Дослідження впливу методу розрахунку напружено-деформованого стану основи плитного фундаменту
Заголовок (англійською):
Impact of stress–strain state evaluation method in raft foundation analysis
Автор(и):
Кашоїда О.О.
Жук В.В.
Автор(и) (англ):
Kashoida O.O.
Zhuk V.V.
Ключові слова (укр):
плитний фундамент, ґрунтова основа, напружено-деформований стан, метод кутових точок, чисельне моделювання, МСЕ, лінійно-пружна модель, модель Кулона-Мора
Ключові слова (англ):
raft foundation, soil base, stress-strain state, corner points method, numerical simulation, FEM, linear-elastic model, Mohr–Coulomb model
Анотація (укр):
Точне визначення контактних напружень у ґрунтовій основі є ключовим для надійного проектування плитних фундаментів. Традиційні аналітичні методи, зокрема метод кутових точок, мають переваги простоти, але ґрунтуються на спрощених припущеннях, що може зумовлювати похибки у складних інженерних умовах. Числове моделювання методом скінченних елементів дозволяє враховувати більш реалістичну поведінку ґрунту, проте потребує значних ресурсів. Порівняння цих підходів є актуальним для визначення меж їх застосування та підвищення точності розрахунків.
У статті представлено результати порівняння визначення напружень у ґрунтовій основі під плитним фундаментом прямокутної форми, отриманих за аналітичним методом кутових точок та шляхом числового моделювання у середовищі скінчено-елементного аналізу для пружно-лінійної та пружно-пластичної моделі з використанням критерію міцності Кулона–Мора. Метою дослідження є уточнення коефіцієнтів впливу, що застосовуються в методі кутових точок, а також виявлення кількісних і якісних розбіжностей між підходами та окреслення меж їх коректного застосування. Порівняння показало суттєві відмінності не лише у величинах контактних напружень, але й у формі поверхні їх розподілу. Попередньо визначено коефіцієнти розбіжності для дослідженого випадку.
Отримані результати підтверджують, що навіть для відносно простої геометрії та умов навантаження розбіжності між методами можуть мати істотний вплив на оцінку несучої здатності та рівномірності роботи ґрунтової основи. Запропонований підхід створює передумови для подальшого комплексного дослідження впливу геометричних параметрів фундаменту, виду та величини навантаження, а також фізико-механічних властивостей ґрунту на узгодженість результатів аналітичних та числових методів розрахунку.
Анотація (англ):
Accurate determination of contact stresses in the soil base is essential for the reliable design of raft foundations. Traditional analytical methods, such as the corner points method, offer simplicity but are based on simplified assumptions, which may lead to errors under complex engineering conditions. Numerical finite element modeling provides a more realistic representation of soil behavior but requires considerable resources. Comparing these approaches is relevant for defining their applicability limits and improving calculation accuracy.
The article presents a comparison of stresses in a soil base under a rectangular raft foundation obtained by the analytical corner points method and finite element numerical modeling for elastic–linear and elastic–plastic soil model with the Mohr–Coulomb failure criterion. The aim of the study is to refine the influence coefficients used in the corner points method, to identify quantitative and qualitative differences between the approaches, and to outline the boundaries of their correct application. The comparison revealed significant discrepancies not only in the values of contact stresses but also in the shape of their distribution surface. Preliminary discrepancy coefficients for the studied case have been determined.
The results confirm that even for relatively simple geometry and loading conditions, discrepancies between the methods can have a substantial impact on the assessment of bearing capacity and the uniformity of soil foundation performance. The proposed approach lays the groundwork for further comprehensive studies of the influence of geometric parameters of the foundation, type and magnitude of loading, and the physical–mechanical properties of the soil on the consistency of results obtained from analytical and numerical calculation methods.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2025, номер 115
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2025, number 115
Мова статті:
English
Формат документа:
application/pdf
Документ:
Дата публікації:
26 Декабрь 2025
Номер збірника:
Університет автора:
Kyiv National University of Construction and Architecture, Kyiv
References:
- Fadum, E. Ralph. (1948). Influence Values For Estimating Stresses in Elastics Foundation. Papers of 2nd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (Rotterdam). 77-84. https://www.issmge.org/uploads/ publications/1/43/1948_03_0020.pdf
- Keskin, M. & Laman, Mustafa & Baran, Tarık. (2008). Experimental Determination and Numerical Analysis of Vertical Stresses Under Square Footings Resting on Sand. Teknik Dergi/Technical Journal of Turkish Chamber of Civil Engineers. 19(4), 1263-1279. https://www.researchgate.net/publication/265077913
- Luévanos Rojas, A., López Chavarría, S., Medina Elizondo, M., Sandoval Rivas, R., Farías Montemayor, O.M. (2020). An analytical model for the design of corner combined footings. Revista ALCONPAT, 10 (3), 317-335. DOI: 10.21041/ra.v10i3.432
- Terzaghi, K.V. (1955). Evaluation of coefficient of subgrade reaction. Geotechnique. Londres, Vol. 5, No. 4, p. 297-326.
- Boiko I., Kryvenko O., Havryliuk O. (2023). Chyslove modeliuvannia vzaiemodii burovoi pali ta osnovy z vrakhuvanniam dylatansii gruntu [Numerical simulation of interaction bored pile and soil mass with taking into account the dilatancy of the soil] / Osnovy ta fundamenty, 46, 9-16. DOI: 10.32347/0475-1132.46.2023.9-16 (in Ukrainian)