Сравнение различных почвенных моделей с помощью программы RFEM

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator Посмотреть исходный текст

Обычно фундамент создается в RFEM с использованием метода модуляции реакций. Причиной этого является относительно простая и простая управляемость. Кроме того, нет итерационных расчетов, и расчетное время относительно невелико. Реакция на основе грунтовки означает, что, например, плоская пластина загружена упруго.

Pисунок 01 - 1 - Пружины для упругого основания поверхности [1]

Эта опора обеспечивается вертикальными пружинами, которые применяются независимо друг от друга с постоянной жесткостью пружины. Следовательно, невозможно рассчитать реалистичную расчетную скважину. Этот тип фундамента также известен как полупространство Винклера. Для использования этого метода необходим модуль фундамента k s (внутренняя программа C1z), который рассчитывается с помощью сжимающего напряжения грунта σ 0 и соответствующего расчета s.

$${\mathrm k}_\mathrm s\;=\;\frac{{\mathrm\sigma}_0}{\mathrm s}$$

Недостатки метода модуля фундамента включают в себя недостаточное моделирование почвы и тот факт, что смежные области почвы не могут быть учтены. Поскольку нагрузка на грунт вызывает деформацию только непосредственно под самой нагрузкой (пружинная подушка), расчетная депрессия не соответствует действительности. Жесткость сдвига пола также не учитывается.

Метод упругого модуля с переменным модулем упругости

Недостатки классического метода модуля фундамента можно, среди прочего, решить путем определения переменного модуля фундамента. Dörken и Strain [2] рекомендуют для этой цели модуль основания, увеличиваемый в два раза по сравнению с узкой полосой на краю. Это предназначено для моделирования опоры грунта вне края фундамента. Полученные расчеты значительно улучшаются с помощью данного подхода.

Pисунок 02 - 2 - Распределение модуля постели [1]

В программе RFEM, помимо прочего, можно ввести переменное основание фундамента, используя ступенчатую область кромки. Однако при таком моделировании некоторые преимущества классического метода модуля основания, такие как хорошая ясность и быстрый ввод программы, теряются.

Pисунок 03 - 3 - Распределение модуля постели в RFEM

Учет прилегающих почвенных площадей с помощью дополнительных пружин

Данная модель основана на методе «Эффективной почвы» по Колару и Немеку [3] . В отличие от метода с переменным модулем основания, здесь также учитывается сопротивление сдвигу в дополнение к модулю основания. Прилегающий грунт учитывается линейными пружинами и одиночными пружинами в углах.

Pисунок 04 - 4 - Применение поверхностных пружин, линейных пружин и одиночных пружин

Пружины, применяемые в данном примере, получаются из параметра вертикального основания, использованного для расчета 54 500 кН/м, следующим образом:

$$\mathrm s\;=\;\frac{{\mathrm s}_0}{4,0\;\mathrm{bis}\;5,0\;\mathrm m}\;=\;\frac{0,5\;\mathrm m}{4,5\;\mathrm m}\;=\;0,1111\;\mathrm m$$

В этом случае s 0 соответствует охвату впадины поселения, где поселения опускаются ниже 1% от граничных значений фундамента.

$${\mathrm C}_{\mathrm v,\mathrm{xz}}\;=\;{\mathrm c}_{\mathrm v,\mathrm{yz}}\;=\;{\mathrm c}_{\mathrm z}\;\cdot\;{\mathrm s}_2^2\;=\;54.500\;\mathrm{kN}/\mathrm m³\;\cdot\;(0,1111\;\mathrm m)²\;=\;672,71\;\mathrm{kN}/\mathrm m$$

c v, xz и c v, yz - пружины сдвига для поверхностного упругого основания.

0,1 ∙ c 1 <c 2 <1,0 ∙ c 1

В случае рыхлого песка, например, c 2 приближается к нулю, а для твердых пород - 1,0 * c 1 . Для среднего сдвигаC2 = 0,5 * c 1 имеет смысл.

$$\mathrm k\;=\;\sqrt{{\mathrm c}_{1,\mathrm z}\;\cdot\;{\mathrm c}_{2,\mathrm{senkrecht}}}\;=\;\sqrt{54.500\;\cdot\;27.250}\;=\;38.537,32\;\mathrm{kN}/\mathrm m²$$

k соответствует пружине линии вдоль внешнего края фундамента.

$$\mathrm K\;=\;\frac{({\mathrm c}_{2,\mathrm x}\;+\;{\mathrm c}_{2,\mathrm y})}4\;=\;\frac{2\;\cdot\;672,71\;\mathrm{kN}/\mathrm m}4\;=\;336,36\;\mathrm{kN}/\mathrm m$$

Коэффициент K описывает одиночные пружины в угловых зонах фундамента.

В связи с тем, что в данном варианте учитывается сопротивление сдвигу и прилегающая площадь пола, можно ожидать гораздо более реалистичных результатов. Другим преимуществом по сравнению с предыдущим вариантом является то, что моделирование является относительно простым, поскольку в области края не требуется определять дополнительные поверхности.

Расчет с помощью дополнительного модуля RF-SOILIN

Тем не менее, можно использовать дополнительный модуль RF-SOILIN для более подробного описания свойств грунта. Среди прочего, можно легко рассмотреть несколько слоев почвы, а также образцы почвы. Еще одним преимуществом использования дополнительного модуля является учет взаимодействия конструкции и грунта. При использовании RF-SOILIN, значения фундамента определяются программой автоматически. Поскольку данный метод позволяет более точно отобразить углубление в расчете конструкции, можно также проанализировать возможные воздействия расчета на соседние конструкции.

Сравнение вариантов

В случае трех методов расчета, в которых используется более реалистичный подход, жесткость кромки соответственно увеличивается. Это часто приводит к значительно лучшим результатам. В примере видно, что контактные напряжения и деформации различаются в зависимости от метода. Чем точнее будут определены значения фундамента в отдельных методах, тем лучше контактные напряжения будут равны контактному напряжению, определенному RF-SOILIN.

Для сравнения вариантов при вычислении значение фундамента , рассчитанное по RF-SOILIN были усреднены в центре поверхности и применяется в качестве смещения пружинного с UZ в других вариантах.

Pисунок 05 - 5 - Результат сравнения вариантов: деформации

Pисунок 06 - Результат сравнения вариантов: Контактные напряжения

Литература

[1] Barth, C.; Rustler, W.: Конечные элементы в проектировании конструкций, 2-е издание. Berlin: Beuth, 2013
[2] Doerken, W.; Растянуть, E.: Базовая конструкция в примерах, часть 2. Согласно новому стандарту DIN 1054: 2005, 4. Издание. Кельн: Вернер, 2007
[3]  Kolar, V.; Немец, я.: Моделирование взаимодействия грунта и конструкции. Амстердам: Elsevier Science Publishers, 1989

Ключевые слова

Модель почвы Упругое основан. Контактное напряжение Упругость основания Модуль основания Осадка Пружина сдвига

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы по нашим программам или вам просто нужен совет?
Тогда свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или ознакомьтесь с различными решениями и полезными предложениями на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RFEM Прочие
RF-SOILIN 5.xx

Дополнительный модуль

Анализ взаимодействия грунт-конструкция и определение коэффициентов упругости основания по данным о грунте

Цена первой лицензии
760,00 USD