Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ANSYS Mechanical

.pdf
Скачиваний:
915
Добавлен:
31.08.2019
Размер:
61.81 Mб
Скачать

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

 

 

Рис.5.12 Первые трещины в образце

 

 

1

 

 

 

 

 

 

ELEMENT SOLUTION

 

 

 

MAY

6 2009

STEP=2

 

 

 

 

19:59:36

SUB =4

 

 

 

 

 

 

TIME=1.144

 

 

 

 

 

T4

(NOAVG)

 

 

 

 

 

DMX =.003629

 

 

 

 

 

SMX =16

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

MX

 

 

 

 

 

 

MNY

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

0

1.778

3.556

7.111

10.667

14.222

16

 

5.333

8.889

12.444

 

 

 

Рис.5.13 Разрушенные конечные элементы

 

 

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

V-9

ANSYS Mechanical. Верификационный отчет. Том 3 (“исследовательские

” задачи)

 

 

 

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

NODAL SOLUTION

 

 

 

 

 

MAY

6 2009

STEP=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20:10:40

SUB =9

 

 

 

 

 

 

 

 

TIME=1.19

 

MX

 

 

 

 

 

 

USUM

(AVG)

 

 

 

 

 

 

RSYS=0

 

 

 

 

 

 

 

 

DMX =.004802

 

 

 

 

 

 

 

SMX =.004802

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

X

MN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

.001067

.002134

 

.003201

.003735

.004268

.004802

 

 

.534E-03

.001601

.002668

 

 

Рис.5.14 Изополя перемещений USUM (м) в критической точке

 

Рис.5.15 Трещины в образце

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

V-10

ANSYS Mechanical. Верификационный отчет. Том 3 (“исследовательские

” задачи)

 

 

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

 

 

1

 

 

 

 

 

 

ELEMENT SOLUTION

 

 

 

MAY

6 2009

STEP=2

 

 

 

 

19:44:05

SUB =9

 

 

 

 

 

 

TIME=1.19

(NOAVG)

 

 

 

 

 

T999

 

 

 

 

 

DMX =.004802

 

 

 

 

 

SMX =16

 

 

 

 

 

 

 

ZMX

 

 

 

 

 

 

MNY

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

0

1.778

3.556

7.111

10.667

14.222

16

 

5.333

8.889

12.444

 

 

Рис.5.16 Разрушенные конечные элементы в критической точке

 

1

 

 

 

 

 

 

NODAL SOLUTION

 

 

 

MAY

6 2009

STEP=2

 

 

 

 

 

 

 

 

18:57:21

SUB =999999

 

 

 

 

 

TIME=2

(AVG)

 

 

 

 

 

USUM

 

 

 

 

 

RSYS=0

 

 

 

 

 

 

DMX =.005608

 

 

 

 

 

SMX =.005608

 

 

 

 

 

 

MX

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

YX

 

 

 

 

 

 

 

 

MN

 

 

 

 

0

.001246

.002493

.003739

.004985

.005608

 

.623E-03

.001869

.003116

.004362

 

 

Рис.5.17 Изополя перемещений USUM (м) при разрушении 50% объема

 

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

V-11

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

 

Рис.5.18 Трещины при разрушении 50% объема

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

ELEMENT SOLUTION

 

 

 

 

MAY

6 2009

STEP=2

 

 

 

 

 

19:08:30

SUB =999999

 

 

 

 

 

 

TIME=2

(NOAVG)

 

 

 

 

 

 

T999

 

 

 

 

 

 

DMX =.02456

 

 

 

 

 

 

SMX =16

 

 

 

 

 

 

 

 

MX

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

MNX

 

 

 

 

 

 

0

1.778

3.556

7.111

8.889

10.667

14.222

16

 

 

5.333

12.444

 

 

 

Рис.5.19 Разрушенные конечные элементы

 

 

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

V-12

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Сравнение результатов

Результаты расчета сравниваются с данными, полученными в натурных экспериментах.

