postgraduate student, senior lecturer of the Department of Engineering Science and Technical Systems
аспирант, старший преподаватель кафедры машиноведения и технических систем
Relevance. The underground part of the building (foundation and soil) has a significant impact on its stress-strain state and behavior under the influence of operational loads. Therefore, the existing regulatory and technical documentation regulates the design of buildings (structures), taking into account the joint work of their aboveground and underground parts. In practice, such accounting becomes possible on the basis of a comprehensive engineering analysis of the building as a large mechanical system “building - foundation - soil”, which today can be carried out using the finite element method. In the case of pile foundations, the correctness of the result depends largely on the reasonable choice of the design model of the pile-soil subsystem. The article analyzes three design models of piles operating in an array of soil foundation. The first model is discrete. In it, the pile is modeled by bars and is based on elastic supports (Spring) with generalized stiffnesses. Second model - spatial, in which the pile and soil are typed in by volumetric elements (Solid). Third model - spatial-bar or combined, in which the bar pile is embedded in the mesh of the soil mass using a rigid substructure formed by bars of high rigidity. The aim of the work - to determine a rational calculation model of the “pile - soil” subsystem, which allows, on the one hand, to reduce the general order of the system of resolving equations, and, on the other hand, to maintain the accuracy of the assessment of the stress-strain state of the calculation model of “pile - soil” and the building as a whole. Materials and methods. The numerical results of the analysis of the pile foundation statics using the three “pile - soil” calculation models were performed in the CAE software package - the Femap with NX Nastran class, which implements the finite element method. Results. Comparative-numerical analysis of the stress-strain state of the “pile foundation - soil” subsystem made it possible to determine the advantages, disadvantages, and also the areas of rational use of bar, spatial combined calculation models. In the next articles, it is planned to consider the calculation of piles for vertical loads, as well as a comparative analysis of numerical results with experimental data (in the labo-ratory or in field conditions) for horizontal and vertical effects.
Актуальность. Подземная часть здания (фундамент и грунт) оказывает существенное влияние на его напряженно-деформированное состояние и поведение под действием эксплуатационных нагрузок. Поэтому существующая нормативно-техническая документация регламентирует проектирование зданий (сооружений) с учетом совместной работы их надземной и подземной частей. На практике подобный учет становится возможным на основе комплексного инженерного анализа здания как большой механической системы «здание - фундамент - основание», который сегодня можно провести с применением метода конечных элементов. В случае применения свайных фундаментов правильность получаемого результата во многом зависит от обоснованного выбора расчетной модели подсистемы «свая - грунт». В статье анализируются три расчетные модели сваи, работающей в массиве грунтового основания. Первая модель - дискретная (стержневая). В ней свая моделируется пространственными стержнями (типа Bar) и опирается на упругие опоры (Spring) с обобщенными жесткостями. Вторая модель - пространственная, в которой свая и грунт набраны объемными элементами (Solid). Третья модель - пространственно-стержневая, или комбинированная, в которой стержневая свая встроена в сетку грунтового массива при помощи веерной подструктуры, образованной стерженьками большой жесткости (типа Rigid). Цель исследования - определить рациональную расчетную модель подсистемы «свая - грунт» позволяющую, с одной стороны, сократить общий порядок системы разрешающих уравнений, а с другой - сохранить точность оценки напряженно-деформированного состояния расчетной модели «свая - грунт» и здания в целом. Материалы и методы. Численные результаты анализа статики свайного фундамента с применением трех расчетных моделей «свая - грунт» выполнены в программном комплексе САЕ - класса Femap with NX Nastran, реализующим метод конечных элементов. Результаты. Сравнительно-численный анализ напряженно-деформированного состояния подсистемы «свайный фундамент - основание» позволил определить достоинства, недостатки, а также области рационального использования стержневой, пространственной и комбинированной расчетных моделей. В следующих статьях планируется рассмотреть расчет свай на вертикальные нагрузки, осуществить сравнительный анализ численных результатов с экспериментальными данными (в лаборатории или в натурных условиях) на горизонтальные и вертикальные воздействия.