Анализ осадок свай в расчетных схемах, смоделированных упругими объемными элементами

Данная статья, в большей степени, адресована молодым, начинающим свой профессиональный путь инженерам. В эпоху развитых цифровых технологий и большого спектра расчетных комплексов, при получении высшего образования и изучения дисциплин, связанных с автоматизированным проектированием, у некоторой части молодых специалистов складывается впечатление о «всемогуществе» расчетных программ. На самом деле это так, и возможности программ для расчета в современном мире действительно огромны. Но основная часть работы инженера связана с анализом, и в данном вопросе следует дать некоторые разъяснения.

Интерфейс и удобство построения современных программных  комплексов находятся на превосходном уровне как при создании расчетных моделей, так и получении визуального отображения напряженно-деформированного состояния, не говоря уже о подборе материалов,  —   действительно, может складываться впечатление, что программа «делает все сама» и в этот момент бывает сложно осознать, что, по сути, перед нами обычный калькулятор-инструмент, который создан для облегчения долгих и сложных расчетов для достижения конечной цели, которой является оптимальная и надежная конструкция.

Не особо удаляясь вглубь веков, можно понять, что инструменты и приспособления в течение всей человеческой жизни присутствовали, помогая человечеству развиваться и развивать инженерную мысль. Сначала были счеты, логарифмические линейки, потом появились механические вычислительные машины, электронный калькулятор и, как венец технического совершенства на данный момент, программный расчетный комплекс. Не будем заострять внимание на разнообразии разных расчетных комплексов, их достаточно, чтобы на сегодняшний день упростить работу любого инженера, абсолютно в любой отрасли для решения практически всего спектра инженерных расчетов. Но, как отмечено выше, следует понимать, что это всего лишь инструмент специалиста для выполнения математических действий и преобразований, который ничего «сам не делает», а в точности и быстро выполняет задачи, поставленные ему инженером, согласно законам физики (в нашем случае механики грунтов) и нормативных документов, знать которые и уметь считать вручную — обязанность каждого инженера и специалиста, занимающегося расчетами.

В рамках данной работы рассмотрим сходимость ручного расчета осадки согласно СП 24.13330 «Свайные фундаменты» и полученные данные из расчетного комплекса ЛИРА-САПР.  Анализу подвержены пять конструктивных фрагментов, находящихся в реальных геологических условиях (основанием свай являются элювиальные суглинки с модулем деформации 18 МПа и коэффициентом Пуассона 0,35) с расчетной нагрузкой на одиночную сваю N=65 т, расчетная нагрузка на сваю в составе куста N=75 т:

1. Осадка висячей одиночной сваи 300 х 300 мм длиной 7 м (скв. 75700) с расчетной нагрузкой N=65 т;
2. Осадка висячей одиночной сваи 300 х 300 мм длиной 5 м (скв.75701) с расчетной нагрузкой N=65 т;
3. Осадка свайного куста, состоящего из 4-х свай 300 х 300 мм длиной 6,4 м (скв. 75706), с расчетной нагрузкой на сваю N=65 т;
4. Осадка свайного куста, состоящего из 5-ти свай 300 х 300 мм длиной 4,4 м (скв. 75705), с расчетной нагрузкой на сваю N=50 т;
5. Осадка свайного куста, состоящего из 9-ти свай 30 х 300 мм длиной 9,4 м (скв.75700), с расчетной нагрузкой на сваю N=75 т.

Расчет осадок выполнялся согласно пункту 7.4. «Расчет свай, свайных и комбинированных свайно-плитных фундаментов» СП 24.13330.  Для упрощения восприятия расчеты и формулы из нормативного документа приводить не будем, ограничимся конечным результатом полученных расчетов(см. Таблицу) и фрагментом описания инженерно-геологических условий(см.Рис.1).

В расчетном комплексе сваи моделируем стержнями, грунтовый массив моделируем объемными упругими элементами(см.Рис.2).

После расчета получаем деформации по оси Z смоделированного объемными упругими элементами грунтового массива(см.Рис.3).

Полученные данные по итогам двух расчетов сводим в таблицу.

Таблица. Результаты расчета осадок свай в соответствии СП 24.13330 и ЛИРА-САПР

Как видим из таблицы, сходимость результатов удовлетворительная, но быстрота и получение нужного результата, безусловно, в пользу расчетного комплекса, что зависит, в свою очередь, от быстрого следования алгоритмам, законам физики и аналитической деятельности инженера который, вводит значения со знанием расчетного аппарата. В нашем случае данные сравнения помогли в госэкспертизе, когда возник вопрос эксперта о соответствии нормативных указаний и результатов расчета в расчетном комплексе. Также у компании есть опыт проведения геотехнического мониторинга и наблюдений на реальных площадках уже возведенных объектов, чем мы обязательно поделимся в следующих статьях.

В заключение некоторые размышления на тему компьютеров и инженерного мышления. В последнее время регулярно идут разговоры о нейронных сетях, которые способны заменить инженеров, конструкторов, расчетчиков. Конечно, помощь от внедрения и использования расчетных программ колоссальна, возможно, нейросети и заменят некоторую аналитическую часть инженерного искусства, но полностью исключить человеческий анализ и инженерную мысль в ближайшем времени вряд ли получится. В данной статье мы предприняли небольшую попытку показать и наглядно объяснить преимущественно начинающим инженерам и специалистам, что программные комплексы работают, следуя правилам людей и их интерпретации законов физики, а одна из главных задач инженера – знать эти правила и анализировать полученные результаты для принятия оптимальных инженерных решений, чтобы оправдать свое предназначение в профессии.

Читать статью в журнале «Фундаменты»
Узнать больше о журнале