4 Строительство подводного котлована (урок 4)



Геометрический контур: Выбрать на Панели инструментов кнопку Geometry line

(фактически она уже должна быть выбрана, как для любого нового проекта). Переместить курсор в начало координат (0.0; 0.0) и щелкнуть левой клавишей мыши. Сдвинуться на 45 м вправо (45.00; 0.0) и снова щелкнуть левой клавишей. Сдвинуться на 40 м вверх (45.00; 40.0) и щелкнуть левой клавишей. Сдвинуться на 45 м влево (0.00; 40.0) и щелкнуть левой клавишей. И, наконец, вернуться в начало и снова щелкнуть. Кластер очерчен. Щелкнуть правой клавишей мыши, чтобы выйти из режима черчения.



Разделение между двумя слоями: Кнопка Geometry line все еще выбрана. Переместить курсор в положение (0.0; 20.0). Щелкнуть по существующей вертикальной линии. Появится новая точка (4). Сдвинуться на 45 м вправо (45.00; 20.0) и кликнуть на второй существующей вертикальной линии. Появится еще одна новая точка (5), после чего будут очерчены уже два кластера.



Диафрагма: Выбрать на Панели инструментов кнопку Beam. Переместить курсор в

положение (30.0; 40.0) на верхней горизонтальной линии и щелкнуть мышью. Сдвинуться на 30 м вниз (30.00; 10.0) и снова щелкнуть. В добавление к точке в основании стенки появляется еще одна точка на пересечении со средней горизонтальной линией (разделение слоев). Щелкнуть правой клавишей мыши, чтобы выйти из режима черчения.



Разделение этапов земляных работ: Снова выбрать на Панели инструментов кнопку

Geometry line. Переместить курсор в положение (30.0; 30.0) на стенке и щелкнуть мышью. Переместиться на 15 м вправо (45.0; 30.0) и снова щелкнуть. Щелкнуть правой клавишей мыши, чтобы выйти из режима черчения.

Советы:

В режиме введения геометрических параметров необязательно выбирать кнопки на панели инструментов в таком порядке, чтобы они появлялись в направлении слева направо. В нашем случае более удобно сначала создать стенку и лишь затем ввести разделение этапов земляных работ с помощью Geometry line.

>

При создании точки очень близко к линии она обычно попадает на последнюю, т.к. генератор сетки не может работать с несовпадающими точками и линиями, находящимися на очень близком расстоянии друг к другу. Это также облегчает введение точек, которые должны быть расположены точно на существующей линии.

>

Если вы явно ошиблись с заданием положения курсора и вместо попадания на существующую точку или линию задали новую изолированную точку, эту точку можно перетащить (или переставить) на существующую точку или линию с помощью кнопки Selection.

>

В целом, на каждой определенной координате может быть расположена только одна точка, и две точки могут быть соединены только одной линией. Совпадающие точки или линии будут автоматически преобразованы в одну точку или линию. Для избежания дублирования точек (линий) можно воспользоваться процедурой перетаскивания.



Интерфейсы: Щелкнуть на кнопке Interface на панели инструментов или выбрать

опцию Interface из меню Geometry. Курсор примет форму креста, в каждом из

квадрантов которого располагается стрелка. Стрелки указывают, с какой стороны будет генерироваться интерфейс при перемещении курсора в том или ином направлении.



Переместить курсор (его положение определяется серединой креста) к верху стенки (30.0; 40.0) и щелкнуть левой клавишей мыши. Переместиться к низу стенки (30.0; 10.0) и снова щелкнуть. В соответствии с положением направленной вниз стрелки курсора интерфейс будет генерироваться с левой стороны стенки. Аналогичным образом, направленная вверх стрелка находится с правой стороны курсора, так что если вы передвинетесь вверх, к верху стенки, и снова щелкнете мышью, интерфейс будет генерироваться с правой стороны стенки. Для выхода из режима черчения щелкнуть правой клавишей мыши.

Советы:

Интерфейсы показаны пунктирными линиями, проходящими вдоль геометрической линии. Для идентификации интерфейсов, находящихся по обе стороны от геометрической линии, используются знаки “плюс” (+) или “минус” (-)

>

Для выбора интерфейса следует выбрать соответствующую геометрическую линию и затем соответствующий интерфейс (плюсовой или минусовой) в диалоговом окне Select.



Подкос: Щелкнуть на кнопке Fixed-end anchor на панели инструментов или выбрать

опцию Fixed-end anchor в меню Geometry. Переместить курсор в точку 6 позиции (30.0; 40.0) и щелкнуть левой клавишей мыши. Появится окно свойств, в котором можно указать угол ориентации и эквивалентную длину анкера. Ввести напротив Equivalent length 15 м (половина ширины котлована) и щелкнуть на кнопке “ОК” (угол ориентации остается равным нулю)

Советы:

Анкер с защемленным концом представлен в виде поворотного тавра фиксированного размера. Этот объект фактически представляет собой пружину, один конец которой соединен с сеткой, а второй закреплен. Угол ориентации и эквивалентная длина анкера должны быть напрямую введены в окно свойств. Эквивалентная длина представляет собой расстояние между точкой стыковки и точкой на анкерном стержне, в которой перемещение равно нулю. По умолчанию эквивалентная длина равна 1,0, а угол - 0 (т.е. направлен в положительную сторону по оси Х

>

Для выбора существующего анкера с защемленным концом следует щелкнуть мышью по “ножке” соответствующей Т-образной фигуры.



Для задания граничных условий щелкнуть по кнопке Standard fixities на панели

инструментов. Программа сгенерирует полную заделку элемента по дну и вертикальные ролики по боковым сторонам. В нашем случае такие граничные условия могут быть использованы для моделирования условий симметрии по правой границе (ось котлована). В этом упражнении не учитываются линейные силы или тяговые нагрузки. Соответствующая геометрическая модель показана на рис. 4.2



Щелкнуть по кнопке Material set на панели инструментов. Выбрать Soil &

interfaces в качества Set type. Щелкнуть по кнопке <New> для создания нового набора данных



Для слоя глины ввести Clay в графе Identification и выбрать Mohr-Coulomb в качестве Material model. Т.к. в нашем случае мы рассматриваем только долговременные эффекты строительства котлована, поведение грунта в недренированном состоянии учитываться не будет. Поэтому тип материала задается как Drained.



Ввести свойства слоя глины (в соотв. с табл. 4.1) в соответствующие графы разделов General и Parameters



Щелкнуть по закладке Interfaces. В окне Strength выбрать селективную кнопку Manual. Задать величину 0,5 для параметра R_inter. Этот параметр связывает прочность грунта с сопротивлением в интерфейсах в соответствии со следующими уравнениями:

tan_interface = R_intertan_soil и c_inter = R_interc_soil

где c_soil = c_ref (см. табл. 4.1)

Т.о., при заданном значении R_inter мы получаем меньшие величины трения и сцепления по интерфейсу по сравнению с углом трения и связностью прилегающего грунта.



В окне Permeability выбрать селективную кнопку Impermeable (непроницаемый). При задании этого условия любой интерфейс с этим набором данных приобретает очень низкую проницаемость (по сравнению с проницаемостью грунта). Это делается для того, чтобы сделать смежную стенку водонепроницаемой, т.к. стенка, смоделированная как балка, не имеет параметра, позволяющего сделать ее саму по себе непроницаемой. Для завершения введения набора данных нажать кнопку “ОК”.

Параметр

Наименов.

Слой глины

Слой песка

Ед. изм.

Модель материала

Model

Мор-Кулон

Мор-Кулон

-

Тип поведения материала

Type

Дренирован­ный

Дренирован­ный

-

Вес грунта в сухом состоянии

_dry

16

17

кН/м³

Вес грунта во влажн. состоянии

_wet

18

20

кН/м³

Проницаемость в горизонтальн. направлении

k_x

0,001

1,0

м/сутки

Проницаемость в вертикальн. направлении

k_y

0,001

1,0

м/сутки

Модуль Юнга (константа)

E_ref

10000

40000

кН/м²

Коэффициент Пуассона



0,35

0,3

-

Связность (константа)

с_ref

5,0

1,0

кН/м²

Угол трения



25

32



Угол разбухания при увлаж­не­нии



0,0

2,0



Коэф-т снижения прочности в интерфейсах

R_inter

0,5

0,67

-

Проницаемость интерфейса

Perm

Непрониц.

Непрониц

-

Советы:

Селективная кнопка Rigid в окне Strength является прямой опцией для интерфейса с теми же прочностными характеристиками, что и у грунта (R_inter = 1,0). Аналогичным образом селективная кнопка Smooth является прямой опцией для интерфейса без какой-либо прочности на сдвиг

>

Селективная кнопка Drain в окне Permeability предназначена для ситуаций, при которых интерфейс действует в качестве дрены (например, для ускорения процесса консолидации). В результате проницаемость в продольном направлении интерфейса становится очень высокой по сравнению с проницаемостью грунта. Селективная кнопка Neutral используется в случаях, когда интерфейсы не являются ни Impermeable (блокирующими поток в перпендикулярном направлении), ни Drain (способствующими потоку в продольном направлении). Характеристики проницаемости (как для интерфейсов, так и для грунта) имеют значение только при анализе консолидации и потока грунтовых вод. Они приведены здесь чисто с демонстрационными целями.

Советы:

Вместо того, чтобы принимать присваиваемые по умолчанию наборы данных для интерфейсов, можно напрямую задать их в соответствующем окне свойств. Это окно появляется после того, как вы дважды щелкнете на соответствующей

геометрической линии и выберете подходящий интерфейс из диалогового окна Select. После того как вы щелкнете на кнопке <Change>, находящейся за параметром Material set, можно будет выбрать подходящий набор данных из дерева окошка Material sets.

>

Кроме параметра Material set в окне свойств можно также задать Virtual thickness factor (коэффициент виртуальной толщины). Это чисто численная величина, которая может использоваться для оптимизации численных характеристик интерфейса. Мы рекомендуем неопытным пользователям не менять выставленное по умолчанию значение. Более подробно о свойствах интерфейсов см. в Справочном руководстве.

Параметр

Наименование

Значение

Ед. измерения

Тип поведения

Material type

Elastiс

Нормальная жесткость

ЕА

7,5  10⁶

кН/м

Жесткость на изгиб

EI

1,0  10⁶

кНм²/м

Эквивалентная толщина

d

1,265

м

Вес

w

10,0

кН/м/м

Коэффициент Пуассона



0,0

-

Параметр

Наименование

Значение

Ед. измерения

Тип поведения

Material type

Elastiс

Нормальная жесткость

ЕА

2  10⁶

кН

Разбивка плоскости

L_s

5,0

м

Максимальное усилие

F_ma[

1  10¹⁵

кН



Щелкнуть по кнопке Generate mesh на панели инструментов. Через

несколько секунд в окне Output появится крупная сетка. Щелкнуть по кнопке <Update> для возвращения в режим геометрического ввода.



В меню Mesh выбрать опцию Global coarseness. Комбинированное окно Element distribution установлено на Coarse (крупная), что является выставляемым по умолчанию значением параметра. Для того, чтобы уменьшить общую крупность, нужно выбрать следующий пункт в комбинированном окне (Medium) и щелкнуть по кнопке <Generate>. Как вариант, вместо этого можно выбрать опцию Refine global в меню Mesh. В результате указанного действия в выходном окне появится более мелкая сетка. Для выхода из режима измельчения щелкнуть по кнопке <Update>



В угловых точках структурных элементов могут развиваться значительные градиенты дислокации. Следовательно, эти участки желательно рассматривать в более мелкой сетке по сравнению с остальными частями геометрической модели. Щелкнуть один раз посередине нижней части стенки. Выбранная геометрическая линия теперь показана красным цветом. В меню Mesh выбрать опцию Refine line. В результате этого действия локальное измельчение указанной линии становится видным на представленной сетке. Для выхода из режима измельчения щелкнуть по кнопке <Update>

Советы:

Параметры сетки хранятся вместе с остальными входными данными. Если вы повторно зайдете в уже созданный проект, не меняя геометрической конфигурации и параметров сетки, можно регенерировать ту же самую сетку, просто щелкнув по кнопке Generate mesh на панели инструментов. Однако, любое самое незначительное изменение геометрии приведет к генерации новой сетки.

>

Опция Reset all в меню Mesh может использоваться для восстановления заданных по умолчанию параметров генерации сетки (Global coarseness = Coarse без какого-либо локального измельчения)

 Initial conditions

Щелкнуть по кнопке Initial conditions на панели инструментов.

Совет:

При первом задании параметров проекта удельный вес воды вводится напрямую при переходе в режим Groundwater mode. При повторном заходе в уже существующий проект можно проверить заданное значение удельного веса воды, выбрав опцию Water weight в меню Geometry режима Groundwater mode.

Щелкнуть по кнопке <OK>, чтобы принять заданную по умолчанию величину удельного веса воды (10 кН/м³). Система активирует режим

Groundwater conditions, в котором уже выбрана кнопка Phreatic line. По умолчанию, общий уровень подземных вод генерируется в нижней части геометрической модели.



Переместить курсор в позицию (0.0; 39.0) и щелкнуть левой клавишей мыши. Переместить его вправо на 45 м (45.0; 39.0) и снова щелкнуть. Для выхода из режима черчения щелкнуть правой клавишей мыши. На модели теперь будет показан новый General (общий) уровень подземных вод, проходящий на отметке 1.0 м ниже поверхности земли

Совет:

Для изменения существующего уровня подземных вод щелкнуть по кнопке Selection на панели инструментов. После удаления общего (General) уровня подземных вод (для того, чтобы это сделать, надо выделить его и нажать на кнопку <Delete> на клавиатуре), в нижней части геометрической модели снова появится создаваемый по умолчанию общий уровень подземных вод. Графическое введение или модификация уровней подземных вод не влияют на существующую геометрию системы.

Щелкнуть по кнопке Generate water pressure (синие крестики) на панели инструментов. Появится окно Water pressure generation (генерирование

давления воды).



В окне Water pressure generation выбрать селективную кнопку Phreatic line в окошке Generate by и нажать кнопку <OK>.



После генерации давления воды полученные результаты выводятся в выходном окне. Щелкнуть по кнопке <Update> для возвращения в режим Groundwater conditions.



Перейти в режим Geometry configuration, нажав на «выключатель» на панели инструментов



Щелкнуть один раз по стенке и подкосу геометрической модели для того, чтобы деактивировать их. Их цвет должен измениться на серый, что указывает на то, что эти объекты деактивированы. Проверить, чтобы все остальные кластеры оставались активными.

С овет:

Неактивные кластеры имеют белый цвет (цвет фона), в то время как активные кластеры имеют цвет соответствующего набора материалов. Неактивные конструктивные элементы имеют серый цвет, а активные – тот основной цвет, который использовался при создании сетки.



Щелкнуть по кнопке Generate initial stresses на панели инструментов. Появится диалоговое окно K₀-procedure



Оставить общий множитель для веса грунта равным 1,0. Принять присвоенные по умолчанию величины для K₀ и нажать кнопку <OK>.



После генерации начальных эффективных напряжений полученный результат выводится в выходном окне. Щелкнуть по кнопке <Update> для возвращения в режим Initial configuration.



Щелкнуть по кнопке <Calculate>. Выбрать <Yes> в ответ на заданный вам вопрос, надо ли сохранить данные, и ввести название файла.