Вертикальная устойчивость: метод пружины
Программный модуль «Свая - метод пружины» включен в программу «Свая» и назначен для расчёта вертикальной несущей способности сваи, расположенной в слоистой среде общего вида. В результате расчёта получаем кривую предельного нагружения и эпюры важных силовых и деформационных величин вдоль сваи.
Основным преимуществом модуля является доступность входных параметров грунтов (пород) вокруг сваи: пользователь задаёт угол внутреннего трения, сцепление, удельный вес и модуль деформации данного грунта.
Решение основывается на полуаналитическом методе. Свая представляется стандартными балочными элементами. Поведение окружающего грунта следует из хорошо известного решения слоистого грунтового основания - обобщения модели Винклера-Пастернака. Упруго-жесткое пластичное поведение при сдвиге принимается вдоль стыка свая-грунт в соответствии с критерием разрушения Мора-Кулона. Стандартное напряжение, действующее на сваю, определяется из геостатического напряжения и статического давления грунта (бетонной смеси).
Влияние грунтовой воды в районе сваи учтено в расчёте сопротивления сдвигу боковой поверхности сваи, а также влияет на глубину зоны деформации под пятой сваи.
В случае, когда свая проходит до уровня несжимаемого грунта - метод пружины нельзя применить.
На осадку сваи может оказывать влияние просадка окружающего грунта. Грунт около сваи проседает и тем самым уменьшает несущую способность сваи. Осадка сваи продолжает увеличиваться без увеличения её нагрузки. Это явление моделируется в программе как т.н. негативное трение на боковой поверхности сваи.
В расчёт несущей способности сваи тоже можно ввести влияние технологии выполнения сваи на жёсткость свайного фундамента.
Процесс решения состоит из 3 основных этапов:
- Сваю разбиваем на несколько сегментов. Разделение сваи на сегменты удовлетворяет условию, что отношение длины сегмента к диаметру сваи должно быть равным примерно 2,5, при количестве сегментов - 10, минимально.
- Каждый участок в расчёте характеризован пружиной. Жесткость пружины моделирует, во-первых, сопротивление сдвигу на боковой поверхности сваи, а у пяты сваи тоже жёсткость подстилающего слоя под пятой сваи.
- Для каждого сегмента сваи определяется предельное значение силы сдвига, передаваемой поверхностью Tlim.
- На сваю сверху приложена постепенно приращиваемая вертикальная нагрузка. При каждом увеличении нагрузки определяют величину усилия в пружине на каждом участке сваи. Усилие пружины на каждом сегменте может равняться не больше, чем предельному значению трения на боковой поверхности сваи Tlim. Очевидно, что при определённом уровне нагружения все пружины утрачивают способность увеличивать действующие в них усилия и свая при продолжающемся наращиванию нагрузки опирается только пружиной в пяте, у которой передача сил не имеет никаких ограничений.
- Результаты расчёта представлены в виде кривой предельной нагрузки, эпюр нагружения вдоль сваи и графа зависимости сдвига от деформации в данном месте сваи.