84. Модуль Грунт. Расчет несущей способности сваи Fd. Верификационный тест.

Модуль «Грунт» в ПК ЛИРА 10 предназначен для вычисления коэффициентов постели грунтового основания, вычисления жесткостных характеристик свайных оснований, определения несущей способности свай по грунту с помощью задания и редактирования параметров геологических условий площадок строительства.

Основные возможности:

• Моделирование грунтового основания;

• Расчет коэффициентов постели;

• Многовариантные расчеты коэффициентов постели;

• Расчет свайных фундаментов;

• Расчет осадок;

• Анализ напряжений и деформаций;

• Автоматическая передача данных;

• Интеграция с ПК ЛИРА 10;

• Импорт данных (штамповые нагрузки);

Расчет несущей способности сваи Fd. Верификационный тест.

Цель:

Определение несущей способности сваи Fd с применением модуля «Грунт» и сравнение с результатами аналитического (ручного) расчета.

Формулировка задачи:

Свая, шарнирно защемленная со стороны ростверка, проходит через два геологических слоя и нагружается сосредоточенной продольной силой N. Определить для сваи несущую способность и коэффициент использования по Fd.

Исходные данные для аналитического расчета:

Количество слоев:

• Количество слоев k = 2;

Параметры слоя 1:

• Толщина слоя 1 h1 = 2,25 м;
• Расчетный удельный вес грунта слоя 1 g₁ = 18,1423 кН/м 3;
• Показатель текучести грунта слоя 1 I_L1 = 0,17;
• Коэффициент пористости слоя 1 e₁ = 0,85;
• Глубина погружения верха слоя 1 от уровня планировки z_1,0 = 3,25 м;

Параметры слоя 2:

• Толщина слоя 2 h₂ = 4,5 м;
• Расчетный удельный вес грунта слоя 2 g₂ = 18,33844 кН/м 3;
• Показатель текучести грунта слоя 2 I_L2 = 0;
• Коэффициент пористости слоя 2 e₂ = 0,79;

Параметры грунта под нижним концом сваи:

• Показатель текучести грунта под нижним концом сваи IL=0;

Параметры сваи:

• Свая одиночная без уширения, висячая, буровая, сплошного круглого сечения.
• Длина сваи L = l - a = 7 - 0,25 = 6,75м; (1)
• Диаметр или сторона поперечного сечения сваи d = 0,6 м;

Нагрузка:

• Нагрузка – сжимающая;
• Расчетное значение вертикальной нагрузки на голову сваи:
  
• Нормальная сила от собственного веса сваи
  
• Плотность бетона сваи g = 25 кН/м³;
• Коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса сваи g_{n, b} = 1,1;
• Нагрузка от собственного веса сваи – включена в состав заданной нагрузки.

Результаты расчета:

1) Расчет средних глубин расположения слоев:

Глубина погружения слоя 1:

Глубина погружения слоя 2:

Глубина погружения нижнего конца сваи:

Глубина заложения нижнего конца сваи от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой):

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов выше основания сваи:

2) Определение коэффициентов:

Грунты под нижним концом сваи являются пылевато-глинистыми со степенью влажности грунта Sr менее 0,85.

Тогда согласно п. п. 7.2.10 [1] коэффициент условия работы сваи в грунте:

Вид грунта под нижним концом сваи – глина.

Вид свай – 3.а) Буровые, бетонируемые при отсутствии воды в скважине (сухим способом) и при использовании обсадных инвентарных труб, а также при выполнении их методом непрерывно перемещающегося шнека.

Тогда коэффициент условия работы грунта на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.6 [1]:

Коэффициент условия работы грунта под нижним концом сваи согласно п. п. 7.2.10 [1]:

3) Определение характеристик сечения:

Расчетный периметр поверхности сваи:

Площадь опирания на грунт:

4) Определение расчетного сопротивления грунта под нижним концом сваи:

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи принимается по табл. 7.8 [1] в зависимости от z и I_L:

5) Определение характеристик грунта на боковой поверхности сваи:

Грунты слоя 1 – пылевато-глинистые, вид грунта – глина.

Расчетное сопротивление грунта слоя 1 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 [1] в зависимости от z₁ и I_L1 по линейной интерполяции:

Коэффициент условия работы грунта слоя 1 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.6 [1]:

Грунты слоя 2 – пылевато-глинистые, вид грунта – глина.

Расчетное сопротивление грунта слоя 2 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.3 [1] в зависимости от z₂ и I_L2 по линейной интерполяции:

Коэффициент условия работы грунта слоя 2 на боковой поверхности сваи принимается по табл. 7.6 [1]:

6) Определение несущей способности сваи:

Несущую способность сваи определяем по формуле (7.13) п. п. 7.2.10[1]:

7) Определение коэффициента использования по Fd:

Коэффициент надежности по грунту согласно п. п. 7.1.11 [1]:

Коэффициент надежности по ответственности сооружения принят по ГОСТ 27751 [2]:

Коэффициент использования по F_d определяем по формуле (7.2) п. п. 7.1.11 [1]:

Конечно-элементная модель:

Расчетная схема – пространственная конструкция; плитный ростверк – пластинчатые элементы типа КЭ 42/44; сваи – одноузловые элементы типа КЭ 57. Обеспечение граничных условий достигается за счет задания параметров упругого основания.

• Плитный ростверк толщиной 1,4 м имеет размеры в плане 15,7 м вдоль оси Y и 36,3 м вдоль оси X.

• Свая диаметром 0,6 м и общей длиной 7 м защемлена в ростверк на 0,25 м.

• Шаг свай вдоль оси Y 1,8 м, вдоль оси X 1,6 м.

Результаты расчета в ПК ЛИРА 10 полностью совпадают с аналитическим решением.

Таким образом Модуль «ГРУНТ» помогает определить несущую способность сваи и проводить более точные расчеты.

Вывод:

Результаты расчета несущей способности сваи, полученные аналитически и в ПК ЛИРА 10, полностью совпадают. Это подтверждает точность, надежность, а также эффективность модуля «ГРУНТ» для практических инженерных расчетов.

Примечания:

1. Количество участков разбиений (редактор сечений) влияет на точность расчета. Чем больше данных участков, тем точнее результат.

2. Значение длины сваи, равное «половина толщины ростверка» (редактор сечений) не участвует в расчете при определении несущей способности сваи.

3. Характеристики геологических элементов, которые расположены выше оголовка сваи, не учитываются при определении несущей способности сваи.

Список литературы:

1. СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты».

2. ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения»