ГОСТ Р 59995—2022
По сравнению с длительными статическими воздействиями, циклические воздействия могут оказывать су
щественное влияние на осевую несущую способность ижесткость свай в двух разнонаправленных аспектах:
- снижать несущую способность ижесткость за счет повторяющихся воздействий [757];
- повышать несущую способность ижесткость за счет высокой скорости изменения воздействий [752].
Результирующее действие на несущую способность обусловлено, прежде всего, влиянием свойств сваи
(жесткость, длина, диаметр, материал), характеристик грунта (тип, история напряжений, скорость деформации и
циклическая деградация), а также характеристик воздействия (количество и величины повторяющихся воздей
ствий). Циклические воздействия также могут вызывать продолжающееся во времени смещение сваи, а также
либо повышение жесткости и прочности, или смягчение и ослабление грунта вокруг сваи. Гистерезисное и радиа
ционноедемпфирование рассеиваетэнергию, передаваемую воздействиями грунту. Для землетрясений движение
грунта всвободном поле (независимо от наличия свай исооружения) могут формировать важные эффекты цикли
ческой деформации в грунте; эти эффекты могут влиять на несущую способность ижесткость свай.
Дополнительные указания по оценке влияния циклических воздействий на осевую несущую способность
свай и их жесткость приведены в [750]—[756].
А.8.3.2.4 Аналитические модели
Было разработано большое количество аналитических моделей, которые применялись для определения
циклического осевого поведения свай. Эти модели можно разделить на две общие группы: модели дискретных
элементов и непрерывные модели.
А.8.3.2.4.1 Модели дискретных элементов
Грунт вокруг сваи моделируется как набор не взаимодействующих друг с другом специальных элементов
типа «пружина», размещаемых между сваей и грунтом «дальнего поля» (последний обычно рассматривается как
недеформируемое тело). Поведение материала специальных элементов может варьироваться отлинейно упруго го
до нелинейного, гистерезисного и зависящего от скорости. Такие дискретные элементы, моделирующие грунт,
обычно называют элементами типа t—z (приближенно воспроизводится зависимость трения на боковой поверх
ности сваи отосевого перемещения) и типа Q—z(приближенно воспроизводится зависимость сопротивление грун
та под наконечником сваи от перемещения конца сваи), см. [757]—[759]. Линейные или нелинейные демпферы
(элементы, с помощью которых воспроизводится зависимость сопротивления грунта от скорости внедрения) могут
размещаться параллельно и последовательно с дискретными элементами для моделирования эффектов затуха
ния и скорости нагружения [760]. Свая также может моделироваться как серия дискретных элементов, например,
жестких масс, соединенных пружинами, или как непрерывный стержень, с линейной или нелинейной диаграммой
нагружения. Вэтих моделях свойства материалов (грунт исвая) могут изменяться вдоль сваи.
А.8.3.2.4.2 Непрерывные модели
Грунт вокруг сваи моделируется сплошной средой, находящейся в непрерывном контакте со сваей. Поведе
ние материала может виртуально включать любые приемлемые зависимости напряжение-деформация. Взависи
мости от учитываемых факторов нелинейности и неоднородности эти модели могут быть достаточно сложными.
При этом, как и вдискретном случае, свая, как правило, моделируется как непрерывный стержень, слинейной или
нелинейной диаграммой нагружения. В этих моделях свойства материалов могут изменяться влюбом направле
нии ([767], [762]).
Существует много допущений, используемых в отношении граничных условий, характеристик решений и
т. п., которые приводят к неограниченному числу вариаций этих двух подходов.
Как только идеализированная модель построена и разработаны соответствующие формулы, должна быть
выбрана методика решения. Для простых моделей иногда возможен замкнутый аналитический подход. В других
случаяхдолжна использоваться численная процедура. Внекоторых случаях будетполезна комбинация численного
и аналитического подхода. Наиболее часто используемые методики численного решения включают в себя метод
конечных разностей и МКЭ. Любой из этих подходов может использоваться либо к модели дискретных элементов,
или к непрерывной модели. Модели дискретных элементов и непрерывные модели иногда комбинируются [750],
[758]. Классические варианты МКЭ использовались для специальных расчетов свай, подвергшихся монотонным
осевым воздействиям [767].
По практическим соображениям модели дискретных элементов, решенные численно, оптимально исполь
зовались для оценки свай, подвергшихся циклическому воздействию высокой интенсивности. Результаты этого
моделирования используются для разработки информации по накопленным перемещениям свай и несущей спо
собности свай после циклических воздействий высокой интенсивности [758], [759].
Упругие континуальные модели, которые были решены аналитически (аналогично моделям, использован
ным в анализах вибрации станков) идоказали свою полезность для оценок свай, подвергшихся циклическим воз
действиям малой интенсивности и высокой частоты на или ниже расчетных рабочих уровней [767], [762]. При
бо лее интенсивных воздействиях, когда поведение материала вероятно будет нелинейным, континуальная
модель, решенная аналитически, может по-прежнему использоваться за счет эквивалентных линейных свойств,
аппрокси мирующих нелинейные, гистерезисные эффекты [763].
А.8.3.2.5 Задание свойств грунта
Основной частью разработки реалистичных аналитических моделей для оценки циклических эффектов на
сваи является характеристика поведения взаимодействия «грунт — свая». Для такой характеристики необходимо
88