ҐРУНТ
Моделювання пружної основи. Розрахунок коефіцієнтів пружної основи. Визначення деформацій грунта та осідання будівлі. Розрахунок жорсткості паль.
За даними інженерно-геологічних вишукувань майданчика будівництва (розташування та характеристики свердловин) проводиться побудова тривимірної моделі ґрунту. Відповідно до цієї моделі по всій області плити визначаються значення коефіцієнтів постелі С1, С2, що залежать від навантажень на фундаментну плиту та навантажень від прилеглих будівель, а також обчислюється глибина товщини, що стискається, і осідання.
Осідання та глибина стисливої товщі обчислюються по схемі лінійно пружного напівпростору згідно з наступними нормативними документами:
- ДБН В.2.1-10:2009. Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні положення проектування
- СНиП 2.02.01-83*. Підґрунтя будівель і споруд
- EN 1997-1:2004: Eurocode 7: Geotechnical design - Part 1: General rules
- СП РК 5.01-102-2013. Основи будівель і споруд
- СП 22.13330.2011/2016. Основи будівель і споруд
- СП 50-101-2004. Проектування і облаштування основ та фундаментів будівель і споруд
Для норм ДБН В.2.1-10:2009, СП 22.13330.2011/2016, СП РК 5.01-102-2013 виконується розрахунок основи споруд за рахунок консолідації та повзучості ґрунтів.
Також в системі ҐРУНТ реалізовано розрахунок міцності основи за нормами EN 1997-1:2004 Eurocode 7. В цих нормах описано три підходи до проєктування основи. Кожен з них відображає певний спосіб комбінування наборів окремих коефіцієнтів для отримання розрахункових значень від дії навантаження та опору основи.
Актуальні новини, що стосуються розвитку системи ҐРУНТ, - за посиланням.
Вихідні дані
Для моделювання грунтової основи під спорудою необхідно задати набір вихідних даних, таких як кількість та назви шарів грунту (ІГЕ), механічні та фізичні характеристики кожного шару, кількість та місце розташування свердловин.
Після цього з'явиться можливість виконати екстраполяцію і отримати 3D модель та розріз грунту. Розріз можна проводити між довільними точками.
На основі розрізу та 3D моделі ґрунту є можливість згенерувати скінченно-елементну модель плоского та об'ємного грунтового масиву відповідно з автоматичним визначенням жорсткості кожного СЕ залежно від їхнього розташування в різних шарах.
Дана модель може бути використана для розрахунку системи: надземна будова, фундаментні конструкції, ґрунтовий масив.
Коефіцієнти пружної основи (С1, С2)
Коефіцієнти пружної основи С1 та С2 можна задавати на стержні та пластини самостійно, або визначати автоматично за наступними методами:
- Метод 1. Розрахунок для моделі Пастернака
- Метод 2. Розрахунок для моделі Вінклера-Фуса
- Метод 3. Модифікований розрахунок для моделі Пастернака
- Метод 4. Модифікований розрахунок пружної основи за формулою Савінова
- Метод 5. Розрахунок пружної основи за формулою 4 СНиП 2.02.05-87 "Фундаменти машин з динамічними навантаженнями"
- Метод 6. Розрахунок пружної основи з врахуванням впливу динамічних хвиль на пружні властивості ґрунту
Детальніше з методами розрахунку коефіцієнтів пружної основи можна ознайомитись нижче:
Значення коефіцієнта пружності основи C1 в розрахунковій точці з координатами (x, y) визначається за формулою:
|
|
Значення коефіцієнта пружності основи C1 в розрахунковій точці з координатами (x, y) визначається за формулою:
|
|
де q – значення рівномірно розподіленого навантаження в розрахунковій точці з координатами (x, y).
Значення коефіцієнта пружності основи C1 в розрахунковій точці з координатами (x, y) визначається, як і в методі 1, за формулою:
|
|
з тією різницею, що при визначенні середнього модуля деформації E0 враховується поправний коефіцієнт Kj, а додаткове вертикальне напруження по глибині розподіляється рівномірно:
|
|
Такий самий коефіцієнт вводиться і при визначенні осідання:
|
|
Прийнято, що коефіцієнт K змінюється від 1 до 12 за законом квадратної параболи в межах стисливої товщі Hc
|
|
Метод 3 запропоновано з метою усунути недоліки, виявлені при оцінці результатів розрахунку за першими двома методами.
