ANSYS Mechanical

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

Рис.5.15 Трещины в образце

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

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)

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:

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

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)

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

E = EаVа + Eб (1 −Vа ) ν =νб (1−Vа )+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.

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

1

ELEMENTS

APR 29 2009 16:57:27

Z Y

X