Моделі ґрунтів, реалізовані в програмних комплексах SCAD Office та Plaxis 3D.

1. Введення

В даний час все більшого поширення набуває застосування чисельних розрахунків основ споруд з використанням програмно-обчислювальних комплексів, таких як SCAD Office, Ліра, Robot Structural Analysis, Plaxis, Ansys, Abaqus та інших. У цих програмних комплексах реалізовано велику кількість різних методик розрахунку ґрунтової основи.

Метою цієї статті є порівняння значень осаду споруди для одного окремого розрахункового випадку, отриманих за результатами застосування нормативної методики [1], з опадами, отриманими за результатами застосування різних моделей ґрунтів, реалізованих у програмних комплексах SCAD Office та Plaxis.

SCAD Office- це інтегрований комплекс аналізу та проектування конструкцій. До складу комплексу входять універсальна програма кінцево-елементного аналізу SCAD, а також низка функціонально незалежних проектно-розрахункових та допоміжних програм. Програма SCAD призначена для розрахунку споруди загалом. Інші проектно-розрахункові програми комплексу орієнтовані виконання детальних перевірочних розрахунків несучих будівельних конструкцій (окремих балок, колон, плит) відповідно до діючими нормами. Основи роботи з ним викладені у [30].

Plaxis- це програмна система кінцево-елементного аналізу, що використовується для вирішення завдань інженерної геотехніки та проектування, являє собою пакет обчислювальних програм для кінцево-елементного розрахунку напружено-деформованого стану споруд, фундаментів та основ.

У пакет Plaxis в даний час входить ряд прикладних обчислювальних програм:

Plaxis 2Dпризначена для статичних розрахунків напружено-деформованого стану, стійкості тафільтрації в умовах плоского завдання;

Plaxis 3Dпризначена для тривимірних розрахунків деформацій та стійкості просторових будівельних об'єктів спільно з ґрунтовою основою;

Dynamics- додатковий модуль до програм Plaxis 2D та Plaxis 3D для динамічних розрахунків з циклічними (вібраційними), імпульсними (ударними) та сейсмічними навантаженнями;

PlaxFlow- додатковий модуль до програм Plaxis 2D і Plaxis 3D для розрахунків складних режимів фільтрації в насичених і ненасичених водою ґрунтових масивах;

Thermal- додатковий модуль до програми Plaxis 2D для спільних деформаційних розрахунків та розрахунків стаціонарного та нестаціонарного теплового потоку.

Основи роботи з ним викладені у [31, 32].

У цій статті для порівняння беруться реалізовані в SCAD Office моделі грунтів:

- модель змінних за площею коефіцієнтів ліжка (КРОСС).

Реалізовані у Plaxis:

- модель лінійно деформованого напівпростору;

- модель пружнопластичного середовища.

2. Огляд літератури

У зв'язку з відсутністю в даний час загальновизнаної єдиної методики моделювання просторових конструкцій будівель спільно з ґрунтовими основами актуальним залишається питання, пов'язане з вибором моделі ґрунтової основи. До останнього часу розрахунки взаємодії будівлі та основи виконувались виключно в пружній постановці, причому з використанням спрощених методик, що використовують коефіцієнти ліжка. Це спровокувало безліч досліджень, пов'язаних із порівнянням даних спрощених методик [33-37], реалізованих у програмних комплексах.

З появою та розповсюдженням таких програмних комплексів, як Abaqus, Ansysта Plaxis 3D проектувальникам була надана можливість моделювати просторові конструкції будівель з використанням більш складних моделей ґрунтів [20, 21, 27, 38, 39]. Також з'явилося безліч досліджень, які порівнюють результати розрахунків за спрощеними моделями та більш складними моделями ґрунтів [9, 10, 14-17].

3. Історія розвитку моделей ґрунтів

Модель Вінклера

Зі вступом у більш активну фазу технічного прогресу і, як наслідок, зростання кількості гнучких конструкцій на пружній основі - спочатку залізничних рейок і шпал, а потім і залізобетонних фундаментів будівель - виникла необхідність більш уважно підійти до оцінки реактивних властивостей грунтів. Виникло природне припущення, що між осадом та реактивним тиском ґрунту існує пряма залежність.

---