Залежності напружено-деформованого стану фундаментів та основ при їх відновленні на основі буроін’єкційних свердловин
Loading...
Date
2020
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Отримати залежності напружено-деформованого стану (НДС) фундаментів та основ при їх відновленні на основі буроін’єкційних свердловин для подальшого аналізу впливу розташування елементів підсилення. Методика. Для визначення параметрів НДС і для отримання його залежностей в фундаментах та основах при їх відновленні на основі буроін’єкційних свердловин обрано непідсилений випадок (Варіант 0) та три варіанти його підсилення (Варіант 1, Варіант 2 та Варіант 3). Підсилення виконано ґрунтоцементними палями довжиною 4 м діаметром 0,5 м, створеними на основі буроін’єкційної технології. Для чотирьох варі-антів розроблено відповідні скінченно-елементні моделі. Їх чисельний аналіз проводився із застосуванням професійного ліцензійного комплексу SCAD. Результати. Отримано ізолінії та ізополя переміщень в моделях. Похибка між аналітичним розрахунком та чисельним аналізом складає 3 %, що свідчить про адекват-ність розробленої моделі. Побудовано залежності НДС фундаментів та основ при їх відновленні на основі буроін’єкційних свердловин, які свідчать, що варіантом, який максимально знижує рівень переміщень, є Варіант 1. Аналіз вертикальних переміщень доводить, що вони в центральній точці фундаменту зменшують-ся у 2,05 рази (Варіант 1), 1,87 рази (Варіант 2) та 1,59 рази (Варіант 3). Аналітичні закономірності напруже-ного стану показують стійке падіння горизонтальних напружень у 2,77 рази (Варіант 1), 1,80 рази (Варіант 2) та 1,09 рази (Варіант 3) та стійке зростання вертикальних напружень у 6,20 рази (Варіант 1), 4,06 рази (Варіант 2) та 1,38 рази (Варіант 3). Наукова новизна. Вона полягає в отриманні залежностей відновлення конструкцій фундаментів та основ на базі буроін’єкційних свердловин на основі чисельного аналізу НДС системи «фундамент–основа». Практична значимість. Полягає в обґрунтуванні зміни НДС при варіації розташування елементів відновлення, створених на основі буроін’єкційної технології.
RUS: Цель. Получить зависимости напряженно-деформированного состояния (НДС) фундаментов и оснований при их восстановлении на основе буроинъекционных скважин для дальнейшего анализа влияния расположения элементов усиления. Методика. Для определения параметров НДС и для получения его зависимостей в фундаментах и основаниях при их восстановлении на основе буроинъекционных скважин выбран случай без усиления (вариант 0) и три варианта его усиления (Вариант 1, Вариант 2 и Вариант 3). Усиление выполнено грунтоцементными сваями длиной 4 м диаметром 0,5 м, созданными на основе буроинъекцион-ной технологии. Для четырех вариантов разработаны соответствующие конечно-элементные модели. Их численный анализ проводился с применением профессионального лицензионного комплекса SCAD. Результаты. Получены изолинии и изополя перемещений в моделях. Погрешность между аналитическим расчетом и численным анализом составляет 3 %, что свидетельствует об адекватности разработанной модели. Построенные зависимости НДС фундаментов и оснований при их восстановлении на основе буроинъекционных скважин свидетельствуют, что вариантом, который максимально снижает уровень перемещений, является Вариант 1. Анализ вертикальных перемещений доказывает, что они в центральной точке фундамента уменьшаются в 2,05 раза (вариант 1), 1,87 раза (вариант 2) и 1,59 раза (вариант 3). Аналитические закономерности напряженного состояния показывают устойчивое падение горизонтальных напряжений в 2,77 раза (вариант 1), 1,80 раза (вариант 2) и 1,09 раза (вариант 3) и устойчивый рост вертикальных напряжений в 6,20 раза (вариант 1), 4,06 раза (вариант 2) и 1,38 раза (вариант 3). Научная новизна. Она заключается в получении зависимостей восстановления конструкций фундаментов и оснований на базе буроинъекционных скважин на основе численного анализа НДС системы «фундамент–основание». Практическая значимость. Заключается в обосновании изменения НДС при вариации расположения элементов восстановления, созданных на основе буроинъекционной технологии.
ENG: Purpose. To obtain the dependences of the stress-strain state (SSS) of foundations and bases during their resto-ration on the basis of grout-injected piles for further analysis of the influence of the location of reinforcement ele-ments. Methodology. To determine the SSS parameters and to obtain its dependencies in the foundations and bases during their restoration based on grout-injected piles, a case without reinforcement (option 0) and three options for its reinforcement (Option 1, Option 2 and Option 3) were selected. Reinforcement was carried out with 4 m long soil-cement piles with a diameter of 0.5 m, created on the basis of grout-injected pile technology. Corresponding finite element models have been developed for four options. Their numerical analysis was carried out using a pro-fessional licensed SCAD complex. Findings. Contours and isofields of displacements in the models are obtained. The error between analytical calculation and numerical analysis is 3%, which indicates the adequacy of the devel-oped model. The constructed dependences of the stress-strain state of foundations and bases during their restoration based on grout-injected piles indicate that the option that minimizes the level of displacements is Option 1. Analysis of vertical displacements proves that they decrease 2.05 times at the center point of the foundation (option 1), 1.87 times (option 2) and 1.59 times (option 3). Analytical patterns of the stress state show a steady drop in horizontal stresses by 2.77 times (option 1), 1.80 times (option 2) and 1.09 times (option 3) and a steady increase in vertical stresses by 6.20 times (option 1), 4.06 times (option 2) and 1.38 times (option 3). Originality. It lays in obtaining the dependencies of restoring the structures of foundations and bases based on grout-injected piles based on the nu-merical analysis of the stress-strain state of the “foundation-base” system. Practical value. It consists of the sub-stantiation of the change in the stress-strain state with a variation in the location of the restoration elements created on the basis of grout-injected piles technology.
