Расчет напряженного состояния здании и фундамента проектируемой на слабом грунте анизотропного строения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 624.151.6

Расчет напряженного состояния здании и фундамента проектируемой на слабом грунте анизотропного строения

Баймахан Айгерим Рысбеккызы

Аннотация

фундамент цокольный грунтовый слоистый

Баймахан Айгерим Рысбеккызы PhD докторант

Казахский национальный университет имени Аль - Фараби,

Кафедра информатики, специальность 5B070400 вычислительная техника и программное обеспечение Казахстан, г. Алматы, проспект Аль - Фараби, 71 baimahan-aigerim@mail.ru

Сейнасинова Асима Асылбеккызы.

Кандидат физико-математических наук, ассоциированный профессор

Академия гражданской авиации, Кафедра №20, общенаучных дисциплин Казахстан, г. Алматы, ул. Закарпатсая, 44.

Оразхан Балжан

Магистрант

Казахский государственный женский педагогический университет,

Кафедра информатики и прикладной математики, специальность 6М011100-Информатика Казахстан, г. Алматы, улица Айтеке-би, 99. s200201@bk.ru

Куттыбекова Сауле

Магистрант

Казахский государственный женский педагогический университет,

Кафедра информатики и прикладной математики, специальность 6М060200 Информатика Казахстан, г. Алматы, улица Айтеке-би, 99. saule_kuttybek@mail.ru

Баймахан Рысбек Баймаханулы

Доктор технических наук, профессор

Казахский государственный женский педагогический университет,

Кафедра информатики и прикладной математики

Казахстан, г. Алматы, улица Айтеке-би, 99. E-mail: brysbek@yandex.ru

В работе рассматривается один из наихудший случай, когда окружающий фундамент грунтовое основание имеет сильно неоднородные по природе и наведенное горизонтально слоистое строение. Приводится некоторые результаты проведенных исследований по исследованию напряженного состояния фундаментной основании цокольного этажа системы «Здание -Фундамент -грунтовое основание». Эпюрами показывается, что наибольшие нормальные к контру фундамента компонент напряжений сжатия наблюдается на боковых, нижних угловых областях и на середине основании под средней стенки, которая является стойкой опора. Такие же картина наблюдается и на эпюрах нормальной касательной компоненте напряжений .

Ключевые слова: анизотропия, грунт, основание, фундамент, метод.

Summary

Baymakhan of Aygerim Rysbekkizy

PhD doctoral candidate

The Kazakh national university of a name of Al - Farabi,

Department of informatics, specialty 5B070400 computer facilities and software baimahan-aigerim@mail.ru

Kazakhstan, Almaty, Al Avenue - Фараби, 71

Куттыбекова Сауле

Магистрант

Казахский государственный женский педагогический университет,

Кафедра информатики и прикладной математики, специальность 6М011100-Информатика Казахстан, г. Алматы, улица Айтеке-би, 99. saule_kuttybek@mail.ru

Оразхан Балжан

Магистрант

Казахский государственный женский педагогический университет,

Кафедра информатики и прикладной математики, специальность 6М011100-Информатика Казахстан, г. Алматы, улица Айтеке-би, 99. s200201@bk.ru

Baymakhan Rysbek Baymakhanuly

Doctor of Engineering, professor

Kazakh state women's pedagogical university,

Department of informatics and applied mathematics

Kazakhstan, Almaty, Ayteke-bi Street, 99. E-mail: brysbek@yandex.ru

Calculation of stability of the base the building interacting with soil of the basis of the anisotropic structure

Some results of research of a tension base foundation of the first floor of the "Building -- the Base -- the Soil Basis" system are given. One of the worst case when the surrounding base has the soil basis strongly non-uniform by the nature and the induced horizontally layered structure is considered. Analyses of results have found out that the greatest normal to office of the base a component of tension of compression is observed on lateral, lower angular areas and on the middle the basis under average of a wall which is a rack a support. The similar picture is observed also on the epyurakh of a normal tangent a component of tension .

Keywords: anisotropy, soil, basis, base, method.

Накренение, обрушение и разрушение без внешних силовых воздействии здании и сооружений в мире стала очевидным явлением казалось бы без причин на того основания. Иногда такие случаи происходят несмотря на соблюдения строительных норм. Причина таких обрушений и разрушений при статическом состоянии связаны с плохими соединениями балок и других элементов конструкции, не до исследованностью грунтовых условии, их прочностных свойств, анизотропии строения, степени влагоемкости, консолидации, влажности связанные с фильтрационными и инфильтрационными процессами и наконец, степени неравномерности деформации грунта основания. Весной 2011- года только что построенные и заселявшие только что и еще не заселявшие людьми новые дома микрорайона "Бесоба" города Караганды начали одни за другими накрениться и обрушаться за считанные недели (рисунок 1). Решением правительственный комиссии были снесены все дома нового микрорайона с огромными экономическими потерями. Встречается и случаи накренение и падение высотных здании и сооружений к моменту завершения строительства. В том же году такая же картина повторился в г.Шанхай с 13-этажным домом. Такая же картина еще ранее имело место в городе Ниигата Японии (см. рисунок 1).

