Geotechnika 2010 Konferencia Ráckeve. R. Ray, Scharle P., Szepesházi R. Széchenyi István Egyetem

Átírás

1 Geotechnika 2010 Konferencia Ráckeve Numerikus módszerek alkalmazása a geotechnikai tervezésben R. Ray, Scharle P., Szepesházi R. Széchenyi István Egyetem

2 Danube-European Conference, Bratislava, 2010 Numerical modeling in the geotechnical design practice Invited Lecture R. Ray, Scharle P., Szepesházi R. Széchenyi István Egyetem, Kooperációs Kutató Központ, Gyır Hídalépítmények tervezésének fejlesztése c. alprogram Közremőködık Bak Edina, Koch Edina, Kovács Gábor, Murinkó József, Palotás Bálint, Szepesházi Attila, Szép János, Szilvágyi László és Wolf Ákos Támogatók HBM Kft Gazdasági Minisztérium Geotechnika 2010 Konferencia, Ráckeve 13 oldalas dolgozat a konferencia honlapján (bıséges irodalomjegyzékkel) elıadás ppt a honlapon

3 Geotechnikai méretezési módszerek Egyszerősített kézi számításos módszerek N c <10 Közelítı számítógépes módszerek N c 100 Pontos numerikus számítógépes módszerek 10 3 <N c <10 5

4 Egyszerősített kézi számításos módszerek kis szabadságfok (kevés ismeretlen) - sok feltevés talaj-szerkezet kölcsönhatás közvetett figyelembevétele teherbírási és használhatósági határállapot különített vizsgálata lineáris talajmodellek alkalmazása bonyolult szerkezetek részekre bontása feltételezett elmozduláso, csúszólapok aktív és passzív földnyomások, talpfeszültségek sok lelemény a modellezésben és ügyes fogások számításban tapasztalatok és egyezmények az eredmények realitásáról geotechnikusi megközelítés számítógépes programok alkalmazása idı- és munkamegtakarítás céljából futási idı néhány másodperc

5 Merev alap feltételezett talpfeszültség-eloszlás és eredıje az alapméretezéshez függıleges feszültségek változása a karakterisztikus pont alatt a süllyedésszámításhoz P x q(x) P/2 ~0,3.B 0,37.B σ(z) z

6 Blum-eljárás szádfalméretezésre feltételezett mozgások alapján felvett aktív és passzív földnyomások és kiegészítı megfontolások H A m A = A m / 1,15 t t 0 t σ p σ a C h σ p σ a σ a σ p

7 Rézsőállékonyság vizsgálata blokkos módszerrel feltételezett törési mechanizmus aktív és passzív földnyomásokkal a blokkok között S i K i E P G E a N Q i G E P L Q i ϕ i K Q=(N;S i =N.tgϕ i ) K=c i.l E a

8 4 γ Es ν Layer Designation tõzeg agyag 2 [kn/m³] [MN/m²] [-] GGU-Settle süllyedésszámító program hagyományos kézi számításos modell számítógépes alkalmazása feszültségszámítás Boussinesque nyomán alakváltozások számítás összenyomódási modulussal Layer γ E ν s [kn/m³] [MN/m²] [-] Designation tõzeg agyag Layer γ E s ν [kn/m³] [MN/m²] [-] Designation tõzeg agyag Egy töltés okozta süllyedés számítása a GGU-SETTLE programmal

9 GEO5 szádfaltervezı program hagyományos egyszerősített kézi számításos modell számítógépes alkalmazása földnyomások Rankine szerint felvett földnyomásokkal

10 Közelítı számítógépes módszerek talaj-szerkezet kölcsönhatás modellezése interfész elemekkel szerkezetek (falak, alaplemezek) FEM-modellezése talajviselkedés modellezése Winkler-elv alapján rugóállandó felvétele intuitíve v. geotechnikai számítás alapján lineáris vagy bi-lineáris talajmodellek (határerı beépítése) teherbírási határállapotok közvetett vizsgálata lokális egyezmények a számítások megfelelıségérıl szerkezettervezıi megközelítés lamellás állékonyságvizsgálat (MP, GLE) számítógépes programok célszoftverek futási idı néhány perc

