Анализ взаимодействия плитного фундамента и грунта основания в виде коэффициента постели

Анализ взаимодействия плитного фундамента и грунта основания в виде

коэффициента постели

В.Л. Щуцкий, В.В. Будник, И.В. Кондрик

Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: Рассматриваются актуальные проблемы расчетов железобетонных фундаментных плит. Проводится полный расчет железобетонной фундаментной плиты 17-ти этажного жилого здания на основе метода конечных элементов с помощью расчетного комплекса со сбором нагрузок в соответствии с СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Изучается зависимость распределения зон максимальной осадки плиты от формы здания и расположения нагрузок. Порезультатам расчетов выполнен анализ полученных результатов и сделаны выводы.

Ключевые слова: метод конечных элементов, коэффициенты упругого основания, максимальная осадка здания, SCAD 11.3, коэффициент постели.

Инновационные исследования в проектировании строительных конструкций ориентируются на опыт развития знаний об основных характеристиках грунта оснований. Наиболее важным, как это представляется авторам, является обмен опытом и информацией в процессе совершенствования технологий отрасли. Обобщив знания о зонах максимальной осадки, полученных с помощью различных методик расчета с отличающимися грунтовыми условиями возможно достичь новых взглядов на распределение участков для усиления основания [1].

Здание из линейных, плоскостных горизонтальных и вертикальных элементов в монолитном исполнении смоделировано в системе "SCAD 11.3".

Расчетная схема здания и презентационная модель представлены на рис. 1.

Рис. 1. - Расчетная схема здания. Презентационная модель

В основу расчета положен метод конечных элементов с использованием в качестве основных неизвестных перемещений и поворотов узлов расчетной схемы. В связи с этим идеализация конструкции выполнена в форме, приспособленной к использованию этого метода, а именно: система представлена в виде набора тел стандартного типа (стержней, пластин, оболочек и т.д.), называемых конечными элементами и присоединенных к узлам [2-5].

Тип конечного элемента определяется его геометрической формой, правилами, определяющими зависимость между перемещениями узлов конечного элемента и узлов системы, физическим законом, определяющим зависимость между внутренними усилиями и внутренними перемещениями, и набором параметров (жесткостей), входящих в описание этого закона и др[8-10].

Глубина заложения плитного фундамента конструктивно принята 1,5 м. Толщина фундаментной плиты 0,9м.

Размер фундаментной плиты в плане, конструктивно принятый на 0,5 м больше габаритных размеров здания на уровне цоколя с каждой стороны, составил 24,5x28,1 м.

Фундаментной плите были назначены коэффициенты упругого основания (согласно инженерно-геологическим данным), а так же наложены связи (Х,У). Коэффициенты упругого основания были вычислены в программе «Кросс», входящей в комплекс «БСЛООГйсе» от комбинации загруженийЬ1-1+Ь2-0.9+Ь3-0.9+Ь4-0.9+Ь5-0.9+Ь6-0.9+Ь7-0.9+Ь12-0.9+Ь13-0.9 + Ы8-1+Ь19-0.9+Ь20-0.45.

Таблица № 1

Характеристика грунтов основания

Наименование Уд.ве с, Т/м3 Модуль деф-ии, Т/м2 Модуль упругости, Т/м2 Коэфф. Пуассона Давление переуплотнения, Т/м2 Отметка верхней границы, м

суглинки ту-гопластичные 1,97 1315 10958,333 0,3 5 122,4

суглинки 2,05 1710 14250 0,3 5 124,75

глины 2 2640 22000 0,3 5 119,24

суглинки 2 2070 17250 0,3 2,5 117,72

пески 1,96 1430 11916,667 0,3 0 114,45

суглинки 2,05 1710 14250 0,3 5 112,09

суглинки полутвердые 2,07 2210 18416,667 0,3 5 107,99

Координаты расположения скважины №1 14,131:12,138. Нагрузка на

2

фундаментную плиту 0,01Т/м .Отметка подошвы фундаментной плиты 124,4 м. Нижняя отметка сжимаемой толщи определяется в точке с координатами: (0;0) м.

Результаты расчета представлены на рис. 2, 3.

Диапазоны Т / м

1 46,439 - 1 77,3 1 77,3 - 208,16 208,16 - 239,021 239,021 - 269,881 269,881 - 300,741 300,741 - 331 ,602 331 ,602 - 362,462 362,462 - 393,323 393,323 - 424,183 424,183 - 455,044 455,044 - 485,904 485,904 - 516,765 516,765 - 547,625 547,625 - 578,486 578,486 - 609,346 609,346 - 640,206

Рис.2. - Коэффициенты постели

Диапазоны см

4,49 - 5 5,454 -6,419 -7,384 -8,349 -9,314 -10,278 1 1 ,243 12,208 13,173 14,138 15,103 16,067 17,032 17,997 18,962

454 6,419 7,384 8,349 9,314 10,278

- 1 1 ,243

- 12,208

- 13,173

- 14,138

- 15,103

- 16,067

- 17,032

- 17,997

- 18,962

- 19,927

Рис.3. -Вертикальные перемещения фундаментной плиты в процессе

осадки грунта основания

3

1) Минимальное значение коэффициента постели 146,439 Т/м ;

2) Максимальное значение коэффициента постели 640,206 Т/м ;

3) Среднее значение коэффициента постели 198,34 Т/м ;

4) Среднеквадратичное отклонение коэффициента постели 0,012.

