Геометрические размеры сооружения и технология
Технология возведения I:
Первый вариант возведения подземного сооружения состоит из следующих технологических этапов:
1. устройство ограждающей конструкции
2. разработка верхнего яруса котлована
3. устройство анкеров (уровень оголовка анкера на расстоянии 0.5м от отметки дна разработанной части котлована)
4. разработка нижнего яруса котлована до проектной отметки
5. устройство фундаментной плиты
6. устройство колонн нижнего яруса
7. устройство плиты перекрытия
8. устройство колонн верхнего яруса
9. устройство плиты покрытия
10. выполнение обратной засыпки пазух при ненесущей ограждающей конструкции котлована
11. приложение эксплуатационных нагрузок
Технология возведения II:
Второй вариант возведения подземного сооружения состоит из следующих технологических этапов:
1. устройство ограждающей конструкции
2. разработка верхнего яруса котлована
3. устройство ряда распорок
4. разработка нижнего яруса котлована до проектной отметки
5. устройство фундаментной плиты
6. устройство колонн нижнего яруса
7. устройство плиты перекрытия
8. устройство колонн верхнего яруса
9. устройство плиты покрытия
10. выполнение обратной засыпки пазух
11. снятие распорной системы
12. приложение эксплуатационных нагрузок
Технология возведения III:
Третий вариант возведения подземного сооружения («up-down»), состоит из следующих технологических этапов:
1. устройство ограждающей конструкции
2. устройство свай-колонн
3. устройство плиты покрытия
4. разработка верхнего яруса котлована
5. устройство плиты перекрытия
6. разработка нижнего яруса котлована до проектной отметки
7. устройство фундаментной плиты
8. приложение эксплуатационных нагрузок
Грунты вмещающего массива принимаются однородными, маловлажными. Прочностные и деформационные характеристики грунтов приведены в таблице с вариантами в приложении.
Выполнение работы.
Запустить программу Z_Soil.PC и сохранить новый проект следующим образом. На диске D:\ в папке Student найти папку с названием вашего курса и группы (или создать такую папку, если таковой не имеется), причем название должно содержать только латинские символы. Выполнить сохранение в этой папке, задав уникальное имя файлу, опять же с использованием латинских символов.
Зайти в препроцессор и открыть окно для создания модели. Создать сетку конечных элементов сооружения. При этом перекрытие, покрытие, фундаментная плита и траншейная стена в грунте, а также массив грунта моделируются элементами Continuum 2D, колонны и ограждающая конструкция котлована (за исключением траншейной стены в грунте) – стержневыми элементами (Beam), для анкера используется элемент Anchor, для моделирования контакта между ограждением котлована и грунтом – контактный элемент (Contact element). При создании сетки пользоваться материалами лекций, руководства по использованию программы [2].
Задать и проверить исходные (начальные) материалы – Initial Material. Эти материалы задаются тем элементам, которые присутствовали в расчетной схеме изначально, т.е. до начала каких-либо моделируемых изменений в схеме, или впервые появляются в ней с этими параметрами (например, колонна, моделируемая стержневым элементом). Им присваиваются номера, начиная с 1.
Присвоить элементам номера замененного материала (Replacement Material). Замененный материал присваивается тем элементам, которые в процессе численного анализа с учетом технологических этапов будут менять свои свойства. Например, элементы, находящиеся в той геометрической области, где планируется устройство фундаментной плиты, изначально имели свойства грунта, а на каком-то этапе были разработаны, а потом снова установлены обратно, но – с другими свойствами, свойствами бетона. В этом случае, замененным материалом для элементов фундаментной плиты будет материал бетон. Номера замененных материалов назначаются следующими за номерами исходных материалов, то есть применяется сквозная нумерация.
Присвоить элементам функции существования (Existence Function). Функции существования предназначены для моделирования изменения состояния элементов во времени по принципу: существует - не существует. Номера функций назначаются, начиная с 1. Прежде, чем начать присвоение элементам номеров функций, следует определить группы элементов, которые по-разному «существуют» во времени. Элементы котлована и обратной засыпки хоть и разрабатываются одновременно, но обладают разными функциями существования, так как элементы обратной засыпки снова появляются в модели в виде замененного материала.
Задать граничные условия модели (Solid Boundary conditions).
Задать нагрузки на перекрытие, покрытие и фундаментную плиту с учетом функции нагружения (Load Function), определяющей изменение значений каких-либо величин во времени.
Задать значения характеристик и моделей материалов в соответствии с заданными номерами в окне Materials. Свойства конструктивных материалов (бетона, стали) определить по нормативным документам или согласовать с руководителем.
