¬аше окно в мир —јѕ–
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

9 марта 2023

√еотехнические расчЄты в ѕ√—: оптимизаци€ проекта

ѕавел Ѕатраков, руководитель геотехнического отдела MIDAS IT Russia


ѕавел Ѕатраков окончил ЌЌ√ј—” по специальности Ђ—троительство уникальных зданий и сооруженийї. –аботал в компании ќќќ Ђ»÷ѕ Ѕї в должности инженера-геотехника.

¬ведение

 акие преимущества даЄт применение геотехнических программных комплексов? Ётот вопрос часто поднимаетс€, когда речь касаетс€ отрасли ѕ√—. ¬ действительности сложилась ситуаци€, когда инженеры, работающие в этой сфере, не вид€т необходимости в применении дополнительных решений дл€ оценки поведени€ грунтового массива. ѕричин такого мнени€ несколько: начина€ с того, что действующие нормы не об€зывают выполн€ть геотехнический расчЄт численными методами (за исключением некоторых случаев), и заканчива€ тем, что современные программные комплексы дл€ работы с конструктивом имеют встроенные модули, где также описываетс€ грунт, и коэффициенты постели рассчитываютс€ с учетом неоднородности основани€. ¬ этой статье попробуем ответить на вопрос, нужно ли примен€ть геотехнические программные комплексы в ситуаци€х, когда того не требуют нормативные документы.

—равнение математических моделей материала

ќдна из причин включени€ геотехнического расчЄта в состав проекта Ч оптимизаци€. «а счЄт гораздо более точного расчЄта работы грунта измен€етс€ обща€ работа системы Ђгрунт-сооружениеї. ѕри этом мы получаем и иные усили€ в элементах. “аким образом, при подборе армировани€ это позвол€ет нам не прибегать к излишнему запасу материала.

”точнение армировани€ в элементах конструкции будет происходить:

  1. «а счЄт применени€ расширенных моделей грунта, которые присутствуют в midas GTS NX. ѕри использовании таких моделей мы получим уточнЄнные усили€ в элементах за счЄт более корректных напр€жений и перемещений в массиве.
  2. «а счЄт моделировани€ поведени€ грунта на разных этапах производства работ, начина€ с подготовительного этапа планировки площадки строительства, далее описыва€ разработку котлована, возведение здани€ и обратную засыпку. Ќа всех этапах можно будет получить подробные данные о работе конструкции.

Ќасколько математические модели работы грунта вли€ют на результат, можно увидеть на рисунках 1 и 2. Ќа рисунке 1 представлены значени€ вертикальных перемещений при использовании различных моделей. ”пруга€ модель Elastic в данном сравнении нам не так интересна, т. к. очевидно, что, моделиру€ грунт в виде упругой среды, мы заметно снижаем точность получаемых результатов. ¬ представленном сравнении нам интересно сравнение моделей Hardening Soil (HS) и модели Mohr‑Coulomb (MC). Ќесмотр€ на то что модель ћора‑ улона также относитс€ к упругопластическим модел€м, фактически она работает сначала идеально упруго, как и упруга€ модель, но при достижении критери€ прочности ћора- улона она начинает работать идеально пластически. “аким образом, она также не описывает правильного поведени€ грунта и рекомендуетс€ к применению лишь в определЄнных задачах (например, расчЄт устойчивости в одностадийном варианте).

ћодель HS лишена данных недостатков и основываетс€ на гиперболической зависимости деформаций от напр€жений. Ёта модель уже позвол€ет достоверно оценивать работу массива и раздел€ет такие пон€ти€, как первичное нагружение, разгрузка и вторичное нагружение грунта.

ѕодробнее о сравнении моделей Hardening Soil и Mohr‑Coulomb вы можете узнать из статьи
ѕочему не Mohr-Coulomb? ѕрименение модели Hardening Soil

—оответственно, примен€€ эту модель при расчЄте системы Ђќснование-—ооружениеї, мы заметно повышаем точность расчЄта. ¬ рассматриваемой модели присутствовало несколько стадий, таких как: начальна€ стади€ (формирование начальных напр€жений в массиве), разработка котлована с бортами естественного залегани€ и стадийное возведение здани€.

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 1. ¬ертикальные перемещени€ при использовании разных моделей грунта

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 2. ¬ертикальные напр€жени€ по подошве фундаментной плиты

ѕри применении расширенных моделей, как было описано ранее, уточн€ютс€ напр€жение в массиве и, как следствие, измен€ютс€ усили€ в элементах. ѕример изменени€ изгибающих моментов в фундаментной плите при применении различных моделей грунтов продемонстрированы на рисунках 3 и 4.

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 3. »згибающий момент в фундаментной плите вокруг глобальной оси Y

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 4. »згибающий момент в фундаментной плите вокруг глобальной оси X

ѕомимо уточнени€ усилий в элементах мы также уточн€ем и общие перемещени€ в массиве, то есть получаем более достоверные результаты задачи оценки вли€ни€, расчетов осадки и крена здани€. “акже это позвол€ет нам уточнить сечени€ ограждающих конструкций котлована, что положительно скажетс€ на экономическом обосновании проекта в целом.

