Условный фундамент свайного фундамента это

Под условным свайным фундаментом

Для этой проверки строят условный свайный фундамент (рис. 4.4).

а б

Рис. 4.4. Схемы построения условного свайного фундамента при отсутствии слабых грунтов — а, при наличии слабого слоя в пределах толщи прорезываемой сваями — б: 1 – слои грунтов, b_y – ширина условного фундамента

Границы условного фундамента (рис. 4.4) определяются следующим образом: снизу – горизонтальной плоскостью, проходящей через нижние концы свай; с боков – вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии l_p×tg(j/4); сверху – поверхностью планировки грунта DL. На рис. 4.4 проекция такого условного фундамента представлена фигурой «1 – 2 – 3 – 4», здесь j — осредненное расчетное значение (по деформациям) значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

, (4.15)

где h_i, j_II,I – соответственно толщина и расчетное значение угла внутреннего трения отдельного i-го слоя, пройденного сваей (в пределах расчетной длины сваи l_p).

Наклонные плоскости проводятся от подошвы ростверка. Если в пределах расчетной длины свай l_p встречаются ненормируемые («слабые») грунты, не обеспечивающие трение по боковой поверхности свай (например, пылевато-глинистые в текучем состоянии, рыхлые песчаные грунты), наклонные плоскости под углом φ/4 проводятся oт кровли того слоя, где силы трения принимают участие в обеспечении несущей способности сваи. В этом случае φ определяется лишь для нижележащих слоев грунта.

Размеры подошвы условного фундамента (ширину b_у и длину 1_у) можно определить но формулам

где m_b, m_l — количество рядов сваи соответственно по ширине и длине фундамента; b_b, b_l — расстояния, между рядами свай соответствен­но по ширине и длине фундамента; l_p— длина сваи без учета ее части, заделанной в ростверк. Обычно

l – расчетная длина сваи; d — размер поперечного сечения свай.

Проверка прочности основания под условным свайным фундаментом производится по формулам (3.5) и (3.6).

Среднее давление под подошвой условного свайного производят по формуле

, (4.19)

где N_оII– внешняя нормативная нагрузка на уровне обреза условного фундамента; N_pII — нормативная нагрузка от веса ростверка; G_грII— нормативная нагрузка от веса грунта в объеме условного фундамента; N_cвII — нормативная нагрузка от веса свай; А_у – площадь условного фундамента.

При определении N_оII необходимо учитывать наличие подвала в зданиях. В этом случае к нагрузке N_оIIприбавляется вес стакана и фундаментных стеновых блоков или монолитных стен подвала.

Вес ростверка равен

где b_рост, l_рост, h_рост – соответственно ширина, длина и высота ростверка; 25 – удельный вес железобетона в ростверке (кН/м 3 ).

Вес свай в ростверке

где n – количество свай в ростверке (шт.); l_p – длина сваи за исключением ее заделки в ростверк (м); d 2 – площадь сечения сваи (м 2 ); 25 – удельный вес железобетона в ростверке (кН/м 3 ).

где V_у– объем условного свайного фундамента (м 3 ); V_рост – объем ростверка в пределах условного свайного фундамента;g_II,ср– средний расчетный удельный вес грунта в пределах условного фундамента (кН/м 3 ).

где b_у , l_у , d_у – соответственно ширина, длина и глубина заложения условного фундамента.

, (4.24)

где h_i – мощность слоев грунта в пределах глубины заложения условного фундамента; в пределах глубины заложения условного фундамента; g_i – расчетный удельный вес в i-м слое грунта, вычисленный с учетом взвешивающего действия воды, если в пределах d_у нет водоупора.

Определение максимального и минимального давлений производится по формулам (3.9), (3.10), (3.11), (3.12). Если в этих формулах приведены размеры фундаментов мелкого заложения, то в настоящей главе размеры относятся только к условному свайному фундаменту, то есть b = b_y, l = l_y, h_ф = d_у .

Расчетное сопротивление грунта R вычисляется под условным фундаментом по формуле (3.3), где подставляются следующие величины: b_y вместо b и d_у вместо d₁.

