Здание трехэтажное с габаритами в осях 22,15х16,85 м и проветриваемым подпольем высотой 1-1,5 м. Надземная часть - монолитный железобетонный каркас, фундамент – из сборных железобетонных свай сечением 40х40 см. Цокольное перекрытие – безбалочное толщиной 20 см. В данном здании имеются отклонения от проектных решений, так, проектом предусмотрены температурно-усадочные швы и обвязочный ростверк (балки сечением 60х60 см), в фактическом исполнении они отсутствуют.
По данным обследований в здании возникли косые трещины на крайних сваях и нормальные на цокольном перекрытии в местах устройства ниш и выступов в плане (рис. 7). Обследование было проведено организацией ООО «Нэлэгэр». Ведомость дефектов была приведена в приложении 1.
Рис. 7 Схема повреждений и дефектов
Была поставлена задача смоделировать и выполнить расчет цокольного перекрытия и фундаментов на температурно-влажностные воздействия и сравнить результаты расчетов с материалами обследования.
Расчет железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия в соответствии с СП 52-105-2009 произвели по 1 расчетной стадии работы железобетонной конструкции – «первое» замораживание до расчетной зимней температуры бетона конструкции.
В статически неопределимых конструкциях жесткость элементов является одним из основных свойств, влияющих на напряжения, вызванные температурными деформациями. Выполненные расчеты подтвердили, что в рассматриваемой статически неопределимой конструкции, усилия, рассчитанные в линейной стадии работы железобетона, не совсем совпадают с фактической картиной трещинообразования (рис. 8). Поэтому учет физической нелинейности железобетона при расчете конструкций, работающих с трещинами, является необходимым.
Рис. 8 Эквивалентные напряжения (напряжения фон Мизеса) при расчете в линейной стадии работы железобетона.
Для описания процесса разрушения бетона использовали модель Уильяма-Варнке, конечный элемент которого в Ansys Mechanical называется Solid65. КЭ Solid65 используется для трехмерного моделирования хрупких твердых тел с арматурными стержнями, в котором твердое тело способно к растрескиванию, дроблению, пластической деформации и ползучести, а арматура к пластической деформации и ползучести. В этот элемент можно включить до трёх независимых армирующих материалов, предполагается, что они «распределены» (smeared) по всему элементу и работают только на растяжение и сжатие.
При расчете на температурные воздействия приняли следующие параметры математической модели Уильяма-Варнке, которые остаются постоянными при изменении температуры:
- коэффициент передачи сдвиговых усилий при открытой трещине 0,3;
- коэффициент передачи сдвиговых усилий при закрытой трещине 0,7;
- коэффициент понижения жесткости при образовании трещины в результате растяжения 0,6.
Прочностные, упругопластические и деформативные свойства бетона приняты по СП 52-105 для 3 группы конструкций, в предположении, что конструкция фундамента защищена от воздействия атмосферных осадков. Принятые характеристики меняются в зависимости от температуры и приведены в таблице 1:
Таблица 1.
| T, °C | -60 | -40 | -20 | ||
| Rbn,t, МПа | 25.9 | 24.05 | 22.2 | 18.5 | 18.5 |
| Rbtn,t, МПа | 2.387 | 2.2165 | 2.046 | 1.55 | 1.55 |
| Ebt, МПа∙103 |
Рис. 9 Изменения прочностных и упругих характеристик от температуры
Рис. 10 Изменения КТД и диаграммы зависимости напряжение-относительные деформация
По СП 20.13330.2016 расчетные изменения температуры воздуха равна 
. По СП 52-105 расчетное изменение температуры для первого этапа работы фундамента: 
для второго этапа: 
Сваю рассмотрели как стойку, защемленную в грунте на глубине от поверхности земли: в первом этапе работы фундамента: Н 1 = 0,827 м; во втором этапе: Н 2 = 1,966 м, по СП 52-105.
Рис. 11 Эквивалентные относительные деформации
Рис. 12 Зоны образования трещин
Вывод:
Распределение максимальных усилий при расчете в нелинейной постановке показало, в целом, на качественное совпадение с картиной трешинообразования в цокольном перекрытии и на сваях. Что показывает на правомочность примененной расчетной модели работы железобетонного цокольного перекрытия и эффективность применения программы Ansys для анализа термонапряженного состояния железобетонных конструкций.
Выявлено негативное влияние внутренних углов в планах цокольных перекрытий в участках ниш и выступов, которые являются концентраторами напряжений, и способствуют трещинообразованию в конструкциях. В проектных решениях в районах с низкими температурами желательно избегать подобных внутренних углов.
Выполненная работа показала на необходимость разработки рекомендаций, а лучше норм по расчету железобетонных фундаментных конструкций с учетом температурно-влажностных воздействий.
Заключение
Во время прохождения практики мною были проделаны слудющие работы:
- анализированы методы расчетов ЖБК в Ansys в нелинейной постановке, т. е. с учетом трещинообразования и дробления бетона, пластической деформации арматуры (модели Уильяма-Варнке и Базанта);
- проведен разбор недостатков СП 52-105;
- смоделировано влияние температурно-влажностных воздействий на жилое здание в п. Батагай Верхоянского района в нелинейной постановке с учетом изменения механических и упругопластических свойств бетона;
- написана статья о результатах расчета влияния температурно-влажностных воздействий на жилое здание в п. Батагай.
Частично освоены следующие компетенции, которые по перечню планируемых результатов при проведении производственной практики должны быть освоены за 2 семестра:
ОПК-2. Готовность руководить коллективом в сфере своей профессиональной деятельности, толерантно воспринимая социальные, этнические, конфессиональные и культурные различия;
ОПК-3. Способность использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, в управлении коллективом, влиять на формирование целей команды, воздействовать на ее социально-психологический климат в нужном для достижения целей направлении, оценивать качество результатов деятельности, способностью к активной социальной мобильности.
ОПК-12. Способность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы.
ПК-16. Способность организовать работы по осуществлению авторского надзора при производстве, монтаже, наладке, сдачи в эксплуатацию продукции и объектов производства.
Список использованной литературы
1. СП 52-105-2009 «Железобетонные конструкции в холодном климате и на вечномерзлых грунтах»
2. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции»
3. Рекомендации по расчету свайных фундаментов на ВМГ с учетом температуры и влажности
4. СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты»
5. СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»
6. СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»
7. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»
8. СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений»
9. СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»
10. ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация»
11. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»
12. ANSYS Help Viewer
13. Программа производственной практики Б2. П.1 Практика по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности (производственная практика)
14. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
15. СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия»
16. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»
17. СП 131.13330.2012 «Строительная климаталогия»
18. Муха В.И. Основы расчета, конструирования и возведения сооружений в Якутской АССР. В 3-х частях. / В.И. Муха, Ю.Н. Абакумов, E.H. Малков. – Якутск: Якутское книжное издательство, 1976.
Приложение 1
Ведомость дефектов жилого здания в п. Батагай
| № | Эскиз (фото) | Описание | № | Эскиз (фото) | Описание |
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
| ||||
| 
|