Ученые из Московского физико-технического института разработали новый вычислительный метод и программное обеспечение, которые способны с большой степенью достоверности имитировать сейсмические нагрузки на высотные строения, установленные на свайных основаниях в суровом климате Крайнего Севера, сообщает ТАСС Наука. 

“Наш метод позволяет создавать цифровые двойники зданий на сваях. Мы можем “проиграть” различные сценарии сейсмического воздействия, меняя десятки параметров, и увидеть, где возникнут слабые места, как будут распространяться трещины. Это дает проектировщикам мощный инструмент для оптимизации конструкций еще на этапе их разработки, а не после того, как здание уже построено”, — прокомментировала Алена Фаворская, профессор МФТИ.

 

 По словам ученых МФТИ, строительство на территории российского Крайнего Севера осложняется тем, что на большей части его регионов на данный момент активно дестабилизруется вечная мерзлота, а также для них характерна ненулевая угроза сейсмической активности. Это требует особого подхода к возведению зданий и использования особых конструкций для возведения построек, в том числе свайных фундаментов.

Эксперты отмечают, что существующие способы моделирования подобных сооружений либо излишне упрощают картину, либо требуют огромных вычислительных мощностей, что ограничивает их практическое использование.

Чтобы решить эту проблему, российские ученые использовали метод конечных разностей, который хорошо зарекомендовал себя при решении задач динамики сплошных сред. Также они применили ряд методов, которые позволили упростить расчёты в случаях, когда геометрия “цифрового двойника” сооружения относительно проста.

Последующие вычисления с использованием этой методики позволили исследователям более точно определить, как различные виды сейсмических колебаний, деформации грунта и особенности конструкции здания влияют на максимальные напряжения, возникающие в сваях и влияющие на их надёжность. В частности, ученые выяснили, что короткие сваи длиной 6 м, которые используются при строительстве невысоких зданий, требуют гораздо более высокого запаса прочности по сравнению с длинными сваями длиной 15 м.

“Точное моделирование сейсмостойкости помогает не только повысить безопасность людей, но и снизить экономические риски, связанные с возможным разрушением инфраструктуры. Наше программное обеспечение позволяет дополнить, а в некоторых случаях и заменить дорогостоящие натурные испытания на вибростендах. Это особенно важно при необходимости детально варьировать такую сложную характеристику, как форма просадки грунта между сваями, что практически невозможно воспроизвести на стенде с высокой точностью”, — подвел итог Игорь Петров, профессор МФТИ.

Изображение: Freepik