Letöltés

Report
Dr. Móczár Balázs
1
1. Kombinált alapozások
 1. Bevezetés
 Nagyméretű létesítmények esetén napjainkban legelterjedtebb a
lemezalapozás alkalmazása, azonban problémát jelenthetnek a
következők:
 Nagy (koncentrál) terhek  nagy süllyedések
 Nagy süllyedéskülönbségek
Szerkezeti elemek károsodása
Használhatósági/funkcionális problémák
Megoldási alternatíva: vasbeton lemez cölöpökkel történő megerősítése
(jellemzően a nagyobb igénybevételek – pillérek, falak – helyén)
2
1. Kombinált alapozások
 Terhelés felvétele  lemez  talpnyomás
 cölöp  köpenymenti ellenáll. (köpenysúrlódás)
 csúcsellenállás
3
1. Kombinált alapozások
Gyámolított lemezalap feladata  OPTIMALIZÁLÁS
Milyen cölöpszám, kiosztás, hossz és lemezvastagság mellett
legalacsonyabb a beruházás költsége?
4
1. Kombinált alapozások
 Előnyök:
 Süllyedések és süllyedéskülönbségek mérséklése a hagyományos
lemezalapokhoz képest;
 Szükséges cölöpszám és hossz csökkentése a hagyományos
cölöpalapozáshoz képest;
 Lemez igénybevételei  lemez vastagság csökkenthető;
Összességében jelentős költségmegtakarítás érhető el!
(Geotermikus cölöpök is beépíthetők  zöldalapozás)
 Hátrányok:
 Szabványokban kevéssé rögzített a méretezés menetével
szembeni kritérium;
 Összetett alapozási rendszer modellezése körülményesebb;
 Cölöp-lemez tehermegoszlás arányának rossz megítélése a
lemezek repedéseit okozza;
5
2. Méretezési alapelvek
 2. Méretezési alapelvek
 2.1 Történelmi áttekintés
 Randolph (1994)  három méretezési filozófia:
 “Hagyományos megközelítés”, amelyben a cölöpöket
csoportként tervezik a terhelés nagyobb részének a hordására
 némi ráhagyást adva a lemezalap „hozzájárulásához”,
elsődlegesen a törőterheléshez.
 “Kúszó cölöpözés”, amelyben a cölöpöket azon az üzemi
terhelésen való működésre tervezik, amelynél jelentős kúszás
kezd bekövetkezni, tipikusan a törőterhelés 70-80%-ánál.
Elegendő mennyiségű cölöpöt alkalmaznak, a lemezalap és a
talaj közötti nettó talpnyomás csökkentésére.
 „Egyenlőtlen süllyedés szabályozás”, amelyben a cölöpök
elsősorban az egyenlőtlen süllyedések csökkentése érdekében
kerülnek elhelyezésre, és nem azért, hogy lényegesen
csökkentenék a teljes szerkezet átlagos süllyedését.
6
2. Méretezési alapelvek
 A kúszó cölöpalapozásnak van egy „szélsőségesebb” változata is:
 a cölöpök teljes teherbírási képességét felhasználják, azaz, vagy
néhány, vagy az összes cölöp, a törőterhelés 100%-án működik.
 Ez alkalmat ad egy olyan eljárás alkalmazására, ahol a cölöpök
elsődlegesen, mint süllyedés-csillapítók használandók, felismerve
azt, hogy a teljes alapozási rendszer teherbírásának a fokozásához
is hozzájárulnak.
7
2. Méretezési alapelvek
 De Sanctis és mások (2001) és Viggiani (2001) két cölöpökkel
alátámasztott vasbeton lemez ún. alaposztályt különböztetett meg:
• “Kis” cölöpökkel alátámasztott lemezek, ahol a cölöpök
alkalmazásának az elsődleges oka a biztonsági tényező fokozása
(ez tipikusan 5-15 m szélességű lemezalapok alkalmazását
jelenti);
• “Nagy” cölöpökkel alátámasztott lemezalapok, amelyeknek a
teherbírása elegendő az alkalmazott teher ésszerű biztonsági
határértéken belüli hordozására, de cölöpök szükségesek a
süllyedések, vagy az egyenlőtlen süllyedések csökkentésére. Ilyen
esetekben a lemezalap szélessége nagy a cölöpök hosszúságához
