместе с грунтовыми основаниями немаловажной темой является выбор модели грунтового основания. Распространение и появление программных комплексов для трёхмерного моделирования, например Plaxis 3D, позволило специалистам и проектировщикам дать возможность создать модель пространственных конструкций сооружений и применить наиболее сложные модели грунтов. Ключевые слова: СП 22.1330.2011; SCAD; КРОСС; Plaxis; фундамент; основание.
Основание, фундамент и наземное строение неразрывно связаны, воздействуют одно на другое и их необходимо рассматривать как единую цельную систему. В свою очередь, главные габариты фундамента и конструктивная схема сооружения обусловливаются геологическим сложением сжимающих грунтов, а также передаваемым давлением. Конструирование фундаментов и оснований базируется на, обладающем рядом особенностей, проектировании основных размеров фундамента и модели конструктивных составляющих. Главная цель заключается в том, чтобы рассмотреть фундамент как отдельную конструктивную единицу, а так же изучить работу её, совместно со зданием. Задание является сложным так как, приходится учитывать особенностями строительной площадки, и условия производства работ, причем для одной и той же площадки возможно вариантное проектирование, а в свою очередь деформация и устойчивость грунтов обусловлены условностями приложения нагрузок, габаритов подземной части и конструкции комплексного сооружения.
В данной работе мы используем различные варианты грунтов, намоделированные в программных комплексах PLAXIS 3D и SCAD. А так же анализируем значения осадки для одного индивидуального расчетного случая, исходя из результатов использования нормативной методики значений.
Исходными данными для расчёта являются: песок средней крупности, удельный вес которого составляет 1700 Т/м3; модуль деформации - 25 Т/м2; модуль упругости - 208,33 Т/м2; коэффициент Пуассона - 0,35.
Условно принимаем здание с неполным каркасом (Рис. 1). Стены (расположенные по контуру здания), толщиной 250 мм., выполнены из бетона класса В15; нагрузка, передающаяся на стену - 30 Т/м. Колонны принимаем сечением 600х600 мм, из бетона класса В20. Нагрузка, приходящаяся на одну колонну равна 1500 кН. Плита, используемая для расчёта, толщиной 1 м., бетона класса В20. В соответствии с нормативами, все элементы расчётной схемы необходимо рассчитывать в совокупности с основанием. Есть несколько путей решения поставленной задачи.
Если проанализировать модель с распределёнными напряжениями и осадкой исключительно в границах контакта объекта с основанием. Такая модель называется Моделью Винклера. Главными особенностями модели Винклера является то что, вне площадки загружения осадки приравнивается к нулю, осадка фундамента, в свою очередь, в точке напрямую соразмерна величине давления, осадки появляются в месте приложения нагрузки.
В случае с моделью линейно-деформируемого фундамента, грунтовая основа линейно-деформируемая, а это значит, что она позволяет предопределять НДС
X X
о
го А с.
X
го m
о
м о м
CJ
fO
сч о cs
о ш m
X
<
m О X X
грунта целого основания. В отличии от модели Винклера расчет осадки идет за границы площади загружения.
Для данной вышеописанной задачи было принято решение предпочесть билинейную модель. Билинейная модель - это улучшенная образец линейно-деформируемой основы, который предусматривает существование у грунта прочности. В качестве начального шага был произведён расчёт в программном комплексе SCAD Office. Чтобы определить переменный коэффициент постели применяется программное обеспечение «КРОСС». Опирание фундаментной плиты на грунт в SCAD Office необходимо задавать переменным коэффициентом постели, то есть коэффициентом Винклера. После разбиения на конечные элементы, установки расчетных совокупностей усилий, задания основных конструктивных элементов а так же, устновки жесткостей и сбора нагрузок, получена расчетная схема (Рис. 2). Шаг разбиения выбран 0,5 м.
-'v-v.v- 'л■:."".У
1,1 п> Г :
Рисунок 2 -3D
Итоги расчёта фундаментной плиты в Plaxis
Рисунок 1 - Расчётная схема
Чтобы начать расчёт внесение коэффициента основания недостаточно, так как коэффициенты постели предусматривают граничные условия лишь по горизонтальной оси. Потому требуется, чтобы такая плоскость, в которой располагаются торцы колонн, была неподвижна. Поэтому целесообразным вариантом будет закрепить все узлы гибкими связями по этой оси, таким образом, получилось разрешить вышестоящий вопрос и сохранить геометрическую неизменяемость расчетной схемы. Появится сосредоточение напряжений, в варианте неподвижного закрепления некоторых узлов. В конечном итоге линейного расчета в SCAD были получены требуемые значения, а затем загружены в «КРОСС». Вышеуказанное ПО помогает назначать напряженно-деформированную основу без учета второго коэффициента постели исходя из того, что первый коэффициент постели считается посредством осадки, которые в свою очередь рассчитываются с учетом распределительной способности основания.. Для сравнения расчётов контрольным показателем была получена осадка фундаментной плиты. Значение осадки в данном программном комплексе равняется - 4-5 см.
Следующим шагом был произведен расчёт в программном комплексе Plaxis 3D. Исходные данные были заданы идентичные первому расчёту. Но с определёнными условностям. В программе Plaxis 3D, в отличии от SCAD Office есть возможность создать точную модель испытываемого грунта, а так же полный спектр всех физико-механических характеристик. Балки и колонны задаются элементами Beam, связи - элементами Anchor, плиты - элементами Plate. Так же необходимо присвоить Negative Interface (интерфейс со стороны контакта с грунтом) фундаментной плите.
