Результаты расчетов. Третья серия расчетов
Продолжаем разбирать проблему расчета котлована и оценки влияния строительства. В четвертом посте анализируется влияние прочности интерфейсов на полученные результаты. Коэффициенты условий работы гк представлены в таблице 9.1 СП 22.13330.
В первой и второй сериях расчетов прочность интерфейсов принималась равной 0,67.
В третьей серии расчетов прочность интерфейсов принимается равной 0,33.
Расчетные схемы третьей серии построены на основе расчетных схем серии 2 (т.е. с ограничением глубины сжимаемой толщи ниже дна котлована).
Первую часть этой темы можно прочитать здесь, вторую – здесь, третью – здесь.
В нормах указано, что деформации основания и конструкций на их контакте могут быть несовместны. В расчетах необходимо учитывать возможность отлипания или сдвига на контакте «конструкция-грунт» (рис.1).
В ПК Plaxis для моделирования контакта «конструкция-грунтовый массив» служат интерфейсы. Интерфейсы состоят из интерфейсных элементов. На рис.3 показано, как соединяются между собой интерфейсные элементы и элементы грунта. При использовании пятнадцати узловых элементов грунта соответствующие интерфейсные элементы определяются пятью парами узлов, в то время как шестиузловым элементам грунта соответствуют интерфейсные элементы, определяемые тремя парами узлов. На рисунке интерфейсные элементы показаны как имеющие конечную толщину, однако при конечно-элементной формулировке узлы каждой пары имеют одинаковые координаты, что означает нулевую толщину элемента.
Модель грунта Mohr-Coulomb (Мора-Кулона)
Модель грунта Hardening soil (упругопластическая модель с упрочнением грунта)
Модель грунта Hardening Soil model with small-strain stiffness (модель упрочняющегося грунта при малых деформациях)
Результаты расчетов второй серии
Таблица 1. Результаты расчетов третьей серии
Примечания:
* - см. п. «Результаты расчета в ПК GeoWall»
При уменьшении прочности интерфейсов до 0,33 результаты для всех трех моделей грунта меняются: увеличиваются деформации и силовые факторы в конструкциях. При расчете в ПК GeoWall результаты практически не меняются.
Для модели грунта МС:
- полные перемещения расчетной модели увеличиваются с 127 мм до 142 мм;
- меняется характер (картина приближается к теоретической) и величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована (с 8,7мм «вниз» до 12,5мм «вниз»);
- радиус зоны влияния увеличивается с 64 м до 68 м;
- максимальный изгибающий момент в ограждении котлована увеличивается с 743 кНм до 802 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 38 мм до 41,2 мм.
Для модели HS:
- полные перемещения расчетной модели увеличиваются с 29 мм до 37 мм;
- величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована, увеличивается с 10,6 мм до 15,2 мм;
- радиус зоны влияния незначительно увеличивается (с 43 м до 44 м);
- максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 539 кНм до 612 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 14,5 мм до 17,3 мм.
Для модели HSS:
- полные перемещения расчетной модели увеличиваются с 24 мм до 30 мм;
- величина вертикальных перемещений поверхности грунта, обусловленных строительством котлована, увеличивается с 8,6 мм до 12,4 мм;
- радиус зоны влияния незначительно увеличивается (с 33 м до 35 м);
- максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 439 кНм до 507 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 10,9 мм до 13,4 мм.
При расчете в ПК GeoWall:
- максимальный изгибающий момент в ограждении увеличивается с 302,9 кНм до 344,6 кНм;
- горизонтальная деформация ограждения котлована увеличивается с 1,7 мм до 1,9мм.
Резюмируя, можно сказать, что прочность интерфейсов является важным параметром, существенно влияющим как на качественные (деформации поверхности грунта в модели МС), так и на количественные результаты расчетов (модели грунта MC, HS, HSS).
При расчете в ПК GeoWall изменение данного параметра незначительно меняет результаты расчетов.
Результаты расчетов в ПК GeoWall
В данной серии меняется параметр «контакт с грунтом»: уменьшается с 0,67 до 0,33 (рис.33), как следствие, увеличивается коэффициент активного горизонтального давления грунта с 0,26 до 0,28.
Выводы и рекомендации
В данной работе выполнен анализ заданных исходных параметров на результаты расчетов ограждающих конструкций котлована, устойчивости и оценки влияния строительства.
В первой серии расчетов показаны результаты при использовании трех моделей грунта: Mohr-Coulomb (Мора-Кулона), Hardening soil (упругопластическая модель с упрочнением грунта), Hardening Soil model with small-strain stiffness (модель упрочняющегося грунта при малых деформациях).
Во второй серии расчетов показано влияние принятых границ расчетной схемы: ограничение глубиной сжимаемой толщи ниже дна котлована.
В третьей серии расчетов анализируется влияние прочностных свойств контактных элементов («интрефейсов») на границе «грунтовый массив-конструкция».
Полученные результаты сопоставляются с классической теорией: выполняется расчет аналогичной конструкции в ПК GeoWall.
Результаты отражены в сводной таблице 2.
По результатам выполненного анализа:
- Для окончательного расчета рекомендуется использовать модель грунта Hardening Soil model with small-strain stiffness (либо Hardening soil). Модель грунта Mohr-Coulomb использовать для предварительного анализа.
- Без ограничения размеров расчетной схемы модель грунта Mohr-Coulomb (Мора-Кулона) не отражает теоретическую картину деформации поверхности грунта, обусловленную строительством котлована (что неудивительно, т.к. используется один модуль жесткости). Также данная модель не позволяет определить радиус зоны влияния в соответствии с нормами. Модели грунта Hardening soil и Hardening Soil model with small-strain stiffness отражают теоретические картины деформаций и, в целом, дают похожие результаты расчета. Однако модель HSS в силу учета модуль сдвига при сверхмалых деформациях (ε<10-6) показывает меньший радиус зоны влияния.
Коэффициент устойчивости для всех трех моделей грунта отличается незначительно. - Рекомендуется ограничивать расчетную схему глубиной сжимаемой толщи (особенно актуально для модели грунта МС);
- Прочность интерфейсов является важным параметром, существенно влияющим как на качественные (деформации поверхности грунта в модели МС), так и на количественные результаты расчетов (модели грунта MC, HS, HSS).
- Результаты, полученные в ПК GeoWall в соответствии с классической теорией расчета, плохо коррелируются с результатами численного моделирования в ПК Plaxis 2D.
Необходимо отметить, что величина горизонтальной деформации ограждения котлована 2 мм, рассчитанная в ПК GeoWall, при глубине котлована 16м, не представляется реалистичной.
Таблица 2. Сводная таблица результатов расчетов
Список использованной литературы
1.СП 22.13330.2016. Свод правил. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
2.СП 249.1325800.2016 «Коммуникации подземные. Проектирование и строительство закрытым и открытым способами».
3.«Выбор модели грунта и определение ее параметров для геотехнических расчетов в Plaxis». Специальный курс НИП-Информатики. Санкт-Петербург, 2014.
4.Plaxis Material Models Manual 2016.
5.Plaxis Bulletin Issue 38/Autumn 2015.
6.GeoWall 4.0.1. Расчет ограждений котлованов.
7.Hardening Soil model with small strain stiffness. Andrzej Truty, ZACE Services, 1.09.2008.