Ввод связей конечной жесткости в scad для фундамента

Обновлено: 02.05.2024

Текущий материал — продолжение серии статей об основах моделирования геометрии, чтобы провести расчет мачты в SCAD. В качестве примера рассматривалась разработка секции мачты связи. В статье описано то, как осуществлять копирование части схемы в SCAD, дополнять расчетную схему одинаковыми участками (секциями) и введение связей и вантов на узлы мачты.

В прошлой статье была окончательно подготовлена типовая секция. В рассматриваемой в качестве примера мачте таких секций 19 штук. Для того, чтобы выстроить тело мачты, необходимо скопировать эту типовую секцию 18 раз. Сделать это удобнее всего через режим сборки.

Режим сборки. Копирование части схемы в SCAD.

В первую очередь необходимо объединить все входящие в секцию элементы в единую группу.

Создание группы элементов в SCAD

Чтобы это сделать, нужно выдели всю секцию (проще всего это сделать рамкой) и перейти на вкладку группы — работа с группами узлов и элементов — отметка элементов — зеленая галочка (рис. 1). В появившемся окне вписать название группы, например «Секция», затем нажать на кнопку «Добавить группу» (рис. 2), после закрыть окно, нажав галочку «ОК».

Копирование части схемы в SCAD

Кнопка перехода в режим сборки находится во вкладке «Схема» (рис. 3), после нажатия на которою SCAD откроет новое пустое окно. В нем подгружаются те элементы, которые будут скопированы. Чтобы выбрать группу, надо нажать на кнопку «Выбор групп для сборки» (рис. 4), после чего будет предложено выбрать нужную.

Чтобы открыть окно настроек копирования выбранной схемы, нужно активировать окно «Выбор способа сборки» (рис. 5). Далее в новом окне — галочка напротив «Привязка к одному узлу» — ОК. После этого, требуется выделить один из опорных узлов и перейти в основную схему, нажав на панели инструментов кнопку «Активировать основную схему». На основной схеме указать противоположный узел от выбранного и нажать галочку подтверждения сборки. В текущем примере 19 секций, соответственно 18 раз нужно скопировать.

После копирования схемы, можно выходить из режима сборки. После таких действий рекомендуется выполнить упаковку схемы (рис .6).

Назначение связей в SCAD

Расчет мачты в SCAD продолжается тем, что дальше назначаются ограничения перемещения опорным узлам проектируемой мачты. Сделать это можно специальным инструментом, находящимся во вкладке «Назначения» в ленте инструментов, кнопка «Установка связей в узлах» (рис. 7). Выделяются 4 опорных узла, и вызывается вышеупомянутая команда, в которой отмечаются запрет движения по осям X, Y и Z (рис. 8).

Установка и назначение вантов в SCAD

Мачта отличается от свободностоящих башен тем, что у них есть ванты (оттяжки), которые за счет своего натяжения обеспечивают устойчивость. В SCAD реализована возможность расчета вантовых элементов, но для этого придется использовать нелинейный расчет.

Ванты одним своим концом цепляются за проушины тела мачты, а другим — у лебедкам на специальных опорах, которые закреплены в земле, например, при помощи шнеков.

Так как в текущем примере у мачты будет 4 уровня оттяжек, исходящих из 4 лебедок, соответственно, в SCAD создаются 4 опорных узла на расстоянии в примерно 31 м от центра под диагонали (рис. 9). Полученные узлы фиксируются по координатам X, Y, Z.

Ванты будут крепиться к телу мачты на отметках:

+9,200 м
+18,800 м
+28,400 м
+38,000 м
+45,200 м

Чтобы создать вант в SCAD требуется на панели инструментов во вкладке «Узлы и Элементы» нажать на кнопку «Ввод вантовых элементов» (рис. 10) и соединить нужные узлы. Затем в окне обязательно требуется ввод данных по преднатяжению. Это число для разных уровней оттяжек, скорее всего, придется в последствии корректировать, так как от этого значения будет зависеть и устойчивость мачты, и ее деформация. В первом приближении зададимся преднапряжением в 150 кг (рис. 11).

Только в режиме установки вантов в списке металлосортаментов появляется список «Сортамент стальных оцинкованных канатов по ГОСТ», в котором и нужно выбирать трос (рис. 12).

Имеется на руках статическое испытание сваи (менее всего понесшая свая). Какую конечную жесткость задавать в расчет? 707/1.2=589кН 59т/0.04м=1475т/м или 59/0.007=8428т/м (второй вариант взят отсюда Форум). Здание проектируется в Украине, но интересно услышать разносторонние мнения и возможно обоснования. Спасибо за помощь.