Заключение
По результатам расчёта можно заметить, что осадка в двух сравниваемых программных комплексах примерно одинаковая. В Plaxis 3D осадка получилась 4,9 мм. Хоть осадка и получилась примерно одинаковой, что означает одинаковую эффективность двух сравниваемых программных комплексов, однако в Plaxis 3D есть возможность более точно и наглядно выполнить расчёт. Геофизические характеристики грунта влияют на выбор модели грунта, условий нагружения и прочих нужных для расчёта показателей. Необходимо рассматривать выбор конкретной модели грунта отдельно под каждый уникальный расчетный случай. Помимо представленных типов грунта в Plaxis 3D имеется упругопла-стическая модель с изотропным упрочнением Hardening Soil Model, которая способна ещё более точно симулировать реальное поведение грунта. Такое ПО, как Plaxis 3D обладает достаточно большим количеством параметров для воссоздания грунтовых условий. Так же было проведено сравнение расчёта данной конструкции ручным методом. Результаты данного анализа показали примерно похожую осадку, однако на ручной расчёт было затрачено гораздо больше времени. При этом ручной расчёт не обладает такой наглядностью и точностью, в отличии от специализированных программных комплексов.
Литература
1. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*
2. Фундаменты / рук.проекта С. М. Кочергин. -Москва : Стройинформ, 2006. - 224 с.
3. Тетиор, Александр Никанорович. Фундаменты : учеб. пособие для студентов вузов / А. Н. Тетиор. -Москва : Академия, 2010. - 396 с.
4. Берлинов, М. В. Расчет оснований и фундаментов : учебное пособие / М. В. Берлинов, Б. А. Ягупов. - 3-е изд., испр. - Санкт-Петербург : Лань, 2021. - 272 с.
5. Уткин, В. С. Расчет надежности основания плитных фундаментов по осадке / В. С. Уткин, А. А. Каберова. - (Теоретические и экспериментальные исследования). -Текст : непосредственный // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2015.
6. Сафина, Альбина Гаптельнуровна. Пути повышения достоверности прогноза напряженно-деформированного состояния оснований плитных фундаментов : автореферат дис. ... канд. техн. наук : 05.23.02 : защищена 28.10.2011 / А. Г. Сафина ; науч. рук. работы А. В. Пилягин ; Марийск. гос. техн. ун-т. - Волгоград, 2011. - 23 с.
7. Кусаинов, А. А. Проектирование плитных фундаментов зданий на слабых основаниях в сейсмических зонах с использованием методики еврокодов / А. А. Кусаинов, В. А. Хомяков, В. В. Гуменюк. - (Основания и фундаменты, подземные сооружения). - Текст : непосредственный // Промышленное и гражданское строительство. - 2018.
Calculation of a slab of variable stiffness on an elastic foundation in
various software systems Presnov O.M., Novik D.E.
Siberian Federal University
JEL classification: L61, L74, R53_
In this work, a slab was calculated in two different calculation systems SCAD Office and PLAXIS 3D. This comparison is necessary for a complete understanding of the processes of calculation of foundation slabs, taking into account all the factors influencing it. Also, the relevance of this work proves the need to select the best software for this type of calculation. The calculation of the joint work of structures and foundations is now done only in an elastic formulation, using simple methods such as the use of bed coefficients, however, a large number of works devoted to the design of foundations in software systems have recently been caused by the relevance of this topic. Given the current lack of a generally recognized whole technology for designing spatial structures of buildings together with soil foundations, an important topic is the choice of a soil foundation model.
The spread and emergence of software systems for three-dimensional modeling, such as Plaxis 3D, allowed specialists and designers to create a model of spatial structures of structures and apply the most complex soil models.
Keywords: SP 22.1330.2011; SCAD; CROSS; Plaxis; foundation; base.
References
1. SP 22.13330.2011 Foundations of buildings and structures. Updated version of SNiP 2.02.01-83*
2. Foundations / hand of the project S. M. Kochergin. - Moscow : Stroyinform, 2006. - 224 p.
3. Tetior, Alexander Nikanorovich. Foundations : studies. handbook for university students / A. N. Tetior. - Moscow : Academy, 2010. - 396 p.
4. Berlinov, M. V. Calculation of foundations and foundations : textbook / M. V. Berlinov, B. A. Yagupov. - 3rd ed., corrected - St. Petersburg : Lan, 2021. - 272 p.
5. Utkin, V. S. Calculation of reliability of slab foundation on soil bases by sag criterion / V. S. Utkin, A. A. Kaberova. - (Theoretical and experimental studies). - Text : direct // Earthquake-resistant construction. Safety of structures. - 2015.
6. Safina, Albina Gaptelnurovna. Ways to increase the reliability of the prediction of the stress-strain state of the foundations of slab foundations : abstract of the dissertation of the Candidate of Technical Sciences : 05.23.02 : protected 28.10.2011 / A. G. Safina ; scientific hand. works by A.V. Pilyagin ; Mariisk. state Technical University. un-T. - Volgograd, 2011. - 23 p.
7. Kusainov, A. A. Design of slab foundations of buildings on weak foundations in seismic zones using the Eurocode methodology / A. A. Kusainov, V. A. Khomyakov, V. V. Gumenyuk. - (Foundations and foundations, underground structures). - Text : direct // Industrial and civil construction. - 2018.
X X
о
го А с.
X
го m
о
м о м
CJ
