Материал: Компьютерное моделирование осадки большеразмерного коробчатого фундамента минимальной материалоёмкости на нелинейно-деформируемом грунтовом основании при заданной нагрузке

4.3    Моделирование осадки большеразмерной фундаментной плиты на грунтовом основании (Модельная задача №1 - базовая задача)

В качестве модельной задачи был принят плитный коробчатый фундамент на нелинейно-деформируемом грунтовом основании. Необходимо исследовать и оценить осадку фундамента. Предполагается, что по всей контактной поверхности имеется полное сцепление фундамента с грунтом. На верхнюю плоскость фундаментной плиты действует нормальная внешняя нагрузка.

Рассмотрим для начала плитный фундамент, имеющий внешние геометрические и физико-механические характеристики аналогичные исследуемому типу фундамента, рисунок 1.

Рисунок 1 - Окно приложения, постановка задачи и дискретная модель иследуемой системы

Исходные данные: векторы шагов дискретизации

hx = {70, 50, 40, 40, 40, 50, 50, 40, 40, 40, },

hy = {40, 40, 50, 50, 50, 50, 50, 60, 60, 80};

Нагрузка Р = 16, 2 кН (1620 кгс), {P} = {135, 270, 270, 270, 270, 270, 135}.

Результаты при заданной постановке задачи.

Рисунок 1.1 - Окно результатов линейных перемещений

Рисунок 1.1.2- Окно результатов нелинейных перемещений

Рисунок 1.2 - График линейных и нелинейных перемещений в 14-26 узлах

Вывод: Рассмотрев плитный сплошной фундамент и его линейные и нелинейные перемещение в узлах дискритезации мы получили, что его деформация допустима при указанных нагрузках, что позволяет проводить нам дальнейшие исследования.

4.4    Компьютерное моделирование осадки плитных коробчатых фундаментов (Модельные задачи №2-3)

Рассматривается фундамент из большеразмерных коробчатых плит на нелинейно-деформируемом грунтовом основании. Необходимо исследовать влияние геометрических размеров поперечного сечения плиты на её осадку. Предполагается, что по всей контактной поверхности имеется полное сцепление материала плиты с грунтом. Это значит, что вся полость коробчатой плиты должна быть заполнена грунтом. На верхнюю плоскость фундаментной плиты действует нормальная внешняя нагрузка. Грунт, находящийся в полости, будет уплотняться, в основном, за счёт сжатия, его горизонтальные перемещения в поперечном направлении будут ограничены боковыми стенками полости. Продольные перемещения в силу геометрических размеров плиты можно принять нулевыми. Эти обстоятельства позволяют решение поставленной пространственной задачи свести к решению соответствующей плоской задачи. При достижении определённой степени уплотнения грунт внутри полости будет передавать нагрузку на нижележащие слои грунтового основания. При этом плитный коробчатый фундамент с уплотнённым в полости грунтом, возможно, будет работать как единый конструктивный элемент системы «фундамент - грунтовое основание». Таким образом, исследованию подлежит указанная физическая система, определённая в двумерном пространстве. Поскольку грунт является нелинейно-деформируемой средой, то и вся рассматриваемая система будет нелинейно-деформируемой.

Для исследования указанной нелинейной физической системы использовался метод компьютерного объектно-ориентированного моделирования на основе метода конечных элементов и метода энергетической линеаризации.

Модельная задача №2

Рассмотрим плитный коробчатый фундамент, имеющий внешние геометрические и физико-механические характеристики аналогичные исследуемому типу фундамента, рисунок 1.

Исходные данные: векторы шагов дискретизации

hx = {70, 50, 40, 40, 40, 50, 50, 40, 40, 40, 50, 70};

hy = {40, 40, 50, 50, 50, 50.50, 60, 60, 80};

Нагрузка Р = 16, 2 кН (1620 кгс); {P} = {135, 270, 270, 270, 270, 270, 135}.

расчётная область: - 580 х 530 см; Плита - 260 х 180 см; Полость - 180 х 100 см.

Риcунок 2 - Окно приложения, постановка задачи и дискретная модель иследуемой системы

Результаты при заданной постановке задачи.

Рисунок 2.2.1- Окно результатов линейных перемещений

Рисунок 2.2.2- Окно результатов нелинейных перемещений

Рисунок 2.3.1 - График линейных и нелинейных перемещений на 14-26 узлах

Рисунок 2.3.2 - График линейных и нелинейных перемещений на 53-65 узлах

Минимизируем размеры коробчатого фундамента, чтобы затраты на материал были минимальные и фундамент не дал трешины.

Модельная задача №3

Рисунок 3 - Окно приложения, постановка задачи и дискретная модель иследуемой системы

Рисунок 3.1 - График линейных и нелинейных перемещений на 14-26 узлах

На рисунке 3.1 виден прогиб плиты, попытаемся его устранить увеличением верхнего основания плиты или добавлением дополнительной опоры.

Рисунок 4 - Окно приложения, постановка задачи и дискретная модель иследуемой системы

Рисунок 4.1 - График линейных и нелинейных перемещений на 14-26 узлах

Вывод: Мы рассмотрели плитный сплошной фундамент и плитный коробчатый при одинаковых исходных данных. В результате исследования мы получили что плитный коробчатый фундамент на много экономичнее в использовании чем сплошной при одинаковых исходных данных.

Анализ результатов и общий вывод

Мы рассмотрели плитный коробчатый и сплошной фундамент. На рисунке 1 и 2 изображена постановка задачи и дискретная модель иследуемых системы.

Таблица 1 - Значения горизонтальных и вертикальных составляющих перемещений в узлах деформируемой области плитных фундаментов (см.)

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.

.        Изучив деформатию грунта и свойства плитного коробчатого фундамента мы получили, что его можно минимизировать, а затраты на материал сделать минимальными;

3.      Несущая способность плитного и коробчатого фундаментов при одинаковых исходных данных отличаются незначительно.

Общий вывод

Из сделанных выводов следует: плитный коробчатый фундамент экономичнее сплошного при одинаковых исходных данных, а также его можно оптимизировать в зависимости от свойст грунта на котором он расположен.

Список использованных источников

.        Александров, А. В., Основы теории упругости и пластичности / А. В. Александров, В. Д. Потапов. - М.: Высш. шк., 1990.- 400с.

.        Безухов, Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести /Н. И. Безухов. - М: Высш. шк., 1968. - 512с.

.        Быховцев, В. Е. Математическое моделирование и численные методы. Курс лекций по спецкурсу/ В. Е. Быховцев. - Гомель: УО «ГГУ им. Ф. Скорины», 2013. - 75с.

.        Старовойтов Э.И. Основы теории упругости, пластичности и вязкоупругости. - Гомель: БелГУТ, 2001. - 344с.