képest (tipikusan a lemez szélessége nagyobb a cölöpök
hosszúságánál).
 Ez a két kategória tágabb értelemben tükrözi a Randolph által
figyelembe vett hagyományos és kúszó cölöpös filozófiát.
8
2. Méretezési alapelvek
 A méretezési elvek alapján a különböző szerkezetek terhelés süllyedés
összefüggését érdemes elemezni;
Terhelés
‚0’ görbe:
Csak lemez (növekvő süllyedések)
Cölöpök
folyása
Lemez & cölöp
folyása
Nincs
folyás
Tervezési
teher
Megengedhető
süllyedés
‚1’ görbe:
Lemez és cölöp méretezése a
hagyományos biztonság
biztosítására
‚2’ görbe:
Lemez és cölöp méretezése
csökkentett biztonsági tényezőkkel
‚3’ görbe:
Lemez, melyet megtámasztó cölöpök
teherbírása teljesen mobilizálódott
Süllyedés
1. ábra: Különböző szerkezetek viselkedése: Terhelés – süllyedés összefüggés
9
2. Méretezési alapelvek
 Az 1. ábrán láthattuk az első két stratégia szerint tervezett cölöpökkel
gyámolított lemezalapok terhelési – süllyedési viselkedését, melyek
magyarázata:
 Az „0” görbe: csak lemezalap
→ jelentős süllyedés a terhelés tervezési értékén
 Az 1. görbe a hagyományos méretezési
filozófiát jelképezi
 a cölöp-lemezalap rendszer viselkedését a cölöpcsoport viselkedése uralja
 nagyjából lineáris a méretezési
terhelésen.
→ A cölöpök veszik fel a terhelés
legnagyobb részét.
 2. görbe az olyan kúszó cölöpözést jelképezi, ahol a cölöpök
alacsonyabb biztonsági tényező mellett működnek, de mivel kevesebb
cölöp van, a lemezalap több terhet hord, mint az 1. görbe esetében.
10
2. Méretezési alapelvek
 A 3. görbe a cölöpöknek, mint süllyedéscsökkentőknek az alkalmazási stratégiáját, és a cölöpök teljes teherbírásának a
terhelés tervezési értékén történő használatát szemlélteti.
 A terhelés-süllyedés lehet nemlineáris a
terhelés tervezési értékén, de mindamellett a teljes alapozási rendszer megfelelő
biztonsággal rendelkezik, és a süllyedési
kritérium teljesül.
 A 3. görbe által bemutatott tervezés elfogadható, és valószínűleg
jelentősen gazdaságosabb, mint az 1. és a 2. görbe által leírt tervezés.
11
2. Méretezési alapelvek
 2.2. Cölöppel gyámolított lemezek tervezési szempontjai
 Figyelembe veendők a tervezésnél:
1. A törőteherbírás a függőleges, az oldalirányú és a nyomatékterhelésekkel szemben
2. A maximális süllyedés
3. Az egyenlőtlen süllyedés
4. A lemezalap nyomatékai és nyírásai a lemezalap szerkezeti
tervezéséhez
5. Cölöpterhelések a cölöpök szerkezeti tervezéséhez.
 A rendelkezésre álló irodalom nagy részében, a teherbírásra és a
függőleges terhelések alatti süllyedésre fektették a hangsúlyt
 → más problémákat is meg kell vizsgálni
 → bizonyos esetekben, a követelményeket inkább a szél terhelési
hatására létrejövő kiborulási nyomaték vezérli, mintsem a függőleges
és a hasznos terhelések.
12
2. Méretezési alapelvek
 2.3. Mechanikai viselkedés – „idealizált” cölöp terhelés-süllyedése:
A köpenymenti ellenállás mobilizálásához szükséges elmozdulás
(~1-2% d) sokkal kisebb, mint ami a talpellenállás mobilizálásához
szükséges (~10% d)
13
2. Méretezési alapelvek
 2.4. Mechanikai viselkedés – cölöp-lemez „idealizált” terheléssüllyedése diagramja
A teljes cölöpellenállás mobilizálásához szükséges elmozdulás (~10% d)
sokkal kisebb, mint ami a lemez mobilizálásához szükséges (~10% B)
14
2. Méretezési alapelvek

