Числове моделювання експерименту випробування групи паль з використанням різних моделей ґрунтової основи

Заголовок (англійською): 
Numerical simulation of the experiment on testing a group of piles using different models of soil base
Автор(и): 
Носенко В.С.
Кашоїда О.О.
Автор(и) (англ): 
Nosenko V.S.
Kashoida O.O.
Ключові слова (укр): 
: пальовий фундамент, числове моделювання, коефіцієнти жорсткості, об’ємний ґрунтовий масив
Ключові слова (англ): 
pile foundation, numerical simulation, stiffness coefficients, volumetric soil massif
Анотація (укр): 
У даній роботі досліджено вплив обраної моделі ґрунтового середовища на напружено-деформований стан (НДС) пальового фундаменту. Розглянуті наступні питання: 1) аналіз основних моделей ґрунтового середовища, що широко використовуються при моделюванні взаємодії фундаментів з ґрунтовими основами; 2) виконано числове моделювання НДС системи «основа – пальовий фундамент» з використанням моделей основи у вигляді: перемінних коефіцієнтів жорсткості, об’ємних пружних та пружно-пластичних елементів ґрунтового масиву; 3) приведено порівняння НДС пальового фундаменту отриманого числовим моделюванням з використанням різних моделей основи та верифікація результатів шляхом співставлення із даними польового експерименту випробування групи паль. В основу даного дослідження покладено польові експерименти з випробування натурних паль, що були проведені проф. Бартоломеєм А.О. та колегами. В експерименті в ґрунт було забито групу з 9 паль довжиною 5 м і перерізом 30х30 см. Палі були об’єднані залізобетонним армованим ростверком. Числове моделювання НДС системи «основа – пальовий фундамент» виконувались за допомогою ПК «Ліра – САПР 2019». Виявлено, що розрахункові значення поздовжніх зусиль у палях, що моделюються стержневими елементами, а взаємодія з основою імітуються перемінними коефіцієнти жорсткості основи дають гарну збіжність з даними експериментальних досліджень. Похибка по всім дослідним палям в широкому діапазоні навантаження становить до 20%. При визначені величини перемінних коефіцієнтів жорсткості необхідно виконувати їх ітераційне уточнення не менше 3 разів. Недоліком моделювання основи перемінними коефіцієнти жорсткості є складність отримання коректних значень згинаючих моментів у паль. При використанні моделі ґрунтової основи у вигляді об’ємних пружних скінченних елементів похибка у визначені поздовжніх зусиль у палях складає до 45%, а використання пружно-пластичних об’ємних елементів ґрунту підвищує точність розрахунку. Виконавши порівняння розрахункових та фактичних значень осідання паль спостерігаємо відмінну кореляцію результатів у варіанті числової моделі з використанням об’ємних пружно-пластичних скінченних елементів ґрунту з критерієм міцності Кулона-Мора. Похибка в межах 0,8…2%. Використання моделі об’ємних пружних елементів ґрунтового масиву призводить до заниження осідання у палях в межах до 8%. Модель з використанням перемінних коефіцієнтів жорсткості основи також занижує осідання у палях в межах до 15%.
Анотація (англ): 
In the paper, the influence of the selected model of the soil environment on the stress-strain state (SSS) of the pile foundation is studied. The following issue sare considered: 1) analysis of the main models of the soil environment, widely used in modeling the interaction of foundations with soil foundations; 2) Numerical modeling of the stress-strain state of the "base – pile foundation" system was performed using foundation models in the form of: variable stiffness coefficients, volume tricelastic and elastic-plastic elements of the soil mass; 3) a comparison of the SSS of a pile foundation obtained by numerical modelingusing various foundation models and verification of the results by comparing with the data of a field experiment of testing a group of piles is given. This study is based on field experiments on testing full-scale piles, conducted by prof. Bartolomey A.A. and colleagues. In the experiment, a groupof 9 piles with a length of 5 m and a section of 30x30 cm was driven into the ground. The piles were combined with a reinforced concrete grillage. Numerical modeling of the stress-strain state of the system "base - pilefoundation" was carried out using the SP "Lira – SAPR 2019". It was revealed that the calculated values of longitud in alforces in piles modeled by rod elements, and the interaction with the base of the base stiffness factors simulated by variables give good convergence with the data of experimental studies. The error for all experimental fields in a wide range of loads is up to 20%. When determining the value of the variable stiffness coefficients, it is necessary to refine the miteratively more than 3 times. The disadvantage of modeling the foundation with variable stiffness factors is the difficulty in obtaining the correct values of bending moments in piles. When using a soil foundation model in the form of volumetric elastic finite elements, the error in determining the longitudinal forces in piles is up to 45%, and the use of elastic-plastic volumetric soil elements increases the accuracy of the calculation. After comparing the calculated and actual values of piles ettlement, we observe an excellent correlation of the results in the variant of the numerical model using volumetric elastic-plastic finite soil elements with the Mohr-Coulomb strength criterion. The error is within 0.8 ... 2%. The use of the model of volumetric elastic elements of the soil massif leads to an under estimation of settlement in piles within the range of up to 8%. The model using variable foundation stiffness factors also under estimates settlement in piles by up to 15%.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2022, номер 109
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2022, number 109
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
33-109_nosenko_v.s._kashoyida_o.o.pdf
Дата публікації: 
25 December 2022
Номер збірника: 
109
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ
Литература: 
  1. Бартоломей А.А., Омельчак І.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. - К.: Москва, Стройиздат, 1994. - 378 с.
  2. Бойко І.П., Підлуцький В.Л. Дослідження взаємодії паль в умовах польових випробувань. - Десята всеукраїнська науково-технічна конференція з іноземною участю «Механіка ґрунтів, геотехніка та фундаментобудування». - м. Полтава, 16-17 жовтня 2018. – С. 4.
  3. Безволев С.Г. Методика определения коэффициентов жесткости грунта при расчете свай на горизонтальную нагрузку. - Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2012. – No. 2 (2012). – С. 8 - 12.
  4. Antone F. Sayegh, Frank K. Tso. Analysis of linear structures on nonlinear pile foundations. - Computers and Structures. - 1988. – No. 29 (4). – P. 633 - 643.
  5. Гоцуляк Є.О., Корнієнко М.В., Шельменко А.М. Розрахунок осадки і несучої здатності паль при їх взаємодії в плитному фундаменті. - Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех.збірн. – К.: КНУБА – 2010. – Вип. 86. – С. 124 - 130.
  6. Sandy H.L. Cheen, Xinliu Wu. The value range of contact stiffness factor between pile and soil based on penalty function. - IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science (ICEESE). - 2018. – No. 128 (2018).
  
References: 
1.     Bartolomey A.A., Omelchak I.M., Yushkov B.S. Prognoz osadok svaynykh fundamentov (Pile foundation settlement forecast). Moscow:Stroyizdat, 1994, 378 pp.2.     Boyko I.P., Pidlutsky V.L. Doslidzhennya vzayemodiyi palʹ v umovakh polʹovykh vyprobuvanʹ (Investigation of pile interaction under field test conditions). – The tenthall-Ukrainian scientific and technical conference with foreign participation "Soilmechanics, geotechnics and foundation engineering». - Poltava, October 16-17, 2018. – P. 4.3.     Bezvolev S.G. Metodika opredeleniya koeffitsiyentov zhestkosti grunta pri raschete svay na gorizontal'nuyu nagruzku (Method for determining the coefficients of soil stiffness when calculating piles for a horizontal load). - Base, foundations and soil mechanics. - 2012. – No. 2 (2012). – P. 8 - 12.4.     Antone F. Sayegh, Frank K. Tso. Analysis of linear structures on nonlinear pile foundations. – Computers and Structures. - 1988. – No. 29 (4). – P. 633 - 643.5.     Gotsulyak E.O., Kornienko M.V., Shelmenko A.M. Rozrakhunok osadky I nesuchoyi zdatnosti palʹ pry yikh vzayemodiyi v plytnomu fundamenti (Calculation of settlement and bearing capacity of piles with their supportin a slab foundation). - Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-&-Technical collected articles. – Kyiv.: KNUBA, 2010. – Issue 86. – P. 124 - 130.Sandy H. L. Cheen, Xinliu Wu. The Value Range of Contact Stiffness Factor between Pile and Soil Based on Penalty Function. - IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science (ICEESE). - 2018. – No. 128 (2018).