В методі 1 – це неможливість врахувати наростання модуля деформації по глибині, що призводить до завищених значень осідань, а отже, й до занижених значенням коефіцієнта пружності основи C1.
В методі 2 – це наявність різкого скачку значень коефіцієнта пружності основи C1 в місцях різких змін значень прикладених навантажень. Зауважимо, що цей недолік методу 2 зберігається і при використанні модуля деформації, що нарощується по глибині.
Оцінка результатів розрахунку за методом 3 показала, що ці результати близькі до результатів розрахунку за схемою в вигляді лінійно деформованого шару.
Для методів 1 та 3 значення коефіцієнта пружності основи C2 в розрахунковій точці з координатами (x, y) визначається за формулою
|
|
Для методу 1 цю формулу можна записати як
|
|
Формула Савінова надає змогу визначити коефіцієнт пружності основи С1 при динамічних впливах на фундамент і виглядає так:
|
|
, де
C0 – константа пружності ґрунту, тс/м3;
U – периметр фундаменту, м;
F – площа фундаменту, м2;
p – середній тиск під підошвою,
p0 – тиск на дослідний штамп, що дорівнює 2 тс/м2;
Δ – константа пружності основи, що приймається рівною 1 м-1.
Формула 4 надає змогу визначити коефіцієнт пружного рівномірного стиску Cz (C1z) при динамічних впливах на фундамент і виглядає так:
|
|
, де
b0 – коефіцієнт, м-1, який для піщаних ґрунтів приймається рівним 1, для супісків і суглинків 1.2, для глин і великоуламкових ґрунтів 1.5;
E – модуль деформації ґрунту під підошвою фундаменту, кПа (тс/м2), що визначається відповідно до вимог СНиП 2.02.01.83;
А10 = 10 м2;
А – площа підошви фундаменту, м2.
Приклад розрахунку за Методом 5 наведено у статті.
В основі цього методу лежить модель Пастернака, згідно з якою коефіцієнт пружної основи С1 розраховується за формулою:
|
|
де Нс – глибина стисливої зони, μ0 – середнє значення коефіцієнта Пуассона, E0 – середнє значення модуля деформації ґрунту.
При розрахунку на динамічні коливання розглядаються три різновиди руху частинок ґрунту: поступальний рух по осі z, та два види коливань (відносно осі x, та осі у). Тому замість одного значення коефіцієнта пружної основи С1 розглядаються три значення (Cz, C1xx, C1yy) кожне з яких відображає роботу пружної основи у зазначеному напрямку від відповідного виду руху частинок. Тому це розписується наступним чином:
|
|
|
|
|
|
|
|
Де Zpz – це товща ґрунту, необхідна для аналізу роботи основи при поступальному русі частинок ґрунту, Zpxx, Zpyy – це товща ґрунту, необхідна для аналізу роботи основи при коливальному русі.
При розрахунку за Методом 6 коефіцієнт Пуассона μ визначається із відношення між швидкостями розповсюдження поперечних та поздовжніх динамічних хвиль і розраховується за формулами:
|
|
Де Vsoz, Vsoxx, Vsoyy – швидкість розповсюдження поперечних хвиль, Vpoz, Vpoxx, Vpoyy – швидкість розповсюдження поздовжніх хвиль.
Швидкості хвиль Vsoz, Vsoxx, Vsoyy, Vpoz, Vpoxx, Vpoyy для розрахунку коефіцієнтів пружної основи визначаються як середні арифметичні по навантаженню від усереднених швидкостей хвиль у кожній точці. Значення усереднених швидкостей хвиль у кожній точці навантаження розраховуються за формулами:
|
|
|
|
|
Де Vsi, Vpi – це експериментальні значення швидкостей розповсюдження поперечних та поздовжніх хвиль в елементарному шарі ґрунту, які задаються користувачем.