2.5. Gyámolított lemezalap –
talaj-szerkezet kölcsönhatása
1.Cölöp-talaj kölcsönhatás
2.Cölöp-cölöp kölcsönhatás
3.Lemez-talaj kölcsönhatás
4.Lemez-cölöp kölcsönhatás
15
2. Méretezési alapelvek

2.6. Lemez – cölöp kölcsönhatás
A lemez környezetében, annak talpnyomásának hatására a cölöp
köpenymenti ellenállása megnő  hatékonyabb cölöp
16
2. Méretezési alapelvek

2.7. Gyámolított lemezalap – süllyedések komponensei
s1 : a cölöpök „befúródása” a talajba
s1
•
köpenymenti ellenállás mobilizálódása
•
lemez-talpfeszültség mobilizálódása (részben)
s2 : a cölöptalpak alatti talaj összenyomódása
•
cölöp-talpellenállás mobilizálódása
•
csoporthatásból származó talajösszenyomódás
s2
17
3. Az elemzési (számítási) módszerek osztályozása
 Poulos és mások (1997) három „tág” tervezési osztályt hoztak létre:
• Egyszerűsített számítási módszerek
• Közelítő számítógép-alapú módszerek
• Pontosabb számítógép-alapú módszerek.
 Az egyszerűsített módszerek kidolgozói:
• Poulos és Davis (1980), Randolph (1983,1994), van Impe és Clerq
(1995), és Burland (1995).
 → Mindegyik módszerben számos egyszerűsítés található a talajprofil
és a lemezalapon lévő terhelési feltételek modellezésére vonatkozóan.
18
3. Az elemzési (számítási) módszerek osztályozása
 A közelítő számítógép-alapú módszerek között találhatók a következő
tágabb megközelítések:
• A “rugókon elhelyezkedő sávalapok” megközelítés, amelyben a
lemezalapot sávalapok sora képviselik, és a cölöpöket megfelelő
merevségű rugók helyettesítik (pl. Poulos, 1991)
• A “rugókon elhelyezkedő lemez” megközelítést alkalmazó
módszerek, amelyekben a lemezalapot egy lemez jelképezi, és a
cölöpök rugókként vannak jelen (pl. Clancy and Randolph, 1993;
Poulos, 1994; Viggiani, 1998; Anagnastopoulos és Georgiadis,
1998).
19
3. Az elemzési (számítási) módszerek osztályozása
 A pontosabb számítógépes módszerek között szerepelnek:
• Határelem módszerek, amely a rendszerekben a lemezalapot és a
cölöpöket elkülönítették, és a rugalmas alapelvet használják fel
(pl. Butterfield és Banerjee, 1971; Brown és Wiesner, 1975;
Kuwabara, 1989; Sinha, 1997)
• A cölöpök határelem, és a lemezalap véges-elem elemzését
ötvöző módszerek (pl. Hain és Lee, 1978; Ta és Small, 1996;
Franke és mások, 1994; Russo és Viggiani, 1998)
• Egyszerűsített véges-elem elemzések, az alapozási rendszert
rendszerint egy egyszerű síkbeli alakváltozási problémaként
(Desai,1974), vagy egy tengelyszimmetrikus problémaként
(Hooper, 1974) kezelik
• Háromdimenziós véges-elem elemzés (pl. Zhuang és mások,
1991; Lee, 1993; Wang, 1995; Katzenbach és mások, 1998) és
véges differenciaelemzés.
20
4. Egyszerűsített számítási módszerek
4.1 A Poulos-Davis-Randolph (PDR)-féle módszer:
 Egy cölöpökkel alátámasztott vasbeton lemezalap függőleges
törőteherbírásának becsléséhez egyszerű megközelítéseket alkalmazva
a következő két érték közül a kisebbet vehetjük általánosságban:
• A cölöpöket és a lemezalapot tartalmazó blokk teherbírása, plusz
a cölöpök perifériáján kívül eső lemezalap-rész teherbírása (a)
• A lemezalap plusz az összes cölöp teherbírásának az összege (b)
21
4. Egyszerűsített számítási módszerek
22
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 A Poulos és Davis (1980) módszere – kiegészítve Randolph (1994)
elméletével:
 A cölöpökkel gyámolított lemezalap merevsége:
Kpr = (Kp + Kr (1-αcp)) / (1- αcp 2 Kr / Kp)
ahol
(1)
Kpr = a cölöpökkel gyámolított lemezalap merevsége
Kp = a cölöpcsoport merevsége
Kr = kizárólag a lemezalap merevsége
αcp = lemezalap – cölöp kölcsönhatási tényező.
23
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 A Kr lemezalap merevséget a rugalmas elmélettel lehet megbecsülni,
például Fraser és Wardle (1976) vagy Mayne és Poulos (1999)
megoldásait használva.
 A cölöpcsoport merevségét is meg lehet becsülni a rugalmassági
alapelvből kiindulva, a Poulos és Davis (1980), a Fleming és mások
(1992) vagy Poulos (1989) által leírt megközelítésekkel.
 Az utóbbi esetekben, a pusztán magának a cölöpnek a merevségét a
rugalmas teóriából kiindulva számítjuk ki, majd egy csoport-merevségi
tényezővel megszorozzuk, amelyet hozzávetőlegesen a rugalmas
elméletekből kiindulva becslünk.
24