Отметка сжимаемой толщи определялась в точке с координатами

м. Нижняя отметка сжимаемой толщи в данной точке 107,264 м. Толщина слоя сжимаемой толщи в данной точке 17,136 м. Крен фундаментной плиты 0,022 град. Суммарная нагрузка 21037,432 Т.

Максимальная расчётная осадка плитного фундамента 8=19, 927 см.

Предельная деформация основания в виде осадки согласно нормативной документации для многоэтажных зданий с полным железобетонным каркасомравна 15 см. Для зданий с фундаментами в виде сплошных плит предельные значения средних осадок допустимо увеличивать в 1,5 раза: [8]=15 см-1,5=22,5 см [7].

Так как, максимальная расчётная осадка плитного фундамента 8=19,927 смменьшепредельного значения средней осадки [8]= 15 см-1,5=22,5 см, то расчёт по деформациям основания плитного фундамента выполнен успешно.

Анализируя результаты расчета основания, можно сделатьвывод, что модель с использованиемкоэффициентов постели является достаточно простотой в реализации и позволяет посредствомдеформированных схем с определенной точностью спрогнозировать поведение конструкции вреальных геологических условиях с заданными нагрузками [6].

Учет основания при моделировании железобетонных конструкций является важнейшим фактором, влияющим на напряженно-деформируемое состояние конструкции.

Литература

1. Кравченко Г.М., Коробкин А.П., Труфанова Е.В., Лукьянов В.И. Критерии оценки динамических моделей железобетонного каркаса здания «Журнал ScienceTime. Выпуск №12», Казань, 2014. С. 256-259.

2. Акопян В. Ф. и др. Новые виды свай //Инженерный вестник Дона, 2011, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2011/437.

3. Акопян В. Ф. Испытания моделей винтовых свай //Инженерный вестник Дона, 2012, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2012/620

4. Панасюк Л. Н. и др. Монолитная и сборно-монолитная разновидности винтовой сваи АКСИС //Инженерный вестник Дона, 2012, №4-2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1241.

5. Зотова Е. В., Хо Ч., Акопян В. Ф. Определение влияния вспомогательного ростверка на несущую способность сваи усиления цокольного здания с учетом неравномерной осадки в г. Белово Кемеровской области // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1706/.

6. Акопян В. Ф., Четвериков А. Л., Конопацкий С. А. Экспериментально- теоретическое обоснование возможности использования ввинчиваемых свай в качестве армоэлементов //Перспективы науки. - 2012. - №. 2. - С. 6769.

7. Акопян В.Ф. Армирование грунтового массива винтовыми бетонными элементами АКСИС// Механика грунтов в геотехнике и фундаменто-строении: материалы Всероссийской научно-практической конференции. -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2012. - с. 370-374.

8. Dilger W.H., Suru K.M. Steel stresses in partially prestressed concrete members.// Journal of Prestressed Concrete Institute. - 1986. - Vol. 31 №3. - рр. 88-112.

9. Lars S. Resistance analysis of reinforced concrete structures: Phaidon Press, 2012. — 416 p.

10. Jodidio P. Architecture in the Netherlands New York: PiXezm, 2006. —

310 p.

References

1. Kravchenko G.M., Korobkin A.P., Trufanova E.V., Luk'yanov V.I. ZHur-nal Science Time. Vypusk №12, Kazan', 2014. pp. 256-259.

2. Akopyan V. F. i dr. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, №2. URL: iv-don.ru/ru/magazine/archive/n2y2011/437

3. Akopyan V. F. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №1. URL: iv-don.ru/ru/magazine/archive/n1y2012/620

4. Panasyuk L. N. idr. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1241

5. Zotova E. V., Kho Ch., Akopyan V. F. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1706/

6. Akopyan V. F., Chetverikov A. L., Konopatskiy S. A. Perspektivy nauki. 2012. №. 2. pp. 67-69.

7. Akopyan V.F. Armirovanie gruntovogo massiva vintovymi betonnymi elementami AKSIS [Reinforcement of the soil mass with screw concrete elements AKSIS]. Novocherkassk: YRGTU, 2012. pp. 370-374.

8. Dilger W.H., Suru K.M. Journal of Prestressed Concrete Institute. 1986. Vol. 31 №3. pp. 88-112.

9. Lars S. Resistance analysis of reinforced concrete structures: Phaidon Press, 2012. 416 p.

10. Jodidio P. Architecture in the Netherlands New York: PiXezm, 2006.

310 p.