Наличие зазоров обуславливает нелинейную зависимость между усилиями и перемещениями и часто практикуется как конструктивная нелинейность. Компьютерная д модель в этом случае должна использовать специальные элементы «односторонний элемент с зазором». Зависимость между усилиями и перемещениями для такого элемента имеет вид представленный на рис. 4.21.
Здесь Аз - величина зазора для каждого будет иметь зазор = /с, элемент BD При компьютерном моделировании процесса (как правило, используются шаговые
узла. Так, элемент АС соответственно Аз = Ibd нагружения такой конструкции методы) первоначальная зона контакта EF расширяется за счет обмятия грунтового основания в этой зоне (могут использоваться конечные элементы грунтового основания, учитывающие физическую нелинейность грунта, что естественно укладывается в процесс компьютерного моделирования процесса нагружения) и по мере «выбора» зазоров в работу будут включаться остальные элементы грунтового основания. Другой характерный пример приведен на рис. 4.22.
Бортовой элемент
Специальные элел1енты типа "односторонний элемент с зазором "
Рис. 4.22
При организации шарнирного опирания колонны (такое конструктивное решение часто встречается при проектировании большепролетных покрытий, когда надо обеспечить возможность больших перемещений бортового элемента - рис. 4.22 а), необходимо учитывать возможность наклона колонны и частичной потери контакта между основанием оголовка колонны и основанием подколонника (рис. 4.22 б), компьютерная модель такой конструкции также может быть основана на использовании специального элемента «односторонний элемент с
Рис. 4.23
Нижняя часть колонны и подколонник (материал конструкции -сталь) была смоделирована трехмерными физически нелинейными конечными элементами. Наклон колонны равен 6°. Между основанием оголовка колонны и подколонником были введены специальные элементы типа «односторонний элемент с зазором», у которых (рис. 4.21) был различен и соответствовал наклону колонны (рис. 4.22 б). Расчет проводился на основе шагового метода и, по сути, представлял математическое моделирование процесса нагружения. В процессе такого моделирования часть оголовка находящаяся в зоне контакта постоянно сминалась, пока зона контакта обеспечила восприятие нормальной силы. На рис. 4.23 показана деформированная схема оголовка и изополя эквивалентных напряжений.
4.9 Конструкции, работающие совместно с грунтовым основанием
Этот класс конструкций очень широк, разнообразен и относится к числу наиболее сложных для расчета. Это и конструкции подземных гаражей, тоннелей, шпунтов усиленных анкерами и просто шпунтов и мн.
зазором». На рис. 4.23 приведено графическое отображение результатов расчета реальной конструкции.
др. Практически все инженерные сооружения покоятся на грунтовом основании.
Здесь можно выделить два класса за
дач со слабовыраженной границей размежевания. К первому классу относятся задачи, где инженера в одинаковой мере интересует как НДС собственно конструкций, так и НДС грунтового массива. Это задача по определению устойчивости склона, задачи по исследованию распространения волн в грунтовом массиве, вызванных динамическими воздействиями, задачи по определению осадок основания близлежащих строений, обусловленных созданием котлована под новое здание и мн. др.
На рис. 4.24 приведен пример
Существующее здание
Шпунт
копшувана
такого класса задач. Здесь необходимо рассчитывать
конструкции шпунта усиленного анкерами, определить возможные осадки основания под
существующим обусловленные котлована. В компьютерная учитывать грунтового
зданием, образованием этом случае модель должна совместную работу массива с
Рис. 4.24 моделировать
конструкциями шпунтового
ограждения. Задача не может быть решена за один прием, здесь историю образования котлована: расчет
необходимо
изначального грунтового массива под нагрузку от существующего здания; частичное отрытие котлована; устройство шпунтового ограждения; дальнейшее открытие котлована. На каждом этапе необходимо учитывать НДС конструкции и грунтового массива, полученное из предыдущего этапа. Сам грунтовый массив необходимо моделировать двумерными (если решается задача плоской деформации) или трехмерными (если задача решается в трехмерной постановке) физически нелинейными конечными элементами, использующими гипотезы Кулона, Кулона-Фадеева или другие зависимости.
На рис. 4.25 представлена другая задача, целью которой было определение параметров вибрации на этажах проектируемого здания, вызванных импульсным воздействием «В» от торможения поезда метро.
В компьютерных моделях задач этого класса присутствует конечно-элементная модель грунтового массива. По сути, грунтовый массив - это бесконечное полупространство.
* Эти задачи взяты из реального проектирования. Их решение было проведено на основе ПК ЛИРА.