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 A teljes terhelésből a lemezalap által hordott terhelés aránya:
Pr / Pt = Kr (1- αcp) / (Kp + Kr (1- αcp)) = X
ahol
(2)
Pr = a lemezalap által hordozott terhelés
Pt = a teljes terhelés
 A lemezalap – cölöp kölcsönhatási tényezője, αcp ezt követően a
következőképpen becsülhető meg:
αcp = 1 – ln (rc / r0) / ζ
ahol
(3)
rc = a „cölöpfej” átlagos sugara, (amely a cölöpök által
felosztott lemezalap területtel egyenlő területnek felel meg)
r0 = a cölöp sugara
25
4. Egyszerűsített számítási módszerek
2. ábra - Cölöp + lemez „egység” egyszerűsített modellezése
26
4. Egyszerűsített számítási módszerek
ζ = ln (rm / r0 )
rm = {0.25+ξ [2.5 ρ (1-ν) – 0.25]} * L
ξ = Esl / Esb
ρ = Esav / Esl
ν = a talaj Poisson tényezője
L = a cölöp hossza
Esl = a talaj Young-féle (összenyomódási) modulusa a cölöptalpon
Esb = a talaj teherhordó „összletének” a Young-féle modulusa a cölöp
csúcsa alatt
Esav = a talaj átlagos Young-féle modulusa a cölöpköpeny mentén
27
4. Egyszerűsített számítási módszerek
A fenti egyenletek egy három egyenesvonalú terhelés-süllyedés görbe
kifejlesztésére használhatók, a 3. ábra szerint
Teher
Cölöp és lemez
rugalmas állapotban
Cölöpellenállás
teljesen mobilizált
Cölöp és lemez
határteherbírás
Lemez rugalmas áll.
állapotában
süllyedés
3. ábra – Egyszerűsített terhelés-süllyedés diagram
28
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 Először, a cölöppel gyámolított lemezalap merevségét számítjuk ki az
(1) egyenlettel, figyelembe vett cölöpdarabszámnak megfelelően.
Kpr = (Kp + Kr (1-αcp)) / (1- αcp 2 Kr / Kp) (1)
 Ez a merevség addig „dolgozik”, amíg a cölöp teherbírása teljesen nem
mobilizálódik.
 Azt a leegyszerűsített feltételezést alkalmazva, hogy a cölöpterhelés
mobilizálódása egyidejűleg következik be, a teljes alkalmazott
(tervezési) terhelést, P1-et, amelynél a cölöpteherbírást elérjük, a
következő képlet adja meg:
P1 = Pup / (1-X)
Ahol:
(4)
Pup = cölöpcsoport teherbíró képessége
X = a cölöpök által viselt terhelés aránya (2. egyenlet).
Pr / Pt = Kr (1- αcp) / (Kp + Kr (1- αcp)) = X (2)
29
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 „A” pont után → az alapozási rendszer merevsége kizárólag a lemezalap
merevsége (Kr)
• ez addig marad fenn, amíg a cölöpökkel gyámolított lemezalap
rendszer törőteherbírását el nem érjük („B” pont)
• itt már a terhelés-süllyedés egyenes vízszintessé válik.
 A sok cölöppel gyámolított lemezalap terhelés – süllyedés görbéit egy
számítógépes táblázatkezelővel, vagy olyan matematikai programmal,
mint pl. a MATHCAD-del lehet könnyen kiszámítani.
• Ilyen módon, egyszerűen kiszámítható a cölöpök száma és az
alapozás átlagos süllyedése közti viszony.
30
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 4.2 A Burland-féle megközelítés:
 Amikor a cölöpöket úgy méretezzük, hogy süllyedés csökkentőként
működjenek, és hogy a teljes teherbírásukat a tervezési terhelésnél
adják le, Burland (1995) a következő egyszerűsített tervezési
módszert fejlesztette ki:
• Becsüljük meg a cölöpök nélküli lemezalap tekintetében a teljes
hosszú távú terhelés-süllyedés összefüggést (ld. a 4. ábrát). A P0
tervezési teher az S0 teljes süllyedést adja.
• Határozzunk meg egy elfogadható maximális (megengedhető)
süllyedést, Sa, amelynek biztonsági tartalékot kellene
tartalmaznia.
• P1 a lemezalap által hordott, az Sa-nek megfelelő terhelés
31
4. Egyszerűsített számítási módszerek
4. ábra – A Burland-féle egyszerűsített megközelítés
32
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 Azt feltételezzük, hogy a P1 –nél nagyobb terhelést a süllyedéscsökkentő cölöpök hordják.
→ Ezeknek a cölöpöknek a köpenymenti ellenállása teljes
mértékben mobilizálódni fog → nem alkalmazunk semmilyen
biztonsági tényezőt.
 Burland azt javasolja, hogy egy kb. 0.9-es “mobilizálódási tényezőt”
alkalmazzunk a teljes köpenymenti ellenállás (Psu) „legjobb konzervatív
becslésére”
 Ha a cölöpök olyan oszlopok alatt helyezkednek el, amelyek a Psu-n
felüli terhet hordanak, a cölöpökkel gyámolított lemezalapot olyan
lemezalapként értelmezhetjük, amelyen csökkentett oszlopterhelések
hatnak. Ilyen oszlopokon a csökkentett terhelés Qr a következő:
Qr = Q – 0.9 Psu
