Általános tervezés
Épülettervezés
Szerkezettervezés
Infrastruktúra tervezés
Látványtervezés
Gépészeti tervezés

Süllyedésszámítási projekt összehasonlítással

Végeztünk egy összehasonlítást, ahol teszteltük a süllyedésszámító talajmechanikai programokat egy konkrét projekt kapcsán.

A projekt egy vázas szerkezetű építmény - egy tároló alapozásának, azaz egy sávalappárjának - süllyedésszámítása volt, amelyet külön-külön megoldottunk a FIDES-Settlement, a FIDES-Settlement 2.5D és a FIDES-GroundSlab programokkal, majd az eredményeket (a süllyedési értékeket) összehasonlítottuk.
A feladat mindhárom szoftverrel önállóan megoldható (nem szükséges mindhárom szoftver együttes megléte).

Minden egyes programban elvégzett számítás adatbeviteli és számítási fájlja a cikk végén elérhető, melyek a letölthető Demo verziók segítségével részletesen megtekinthetők. Az elkészített feladatok teljes értékű feladatok, a feltűntetett adatokkal feltöltött komplett számítási fájlok.

A feladatról

Alaptest
A feladat az alaprajzi ábrán látható vasbeton sávalappár a rájuk ható igénybevételek hatására bekövetkező süllyedésének számítása. Az alapozási mélység 1,6 m, így az alapsík a homokliszt talajrétegben kerül felvételre. A pillérekről az alábbi igénybevételek adódnak át:

F (kN)Mx (kNm)My (kNm)Hx (kN)Hy (kN)
489-57 6 31 3

Az igénybevételek minden egyes pillérnél azonosnak tekintendők. Az előjeleket aszerint vesszük figyelembe, hogy azok a lehet legkedvezőtlenebb hatást okozzák. Az alaptestek önsúlyát a számításhoz nem vesszük figyelembe.


Talaj
A mintavétel 6 db fúrás alapján történt, a talajfizikai jellemzők laborvizsgálattal kerültek meghatározásra.

 Sovány agyagHomoklisztIszapKövér agyag
γ (g/cm3)2,011,912,082,06
φ (°)20222017
c (kN/m2)502528243
Es (MN/m21215124
σa (kN/m2320270280400

A fúrás időpontjában, a fúrások talpmélységéig talajvíz nem volt tapasztalható, ezért a számításokban a talajvíztől eltekintünk (annak ellenére, hogy figyelembe vehetnénk, mert a szoftverek képesek a talajvíz kezelésére).


FIDES-Settlement

A legkisebb tudású és egyben a legolcsóbb szoftver a süllyedésszámításhoz. Segítségével egyetlen alaptest süllyedését és a talajban ébredő feszültségeket határozhatjuk meg.

A szoftver használatával csak az egyik alaptestet tudjuk vizsgálni, a rá ható igénybevételeket egyetlen központos igénybevétellé kell alakítani. Ekkor (feltételezzük) a nyomatékok összevonása miatt a biztonság javára, túlméretezett eredményt kapunk.

A talajrétegeket felső kontúrvonaluk alapján oldalnézetben/metszetben megrajzolhatjuk. Ezután minden egyes talajréteg számára megadhatjuk a talajfizikai jellemzőket.

Az alaptest alsó síkját szintén oldalnézetben történő rajzolással, majd a pontos méretek megadásával és a rá ható igénybevételekkel definiálhatjuk. Az alaptest méretei: hossz = 5,56 m, szélesség= 0,6 m, magasság 1,6 m

Megadható, hogy a süllyedést és a feszültségeket milyen mélységig kívánjuk számítani: határmélységet alkalmazunk, vagy beadunk egy mélységi értéket.
A feladatban az alaptestre ható erők:

F = 2x489 = 978 kN, My = 2x57 = 114 kNm, Mx = 2x6 = 12 kNm, vízszintes erők megadására ebben a programban nincs lehetőség.

