Материал: Строительная механика и конструкции. Сафронов В.С., Козлов А

По полученным данным об изменении эквивалентных напряжений и расчетного сопротивления определяется критическая температура, при которой в армирующих элементах образуется пластический шарнир (рис. 7, 8). Результаты расчета огнестойкости представлены в табл. 3.

85

По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1.Разработана и апробирована программа расчета огнестойкости железобетонных плит в ПК ANSYS MECHANICAL.

2.Удовлетворительное совпадение опытных и расчетных результатов позволяет использовать системы математического моделирования как альтернативу реальным испытаниям.

3.Для совершенствования математических моделей необходимы дополнительные данные испытаний огнестойкости железобетонных конструкций.

Библиографический список

1.Милованов, А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре/ А. Ф. Милованов. - М.: Стройиздат, 1998. - 304 с.

2.Каплун, А. Б. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство/ А. Б. Каплун, Е. М. Морозов, М. А. Олферьева. - М.: «Либроком», 2015. – 272 с.

3.Федорова, Н. Н. Основы работы в ANSYS 17/ Н. Н. Федорова, С. А. Вальгер, М. Н. Данилов, Ю. В. Захарова. - М.: ДМК Пресс, 2017. – 210 с.

4.Ефрюшин, С. В. Расчетный анализ огнестойкости конструкций с учетом перераспределения усилий при локальных температурных воздействиях / С. В. Ефрюшин, В. В. Юрьев // Строительная механика и конструкции. – 2018. - №4(19).

– С. 97-107.

5.Ефрюшин, С. В. Численное моделирование огнестойкости железобетонной плиты с помощью программного комплекса Ansys / С. В. Ефрюшин, В. В. Юрьев // Строительная механика и конструкции. – 2019. - №4(23). – С. 86-92.

6.ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования. - М.: ИПК «Изд-во стандартов», 1996.

7.СТО 36554501-006 – 2006. Правила по обеспечению огнестойкость и огнесохранности железобетонных конструкций.- М.: ФГУП «Строительство», 2006.

References

1.Milovanov A.F. Resistance of reinforced concrete structures in case of fire. M.: Stroyizdat, 1998. 304 p.

2.Kaplun A.B., Morozov E.M., Olfer'eva M.A. ANSYS in the hands of an engineer: A practical guide. M.: Librocom, 2015. 272 p.

3.Fedorova N.N., Valger S.A., Danilov M.N., Zakharova Yu.V. Fundamentals of work in ANSYS 17. M.: DMK Press, 2017, 210 p.

4.Efryushin S.V., Yuriev V.V. Calculation analysis of fire resistant structures taking into account the redistribution of forces under local temperature effects. Structural mechanics and structures. No. 4(19). 2018. Pp. 97-107.

5.Efryushin S.V., Yuriev V.V. Numerical simulation of fire resistance of a reinforced concrete slab using the Ansys bundled software. Structural Mechanics and Structures. No. 4(23). 2019. Pp. 86-92.

6.Federal Standard 30247.0-94. Building constructions. Fire test methods. General requirements. M.: IPK "Publishing house of standards", 1996.

86

7.STO 36554501-006 - 2006. Rules for ensuring fire resistance and fire safety of reinforced concrete structures. M .: FSUE "Construction", 2006.

MATHEMATICAL MODELING OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES BEARING CAPACITY IN CASE OF FIRE USING ANSYS MECHANICAL

S. V. Efryushin1, V. V. Yuriev2

Voronezh State Technical University1,2

Russia, Voronezh

1PhD of Tech. Sciences, Associate Professor of the Department of Structural Mechanics

2MA Student of the Department of Structural Mechanics

The results of mathematical modeling of reinforced concrete slabs behavior during fire tests in the standard fire are presented. The aim of this work is to create and test a methodology for calculating the fire resistance of reinforced concrete structures in ANSYS MECHANICAL bundled software. In the model problem of calculating reinforced concrete articulated on two sides of the plates, the critical temperature of the heating of the structure, the time until the loss of bearing capacity, deformation, stress and deflection are determined.

The experimental data are compared with computational modeling. Results analysis allows us to justify the applicability of ANSYS MECHANICAL for solving fire resistance problems of reinforced concrete structures.

Keywords: reinforced concrete structures, standard fire, critical temperature, degree of fire resistance, ANSYS bundled software.

87

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

УДК 539.37

ОПТИМИЗАЦИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ ДЛЯ РАСЧЁТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ

С. Ю. Гриднев1, Н. Э. Гарри2, В. А.Острецов3 Воронежский государственный технический университет1,3 Россия, г. Воронеж

Нигерия2

1Д-р техн. наук, проф. кафедры строительной механики, тел.:+7(473)2714230; e-mail: gridnev_s_y@rambler.ru

2Магистрант кафедры строительной механики, тел.:+79081392636; e-mail: harryndifreke @yahoo.com 3Студент кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов имени профессора Ю. М. Борисова,

e-mail: ostretsov.v.a. 191@gmail.com

Определяются оптимальные размеры грунтового основания по выбранным критериям для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) здания повышенной этажности сложной конфигурации в плане на основании, сложенном из лессовых грунтов. Описана конечно-элементная модель высотного здания совместно с грунтовым основанием. Предложены в качестве критериев для оптимизации размеров грунтового основания максимальные перемещения грунта под подошвой фундаментной плиты, продольные напряжений в колоннах и изгибающие моменты в фундаментной плите. Выполнена оценка влияния учета грунтового основания и его размеров на конечные результаты расчета в программном комплексе Midas GTS NX. Показана необходимость выполнения расчетов с учетом грунтового основания. Определены границы применения модели «Здание - грунтовое основание», обусловленные требуемой точностью расчетов, простотой использования, оптимальным временем расчета, малыми трудозатратами при создании и подготовке модели к расчету. Рекомендована формула для определения оптимальных размеров грунтового основания для выполнения практических расчетов.