Если свая одиночная, то стройте график зависимости "нагрузка-осадка" и по нему жесткость равна R=нагрузка поделить на осадку.
Если это группа свай, то нужно высчитывать осадку группы.

Мы каждую сваю в ростверке в составе каркаса моделируем как пружинку. Жесткость пружинок получаем из расчета поля условных фундаментов. В качестве условного фундамента берем каждую сваю в отдельности.

В результате нескольких итераций (по примеру Кросса) получаем жесткости всех пружинок в основании и окончательную осадку.

Расчет каркаса делаем в двух вариантах - жесткое основание и с "пружинками".

В статических расчетах не допускается использование жесткостных характеристик, описывающих механическое поведение свай, если его определение было выполнено по данным статических испытаний

При чем тут испытания свай и и моделирование их жесткости?

----- добавлено через 50 сек. -----

Уточню стоящую передо мной задачу. Есть монолитный ростверк под ним расставлены 400+ свай. В этом ростверке нужно рассчитать армирование. Я смоделировал ростверк (пластинами и балками), сваи задаю элементом 51. Однозначного мнения какую жесткость задать пока что не не услышал(

Моделировать все сваи одним коэффициентом постели - это как все фундаменты мелкого заложения под домом моделировать одним коэффициентом. Если ростверк простой (9х9 свай), то это прокатит. Если это свайное поле под жилой дом - нужно коэффициенты считать для разных свай свои.
Лирой, говорят, можно.

Если Вы решили себе сильно упростить жизнь - можно взять максимальную нагрузку на сваю и осадку от этой нагрузки. Будет пальцем в небо+ есть шанс, что нижние колонны будут трещать (если осадки значительные).

а габариты ростверка и расстановку свай из ручного расчета определяете? А потом без уравнивания осадок сразу в скад заносите? Или сперва делаете расчет в ФОКе, а потом уже с уравненными осадками в скад заносите?

с изм №1 от 04.06.2017

Но читать надо сначала раздела

7.7 Особенности проведения расчетов с использованием геотехнического программного обеспечения
(Подраздел 7.7 введен дополнительно. Изм № 1)

7.7.1 Расчеты свайных фундаментов могут осуществляться как с использованием табулированных решений, так и с применением специализированного программного обеспечения. Программное обеспечение, которое допускается для проведения расчетов, подразделяется на следующие группы:

- непосредственно реализующие методики настоящего свода правил;

- реализующие инженерные методики расчета;

- использующие численные решения механики сплошных сред.

СКАД (КЭ процессор) не использует ни одну из указанных методик. Все считается предварительно "ручками" или почти "ручками".
В "ГЕО" программах я так понимаю задаются характеристики грунтов. А полученный результат сравнивается со статическими испытаниями. При большом расхождении выполняется поиск причин и корректировка ошибок.

2) Прочитал где-то на форуме, что можно задавать боковые связи к боковым узлам упругими связями , но кто задает 1 т/м , кто 10. Как правильно задавать.

3) Возможно ли моделировать упругое основание связями, посчитав как нагрузку/на осадку(осадку посчитав вручную)? Если это бред, просьба не пинать.

1) Разница только в том, что упругие связи вводятся между двумя узлами. Связь конечной жесткости вводится для одного узла.

3) Можно моделировать упругое основание связями конечной жесткости.

1/ Какая вам разница - всё одно пружина.
2\ Имеете в виду горизонтальную податливость фундамента?
3| Можно. Но затратно при больших схемах.

SergeyKonstr,

1) . и все-таки разница -то какая-то есть.
2) Да. Смотрел в даунлоде это. Там прикладывают связи. Вопрос какие принимать

Например КЭ 51 (связь конечной жесткости). Жесткость равна=гор. нагрузка / гор. перемещение от этой нагрузки.

SergeyKonstr,
Если так, непонятно от какой нагрузки.

Я спросил про боковые связи , потому что пишут на форумах, что просто закрепление плиты в одной точке по X и Y (жестко) вызывает локальные всплески напряжений,
а если упругими связями, то непонятно откуда берут жесткость.

scad2015/ Определитесь изначально, что пытаетесь сделать, после четко поставьте вопрос.
Offtop: То боковые какие-то узлы, то закрепления плиты. ничё не поймешь.

Нагрузка может быть как внешняя горизонтальная, например ветер, так и внутренняя - мембранные усилия в элементах оболочки, что моделит фундаментную плиту.

SergeyKonstr, ok попробую понятно спросить.