A számítás eredményeként, ha határmélységig (4,83 m) számolunk, akkor 28,0 mm a legnagyobb süllyedés, ha a számítási mélységet 30 m-re választjuk, akkor pedig a 51,7mm. A program hajlékony alapot feltételez.

zLimit: zgr = -4.83 m
Non-flexible foundation:
Base tension: no gap
Base tension in center of foundation:
  Sigma,z,0,Edge (x1=0 , y1=0) = 261.11 kN/m2
Settlement in center of foundation:
  ts,center (x1= 0 , y1= 0 ) = 28.0 mm
Settlement in points Pk:
  ts,pk (x1=-0.74bx/2, y1=-0.74by/2) = 18.6 mm
  ts,pk (x1=+0.74bx/2, y1=-0.74by/2) = 22.1 mm
  ts,pk (x1=-0.74bx/2, y1=+0.74by/2) = 17.9 mm
  ts,pk (x1=+0.74bx/2, y1=+0.74by/2) = 21.4 mm

zLimit: zgr = -30.00 m
Non-flexible foundation:
Base tension: no gap
Base tension in center of foundation:
  Sigma,z,0,Edge (x1=0 , y1=0) = 261.11 kN/m2
Settlement in center of foundation:
  ts,center (x1= 0 , y1= 0 ) = 51.7 mm
Settlement in points Pk:
  ts,pk (x1=-0.74bx/2, y1=-0.74by/2) = 38.5 mm
  ts,pk (x1=+0.74bx/2, y1=-0.74by/2) = 42.9 mm
  ts,pk (x1=-0.74bx/2, y1=+0.74by/2) = 37.7 mm
  ts,pk (x1=+0.74bx/2, y1=+0.74by/2) = 42.2 mm

Tapasztalhatjuk, hogy a talpfeszültség (261,11 kN/m2) megközelíti a talajréteg határfeszültségét (270 kN/m2), ezért talajtörés ellen is meg kell vizsgálnunk az alaptestet. Ezt a feladatot mindenféle átalakítás nélkül beolvastathatjuk a FIDES Bearing Capacity programba, ahol rögtön megkapjuk a talajtörés elleni biztonságot: 2,29.

Tehát az alaptestünk megfelel talajtörésre, a várható süllyedés pedig 28,0 mm.

FIDES-Settlement 2.5D

A szoftver automatikusan tartalmazza a FIDES Settlement programot is. Megvásárlása esetén tehát két programot is kapunk. Tudása abban egészíti ki az előbb említett szoftvert, hogy itt alaprajzban rajzolhatunk, és akár több alaptestet is alkalmazhatunk.

Az alaptestekre ható igénybevételeket ebben az esetben is egyetlen központos igénybevétellé kell alakítani. A szoftver használatával megfigyelhetjük az alaptestek egymásra kifejtett hatását (ha van), illetve azt az alaprajzi régiót, ahol az alaptestek süllyedése hatást gyakorol.
Az igénybevételeket olyan előjellel adtuk meg, hogy azok a két alaptestet vizsgálva a legkedvezőtlenebb hatást okozzák.

A talajt felülnézetben egy fúrási hely megadásával, majd a talajrétegek felsorolásával adhatjuk meg. Az egyes rétegek fels kontúrjának definiálása után minden egyes talajréteg számára megadhatjuk a talajfizikai jellemzőket.

Az alaptest alaprajzát helyzetválasztással adhatjuk meg, ehhez kiegészítésül megadhatjuk az alapozási sík mélységét és az igénybevételeket. Az alaptest méretei: hossz = 5,56 m, szélesség = 0,6 m.

Ebben a programban is megadható, hogy a süllyedést és a feszültségeket milyen mélységig kívánjuk számítani: határmélységet alkalmazunk, vagy beadunk egy mélyégi értéket. A feladatban az alaptestre ható erők:

F = 2x489 = 978 kN, My = 2x57 = 114 kNm, Mx = 2x6 = 12 kNm, vízszintes erők megadására nincs lehetőség.

Integration limit: zgr=4.83 m
  Non-flexible foundation:
  Base tension: no gap
Resulting Base Tension in Center of Foundation:
  Sigma,z,0,Edge (x1=0 , y1=0) = 261.11 kN/m2
Resulting Base Tension in Center of Foundation Edges:
  Sigma,z,0,Edge (x1=-0.5, y1= 0) =297.08 kN/m2
  Sigma,z,0,Edge (x1=+0.5, y1= 0) =225.13 kN/m2
  Sigma,z,0,Edge (x1= 0, y1=-0.5)=297.98 kN/m2
  Sigma,z,0,Edge (x1= 0, y1= 0.5)=224.23 kN/m2
Resulting Settlement in Center of foundation:
  ts,center (x1= 0 ,y1= 0 ) = 28.0 mm
Settlements in Corners of Foundation:
  ts,corner (x1=-0.5, y1=-0.5) = 11.8 mm
  ts,corner (x1=+0.5, y1=-0.5) = 11.5 mm
  ts,corner (x1=-0.5, y1=+0.5) = 9.7 mm
  ts,corner (x1=+0.5, y1=+0.5) = 9.4 mm
Settlements in center of foundation's edges:
  ts,edge (x1=-0.5, y1= 0 ) = 22.6 mm
  ts,edge (x1=+0.5, y1= 0 ) = 21.8 mm
  ts,edge (x1=0, y1=-0.5) = 13.7 mm
  ts,edge (x1=0, y1=+0.5) = 11.2 mm
Settlements in points Pk:
  ts,pk (x1=-0.74/2, y1=-0.74/2) = 22.1 mm
  ts,pk (x1=+0.74/2, y1=-0.74/2) = 21.4 mm
  ts,pk (x1=-0.74/2, y1=+0.74/2) = 18.6 mm
  ts,pk (x1=+0.74/2, y1=+0.74/2) = 17.9 mm
Tilting X ( 0.44 m / -0.7 mm) = 1:608
Tilting Y ( 4.11 m / -3.5 mm) = 1:1185

