Моделирование свайного фундамента в среде Femap with NX Nastran

Актуальность. Подземная часть здания (фундамент и грунт) оказывает существенное влияние на его напряженно-деформированное состояние и поведение под действием эксплуатационных нагрузок. Поэтому существующая нормативно-техническая документация регламентирует проектирование зданий (сооружений) с учетом совместной работы их надземной и подземной частей. На практике подобный учет становится возможным на основе комплексного инженерного анализа здания как большой механической системы «здание - фундамент - основание», который сегодня можно провести с применением метода конечных элементов. В случае применения свайных фундаментов правильность получаемого результата во многом зависит от обоснованного выбора расчетной модели подсистемы «свая - грунт». В статье анализируются три расчетные модели сваи, работающей в массиве грунтового основания. Первая модель - дискретная (стержневая). В ней свая моделируется пространственными стержнями (типа Bar) и опирается на упругие опоры (Spring) с обобщенными жесткостями. Вторая модель - пространственная, в которой свая и грунт набраны объемными элементами (Solid). Третья модель - пространственно-стержневая, или комбинированная, в которой стержневая свая встроена в сетку грунтового массива при помощи веерной подструктуры, образованной стерженьками большой жесткости (типа Rigid). Цель исследования - определить рациональную расчетную модель подсистемы «свая - грунт» позволяющую, с одной стороны, сократить общий порядок системы разрешающих уравнений, а с другой - сохранить точность оценки напряженно-деформированного состояния расчетной модели «свая - грунт» и здания в целом. Материалы и методы. Численные результаты анализа статики свайного фундамента с применением трех расчетных моделей «свая - грунт» выполнены в программном комплексе САЕ - класса Femap with NX Nastran, реализующим метод конечных элементов. Результаты. Сравнительно-численный анализ напряженно-деформированного состояния подсистемы «свайный фундамент - основание» позволил определить достоинства, недостатки, а также области рационального использования стержневой, пространственной и комбинированной расчетных моделей. В следующих статьях планируется рассмотреть расчет свай на вертикальные нагрузки, осуществить сравнительный анализ численных результатов с экспериментальными данными (в лаборатории или в натурных условиях) на горизонтальные и вертикальные воздействия.