Advisor of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences (RAASN), Doctor of Technical Sciences, Professor of Department of Theoretical Mechanics
советник РААСН, доктор технических наук, профессор кафедры теоретической механики
Сandidate of Technical Sciences, Associate Professor of Department of Theoretical Mechanics
кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической механики
Student, Technician at the “Heat and Mass Transfer in Constructionˮ Scientific Research Center
студент, техник научно-исследовательского центра «Тепло- и массообмен в строительстве»
A numerical simulation of the three-dimensional “shell - soil” system was performed, comprising a T-connection of cylindrical shells and the surrounding soil body, using contact elements to describe the gap between the structure and the soil. The study was carried out for soil fragments of various widths in order to evaluate their influence on the magnitude and shape of the surface settlement trough. Eight models were considered, in which the distance L from the edges of the main and adjoining shells to the lateral faces of the soil body varied from 1D to 8D in steps of D , where D is the diameter of the main shell. The surrounding soil body was modeled with three-dimensional finite elements (SOLID186, SOLID187), the cylindrical shell - with shell elements (SHELL181); the soil behavior was described by the elastic-plastic Mohr-Coulomb model. Families of surface settlement trough curves were obtained in the transverse and longitudinal directions relative to the axis of the adjoining shell. It was established that for the soil body width from 1D to 5D both the settlement magnitudes and the shape of the settlement trough change noticeably, whereas with a further increase of the model domain ( L ≥ 5D ) the change in the shape and depth of the trough becomes insignificant. Based on the stress analysis of the system, it is recommended for engineering calculations to adopt a soil body width of L ≥ 5D , with L = 5D being preferable, providing sufficient accuracy of settlement prediction without an excessive increase in the number of finite elements. The obtained results help maintain a balance between computational speed and reliability of the mathematical modeling, which is especially important in multivariate analysis.
Выполнено численное моделирование пространственной системы «оболочка - грунтовый массив», включающей тройниковое соединение цилиндрических оболочек и прилегающий грунтовый массив, с использованием контактных элементов для описания зазора между конструкцией и грунтом. Исследование проведено для фрагментов массива различной ширины с целью оценки их влияния на величину и форму мульды осадки земной поверхности. Рассмотрены восемь расчетных моделей, в которых расстояние L от краев основной и примыкающей оболочек до боковых торцов массива изменялось в диапазоне от 1 D до 8 D с шагом D , где D - диаметр основной оболочки. Окружающий массив моделировался трехмерными конечными элементами (SOLID186, SOLID187), цилиндрическая оболочка моделировалась оболочечными элементами (SHELL181); поведение грунта описано упругопластической моделью Мора - Кулона. Получены семейства кривых мульд осадок поверхности массива в поперечном и продольном направлениях к оси примыкающей оболочки. Установлено, что при ширине расчетного массива от 1 D до 5 D заметно изменяются как величины осадок, так и форма мульды оседания, а при дальнейшем увеличении размеров расчетной области ( L ≥ 5 D ) изменение формы и глубины мульды становится незначительным. На основе анализа напряженно-деформированного состояния системы для инженерных расчетов рекомендовано принимать ширину массива L ≥ 5 D , при этом предпочтительным является значение L = 5 D , обеспечивающее достаточную точность прогнозирования осадки без чрезмерного увеличения числа конечных элементов. Полученные результаты позволяют поддерживать баланс между скоростью расчета и достоверностью математического моделирования, что особенно важно при многовариантном анализе.