283x

001955

Marc Gebhardt, M.Sc.

2025-05-22

Параметрическое моделирование свай с эмпирическими несущими способностями свай по Чушниггу

Статья описывает использование глобальных параметров для определения сопротивления сваям в зависимости от значений грунта и сечения по эмпирическому методу Чухнигга.

Используя глобальные параметры, можно определить необходимые значения на вкладке «Тип сопротивления сваи» в зависимости от геометрии сваи и характеристик грунта. Пример, использованный в этой статье, упрощенно предполагает однородный грунт и использует эмпирическое определение по Чучниггу [1]. Дополнительная информация по работе с элементом сваи представлена по следующим ссылкам.

Следующая модель состоит из объема грунта в 3D с интегрированным стержнем типа «свая». Здесь стоит отметить, что для упрощения было принято линейно-упругое поведение материала грунта. Для прочности и сопротивления сваи была принята постоянная распределение, с сопротивлением 250 кН (оболочка) и 100 кН (кончик).

KB 001955 | Параметрическое моделирование свай с использованием эмпирических сопротивлений свай по Тшушниггу | Вид модели с выделением функции «Изменить глобальные параметры»

KB 001955 | Параметрическое моделирование сваи | Вид модели с выделением функции «Изменить глобальные параметры».

Параметризация

Была проведена комплексная параметризация. Это показано на следующем изображении, которое демонстрирует использованные глобальные параметры. Также здесь указана группировка (номера от 1 до 4), и обозначены опции для импорта и экспорта глобальных параметров.

KB 001955 | Параметрическое моделирование свай с использованием эмпирических сопротивлений свай по Чухниггу | Общие параметры (с группировкой и маркировкой импорта/экспорта)

KB 001955 | Параметрическое моделирование свай | Глобальные параметры (с группированием и пометкой импорта/экспорта)

Группировка:

Общие входные значения (номер материала/сечения для грунта/сваи, а также его длина связи и объем грунта)
Параметры сетки метода конечных элементов (грунт/свая)
Входные значения для сопротивлений сваи
Вычисленные параметры сопротивления для оболочки и кончика сваи

Рассчитанные здесь под пунктом 4 сопротивления сваи могут быть введены в качестве глобальных параметров на вкладке «Сопротивления сваи» рядом с соответствующими полями ввода. Это показано на следующем изображении. Для проверки рекомендуется использовать кнопку «Показать формулы» для подтверждения ввода.

KB 001955 | Параметрическое моделирование свай с использованием эмпирического сопротивления свай по Чухниггу

KB 001955 | Параметрическое моделирование свай | Параметрическая несущая способность сваи

Расчет

Расчеты сопротивлений свай выполняются так, как показано в разделе «Основы теории» руководства. Онлайн-руководства RFEM 6 | Геотехнический расчёт | Основы теории | Плотодержательныйэлемент Поскольку в этом примере выбрано круговое сечение сваи, эквивалентный диаметр соответствует этому. Для других типов сечений его можно определить по следующей формуле.

d_{e q} = 2 \sqrt{A_{C S} / π}

A_CS	Площадь сечения

Эквивалентный диаметр сваи (круглая площадь)

В зависимости от эквивалентного диаметра сваи можно определить другие параметры. Это касается, в первую очередь, плотности сетки грунтового объема и линии, которая присоединена к свае. Для этого руководство по элементу типа «свая» в пункте «Сеткование» дает рекомендации, которые были здесь применены.

Онлайн-руководства RFEM 6 | Геотехнический расчёт | Базовые объекты | Стержни

Расчет сопротивления сдвигу можно провести по длине связи и эквивалентному диаметру из общего сопротивления сдвигу. В следующей формуле это показано при условии постоянного сопротивления сдвигу и сечения. В этом примере проводится расчет, исходя из общего сопротивления 250 кН, при сопротивлении полоски оболочки 127 кН/м².

τ_{m a x} = \frac{F_{r, s}}{(d_{e q} \times π \times l_{b})}

F_r,s	Полное сопротивление ствола сваи (рение)
d_eq	Эквивалентный диаметр сваи (круглая площадь)
l_b	Длина сцепления сваи

Прочность на сдвиг оболочки сваи (постоянная)

Трение оболочки здесь определяется с помощью эмпирических формул по Чучниггу [1]. Из различных факторов и модуля сдвига наличествующего грунта 40 Н/мм² получается постоянная жесткость на сдвиг 200 Н/мм². Для упрощения и контроля может быть образован общий фактор из рекомендуемых корректирующих факторов.