Как лучше задавать горизонтальные связи для плиты на упругом основании (и почему):
1) жестко закрепив один узел от смещения в плоскости плиты (XY) и поворота из плоскости (UZ)
2) закрепив все узлы жестко от смещения в плоскости плиты (XY) и поворота из плоскости (UZ) (На форума где-то советовали).
3) закрепив упругими связями (какую жесткость тогда задавать, и где их ставить, если нет горизонтальных внешних нагрузок.)
4) каким-то еще способом

Задача - получить как можно близкие к реальности результаты армирования/осадки

Ответ - пункт 3.
Жесткость вычисляется.
Ставятся во все узлы плиты.

И чё? Под подошвой касательных напряжений от верт. нагрузки в грунте что-ли не бывает?
Offtop: Физика.

И как их найти? (В итоге найти жесткость связей в узлах)

Поля напряжений(что из приложенной картинки выбирать Nx и Ny?) выдаются же только для плиты.

И каким-то образом учитывать удельное сцепление с ?

Спасибо огромное за книжку.

А если С2 есть (это же жесткость на сдвиг?)

Каша в голове, не могу все разложить.

Спасибо за объяснения!

SergeyKonstr
Кроме упругих связей можно применить следующий алгоритм:
1. Определяете по нормам сжимаемую толщу грунта под фундаментом и максимальную осадку здания.
2. Моделируете объемными элементами грунт под подошвой фундамента по слоям в соответствии с геологией. В объемном элементе задаете упругую характеристику - модуль деформации грунта. Для каждого слоя грунта соответственно свой модуль деформации.
3. При моделировании грунта грунт распространяете за пределы здания в плане подальше. Можно делать переходы с мелких на увеличенные элементы, чтобы сократить схему. На сколько шире делать схему, чем здание в плане - из опыта. Я делаю метров на 25-50 за пределы здания. Зависит от глубины сжимаемой толщи. Чем больше толща грунта в схеме, тем шире поле грунта. Закрепляете массив грунта снизу и с боков неподвижными элементами. Если не делать грунт далеко за пределы здания, будет влияние горизонтальных связей на вертикальную осадку.
4. Делаете расчет.
5. Далее проверяете осадку здания - сравниваете осадку, полученную по нормам, с осадкой из расчета. Наблюдается такая зависимость - чем меньше сжимаемая толща, тем больше расхождение значений осадки по нормам и осадки из расчета.
6. Далее анализируете неравномерность осадок и полученные усилия.

Данный метод ближе к реальной совместной работе сооружения и грунтового массива под ним. Абсолютной точности, конечно, нет. Но абсолютно точно совместную работу здания и грунта не отражает ни один математический аппарат. Конечно, этот метод не отражает нелинейную работу грунта. Но есть большой плюс по сравнению с методом "на пружинках". Если моделировать пружинками - то в принципе это всем известный старинный метод с коэффициентами постели. Работа грунта в объеме не моделируется совсем. Если делать грунт в объеме, то получается совсем другая картина осадок здания и, что самое главное, другие усилия в конструкциях фундаментов и подземных этажей. Вся картина работы здания с грунтом получается ближе к картине, получаемой по теории упругости - если давите абсолютно жестким штампом на упругое основание, то по краям и, в особенности, по углам получаются напряжения больше, чем по центру. Это подтверждается и натурными опытами с реальными фундаментами. Если считать здания на свайных основаниях так же с объемными элементами грунта, то усилия в сваях по краям и по углам выше, чем в центре. Какие проектные решения принимать по итогам расчета - это уже нужен опыт расчетов, анализа расчетов, некоторой фантазии в интерпретации и т.д. и т.п.

Как это технически сделать, если сетка плиты разбита не на ровную сетку, присутствуют и треугольные элементы?
Надо же каждый объемный элемент вводить вручную, правильно я понимаю? В Scad ведь нет "триангуляции объемными элементами"
Копирование элементов схемы тут не поможет.

п.с. я изначально думал так попробовать замоделировать.

scad2015
Объемные элементы получаются выдавливанием из плоских. Изучайте матчасть .

