Застосування програм заснованих на методі скінченних елементів (мсе) для моделювання роботи системи «основа - інженерна споруда»

Abstract

UK: Мета. У практиці проектування і експлуатації необхідно оцінювати можливість деформування споруд, розташованих на основах, на яких можливі нерівномірні осідання і просідання. Тільки при достовірному і докладному визначенні напружено-деформованого стану конструкцій споруд спільно з ґрунтовими масивами при моделюванні можна обґрунтовано застосовувати МСЕ на практиці. Методика. Сучасний рівень комп’ютерів і програмного забезпечення дозволяє виконувати уточнені розрахунки напруженого стану досить складних систем. За деякими програмами можливо рішення не тільки лінійних, а й нелінійних задач. При цьому передбачено врахування особливостей деформування різних матеріалів: залізобетону, сталі, ґрунту і т.п. Для обліку роботи ґрунту розроблено кілька моделей, що враховують перехід ґрунту в пластичний стан, в’язкопружне деформування і інші моделі. Необхідно зіставлення адекватних моделей і їх апробація для вирішення практичних завдань. В даний час найбільш широко застосовуються кілька великих програм, розроблених в США, Західній Європі, Україні і Росії. В Україні широко поширені програми Ліра-Windows, Мономах, SCAD - Office, які орієнтовані в основному на розрахунки об'єктів будівництва. У всьому світі великий обсяг завдань вирішується за програмами ANSYS, PLAXIS, SolidWorks, LS-DYNA, Midas GTS NX і ін. Результати. Виконані розрахунки за допомогою програми PLAXIS дозволили провести аналіз напружено-деформованого стану ґрунтового масиву і стійкості підпірних стін: І варіант - прототип, кутникова підпірна стінка; ІІ варіант - підпірна стінка спеціального типу. При однаковій ґрунтовій основі (геометрія шарів і фізико-механічні властивості), навантаження і граничні умови, очевидним є наявність для ІІ варіанту включення в роботу всього масиву ґрунту і рівномірний перерозподіл напружень по лицьовій і фундаментній плитам (за загальними напруженнями); рівномірність загальних деформацій конструкцій і ґрунтової основи, яка, в свою чергу, забезпечує більшу стійкість підпірної стінки (по загальній картині переміщень). Наукова новизна та практична значимість. Обґрунтованість теоретичного прогнозу поведінки інженерних споруд, що взаємодіють з нерівномірно-деформованими основами, не може бути отримана на основі нормативної бази. Цю прогалину може бути заповнено при моделюванні системи "основа - інженерна споруда" за допомогою сучасних розрахункових програм МСЕ.

RU: Цель. В практике проектирования и эксплуатации необходимо оценивать возможность деформирования сооружений, расположенных на основаниях, в которых возможны неравномерные осадки и просадки. Только при достоверном и подробном определении напряженно-деформированного состояния конструкций сооружений совместно с грунтовыми массивами при моделировании можно обоснованно применять МСЭ на практике. Методика. Современный уровень компьютеров и программного обеспечения позволяет выполнять уточненные расчеты напряженного состояния достаточно сложных систем. По некоторым программам возможно решение не только линейных, но и нелинейных задач. При этом предусмотрен учет особенностей деформирования различных материалов: железобетона, стали, почвы и т.п. Для учета работы почвы разработано несколько моделей, учитывающих переход почвы в пластическое состояние, вязкоупругих деформирования и другие модели. Необходимо сопоставление адекватных моделей и их апробация для решения практических задач. В настоящее время наиболее широко применяются несколько крупных программ, разработанных в США, Западной Европе, Украине и России. В Украине широко распространены программы Лира-Windows, Мономах, SCAD - Office, которые ориентированы в основном на расчеты объектов строительства. Во всем мире большой объем задач решается с программами ANSYS, PLAXIS, SolidWorks, LS-DYNA, Midas GTS NX и др. Результаты. Выполнены расчеты с помощью программы PLAXIS позволили провести анализ напряженно-деформированного состояния грунтового массива и устойчивости подпорных стен: I вариант - прототип, уголкового подпорная стенка; II вариант - подпорная стенка специального типа. При одинаковой грунтовой основе (геометрии слоев и физико-механические свойства), нагрузках и граничных условиях нагрузки очевидно наличие для II варианта включения в работу всего массива грунта и равномерное перераспределение напряжений по лицевой и фундаментной плиты (по общим напряжением) равномерность общих деформаций конструкций и грунтового основания, которая, в свою очередь, обеспечивает большую устойчивость подпорной стенки (по общей картине перемещений). Научная новизна и практическая значимость. Обоснованность теоретического прогноза поведения инженерных сооружений, взаимодействующих с неравномерно-деформированными основами, не может быть получена на основе нормативной базы. Этот пробел может быть восполнен при моделировании системы "основание - инженерное сооружение" с помощью современных расчетных программ МСЭ.

EN: Purpose. In practice, the design and operation is necessary to assess the possibility of deformation structures located on the grounds, which are possible uneven rainfall and subsidence. Only with reliable and detailed definition of the stress-strain state of structures designs in conjunction with the soil mass in the simulation can be reasonably applied to the FEM practice. Methodology. The present level of computer hardware and software allows you to perform more accurate calculations of the stress state of fairly complex systems. For some programs possible solution not only linear but also nonlinear problems. This provid es accounting features of deformation of different materials: concrete, steel, soil, etc. To take into account the work of the soil developed several models that take into account the transition of soil in a plastic state, the elastic deformation and other models. A comparison should be of adequate models and testing them to solve practical problems. Currently, the most widely used several large programs, developed in theUnited States,Western Europe,UkraineandRussia. InUkraine, widespread program of Lira-Windows, Monomakh, SCAD - Office, which focused mainly on estimates of construction projects. In the world a large amount of problems solved with the programs ANSYS, PLAXIS, SolidWorks, LS-DYNA, Midas GTS NX and others. Originality. Calculations using PLAXIS program allowed an analysis of the stress-strain state of the soil mass and stability of retaining walls: I option - the prototype, angular retaining wall: II option - retaining wall of a special type. At the same ground-based (the geometry of the layers and the physical and mechanical properties), loads and boundary conditions, load obvious presence of the II option included in the work of the whole array of ground and uniform redistribution of stresses on the front and the base plate (for common voltage) is uniformly total deformation structures and ground a base, which in turn provides greater stability of the retaining wall (mot ion picture on the total). Practical value. The validity of the theoretical prediction of behavior of engineering structures, interacting with non-uniformly deformed-basics can not be obtained on the basis of the regulatory framework. This gap can be filled in the simulation system "foundation - engineering facility" with the help of modern calculation FEM programs.