Все коэффициенты (γ_c1, γ_c2, M_g, M_q, M_c, с_II) принимаются для того слоя, на который опирается условный свайный фундамент. Если в пределах высоты условного фундамента нет водоупора, то удельные веса грунтов в каждом слое рассчитываются с учетом взвешивающего действия воды.

При невыполнении условий (3.5) и (3.6) необходимо увеличить расстояние между сваями до 6d или увеличить длину сваи для забивки в более прочный грунт.

Источник

Методика условного фундамента к большеразмерным свайным полям

18.11.2014, 21:14 #2

СП 24.13330.2011 п.7.46

18.11.2014, 21:42 #3

расчеты МКЭ, проектирование, к.т.н.

Наверное не точно написали ссылку? В СП есть пункт 7.4.6, и там нет определение данного термина.

18.11.2014, 22:06 #4

А определения нет. Это все идет из Москвы

Сначала все было хорошо и было определение «свайное поле» в рекомендациях по проектированию свайных полей 1983 г- в плане 10х10 или в виде кольца. .
Потом появились внутренние Московские нормы в 1997 г Рекомендации по расчету, проектированию и устройству свайных фундаментов нового типа в г. Москве. и в 2001 г в Инструкции и неожиданно всплыл термин большеразмерные плитные ростверки (при размерах в плане 10×10 м и более)
Потом это вошло в СП 50-102-2003 Для тяжелых каркасных зданий и сооружений применяют, как правило, большеразмерные плитные ростверки (при размерах в плане 10х10 м и более).
Ну а в СП 24.13330.2011 это уже не кусты, а поля (правда без расшифровки).

Источник

Чему принимать равным критерий σzp/σzgi для определения глубины сжатой толщи при определении осадок свайного поля как условного фундамента.

Считаю осадку свайного поля методом условного фундамента.
Нахожу глубину сжатой толщи.
СП 24 ссылается на СП 22, который глубину сжатой толщи определяет как минимальную из ширины фундамента или по критерию σzp/σzgi =0,5 (напряжение от внешней нагрузки менее 0,5 фона до стройки).
В некоторых случаях СП 22 регламентирует σzp/σzgi =0,2. Однако эти случаи со слабыми слоями для свайного поля практически невозможны, так как никто не будет опирать сваи на болото.

В моём случае плохая геология по верху свай. Осадки получаются достаточно большими. Приближаются к предельным 100 мм. А при выборе 0,2 выходят за предельные.
Выбор критерия σzp/σzgi становится критичным. От этого слишком много зависит ( 55 мм при 0,5 или 130 мм при 0,2).

Посоветуйте пожалуйста, стоит ли довериться СП 22 и выбрать 0,5 или похимичить и наделать свай до кучи с критерием 0,2.
Как именно химичить ?

Считал поле также как куст свай.
Получил что-то порядка 85 мм. Думал что получу похожую осадку при расчёте осадки ячейки сваи как условного фундамента.
Подскажите, пожалуйста, нормальна ли меньшая осадка условного фундамента по сравнению с кустом свай ?

Расчёт свай 24.09.2019 свайного поля условный фундамент.zip (815.5 Кб, 12 просмотров)

24.09.2019, 11:52 1 | #2

Инженер-проектировщик КМ, КЖ

Разумеется надо брать σzp/σzgi =0,5

Сколько свай в свайном поле? (А именно, насколько больше 25 шт.).

85 мм для какой-то конкретной сваи. Ну или у вас абсолютно равномерно распределяются усилия в поле, что нереально. Какое сооружение считаете?

Вертикальное нормальное напряжение , определяющее деформации и глубину сжимаемой толщи, подсчитывается только от действия нагрузки, приложенной к свайному фундаменту, т.е. вес грунта в пределах условного фундамента не учитывается.

24.09.2019, 11:57 #3

Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР

Сделал тестовый расчёт. Сваи ещё не располагал, соответственно а и А взяты приблизительные для серединки плиты.

Куст считал для 169 свай. Конечно, несопоставимо, но вот соспоставлял для себя.
Для 25 свайного куста осадка центральной сваи 30 мм, для 169 свайного куста 85 мм.

Думал делить сваи по нагрузке только на крайние и все остальные. То есть на 2 группы свай.
Здание общественное 3 этажа, каркасное. Из железобетончика.

