Modelling of the spatial structure of longwall buildings with large-scale quasi finite elements and applying the method in the interaction issues with subsoil - with regard to their implementation in stages

• Autorzy: Miedziałowski Czesław , Ustinovichius Leonas

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138516

Warianty tytułu

PL

Modelowanie przestrzennej konstrukcji budynków ścianowych - w zagadnieniach interakcji z podłożem gruntowym, w poszczególnych etapach wznoszenia - wielkowymiarowymi quasi elementami skończonymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the original concept of description and analysis of buildings (wall and floor structures), corresponding to the natural components of construction, quasi finite elements (QWSFS). This concept constitutes one of the component of the developed, interactive model of deep foundation buildings. The presented modelling method enables a significant reduction of the number of unknowns, which in the case of interaction building - subsoil, gives a possibility of including the factual geometry and building development stiffness into the FEM model. Therefore the true representation of static operation of the objects can be analysed. The paper gives basic assumptions to the construction of the QWSF-superelements as well as the results of numerical tests conducted. The potential of using the developed modelling concept in the analysis of the structural elements and deep foundation problems, in a three-dimensional system: subsoil - new building - potential neighbouring building development (at each stage of erection of investment, using a structural statics stage analysis) was presented.

PL

W artykule przedstawiono oryginalną koncepcję opisu i analizy budynków (konstrukcji ścian i stropów), odpowiadającą naturalnym komponentom konstrukcji opisanych elementami quasi skończonymi (QWSFS). Koncepcja ta stanowi jeden z elementów składowych opracowanego interakcyjnego modelu budynków o głęboko posadowionych fundamentach. Przedstawiona metoda modelowania pozwala na znaczne zmniejszenie liczby niewiadomych, co w przypadku modelu interakcji budowla-podłoże daje możliwość włączenia faktycznej geometrii i sztywności zabudowy do modelu MES. Dzięki temu można przeanalizować rzeczywiste odwzorowanie statycznej pracy obiektów. W artykule przedstawiono podstawowe założenia konstruowania superelementów QWSF oraz wyniki przeprowadzonych testów numerycznych. Przedstawiono możliwości wykorzystania opracowanej koncepcji modelowania w analizie problemów konstrukcji oraz głębokich fundamentów w układzie trójwymiarowym: podłoże-nowy budynek i ewentualnie zabudowa sąsiednia (na każdym etapie realizacji inwestycji, tzn. stosując analizę etapową statyki konstrukcji).

Słowa kluczowe

EN

deep foundation; longwall building; interaction; subsoil; large-scale element; quasi finite element; superelement; three-dimensional scheme

PL

budynek ścianowy; fundament głęboki; interakcja; podłoże gruntowe; element wielkogabarytowy; element quasi skończony; superelement; schemat trójwymiarowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 527--541
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il.

Twórcy

autor

Miedziałowski Czesław

• Bialystok University of Technology, Faculty of Civil Engineering And Environmental Sciences, Bialystok, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7901-7598

autor

Ustinovichius Leonas

• Vilnius Gediminas Technical University, Civil Engineering Faculty, Vilnius, Lithuania

