Delist.ru

Коэффициент постели и его использование при расчете взаимодействия фундаментных плит и грунтовых оснований (26.03.2009)

Автор: Фам Дык Кыонг

Методы решения задачи о взаимодействии фундаментных плит и оснований.

Численные эксперименты по изучению взаимодействия фундаментных плит и оснований с помощью компьютерных технологий.

Анализ экспериментальных и расчетных данных с целью разработки упрощенной методики определения параметров жесткости основания, описываемого моделью «винклеровского» типа с переменным по площади фундаментных плит коэффициентом постели;

Оценка области применения предлагаемой методики.

Публикация: По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы.

Объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и литературы. Объем диссертации: 163 страница теста, включая 138 иллюстраций, 14 таблиц и список литературы из 115 наименований.

Диссертационная работа выполнена автором на кафедре Механики грунтов, оснований и фундаментов Московского Государственного Строительного Университета под руководством к.т.н., профессора В.В.Семёнова.

Автор выражает глубокую благодарность своему руководителю кандидату технических наук, профессору Семёнову В.В. за помощь и внимание, а также кандидату технических наук, доценту Чунюку Д.Ю. за ценные практические советы при работе над диссертацией.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность, поставлена цель и сформулированы задачи, исследований.

В первой главе описаны: модели грунтовых оснований, применяемые в расчётах фундаментов; существующие методы расчёта балок и плит; анализ и систематизация расчётных схем зданий при совместном расчёте напряженно-деформированного состояния (НДС) сооружений и оснований; результаты экспериментов по определению НДС под прямоугольными фундаментными плитами.

Первая наиболее простая модель грунтового основания была предложена Н.И.Фуссом и Е.Винклером. В дальнейшем создании и внедрении моделей расчета конструкций на упругом основании огромная роль принадлежит ученым: А.И.Боткину, В.В.Болотину, В.З.Власову, Н.М.Герсеванову, М.И.Горбунову-Посадову, Г.Д.Дутову, Б.Н.Жемочкину, Ю.К.Зарецкому, А.А.Ильюшину, А.Г.Ишковой, В.А.Киселеву, П.К.Клейну, Г.В.Клишевичу, Б.Г.Кореневу, А.Н.Крылову, В.И.Кузнецову, Н.Н.Леонтьеву, А.И.Лурье, М.В.Малышеву, П.Л.Пастернаку, Г.Я.Попову, Н.П.Пузыревскому, М.М.Филоненко-Бородичу, И.А.Симвулиди, А.П.Синицыну, Н.К.Снитко, Д.Н.Соболеву, А.А.Уманскому, В.Г.Федоровскому, А.П.Филиппову, И.И.Черкасову, И.Я.Штаерману, Кельвину, Буссинеску Ж., Мичеллу Дж., Черрути В., Фламану, A.D.Керру и др.

Анализ результатов экспериментальных исследований и методов расчета конструкций фундаментов позволил сделать следующие выводы:

модель линейно-деформированного основания имеет широкую область применения;

модель основания «винклеровского» типа с переменным в плане коэффициентом постели (идея этого представления развивается в настоящей работе) согласуется с представлением основания в виде линейно-деформируемой среды и обеспечивает долговременную надежность (по опыту строительства) запроектированных на её основе конструкций;

влияние внешней нагрузки, жесткости сооружений, а так же условий строительной площади на коэффициент постели изучены не в полной мере и требуют более детального изучения.

Во второй главе выполнен анализ развития численных методов расчета фундаментных плит, приведены методы расчета, предложенные: С.Г.Безволевым, А.Ганушкой, З.Кончковским, Г.А.Матвеенко, Е.И.Мелешенковым, Б.Новотным, В.А.Ожерельевым, В.И.Соломиным, Л.Б.Фадеевым, В.И.Шейниным, Cheung Y.K., Selvadurai A.P.S., Zienkiewicz O.C.,; приведено описание теоретических основ для количественной оценки НДС оснований и фундаментов методами численного моделирования, в том числе МКЭ; использован расчетный комплекс PLAXIS 3D Foundation, представляющий собой пакет прикладных вычислительных программ для конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния системы «основание-фундамент-сооружение» в условиях трехмерной задачи с использованием упругой модели; проведены исследования НДС фундаментных плит с варьированием пятью факторами (площадь нагружения, толщина и гибкость плиты, вид напластований, мощность слоев грунта и характер напластования).

Частные сопоставительные результаты приведены с использованием упруго-пластической модели при условии прочности Кулона-Мора.

Расчетная схема, составленная автором для проведения численных экспериментов (рис. 1), содержит около 30000 элементов и около 82000 узлов, что позволяет получить достаточно точные результаты.

Численные экспериментальные исследования с использованием упругой модели позволили установить распределение реактивных давлений и осадок по площади прямоугольных плит. Из простейшего соотношения k(x,y)=p(x,y)/S(x,y) определялось распределение коэффициентов постели в точках контакта плиты и основания с учетом изменения жесткости плит, площади плит и вида напластования, мощности слоев грунта.

Рис. 1 Расчетная схема при численном моделировании взаимодействия фундаментной плиты и однородного основания

позволяют определить действительные значения тех же величин при помощи формул перехода.

Реактивное давление определяется по формуле:

(кН/м2) (1)

– внешняя нагрузка.

Осадка определяется по формуле:

где а – половина длины плиты;

E – модуль деформации основания;

? – коэффициент Пуассона основания;

– внешняя нагрузка.

Коэффициент постели k(x,y) определяется как:

(кН/м3) (3)

по М.И. Горбунову - Посадову.

где E1 и ?1 – соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона материала плиты;

E и ? – соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта;

h – толщина плиты;

a и b – половина длины и ширины плиты.

Ниже изложены результаты численных экспериментов по изучению НДС фундаментных плит и оснований с использованием упругой модели грунта для однородного основания при следующих характеристиках грунта: удельный вес ?= 18.7 кН/м3; модуль деформация Е= 12,5 МПа; угол внутреннего трения ?= 20о; удельное сцепление с = 0,022 МПа; коэффициент Пуассона ?= 0,35. Равномерная нагрузка действующая на плиту q= 100 кН/м2.

В процессе исследований выполнены 5 серией (25 опытов) расчетов фундаментных плит при сочетаниях показателей гибкости r и соотношениях полуразмеров плит ?= a/b (а = 10м) на случай действия равномерно распределенной нагрузки (r= 1, 2, 4, 7, 10; ?= 1, 1.2, 1.5, 2.0, 5.0). При уменьшении жесткости плит происходит увеличение реактивных давлений (рис. 2) и осадок (рис. 3) под центром плит. При уменьшении жесткости плиты от r= 1 до 10 величина коэффициентов постели изменяется незначительно. Это свидетельствует, в рамках исследований, о незначительном влиянии жесткости плиты на распределение коэффициента постели по её площади (рис. 4).

Рис. 2. Эпюры распределения безразмерных значений реактивных давлений по оси квадратных фундаментных плит

загрузка...