RUS: Цель. Получить зависимости напряженно-деформированного состояния (НДС) фундаментов и оснований при их восстановлении на основе буроинъекционных скважин для дальнейшего анализа влияния расположения элементов усиления. Методика. Для определения параметров НДС и для получения его зависимостей в фундаментах и основаниях при их восстановлении на основе буроинъекционных скважин выбран случай без усиления (вариант 0) и три варианта его усиления (Вариант 1, Вариант 2 и Вариант 3). Усиление выполнено грунтоцементными сваями длиной 4 м диаметром 0,5 м, созданными на основе буроинъекцион-ной технологии. Для четырех вариантов разработаны соответствующие конечно-элементные модели. Их численный анализ проводился с применением профессионального лицензионного комплекса SCAD. Результаты. Получены изолинии и изополя перемещений в моделях. Погрешность между аналитическим расчетом и численным анализом составляет 3 %, что свидетельствует об адекватности разработанной модели. Построенные зависимости НДС фундаментов и оснований при их восстановлении на основе буроинъекционных скважин свидетельствуют, что вариантом, который максимально снижает уровень перемещений, является Вариант 1. Анализ вертикальных перемещений доказывает, что они в центральной точке фундамента уменьшаются в 2,05 раза (вариант 1), 1,87 раза (вариант 2) и 1,59 раза (вариант 3). Аналитические закономерности напряженного состояния показывают устойчивое падение горизонтальных напряжений в 2,77 раза (вариант 1), 1,80 раза (вариант 2) и 1,09 раза (вариант 3) и устойчивый рост вертикальных напряжений в 6,20 раза (вариант 1), 4,06 раза (вариант 2) и 1,38 раза (вариант 3). Научная новизна. Она заключается в получении зависимостей восстановления конструкций фундаментов и оснований на базе буроинъекционных скважин на основе численного анализа НДС системы «фундамент–основание». Практическая значимость. Заключается в обосновании изменения НДС при вариации расположения элементов восстановления, созданных на основе буроинъекционной технологии.
ENG: Purpose. To obtain the dependences of the stress-strain state (SSS) of foundations and bases during their resto-ration on the basis of grout-injected piles for further analysis of the influence of the location of reinforcement ele-ments. Methodology. To determine the SSS parameters and to obtain its dependencies in the foundations and bases during their restoration based on grout-injected piles, a case without reinforcement (option 0) and three options for its reinforcement (Option 1, Option 2 and Option 3) were selected. Reinforcement was carried out with 4 m long soil-cement piles with a diameter of 0.5 m, created on the basis of grout-injected pile technology. Corresponding finite element models have been developed for four options. Their numerical analysis was carried out using a pro-fessional licensed SCAD complex. Findings. Contours and isofields of displacements in the models are obtained. The error between analytical calculation and numerical analysis is 3%, which indicates the adequacy of the devel-oped model. The constructed dependences of the stress-strain state of foundations and bases during their restoration based on grout-injected piles indicate that the option that minimizes the level of displacements is Option 1. Analysis of vertical displacements proves that they decrease 2.05 times at the center point of the foundation (option 1), 1.87 times (option 2) and 1.59 times (option 3). Analytical patterns of the stress state show a steady drop in horizontal stresses by 2.77 times (option 1), 1.80 times (option 2) and 1.09 times (option 3) and a steady increase in vertical stresses by 6.20 times (option 1), 4.06 times (option 2) and 1.38 times (option 3). Originality. It lays in obtaining the dependencies of restoring the structures of foundations and bases based on grout-injected piles based on the nu-merical analysis of the stress-strain state of the “foundation-base” system. Practical value. It consists of the sub-stantiation of the change in the stress-strain state with a variation in the location of the restoration elements created on the basis of grout-injected piles technology.
Description
В. Петренко: ORCID 0000-0003-2201-3593; В. Харченко: ORCID 0000-0002-7653-3001
Keywords
фундамент, основа, буроін’єкційні свердловини, метод скінченних елементів, напружено-деформований стан, основание, буроинъекционные скважины, метод конечных элементов, напряженно-деформированное состояние, foundation, base, grout-injected pile, finite element method, stress-strain state, КМТ
Citation
Петренко В. Д., Харченко В. В., Терещук Р. М., Петров О. М. Залежності напружено-деформованого стану фундаментів та основ при їх відновленні на основі буроін’єкційних свердлови. Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. 2020. Вип. 18. С. 96–105. DOI: 10.15802/bttrp2020/217872.