(5)
 A lemezalapban a hajlító nyomatékokat úgy kapjuk meg, ha a a
cölöpökkel gyámolított lemezalapot a csökkentett Qr terhelésnek
„kitett” lemezalapként méretezzük.
33
4. Egyszerűsített számítási módszerek
 A cölöpökkel gyámolított lemezalap süllyedés-becslési módszerét nem
fejtette ki kifejezetten Burland, de ésszerűnek tűnhet, ha Randolph
(1994) megközelítését alkalmazzuk, ahol:
Spr = Sr *Kr / Kpr
Ahol
(6)
Spr = a cölöpökkel gyámolított lemezalap süllyedése
Sr = a cölöpök nélküli lemezalap süllyedése a teljes tervezési
terhelésből
Kr = a lemezalap merevsége
Kpr = a cölöpökkel gyámolított lemezalap merevsége.
 Az 1. egyenletet felhasználhatjuk a Kpr megbecsülésére
34
5. Közelítő számítógépes módszerek
 5.1 A rugókon „elhelyezkedő”
sávalapok megközelítés:
 Poulos (1991) szerint:
 A lemezalap egy szeletét egy
szalagalap jelképezi, és az
alátámasztó cölöpöket rugók
reprezentálják.
35
5. Közelítő számítógépes módszerek
 Az egyes „szalagalapok” a rugalmas féltér minden pontjában
süllyedést okoznak  nemcsak a ráeső teher hatására süllyed,
hanem hatással van rá a többi elem is → minden egyes pont
süllyedése függ az összes résztalpfeszültségtől.
 A cölöpök rugókkal nagyobb merevséget „képviselnek”  ez
csökkenti az adott elem kihatását a többi elemre.
 Numerikusan elvégzendő műveletek száma igen tekintélyes 
számítógép
36
5. Közelítő számítógépes módszerek
 5.2 A rugókon „elhelyezkedő” lemez megközelítés:
• A lemezalapot egy rugalmas lemezzel,
• A talajt egy rugalmas féltérrel,
• A cölöpöket rugókkal modellezzük.
 Meghatározzuk a cölöpök nélküli lemez süllyedését és ágyazási
együtthatóját  ez kerül a teljes lemez alá
 Külön meghatározzuk az egyedi cölöpök törőterhét  azt osztjuk d/10el (teljes mobilzálódás)  így megkapjuk a cölöpök helyén a
rugóállandót
 Ez a módszer könnyen alkalmazható statikai programoknál (pl. AXIS)
 Hiányosság: a cölöpcsoport hatását nem veszi figyelembe
37
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 1
 Példa 1: Poulos 1997-ben publikált tanulmánya
38
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 1
 A 9 cölöpös változat megoldása különböző programokkal
PDR – közelítő eljárás – Poulos-Davis-Randolph
GASP/GARP – rugalmasan ágyazott gerenda/lemez alapú szoftver
FLAC 2-D és 3-D – véges differenciák módszerét alkalmazó szoftver
39
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 1
 Poulos összehasonlítása a PDR és GARP módszerekre:
40
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 1
 PDR módszer, cölöpszám – teherbírás ill. cölöpszám – köz. sülly.
összefüggése
Ideális cölöpszám ~15, mert azt követően a süllyedések már
‚érdemben’ nem változnak
41
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 1
 Cölöphossz hatása 0,5 m vastag és 9 cölöppel gyámolított 12 MN
terhelésű lemezalap esetén
42
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 1
 Lemezvastagság hatása 9 db 10 m hosszú cölöp és 12 MN teher
esetében
43
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 1
 Kölcsönhatás diagram: az s/ssf relatív süllyedéskülönbség az L/d
relatív cölöphossz és az n cölöpszám függvényében
44
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Példa 2: Palotás Bálint diplomadolgozata, AXIS végeselemes
számítás
 Adatok:
 20×20 m alaplemez
 30 cm vastag
 C25 beton
 9×4, 600-as cölöp
 12 m hossz
 Lemez mentén körben 8 m mély, 40 cm széles résfal
45
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Talajparaméterek:
 Homok:
 Φ = 28°
 c = 0 kPa
 γ = 19 kN/m3
 Es = 19 MN/m2
 Kavicsos homok:
 Φ = 34°
 c = 0 kPa
 γ = 20 kN/m3
 Es = 28 MN/m2
 Homok:
 Φ = 32°
 c = 0 kPa
 γ = 20 kN/m3
 Es = 15 MN/m2
46
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Terhelések:
 Konc. terhek a cölöpcsoportok közepén : 9 × 6 000 kN = 54 MN;
 Lemez széle mentén, a résfalra ható vonalas falteher: 80 m × 400
kN/m = 32 000 kN;
 Lemez önsúlya (30 cm vastag lemezzel számolva): 7,2 kN/m2;
 Felületi lemezteher: 3 kN/m2.
 A feladat megoldása az ágyazási tényezők számításával kezdődik!
(Az AXIS programban a talaj-szerkezet kapcsolat az ágyazási tényezők,
vagyis „rugóállandók” segítségével biztosítható és modellezhető.)
47
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2