ћодель ћора- улона традиционно даЄт высокие значени€ по зоне вли€ни€ за счЄт особенностей работы и отсутстви€ разграничений по работе при первичном нагружении, разгрузке и повторном нагружении. Ќагл€дно данный недостаток можно оценить по значени€м выпора грунта при разработке котлована. ћодель ћора- улона даЄт гипертрофированные значени€ по данному компоненту.  онечно, можно применить подходы изменени€ модул€ деформации, что реализовано в программных комплексах дл€ работы с конструктивом, однако этот подход нельз€ назвать точным. “акже эта модель €вл€етс€ чувствительной к размеру расчЄтной области. —оответственно, инженеру нужно также внимательно следить за тем, чтобы размер схемы не был избыточным. ѕример различных значений по зоне вли€ни€ представлен на рисунке 5.

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 5. «она вли€ни€ при различных модел€х грунтов

“аким образом, мы приходим к выводу, что уточнение количества арматуры происходит за счЄт более точного описани€ работы грунта. ќднако не стоит забывать и о том, что, использу€ геотехнический расчЄт, пользователь может одновременно учесть все факторы, вли€ющие на работу здани€. »змен€емый во времени уровень грунтовых вод, расчЄт консолидации, учЄт взаимного вли€ни€ различных стро€щихс€ на одной площадке объектов и  т. д. ¬сЄ это позвол€ет дать точные результаты без необходимости перерасхода материала.

ѕрактический пример

»сход€ из всего вышеописанного, может возникнуть вывод: если нет разработки котлована, при первичном нагружении результаты с использованием геотехнического комплекса и без него будут сопоставимы. Ёто не совсем так. ќбщий характер работы конструкции при этом будет схож, и анализируемые изгибающие моменты будут близки. ќднако перемещени€ даже в таком случае будут значительно отличатьс€.

–ассмотрим такой пример. »меетс€ некий массив грунта, состо€щий из двух слоЄв, дневна€ поверхность горизонтальна, и выемки котлована не производитс€. ћоделирование выполн€етс€ в midas GTS NX и в Ћ»–ј 10. –асчЄтные модели представлены на рисунках 6 и 7.

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 6. –асчЄтна€ модель midas GTS NX

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 7. –асчЄтна€ модель Ћ»–ј 10

¬ажно отметить, что при выполнении геотехнического расчЄта у пользовател€ нет необходимости моделировать конструктив заново. ¬заимодействие программ осуществл€етс€ с помощью встроенного конвертора, который позвол€ет переносить готовые схемы (в конечноэлементном виде, с учетом материалов и сечений, со всеми заданными загружени€ми) из программных комплексов Ћ»–ј —офт, Ћ»–ј-—јѕ– и — јƒ. ¬ рамках такого взаимодействи€ после выполнени€ расчЄта мы имеем возможность перенести обратно в один из трЄх представленных программных комплексов результаты, которые могут содержать коэффициенты постели, одноузловые св€зи, перемещени€ дл€ всех узлов модели или перемещени€ дл€ фундамента. “аким образом, можно воспользоватьс€ подбором арматуры, встроенным в один из трЄх программных комплексов, использу€ усили€ в элементах, полученные в рамках расчЄта системы Ђ√рунт-—ооружениеї с учЄтом всех факторов, вли€ющих на работу здани€ на грунте.

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 8. ѕринцип взаимодействи€ midas GTS NX и расчЄтных комплексов Ћ»–ј и — јƒ

¬ рассматриваемой тестовой задаче после выполнени€ расчЄта в midas GTS NX были получены коэффициенты постели, перенесЄнные обратно в ѕ  Ћ»–ј 10 дл€ дальнейшего анализа.

—равнива€ результаты простейшей задачи на примере изгибающих моментов фундаментной плиты, видим, что работа конструктива идентична в варианте с использованием midas GTS NX и без него.

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 9. –езультаты изгибающих моментов в фундаментной плите

ќднако если рассмотреть результаты перемещений, то разница составл€ет 30%.

√еотехнические расчЄты в ѕ√—

–ис. 10. –езультаты вертикальных перемещений фундаментной плиты

–азница осадок св€зана с различными значени€ми коэффициента постели. –азличени€ коэффициентов обусловлены в том числе применением модели грунта ЂHardening Soilї, имеющей сложную траекторию зависимости деформаций от напр€жений. ¬ программных комплексах дл€ работы с конструктивом примен€етс€ линейна€ зависимость напр€жений от деформаций.

ѕодробнее о сравнении результатов различных моделей (в том числе линейной) и аналитического решени€ читайте в статье
–асчет осадки: LE, MC, HS, HSS или аналитика?

¬ыполн€€ расчЄт в midas GTS NX, ввиду всех вышеизложенных факторов, пользователь получает более точные напр€жени€ и перемещени€. Ёто поведение конструкции и воссоздаЄтс€ с помощью коэффициентов постели в Ћ»–ј 10. », как показано на приведЄнном примере, результат без использовани€ геотехнического программного комплекса значительно занижен, что в некоторых случа€х может быть критичным.

¬ывод

ѕрименение одновременно и программного комплекса дл€ работы с конструктивом, и геотехнического комплекса позвол€ет повысить точность результатов, что положительно сказываетс€ как на экономическом обосновании проекта, так и на общей надежности сооружени€. —овместное применение не требует от инженера дополнительных действий по моделированию здани€, так как встроенный конвертер позвол€ет сразу перенести конструктив в midas GTS NX дл€ выполнени€ совмещЄнного расчЄта.

ѕройдите бесплатный вводный курс и узнайте больше о возможност€х midas GTS NX. ¬ы узнаете, как замоделировать разработку котлована и провести расчет оценки вли€ни€ и совмещенный расчет Ќƒ—-‘ильтраци€-”стойчивость.



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: «вЄзды импортозамещени€, запрет изображени€ €блока и другое
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2023 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.