A számítás eredményeként, ha az alaptesteket külön-külön nézzük, akkor ugyanazt az eredményt kapjuk mint a FIDES-Settlement program esetén, azaz 28,0 mm a legnagyobb süllyedés, és ha a határmélységet 30 méterre választjuk, akkor pedig a 44,5 mm.

FIDES-GroundSlab

Ez a szoftver két kiépítésben kapható. Az egyszerűbb kiépítés lineáris, a másik nemlineáris számítást végez. Most a lineáris változatot alkalmazzuk. Tudása abban tér el a fent említett szoftverektől, hogy az alaptestre több pontszerű, felületi, vagy vonalmenti teher is elhelyezhető. Az alaptest alatt végeselemekből álló féltér képződik, és a süllyedéseket nem analitikusan, hanem végeselemekkel határozza meg.

Az alaptestek tetszőleges kontúrúak lehetnek. Megadhatunk vízszintes erőket is, és az alaptest méretezése is kérhető (inkább lemezek esetén van ennek jelentősége).

Ebben a programban a függőleges erőt nem koncentrált, hanem a bejölt területen felületi teherként alkalmazzuk, így az alaptest igénybevételei és a süllyedések is közelebb járnak majd a valósághoz.

Mivel ebben a programban az alaptestet nem tudjuk "belesüllyeszteni" a talajba, ezért a talaj definiálását is célszerű az alapozási sík alatt található talajrétegek figyelembe vételével megadni.

A talajt felülnézetben egy fúrási hely megadásával, majd a talajrétegek felsorolásával adhatjuk meg. Az egyes rétegek felső kontúrjának magassági definiálása után minden egyes talajréteg számára megadhatjuk a talajfizikai jellemzőket.
Az alaptestet a helyes kontúrral adhatjuk meg, sőt ha van DXF rajzunk, akkor bevetíthetjük és átrajzolhatjuk a megfelelő kontúrokat.

Ebben az esetben az alaptestre ható erők:
F = 489k/0,3 = 1630 kN/m2, Hx = 31 kN, Mx = 57 kNm, Hy = 3 kN,
My = 6 kNm

Mivel nem analitikus megoldásról van szó ezért nem szükséges a határmélység figyelembe vétele. Abban az esetben ha szeretnénk az analitikus eredményekkel összevetni a Groundslab eredményeit, akkor a korábban már kiszámított mélységbe (-4,83 m) elhelyezhetünk egy "kemény" réteget.

A számítás eredményeit szintvonalas ábrán ellenőrizhetjük. Látható, hogy a legnagyobb süllyedés nem az alaptest középpontjában, hanem a két szélen keletkezik. Ha nem korlátozzuk semmiben a számítást, akkor legnagyobb süllyedésként 58,2 mm értéket kapunk. Ha -3,23 méterre (4,83-1,6) egy határréteget definiálunk a maximális süllyedés 28,5 mm-re változik


Összegzés


FIDES-SettlementFIDES-Settlement 2.5DFIDES-GroundSlab
Határmélység -4,83 m28,0 mm 28,0 mm 28,5 mm
Határmélység -30,0 m 51,7 mm 44,5 mm 58,2 mm

Láthatjuk, hogy az első két program esetén azt hittük, hogy az igénybevételek összevonásával túlméretezünk, de mint ahogy az kiderül a GroundSlab használatából, még egy kicsit alá is becsültük a várható eredményeket az első két esetben.

Adatfájlok letöltése
Próbaverziók letöltése

SOFiSTiK
Kapcsolat   |   Általános Szerződési Feltételek   |   Adatvédelmi tájékoztató   |   Impresszum