В инженерной практике часто возникает необходимость выполнения динамических расчетов конструкций на воздействия, передающиеся через грунтовое основание. В данной работе исследуются колебания грунта и здания, возникающие при забивке сваи вблизи сооружения. Такая ситуация часто встречается при строительстве новых объектов рядом с существующими. Возникающие при таких ударных воздействиях на грунт вибрации могут оказывать вредное влияние на трудоспособность и здоровье находящихся в нем людей. Поэтому актуальна задача снижения уровня вибраций здания путем устройства специальных экранов траншейного типа.

Для выполнения динамических расчетов стержневых систем совместно со сплошными упругими средами на кафедре строительной механики ВГАСУ была разработана программа PLAST, реализующая метод конечных элементов в рамках плоской динамической задачи.

На рис. 1 изображена расчетная схема, принятая для решения задачи.

Упругая среда (грунт) представлялась в виде прямоугольной расчетной области (РО) с заданием различных граничных условий на каждой стороне. Эффект гашения отраженных волн на левой, правой и нижней границах РО позволял на ограниченной РО моделировать расчетную схему с бесконечно удаленными границами. Дискретизация РО автоматически осуществлялась программой в виде регулярной сетки прямоугольных конечных элементов (КЭ) по заданному размеру элемента.

Стержневая конструкция (модель здания и сваи) описывалась в программе системой макроузлов (МУ) и макроэлементов (МЭ) (их номера показаны на рис.1), которые затем автоматически разбивались на

стержневые КЭ, причем их длина согласовалась с размером КЭ среды.

Рис. 1. Расчетная схема

Для задания силового возмущения на сваю были использованы характеристики штангового дизельного молота С-222: масса ударной части m=1,2 т, продолжительность удара t_п=0,1с, скорость падения ударной части молота в момент соударения со сваей V=1,875 м/с, амплитудное значение силового воздействия на сваю .

Внешнее воздействие, моделирующее удары копра по свае, задавалось в виде силового импульса косинусоидальной формы с амплитудой 90 кН.

Экранирование осуществлялось с помощью траншеи различной глубины - от 1 м до 6 м, при наличии заполнения щебнем и при отсутствии заполнения.

На расчетной схеме изображены 6 точек, для которых в программе по результатам расчета выводились графики горизонтальных и вертикальных колебаний.

В процессе расчетов на экране изображалось деформированное состояние среды и конструкции в режиме мультипликации с отображением в цветовой гамме уровней напряжений в среде и перемещений в конструкции.

По результатам расчета программой были построены графики вертикальных и горизонтальных колебаний в 6 заданных точках с выводом максимальных амплитудных значений перемещений, скоростей и ускорений. По оси абсцисс откладывалось время, по оси ординат – соответствующие значения амплитуд.

На рис. 2 представлены вертикальные и горизонтальные перемещения при отсутствии экрана в расчетных точках № 1, 2, 3. Красным цветом изображены вертикальные перемещения расчетной точки 1, находящейся на свае. Перемещения этой точки максимальные. Синим и зеленым цветами соответственно показаны перемещения горизонтальных и вертикальных колебаний во времени в расчетной точке 2. Фиолетовым и голубым - то же в расчетной точке 3. Соответствующим цветом выведены максимальные значения горизонтальных и вертикальных перемещений соответствующих точек. Из рис. 2 видно, что по мере распространения возмущения происходит уменьшение амплитуд и происходит затухание колебаний.