Оценка напряженно-деформированного состояния системы "основание-фундамент-здание" с учетом совместной работы

• Автор: Шашкин, Константин Георгиевич
• Шифр специальности: 05.23.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 140 с. : ил

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Методы совместного расчета конструкции здания и основания

1.2. Использование двухконстантной модели основания для решения задач совместного расчета.
1.3. Учет сложной пространственной геометрии и физической нелинейности при расчете оснований.
1.4. Проблемы совместного расчета оснований и сооружений, цель, задачи и методы исследования.

2. Методика решения задач совместного расчета основания и здания

2.1. Анализ эффективности алгоритмов, применяемых для решения задач совместного расчета с использованием метода конечных элементов
2.2. Анализ существующих способов ускорения решения задач совместного расчета с помощью предобусловливания систем линейных алгебраических уравнений СЛАУ

2.3. Адаптация итерационных алгоритмов решения СЛАУ для задач совместного расчета.

2.4. Сравнение эффективности алгоритмов решения задач совместного расчета основания и надземных конструкций здания
Выводы по главе 2
3. Структура и основные принципы построения программы для решения задач совместного расчета.
3.1. Краткое описание структуры универсального конечного элемента
3.2. Обобщенный алгоритм решения конечноэлементных задач
3.3. Основные принципы построения редактора конечноэлементных схем
3.4. Методика построения сложных пространственных схем основания по данным геологических изысканий
Выводы по главе 3
4. Анализ основных закономерностей взаимодействия основания и надземных конструкций здания
4.1. Сравнение результатов расчетов с данными натурных наблюдений
4.2. Закономерности работы плитных фундаментов многоэтажных зданий
4.3. Закономерности работы свайных фундаментов при учете жесткости надземных конструкций
4.4. Расчетный анализ сложных реконструкционных ситуаций
Выводы по главе 4.
Литература


Б.Швец [7] и др. Первый способ офаничения сжимаемой толщи вошел в нормативные документы и применяется в методе послойного суммирования. В настоящее время инженерные методы расчета осадок достаточно хорошо зарекомендовали себя на практике, подтверждены натурными экспериментами и в большинстве случаев достаточно достоверно позволяют прогнозировать среднюю осадку фундамента. Методы расчета осадок с использованием других способов офаничения сжимаемой толщи нашли отражение в трудах К. Е.Егорова [], Н. А.Цытовича [], Б. И.Далматова []. К.Е. Егорова [], О. Я.Шехтер [8,9] и др. Для расчета фундаментных плит с использованием различных моделей работы основания был разработан метод коэффициентов жесткости (переменного коэффициента постели). Этот метод нашел отражение в работах С. Н.Клепикова []. Действительно, в рамках линейной задачи перемещения точек поверхности грунта под подошвой фундамента пропорциональны давлению на грунт. Если вычислить коэффициенты пропорциональности в каждой точке подошвы фундамента в соответствии с какой-либо моделью основания, то решение задачи в дальнейшем будет аналогично расчету по гипотезе Винклера, но с переменным коэффициентом постели. Однако вычисление коэффициентов жесткости представляет значительную трудность. В работе [] предлагается итерационный алгоритм решения задачи совместного расчета, основанный на постепенном сближении раздельных расчетов основания и надземных конструкций. Как показывает практика, недостатком этого метода является слишком низкая скорость сходимости, а следовательно малая эффективность при программной реализации алгоритма. Математические сложности реализации модели упругого полупространства без применения вычислительной техники, а также указанные недостатки этой модели привели к развитию методов расчета конструкций, связанных с видоизменением модели Винклера, позволяющим учесть распределительную способность грунта. К ним относятся модели Филоненко-Бородовича [], в которых по поверхности винклеровских пружин вводится нерастяжимая мембрана или упругая пластина. В плоской задаче, соответственно, в расчет вводятся нерастяжимая нить или балка. За рубежом данный метод расчета известен как метод "грунтовой балки" [7]. Его недостаток заключается в неопределенности при назначении жесткости "грунтовой балки" или пластины. Самым простым способом учета распределительной способности грунта является использование двухпараметрической модели упругого основания, согласно которой функция нагрузки Р и функция перемещения поверхности массива грунта м? К и С - параметры модели, а оператор Лапласа. Винклера, а второй учитывает распределительную способность фунта. При этом расчет не становится более сложным, чем по гипотезе Винклера. Для основания, состоящего из сжимаемого слоя высотой Я, П. Эти формулы были обобщены И. А.Медниковым для случая многослойного основания []. Как будет' показано ниже, они дают достаточно хорошее совпадение результатов с расчетами многослойного основания по более сложным моделям (например, с пространственным расчетом с использованием МКЭ). Тем не менее, несмотря на удовлетворительную точность расчетов по двухконстантной модели и простоту решения, формулы П. Л.Пастернака и И. А.Медникова, к сожалению, не нашли должного отражения в справочной литературе и распространения на практике. Возможно, одной из причин этого является некоторая теоретическая неопределенность при получении формул. При выводе формул И. А.Медниковым использовались допущения о линейности вертикальных перемещений точек массива фунта по толщине слоя, а также о равенстве нулю горизонтальных перемещений точек массива фунта. При этом, в отличие от гипотезы Винклера, предполагалось, что по сторонам элементарного столбика, условно «вырезанного» из массива фунта, действуют касательные напряжения. Однако предположение о линейности деформаций в пределах слоев при большой толщине слоя, очевидно, не соответствует действительности, что вызывает сомнения в применимости данных формул для слоя значительной толщины. Кроме того, И.