• https://orcid.org/0000-0002-0027-5501

Bibliografia

• [1] L. Ustinovicius, et al., “BIM-based process management model for building design and refurbishment". Archives of Civil and Mechanical Engineering, pp. 1136-1149, Wrocław, 2018, DOI: 10.1016/j.acme.2018.02.004.
• [2] W. Frei, “How much memory is needed to solve large COMSOL models?”. 2014. www.comsol.com.
• [3] Y.M. Hou, J.H. Wang, and L.L. Zhang, “Three-dimensional numerical modeling of a deep excavation adjacent to Shanghai metro tunnels”. Computional Science - ICCS, 7th Int. Conf. Proc., Part III, pp. 1164-1171, Beijing, 2007, DOI: 10.1007/978-3-540-72588-6_184.
• [4] A. Truty, “Modelowanie komputerowe w zagadnieniach geotechniczno-budowlanych”. XXIV Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta, pp. 164-167, Wisła, 2009.
• [5] M. Świeca, “Zasady projektowania geotechnicznego w nawiązaniu do Eurokodu 7 z zastosowaniem programów numerycznych”. Instytut Techniki Budowlanej, Warsaw, 2011.
• [6] R. Obrzud and M. Preisig, “Large scale 3D numerical simulations of deep excavations in urban areas - constitutive aspects and optimization”. La Géotechnique Suisse, 2013.
• [7] L.E. Romera, S. Hernandez, and R. Gutierrez, “Numerical characterization of the structure behavior of the Basilica of Pilar in Zaragoza (Spain), Part 2: Constructive process effects”. Advances in Engineering Software, pp. 315-326, 2008, DOI: 10.1016/j.advengsoft.2007.01.008.
• [8] C. Miedziałowski and D. Siwik, “Static analysis of building structures with regard to their implementation in stages”. Engineering Structures, pp. 249-257, 2015, DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.08.002.
• [9] D. Siwik and C. Miedziałowski, “Analiza statyczna konstrukcji budynków usytuowanych w strefie oddziaływania głębokiego posadowienia”. Inżynieria i Budownictwo, pp. 612-615, 2014.
• [10] C. Miedziałowski and D. Siwik, “The impact of deep foundations of building structures on the neighbouring buildings - a static analysis”. American Journal of Civil Engineering and Architecture, pp. 136-142, 2014, DOI: 10.12691/ajcea-2-4-3.
• [11] N. Losacco, A. Burghignoli, and L. Callisto, “Uncoupled evaluation of the structural damage induced by tunneling”. Geotechnique, pp. 646-656, 2014, DOI: 10.1680/geot.13.P.213.
• [12] D. Boldini, et al., “Finite Element modelling of tunneling-induced displacements on framed structures”. Tunnelling and underground space technology, pp. 222-231, 2018, DOI: 10.1016/j.tust.2018.06.019.
• [13] D. Siwik, “Interakcyjny, sledzący model obliczeniowy budynków głęboko posadowionych wraz z sąsiednią zabudową”. PhD THESIS, Bialystok University of Technology, Poland, 2017.
• [14] C. Miedziałowski, “Dyskretny model złożonych konstrukcji ścianowych budynków uwzględniający współpracę podłoża gruntowego”. Bialystok University of Technology, Poland, 1994.
• [15] C. Miedziałowski, “Three-dimensional modeling of wall structures”. Archives of Civil Engineering XLI, 1995.
• [16] H.S. Kim and D.G. Lee, “Analysis of shear wall with openings using superelements”. Engineering Structures, pp. 981-991, 2003, DOI: 10.1016/S0141-0296(03)00041-5.
• [17] H.S. Kim and D.G. Lee, “Efficient analysis of flat slab structures subjected to lateral loads”. Engineering Structures, pp. 251-263, 2005, DOI: 10.1016/j.engstruct.2004.10.005.
• [18] M. Szczecina and A. Winnicki, “Selected aspects of computer modelling of reinforced concrete structures”. Archives of Civil Engineering 1, pp. 51-64, 2016, DOI: 10.1515/ace-2015-0051.
• [19] A. Titiksh and G. Bhatt, “Optimum positioning of shear walls for minimizing the effects of lateral forces in multistorey-buildings”. Archives of Civil Engineering, vol. 63, no. 1, pp. 151-162, 2017, DOI: 10.1515/ace-2017-0010.
• [20] O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, and J.Z. Zhu, “The finite element method: its basis and fundamentals”. Butterworth-Heinemann, Amsterdam, 2005.
• [21] The Math Works Inc., “Symbolic Math Toolbox User’s Guide”. 2014.
• [22] C.E. Augarde, “Generation of shape functions for straight beam elements”. Computers&Structures, pp. 555-560, 1998, DOI: 10.1016/S0045-7949(98)00071-6.
• [23] A. Cholewicki, “Obliczenia ścian usztywniających”. CPBPBO, Warsaw, 1980.
• [24] C. Miedziałowski, T. Chyży, and J. Krętowska, “The finite element of spatial joint in wall building structures analysis”. Foundations of Civil and Environmental Engineering, no. 6, pp. 117-128, 2005.
• [25] D. Siwik and C. Miedziałowski, “Wznoszenie obiektu budowlanego jako zadanie interakcyjne i śledzące.” Budownictwo i Inżynieria Środowiska, pp. 53-60, 2013.
• [26] A.J.M. Ferreira, “MATLAB Codes for Finite Element Analysis”. Solids and Structures, 2009.