Представлены результаты расчётов ростверков под колонны при многорядном расположении свай, опирающихся на скальный грунт, по программе «Лира», основанной на методе конечных элементов.

Ключевые слова:напряжённо-деформированное состояние, ростверки под колонны, моделирование.

Существующие методы расчёта ростверков под колонны не учитывают их сложную работу, являются приближёнными и несовершенными. Для совершенствования методов расчёта необходима информация о напряжённо-деформированном состоянии ростверков, которую можно получить в результате численного или физического экспериментов [1].

Рассмотрим результаты численных экспериментов двенадцати свайных ростверков под колонны по программе «Лира». Расчётные схемы ростверков определялись путём представления объёма ростверка в виде конечных элементов размером 100×200 мм и 150×200 мм.

На рис. 1 показан характер распределения напряжений s_у по оси, проходящей через центр ростверка в продольном направлении (ось «А»), построены линии нулевых и максимальных напряжений s_у.

Распределение напряжений s_у показывает места расположения нагруженных, слабонагруженных и ненагруженных зон. При этом в наиболее нагруженных зонах напряжения s_y дважды или трижды меняют знак. Наиболее нагруженными зонами являются: участок под колонной, то есть непосредственно под нагрузкой, и участки над сваями-опорами, которые расположены по осям 2 и 3 и находятся вблизи действия нагрузки. Эпюры напряжений s_х также имеют несколько нулевых линий в пределах одного вертикального сечения в наиболее нагруженных зонах.

На рис. 2 показаны эпюры распределения нормальных напряжений s_z по оси «А» в продольном направлении. Наибольшие сжимающие напряжения s_z наблюдаются в верхнем слое, непосредственно под нагрузкой, и в нижнем слое над опорными площадками (сваями).

Рис.1. Распределение нормальных напряжений s_у.

Рис. 2. Распределение нормальных напряжений s_z.

По характеру распределения нормальных напряжений s_z можно судить о размерах рабочей зоны сваи — опоры. С удалением свай от нагрузки уменьшается их рабочая площадь.

На рис. 3 показано, как меняются напряжения s_zнад опорными площадками.

Получены также данные о распределении касательных напряжений t_ху, t_уz, t_zх. Эпюры касательных напряжений меняют знак по высоте сечения и периодически изменяют характер распределения.

Таким образом, напряжённое состояние ростверков в значительной степени отличается от изгибаемых элементов.

а)

б)

Рис. 3. Линии равных напряжений σ_z в двенадцатисвайном ростверке: а — план ростверка; б — напряжения по поперечному сечению свай.

По результатам расчёта построены траектории главных напряжений (рис.4). Главные сжимающие напряжения концентрируются в пределах условных наклонных полос бетона, расположенных между колонной и сваями. Главные растягивающие напряжения концентрируются в горизонтальной плоскости между сваями-опорами вблизи нижней грани ростверка. Характерно, что наибольшая концентрация главных сжимающих напряжений наблюдается между колонной и центральными сваями.

В целом, картина напряжённо-деформированного состояния ростверков представляет собой условную каркасную структуру, элементы которой ориентированы в пространстве (рис.4).

Полученные результаты позволяют разработать методы расчёта и конструирования ростверков с помощью пространственных каркасно-стержневых моделей, которые учитывают волнообразное распределение усилий: от максимальных значений у центральных свай до небольших усилий у крайних свай (рис.5).

Рис. 4. Траектории главных напряжений s₁ и s₂.

Рис.5. Схема образования пространственных каркасно-стержневых моделей, линии равных напряжений

Литература:

1.                  Кочеткова М. В. Методика экспериментальных исследований многорядных свайных ростверков под колонны [Текст] / М. В. Кочеткова, Н. И. Гусев, К. С. Паршина // Молодой ученый. — 2014. — № 3. — С. 305–308.

2.                  Кочеткова, М. В. Экспериментальная оценка работы ростверков [Текст] / М. В. Кочеткова, Н. И. Гусев, О. В. Снежкина, К. С. Паршина — Пенза: ПГУАС, Региональная архитектура и строительство, № 1 (18), 2014.

3.                  Кочеткова, М. В. Совершенствование методов расчёта многорядных свайных ростверков под колонны [Текст] / М. В. Кочеткова, О. В. Снежкина, А. В. Корнюхин. — Пенза: ПГУАС, 2011. — 139 с.