Методика розрахунку фундаментів в щільному котловані методом граничних елементів

Abstract

Основне завдання інженера-будівельника – забезпечити надійність конструкції з максимальною ефективністю використання часу, матеріалів та енергії. У будівництві у проектній майстерні має бути передбачено все – і міцність, і економічна доцільність. Балансування на «краю прірви» потребує точного математичного апарату. Сучасний математичний апарат механіки ґрунтів заснований на рішеннях теорії пружності та теорії граничної рівноваги. В цьому випадку розрахунок основ проводиться з умов суто пружного з'єднання і граничні навантаження визначаються без зв'язку з деформаціями.

Більшість пружнопластичних деформацій - від закінчення пружної стадії до втрати стійкості розрахунковими моделями не покривається. У той же час запаси пружнопластичної зони дозволяють збільшити навантаження на фундамент за умови, що просідання пружного ступеня ще не досягне гранично допустимого значення для даної конструкції. Метод граничних елементів (МГЕ) дозволяє вирішувати такі завдання. Головний недолік фундаменту на натуральній основі - складність його виготовлення та висока матеріаломісткість. Ці недоліки можуть бути усунені шляхом будівництва фундаментів у порожнинах заданої форми, які утворюються у ґрунті. До них відносяться фундаменти в ущільнених канавах, які влаштовують у колодязях із розширенням на дні.

Ґрунт зберігає свій повноцінний склад, завдяки чому в роботі присутня бічна поверхня, яка приймає частину вертикального навантаження і чинить значний опір горизонтальним силам. У статті наведено метод інтегрування математичної моделі поведінки під навантаженням фундаменту в ущільненому котловані з чисельним МГЕ. Теоретичне дослідження є впливом додавання піщано-гравійної суміші на дно ущільненого кар'єру на несучу здатність пірамідальних паль.

The main mission of civil engineer is to ensure he reliability of the structure with maximum efficiency of time, materials and energy. In construction, everything must be provided in the design workshop - both strength and economic feasibility. Balancing on the "edge of the abyss" requires a precise mathematical apparatus. The modern mathematical apparatus of soil mechanics is based on the solutions of the theory of elasticity and the theory of limit equilibrium. In this case, the calculation of the bases is carried out from the conditions of purely elastic connection and the ultimate loads are determined without connection with deformations. Most of the elastic-plastic deformation - from the end of the elastic stage to the loss of stability is not covered by the calculation models. At the same time, the reserves of the elastic-plastic zone allow to increase the load on the foundation, provided that the subsidence of the elastic stage does not yet reach the maximum allowable value for this structure. The boundary element method (BEM) allows to solve problems of this kind.

The main disadvantage of foundations on a natural basis is the complexity of its manufacture and high material consumption. These shortcomings can be eliminated by building foundations in cavities of a predetermined shape, which are formed in the soil. These include foundations in compacted ditches, which are arranged in wells with expansion at the bottom. The soil retains its full-fledged composition, so that the work includes a side surface that receives part of the vertical load and provides significant resistance to horizontal forces.

The paper presents a method of integration of a mathematical model of behavior under load of foundations in a compacted pit with a numerical BEM. A theoretical study presents the effect of the addition of sand-gravel mixture on the bottom of the compacted pit on the bearing capacity of pyramidal piles.