Введение
1. Анализ проблемы безопасности строительных объектов и существующих подходов к моделированию процессов деформирования и разрушения системы «здание-фундамент-основание» 12
1.1. Анализ проблемы безопасности строительных объектов 12
1.2 Основные причины и формы деформирования и разрушения мно гоэтажных зданий 17
1.3. Обоснование системного подхода к моделированию строительного объекта 22
1.4. Анализ существующих моделей расчета здания совместно с фундаментом и основанием 25
1.5 Аналитический обзор математических моделей описания механических свойств и критериев разрушения материалов системы «здание-фундамент-основание» 29
1.6 Обоснование выбора метода прочностного анализа зданий и сооружений и программного комплекса для его реализации 34
1.7. Обоснование состава и структуры частных задач исследования... 38
1.8. Полученные результаты и выводы 40
1.9. Постановка цели и задач исследований 42
2. Создание базовой математической модели и ее численного аналога для прочностного анализа пространственной системы «здание-фундамент-основание» 44
2.1. Применение метода конечных элементов для численной реализации математической модели прочностного анализа системы ЗФ0...44
2.1.1. Разработка эффективного алгоритма построения конечно-элементной модели системы «здание-фундамент-основание» 45
2.1.2. Вариационная постановка метода конечных элементов для численной реализации линейных краевых задач 49
2.2. Разработка алгоритмов численной реализации нелинейных краевых задач 53
2.2.1. Алгоритм пошагового решения краевой задачи для упруго-хрупких материалов 55
2.2.2. Алгоритм метода последовательных приближений для упруго-пластичных материалов (теории течения) 56
2.3. Определение рационального коэффициента сдвига слоев в перевязанных швах кладки 57
2.4. Разработка методики численного прогнозирования эффективных свойств кирпичной кладки (модулей упругости, модулей сдвига и коэффициентов Пуассона) 59
2.5. Исследование влияния упругих характеристик компонентов
(кирпича, раствора и металлических армирующих сеток) на эффективные характеристики кладки 61
2.6. Проведение численных экспериментов по исследованию процесса разрушения образца кирпичной кладки для построения полной диаграммы деформирования 64
2.7. Полученные результаты и выводы 69
3. Исследование границ применимости упрощенных расчетных моделей методом вычислительного эксперимента 72
3.1. Численная реализация базовой математической модели для рас чета НДС пространственной системы ЗФО и анализ практической сходимости 72
3.1.1. Исследование сходимости решения и точности полученных результатов с помощью метода подмоделей .76
3.1.2. Тестирование используемой программы с помощью петч-теста 79
3.2. Численное моделирование, анализ качества решения и границ применения расчетной схемы здания в виде отдельной несущей стены 81
3.2.1. Оценка практической сходимости и точности полученных результатов 83
3.2.2. Учет структурного разрушения материалов кирпичной кладки и бетона при расчете несущей стены с оконными проемами 84
3.2.3. Сравнительный анализ границ применимости плоской и пространственной моделей 87
3.3. Анализ возможности моделирования здания без оконных и дверных проемов 88
3.4. Исследование необходимости включения в расчет коробки здания при расчете фундамента 92
3.5. Анализ возможности расчета фундамента по схеме плоской задачи и целесообразности учета нелинейных свойств грунта 96
3.6. Исследование влияния размеров грунтового массива и граничных условий на НДС здания в системе «здание-фундамент-основание» 101
3.7. Полученные результаты и выводы 104
4. Результаты внедрения разработанных математических моделей и вычислительных технологий в процесс проектирования и реконструкции реальных строительных объектов 106
4.1. Ретроспективный анализ причин деформирования и разрушения жилого пятиэтажного кирпичного здания с использованием разработанной математической модели 106
4.2. Разработка и применение вычислительной технологии решения пространственной задачи встраивания нового здания в существующую застройку 115
4.2.1. Численный анализ проекта фундаментной плиты под новое здание 115
4.2.2. Исследование влияния нового здания на существующие.. 126
4.2.3. Численные исследования по усилению фундаментов соседних зданий 129
4.3. Численные исследования возможности безопасной реконструкции существующего здания на закарстованной территории 131
4.3.1. Определение дополнительных осадок от пристраиваемых конструкций и анализ напряженно-деформированного состояния здания и фундамента 131
4.3.2. Анализ напряженно-деформированного состояния здания и фундамента с учетом возникновения карстовых воронок 135
4.3.3. Численный анализ конструкции усиления существующего здания 136
4.4. О необходимости использования пространственной модели сис темы ЗФО для обоснования решения о возможной реконструкции здания, расположенного на площадке с уклоном 137
4.5. Полученные результаты и выводы 144
Заключение 146
Список литературы 149
Приложение. Акт о внедрении и об использовании результатов диссертационной работы 166
