Оценка применимости модели кирпичной кладки для моделирования зданий окружающей застройки при геотехническом расчете

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка применимости модели кирпичной кладки для моделирования зданий окружающей застройки при геотехническом расчете

Assessment of the applicability of the brick masonry model for modeling surrounding buildings in geotechnical calculations

Макагонова Екатерина Павловна

Makagonova Ekaterina Pavlovna

Студент магистратуры

Master's degree student

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Аннотация

В данной статье производится верификация модели кирпичной кладки (Masonry) в программном комплексе PLAXIS, а также описывается важность осуществления геотехнических работ при новом строительстве в условиях плотной городской застройки. кирпичный кладка строительство

Ключевые слова: геотехнические работы, окружающая застройка, модель кирпичной кладки, PLAXIS.

Annotation

This article verifies the masonry model (Masonry) in the PLAXIS software package, and also describes the importance of geotechnical work for new construction in dense urban areas.

Key words: geotechnical work, surrounding buildings, brickwork model, PLAXIS.

Введение

Развитие городской инфраструктуры не стоит на месте на месте: ежедневно возводятся новые жилые комплексы, учебные корпуса, торговые центры, офисы, дороги, а также производятся работы по капитальному ремонту и реконструкции уже существующих зданий и сооружений. Однако не всегда есть возможность выделять под новое строительство достаточно пространства. Особенно это касается крупных городов таких как Санкт- Петербург, поэтому строительные площадки организовывают в стесненных условиях. В этой связи строительные площадки организовывают в стесненных условиях, формирующих сложную геотехническую ситуацию на объекте, зачастую требующую разработки уникальной с точки зрения этапности технологии производства работ, с целью сохранения окружающей застройки, особенно если речь идет об исторической части города.

Как известно, в центральной части Санкт-Петербурга большая часть зданий построена именно из кирпича. Поэтому при возведении новых объектов в стесненных условиях требуется качественный расчет воздействия строительных работ на соседние здания, начиная с нулевого цикла до конца производства работ. Для этого прибегают к геотехническим расчетам оценки влияния.

Проведение геотехнических расчетов является важным этапом в проверке проектных решений, так как позволяет выявить и исправить любые неточности проекта [1]. На данный момент существует несколько различных программ, которые помогают наглядно решать задачи инженерам геотехникам.

Расчетное моделирование включает в себя использование программного обеспечения, такого как PLAXIS, MIDAS, FEM-models, ANSYS, Abaqus и др., для создания трехмерных моделей грунтовых условий и проектируемых работ. Эти модели позволяют оценить влияние работ на окружающую застройку, предсказать перемещения грунта и возможные деформации строений.

Очень важно при выборе расчетного комплекса ознакомиться со всеми вариантами и понять какой конечный результат необходимо получить. Каждая программа по-своему хороша и дает возможность производить расчет различных геотехнических задач.

При новом строительстве зданий и сооружений свойства грунтов, являющиеся их основанием, чаще всего изменяются. Характеристики основания могут меняться в худшую сторону при возведении зданий и их эксплуатации поэтому надо уметь предвидеть отрицательные последствия различных воздействий и изменения свойств грунтов, особенно при возведении фундаментов вблизи ранее построенных зданий [2] [3]. Именно по этой причине использование инновационных методов расчета в программных комплексах с применением различных моделей грунтового основания необходимы при оценке влияния геотехнических работ

Рассмотрим программный комплекс PLAXIS [4], который предоставляет широкий спектр геомеханических моделей для описания характеристик поведения различных типов грунтов. Многообразие моделей объясняется стремлением разработчиков достичь баланса между точностью математического описания модели и реальным поведением грунтовой среды, это характеризуется количеством необходимых входных параметров. Помимо стандартных моделей, программный комплекс PLAXIS [4] предоставляет возможность использования пользовательских моделей. Последние представляют собой результаты научных исследований и теоретических разработок ученых со всего мира. Они отличаются от штатных моделей тем, что требуют проведения специальных испытаний грунтов или натурной калибровки для ввода данных и обладают более широкими возможностями. Примеры геотехнического расчета в ПК PLAXIS изображены на рисунке 1.

