Модель свайного куста, объединенного ростверком

Модель предназначена для расчета свайных кустов, объединенных ростверком на совместное действие вертикальной силы, горизонтальной силы и момента. Грунт, находящийся в основании свай рассматривается как упругое полупространство, характеризующееся коэффициентом постели, полученным по модели Винклера для условного фундамента.

Порядок построения модели:

1. Определение габаритов подошвы условного фундамента и нагрузок от него в соответствии с п. 7.4.1 СП [1]

; ; ; ;

- среднее давление по подошве условного фундамента

; - дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

2. Определение закона изменения бокового коэффициента постели на поверхности сваи.

Конечно-элементную модель сваи разобьем на N стержней (участков), для каждого из которых определим средний коэффициент постели на боковой поверхности сваи.

3. Определение условной ширины сваи

Для забивной сваи по п. Д.3 [1]

4. Построение конечно-элементной модели в ПК Лира.

1) Создадим новую задачу с 5 признаком схемы

2) Строим конечно-элементную модель сваи в виде стрежня (КЭ 10)

3) Разбиваем стержень на N равных конечных элементов

4) На боковой поверхности стержней задаем коэффициенты постели , моделирующие горизонтальный отпор грунта

5) Копируем полученную модель сваи в соответствии со схемой расположения свай в свайном кусте

6) Создание схемы ростверка

Сетка конечных элементов КЭ 41 должна быть выбрана таким образом, чтобы узлы, принадлежащие концам стержней, совпадали с промежуточными узлами конечных элементов плиты ростверка.

7) Создание плиты условного фундамента

Вертикальный отпор грунта будет передаваться на фиктивную плиту, моделирующую подошву условного фундамента

Сетка конечных элементов КЭ 41 должна быть выбрана таким образом, чтобы узлы, принадлежащие концам стержней, совпадали с промежуточными узлами конечных элементов плиты фиктивной подошвы условного фундамента.

Необходимо смоделировать шарнирное сопряжение фиктивной плиты и свай ( )

8) Упаковка схемы

9) Задание жесткостных характеристик материала

Фиктивную плиту задаем большой жесткости, для того, чтобы смоделировать равномерную осадку свайного фундамента совместно с грунтовым массивом (Например, )

10) Задание граничных условий

Назначаем по периметру фиктивной плиты связи по направлениям x, y

Вариант полученной конечно-элементной модели показан на рис. 5

Рис. 5 Модель свайного фундамента

11) Назначение коэффициента постели на фиктивную плиту

С помощью диалогового окна задание коэффициентов С1, С2 активируем возможность автоматизированного получения коэффициента постели и назначения его на фиктивную плиту из грунтовой модели, построенной в системе ГРУНТ. В поле задаем дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

12) Запуск системы ГРУНТ

В качестве расчетного метода для коэффициента постели выбираем метод 2 - Винклера

13) Построение грунтовой площадки

Границы грунтовой площадки определяют сетки.

14) Ввод характеристик грунта

Задаем физико-механические характеристики грунтов в соответствии с исходными данными.

15) Ввод скважин

Характер напластования грунтов на площадке определяется с помощью данных геологических колонок – скважин. Положение грунтовых плоскостей между скважинами определяется экстраполяцией.

16) Экстраполяция между скважинами

17) Изменение отметки приложения нагрузки

С помощью диалогового окна «Импортированные нагрузки» меняем абсолютную отметку приложения нагрузки на отметку, соответствующую срединной поверхности плиты подошвы условного фундамента.

18) Изменение характеристик расчета

В диалоговом окне «Характеристики расчета» задаем коэффициент глубины сжимаемой толщи грунта 0.2 и ставим галочку «Учитывать вес грунта выше отметки приложения нагрузки».

Возвращаемся в систему Лир-Визор

19) Назначение коэффициентов постели

В диалоговом окне «Модель грунта» нажимаем на кнопку «Вычислить С1, С2». Так же учитываем вес грунта выше отметки приложения нагрузки.

20) Задание нагрузок

Вариант полученной конечно-элементной модели показан на рис. 6

Рис. 6 Расчетная схема свайного фундамента

21) Статический расчет

22) Просмотр и анализ результатов

Предложенная модель позволяет определить

1. Осадку свайного куста методом условного фундамента даже для неоднородного напластования грунтов с помощью коэффициента постели, определенного автоматизировано в модуле ГРУНТ

2. Усилия в поперечных сечениях сваи ( M, Q, N), наиболее опасные сечения сваи

3. Максимальную величину давления боковой поверхности сваи на грунт, необходимую для расчета устойчивости грунтового основания

4. Усилия в плите ростверка. Есть возможность моделирования как жесткого, так и шарнирного сопряжения головы сваи с плитой ростверка