Numeryczne modelowanie pracy konstrukcji podstawionej na lessowym podłożu guntowym

W pracy przedstawiono analizy numeryczne MES współpracy konstrukcji budynku łącznie z bryłą podłoża gruntowego. Lublin położony jest w obrębie Wyżyny Lubelskiej, która w dużej mierze zbudowana jest z plejstoceńskich pokryw lessowych o znacznej miąższości. Grubość pokrywy lessowej sięga od kilkunastu do ponad trzydziestu metrów. W związku z powyższym znaczna część obiektów budowalnych posadowiona jest na podłożu lessowym. Ponieważ rodzaj podłoża ma zasadniczy wpływ na odkształcenia i rozkład naprężeń w elementach konstrukcyjnych obiektów, to głównym celem badań była szczegółowa analiza pracy budynku z uwzględnieniem podatności podłoża gruntowego, utworzonego przez lessy. W celu rozwiązania problemu naukowego, wykonano przegląd dostępnej literatury na temat gruntów lessowych, konstytutywnych modeli podłoża i analiz numerycznych, a także problematyki ustalania parametrów podłoża. Badania własne podzielono na dwie części: badania i analiza ogólna podłoża lessowego z terenu Lublina i okolic oraz badania i analizy numeryczne na obiektach rzeczywistych. W ramach badań ogólnych lessów z terenu Lublina, przeanalizowano wyniki 543 sondowań statycznych CPT/CPTU o łącznej długości ponad 4000 metrów bieżących oraz 11 testów DMT/SDMT o łącznej długości 73 metrów bieżących, a także dane z odwiertów badawczych i badań laboratoryjnych. Przeprowadzona analiza pozwoliła między innymi na wyznaczenie statystycznego rozkładu wartości oporów stożka qc, oraz dylatometrycznych modułów ściśliwości MDA4T.
Główne prace badawcze wykonywano na dwóch różniących się od siebie obiektach: niskim-rozległym (Cyprysowa) oraz wysokim-zwartym (Kraśnicka). W ramach prac badawczych wykonywano między innymi testy CPT oraz SDMT i badania laboratoryjne gruntu, a także pomiary osiadania budynku oraz częstości drgań własnych. Analizy numeryczne MES prowadzono etapami w programie ABAQUS zarówno na modelu całego obiektu, jak i na jego wycinkach. Prawidłowość odwzorowania rzeczywistej konstrukcji budynku w modelu numerycznym zweryfikowano poprzez porównanie częstotliwości drgań swobodnych z pomiarów wykonanych in-situ podczas budowy, z wynikami obliczeń drgań własnych. Kolejne analizy dotyczyły wyznaczenia przemieszczeń i naprężeń w poszczególnych etapach budowy całego budynku. Zamodelowano bryłę podłoża, a następnie etapami dodawano kolejne kondygnacje. Końcowe wartości obliczonych przemieszczeń pionowych porównano z wynikami pomiarów geodezyjnych rzeczywistych obiektów. 

Spis Treści:
STRESZCZENIE  ABSTRACT     ...9
WYKAZ PODSTAWOWYCH SYMBOLI I SKRÓTÓW STOSOWANYCH W PRACY    ...11
1. WSTĘP    ...13
1.1. Wprowadzenie     ...13
1.2. Problem naukowy    ...13
1.3. Zakres pracy    ...17
2. WYBRANE ZAGADNIENIA MODELOWANIA GRUNTU    ...21
2.1. Wstęp    ...21
2.2. Opis modeli gruntowych    ...21
2.3. Problematyka ustalania parametrów podłoża gruntowego    ...28
2.4. Modelowanie współpracy konstrukcji z podłożem    ...38
2.5. Podsumowanie    ...43
3. LESSY Z TERENU LUBLINA I OKOLIC    ...45
3.1. Wstęp    ...45
3.2. Charakterystyka ogólna lessów    ...45
3.3. Lessy Wyżyny Lubelskiej     ...48
3.4. Warunki geotechniczne Lublina    ...53
3.5. Badania własne lessów    ...54
3.6. Podsumowanie     ...62
4. BADANIA NA OBIEKTACH RZECZYWISTYCH     ...63
4.1. Wstęp    ...63
4.2. Opis budynków    ...64
4.3. Badania polowe podłoża gruntowego    ...65
4.3.1. Wstęp     ...65
4.3.2. Sondowanie sondą statyczną CPT    ...67
4.3.3. Badania dylatometrem Marchettiego    ...82
4.4. Badania laboratoryjne gruntu    ...90
4.4.1. Pobór próbek NNS z poziomu posadowienia obiektu    ...90
4.4.2. Podstawowe parametry gruntu     ...91
4.4.3. Badanie konsystencji gruntu    ...92
4.4.4. Badanie ściśliwości    ...94
4.4.5. Badania wytrzymałościowe    ...102
4.5. Geotechniczny model podłoża    ...107
4.6. Pomiary osiadania budynku    ...113
4.7. Pomiary drgań budynku    ...120
4.8. Podsumowanie    ...125 
5. ANALIZY NUMERYCZNE OBIEKTÓW RZECZYWISTYCH    ...126
5.1. Wstęp    ...126
5.2. Budynek rozległy    ...127
5.2.1. Proces budowy modeli MES oraz przyjęte założenia    ...127
5.2.2. Model numeryczny MES budynku    ...129
5.2.3. Parametry numerycznego modelu podłoża    ...134
5.2.4. Kalibracja modelu numerycznego podłoża — modele częściowe     ...138
5.2.5. Model pełny „budynek-podłoże"    ...160
5.2.6. Analiza numeryczna — pełny model    ...161
5.2.7. Podsumowanie    ...187
5.3. Budynek wysoki    ...188
5.3.1. Proces budowy modeli MES oraz przyjęte założenia    ...188
5.3.2. Model numeryczny budynku    ...189
5.3.3. Model numeryczny podłoża    ...189
5.3.4. Model pełny „budynek-podłoże"    ...190
5.3.5. Analiza numeryczna    ...191
5.3.6. Podsumowanie    ...204
6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI    ...205
6.1. Podsumowanie wykonanych analiz    ...205
6.2. Parametry podłoża gruntowego    ...205
6.3. Modelowanie numeryczne    ...207
6.4. Określenie metodyki badań na cele modelowania podłoża lessowego    ...209
6.5. Wnioski końcowe    ...210
6.6. Kierunek rozwoju prezentowanego zagadnienia    ...211
BIBLIOGRAFIA    ...213