Analiza przypadku cz. 1 – Siły wewnętrzne

  • 0
  •  0

Dzisiejszy wpis rozpoczyna serię artykułów na temat uproszczonej analizy rzeczywistego problemu geotechnicznego, który będzie polegać na wykonaniu obliczeń MES (Metoda Elementów Skończonych) w celu wyznaczenia sił wewnętrznych w konstrukcji oraz na wymiarowaniu ścianki szczelnej, kleszcza stalowego, mikropala kotwiącego i pali CFA. Niniejszy wpis poświęcony będzie analizie MES.

Podczas wymiarowania elementów konstrukcji wykorzystane zostaną następujące programy i podejścia obliczeniowe:

  • Nośność na zginanie i ściskanie ścianki szczelnej na podstawie PN-EN 1993-5
  • Nośność pionowa ścianki szczelnej na podstawie metody francuskiego Centralnego Laboratorium Dróg i Mostów z wykorzystaniem programu Ścianka szczelna CPT
  • Nośność kleszcze stalowego z wykorzystaniem programu Nośność kleszcza stalowego
  • Nośność pionowa pali CFA na postawie polskiej normy palowej oraz niemieckich zaleceń EAP z wykorzystaniem programów Nośność pali PN i EC7Nośność pali CPT
  • Zbrojenie pali na podstawie Eurokodu 2 z wykorzystaniem programu Zbrojenie przekroju

Opisywany przypadek dotyczy:

  1. pogrążenia ścianki szczelnej do rzędnej -15,00 m.n.p.m.
  2. wykonanie mikropali kotwiących, głowica mikropala na rzędnej +0,5 m.n.p.m.
  3. Rozstaw mikropali r=2,8m
  4. wykonania wykopu do rzędnej -5,50 m.n.p.m.
  5. obniżenia zwierciadła wody gruntowej w wykopie do rzędnej -5,50 m.n.p.m.
  6. wykonania na naziomie placu składowego, drogi dojazdowej oraz hali magazynowej na elementy ciężkie
  7. Schemat statyczny ścianki jako utwierdzona w gruncie

Grunty oraz ich parametry wykorzystane w obliczeniach (parametry gruntowe zostały wymyślone na potrzeby tego przykładu. Zastosowano efektywne parametry gruntowe – zakładamy długotrwały, powolny przyrost obciążeń oraz uśrednione wartości sondowania CPT qc i cu):

  1. Zasyp – piasek średni

    • Ciężar objętościowy ɣ=19kN/m3
    • Moduł sprężystości E=45MPa
    • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=32°
    • qc=5MPa
  2. Ia – Namuł

    • Ciężar objętościowy ɣ=17kN/m3
    • Moduł sprężystości E=0,5MPa
    • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=17°
    • Spójność c=5kPa
    • cu=42kPa
    • qc=0,2MPa
  3. Ib – Namuł

    • Ciężar objętościowy ɣ=17,5kN/m3
    • Moduł sprężystości E=1,5MPa
    • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=20°
    • Spójność c=8kPa
    • cu=71kPa
    • qc=0,5MPa
  4. IIa – Piasek drobny

    • Ciężar objętościowy ɣ=20kN/m3
    • Moduł sprężystości E=50MPa
    • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=33°
    • qc=10MPa
  5. IIb – Piasek średni

    • Ciężar objętościowy ɣ=20kN/m3
    • Moduł sprężystości E=60MPa
    • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=34°
    • qc=17MPa
  6. IIc – Piasek średni

    • Ciężar objętościowy ɣ=21kN/m3
    • Moduł sprężystości E=85MPa
    • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=35°
    • qc=31MPa
  7. IIIa – Glina

    • Ciężar objętościowy ɣ=20kN/m3
    • Moduł sprężystości E=19,70MPa
    • Kąt tarcia wewnętrznego ϕ=24°
    • Spójność c=20kPa
    • cu=285kPa
    • qc=1,2MPa

Profile geotechniczne, na podstawie których wykonano obliczenia

Tabela 1 Profil geotechniczny dla Schematu obliczeniowego 1
Nazwa Rzędna
[m.p.p.t]
y
[kN/m3]
E
[MPa]
ϕ
[°]
c
[kPa]
cu
[kPa]
qc
[MPa]
Id/IL
[-]
Zasyp 2 19 45 32 5 0,41
Ia 3,5 17 0,5 17 5 42 0,2 0,75
IIa 4,3 20 50 33 10 0,55
Ia 7,5 17 0,5 17 5 42 0,2 0,75
IIa 9,3 20 50 33 10 0,55
Ia 10 17 0,5 17 5 42 0,2 0,75
IIa 11,5 20 50 33 10 0,55
Ib 13,1 17,5 1,5 20 8 71 0,5 0,70
IIb 15 20 60 34 17 0,67
IIc 22 21 85 35 31 0,88
Tabela 2 Profil geotechniczny dla Schematy obliczeniowego 2
Nazwa Rzędna
[m.p.p.t]
y
[kN/m3]
E
[MPa]
ϕ
[°]
c
[kPa]
cu
[kPa]
qc
[MPa]
Id/IL
[-]
Zasyp 1,5 19 45 32 5 0,41
Ia 3,2 17 0,5 17 5 42 0,2 0,75
Ib 3,8 17,5 1,5 20 8 71 0,5 0,70
Ia 5,3 17 0,5 17 5 42 0,2 0,75
Ib 6,3 17,5 1,5 20 8 71 0,5 0,70
Ia 7,5 17 0,5 17 5 42 0,2 0,75
IIa 9,3 20 50 33 10 0,55
IIIa 11,5 20 19,7 24 20 285 1,2 0,15
IIc 13,1 21 85 35 31 0,88
IIb 15 20 60 34 17 0,67
IIc 22 21 85 35 31 0,88

Przyjęto następujące charakterystyczne obciążenia oddziaływujące na konstrukcję:

  • Droga dojazdowa oraz plac manewrowy – 20kPa
  • Obciążenie użytkowe w pasie bezpieczeństwa przy ściance szczelnej – 10kPa
  • Place składowe – 50kPa
  • Obciążenie hali magazynowej od składowanego materiału – 100kPa

Wszystkie z podanych obciążeń są traktowane jako obciążenia zmienne ze współczynnikiem ɣq = 1,5 oraz współczynnikami jednoczesności obciążeń Ψ1=0,9 i Ψ2=0,8. Ze względu na specyfikę oprogramowania MES do obliczeń geotechnicznych ciężar własny konstrukcji przyjęty został ze współczynnikiem ɣg = 1.

W celu przeprowadzenia prostej analizy porównawczej obliczenia wykonano dla dwóch schematów obciążeń. Schemat 1 zakłada wykonanie drogi dojazdowej oraz placu manewrowego na szerokości 20m za ścianką, następnie posadowienie hali magazynowej o szerokości 10m oraz zaplanowanie placów składowych za halą. Schemat 2 zakłada pas bezpieczeństwa szerokości 2,5m za ścianką szczelną, następnie wykonanie placów składowych szerokości 12,5m, hali magazynowej o szerokości 10m oraz drogi dojazdowej wraz z placem manewrowym.

Ze względu na różnice w profilach geotechnicznych dla obu przypadków zaproponowano drobne zmiany w konstrukcji. W Schemacie 1 mikropal kotwiący jest w nachyleniu 35° w stosunku do 40° w Schemacie 2 i pale CFA mają długość 14m w Schemacie 1 oraz 12m w Schemacie 2. W obu przypadkach zastosowano ściankę szczelną AZ 24-700.

Dla opisanych powyżej założeń i danych otrzymano następujące wyniki.

Rys.1 Wykres momentów zginających dla Schematu 1

Rys.2 Wykres momentów zginających dla Schematu 2

Rys.3 Wykres sił ściskających dla Schematu 1

Rys.4 Wykres sił ściskających dla Schematu 2

Podsumowanie

W niniejszym wpisie przedstawiono wyniki obliczeń dla dwóch schematów obciążeń ścianki szczelnej jednokrotnie kotwionej. Na ściankę działają znaczne siły obciążające naziom. Obliczenia wykonano z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES).

W kolejnych wpisach opiszę wymiarowanie poszczególnych elementów konstrukcji. 

Część 2 – Wymiarowanie ścianki szczelnej

Część 3 – Wymiarowanie mikropala kotwiącego

Jeśli nie masz konta to nie czekaj! Zarejestruj się i korzystaj z aplikacji już dziś!

 

 

Brak komentarzy

    Zostaw komentarz