Определить значения функций существования. Принимается, что элементы существуют (Exist) на определенном интервале времени, если функции, им присвоенной, на этом интервале соответствует значение 1, и не существуют (Inexist), если значение функции на интервале равно 0.
Определить значение функции нагружения. Функция нагружения задается в виде графика f=Value(Time), значения (Value) которого являются множителями к заданному в препроцессоре значению нагрузки в каждый рассматриваемый момент времени (Time).
Выбрать параметры расчета. В расчетной работе требуется провести расчет природного состояния (драйвер Initial State) для оценки начальных напряжений в массиве и определить напряженно-деформированное состояние в процессе возведения сооружения (драйвер Time Dependent). Количество временных интервалов и шаг расчета определяется исходя из заданных функций существования. Расчет ведется для анализа деформаций без учета фильтрации (Deformation).
Запустить расчет (Run Analysis).
Запустить постпроцессор (PostPro) для анализа результатов.
Вывести на экран деформированную сетку конечных элементов (Deformed mesh), проанализировать характер изменения геометрии.
Вывести на экран изополя горизонтальных и вертикальных перемещений (displacement) на разных этапах строительства.
Вывести на экран изополя вертикальных напряжений (stress) на разных этапах строительства.
Построить эпюры усилий в одной из горизонтальных и вертикальных конструкций (по согласованию с преподавателем).
Скопировать результаты в буфер обмена (Ctrl+C) вставить в программу MS Word (Ctrl+V).
Оформить отчет. Сохранить результаты.
Приложение 2. Таблица вариантов заданий для расчетно-графической работы №2
| Исходные данные | Номер варианта | |||||||||
| Вариант технологии | I | II | III | I | II | III | I | II | III | |
| a | пролет | 6.0м | 5.5м | 6.3м | 6.5м | 6.5м | 6.0 м | 6.6м | 6.0м | 5.5м |
| b | высота этажа | 2.5м | 2.75м | 3м | 3.5м | 3.0м | 3.5м | 3,0м | 2.5м | 2.5м |
| t | толщина фундаментной плиты | 0.8м | 0.65м | 0.8м | 0.85м | 0.8м | 1.0м | 0.9м | 0.5м | 0.65м |
| s1 | толщина плиты покрытия | 0.35м | 0.3м | 0.35м | 0.3м | 0.35м | 0.35м | 0.35м | 0.25м | 0.3м |
| s2 | толщина плиты перекрытия | 0.25м | 0.2м | 0.3м | 0.25м | 0.25м | 0.3м | 0.3м | 0.2м | 0.2м |
| s3 | Колонна: сечение колонны – шаг – | 0.4х0.4м 6м | Ø0.5м 5.5м | Ø0.6м 6.3м | 0.5х0.5м 6.5м | 0.4х0.6м 6.5м | Ø0.65м 6м | 0.4х0.6м 6.6м | Ø0.4м 6м | Ø0.6м 5.5м |
| s4 | Ограждение: | СГ (траншея) | Шпунт | СГ сваи | Шпунт | СГ (траншея) | СГ (траншея) | СГ сваи | СГ сваи | СГ сваи |
| конструкция – | ж/б | мет. трубы | ж/б | мет. трубы | ж/б | ж/б | ж/б | ж/б | ж/б | |
| сечение – | 0.6м | 426х10 | Ø0.6м | 426х10 | 0.65м | 0.8м | Ø0.6м | Ø0.6м | Ø0.6м | |
| шаг – | - | 1 м | 0.45м | 2 м | - | - | 0.45м | 1.6 м | 0.45м | |
| s5 | Анкер: | - | - | - | - | - | - | |||
| сечение – | Ø50мм, | Ø50мм, | Ø75мм, | |||||||
| шаг – | шаг 1м | шаг 1.5м | шаг 2м | |||||||
| Распорная система: | - | Мет. трубы | - | - | Мет. трубы | - | - | Мет. трубы | - | |
| сечение – | 273х10мм, | 273х10мм, | 273х10мм, | |||||||
| шаг – | шаг 3м | шаг 3.5м | шаг 3м | |||||||
| Характеристики грунта | ||||||||||
| Модуль деформации Е, МПа | 32.5 | 31.2 | 30.8 | 29.5 | 30.2 | 35.1 | 34.6 | |||
| Коэффициент Пуассона ν | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| Объемный вес γ, кН/м3 | 20.5 | 21.7 | 22.9 | 24.1 | 21.8 | 23.2 | 23.5 | |||