И ещё вопрос.
Если правильно понял, то метод условного фундамента не позволит определить повышенную нагрузку (низкую жёсткость) на крайние сваи. Ведь размеры ячеек в и с краю и в центре будут примерно одинаковые.
Есть ли здесь какие-то хитрости ?
Или крайние сваи просто тыкать с меньшим шагом и побольше ?
Стоит ли вообще пытаться поймать увеличение нагрузок на крайние сваи в модели SCAD ?

24.09.2019, 12:15 1 | #4

Инженер-проектировщик КМ, КЖ

Ну тут конечно будет гигантские различия в различных местах поля.

Это при одинаковой внешней нагрузке на сваю?

Можно в каком-нибудь ФОК или Фундаменте проверить, чтобы хотя бы порядок цифр проверить. Ну или тут можете выложить расчет на коленке, вдруг где-то ошибаетесь.
Но лично у меня огромные сомнения во-первых в таких осадках (хотя я не знаю какое сечение и длина свай) при хорошем основании свай и, во-вторых, в такой разнице между осадкой куста и условным фундаментом

24.09.2019, 12:17 #5

Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР

24.09.2019, 14:26 1 | #6

Инженер-проектировщик КМ, КЖ

Так метод и не подразумевает искать усилия в сваях (если под повышенной нагрузкой имеется в виду нагрузка на конкретную сваю). Задача метода определить что называется среднюю температуру по больнице, Что безусловный минус метода.
Вы же, видимо, намекаете на перераспределение усилий вследствии различных осадок различных групп свай внутри свайного поля. Предлагаю такой алгоритм:
1. Определяете общую вертикальную нагрузку от основного сочетания с коэффициентом надежности по нагрузке 1, от нее считаете ваш гигантский условный фундамент из 100+ свай. Получаете осадку (среднюю, одинаковую для всех свай).
2. Моделируете верхушку в лира-скадо-микрофе. и вместо свай ставите коротыши со связями конечной жесткости, конечная жесткость которых у всех свай одинакова и равна нагрузка на 1 сваю деленную на осадку.
3. Считаете схему и видите, что усилия в крайних сваях больше, где-то под стенами или под каким-то ремонтно-складируемых площадках также больше и т.д.
4. Корректируете расположение свай в части свай, для которых превышена Fd, в местах неравномерного распределения нагрузки (например, где-то на пределе, а где-то 10% загрузка), добиваясь минимума свай при максимуме равномерности распределения массы. Хотя 100% этого сделать не получится, т.к. все зависит от конкретной комбинации, но все-таки.
5. Делаете 2 итерацию: делите фактическую нагрузку на сваю на осадку (зонами естественно, не для каждой).
6. Повторяете п.5 пока не надоест или не наступит сходимость по параметру осадки

Источник

Расчетные модели свайных фундаментов по несущей способности и по деформациям, описанные в нормах проектирования

РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И ПО ДЕФОРМАЦИЯМ, ОПИСАННЫЕ В НОРМАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Расчетные модели свайных фундаментов по несущей способности

По характеру передачи давления сооружения на основание различают сваи-стойки и сваи трения (висячие). Сваи-стойки прорезают всю толщу сжимаемых грунтов и опи­раются на слой практически несжи­маемого грунта (обычно на скальную породу) и практически не получает вертикальных перемещений. Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде, ее несущая способность определяется или прочностью материала сваи, или сопротивлением грунта под ее нижним концом.

Сваи трения (висячие) окружены со всех сторон, в т. ч. и со стороны нижнего конца, сжимаемыми грунтами. Под вдав­ливающей нагрузкой такие сваи перемещаются вниз (получают осадку). Несущая способность таких свай складывается из несущей способности грунта на боковой поверхности сваи и грунта в основании сваи и редко определяется прочностью материала сваи.

В соответствии с действующими нормами проектирования на свайные фундаменты [1] при расчете свайных фундаментов по прочности и по деформациям грунт, окружающий сваю, допускается рассматривать как линейно – деформируемую среду, характеризующуюся боковым коэффициентом постели на поверхности сваи , линейно возрастающим по глубине её погружения.

Расчетное значение коэффициента постели грунта на боковой поверхности сваи при отсутствии опытных данных определяется по формуле , где

— коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю (в зависимости от коэффициента пористости или показателя текучести грунта).

— глубина расположения сечения сваи в грунте, для которой определяют коэффициент постели, по отношению к поверхности грунта или к подошве ростверка.

При расчете свай на горизонтальную нагрузку в [1] также учитывается включение в работу сваи некоторой части грунтового массива при помощи введения фиктивной величины ширины сечения сваи

Боковая поверхность сваи оказывает на грунт давление . Устойчивость грунта основания, окружающего сваю обеспечивается ограничением давления предельной величиной, определяемой по [1].

Несущая способность сваи по грунту считается обеспеченной, если продольное усилие в стволе сваи, определенное от нагрузок для первой группы предельных состояний не превышает предельное усилие , воспринимаемое грунтом основания. Величина называется несущей способностью сваи по грунту. — коэффициент запаса, зависящий от способа определения несущей способности сваи.

Расчетные модели свайных фундаментов по деформациям

Согласно [2] расчет оснований фундаментов производится исходя из условия совместной работы сооружения и основания при соблюдении ограничения , где

— совместная деформация основания и сооружения, определенная расчетом с использованием какой-либо применимой к конкретному расчетному случаю модели.

— предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое нормативными документами или требованиями проекта.

Действующие нормы проектирования [1,2] предписывают для расчета оснований зданий и сооружений использовать модель теории линейного деформирования грунта.

Модель использует математический аппарат теории упругости для описания напряженно-деформированного состояния грунтов и основана на предположении, что при однократном нагружении и соответственно разгрузке зависимость между напряжениями и деформациями в грунтовом массиве линейна. Однако использование теории линейного деформирования грунта всегда требует установления предела ее применимости. В общем случае теория линейного деформирования грунта использует модель упругого полупространства.

При расчете напряжений в основании и осадок грунта под подошвой фундамента таким критерием предельного состояния (для данной модели) может служить среднее давление по подошве фундамента, до достижения которого зависимость между давлением и осадкой близка к линейной.

Нормами проектирования [2] введено понятие расчетного сопротивления грунта, полученного на основе решения задачи о нагрузке, приложенной к поверхности грунта.

Метод условного массивного фундамента

В основе этого метода лежит представление свай, грунта межсвайного пространства и некоторого объема грунта, примыкающего к наружным сторонам свайного фундамента как единого массива.

Методика расчета [1]:

Расчет осадки фундамента из висячих свай, производимый как для условного фундамента на естественном основании, следует выполнять в соответствии с требованиями [2]

Границы условного фундамента (рис. 1) определяют следующим образом:

снизу — плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай;

с боков — вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии (рис. 1, а), но не более в случаях, когда под нижними концами свай залегают глинистые грунты с показателем текучести (— диаметр или сторона поперечного сечения сваи). При наличии наклонных свай вертикальные плоскости проходят через нижние концы этих свай (рисунок 1, б);

сверху — поверхностью планировки грунта ВГ;

здесь — осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле

где — расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной ;

h — глубина погружения свай в грунт

Расчет осадки условного фундамента производят на дополнительное вертикальное давление, передаваемое на основание подошвой условного фундамента, т. е. за вычетом вертикального напряжения от собственного веса грунта на уровне этой подошвы, при этом в собственный вес условного фундамента включают вес свай, ростверка и грунта в объеме условного фундамента

Метод определения осадки свайного фундамента как условного массивного разработан в рамках теории линейного деформирования грунта, поэтому обязательным является выполнение условия ограничения среднего давления по подошве фундамента величиной расчетного сопротивления грунта основания на этой глубине.

— площадь подошвы условного фундамента

— расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, определяемая с учетом собственного веса условного фундамента

Метод учета взаимного влияния свай в кусте

Метод основан на результатах обобщения испытаний свайных фундаментов и следующих закономерностях:

Вертикальная нагрузка, воспринимаемая висячей сваей передается на грунт через ее боковую поверхность и нижний конец. В результате в грунте вокруг сваи возникает напряженная зона, имеющая сложное криволинейное очертание (рис. 2, а). Принято считать, что напряжения распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет угол , зависящий от сил трения грунта по боковой поверхности сваи.

При редком расположении свай в кусте напряженные зоны грунта вокруг них не пересекаются и все сваи работают независимо, как одиночные. При небольшом расстоянии между осями свай (как показали опыты, менее , — диаметр или сторона поперечного сечения сваи) происходит наложение напряжений, вследствие чего давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает (рис. 2, б). Одновременно с увеличением давления под кустом свай формируется и значительно большая по сравнению с одиночной сваей активная зона сжатия грунта. Вследствие этих двух причин при одинаковой нагрузке, приходящейся на одну сваю, осадка свайного куста всегда при совместной работе свай будет всегда заметно превышать осадку одиночной сваи.

Метод определения осадки свайного фундамента, учитывающий взаимовлияние свай был получен на основе решения задачи Миндлина о силе, приложенной внутри бесконечного однородного, изотропного линейно деформируемого полупространства и неоднородность основания он не учитывает. Грунт в этом методе характеризуется модулем деформации получаемым по результатам натурных испытаний свай или свай-штампов статической вдавливающей нагрузкой.

Рис. 2 Схема передачи нагрузки на грунт основания

Численная реализация метода взаимного влияния свай представлена в СП 50-102-2003. Суть метода состоит в следующем:

Через модуль деформации грунта на уровне подошвы сваи, определенный по результатам статического испытания свай или статического зондирования грунта и коэффициент влияния осадки , учитывающий продольную жесткость, длину и диаметр сваи, определяется осадка одиночной сваи

, — вертикальная нагрузка, приходящаяся на одну сваю в кусте

Осадку группы свай, при расстоянии между сваями до с учетом взаимного влияния свай в кусте определяют на основе численного решения, учитывающего увеличение осадки сваи в кусте против осадки одиночной сваи при той же нагрузке, гибкость и продольную жесткость свай по формуле

— коэффициент увеличения осадки, определяемый по [1]

Несмотря на свою инженерную простоту метод учета взаимного влияния свай в грунте, реализованный в СП имеет ряд существенных ограничений:

1. Метод применим при расстоянии между сваями не более .

2. В качестве расчетной схемы куста свай принята регулярная, квадратная в плане стека свайного поля с фиксированным для всего поля коэффициентом влияния осадки . Значения приведенные в таблице [2] были табулированы именно для такой сетки. Таким образом, при применении сложной в плане формы свайного поля или использовании в одном поле свай разной длины или сечения применение этого метода неправомерно.

3. Существуют практические трудности определения приведенного по длине сваи модуля деформации , который, в общем случае, может быть отличен от модуля деформации , получаемого по данным традиционных одометрических испытаний.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПУТЕМ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИК НОРМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ ПОСТРОЕНИИ РАСЧЕТОЙ МОДЕЛИ В ПК ЛИРА 9.4

ЛИРА 9.4 – это многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения.

В настоящее время ПК Лира является одним из наиболее популярных в России программных комплексов, реализующих метод конечных элементов. Однако его возможности в отношении решения геотехнических задач существенно ограничены. На рынке программного обеспечения представлено множество специализированных программных комплексов, ориентированных на задачи геотехники (ANSYS Civil FEM, Plaxis), но из-за высокой стоимости, отсутствии документации на русском языке и повышенных требований к инженерной грамотности пользователя их использование становится весьма затруднительным. Зачастую область решаемых инженером задач не выходит за ограничения, накладываемые на методы их решения нормами проектирования. В связи с этим реализация методик расчета свайных фундаментов, представленных в [1], с помощью моделей, построенных в ПК Лира 9.4, является целесообразной.

Во всех предложенных моделях будем использовать следующие принципы:

1. Свая моделируется КЭ 10 – универсальным пространственным стрежневым конечным элементом.

2. Плита ростверка моделируется при помощи КЭ 41 – универсального физически линейного конечного элемента оболочки.

3. Закон развития вертикальных и горизонтальных перемещений сваи в грунте вводится в модель через связи конечной жесткости в торце и боковые коэффициенты постели на поверхности сваи.

4. При построении модели условного фундамента закон развития осадки свайного фундамента моделируется методом коэффициента постели для подошвы условного фундамента. Подошва условного фундамента моделируется при помощи КЭ 41 – универсального физически линейного конечного элемента оболочки.