Ключевые слова: повышенная этажность, осадка фундамента, грунтовое основание, размер грунтового основания, напряженно-деформированное состояние, конечно-элементная модель.

Введение. В нашей стране с каждым годом нарастают темпы жилищного строительства. При этом увеличивается доля возведения зданий повышенной этажности. Высота зданий в различных нормативных документах определяется в зависимости от задач, на решение которых направлено содержание документа. Строгого определения термина «высотное здание» в Градостроительном кодексе Российской Федерации не содержится. Существует общепринятая классификация, в соответствии с которой сооружение высотой до 30 м считается зданием повышенной этажности, а высотой до 100 м относятся к высотным зданиям III категории этажности. Ввиду повышения спроса на недвижимость возрос спрос на более компактные и одновременно высотные строения в городах с плотной застройкой. Особенностями таких высотных зданий является большая площадь фундаментной плиты, при которой передаются большие нагрузки на грунты. Из-за большой высоты планировка конструкция и расчет здания повышенной этажности качественно отличаются от зданий малой этажности. В соответствии с пунктом 5.1.4 [1] «Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения с основанием. Для совместного расчета

____________________________________________

© Гриднев С. Ю, Гарри Н. Э., Острецов В. А., 2020

88

сооружения и основания могут быть использованы численные методы (в том числе метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод граничных элементов и др.)». При выполнении практических расчетов напряженно-деформированного состояния (НДС) здания повышенной этажности совместно с грунтовым основанием с использованием современных программных комплексов назначение размеров грунтового массива в зависимости от размеров и конструктивных особенностей сооружения строго не регламентируются нормативными документами и проектировщик, как правило, опирается на свой предыдущий опыт проектирования. Отсутствуют сведения о влиянии принимаемых при выполнении расчетов размеров массива грунта под сооружением на получаемые результаты расчета, погрешности в расчетах, а также нет однозначных рекомендаций по случаям необходимости учета влияния грунтового массива при расчете сооружения. В таких случаях необходимо сравнить результаты расчета надземной части сооружения с грунтовым основанием разных размеров и упрощенный расчет при упрощенном учете грунтового основания. Фундаментная плита взаимодействует с грунтовым основанием, а нагрузки на фундаментную плиту передаются локально через вертикальные элементы – стены и колонны каркаса, величина нагрузки зависит от совместности сопротивления нагрузкам высотного здания и грунтового основания. В общем случае здание следует рассматривать как некую сложную многократно неопределимую пространственную конструкцию, опертую на упругое полупространство, в которой фундаментная плита является нижним поясом сооружения. Для получения достоверных результатов НДС сооружения следует учитывать большие массивы грунта как под фундаментной плитой, так и в законтурной области. В свою очередь, на размеры грунтового массива, моделируемого в программном комплексе, влияет несколько факторов, такие как: наличие близлежащей застройки, свойства грунта, неоднородность грунтового основания, наличие полостей.

Исследования в этом направлении приведены в статье российских ученых [2], где даются рекомендации по оптимизации конечно-элементной модели. В работе рассматривают модель взаимодействия напряженно деформированного состояния «грунт - фундамент - подземная часть здания - надземная часть здания», объясняются методики выполнения работы, а также анализируется полученный результат, выдвигаются рекомендации по принятию проектных решений. В статье [3] получены рекомендации о «чувствительности» высотных зданий к кренам, которую необходимо учитывать при анализе напряжений, возникающих в фундаментной плите, колоннах и перекрытиях первых этажей. В статье [4] зарубежных авторов внимание было сосредоточено на проблеме, связанной с перераспределением напряжений в конструкциях здания при получении дополнительной эксплуатационной нагрузки, что приводит к перегрузке несущих конструкций сооружения, перераспределению напряжений в фундаменте сооружения при образовании крена. Подобные исследования проводились в работе [5], в этой статье авторы уделяют внимание численному исследованию осадки фундамента высотного здания, сравнивают значения осадок, полученные при расчете в программном комплексе, с реальными осадками, полученными в процессе мониторинга. В статье рассмотрены [6] проблемы, связанные с определением толщины сжимаемого слоя под подошвой фундаментной плиты больших размеров. В [7] определяются размеры опорного слоя грунта для плитно-свайного фундамента при проведении оценки деформаций грунтового основания проектируемого высотного комплекса в городе Казани. В работе [8] затрагивались проблемы прогнозирования осадок при эксплуатационной нагрузке зданий повышенной этажности. Результаты исследований в этом направлении приведены в статье [9]. Вопросы математического моделирования основания при совместном сопротивлении действующим нагрузкам здания и основания изложены в работе [10]. Методика расчета фундаментных плит совместно с основанием в пространственной постановке описана работе [11]. Исследования в работе [12] основаны на использовании упрощенных моделей основания при совместном расчете здания и

89