| Удельное сцепление с, кПа | 2.5 | 1.5 | 2.5 | |||||||
| Угол внутреннего трения φ, º |
Приложение 2 продолжение
| Исходные данные | Номер варианта | |||||||||
| Вариант технологии | I | II | III | I | II | III | I | II | III | |
| a | пролет | 8.0м | 6.3м | 6.3м | 6.5м | 6.5м | 5.0 м | 6.3м | 6.2м | 5.0м |
| b | высота этажа | 3.2м | 2.5м | 3м | 3.5м | 3.0м | 2.45м | 3,2м | 2.75м | 2.8м |
| t | толщина фундаментной плиты | 0.9м | 0.6м | 0.8м | 0.8м | 0.8м | 0.65м | 0.85м | 0.6м | 0.85м |
| s1 | толщина плиты покрытия | 0.3м | 0.35м | 0.35м | 0.35м | 0.35м | 0.3м | 0.35м | 0.25м | 0.35м |
| s2 | толщина плиты перекрытия | 0.3м | 0.22м | 0.3м | 0.2м | 0.25м | 0.2м | 0.3м | 0.22м | 0.25м |
| s3 | Колонна: сечение колонны – шаг – | Ø0.6м 8м | 0.5х0.5м 6.3м | Ø0.6м 6.3м | Ø0.5м 6.5м | 0.4х0.6м 6.5м | Ø0.6м 5м | 0.6х0.6м 6.3м | Ø0.5м 6.2м | Ø0.6м 5м |
| s4 | Ограждение: | СГ (траншея) | СГ сваи | Шпунт | СГ сваи | СГ (траншея) | СГ сваи | Шпунт | Шпунт | СГ сваи |
| конструкция – | ж/б | ж/б | мет. трубы | ж/б | ж/б | ж/б | мет. трубы | мет. трубы | ж/б | |
| сечение – | 0.8м | Ø0.8м | 426х10 | Ø0.6м | 0.65м | Ø0.6м | 426х10 | 426х10 | Ø0.6м | |
| шаг – | - | 2м | 2 м | 0.45м | - | 1.2м | 2.5 м | 1 м | 1.2м | |
| s5 | Анкер: | - | - | - | - | - | - | |||
| сечение – | Ø55мм, | Ø50мм, | Ø50мм, | |||||||
| шаг – | шаг 1м | шаг 1.5м | шаг 1м | |||||||
| Распорная система: | - | Мет. трубы | - | - | Мет. трубы | - | - | Мет. трубы | - | |
| сечение – | 273х8мм, | 273х10мм, | 273х10мм, | |||||||
| шаг – | шаг 3м | шаг 3м | шаг 3м | |||||||
| Характеристики грунта | ||||||||||
| Модуль деформации Е, МПа | 31.2 | 30.6 | 34.1 | 32.8 | 33.1 | 35.6 | 31.8 | 30.4 | ||
| Коэффициент Пуассона ν | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| Объемный вес γ, кН/м3 | 22.8 | 20.8 | 20.5 | 22.1 | 23.0 | 21.6 | 23.1 | |||
| Удельное сцепление с, кПа | 2.5 | 2.5 | 1.4 | |||||||
| Угол внутреннего трения φ, º |
Приложение 2 продолжение
| Исходные данные | Номер варианта | |||||||||
| Вариант технологии | I | II | III | I | II | III | I | II | III | |
| a | пролет | 6.4м | 6.2м | 6.0м | 8.5м | 6.2м | 8.0 м | 6.0м | 6.5м | 8.8м |
| b | высота этажа | 3.2м | 3.0м | 2.85м | 3.2м | 3.3м | 3.5м | 3,2м | 2.55м | 3.5м |
| t | толщина фундаментной плиты | 1.0м | 0.85м | 0.9м | 1.0м | 0.85м | 0.9м | 1.0м | 0.65м | 0.85м |
| s1 | толщина плиты покрытия | 0.32м | 0.35м | 0.3м | 0.35м | 0.35м | 0.32м | 0.3м | 0.3м | 0.35м |
| s2 | толщина плиты перекрытия | 0.25м | 0.25м | 0.2м | 0.22м | 0.2м | 0.25м | 0.3м | 0.22м | 0.25м |
| s3 | Колонна: сечение колонны – шаг – | 0.5х0.5м 6.4м | 0.4х0.4м 6.2м | Ø0.8м 6м | 0.4х0.6м 8.5м | Ø0.65м 6.2м | Ø0.6м 8м | 0.4х0.6м 6м | Ø0.4м 6.5м | Ø0.6м 8.8м |
| s4 | Ограждение: | Шпунт | СГ (траншея) | СГ сваи | СГ (траншея) | Шпунт | СГ (траншея) | СГ (траншея) | Шпунт | СГ сваи |
| конструкция – | мет. трубы | ж/б | ж/б | ж/б | мет. трубы | ж/б | ж/б | мет. трубы | ж/б | |
| сечение – | 426х10 | 0.8м | Ø0.8м | 0.6м | 426х10 | 0.8м | 0.8м | 426х10 | Ø0.6м | |
| шаг – | 2.8 м | - | 1.6м | - | 2.0 м | - | - | 1.8 м | 0.45м | |
| s5 | Анкер: | - | - | - | - | - | - | |||
| сечение – | Ø50мм, | Ø50мм, | Ø50мм, | |||||||
| шаг – | шаг 2м | шаг 1.5м | шаг 1м | |||||||
| Распорная система: | - | Мет. трубы | - | - | Мет. трубы | - | - | Мет. трубы | - | |
| сечение – | 273х10мм, | 273х10мм, | 273х10мм, | |||||||
| шаг – | шаг 3м | шаг 3м | шаг 3м | |||||||
| Характеристики грунта | ||||||||||
| Модуль деформации Е, МПа | 30.5 | 34.0 | 33.1 | 30.5 | 32.1 | 33.0 | 30.3 | 32.6 | ||
| Коэффициент Пуассона ν | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 20.5 | 22.1 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| Объемный вес γ, кН/м3 | 21.5 | 20.5 | 22.7 | 20.8 | 20.5 | 21.6 | 23.1 | |||
| Удельное сцепление с, кПа | 2.5 | 1.5 | 2.5 | |||||||
| Угол внутреннего трения φ, º |
Приложение 3. Перевод некоторых терминов программы Z_SOIL.PC
| add | добавить |
| aligne | выровнять вдоль линии |
| analysis | анализ, расчет |
| anchor | анкер |
| beam | балка, стержневой элемент |
| box | прямоугольник |
| circle | окружность |
| colour maps | цветные карты - результаты в виде изолиний и изополей |
| contact element | контактный элемент |
| contact stresses | напряжения в контактных элементах |
| create | создать |
| displacement | перемещение |
| duplicate | копировать |
| edge | связь, грань элемента |
| edit | редактировать |
| elastic | упругий |
| exist | существовать |
| existence | существование |
| finite element method | метод конечных элементов |
| flip | перевернуть, изменить направление |
| fluid velocities | скорости жидкости |
| force | усилие |
| function | функция |
| highlight | выделить, подсветить |
| homotety | подобие (изменение масштаба, создание элементов относительно выбранного центра) |
| initial | природный, начальный |
| insert | вставить |
| list | список |
| load | нагрузка |
| M, N, T diagramms | построение эпюр моментов (М), поперечных (Т) и продольных (N) сил |
| material | материал |
| mesh | сетка |
| mesh inside | создать сетку внутри контура связей |
| modify | изменить |
| move | переместить |
| node | узел |
| plastic zones | зоны пластичности |
| postprocessor | постпроцессор - просмотр результатов |
| preprocessor | препроцессор - создание модели |
| principal stresses | главные напряжения |
| quad | прямоугольный элемент |
| remove | удалить |
| replace | заменить |
| rotate | повернуть |
| scale | масштаб |
| sectional quantities | получить результаты по выбранным сечениям |
| select | выбрать, выделить |
| settings | настройки |
| setup | установить |
| simmetry | симметрично отобразить |
| solid BC (boundary conditions) | граничные условия |
| split | разделить |
| strain | деформация |
| stress | напряжение |
| surrounding | окружающий |
| time history | изменение во времени искомых параметров (построение графиков) |
| translate | переместить |
| triangle | треугольный элемент |
| unit weight | удельный вес |
| units | единицы измерения |
| update | изменить параметры выбранного элемента, граничный условий и т.д. |
| value | значение |
| visibility | визуализация |
| view data | просмотр исходных данных, т.е. созданной в препроцессоре расчетной схемы |
| friction angle | угол внутреннего трения |
| cohision | сцепление |
Список литературы
1. Руководство пользователя программы SCAD.
2. Руководство пользователя программы Z_SOIL.PC.
3. Зенкевич О. Метод конечных элементов. М., Мир, 1977
4. Хечумов Р.А., Кепплер Х., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. – М.: АСВ, 1994
5. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
6. СНиП «Основания и фундаменты»