Вертикальные перемещения образца (мм)

Подшаги нагружения

Число степеней свободы

Натурный

6588

96540

эксперимент

 

1-е трещины

3,6

3,6

2,5

– 4,5

Критическая точка

4,6

4,8

5

– 7

Разрушение

5,6

26

10 –25

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

V-13

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Задача 6. Моделирование плитно-свайного фундамента (на грунтовом основании)

Постановка задачи

Рассматривается комбинированный плитно-свайный фундамент на грунтовом основании. Фундамент - прямоугольная железобетонная плита с размерами 36×18×1,25 м,

опертая на сваи. Поперечное сечение сваи - 0,3×0,3 м, длина сваи – 6 м. Объемная модель создавалась методом экструзии этого фрагмента.

Рис. 1 К моделированию плитно-свайного фундамента

Фундаментная плита армирована сеткой с шагом 200 мм в верхней и нижней зонах, диаметр арматуры 28 мм. В среднем слое содержится противоусадочная арматура, которая в расчете не учитывалась.

Грунтовый массив представлен ограниченной конечной областью размерами 86,4×68,04×30 м., внешние границы которой выбраны так, чтобы краевые эффекты на этих границах практически не сказывались на осадках под сооружением и на напряжениях в конструкциях здания. Между элементами системы заданы условия полного прилипания. На гранях массива грунта заданы граничные условия в виде запрета перемещений в направлении нормали к соответствующей грани и жесткое закрепление нижней плоскости основания.

Суммарная нагрузка - вес здания Р=28Е7 Н прикладывалась на фундамент как равномерно распределенная.

Грунт – суглинок легкий пылеватый, тугопластичный с редким гравием, однороден по структуре, как по длине, так и по ширине здания, с глубины 7,25 м – аргиллит с прослойками песчаника сильно выветренный.

Свойства материалов

Фундаментная плита и сваи:

бетон Е = 30×109 Па; ν = 0.22 арматура Е = 2×1011 Па; ν = 0.3

Грунт

Суглинок: Е = 15×106 Па; ν = 0.27; Со=13×103 Па; φ=20о Аргиллит: Е = 30×106 Па; ν = 0.27; Со=40×103 Па; φ=11о

Приводятся результаты исследования возможности применения разных расчетных моделей системы “фундамент – основание”, их сравнительный анализ.

Рассматривались следующие варианты расчетных моделей компонентов системы: фундаментной плиты и грунтового основания:

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

VI-1

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

объемная и плоская модели;

линейная и нелинейная модели грунтового основания;

сваи и грунт моделировались конечными элементами;

свайное поле заменялось гомогенным трансверсально изотропным материалом с осредненными свойствами;

фундаментная плита рассматривалась как изотропный однородный материал;

фундаментная плита рассматривалась как слоистый композиционный материал с разными свойствами слоев бетона и арматуры.

Для верификации вычислялись осадки (вертикальные перемещения Umax) фундамента и максимальный прогиб плиты U.

Задача о напряженно – деформированном состоянии пространственной системы “фундамент – основание” сначала решалась в линейно-упругой постановке, а затем для учета нелинейного поведения грунтового основания использовалась модель Друккера – Прагера. Нелинейные свойства бетона при проведении данного расчета не учитывались. Материал грунта, расположенный в свайном поле, также считался упругим.

Эффективные характеристики гомогенного материала в зоне свайного поля определялись из решений двух краевых задач расчета напряженно-деформированного состояния трехмерного элемента периодичности (рис.2). Разбиение последнего на конечные элементы производилось так, чтобы границы элементов попадали на границы раздела грунт – бетон.

Рис. 2 Объемный элемент периодичности свайного поля:

1 – часть сваи (бетон); 2 – часть грунта

Рис. 3 К определению эффективных модулей сдвига

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

VI-2

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Для определения эффективных модулей упругости и коэффициента Пуассона решались 2 краевые задачи с граничными условиями:

– при кинематическом воздействии вдоль оси x:

U x (xr)=U0 x , при x =lx ; U x (xr)= 0, при x = 0;

U y (xr)= 0, при y = 0; U y (xr)=Uconst( y) , при y =ly ; U z (xr)= 0, при z = 0; U z (xr)=Uconst( z ) , при z =lz ;

Аналогично записываются граничные условия при перемещениях U0 вдоль оси y. Кроме того, касательные напряжения на всех поверхностях равны нулю.

