Моделирование работы свай при реализации просадки грунта

Аннотация

В статье рассмотрены результаты моделирования работы железобетонных винтовой и буронабивной свай во взаимодействии с грунтовым массивом. Для моделирования применён математический аппарат метода конечных элементов в реализации лицензионного сертифицированного программного комплекса Лира-софт версии 10.6. Описан процесс моделирования просадки. Представлены три варианта взаимодействия грунта со сваями. Получены величины осадки одиночных свай от внешней нагрузки и от отрицательных сил трения.

Ключевые слова: Винтовая железобетонная свая, буронабивная свая, грунтовый массив, просадка, Лира-софт, осадка, деформации, перемещения, напряжения.

В продолжение исследования работы винтовой сваи [1−10] и возможности моделирования просадки грунтового массива, были разработаны три расчетные схемы, показанные на рис. 1.

Рис. 1. — Расчетные схемы взаимодействия свай с грунтовым массивом, где: авинтовая железобетонная свая, б — буронабивная железобетонная свая, в — буронабивная железобетонная свая с уширением; fi — трение по боковой поверхности; R — сопротивление грунта по торцу сваи; ?u — предельные касательные напряжения согласно критерию прочности Кулона-Мора

Обозначенный зазор позволяет свае «уйти» от восприятия отрицательных сил трения по боковой поверхности. Физическая возможность создания подобного зазора между резьбовой поверхностью и цилиндрическим стволом сваи представлено на рис. 2.

Рис. 2. — Конечно-элементная модель оголовка сваи, а — конечно-элементная модель, б — физическое исполнение раскатанной резьбы

Постановка задачи пространственная. Принятые материалы — упругие. Для уменьшения влияния граничных условия вокруг свай массив грунта принят с радиусом 2 м. Характеристики грунта приняты следующие:

Просадочный грунт: Модуль общей деформации Е=10 МПа; коэффициент Пуассона ?= 0,35; объемный вес 53 кН/м3. Указанный объемный вес подобран итерационно для достижения деформации от собственного веса 10 см.

Непросадочный грунт: Модуль общей деформации Е=10 МПа; коэффициент Пуассона ?= 0,35; объемный вес 0,1 кН/м3. Указанный объемный вес подобран исходя из необходимости отсутствия деформаций грунта от собственного веса.

Ниже приведены результаты численного эксперимента, показывающие вертикальные перемещения.

Рис. 3. — Изополя вертикальных перемещений грунта и свай, от воздействия просадки

Рис. 4. — Изополя вертикальных перемещений грунта и свай, от воздействия полезной нагрузки, равной 500 кН

Вертикальные перемещения оголовков свай, рассчитанные от воздействия просадки грунта и от полезной нагрузки, равной 500 кН, представлены в таблице 1.

Таблица № 1. Вертикальные перемещения оголовков свай

Вывод

Результаты представленного расчета показывают, что применение винтовой сваи без взаимодействия с просадочным грунтом позволяет снизить вертикальные перемещения оголовка на 48% по сравнению с буронабивной сваей с тем же расходом материала.

моделирование железобетонный винтовой свая.

• 1. Акопян В. Ф. Моделирование несущей способности ввинчиваемых свай //Известия Ростовского государственного строительного университета. — 2010.№. 14. С. 308−308.
• 2. Акопян В. Ф. и др. Новые виды свай //Инженерный вестник Дона. — 2011. №. 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2011/437
• 3. Акопян В. Ф. Испытания моделей винтовых свай //Инженерный вестник Дона. — 2012. №. 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2012/620
• 4. Панасюк Л. Н. и др. Монолитная и сборно-монолитная разновидности винтовой сваи АКСИС //Инженерный вестник Дона. — 2012. №. 4−2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1241
• 5. Зотова Е. В., Хо Ч., Акопян В. Ф. Определение влияния вспомогательного ростверка на несущую способность сваи усиления цокольного здания с учетом неравномерной осадки в г. Белово Кемеровской области //Инженерный вестник Дона. — 2013.№. 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1706/
• 6. Акопян В. Ф., Четвериков А. Л., Конопацкий С. А. Экспериментально-теоретическое обоснование возможности использования ввинчиваемых свай в качестве армоэлементов //Перспективы науки. — 2012. — №. 2. — С. 67−69.
• 7. Акопян В. Ф. Армирование грунтового массива винтовыми бетонными элементами АКСИС// Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении: материалы Всероссийской научно-практической конференции. — Новочеркасск: ЮРГТУ, 2012. — с. 370−374.
• 8. Акопян В. Ф., Акопян А. Ф., Должиков П. Н. Полевые испытания грунтов винтовыми сваями повышенной несущей способности// «Строительство-2015»: материалы Международной научно-практической конференции. — Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2015. — 427−428 с.
• 9. A. Prokopov, V. Matua, V. Akopyan Monitoring of the Geotechnical State of the Array During the Reconstruction of the Roki Tunnel // Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2255−2260.
• 10. V. Akopyan, A. Akopyan Experimental and Theoretical Investigation of the Interaction of the Reinforced Concrete Screw Piles with the Surrounding Soil// Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2202−2207