К расчету оснований методом конечных элементов

Теличко Виктор Григорьевич; Ходорович Павел Юрьевич

This article analyzes and summarizes the experience of the construction of Tula in the sphere of housing and communal services received in the first five-year plan period of industrialization, the rapid development of industrial and municipal construction.

Key words: infrastructure Tula, architecture and urban look of the city, the first five-year plan, housing, utilities, cultural and residential buildings

Pastukh Olga Alexandrovna, postgraduate, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Architecture and construction

УДК 539.3

К РАСЧЕТУ ОСНОВАНИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В.Г. Теличко, П.Ю. Ходорович

Рассматривается модификация объемного конечного элемента в форме тетраэдра для расчета массивных конструкций. Предложена модель решения задачи определения НДС слоистого полупространства, находящегося под местным давлением.

Ключевые слова: полупространство, анизотропия, ортотропия, напряженно-деформированное состояние, разносопротивляемость, конечный элемент.

Для повышения эффективности строительства существенно важным является совершенствование методов проектирования оснований и фундаментов, стоимость устройства которых может доходить до 20—30% стоимости зданий и сооружений. Сложность инженерно-геологической обстановки площадок строительства, уникальность и масштабность современных сооружений (АЭС, ТЭС, установки на шельфе и др.), повышение технологических нагрузок и этажности зданий требуют возможно полного учета реальных свойств грунтов оснований, что можно обеспечить только при использовании новейших достижений в области механики грунтов, горных пород и численных методов расчета.

Согласно [2] анизотропные грунты и породы широко распространены в коре и в верхней мантий Земного шара. Кроме того они обладают разносопротивляемостью [3]. Многие исследователи не без оснований высказывают мнение, что все грунты (нескальные породы), обладают в той или иной степени анизотропией свойств с учетом того, что при формировании в прошлые геологические эпохи они в большей или меньшей мере испытывали сложное нагружение, сформировавшее неоднородное и анизотропное напряженное состояние. Анизотропия в грунтах — скорее правило, чем исключение. К грунтам, у которых она ярко выражена, относятся ленточные глинистые отложения, лёссы и лёссовидные грунты, торфяни-

341

стые, мерзлые, солонцеватые и некоторые другие разновидности. Анизотропия присуща многим полускальным и скальным породам в силу преимущественной ориентации минералов и свойств текстуры породы (слой-чатость, полосчатость и т. п.), трещиноватости, наличия дефектов структуры и др.

Для решения поставленной задачи авторы предлагают использовать модифицированную конечно-элементную модель построенную на базе стандартного объемного изопараметрического элемента в форме тетраэдра с 3-мы степенями свободы в узле, использующего положения общей трехмерной теории упругости [6].

Для иллюстрации предлагаемого подхода рассмотрим задачу о давлении на полупространство (рис. 1). Исходные данные для расчета принимались следующие: размеры в плане 20000x5000 мм, по высоте 7 слоев по 2000 мм, размер зоны давления 2000x500. Механические характеристики материалов приведены в таблице. Интенсивность равномерно распределенной нагрузки д принималась равной 700 кПа.

Рис. 1. Расчетная схема

342

Строительство и архитектура

Механические характеристики материалов [2]

Слой №1 Константы

Е1+ МПа Е1-МПа Е2+ МПа Е2-МПа Е3+ МПа Е3-МПа Е:2+ МПа Е12-МПа

31,05 27,95 29,74 24,16 26,35 19,12 27,55 23,32

Константы

Е13+ МПа Е13" МПа П+2 П12 П13 П23 П23

28,33 21,92 0,38 0,32 0,37 0,32 0,37 0,32

Слой №2 Константы