Моделирование работы свай при реализации просадки грунта

Моделирование работы свай при реализации просадки грунта

А.Ф. Акопян, В.Ф. Акопян, К.Ю. Подолько, М.С. Тимошенко, С.А. Боярских, Т. А. Литовченко Донской государственный технический университет

Аннотация: В статье рассмотрены результаты моделирования работы железобетонных винтовой и буронабивной свай во взаимодействии с грунтовым массивом. Для моделирования применён математический аппарат метода конечных элементов в реализации лицензионного сертифицированного программного комплекса Лира-софт версии 10.6. Описан процесс моделирования просадки. Представлены три варианта взаимодействия грунта со сваями. Получены величины осадки одиночных свай от внешней нагрузки и от отрицательных сил трения.

Ключевые слова: Винтовая железобетонная свая, буронабивная свая, грунтовый массив, просадка, Лира-софт, осадка, деформации, перемещения, напряжения.

В продолжение исследования работы винтовой сваи [1-10] и возможности моделирования просадки грунтового массива, были разработаны три расчетные схемы, показанные на рис.1.

а 5 6

Рис. 1. - Расчетные схемы взаимодействия свай с грунтовым массивом, где: а- винтовая железобетонная свая, б - буронабивная железобетонная свая, в - буронабивная железобетонная свая с уширением; / - трение по боковой

поверхности; Я - сопротивление грунта по торцу сваи; ти - предельные касательные напряжения согласно критерию прочности Кулона-Мора.

Обозначенный зазор позволяет свае «уйти» от восприятия отрицательных сил трения по боковой поверхности. Физическая возможность создания подобного зазора между резьбовой поверхностью и цилиндрическим стволом сваи представлено на рис. 2.

а 5

Рис. 2. - Конечно-элементная модель оголовка сваи, а - конечно-элементная модель, б - физическое исполнение раскатанной резьбы.

Постановка задачи пространственная. Принятые материалы - упругие. Для уменьшения влияния граничных условия вокруг свай массив грунта принят с радиусом 2 м. Характеристики грунта приняты следующие:

Просадочный грунт: Модуль общей деформации Е=10 МПа; коэффициент Пуассона у= 0,35; объемный вес 53 кН/м . Указанный объемный вес подобран итерационно для достижения деформации от собственного веса 10 см.

Непросадочный грунт: Модуль общей деформации Е=10 МПа; коэффициент Пуассона у= 0,35; объемный вес 0,1 кН/м . Указанный объемный вес подобран исходя из необходимости отсутствия деформаций грунта от собственного веса.

Ниже приведены результаты численного эксперимента, показывающие вертикальные перемещения.

Рис. 3. - Изополя вертикальных перемещений грунта и свай, от

воздействия просадки.

Перемещение пí^Z.''. СК

-227 -21 7 -204 -19 2 -10 2 -17 1 -15 9 -143 -13 6 -12 5 -11 3 -102 -9 03 -7 92 -631 -4 54 -2 29 О

25.06 2017 10:32:15

_ПКЛИРА_

Рис. 4. - Изополя вертикальных перемещений грунта и свай, от воздействия полезной нагрузки, равной 500 кН.

Вертикальные перемещения оголовков свай, рассчитанные от воздействия просадки грунта и от полезной нагрузки, равной 500 кН,

представлены в таблице 1.

Таблица № 1

Вертикальные перемещения оголовков свай

№ п/п Вид сваи Суммарное вертикальное Процентное соотношение

перемещение, мм

1 Винтовая 24,2 52%

Буронабивная,

2 взаимодействующая с просадочным грунтом 46,5 100%

Буронабивная, не

3 взаимодействующая с просадочным грунтом 35,4 76%

Вывод: результаты представленного расчета показывают, что применение винтовой сваи без взаимодействия с просадочным грунтом позволяет снизить вертикальные перемещения оголовка на 48% по сравнению с буронабивной сваей с тем же расходом материала.

Литература

1. Акопян В. Ф. Моделирование несущей способности ввинчиваемых свай //Известия Ростовского государственного строительного университета. -2010..№. 14. С. 308-308.

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. 67-69.

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

8. Акопян В. Ф., Акопян А. Ф., Должиков П.Н. Полевые испытания грунтов винтовыми сваями повышенной несущей способности// «Строительство-2015»: материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2015. - 427-428 с.

9. A. Prokopov, V. Matua, V. Akopyan Monitoring of the Geotechnical State of the Array During the Reconstruction of the Roki Tunnel // Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2255-2260.

10. V. Akopyan, A. Akopyan Experimental and Theoretical Investigation of the Interaction of the Reinforced Concrete Screw Piles with the Surrounding Soil// Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2202-2207

References

1. Akopyan V. F. Izvestiya Rostovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta. 2010.№. 14. рр. 308-308.

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

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

4. Panasyuk L. N. i dr. 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. Akopyan V. F., Akopyan A. F., Dolzhikov P.N. Polevye ispytaniya gruntov vintovymi svayami povyshennoy nesushchey sposobnosti [Field testing of soils with screw piles of increased bearing capacity]. Rostov n/D: Rost. gos. stroit. un-t, 2015. pp 427-428.

9. A. Prokopov, V. Matua, V. Akopyan. Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2255-2260.

10. V. Akopyan, A. Akopyan Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2202-2207.