В данной статье будет подробно рассмотрена модель кирпичной кладки - Masonry. Упругопластическая модель анизотропного (задаётся модуль упругости в горизонтальном и вертикальном направлениях) скального массива, который имеет систему трещин (поверхностей ослабления) позволяет задавать в расчет конструкции, выполненные из каменных материалов, как сплошную среду с заданными поверхностями потенциального сдвига.

Позволяет моделировать анизотропное поведение неармированных стеновых конструкций, в том числе при сейсмических воздействиях и при наличии пустот (оконные и дверные проёмы и т. п.).

Рис. 1 Оценка влияния геотехнических работ на соседнее здание в

Оценка применимости модели Masonry.

Каменные конструкции представляют собой неоднородную среду, имеющую относительно большую собственную жесткость и прочность блоков по сравнению с жесткостью и прочностью швов. Следовательно, на поведение под нагрузкой сильно влияют свойства соединения, текстура и геометрический размер. Модель Masonry имеет два набора плоскостей разрушения, в которых параметры прочности определяются с использованием критерия разрушения Кулона.

Оценим применимости модели кирпичной кладки на тестовой задаче. Рассмотрим кирпичную стенку при доведении ее до разрушения под действием собственного веса, вертикального давления сверху и горизонтального смещения. Расчетная схема изображена на рисунке 2.

Нижняя граница установлена как "обычно фиксированная" (normally fixed) и используется "средняя" (medium) сетка. Последовательность моделирования следующая: собственный вес конструкции активируется с помощью процедуры К 0, за которой следует пластический расчет на этапе 1 с активацией вертикальной нагрузки. На второй фазе активируется боковое смещение, что приводит к разрушению конструкции, см. рисунок 3.

Рис. 2 Расчетная схема

Рис. 3 Сдвиговые деформации кирпичной стенки

Результирующая тяга, полученная в результате численного анализа с использованием модели Masonry, равна 25,44 кН/м, см. рисунок 4. Это сопоставимо с решением, полученным в "PLAXIS UDSM MASONRY MODEL" [5] и "A MODIFIED JOINTED ROCK MODEL FOR MASONRY IN SOIL-STRUCTURE INTERACTION PROBLEMS" [6].

Как сообщается в работе de Felice et al. (2009), задача допускает аналитическое решение для предельной горизонтальной результирующей растягивающей силы Tiim.

Рис. 4 График результирующей растягивающей силы от горизонтального смещения

Выводы

В данном эксперименте произведена оценка прогностических возможностей модели Masonry в условиях нагрузки на растяжение и сдвиг, а также проверены рабочие характеристики на основе ряда доступных аналитических решений. В ходе выполнения тестового эксперимента рассматриваемой модели получена сходимость численного и аналитического решения, с погрешностью в 0,04%. Данные результаты свидетельствуют о применимости данной модели при реализации геотехнических расчетов.

Для наиболее точного описания работы кирпичной кладки при выполнении расчетов в ПК PLAXIS, рассмотренная в настоящей статье модель Masonry требует подбора характеристик материала с учетом ориентации его плоскостей в направлении сдвига.

Литература

1. Власов А.Н. Численное моделирование строительства зданий с фундаментами глубокого заложения в условиях плотной городской застройки / А.Н. Власов, Д.Б. Волков-Богородский, В.В. Знаменский, М.Г. Мнушкин, // Весник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2014. - №2

2. Сотников С.Н., Симагин В.Г., Вершинин В.П. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений. Опыт строительства в условиях Северо-Запада ССР. М.: Стройиздат, 1986. 96 с

3. В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин Подземные сооружения в условиях городской застройки на слабых грунтах // Развитие городов и геотехническое строительство. - 2010. - №1

4. PLAXIS - Tutorial Manual

5. PLAXIS UDSM MASONRY MODEL

6. A MODIFIED JOINTED ROCK MODEL FOR MASONRY IN SOIL- STRUCTURE INTERACTION PROBLEMS

Размещено на Allbest.ru