K_{s} = (50 \times G \times Γ_{s} + Δ_{s}) \times f_{s, R F}

G	Модуль сдвига грунта (из отношения модуля Юнга и коэффициента Пуассона; Модуль Юнга для нелинейной модели материалов: простой (например, модель Мора-Кулона) первый подход E_prim или более сложный (например, модель тангенса) E_ur~5 x E_(50),prim)
Γ_s	Коэффициент модификации ствола сваи (эмпирический; рекомендуется: 1)
Δ_s	Начальное сопротивление трения корпуса (эмпирическое значение; рекомендуемое значение: 0)
f_s,RН	Fременный фактор RFEM (рекомендуемое значение: 0,1)

Сопротивление трению (эмпирически по Tschuchnigg)

K_{s} = (50 \times G \times 1 + 0.0) \times 0.1 = 5 \times G

G	Модуль сдвига грунта (по коэффициенту поперечного деформирования и модулю упругости); модуль упругости для нелинейной модели материала: простой (напр. Моhr-Coulomb) первоначальная нагрузка Eprim или высшего порядка (напр. Hardening-Soil) Eur~5 x E(50),prim)

Трение в оболочке (по эмпирической формуле Cuk; с использованием рекомендованных значений)

Определение осевой прочности на кончике сваи из общего сопротивления также может быть проведено по эквивалентному диаметру сваи. В этом примере получают прочность 2,037 Н/мм² из установленных 100 кН.

σ_{m a x} = \frac{F_{r, b}}{({(d_{e q})}^{2} \times π / 4)}

F_r,b	Общая несущая способность конуса сваи
d_eq	Эквивалентный диаметр сваи (круглая поверхность)

Осевая прочность

Аналогично определению трения оболочки, можно также определить осевую жесткость. Здесь получается значение 2500 кН/м.

K_{b} = (10 \times G \times r_{e q} \times Γ_{b}) \times f_{b, R F}

G	Модуль сдвига основания (из коэффициента Пуассона и модуля упругости; модуль упругости для нелинейной модели материала: простой (например, Мора-Кулона) первоначальная нагрузка E_prim или более высокого порядка (например, упрочнённого грунта) Eur~5 x E_(50),prim)
Γ_b	Коэффициент адаптации для острия сваи (эмпирический; рекомендуется: 5-10)
r_eq	Эквивалентный радиус наконечника сваи
f_b,RF	Коэффициент адаптации RFEM (рекомендуемое значение: 0,01)

Осевая жёсткость (эмпирическая формула Цухнига)

K_{b} = (10 \times G \times r_{e q} \times 5) \times 0.01 = 0.5 \times G \times r_{e q}

r_eq	Эквивалентный радиус конца сваи

Продольная жёсткость (эмпирическая по Цухниггу; с использованием рекомендуемых значений)

Результаты

Полученные результаты дают представление о несущей способности элемента типа «свая». На следующем изображении показаны нормальные силы в свае и главные напряжения сдвига в грунте на двух стадиях нагружения. Слева показано состояние до достижения сопротивления оболочки (менее 250 кН входящего усилия). Справа показано состояние непосредственно перед полным разрушением (менее 250 кН + 100 кН). Как показано, несущая способность изменяется от комбинированного восприятия нагрузки оболочкой и кончиком сваи к чистому восприятию дополнительных нагрузок на кончике сваи.

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung mit empirischen Pfahlwiderständen nach Tschuchnigg | Ergebnisse Normalkraft im Pfahl und Hauptschubspannung im Bodenvolumen

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung | Ergebnisse Normalkraft im Pfahl und Hauptschubspannung im Bodenvolumen

Для контроля несущей способности сваи также может быть создана диаграмма расчетов. На следующем изображении это показано для нормальной силы стержня в отношении к узлу кончика сваи и его смещения вдоль.

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung mit empirischen Pfahlwiderständen nach Tschuchnigg | Ergebnisdiagramm Normalkraft zu Längsverformung Pfahl

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung | Ergebnisdiagramm Normalkraft zu Längsverformung Pfahl

Возможности расширения

Для многослойности наличествующего грунта на вкладке «Тип сопротивления сваи» можно выбрать «Изменяемый» для распределения сопротивления трения. Здесь можно ввести изменяемые сопротивления оболочки в зависимости от слоистости. В предыдущем примере должны быть введены желаемые номера материала наличествующего грунта, а также определены жесткости оболочки на сдвиг в зависимости от этой информации. При необходимости также может быть выгодно использовать неконстантное сопротивление сдвигу.

Автор

Господин Гебхардт поддерживает пользователей в службе поддержки клиентов и занимается развитием в области геотехники.

Ссылки

Franz Tschuchnigg. 3D моделирование методом конечных элементов фундаментов глубокого заложения с применением интегрированных свай. Dissertation. Technische Universität Graz, Graz, 2012.

Скачивания

KB 001955 | Parametrische Pfahlmodellierung | Globale Parameter - DE - Excel

10,06 KB

KB 001955 | Parametric Pile Modelling | Global Parameters - EN - Excel

11,75 KB

;