Стаття PLAXIS – інструмент інженера-геотехніка

інструмент

PLAXIS – інструмент інженера-геотехніка. Приклади розрахунків

Завантажити статтю у форматі PDF - 927 Кбайт

Приклади розрахунків

У статті «PLAXIS — геотехнічні розрахунки» (CADmaster, #1`2002) відображено основні функціональні можливості програми, але не торкалися питання практичного застосування. З огляду на те, що фахівців у галузі геотехнічної інженерії цікавить насамперед практика, розглянемо приклади розрахунків для реальних конструкцій.

Випереджаючи питання про те, як узгоджуються розрахунки в PLAXIS і в СНиП, ми провели порівняльне тестування. Перший із запропонованих нижче прикладів — це один із тестів, який дозволив переконатися, що українські та зарубіжні правила, які використовуються для розрахунків геотехнічних конструкцій, не суперечать одне одному.

Другий і третій приклади відбивають ширший спектр характерних для PLAXIS завдань.

Порівняння результатів розрахунку палі за додатком до СНиП 2.02.03-85 з розрахунком, отриманим за допомогою програми PLAXIS.

Завдання.Потрібно визначити розрахункові значення найбільшого згинального моменту і поздовжньої сили.

Вихідні дані.Паля залізобетонна кругла порожниста із зовнішнім діаметромd= 0,4 і внутрішнімdв= 0,4. Голова палі розташована на висотіlo=2 від поверхні ґрунту. Паля занурена в дрібний пісок на глибинуl= 7. Початковий модуль пружності бетонуEб= 2,9*10 6 тс/м 2 . До голови палі прикладені зовнішні навантаження у вигляді вертикальної силиN, горизонтальної силиHта моментуM, нормативні значення яких відповідно дорівнюють 30 тс, 4 тс і 2 тс В·м.

Значення згинальних моментівMz, розраховані за СНиП, зведені таблицю 1.

Програма PLAXIS підтримує різні моделі,що відтворюють поведінку ґрунту та інших матеріалів. У цьому прикладі використовується пружнопластична модель Мора-Кулона.

Значення зусиль у вузлах палі зведено до таблиці 2.

Взаємодія палі з ґрунтом враховується за допомогою інтерфейсу (контактної зони). Міцні властивості інтерфейсів пов'язані з властивостями міцності грунту через коефіцієнт зниження міцностіRінтер(у нашому випадкуRінтер= 0,65).

Якщо перевести результати розрахунків до однієї системи одиниць вимірів, можна побачити, що чисельні результати (табл. 2) чудово узгоджуються з аналітичним рішенням (табл. 1). Невеликі розбіжності можуть бути пов'язані з описаним вище інтерфейсом, так як у прикладі СНиП використовувався інший метод обліку взаємодії ґрунту та палі.

Завдання.Розрахунок напружено-деформованого стану греблі з екраном, фільтраційний розрахунок, консолідація, розрахунок коефіцієнта надійності. Розрахунок ведеться на миттєве зведення греблі від позначки основи греблі до позначки гребеня.

Вихідні дані. Висота греблі 17 м, ширина греблі по гребеню 27 м, з основи греблі — 142 м, екран греблі представлений супіссю, у тілі греблі передбачена дренажна галерея, натиск з верхнього б'єфу 12 м. На рис. 4 представлена ​​геометрична модель греблі із зображенням ґрунтів.

Генерація тиску шляхом розрахунку потоку ґрунтових вод заснована на розрахунку методом кінцевих елементів з використанням проникності кластерів ґрунту, побудованої сітки та граничних умов, заданих у режимі гідравлічних умов. Згенеровані тиску води можуть використовуватися як вхідні дані для розрахунку деформацій.

Автоматично розраховується сумарна витрата води.

Розрахунок консолідації основи греблі ведеться до досягненнямінімального порового тиску. Обчислення припиняються, коли максимальний абсолютний надлишковий поровий тиск виявляється нижчим за задану величинуP - stop.

У PLAXIS існує й інша опція для розрахунку консолідацію:Консолідація до досягнення граничного часу, що дозволяє закінчити обчислення в момент досягнення заданого часу.

У розв'язуваній задачі представляє інтерес та розрахунок коефіцієнта надійності. Для таких розрахунків у програмі передбачено опцію Зниженняφ, с. При використанні алгоритмуPhi-c reduction(Зниженняφ, с) параметри міцності ґрунту tanφі з послідовно зменшуються доти, доки не відбудеться руйнування. Цей спосіб нагадує метод розрахунку коефіцієнтів надійності, прийнятий під час розрахунків по круглоциліндричних поверхнях.

Отриманий коефіцієнт надійності ∑Msf= 1,63 на низовому схилі узгоджується з коефіцієнтом, розрахованим аналітичним методом.

У деяких випадках для оцінки напружено-деформованого стану недостатньо вирішити плоску задачу. Розглянемо приклад пружнопластичного розрахунку плити для трамвайних колій в об'ємній моделі програми PLAXIS 3D Tunnel. Схема завантаження показано на рис. 10.

Присвоєння властивостей матеріалів проводиться так само, як у програмі PLAXIS (див. рис. 11 та 12).

При генерації 3D-сітки вводяться додаткові плани на заданих відстанях в z-напрямку для подальшої активації елементів і навантажень в процесі розрахунку. На рис. 13 представлена ​​деформована 3D-сітка.

У порівнянні з плоскою моделлю час розрахунку у програмі PLAXIS 3D Tunnel збільшується за рахунок стандартного використання 15-вузлових елементів.

На рис. 14 показані повні (тотальні) напруги в плані С. Добре видноконцентрація напруг під краєм плити - це відповідає випадку, коли жорсткість плити в кілька разів перевищує жорсткість ґрунту.

Оскільки є рівномірне завантаження плит високої жорсткості, картина повних переміщень виглядає правдоподібно. Як бачимо на рис. 15 отримано приблизно однакова осадка плити.

Програма PLAXIS 3D Tunnel надає додаткові можливості для складнішого проектування тунелів з урахуванням особливостей проходки, а також вирішує більшість завдань, що розглядаються в програмі PLAXIS, в об'ємній моделі. У PLAXIS 3D Tunnel існує лише розрахунок пластичного стану - розрахунок пружнопластичних деформацій без урахування ефекту великих деформацій.