11 AXIS-számítás cölöppel gyámolított alaplemezre ágyazási tényezı a lemez alatti talajra és a cölöpökre lemezszámítás FEM-modellel

12 GEO5 szádfalméretezés Winkler-elven ágyazási tényezık összenyomódási modulusból és határerık aktív és passzív földnyomásokból

13 A rugómodell javítása határerı bevezetésével cölöpalapozás vizsgálatához z H k h (z) D e z (z) H D q h (z) q s (z) q hmax (z) e h (z) k s (z) e z (H) K b (H) q b (H) q smax (z) R bmax (H) R b (H)

14 Rézsőállékonyság vizsgálata lamellás módszerrel ismeretlenek (belsı erık, hatásvonaluk és a biztonság) száma 6N-2 egyenletek (egyensúlyi kijelentések és törési feltételek) száma 4N N lamella

15 Pontos numerikus számítógépes módszerek talaj-szerkezet térbeli és teljes körő kölcsönhatásának modellezése szerkezet és talaj hasonló FEM-modellezése kétdimenziós, tengelyszimmetrikus, háromdimenziós modellek nem-lineáris és idıfüggı anyagmodellek komplex építési és terhelési folyamatok modellezése teherbírási határállapotok vizsgálata információgazdag outputok talajparaméterek elıállításának nehézségei, költségei modellezési fogások futtatási idı kezelése váratlan eredmények értelmezése értelmezés alapja a kinematikai viselkedés megítélése számítógépes programok geotechnikai FEM-programok általános FEM-programok futási idı: néhány óra

16 PLAXIS 2D-program hídfı viselkedésének modellezése teljes építési és terhelési folyamat vizsgálata felkeményedı talajmodell alkalmazása

17 MIDAS GTS 3D modell hídfı vizsgálatára monoton terhelési folyamat lineárisan rugalmas és tökéletesen képlékeny anyagmodell

18 MIDAS GTS 3D program alkalmazása munkagödörre lineárisan rugalmas és tökéletesen képlékeny anyagmodell pozitív sarok vizsgálata

19 MIDAS GTS 3D számítás cölöppel gyámolított alaplemezre lemez-cölöp-talaj komplex kölcsönhatásának vizsgálata lineárisan rugalmas és tökéletesen képlékeny anyagmodell

20 Modellezés lényeges elemei Cégfejlesztés, programválasztás, programbetanulás Szerkezeti, geotechnikai és technológiai információk Idı, költség, szoftver, alkalmazó Talajmodell, talajparaméterek Modellépítés (szabadságfokok, elemháló, interfész stb.) Futtatások Értelmezés Dokumentálás

21 Szabadságfokok elosztása 80% 40% 10% 10% 10% 60% 90%

22 Szimmetria kihasználása

23 2D vagy 3D modell? 2D modell megfelel, ha a modellezett szelvény jellemzıi a lényeges méretek 4-5-szörösével azonos hosszban változatlanok, a cölöpsorok falként, a cölöpcsoportok tömbként, a horgonysorok síkfelületként modellezhetık a globális viselkedés vizsgálatához, 3D modell indokolt a munkagödrök sarkai, a hídfık, a kombinált alapok tervezéséhez, mert gazdaságosabb vagy biztonságosabb tervre és elınyösebb elırejelzésekre vezet.