Для определения эффективных модулей сдвига рассматривались краевые задачи о чистом сдвиге элемента периодичности (см. рис.3)

U x (

 

 

 

)=U y (

 

)= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

на Г1;

x

x

U x (

 

 

 

)=U0' , U y (

 

)= 0

 

 

 

 

на Г2;

x

x

U

 

(

 

 

 

)=U '

y

, U

 

 

(

 

 

)= 0

 

 

на Г3 и Г4;

x

x

y

x

l

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U z (

 

 

)= 0,τxz

(

 

)=τyz (

 

)= 0

на Г5;

x

x

x

U z (

 

)=Uconst(z )

, τxz (

 

)=τyz (

 

)= 0

на Г6.

x

x

x

Для определения упругих характеристик армированных слоев плиты (железобетон) применялись следующие соотношения:

E = EаVа + Eб (1 Vа ) ν =νб (1Vа )+νаVа (гипотеза Фойгхта)

Результаты

Ниже показаны результаты расчета: осадки фундамента – изополя перемещений для некоторых вариантов моделей и прогибы плиты. Моделирование плиты, грунта и свай выполнялось с использованием объемных конечных элементов SOLID45.

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

VI-3

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

1

ELEMENTS

APR 29 2009 16:57:27

Z Y

X

 

Рис.4 Конечно-элементная модель плитно-свайного фундамента

1

 

 

 

 

NODAL SOLUTION

 

 

APR 29 2009

STEP=1

 

 

 

17:02:53

SUB =1

 

 

 

 

TIME=1

(AVG)

 

 

 

UZ

 

MX

 

RSYS=0

 

 

 

DMX =.160053

 

Z

 

SMN =-.160053

 

 

SMX =.007783

X

Y

 

 

 

 

 

 

 

MN

 

-.160053

-.092918

-.025784

 

-.126486

 

-.059351

.007783

Рис. 5.1 Изополя перемещений в линейной объемной модели, в которой свайное поле

 

смоделировано (сваи+грунт), плита с размазанными свойствами

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

VI-4

ANSYS Mechanical. Верификационный отчет. Том 3 (“исследовательские

” задачи)

 

 

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

NODAL SOLUTION

 

 

 

 

 

APR 29 2009

STEP=1

 

 

 

 

 

 

17:04:12

SUB =1

 

 

 

 

 

 

 

TIME=1

(AVG)

 

 

 

 

 

 

UZ

 

 

 

 

 

 

RSYS=0

 

 

 

 

 

 

 

DMX =.160014

 

 

 

 

 

 

SMN =-.160014

 

 

 

 

 

 

SMX =-.091688

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

MN

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

MX

 

 

 

 

 

 

-.160014

-.144983

-.129951

 

-.114919

-.107403

-.099887

 

-.152498

 

-.137467

-.122435

-.091688

 

 

Рис. 5.2 Прогиб той же плиты

 

 

1

 

 

 

 

 

 

NODAL SOLUTION

 

 

 

MAY

4 2009

STEP=1

 

 

 

 

15:17:16

SUB =1

 

 

MX

 

 

 

TIME=1

(AVG)

 

 

 

 

UZ

 

 

 

 

 

RSYS=0

 

 

 

 

 

 

DMX =.161179

 

 

 

 

 

SMN =-.161179

 

Z

 

 

 

SMX =.007993

 

 

 

 

 

 

 

X

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MN

 

 

-.161179

 

-.09351

 

-.025841

.007993

 

-.127345

 

 

-.059676

Рис. 6.1. Изополя перемещений в линейной объемной модели, в которой свайное поле

заменено гомогенным трансверсально-изотропным материалом, плита с размазанными

 

 

 

свойствами

 

 

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru

stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

VI-5