Расчет осадок протяженного плитного фундамента конечной жесткости на основе данных компьютерного моделирования

Построена база данных, с помощью которой на начальной стадии проектирования можно оценить величину осадки протяженного плитного фундамента конечной жесткости, используя лишь интерполяционные методы, без привлечения мощных вычислительных устройств. Для получения результата использована компьютерная программа FEA, в которой формализован метод конечных элементов. Максимальные горизонтальный и вертикальный размеры расчетных схем в исследовании составляют ; расчетная схема состоит из 57 500 конечных элементов в форме прямоугольных равнобедренных треугольников, сопряженных в 29 106 узлах, ширина матрицы жесткости системы линейных уравнений равна 466. Это позволило исключить влияние тривиальных граничных условий на результаты вычислений. Выполнено 560 вычислительных операций, что соответствует числу возможных сочетаний численных значений переменных расчетных параметров, принятых при компьютерном моделировании процесса осадки плитного фундамента. В результате вычислений составлена таблица коэффициентов аппроксимирующих выражений для кривых, построенных по результатам найденных зависимостей осадок плитного фундамента от переменных расчетных параметров. Проведен расчет осадок двух протяженных плитных фундаментов различной ширины, при котором использована построенная база данных и интерполяционные методы. Контрольный расчет, выполненный при помощи FEA, показал, что величины контрольных осадок отличаются на 13.45 и 22.08 % от соответствующих значений осадок, полученных при помощи предложенных таблиц и метода линейной интерполяции. Сделан вывод о возможности использования полученной базы данных для проведения предварительных (оценочных) расчетов осадок протяженных плитных фундаментов.

1. Matvienko, J. O. Formula of the design resistance of soil for plate foundations / J. O. Matvienko, V. P. Dyba, M. P. Matvienko. – DOI 10.15593/2224-9826/2021.3.04. – Текст : непосредственный // Construction and Geotechnics. – 2020. – Vol. 12, No. 3. – P. 37–45.

2. Компьютерное моделирование осадок жесткого штампа на однородном весомом основании / Л. А. Бартоломей, О. А. Богомолова, В. Д. Гейдт, А. В. Гейдт. – DOI 10.15593/2224-9826/2022.2.01. – Текст : непосредственный // Construction and Geotechnics. – 2022. – Т. 13, № 2. – С. 5–17.

3. Компьютерное моделирование осадок штампа на однородном основании с учетом жесткости надфундаментной конструкции / Л. А. Бартоломей, О. А. Богомолова, В. Д. Гейдт, А. В. Гейдт. – Текст : непосредственный // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении : Материалы научно-технической конференции, Новочеркасск, 28–30 сентября 2022 года. – Новочеркасск : ООО «Лик», 2022. – С. 124–138.

4. Скворцов, К. Д. Оптимизация формулы расчетного сопротивления грунта / К. Д. Скворцов, А. И. Осокин. – DOI 10.23968/1999-5571-2020-17-5-117-122. – Текст : непосредственный // Вестник гражданских инженеров. – 2020. – № 5 (82). – С. 117–122.

5. Сопоставление результатов расчета несущей способности двухслойного основания заглубленного ленточного фундамента различными способами / А. Н. Богомолов, О. А. Богомолова, А. И. Вайнгольц, О. В. Ермаков. – Текст : непосредственный // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2014. – № 2. – С. 106–116.

6. Van Baars, S. Numerical check of the Meyerhof bearing capacity equation for shallow foundations / Stefan Van Baars. – DOI 10.1007/s41062-017-0116-1. – Текст : непосредственный // Innovative Infrastructure Solutions. – 2017. – Vol. 3, No. 1 – P. 1–13.

7. Пилягин, А. В. Определение расчетного сопротивления оснований при различных схемах загружения / А. В. Пилягин. – Текст : непосредственный // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1998. – № 4-5. – С. 28–31.

8. Пилягин, А. В. К вопросу определения расчетного сопротивления оснований при различных схемах загружения / Пилягин А. В. – Текст : непосредственный // Известия Казанской государственной архитектурно-строительной академии. – 2004. – № 1 (2). – С. 43–44.

9. Prandtl, L. Über die Härte plastischer Körper / L. Prandtl. – Текст : непосредственный // Nachrichten von der Königl. Gesellschaft der Wissenschaflien zu Göttingen. Mathematisch-physikalische Klasse. – 1920. – K. 1. – P. 74–85.

10. Reissner, H. J. Zum Erddruckproblem / H. J. Reissner ; Biezeno, C. B. and Burgers, J. M. (eds.). – Текст : непосредственный // Proceedings of the 1st International Congress for Applied Mechanics. – Delft, the Netherlands. – 1924. – P. 295–311.

11. Гольдштейн, М. Н. Расчеты осадок и прочности оснований зданий и сооружений / М. Н. Гольдштейн, С. Г. Кушнер, М. И. Шевченко. – Текст : непосредственный // Киев : Будiвельник, 1977. – 208 с.

12. Van Baars, S. Failure mechanisms and corresponding shape factors of shallow foundations / S. Van Baars. – Текст : непосредственный // 4th Int. Conf. on New Developments in Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Nicosia, 2016. – Nicosia, North Cyprus, 2016. – P. 551–558.

13. Van Baars, S. The influence of superposition and eccentric loading on the bearing capacity of shallow foundations / S. Van Baars. – Текст : непосредственный // Journal of Computations and Materials in Civil Engineering. – 2016. – Vol. 1, No. 3. – P. 121–131.

14. Vesić, A. S. Analysis of ultimate loads of shallow foundations / A. S. Vesić. – Текст : непосредственный // Journal of the soil mechanics and foundations division. – 1973. – Vol. 99. – P. 45–71.

15. Vesić, A. S. Bearing capacity of shallow foundations / A. S. Vesić. – Текст : непосредственный // Foundation Engineering Handbook / H. F. Winterkorn, H. Y. Fan (eds.). – New York ; Cincinatti ; Atlanta ; Dallas ; San Francisco ; London ; Toronto ; Melbourne : Van Nostrand Reinhold Company, 1975. – P. 121–147.

16. Zhu, M. Shape Factors for Limit Loads on Square and Rectangular Footings / M. Zhu, R. L. Michalowski. – DOI 10.1061/(ASCE)1090-0241(2005)131:2(223). – Текст : непосредственный // Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering. – 2005. – No. 131. – P. 223–231.

17. Предложения о подходе к расчету оснований сооружений / А. Н. Богомолов, А. Н. Ушаков, О. А. Богомолова, С. И. Шиян. – Текст : непосредственный // Юбилейная конференция, посвященная 80-летию кафедры механики грунтов, оснований и фундаментов, 110-летию со дня рождения Н. А. Цытовича, 100-летию со дня рождения С. С. Вялова, Москва, 30 сентября – 01 октября 2010 года. – Москва : Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2010. – С. 147–151.

18. Численное определение величины расчетного сопротивления основания под штампом конечной жесткости с учетом жесткости надфундаментной конструкции / Л. А. Бартоломей, О. А. Богомолова, В. Д. Гейдт, А. В. Гейдт. – DOI 10.15593/2224-9826/2023.2.07. – Текст : непосредственный // Construction and Geotechnics. – 2023. – Т. 14, № 2. – С. 92–104.

19. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015617889 Российская Федерация. FEA : № 2015614310 : заявл. 25.05.2015 : опубл. 23.07.2015 / А. Н. Богомолов, О. А. Богомолова, А. В. Редин, А. Н. Ушаков ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» (ВолгГАСУ). – Текст : непосредственный.

20. Zienkiewicz, O. C. The finite element method in engineering science / O. C. Zienkiewicz. – London : McGraw-Hill, 1971. – 531 р. – Текст : непосредственный.

21. Метод конечных элементов в статике сооружений / Я. Шмельтер, М. Дацко, С. Доброчинский, М. Вечорек ; пер. с польского М. В. Предтеченского; под ред. В. Н. Сидорова. – Москва : Стройиздат, 1986. – 220 с. – Текст : непосредственный.

22. Назначение размеров расчетных схем при компьютерном моделировании напряженного состояния основания плитного фундамента на основе метода конечных элементов / Л. А. Бартоломей, О. А. Богомолова, В. Д. Гейдт, А. В. Гейдт. – Текст : непосредственный // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2023. – № 2 (91). – С. 5–17.

23. Флорин, В. А. Основы механики грунтов : в 2 т. / В. А. Флорин. – Ленинград : Госстройиздат, 1959–1961. Т. 1: Общие зависимости и напряженное состояние оснований сооружений. – 1959. – 357 с. – Текст : непосредственный.

24. Коэффициент бокового давления грунта как одна из величин, определяющих несущую способность однородного основания ленточного фундамента / А. Н. Богомолов, С. А. Калиновский, О. А. Богомолова, А. В. Прокопенко. – Текст : непосредственный // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2013. – № 31-2 (50). – С. 251–257.

25. Богомолов, А. Н. К вопросу о минимальных значениях коэффициента бокового давления грунтов / А. Н. Богомолов, О. А. Вихарева, С. И. Шиян. – Текст : непосредственный // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2007. – № 7 (26). – С. 6–10.

26. Ляшенко, П. А. Метод определения коэффициента бокового давления грунтов / П. А. Ляшенко, В. В. Денисенко. – Текст : непосредственный // Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов : Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Института строительства и архитектуры ПГТУ, Йошкар-Ола, 15 мая 2019 года. – Йошкар-Ола : Поволжский государственный технологический университет, 2019. – С. 85–90.

27. Рекомендации по методам определения коэффициентов бокового давления и поперечного расширения глинистых грунтов / НИИ оснований и подзем. сооружений им. Н. М. Герсеванова. – Москва : НИИОСП, 1978. – 30 с. – Текст : непосредственный.

28. Нуждин, Л. В. Практический метод расчета осадок фундаментов с учетом деформационной анизотропии грунтов основания / Л. В. Нуждин, О. А. Коробова, М. Л. Нуждин. – Текст : непосредственный // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2014. – № 4. – С. 245–263.