24 Feltevések, elképzelések tárgya a modellalkotáskor és az eredmények ellenırzésekor a szerkezetek és környezetük elmozdulásai és stabilitásuk a szerkezetrészek merevsége, alakváltozásának nagysága és típusa a szerkezetek és a kölcsönhatásba kerülı talajtartományok a szerkezetek kölcsönhatásai a kapcsolódó talajtartományok révén kölcsönhatások az eltérı kinematikájú részek határfelületén az elıforduló anyagok szilárdsága és alakváltozása a kölcsönhatásba kerülı talajtartományok kiterjedése a mechanikai és hidraulikai modell peremeinek jellege

25 Talajmodellek és -paraméterek megválasztása az elsı tájékozódó számításokat a paraméterek átlagértékével célszerő végezni, s az eredmények értékelése alapján a modellt véglegesíteni, a végleges méretezéshez végzendı számításokhoz az EC 7 DA-2* tervezési módszerét alkalmazva indokolt óvatosabb karakterisztikus értékekkel számolni, célszerő felmérni, milyen hatásokkal jár a fontos paramétereknek az átlag és a karakterisztikus érték közti változása, a megfigyeléses módszer alkalmazásakor az átlagos paraméterekkel végzett számítás alapján kell a monitoring eredményeit értelmezni, s a modellt pontosítani, lineárisan rugalmas és tökéletesen képlékeny anyagmodellel csak a monoton terhelési folyamatok és az általános állékonyság vizsgálhatók a kellı pontossággal, ha tehermentesítés is van, akkor a tehermentesítést és az újraterhelést nagyobb modulussal leíró talajmodelltıl várható reális eredmény, a phi-c redukciós vizsgálathoz kis zónák szilárdságának hamis feljavításával kell elérni, hogy valóban egy globális állékonyságot jellemezzen a kiadódó biztonság.

26 Pontos, nagy szabadságfokú számítógépes modellek alkalmazása tervezésfejlesztési céllal segíthetik megérteni a bonyolult szerkezetek viselkedését, a talaj és a szerkezet kölcsönhatásának rejtett titkait az egyszerőbb modellek kalibrálhatók velük, lényegesnek gondolt kisebb talajtartományok (pl. peremek és érintkezési felületek) szerepe számszerően is megállapítható velük, a térbeli hatások szerepe felmérhetı, a 3D modellezés indokoltsága (a síkbeli helyett) igazolható vagy elvethetı.

27 Munkagödörhatárolás Szimulációs tapasztalatok Nagyobb mélység esetén a FEM-modellek alkalmazandók, hogy a járulékos eredető nagyobb elmozdulások is megjelenjenek. Kis áteresztıképességő talajok esetében a földkiemelés utáni (negatív) konszolidációt is modellezni kell. Kisebb mélyég esetén jók a Winkler-elvre épülı, javított modellek is. Cölöppel gyámolított lemezalap Az AXIS VM geotechnikai alkalmassága javítható a cölöpöket modellezı rugók határerejének bevezetésével. A rugóállandót és a határerıt próbaterhelés vagy az erı-süllyedés görbe becslése alapján lehet felvenni. Az alapozás egészének teherbírási és használhatósági határállapotát egyben lehet vizsgálni és az egyedi cölöpökével nem kell törıdni. A lemezek ágyazási tényezıjét az egyszerő C=p/s=E s /(B F) képlettel lehet számítani.

28 Töltésalapozás Szimulációs tapasztalatok A szemilogaritmikus feszültség-alakváltozás és idı-alakváltozás kapcsolati egyenletek alkalmazandók. A kavicscölöpök és a kıtömzsök fejlettebb modellezése kalibrálható az egyszerő modellekkel, mert ezekhez sok tapasztalat kapcsolódik. A PLAXIS 2D modell használható a georácsos erısítés vizsgálatára, a lépcsıs építés, a túltöltés tervezésére, de a süllyedéseket illetıen jó közelítést adnak a talajjavító oszlopok hatásának kimutatására is. A töltésalapozási megoldások modellezésére a 3D szoftverek lehetnének a legjobbak, de e tekintetben vannak még zavarok. Hídfık vizsgálata Az AXIS program a rugómodell javításával, a PLAXIS 2D modell a technológia szimulálásával és a MIDAS 3D modell a térbeliség figyelembevételével sokkal gazdaságosabb méretezést ígér. Kimutatható, hogy nem a hídfıbeli, hanem az elırézső elıtti közbensı támasz cölöpjei igénybevételei és elmozdulásai nagyobbak.