При розрахунку коефіцієнтів пружної основи C1Z, C1XX, C1YY використовуються значення ефективних модулей пружності, які розраховуються за формулами:
|
|
|
|
|
|
|
|
Де Gz, Gxx, Gyy – значення ефективних модулей зсуву, що визначаються за формулами:
|
|
|
|
|
|
|
|
Де a – це коефіцієнт, що береться із таблиці Д.2 у документі [1]. Цей коефіцієнт залежить від розрахункового прискорення основи (у частках g), яке береться із вхідних даних.
|
|
|
|
|
|
|
|
Де ρz, ρxx, ρyy – середні питомі маси ґрунту, що знаходяться аналогічним чином, як і швидкості розповсюдження поперечних та поздовжніх хвиль, що використовуються при розрахунку коефіцієнтів Пуассона. Тобто значення ρz, ρxx, ρyy розраховуються як середні арифметичні по навантаженню від усереднених значень питомої ваги ρz, ρxx, ρyy у кожній точці, що були розраховані за формулами:
|
|
Де ρi – це значення питомої ваги i-го шару ґрунту, яке береться із таблиці "Характеристики ґрунтів".
[1] Нормативно-техническое пособие СП РК EN 1998-1:2004/2012 “Проектирование сейсмостойких зданий. Часть: проектирование гражданских зданий. Общие требования”.
Приклад розрахунку за Методом 6 наведено у статті.
Обчислення коефіцієнтів пружної основи (постелі) виконується в локальній системі ҐРУНТ, а також при загальному розрахунку моделі в LIRA-FEM. При чому у другому варіанті є можливість виконати перерахунок коефіцієнтів С1 та С2.
Перерахунок виконується шляхом уточнення початкового опору грунту Pz, який залежить від коефіцієнтів С1, С2, які в свою чергу залежать від опору грунту Pz. Тобто процес обчислення коефіцієнтів постелі є ітераційним. Користувач може задавати кількість ітерацій або % сходження з попереднім результатом.
Горизонтальна та крутильна жорсткості пружної основи
LIRA-FEM дозволяє автоматично обчислити та змоделювати горизонтальну та крутильну жорсткість основи.
Для кожного з п'яти напрямків горизонтальної та крутильної жорсткості (Rx, Ry, Rux, Ruy, Ruz) користувач сам обирає підхід: довірити програмі розрахунок як частку від коефіцієнта Cz або задати точне числове значення вручну.
Програма автоматично моделює горизонтальну жорсткість: простим елементом КЕ57 - для оперативних розрахунків, або детальнішою групою елементів КЕ51 - з окремим коефіцієнтом до модуля пружності для кожного напрямку, який можна перевірити й переглянути окремо.
Врахування специфічних грунтів
В LIRA-FEM (система ҐРУНТ) реалізовано розрахунок основ споруд, що зводяться на деяких специфічних ґрунтах, а саме: просідаючих, набухаючих, засолених, органічних, насипних.
Розрахунок проводиться відповідно до норм:
- ДБН В.2.1-10:2009 «Основи та фундаменти споруд»
- СП РК 5.01-102-2013 «Основания зданий и сооружений»
- СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений»
Деформації від специфічних ґрунтів завжди враховуються тільки в межах стискуваної товщі.
Розрахунок жорсткості паль
LIRA-FEM дозволяє автоматично обчислювати вертикальну та горизонтальну жорсткості паль.
Програма дозволяє моделювати палі за допомогою одновузлових СЕ 56, 57 та за допомогою стержневих СЕ. Жорсткість можна задавати як за результатами вишукувань, так і обчислювати автоматично.
Програма автоматично обчислює жорсткість паль в однакових грунтових умовах або жорсткість пальового фундаменту.
Розрахунок жорсткості паль виконується за нормами ДБН В.2.1-10:2009, СП РК 5.01-102-2013 та СП 24.13330.2011.
Додаткові матеріали за темою
- Методи чисельного моделювання та розрахунку осідання будівлі
- Визначення деформацій основ, складених із специфічних ґрунтів
- Визначення пружних властивостей основи при розрахунку будівель на сейсмічний вплив
- Расчет свайного фундамента. Жесткость свай
- Основы системы Грунт и новый функционал версии 2021
- Грунт 2020
Оцініть можливості
Якщо у вас все ще є сумніви, завантажте демонстраційну версію та спробуйте або зв'яжіться з нашою службою підтримки для отримання більш детальної інформації.