По теме. Используя какие-либо расчетные программы, Вы должны всегда понимать, что результаты расчетов сложных расчетных комплексов должны согласовываться с ручными методами расчета и различными теориями. Любая расчетная программа - это не более, чем сложный калькулятор. В нашем примере средняя осадка здания, полученная из СКАД, должна совпадать в общем случае с осадкой, полученной по нормам. Совместная работа здания с грунтовым основанием должна отражать теоретические выкладки теории работы грунтовых оснований. Если этого не происходит, то надо разбираться, почему. В любом случае расчетные комплексы дают нам лишь результат, более или менее приближенный к действительности, и Ваша задача как инженера понимать степень этого приближения. Особенно это касается железобетона и грунтов. На основании знания степени приближения необходимо принять решение, можно ли опираться на результаты расчета при проектировании.
Чтобы понимать степень приближения, надо иметь определенный кругозор по проблемам оснований и фундаментов. Ширина этого кругозора должна позволить Вам принять и такое решение: если знаю, то делаю сам, если не знаю, то отдаю это делать тому, кто знает. Тут есть известный парадокс - чем больше знания, тем больше граница с незнаемым. Для Вас самое главное - это не стать рабом расчетной программы, а остаться Инженером (именно с большой буквы). Ходите на семинары, изучайте литературу, СНиПы почитайте еще раз внимательно. СНиПы только кажутся сухой литературой. В каждой формуле заложены физические принципы работы конструкций и оснований. Их надо понимать. К сожалению, постоянное использование большого количества программ заслоняют физические основы работы конструкций, которым нас учили в институтах. Иногда при экспертизе встречаются в проектах дикие ошибки, которые могут привести к гарантированному обрушению здания. Я думаю, что это происходит от привычки бездумного использования расчетных аппаратов.

Как я понял, жесткость вычисляется по формуле 3.69. В формуле 3.64 напряжение P в плите надо брать минимальное?

3) Можно моделировать упругое основание связями конечной жесткости.

SergeyKonstr,

Например КЭ 51 (связь конечной жесткости). Жесткость равна=гор. нагрузка / гор. перемещение от этой нагрузки.

SergeyKonstr,
Если так, непонятно от какой нагрузки.

SergeyKonstr, ok попробую понятно спросить.

Задача - получить как можно близкие к реальности результаты армирования/осадки

Ответ - пункт 3.
Жесткость вычисляется.
Ставятся во все узлы плиты.

И чё? Под подошвой касательных напряжений от верт. нагрузки в грунте что-ли не бывает?
Offtop: Физика.

И как их найти? (В итоге найти жесткость связей в узлах)

Поля напряжений(что из приложенной картинки выбирать Nx и Ny?) выдаются же только для плиты.

И каким-то образом учитывать удельное сцепление с ?

Спасибо огромное за книжку.

А если С2 есть (это же жесткость на сдвиг?)

Каша в голове, не могу все разложить.

Спасибо за объяснения!

п.с. я изначально думал так попробовать замоделировать.

scad2015
Объемные элементы получаются выдавливанием из плоских. Изучайте матчасть .

Как я понял, жесткость вычисляется по формуле 3.69. В формуле 3.64 напряжение P в плите надо брать минимальное?

$image\special_elements_toolbar_06.jpg$

Эта операция позволяет выполнить ввод и назначить жесткостные характеристики элементам, моделирующим упругую связь между двумя узлами (тип 55).

Направление и жесткостные характеристики связей задаются в диалоговом окне Упругие связи , вид которого зависит от признака схемы расчетной модели. При назначении новых связей рекомендуется следующий порядок работы:

активизировать операцию и в появившемся диалоговом окне задать значения жесткости связи по соответствующим направлениям (связь считается работающей по выбранному направлению, если значение жесткости по этому направлению больше нуля);

выйти из диалогового окна по кнопке OK и ввести элементы.

$image\rbtn_toolbar_03.jpg$

Ввод элементов выполняется по тем же правилам, что и одиночных стержней — установить курсор с мишенью в узел и нажать левую кнопку мыши, протянуть резиновую нить до второго узла и опять нажать кнопку мыши. Повторить указанные действия для ввода очередного элемента. Узел, который был выбран первым, будет назначен первым узлом связи, т.е. точкой начала местной системы координат.

Следует учесть, что этот тип элемента может иметь нулевую длину, т.е. примыкать к узлам с совпадающими координатами.

Характеристики упругой связи могут быть заданы как в местной, так и в общей системе координат. Для связей нулевой длины они будут только в общей системе координат. Если узлы разнесены, то можно определить местную систему координат элемента аналогично стержневым элементам с помощью операции Ориентация осей инерции (см. Назначение угла ориентации конструктивных осей сечения стержня).

При корректировке характеристик уже назначенных связей рекомендуется:

активизировать операцию и в появившемся диалоговом окне отметить в таблице строку с номером корректируемого типа жесткости;
заменить значения жесткости в соответствующих полях ввода или имя типа жесткости в одноименном поле;
в зависимости от того, будут ли корректироваться характеристики других типов жесткости, нажать кнопку Заменить и выйти (корректировка других типов не выполняется) или Заменить и продолжить (предполагается корректировка других типов).

Маркер Задать элемент списком узлов позволяет создать конечный элемент не используя манипулятор мышь, а путем указания номера узла. Номер узла можно ввести в диалоговом окне, которое активируется нажатием кнопки Список узлов .

Читайте также: