Варианты моделирования буронабивных свай

Техническая статья

Программы RFEM и RSTAB содержат различные варианты моделирования буронабивных свай. Один из вариантов - задать буронабивные сваи в качестве опор с одним параметром или маятниковых опор. Другим вариантом является реалистичное моделирование с учетом параметров грунта, с помощью задания упругого основания стержня. Покажем это на следующих двух примерах. В нашей технической статье не рассматриваются такие параметры как прочность основания сваи, поверхностное трение и отдельные слои грунта.

Пример 1: железобетонная плита на девяти буронабивных сваях

Бетонная плита размером 10 х 10 м толщиной 180 мм опирается на девять буронабивных свай, из которых четыре сваи (узловая опора 5), включая среднюю сваю, передают силы только в направлении Z. Две из остальных буровых свай имеют наклон 10° каждая по отношению к оси Х (узловая опора 6), а другие две имеют наклон 10° по отношению к оси Y (узловая опора 7), одна буронабивная свая имеет наклон 10° относительно оси X и оси Y (узловая опора 8), также возможно действие горизонтальных сил в соответствующих направлениях, система устойчива.

Pисунок 01 - Вид сверху бетонной плиты на девяти буронабивных сваях

На систему действует поверхностная нагрузка 4,5 кН/м² и две линейные нагрузки, каждая из которых равна 1,0 кН/м.

При использовании первого варианта для моделирования, буровые сваи заданы как прямо стоящие и наклонные жесткие опоры, а во втором варианте буронабивные сваи моделируются в виде балок с шарнирным соединением. Эти два варианта отличаются только жесткостью балок при растяжении.

Pисунок 02 - Варианты моделирования 1 и 2 без упругого основания стержня

Третий вариант моделирования соответствует второму решению, но дополняется упругим основанием каждого стержня в локальном направлении у и z, которое имитирует деформируемость грунтового основания.

Pисунок 03 - Вариант моделирования 3 с упругим основанием стержня

Для ввода пружинных постоянных, см. следующую статью Упругое основание стержня 1: линейная пружина и FAQ Как задать упругое основание стержня?.

Результаты различны для всех трех вариантов. Как упоминалось выше, в вариантах 1 и 2 принципиальная разница между опорными реакциями отсутствует, поэтому соответствуют друг другу и конечные результаты. При заданном нагружении в сваях возникают как растягивающие, так и сжимающие силы, что приводит к тому, что нагрузка распределена относительно неравномерно и достигает высоких значений. Относительно максимальной опорной реакции, оба варианта находятся в безопасной области. На рисунке 04 показаны опорные реакции вариантов 1 и 2 в режиме видимости по строкам.

Pисунок 04 - Опорные реакции у варианта 1 и 2 без упругого основания в режиме видимости по строкам

Чтобы уменьшить опорные реакции и равномерно распределить их, рекомендуется задать упругое основание стержня. Возникающие при этом поперечные силы и изгибающие моменты являются относительно малыми, поэтому мы рассмотрим только возникающие нормальные силы и опорные усилия. На рисунке 05 показаны опорные реакции варианта 3 в режиме видимости по строкам.

Pисунок 05 - Опорные реакции варианта 3 с упругим основанием в режиме видимости по строкам

Пример 2: стальная конструкция на трех буронабивных сваях

Стальная конструкция, состоящая из двух стальных балок, жестко соединенных друг с другом, длиной 3 м каждая, а также 1-метровой консоли, нагружена тремя единичными нагрузками в трех направлениях на конце консоли. Три буровые сваи с наклоном 10° каждая относительно оси Х и оси Y являются опорами.

Рассмотрим два варианта моделирования: вариант 1 без упругого основания стержня, вариант 2 с упругим основанием стержня.

Pисунок 06 - Изометрия варианта 2

Если рассматривать конструктивную систему как в плоскости XZ, так и в плоскости YZ, то очевидно, что конструкция неустойчива из-за активных линий сил в буронабивных сваях, которые пересекаются в одной общей точке.

Таким образом, в данном случае необходимо задать упругое основание.

Резюме

В моделировании конструкций с буронабивными сваями, два предлагаемых варианта - с упругим основанием или без упругого основания стержня, дают различные результаты. С учетом нормальных сил в сваях вариант без упругого основания стержня менее благоприятен, тогда как вариант с упругим основанием стержня обычно более экономичен. В случае недостаточной жесткости конструкции необходимо применить упругое основание, при условии, что не предусмотрены дополнительные горизонтальные элементы жесткости.

Ключевые слова

Буронабивная свая Основание стержня Маятниковая опора Элемент жесткости

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы 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
RSTAB Основная программа
RSTAB 8.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций рам, балок и ферм, выполняющее линейные и неьинейные расчеты внутренних сил, деформаций и опорных реакций

Цена первой лицензии
2 550,00 USD