Введение
ГЛАВА 1, Анализ проблемы безопасности строительных объектов и существующих подходов к моделированию процессов деформирования и разрушения системы «здание- фундамент-основание» 20
1.1. Анализ проблемы безопасности строительных объектов 20
1.2. Основные причины и формы деформирования и разрушения многоэтажных зданий 25
1.3. Обоснование системного подхода к моделированию строительного объекта
1.4 Анализ существующих моделей расчета здания совместно с фундаментом и основанием 34
1.5. Аналитический обзор математических моделей описания механических свойств и критериев разрушения материалов системы «здание-фундамент- основание» 38
1.5J. Кирпичная кладка 42
1.5.2, Бетон и железобетон 50
L5.3. Грунты 54
1.6. Обоснование выбора метода прочностного анализа зданий и сооружений и программного комплекса для его реализации 64
1.7. Обоснование состава и структуры частных задач исследования 68
Выводы по главе 71
ГЛАВА 2. Создание базовой математической модели и ее численного аналога для прочностного анализа пространственной системы «здание-фундамент- основание » 73
2Л. Разработка базовой математической модели для прочностного анализа пространственной системы «здание-фундамент-основание». 73
2.2. Применение метода конечных элементов для численной реализации математической модели прочностного анализа системы ЗФО 78
2.2. L Разработка эффективного алгоритма построения конечно-
элементной модели системы «здание-фундамент-основание» 80
2.2.2. Вариационная постановка метода конечных элементов для численной
реализации линейных краевых задач 84
2.3, Обоснование выбора определяющих соотношений нелинейной упругости и
пластичности для замыкания краевой задачи 87
23 J. Модель физически нелинейного упругого материала 88
23.2. Модель деформационной теории пластичности 90
233, Теория пластического течения в расчетах грунтового основания 92
23А. Модель пластического течения Друккера - Прагера 96
2.4. Разработка и применение моделей определяющих соотношений упруго-
хрупких материалов с учетом структурного разрушения (накопления
повреждений) 99
2.4.1. Модель упруго-хрупкого поведения бетона (железобетона) 99
2.4.2. Создание обобщающей математической модели механического
поведения упруго-хрупких материалов (кирпичной кладки) 101
2АЗ. Определение критериев открытия - закрытия трещины 110
2.4А. Описание модели разрушения упруго-хрупкого материала при
сложном напряженном состоянии 111
23. Разработка алгоритмов численной реализации нелинейных краевых задачі 17
23.1. Алгоритм пошагового решения краевой задачи для упруго-хрупких материалов 119
23.2. Алгоритм метода последовательных приблюїсений для упруго-пластичных материалов (теории течения) 121
Выводы по главе 122
ГЛАВА 3. Разработка методики численного прогнозирования эффективных свойств кирпичной кладки, проведение натурных и численных экспериментов для построения полной диаграммы деформирования 124
3.1* Определение рационального коэффициента сдвига слоев в перевязанных швах кладки .,..125
3.2. Разработка методики численного прогнозирования эффективных свойств кирпичной кладки (модулей упругости, модулей сдвига и коэффициентов Пуассона).
3.3. Исследование влияния упругих характеристик компонентов (кирпича, раствора и металлических армирующих сеток) на эффективные характеристики кладки І 30
3.4. Проведение натурных экспериментов для построения полной диаграммы деформирования кирпичной кладки 133
3.5. Проведение численных экспериментов по исследованию процесса разрушения образца кирпичной кладки для построения полной диаграммы деформирования „„.„ 140
Выводы по главе 145
ГЛАВА 4. Комплексный анализ факторов, влияющих на процесс образования и развития трещин в несущей кирпичной стене 147
4.1. Численное решение линейной краевой задачи о неравномерной осадке кирпичной стены и исследование качества решения 147
4.2. Анализ влияния ортотропии упругих свойств материала на НДС кирпичной стены 153
4.3. Исследование основных закономерностей и механизмов разрушения
кирпичной стены при изгибе 155
4.3А, Численные исследования деформирования и разрушения кирпичной стены с использованием разработанной модели, учитывающей накопления повреждений 155
43.2. Определение резерва несущей способности конструкции 159
433. Верификация результатов численной реализации 160
43.4. Исследование влияния механических характеристик материала на процесс разрушения 163
43.5. Сравнение результатов численного решения с результатами натурных экспериментов 165
4,4, Исследование влияния нагружающей системы (фундамента и грунтового основания) на процесс разрушения кирпичной стены 168
Выводы по главе 174
ГЛАВА 5. Исследование границ применимости упрощенных расчетных моделей методом вычислительного эксперимента , 175
5.1. Численная реализация базовой математической модели для расчета НДС
пространственной системы ЗФО и анализ практической сходимости 175
5J.L Исследование сходимости решения и точности полученных
результатов с помогцью метода подмоделей 179
5.1.2. Тестирование используемой программы с помощью петч-теста 183
52. Численное моделирование, анализ качества решения и границ применения расчетной схемы здания в виде отдельной несущей стены .,.,. 185
5.2 J. Оценка практической сходимости и точности полученных результатов 187
52.2. Учет структурного разрушения материалов кирпичной кладки и бетона при расчете несущей стены с оконными проемами 189
5.2.3. Сравнительный анализ границ применимости плоской и пространственной моделей 191
5.3. Анализ возможности моделирования здания без оконных и дверных проемов 193
5.4. Исследование необходимости включения в расчет коробки здания при расчете фундамента 197
5.5, Анализ возможности расчета фундамента по схеме плоской задачи и целесообразности учета нелинейных свойств грунта 202
5.6, Исследование влияния размеров грунтового массива и граничных условий на НДС здания в системе «здание-фундамент-основание» ...,.207
Выводы по главе 210
ГЛАВА 6 Результаты внедрения разработанных математических моделей и вычислительных технологий в процесс проектирования и реконструкции реальных строительных объектов 213
6Л. Ретроспективный анализ причин деформирования и разрушения жилого пятиэтажного кирпичного здания с использованием разработанной математической модели 213
6.2. Разработка и применение вычислительной технологии решения пространственной задачи встраивания нового здания в существующую застройку 222
6.2.1, Численный анализ проекта фундаментной плиты под новое здание 223
6.2.2, Исследование влияния нового здания на существующие 234
6.2.3, Численные исследования по усилению фундаментов соседних зданий
6.3. Численные исследования возможности безопасной реконструкции существующего здания на закарстованной территории , 239
6.3. L Определение дополнительных осадок от пристраиваемых конструкций и анализ напряэюенно-деформированного состояния здания и фундамента 240
63>2. Анализ напряженно-деформированного состояния здания и фундамента с учетом возникновения карстовых воронок 244
633. Численный анализ конструкции усиления существующего здания 246
6А О необходимости использования пространственной модели системы ЗФО для обоснования решения о возможной реконструкции здания, расположенного
на площадке с уклоном 247
Выводы по главе 254
Основные результаты и выводы по работе 256
Библиоерафический список литературы
