Пружно-пластичний аналіз несної спроможності протикарстового залізобетонного балочного фундаменту - Статья

ПРУЖНО-ПЛАСТИЧНИЙ АНАЛІЗ НЕСНОЇ СПРОМОЖНОСТІ ПРОТИКАРСТОВОГО ЗАЛІЗОБЕТОННОГО БАЛОЧНОГО ФУНДАМЕНТУУ статті проілюстровано результати інженерних розрахунків та чисельного імітаційного моделювання роботи системи «основа - фундамент - будівля» для дослідження ефективності використання фундаментної балки в якості конструктивних заходів проти карстового захисту. У ході розрахунків з імітаційного моделювання процесу функціонування системи «основа - фундамент - будівля» враховано напружено-деформований стан ґрунтів у їх природному стані (без прояву карстових процесів) і виконано розрахунки з імітаційного моделювання появи карстово-суфозійних процесів в основі будівлі. Для визначення НДС елементів системи «основа - фундамент - будівля» виконано розрахунки з використанням ПК «ЛІРА», що реалізує метод скінченних елементів (СЕ). Під час формування розрахункової схеми використовували такі СЕ: - плоскі (оболонка з 6 ступенями свободи у вузлі) з коефіцієнтами жорсткості у вертикальному напрямку - для моделювання фундаментних подушок та основи; У ПК «ЛІРА» розрахункова модель основи представлено коефіцієнтами жорсткості основи по пласким КЕ (конструктивним елементам), розміщеним у площині XOY, якими змодельовано фундаментні подушки.Current tendency towards increasing the construction volumes has set a number of requirements to designers as to the rational use of territories including the use of karstland for construction of buildings. At the same time traditional engineering anti-karst structures do not make it possible to take into account special geological conditions arising during karst cavity formation. Karst processes complicate significantly construction and operation of buildings and structures. Ukrainian and foreign practice of engineering-construction exploration of karst-prone territories shows that safety and efficiency of engineering solutions depends primarily on adequate consideration of special engineering geological conditions (including technogenic ones) of the karst process development and its manifestation in the base of structures. In the calculations, performed during simulation of the “base - foundation - building” system functioning process, stress-strain state of the soil in its natural condition without karst processes was taken into account.General sectional view of the computer model of the building frame along digital axes. For design scheme formation the following FE were used: - flat FE (a shell with 6 degrees of freedom in the node) with stiffness coefficients in the vertical direction - for simulation of the foundation cushions and the base; rod FE (a rod with 6 degrees of freedom in the node) - for simulation of the design elements of the frame; 3D FE for simulation of the foundation beams; Three-dimensional computer model reflects the object design solution and includes plate, rod and 3D elements, basic geometrical and physicomechanical characteristics of which are presented in Table 1.In PC «LIRA» the design model of the base is represented by stiffness coefficients of the base for flat DE (design elements), located on XOY surface, which simulate the foundation cushions. Design scheme of the base is represented by a system of mutually influenced calculation areas of the foundations, which makes it possible to perform calculations of the base for two groups of boundary conditions. Stiffness coefficients of the base in the design schemes are determined from the solution of the contact problem. At the zero iteration stress-strain state of the structure was determined for equal stiffness coefficients of the bases for all calculation areas of the foundations. In the first and further iterations calculations of the structure were sequentially performed taking into account the above-mentioned stiffness coefficients of the bases and coefficients for the next iteration were estimated.Maximal value of pressure along the bottom under normal operating conditions of the base reaches 18.3 t / m2,which does not exceed the calculated resistance of the base soil. Maximal relative difference between the values of subsidence of foundations is 0.0003, which does not exceed (?s / L)u = 0.002. When a karst cavity under the column is simulated, distribution of pressures along the bottom of foundation cushions changes at the distance of about 12 - 13m from the cavity edge. Pressure along the bottom of end cushions of the foundation beam, under which a karst cavity is simulated, increases by 80% and reaches 25 t / m2 on the average, which exceeds the calculated resistance of the base. Maximal value of pressure along the foundation bottom is observed in the end area of a karst cavity and reaches 33.2 t / m2 (average value along the calculation area of the foundation is 25 t / m2), which exceeds the calculated resistance of the foundation soil).