5. Модели свайных фундаментов будем строить для свай трения, поскольку построение модели сваи-стойки не представляет практического интереса.

Модель одиночной сваи трения

Модель предназначена для расчета сваи на совместное действие вертикальной силы, горизонтальной силы и момента. Нагрузки устанавливаются в зависимости от типа расчета (по I или II группе предельных состояний). Модель реализует метод учета взаимного влияния свай.

1.Определение жесткости одноузлового КЭ в торце сваи:

По формуле 7.35 [1] осадка одиночной сваи трения определяется из соотношения , тогда жесткость одноузлового КЭ 51:

, где

— модуль деформации грунта на уровне подошвы сваи

— диаметр или сторона поперечного сечения сваи

— коэффициент влияния осадки, определяемый по п. 7.4.5 [1]

2. Определение закона изменения бокового коэффициента постели на поверхности сваи.

Коэффициент постели на боковой поверхности сваи линейно возрастает по длине сваи. Конечно-элементную модель сваи разобьем на N стержней (участков), для каждого из которых определим средний коэффициент постели на боковой поверхности сваи.

3. Определение условной ширины сваи

Для забивной сваи по п. Д.3 [1]

4. Построение конечно-элементной модели в ПК Лира

1) Создание задачи. Признак схемы 2.

2) Построение стержня длины, равной длине сваи. Разбивка стержня на N равных частей.

3) Назначение элементам боковых коэффициентов постели: Меню Жесткости – Коэффициенты постели C1, C2.

Коэффициенты постели назначаем на стержни. В поле вводим условную ширину сваи . Поочередно выделяя стержни с 1 по N, назначаем им соответствующие коэффициенты постели

4) Создание одноузлового конечного элемента КЭ51 в торце сваи

5) Задание жесткостных характеристик материала сваи: размеров сечения и начального модуля деформации бетона.

Задание жесткости 51 КЭ:

6) Задание граничных условий

Наложение дополнительных связей на полученную расчетную схему не требуется.

7) Задание нагрузок

5. Статический расчет

6. Просмотр и анализ результатов

Характер полученных эпюр изгибающих моментов, и поперечных сил представлен на рис. 3 и 4.

Предложенная модель позволяет определить

Осадку одиночной сваи с учетом сжатия ствола самой сваи Усилия в поперечных сечениях сваи ( M, Q, N), наиболее опасные сечения сваи Максимальную величину давления боковой поверхности сваи на грунт, необходимую для расчета устойчивости грунтового основания

Рис. 3 Эпюра М Рис. 4 Эпюра Q

Модель свайного куста, объединенного ростверком

Модель предназначена для расчета свайных кустов, объединенных ростверком на совместное действие вертикальной силы, горизонтальной силы и момента. Грунт, находящийся в основании свай рассматривается как упругое полупространство, характеризующееся коэффициентом постели, полученным по модели Винклера для условного фундамента.

Порядок построения модели:

1. Определение габаритов подошвы условного фундамента и нагрузок от него в соответствии с п. 7.4.1 СП [1]

; ; ; ;

— среднее давление по подошве условного фундамента

; — дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

2. Определение закона изменения бокового коэффициента постели на поверхности сваи.

Конечно-элементную модель сваи разобьем на N стержней (участков), для каждого из которых определим средний коэффициент постели на боковой поверхности сваи.

3. Определение условной ширины сваи

Для забивной сваи по п. Д.3 [1]

4. Построение конечно-элементной модели в ПК Лира.

1) Создадим новую задачу с 5 признаком схемы

2) Строим конечно-элементную модель сваи в виде стрежня (КЭ 10)

3) Разбиваем стержень на N равных конечных элементов

4) На боковой поверхности стержней задаем коэффициенты постели , моделирующие горизонтальный отпор грунта

5) Копируем полученную модель сваи в соответствии со схемой расположения свай в свайном кусте

6) Создание схемы ростверка

Сетка конечных элементов КЭ 41 должна быть выбрана таким образом, чтобы узлы, принадлежащие концам стержней, совпадали с промежуточными узлами конечных элементов плиты ростверка.

