Статия PLAXIS - Инструмент за геотехнически инженер
PLAXIS е инструмент за геотехнически инженери. Примери за изчисление
Изтеглете статията в PDF формат - 927 KB
Примери за изчисление
Статията "PLAXIS - геотехнически изчисления" (CADmaster, #1`2002) отразява основната функционалност на програмата, но не засяга въпросите на практическото приложение. Като се има предвид, че специалистите в областта на геотехническото инженерство се интересуват предимно от практиката, ще разгледаме примери за изчисления за реални конструкции.
Предвиждайки въпроса как се съгласуват изчисленията в PLAXIS и SNiP, проведохме сравнителен тест. Първият пример по-долу е един от тестовете, които позволиха да се уверим, че българските и чуждестранните правила, които се използват за изчисляване на геотехнически конструкции, не си противоречат.
Вторият и третият пример отразяват по-широк набор от задачи, специфични за PLAXIS.
Сравнение на резултатите от изчисляването на купчина съгласно приложението към SNiP 2.02.03-85 с изчислението, получено с помощта на програмата PLAXIS.
Проблем.Необходимо е да се определят проектните стойности на най-големия момент на огъване и надлъжна сила.
Изходни данни.Стоманобетонен кръгъл кух пилот с външен диаметърd= 0,4 и вътрешен диаметърdв= 0,4. Главата на пилота е разположена на височинаlo=2 от земната повърхност. Купчината е потопена във фин пясък на дълбочинаl= 7. Първоначалният модул на еластичност на бетонаEb= 2,9*10 6 tf/m 2 . Към главата на пилота се прилагат външни натоварвания под формата на вертикална силаN, хоризонтална силаHи моментM, стандартните стойности на които са съответно 30 tf, 4 tf и 2 tf m.
Стойностите на огъващите моментиMz, изчислени съгласно SNiP, са обобщени в таблица 1.
Програмата PLAXIS поддържа различни модели,възпроизвеждане на поведението на почвата и други материали. В този пример е използван еластично-пластичният модел на Мор-Кулон.
Стойностите на силите в пилотните възли са обобщени в таблица 2.
Взаимодействието на купчината с почвата се взема предвид с помощта на интерфейса (контактна зона). Якостните свойства на интерфейсите са свързани с якостните свойства на почвата чрез коефициента на намаляване на якосттаRinter(в нашия случайRinter= 0,65).
Ако преведем резултатите от изчисленията в една система от мерни единици, можем да видим, че числените резултати (Таблица 2) са в отлично съответствие с аналитичното решение (Таблица 1). Малки несъответствия могат да бъдат свързани с интерфейса, описан по-горе, тъй като в примера на SNiP е използван различен метод за отчитане на взаимодействието на почвата и купчината.
Задача.Изчисляване на напрегнато-деформираното състояние на язовир с екран, изчисляване на просмукване, консолидация, изчисляване на коефициента на надеждност. Изчислението се извършва за незабавно изграждане на язовира от марката на основата на язовира до марката на билото.
Изходни данни. Височината на язовира е 17 m, широчината на язовира по билото е 27 m, по основата на язовира е 142 m, екранът на язовира е представен от пясъчна глинеста почва, в тялото на язовира е предвидена дренажна галерия, напорът от горната вода е 12 m. 4 показва геометричен модел на язовира с изображение на почви.
Генерирането на налягане чрез изчисляване на потока на подпочвените води се основава на анализ на крайните елементи, като се използва пропускливост на почвени клъстери, мрежа и гранични условия, зададени в режим на хидравлични условия. Генерираните водни налягания могат да се използват като входни данни за изчисления на деформацията.
Общата консумация на вода се изчислява автоматично.
Изчисляването на консолидацията на основата на язовира се извършва до достиганеминимално налягане на порите. Изчисленията спират, когато максималното абсолютно свръхналягане на порите е под зададената стойностP - стоп.
PLAXIS има друга опция за изчисляване за консолидация:Консолидиране преди достигане на времевия лимит, което позволява изчислението да приключи, когато се достигне определеното време.
В решаваната задача представлява интерес и изчисляването на коефициента на надеждност. За такива изчисления програмата предоставя опцията Decreaseφ, s. Когато се използва алгоритъмът заPhi-c намаляване(Намаляванеφ, c), параметрите на якост на почвата tanφи c последователно се намаляват, докато настъпи повреда. Този метод напомня метода за изчисляване на коефициентите на надеждност, приет при изчисленията за кръгли цилиндрични повърхности.
Полученият коефициент на надеждност ∑Msf= 1,63 по наклона надолу по течението е в съответствие с коефициента, изчислен чрез аналитичния метод.
В някои случаи, за да се оцени състоянието на напрежение и деформация, не е достатъчно да се реши равнинна задача. Помислете за пример за еластично-пластично изчисление на плоча за трамвайни релси в триизмерен модел на програмата PLAXIS 3D Tunnel. Схемата на зареждане е показана на фиг. 10.
Свойствата на материала се задават по същия начин както в програмата PLAXIS (виж Фиг. 11 и 12).
При генериране на 3D мрежа се въвеждат допълнителни планове на определени разстояния по z-посока - за последващо активиране на елементи и товари в процеса на изчисление. На фиг. 13 показва деформирана 3D мрежа.
В сравнение с плосък модел, времето за изчисление в програмата PLAXIS 3D Tunnel се увеличава поради използването на 15-възлови елементи по подразбиране.
На фиг. 14 показва общите (общите) напрежения в план С. Вижда се ясноконцентрация на напрежение под ръба на плочата - това съответства на случая, когато твърдостта на плочата е няколко пъти по-голяма от твърдостта на почвата.
Тъй като има равномерно натоварване на плочата с висока коравина, картината на пълните премествания изглежда правдоподобна. Както се вижда на фиг. 15 се получава приблизително същото улягане на плочата.
Програмата PLAXIS 3D Tunnel предоставя допълнителни възможности за по-сложен дизайн на тунели, като се вземат предвид характеристиките на тунелирането, а също така решава повечето от проблемите, разглеждани в програмата PLAXIS в триизмерен модел. В PLAXIS 3D Tunnel има само изчисляване на пластичното състояние - изчисляване на еластично-пластични деформации без отчитане на ефекта от големи деформации.