Приложение Е (рекомендуемое). Рекомендации по расчету прочности СВМГТ методом конечных элементов

Приложение Е
(рекомендуемое)

Рекомендации
по расчету прочности СВМГТ методом конечных элементов

Настоящие рекомендации разработаны с использованием Технических условий [32].

Использование МКЭ для расчета СВМГТ предполагает построение расчетной модели системы "подстилающий грунт - грунт засыпки - СВМГТ" в виде совокупности конечных элементов, связанных друг с другом в дискретных узлах.

Для каждого узла, в зависимости от потребностей решаемой задачи, назначается число степеней свободы (независимых переменных, определяющих размерность задачи) - перемещений и поворотов. Форма, число узлов конечного элемента и число степеней свободы в каждом узле определяют тип элемента из библиотеки стандартных элементов, имеющихся в любом программном комплексе МКЭ.

Разрешающая система уравнений в наиболее распространенном на практике варианте МКЭ в форме метода перемещений представляет собой систему алгебраических уравнений относительно неизвестных перемещений (поворотов) в узлах расчетной модели.

Расчет производится с использованием трехмерных (пространственных) и двумерных (плоских) идеализаций системы "подстилающий грунт - грунт засыпки - СВМГТ".

Как правило, СВМГТ рассматривается как единая однородная конструкция, моделирование которой выполняется с использованием плоских элементов, деформируемых в плоскости сечения системы. Обычно поведение материала конструкции ограничивается рассмотрением упругой области, что соответствует основным принципам проектирования, т.е. недопущению образования пластических шарниров в конструкции. Однако МКЭ допускает моделирование нелинейного поведения материала конструкции. Использование пространственной модели системы "подстилающий грунт - грунт засыпки - СВМГТ" необходимо при высоте грунта над СВМГТ менее 1 м и использовании в этом случае распределительной конструкции.

Определяются геометрические размеры областей, соответствующие каждому из типов грунтов, который рассматривается как связанная однородная сплошная среда. Модуль деформации среды рассчитывается по формуле

(Е.1)

где - плотность грунта засыпки;

g - ускорение свободного падения;

h - глубина залегания;

e - коэффициент пористости, составляющий для материала засыпки величину порядка 0,6;

- коэффициент компрессионного сжатия, равный 0,04 для свежеуложенного уплотненного грунта и 0,02 для грунта после 2-3 лет эксплуатации.

Если поверхность какого-либо из слоев расположена под углом к горизонтали, то это необходимо учитывать при построении расчетной модели. Взаимодействие более мягкого грунта, окружающего СВМГТ, со скальным, должно моделироваться контактными элементами, учитывающими контактное трение, или введением тонкого слоя между ними с низким значением модуля сдвига.

Для исключения влияния граничных условий, накладываемых по боковым сторонам массива грунта засыпки, на результаты статического расчета СВМГТ, границу расчетной области грунта рекомендуется выбирать на расстоянии не менее полутора диаметров СВМГТ от боковой стороны конструкции.

Нижнюю границу расчетной области рекомендуется выбирать следующим образом:

- если в основании СВМГТ залегают грунты с модулем деформации более 20 МПа - на расстоянии диаметра СВМГТ от низа конструкции;

- если в основании СВМГТ залегают грунты с модулем деформации менее 20 МПа - не менее полутора диаметров СВМГТ от низа конструкции;

- при наличии наклонного слоя грунта в основании на глубине менее полутора диаметров СВМГТ необходимо включать в расчетную область верхнюю границу наклонного слоя.

По боковым и нижним границам расчетной области массива грунта рекомендуется при статических расчетах принимать граничные условия, соответствующие заделке, т.е. запрещать все повороты и перемещения в узлах конечных элементов.