7) Создание плиты условного фундамента

Вертикальный отпор грунта будет передаваться на фиктивную плиту, моделирующую подошву условного фундамента

Сетка конечных элементов КЭ 41 должна быть выбрана таким образом, чтобы узлы, принадлежащие концам стержней, совпадали с промежуточными узлами конечных элементов плиты фиктивной подошвы условного фундамента.

Необходимо смоделировать шарнирное сопряжение фиктивной плиты и свай ()

8) Упаковка схемы

9) Задание жесткостных характеристик материала

Фиктивную плиту задаем большой жесткости, для того, чтобы смоделировать равномерную осадку свайного фундамента совместно с грунтовым массивом (Например, )

10) Задание граничных условий

Назначаем по периметру фиктивной плиты связи по направлениям x, y

Вариант полученной конечно-элементной модели показан на рис. 5

Рис. 5 Модель свайного фундамента

11) Назначение коэффициента постели на фиктивную плиту

С помощью диалогового окна задание коэффициентов С1, С2 активируем возможность автоматизированного получения коэффициента постели и назначения его на фиктивную плиту из грунтовой модели, построенной в системе ГРУНТ. В поле задаем дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

12) Запуск системы ГРУНТ

В качестве расчетного метода для коэффициента постели выбираем метод 2 — Винклера

13) Построение грунтовой площадки

Границы грунтовой площадки определяют сетки.

14) Ввод характеристик грунта

Задаем физико-механические характеристики грунтов в соответствии с исходными данными.

15) Ввод скважин

Характер напластования грунтов на площадке определяется с помощью данных геологических колонок – скважин. Положение грунтовых плоскостей между скважинами определяется экстраполяцией.

16) Экстраполяция между скважинами

17) Изменение отметки приложения нагрузки

С помощью диалогового окна «Импортированные нагрузки» меняем абсолютную отметку приложения нагрузки на отметку, соответствующую срединной поверхности плиты подошвы условного фундамента.

18) Изменение характеристик расчета

В диалоговом окне «Характеристики расчета» задаем коэффициент глубины сжимаемой толщи грунта 0.2 и ставим галочку «Учитывать вес грунта выше отметки приложения нагрузки».

Возвращаемся в систему Лир-Визор

19) Назначение коэффициентов постели

В диалоговом окне «Модель грунта» нажимаем на кнопку «Вычислить С1, С2». Так же учитываем вес грунта выше отметки приложения нагрузки.

20) Задание нагрузок

Вариант полученной конечно-элементной модели показан на рис. 6

Рис. 6 Расчетная схема свайного фундамента

21) Статический расчет

22) Просмотр и анализ результатов

Предложенная модель позволяет определить

Осадку свайного куста методом условного фундамента даже для неоднородного напластования грунтов с помощью коэффициента постели, определенного автоматизировано в модуле ГРУНТ Усилия в поперечных сечениях сваи ( M, Q, N), наиболее опасные сечения сваи Максимальную величину давления боковой поверхности сваи на грунт, необходимую для расчета устойчивости грунтового основания Усилия в плите ростверка. Есть возможность моделирования как жесткого, так и шарнирного сопряжения головы сваи с плитой ростверка

Модель свайного поля, объединенного плитой

Модель предназначена для определения расчетных усилий в сваях и плите ростверка, определения осадки свайного поля. Реализуется метод учета взаимного влияния свай.

Фундамент представляет из себя однородное по шагу, длине, сечению свай и грунтовым условиям свайное поле, объединенное плитой ростверка.

1. Определение условной длины стержня, моделирующего сваю.

По п. 7.1.8 [1] сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенным от подошвы ростверка на расстоянии не менее l1, определяемом по формуле:

,

где l0 – длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;

бе – коэффициент деформации, 1/м;

;

2. Построение свайного поля в ПК Лира

Создадим вертикальный стержень длиной и откопируем его в направлениях X и Y с необходимым шагом требуемое число раз.

3. Создание конечно-элементной модели плиты ростверка

Сетка конечных элементов КЭ 41 должна быть выбрана таким образом, чтобы узлы, принадлежащие концам стержней, совпадали с промежуточными узлами конечных элементов плиты ростверка.

4. Задание граничных условий

Необходимо запретить перемещение нижнего узла всех стержней по всем степеням свободы, за исключением вертикального перемещения (Z). В вертикальном направлении моделируется закон развития осадки через связь конечной жесткости.

5. Определение жесткости 51 КЭ

Жесткость всех свай в составе поля:

— число свай

— жесткость одной сваи: ;

— коэффициент влияния осадки

— коэффициент увеличения осадки, определяемый по таблице 7.19 [1]

Жесткость 51 конечного элемента

6. Создание 51 КЭ в нижних узлах всех стержней

Пример полученной расчетной модели представлен на рис. 7

7. Задание жесткостных характеристик материала

8. Задание нагрузок

9. Упаковка схемы

10. Статический расчет модели

11. Просмотр и анализ результатов

Предложенная модель позволяет определить

Осадку свайного поля методом учета взаимного влияния свай Расчетные усилия в поперечных сечениях сваи (M, Q, N), полученные из расчета приближенной модели (свая представлена стержнем приведенной длины, жестко защемленным в нижнем узле) Картину распределения усилий между сваями крайних и средних рядов свайного поля

Рис.7 Модель свайного поля, объединенного плитой

Усилия в плите ростверка. Есть возможность моделирования как жесткого, так и шарнирного сопряжения головы сваи с плитой ростверка Есть возможность назначения на подошву ростверка коэффициента постели, определенного по [1] и расчета осадки комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента Возможно перераспределить жесткости 51 конечных элементов в составе поля в соответствии с рекомендациями [1] при неизменной суммарной жесткости всех свай (для свай крайних рядов продольные усилия по факту получаются больше, а осадка меньше, тогда как сваи средних рядов испытывают большую осадку и воспринимают меньшие продольные усилия)

Совместный статический расчет моделей зданий и свайных фундаментов

Все предложенные выше модели возможно применить для совместного статического расчета с вышележащими конструкциями. Такой подход позволит переопределить усилия в конструкциях с учетом деформации основания, более точно определить расчетные усилия в каждой свае, учесть влияние жесткости надфундаментных конструкций на распределение осадок и усилий между фундаментами. Однако при совместном расчете группы фундаментов жесткости 51 конечных элементов необходимо определять с учетом не только взаимного влияния свай на осадку друг друга в составе одного фундамента, но и взаимного влияния друг на друга близко расположенных фундаментов по методикам, представленным в [2]. Возможно так же построение моделей всех свайных фундаментов как условных. При таком подходе взаимное влияние отдельных свайных фундаментов на осадку друг друга будет учтено автоматически при расчете коэффициентов постели по грунтовой модели в модуле ГРУНТ.

В данной работе были предложены различные конечно-элементные модели различных типов свайных фундаментов для ПК Лира 9.4. Все они реализуют методики, представленные в нормах проектирования [1,2] и могут быть применены для инженерных расчетов свайных фундаментов.

Расчетные усилия, полученные в элементах фундамента, могут быть переданы в конструирующий модуль ЛИР-АРМ для расчета свай и ростверка по прочности и трещиностойкости в соответствии с действующими нормами проектирования на бетонные и железобетонные конструкции.

Также предложенные модели свайных фундаментов можно применить для совместного статического расчета с вышележащими конструкциями, что дает возможность рассмотреть совместную работу основания и сооружения.

Необходимо отметить, что предложенные модели правомерно использовать лишь тогда, когда соблюдаются ограничения методик норм проектирования. Например, при применении сложной в плане формы свайного поля или использовании в одном поле свай разной длины или сечения применение метода учета взаимного влияния свай неправомерно. Для метода условного обязательной является проверка ограничения среднего давления по подошве расчетным сопротивлением грунта. Так же ряд проверок должен быть осуществлен инженером вручную: ограничение бокового давления поверхности сваи на грунт (проверка устойчивости основания в соответствии с [1]) и ограничение продольного усилия в стволе свае ее несущей способностью по грунту.

Таким образом, средствами ПК Лира возможно произвести весь цикл инженерных расчетов свайных фундаментов в соответствии с нормами проектирования, что позволяет производить многовариантное проектирование за меньшее время. При этом ряд поверочных расчетов должен быть выполнен вручную, а расчетные случаи не должны выходить за пределы применимости норм проектирования.

Источник