Pile field numerical analysis at the stage of long-term impacts

Abstract


The authors propose a combined approach for definition of the shear rigidity of the multilayered soil which is cut through by a pile. The solution for the vertical direction is presented in the view of an axisymmetric problem. As to the horizontal direction, the solution is presented in view of a beam on elastic subsoil with genetically non-linear transition to equivalent horizontal rigidity of the wide pile field in condition of dynamic forces action. The axisymmetric solution provides visual clarity in the analysis of the stress-strain state of the pile and near-pile soil in comparison with the approved analytical methods. To speed up calculations at the stage of the main combination of constant and long-term impacts, the vertical rigidity of the base under the foot of the pile can be calculated analytically as for a stamp on an elastic-plastic base. The horizontal rigidity is considered as for a discrete single bent pile in the medium of an elastic layered half-space at the stage of formation of the stress-strain state of the system under the main combination of static loads. These methods of numerical modeling of deformations of a single pile make it possible to expand the algorithm of analytical calculation of a large pile field, which in turn is modified by the authors by excluding deformations of the pile body due to its natural consideration in the finite element formulation, as well as by introducing the parameter of the limiting radius of the influence of a single pile on the settlement of neighboring piles. The considered numerical approaches to the calculation of the pile field are applicable in a complex calculation taking into account the history of loading at the stage of the main combination of permanent and long-term impacts. At the stages of short-term or special dynamic impacts an integral rigidity of pile cells is proposed, which will be considered in the next publication of the authors.

Full Text

Расчет большого свайного поля в условиях динамических воздействий является одной из самых сложных задач в механике грунтов. С одной стороны, остается множество фрагментарно освещенных аспектов элементарной круглоцилиндрической ячейки одиночной сваи, жесткость которой вычисляется по двум принципиально разным математическим моделям для направлений вертикального и горизонтального воздействий. С другой стороны, практически отсутствуют методы учета истории нелинейного перехода системы «грунтовое основание – свайный фундамент» из напряженно-деформированного состояния при основном сочетании постоянных и длительных статических воздействий к новому сочетанию при динамическом воздействии, являющимся кратковременным или особым. В качестве кратковременных можно выделить пульсации ветра, техногенную сейсмику от рельсового транспорта или машин с динамическими нагрузками. В качестве особых воздействий возможно наступление сейсмических событий либо возникновение динамической реакции от выбытия несущих элементов при прогрессирующем обрушении несущей системы.

About the authors

L. V. Nuzhdin

Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering; Perm National Research Polytechnic University

V. S. Mikhaylov

Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering

References

  1. Федоровский В.Г. Расчет напряженно-деформированного состояния многослойного полупространства под действием сосредоточенной нагрузки // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1972. - № 5. - С. 37 - 40.
  2. Федоровский В.Г. Расчет осадок свай в однородных и многослойных основаниях: дис. … канд. техн. наук. - М., 1974. - 198 с.
  3. Сваи в гидротехническом строительстве / В.Г. Федоровский, С.Н. Левачев, С.В. Курилло, Ю.М. Колесников. - М.: Изд-во АСВ, 2003. - 240 c.
  4. Тер-Ованесов Г.С. Совместная работа ростверка, свай и грунта в висячих свайных фундаментах: автореф. дис. … канд. техн. наук. - М., 1956. - 10 с.
  5. Тер-Мартиросян З.Г., Чинь Туан Вьет. Взаимодействие одиночной сваи с двухслойным основанием с учетом сжимаемости ствола // Вестник МГСУ. - 2012. - № 4. - С. 28-34.
  6. Динь Хоанг Нам. Взаимодействие длинных свай с грунтом в свайном фундаменте: дис. … канд. техн. наук. - М., 2006. - 163 с.
  7. Нгуен Занг Нам. Взаимодействие буронабивных длинных свай с грунтовым основанием с учетом фактора времени: дис. … канд. техн. наук. - Москва, 2008. - 167 с.
  8. Тер-Мартиросян А.З. Взаимодействие фундаментов зданий и сооружений с водонасыщенным основанием при учете нелинейных и реологических свойств грунтов: дис. … д-ра техн. наук. - М., 2016. - 324 с.
  9. Взаимодействие длинной сваи конечной жесткости и окружающего грунта с учетом упругопластических свойств грунта / А.З. Тер-Мартиросян, З.Г. Тер-Мартиросян, Чинь Туан Вьет, В.С. Аванесов // Научное обозрение. - 2015. - № 18. - С. 84-89.
  10. Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З. Механика грунтов в высотном строительстве с развитой подземной частью. - М.: Изд-во АСВ, 2020. - 946 с.
  11. Шапиро Д.М. Теория и расчётные модели оснований и объектов геотехники. - М.: Изд-во АСВ, 2016. - 180 c.
  12. Едигаров Г.Э. Опыт применения SCAD OFFICE в расчете промежуточной опоры моста с учетом взаимного влияния свай в кусте // CADMASTER. - 2015. - № 3. - С. 88-97.
  13. Нуждин Л.В., Михайлов В.С. Численное моделирование свайных фундаментов в расчетно-аналитическом комплексе SCAD Office // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2018. - Т. 9, № 1. - С. 5-18. doi: 10.15593/2224-9826/2018.1.01
  14. Клованич С.Ф. Метод конечных элементов в нелинейных задачах инженерной механики. - Запорожье: Свiт геотехнiки, 2009. - 400 с.
  15. Schleicher F. Senkungsmittelwert und ahnlichkeitsbedingung fur platen und balken auf isotroper elastischer unterlage // Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. - 1928. - B. 8. - S. 68-70.
  16. Макаров Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad 15. - СПб.: Питер, 2011. - 400 с.
  17. Завриев К.С., Шпиро Г.С. Расчеты фундаментов мостовых опор глубокого заложения. - М.: Транспорт, 1970. - 215 с.
  18. Nuzhdin L.V., Mikhailov V.S. Models and calculation methods of the pile foundation in SCAD Office // Proceedings of the XVI DECGE, 7-9 June. - Berlin, 2018. - P. 487-492. doi: 10.1002/cepa.718
  19. Nuzhdin L., Mikhailov V., Rezyapkin V. Modeling and analysis of the pile cluster foundation in SCAD and SMath Studio // Proceedings of the ARC 2019, 14-18 October. - Taipei, 2020. - P. 1.
  20. Nuzhdin L.V., Mikhailov V.S. Genetically nonlinear combined model of pile field under dynamic impacts // Journal of physics: Conference series. Proceedings of the DFGC 2021, 26-28 May. - Perm, 2021. - P. 012013. doi: 10.1088/1742-6596/1928/1/012013
  21. Ponomarev A.B., Sychkina E.N. Verification of the Results of Numerical and Analytical Estimates of the Settling of a Single Pile in Argillite-Like Clay // Soil Mechanics and Foundation Engineering. - 2016. - № 53 (2). - P. 78-81. doi: 10.1007/s11204-016-9368-6
  22. Ponomaryov A.B., Sychkina E.N. Effect of soil compaction around driven pile and prediction of pile settlement on claystones // Proceedings of the ECSMGE 2019, 1-7 September. - Reykjavik, 2019. doi: 10.32075/17ECSMGE-2019-0069
  23. Ponomarev A.B., Akbulyakova E.N., Ofrichter Y.V. Prediction of Bearing Capacity of Driven Piles in Semi-Rocky Soils //Soil Mechanics and Foundation Engineering. - 2020. - № 57 (2). - P. 133-138. doi: 10.1007/s11204-020-09648-1

Statistics

Views

Abstract - 12

PDF (Russian) - 5

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2023 Nuzhdin L.V., Mikhaylov V.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies