Для моделирования реализуем два подхода – в зависимости от способа
сопряжения сваи и ростверка. При шарнирном сопряжении полагаем, что свая
воспринимает только вертикальную нагрузку; при жестком сопряжении – моделируется
свая в грунтовой среде.
Моделирование шарнирного
сопряжения выполняется при помощи инструмента Опора. Здесь необходимо задать
упругую податливость опоры по направлению оси Z. Механизма, который позволяет получить данное значение для свай, в Robot нет. Поэтому, следует обратиться к текущим
нормам проектирования и получить несущую способность сваи: либо расчетным путем
либо в результате полевых испытаний. Помимо этого необходимо также знать
предельное перемещения сваи. Предельное перемещение может быть принято как
величина отказа сваи (обычно в пределах 2-5 см) либо принято исходя из
предельных перемещений конструкции. Упругую
податливость опоры назначаем как отношение несущей способности к предельному
перемещению сваи.
Для моделирования жесткого
сопряжения создается свая как стержень. Стержень в грунте разбивается на
участки длиной около 1 м, чтобы можно было назначать необходимые параметры на
разной глубине. Для такой модели реализованы два подхода. Условно назовем их:
«метод упругих опор» и «метод упругого стержня».
Метод «упругих опор»
предложен Carlos EVillarroel. Видео доступно по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=Yqi9eJLCkOQ.
Идея состоит в том, что в узлах стержня (по глубине сваи) создаются опоры с коэффициентами
постели в горизонтальных (X,Y) и вертикальных плоскостях (Z). Коэффициенты постели (кН/м) по направлению осей X,Y,Z получают как произведение жесткости основания (кН/м3)
на соответствующую площадь (м2): площадь боковой поверхности сваи (для оси Z) и площадь вертикального поперечного сечения сваи
(для осей X,Y). Кроме того, на
острие сваи создается упругая опора по оси Z. Здесь коэффициент постели получен как произведение жесткости основания (на заданной глубине) на
площадь сечения сваи.
Метод «упругого стержня»
состоит в том, что для участков стержней сваи создаются конечно-элементные
стержни на упругом основании. Коэффициенты постели (кН/м2) рассчитываются как произведение жесткости основания (кН/м3)
на приведенную ширину сваи (м). Таким образом обеспечивается работа сваи
в горизонтальном направлении (X,Y). Работа сваи в вертикальном направлении
обеспечивается созданием точечной опоры на острие с назначением упругой
податливости по направлению оси Z. Также как для шарнирного сопряжения.
С использованием обоих
методов был рассчитан пример, представленный в Руководстве по
проектированию свайных фундаментов (СНиП II-17-77). Расхождение
в результатах оказалось вполне приемлемым для инженерных расчетов.
Интересным преимуществом
метода «упругих опор» является отсутствие необходимости расчета несущей
способности сваи и предельного перемещения. Однако следует учесть, что использование
жесткости основания для
назначения коэффициентов постели в вертикальной плоскости является слабо
обоснованным. Наши нормы не предусматривают разделения жесткости основания в
вертикальной и горизонтальной плоскостях. Так, если старые нормы СНиП II-17-77, указывают, что коэффициент постели определяется «на боковой
поверхности сваи». То в текущих нормах ДБН
В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти Приложение Н называется - «коэффициент
жесткости грунтового основания сваи в горизонтальном направлении». Поэтому
рекомендуемым следует считать метод «упругого стержня». Результаты одного
примера не являются достаточными для твердого обоснования метода «упругих
опор».
Для
метода «упругого стержня» выполнено моделирования в соответствии с текущими
нормами проектирования. Момент в свае и перемещение на уровне грунта получились
большими, чем по примеру Руководства для СНиП II-17-77.