48
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Lemez és cölöp terhének a résfal által gátolt szétterjedésének
elhanyagolása mellett végzett számítás:
Lemez függőleges süllyedései
49
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Lemez és cölöp terhének a résfal által gátolt szétterjedésének
elhanyagolása mellett végzett számítás:
Középső metszetben ébredő nyomatékok
50
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Paraméter vizsgálatok (terhelés hatása):
51
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Paraméter vizsgálatok (terhelés hatása):
52
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Paraméter vizsgálatok (terhelés hatása):
53
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Középső metszetben a maximális nyomatékok összehasonlítása 1
méter vastagságú, önmagában működő lemezalap, vagy a
mintapéldában ábrázolt gyámolított lemezalap esetében
Gyámolított lemezalap
1 méter vastag lemez
54
6. Közelítő számítógépes módszerek – Példa 2
 Középső metszetben a maximális nyomatékok összehasonlítása 1
méter vastagságú, önmagában működő lemezalap, vagy a
mintapéldában ábrázolt gyámolított lemezalap esetében
Gyámolított lemezalap
1 méter vastag lemez
55
7. Pontosabb számítógépes módszerek
 Pontosabb módszereknek tekinthetjük azokat a számítógépes
szoftvereket, melyek rendszerint:
 Végeselemes vagy véges differenciák módszerén alapuló eljárások
 Geotechnikai problémákra specifikáltak
Talajokat megfelelően leíró anyagmodellek beépítése lehetséges
 Talaj-szerkezet kölcsönhatásának figyelembevételére alkalmasak
 Geometriai egyszerűsítések nem szükségesek
(FLAC, MIDAS GTS, PLAXIS 3D)
 Példa 1: cél a különböző szoftverek összehasonlítása; (Bak Edina)
 Példa 2: cél az 1D és a 3D modellezés összehasonlítása, példa
illusztrálása 3D esetre (Mahler András)
56
L
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1
P2
P1
s= 2 m
P1
2
2
2
t
A
P1
d= 0.5
P2
P1
A
H = 20 m
P2
P1
A
s= 2 m
2
2
P2
2
2
A
P1
1
m
2
A
P1
L
1m
A
2
P1
2
2
1
1
2
A vizsgált modell geometriai kialakítása
A
P1
1
m
1m
A
P2
P1
rugalmassági modulus
APoisson tényező
A
P2
P1
P1
Atelített térfogatsúly
A
P2
P1
kohézió
2
2
2
2
belső súrlódási szög
2
n
P1
száraz térfogatsúly
E
1
kN/m
2
-
talaj
lemez
20000
20000000
0,3
0,18
g2d
kN/m
3
20
24
gt
kN/m3
20
-
c
kN/m
2
75
j
°
1
0
A szerkezetek fizikai jellemzői
57
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1

AXIS VM modell

Ágyazási tényező meghatározása

Csomóponti támaszok definiálása
 Rugóállandó
 Határerő
0
200
erő F (kN)
400
600
800
1000
1200
1400
0
2
süllyedés s (cm)
4
6
8
10
Talpellenállás
Palástellenállás
Teljes cölöpellenállás
AXIS-modell
12
58
1600
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1

MIDAS GTS modell
A cölöpök és a talaj közötti kapcsolat paraméterei a MIDAS GTS programban
ultimate shear force
nyírási ellenállás határértéke folyóméterenként
shear stiffness modulus
fajlagos nyírási ellenállás mobilizálódásását kifejező modulus
kN/m2/m 1E+06
normal stiffness modulus
az interfész elem összenyomhatóságát kifejező modulus
kN/m2/m 1E+08
tip bearing capacity
a talpellenállás határértéke
tip spring stiffness
a talpellenállás rugóállandója
kN/m
80
kN
700
kN/m
1E+06
59
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1

PLAXIS 3D Foundation modell
60
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1

Modell adatok
61
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1

Eredmények:
62
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1
Eredmények összehasonlítása:
erő (MN)
0
5
10
15
20
25
0
1
lemezközép süllyedése (cm)

2
3
4
5
6
7
8
9
10
1. modell AXIS C=3750 kN/m3
2. modell AXIS C=3000-6000 kN/m3
3. modell AXIS C=2500 kN/m3
4. modell AXIS C=5000 kN/m3
1. modell MIDAS E=20000 kN/m2
1. modell PLAXIS E=20000 kN/m2
11
1. modell: N=9 db; D=50 cm; l=10 m; v= 50 cm
63
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1
Eredmények összehasonlítása:
erő (MN)
0
5
10
15
20
25
0
1
lemezközép süllyedése (cm)

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1. modell AXIS N=9 db
1. modell MIDAS N=9 db
1. modell PLAXIS N=9 db
7. modell AXIS N=3 db
7. modell MIDAS N=3 db
7. modell PLAXIS N=3 db
8. modell AXIS N=15 db
8. modell MIDAS N=15 db
8. modell PLAXIS N=15 db
N=változó; D=50 cm; l=10 m; v= 50 cm
64
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1
Eredmények összehasonlítása:
erő (MN)
0
5
10
15
20
25
0
1
lemezközép süllyedése (cm)

2
3
4
5
6
7
8
1. modell AXIS l=10 m
1. modell MIDAS l=10 m
1. modell PLAXIS l=10 m
5. modell AXIS l=7,5 m
5. modell MIDAS l=7,5 m
5. modell PLAXIS l=7,5 m
6. modell AXIS l=12,5 m
6. modell MIDAS l=12,5 m
6. modell PLAXIS l=12,5 m
9
N=9 db; D=50 cm; l=változó; v= 50 cm
65
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1
Eredmények összehasonlítása:
erő (MN)
0
5
10
15
20
25
0
1
lemezközép süllyedése (cm)

2
3
4
5
6
7
8
9
1. modell AXIS v=50 cm
1. modell MIDAS v=50 cm
1. modell PLAXIS v=50 cm
9. modell AXIS v=30 cm
9. modell MIDAS v=30 cm
9. modell PLAXIS v=30 cm
10. modell AXIS v=70 cm
10. modell MIDAS v=70 cm
10. modell PAXIS v=70 cm
N=9 db; D=50 cm; l=10 m; v= változó
66
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 1




