Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния железобетонных свайных фундаментных конструкций жилого здания при воздействии низкой температуры

Рассматривается поведение железобетонного свайного фундамента при превышении допустимых размеров температурных блоков в условиях низкой температуры и на вечномерзлых грунтах. Приводятся материалы обследования здания, показано трещинообразование в фундаментных конструкциях. Выполнен прочностной расчет железобетонного свайного фундамента с проветриваемым подпольем при действии низкой температуры в программном комплексе Ansys. Анализируется напряженно-деформированное состояние за пределами упругой работы конструкции с учетом понижения жесткости конструкции при трещинообразовании с применением математической модели Вилама–Варнке. Учтены зависимости прочностных и упругопластических деформативных свойств от температуры. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с данными обследования и показали, что трещинообразование в конструкциях цокольного перекрытия вызвано температурно-влажностными деформациями бетона и арматуры. Выявлено негативное влияние внутренних углов в планах цокольных перекрытий в участках ниш и выступов, которые являются концентраторами напряжений и способствуют трещинообразованию в конструкциях. Установлено, что температурные напряжения ярко проявляются на сваях, в опорных зонах и зонах между сваями. Даны некоторые рекомендации по проектированию фундаментных конструкций в районах с низкой температурой.

Т.А. НАЗАРОВ, бакалавр,
Ф.Ф. ПОСЕЛЬСКИЙ, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58)

1. Иванова Р.Н. Рекордно низкие температуры воздуха в Евразии // Вестник ЯГУ. 2006. № 1. Т. 3. С. 13–19.
2. Алмазов В.О., Истомин А.Д. Влияние способа водонасыщения на температурные деформации бетона при замораживании. Воздействия внешних факторов на гидротехнические сооружения: Межвуз. сб. науч. тр. М.: МИСИ, 1986. С. 162–169.
3. Истомин А.Д., Кудрявцев А.В. Работа статически неопределимых железобетонных элементов в условиях отрицательных температур // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 7. С. 51–55.
4. Милованов А.Ф., Самойленко В.Н. Учет воздействия низких температур при расчете конструкций // Бетон и железобетон. 1980. № 3. С. 25–26.
5. Москвин В.М., Капкин М.М., Савицкий А.Н., Ярмаковский В.Н. Бетон для строительства в суровых климатических условиях. Л.: Стройиздат, 1973. 172 с.
6. Муха В.И., Абакумов Ю.Н., Малков Е.Н. Основы расчета, конструирования и возведения сооружений в Якутской АССР. В 3 ч. Ч. 1: Теоретические основы расчета строительных конструкций на температурные воздействия. Якутск: Якутское книжное издательство, 1976. 248 с.
7. Рекомендации по расчету железобетонных свайных фундаментов, возводимых на вечномерзлых грунтах, с учетом температурных и влажностных воздействий. М.: Стройиздат, 1981. 47 с.
8. Ansys Mechanical APDL Theory Reference. Release 17.2. Canonsburg. 2009. 884 p.
9. Schnobrich W.C., Suidan M. Finite Element Analysis of Reinforced Concrete // ASCE Journal of the Structural Division. 1973. ST10, pp. 2109–2122.
10. Taylor R.L., Beresford P.J., Wilson E.L. A Non-Conforming Element for Stress Analysis // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1976. Vol. 10, pp. 1211–1219.
11. Willam K.J., Warnke E.D. Constitutive Model for the Triaxial Behavior of Concrete // Proceedings, International Association for Bridge and Structural Engineering. 1975. Vol. 19, pp. 43–57.
12. Wilson E.L., Taylor R.L., Doherty W.P., Ghaboussi J. Incompatible Displacement Models // Numerical and Computer Methods in Structural Mechanics. Edited by S.J. Fenves, et al. Academic Press, Inc. N. Y. and London. 1973, pp. 43–57.