Поэтому исследования напряженно-деформированных сложных грунтовых оснований и закономерности образования в них концентрации напряжений высотных здании и сооружений взаимодействующие с фундаментами с учетами дополнительных факторов, разработкой новейших моделей всегда остается актуальным и особо ответственным вопросом строительства.

С этой целью решены ряд практических задач по определению НДС таких сооружений методом конечных элементов с учетом анизотропии строения грунта. Воспользуемся моделью наклоннослоистых горных пород.

Для такого массива уравнение обобщенного закона в матричной форме по [4] запишется в виде

Рисунок 1. Обрушенные дома: а- города Ниигаты, б-новые дома микрорайона города Караганды, в - рухнувщийся в г. Шанхай 13-этажный дом.

,(1)

где ,

,

.

Значения коэффициентов упругости для горизонтальной слоистости установлены [4]:

, ,

, ,

, , (2)

, , ,

где -модули Юнга и коэффициенты Пуассона. -модуль сдвига.

Значения коэффициентов упругости при поворотах системы координат на углы получаются последовательным применением формул преобразования С.Г.Лехницкого с учетом выражений (2) в виде

,(3)

,(4)

где -матрицы косинусов углов поворотов.

Упругое состояние грунтового основания при применений метода конечных элементов, состояние горного массива содержащего цокольного этажа, описывается системой уравнений статического равновесия, который имеет вид /1/

,(5)

где - матрица жесткости системы; - вектор перемещений; - вектор нагрузок от собственного веса.

Компоненты векторов деформации и напряжений в изопараметрических конечных элементах в гауссовых точках интегрирования () вычисляются выражениями:

, (6)

, (7)

где , - деформации и напряжении;

, - матрицы базисных функции и упругих характеристик элементов и

, - перемещения узловых точек изопараметрического элемента.

Величины главных напряжений и главных площадок вычисляются с помощью следующих известных выражений теории упругости

,

,(8)

,

,

где показывает направлению главных площадок относительно декартовой системы координат (рисунок 1).

На рисунке 3 показана расчетная область задачи для варианта еще не увлажненного сухого грунта. С помощью методик работ [1], [2],[3]. поперечное сечение системы "здание -фундамент -грунт" (рисунок 1а), были разбиты на 12520 изопараметрические конечные элементы четырехугольной формы с общим количеством узловых точек 12895. Данные о геометрических размерах и физико -механических свойствах этих сооружений и для грунтов основания анизотропного основания взяты из работ [1], [2].

Для раскрытия механизма разрушения необходимо анализировать нормальных радиальных , тангенциально окружных и касательных компонент напряжений в угловой области фундамента. В соответствий теории упругости, запишем этих радиальных, нормальных и касательных к контуру компонент напряжений сжатия и растяжения в полярных координатах /31/.

,

, (9)

.

На рисунках 4 и 5 представлены некоторые результаты этих исследований в виде окружающих периметра фундамента нормальных тангенциальных и касательных напряжений от воздействия гравитационного веса здании и геостатических сил в грунтовой области основании .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3. Исследуемая расчетная область системы, состоящей из здании, фундамента и грунтового основания анизотропного строения

Физико - механические свойства материалов взяты из для грунтов анизотропного строения взяты из работы [1].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4. Эпюры нормальных тангенциальных напряжений по периметру зданий и фундамента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5. -а), Эпюры по периметру зданий и фундамента нормальной касательной напряжений .

Знаки соответствуют сжатию (-) и растяжению (+). Как видно из рисунка 4.60 б, значительно большую растягивающую напряжению испытывают угловые области стенок зданий и цокольного этажа. Такие же отрывные напряжения наблюдается в углах затупления основании фундамента и средней стенки.

Таким образом, выясненные исследованиями закономерности напряженных состояний основании фундамента позволяет проектировщикам учесть эти обстоятельства и предпринимать меры по усиления частей сегментов основания.

Литература

1. Баймахан Р.Б. Расчет сейсмонапряженного состояния подземных сооружений в неоднородной толще методом конечных элементов. Монография (Под ред. академика Ш.М. Айталиева. - Алматы, 2002. - С. 232).

2. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Масанов Ж.К. Устойчивость горизонтальных выработок в наклонно-слоистом массиве. - Алма-Ата:1971:-160 с.

3. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Масанов Ж.К. Сейсмонапряженное состояние подземных сооружений в слоистом анизотропном массиве. Алма-Ата: Наука, 1980. -206 с.

4. . Бугров А.К., Голубев А.И. Анизотропные грунты и основания сооружений. Санкт-Петербург, «Недра». 1993. 245с.

5. Сейнасинова А.А. Расчет устойчивости слабосвязанного валунного грунта вблизи контура тоннельной выработки. // Известия НАН РК, сер. физ.-мат. - 2004. - № 1(233). - С. 95-100.

6. Курманбеккызы Н., Баймахан Р.Б., Кожогулов К.Ч. Разработка методики определения физико-механических свойств двухфазного водонасыщенного грунта. // Бишкек, 2009. - с. 4-8

7. Баймахан А.Р., Сейнасинова А.А., Копенбаева А.С., Баймахан Р.Б. Анализ влияний водонасыщенности анизотропной грунтовой толщи основания на деформацию фундамента со зданием. Россия. Журнал ВАК «Перспективы науки». №10. 2010. с. Импакт фактор - 0.114

8. Яхияев Ф.К. Кожебаева А.С., Илиясова Г.Б.К реанимации склона анизотропного строения после оползня.// Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия: «Науки о Земле». - 2008. - Выпуск 3. Тула - 2008 С. 79-82.

9. Рысбаева А.К. Критерий определения устойчивости оползневых склонов. Сборник материалов международной научно-методической конференции 23 января 2014г. «Актуальные вопросы естественно-научных дисциплин». КазГАСА. Алматы -2014 г. С.47-50.

10. Сейнасинова А.А. Напряженное состояние слабосвязанного массива в окрестности подземной выработки с учетом естественных и искусственных неоднородностей. Специальность: 01.02.07 -«Механика сыпучих тел, грунтов и горных пород». Автореф.,… дисс. канд.физ.-мат. наук -Алматы, 2010, -18 с.

11. Кулмаганбетова Ж.К Моделирование напряженно-деформированного состояния системы «здание-оползневые склоны». Специальность: 05.13.18 -«Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ». Автореф., … дисс. канд. техн. наук -Алматы, 2010, -19 с.

References

1. Baimakhan R.B. Calculation of seismic stress state of underground structures in a nonuniform thickness of the finite element method (Under edition of Akademik Sh.M. Aitaliyev. - Almaty, 2002. - p. 232).

2. Erzhanov Zh. S., Aytaliyev Sh. M., Masanov Zh. K. Stability of horizontal developments in the inclined and layered massif. - Alma-Ata:1971:-160 of page.

3. Erzhanov Zh. S., Aytaliyev Sh. M., Masanov Zh. K. Seismotension of underground constructions in the layered anisotropic massif. Alma-Ata: Science, 1980. -206 pages.

4. Hillocks A.K., Golubev A. I. Anisotropic soil and bases of constructions. St. Petersburg, "Subsoil". 1993. 245 pages.

5. Seynasinova A. A. Calculation of stability of loosely coupled bouldery soil near a contour of tunnel development.//NAN RK'S news, it is gray. physical. - a mat. - 2004. - No. 1(233). - Page 95-100.

6. Kurmanbekkyza N., Baimahang R. B., Kozhogulov K. Ch. Development of a technique of definition of physicomechanical properties of two-phase water-saturated soil.//Bishkek, 2009. - page 4-8

7. Baymakhan A. R., Seynasinova A. A., Kopenbayeva A. S., Baimahang R. B. The analysis of influences of a water saturation of anisotropic soil thickness of the basis on deformation of the base with the building. Russia. Magazine VAK "Prospects of Science". No. 10. 2010. the village Impakt a factor - 0.114

8. Yakhiyaev of F. K. Kozhebayev A. S., Iliyasova G. B.K of resuscitation of a slope of an anisotropic structure after оползня.//News of the Tula state university. Natural sciences. Series: "Sciences about Earth". - 2008. - Release 3. Tula - 2008 Pages 79-82.

9. Rysbayeva A. K. Criterion of definition of stability of landslide slopes. Collection of materials of the international scientific and methodical conference on January 23, 2014. "Topical issues of natural-science disciplines". КазГАСА. Almaty-2014 g of Page 47-50.

10. Seynasinova A. A. Stress of the loosely coupled massif in the neighborhood of underground development taking into account natural and artificial not uniformity. Specialty: 01.02.07 - "Mechanics of loose bodies, soil and rocks". Avtoref.,… yew. канд.физ. - a mat. sciences - Almaty, 2010, -18 pages.

11. Kulmaganbetova Zh. K Modelling of the intense deformed condition of the "building-landslide slopes" system. Specialty: 05.13.18 - "Mathematical modeling, numerical methods and complexes of programs". Avtoref. … yew. Cand.Tech.Sci. - Almaty, 2010, -19 pages.

Размещено на Allbest.ru