Különböző szoftverek összehasonlítása:
Az AXIS-futtatások tanulságai:
 a cölöpök a maximális süllyedéseket csökkentik
 a cölöpök a lemezközép nyomatékait csökkentik
 a középső cölöpök elérik a határerejüket
 a szélső cölöpök kihasználtsága kisebb
A MIDAS-PLAXIS futtatások tanulságai:
 a cölöpök a maximális süllyedéseket csökkentik
 a középső cölöpre jutó erők kisebbek
Eredmények összehasonlítása:
 alkalmazott számítások mellett az egyezése jó
 kisebb különbségek esetén a MIDAS-futtatás jobb
 különbség a nagyszámú cölöp és vékony lemez esetén van
67
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

3D elemekkel egyedi cölöp végeselemes modellezés modellezése
68
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

3D elemekkel egyedi cölöp végeselemes modellezése
Köpenymenti ellenállás:
k = xtgδ + a
ahol,
x:
a cölöpköpenyre ható átl. vízszintes
feszültség
δ:
a:
a cölöp-talaj felület súrlódási szöge
az adhézió (cölöp-talaj közti tapadás)
A paraméterek 2D-s „interface” elem
segítségével adhatóak meg.
Előny:
• a vízszintes feszültségváltozás hatása
jól figyelembe vehető
Hátrány:
• eredmények feldolgozhatósága
(igénybevételek)
• nagyobb mélységben az átboltozódás
hatása (max. köpenysúrlódás) nem
vehető figyelembe
• nagy cölöpszám esetén nagy modell és
számítási idő
Talpellenállás:
A merevségi és elmozdulási értékekből
számítható.
69
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

1D elemekkel egyedi cölöp végeselemes modellezés modellezése
70
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

1D elemekkel egyedi cölöp végeselemes modellezése
Köpenymenti ellenállás:
Előny:
• eredmények feldolgozhatósága
A mobilizálódó köpenymenti ellenállást a (igénybevételek)
cölöpköpeny és talaj közti elmozdulás • nagyobb mélységben az átboltozódás
különbség függvényében leíró „t-z”
hatása (max. köpenysúrlódás)
görbe segítségével adható meg.
figyelembe vehető („manuálisan”)
• kisebb modell, nagyobb cölöpszám
esetén is alkalmazható.
Talpellenállás:
A mobilizálódó talpellenállást a cölöptalp Hátrány:
és talaj közti elmozdulás különbség
• a vízszintes feszültségváltozás hatása
(„cölöptalp benyomódása”)
csak „manuálisan” vehető figyelembe
függvényében leíró „q-z” görbe
segítségével adható meg.
71
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

MIDAS GTS 3D modellezés – gyámolított lemezalap példa számítás
72
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

MIDAS GTS 3D modellezés – gyámolított lemezalap példa számítás
Lemezméret: 48 x 48 m
Betonminőség: C30
Teher: 150 kPa
Altalaj:
Homogén kövér agyag:
j = 10˚
c = 100 kPa
E = 15 Mpa
k = 50 kPa
cs = 1500 kPa
73
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

MIDAS GTS 3D modellezés – gyámolított lemezalap példa számítás
Cölöpszám: 225
Tengelytáv.: 3D
Átmérő: 1,0 m
Cölöphossz: 15 m
Lemezvastagság: 1,5 m
Max. süllyedés: 15,7 cm
Átlagos sülly.: ~12cm
Süllyedéskülönbség:
7,6 cm
Max. nyomaték: 1575 kN
74
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

MIDAS GTS 3D modellezés – gyámolított lemezalap példa számítás
Cölöpszám: 64
Tengelytáv.: 6D
Átmérő: 1,0 m
Cölöphossz: 15 m
Lemezvastagság: 1,5 m
Max. süllyedés: 17,8 cm
Átlagos sülly.: ~12,5 cm
Süllyedéskülönbség:
9,8 cm
Max. nyomaték: 1906 kN
75
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

MIDAS GTS 3D modellezés – gyámolított lemezalap példa számítás
225 cölöp („3D”)
s ≈ 2 cm + 10 cm
64 cölöp („6D”)
s ≈ 5,5 cm + 7 cm
76
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

Lemezvastagság hatása:
Lemezvastagság: v [m]
0,80
1,50
2,50
Legkisebb süllyedés: smin [cm]
6,5
8,0
9,1
Legnagyobb süllyedés: smax [cm]
19
17,8
15,5
Átlagos süllyedés sátl [cm]
12,5
12,5
12,5
Süllyedéskülönbség: Δs [cm]
12,5
9,8
6,4
77
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

Merevség modellezése
78
8. Pontosabb számítógépes módszerek – Példa 2

Süllyedések csökkentése
79

similar documents