Analiza nośności pionowej i osiadania grupy pali

Transkrypt

1 Poradnik Inżyniera Nr 17 Aktualizacja: 09/2016 Analiza nośności pionowej i osiadania rupy pali Proram: Plik powiązany: Grupa pali Demo_manual_17.sp Celem niniejszeo przewodnika jest przedstawienie wykorzystania proramu GEO5 GRUPA PALI. Wprowadzenie Metody obliczeń zastosowane w proramie Grupa Pali można podzielić na dwie zasadnicze rupy: metoda sprężysta, metoda analityczna. Metoda sprężysta pozwala na obliczenie przemieszczenia całeo fundamentu paloweo oraz na określenie sił wewnętrznych występujących wzdłuż poszczeólnych pali. Obciążenie definiowane jest jako działający w przestrzeni układ sił N, M, M, M, H, H. Ważnym uzyskiwanym w obliczeniach wynikiem jest obrót oraz przemieszczenie sztywneo oczepu paloweo, a także możliwość wymiarowania zbrojenia poszczeólnych pali w dalszej kolejności. Metoda sprężysta jest szczeółowo opisana w Przewodniku Inżyniera nr 18 Analiza stanu przemieszczenia oraz wymiarowanie rupy pali. Metoda analityczna jest przeznaczona do stosowania w przypadku obliczania nośności pionowej rupy pali obciążonych siłą pionową normalną. Wynikiem obliczeń jest nośność pionowa fundamentu paloweo oraz średnie osiadanie pala. Metodę analityczną ze wzlędu na rodzaj runtu można podzielić na dwa rodzaje: y z y dla runtów spoistych, dla runtów niespoistych. Nośność pionowa rupy pali w runtach spoistych analizowana jest w warunkach bez odpływu. Określana jest ona jako nośność pionowa bryły runtu w kształcie raniastosłupa obrysowaneo wokół rupy pali zodnie z FHWA. Jedynym parametrem runtu niezbędnym do przeprowadzenia tych obliczeń jest spójność całkowita runtu c u (wytrzymałość runtu na ścinanie bez odpływu). Osiadanie rupy pali w runtach spoistych (w warunkach bez odpływu) wyznaczane jest jako osiadanie bezpośrednieo fundamentu zastępczeo (tak zwane osiadanie konsolidacyjne rupy pali lub w skrócie metoda 2:1). W celu przeprowadzenia oceny osiadania rupy pali uwzlędniany jest wpływ łębokości fundamentu oraz zasię strefy oddziaływania zodnie z metodoloią obliczania osiadania posadowień bezpośrednich. Na obszarze Czech oraz Słowacji istnieje możliwość zastosowania procedury zodnej z normą CSN Grunt pod fundamentami bezpośrednimi do obliczania osiadania rupy pali. 1

2 Analiza rupy pali w runtach niespoistych wykorzystuje procedury obliczeniowe dla pojedynczeo pala w runtach niespoistych (Przewodnik Inżyniera nr 13 Analiza nośności pionowej pojedynczeo pala). Jedynym dodatkowym elementem analizy jest tak zwany współczynnik efektywności pali w rupie służący do redukcji całkowitej nośności pionowej fundamentu paloweo. Krzywa obciążeniowa (obciążenie - osiadanie) dla rupy pali w runtach niespoistych wyznaczana jest dokładnie w taki sam sposób jak dla pojedynczeo pala (Przewodnik Inżyniera nr 14 Analiza osiadania pojedynczeo pala) zodnie z metodą prof. H. G. Poulosa, z wyjątkiem całkowiteo osiadania rupy pali w runtach niespoistych, które musi zostać zwiększone przez tak zwany współczynnik osiadania rupy pali współczynnika jest uzależniona od eometrii rupy pali. Sformułowanie problemu f, który uwzlędnia wpływ pracy pali w rupie. Wartość teo Oólne sformułowanie problemu zostało przedstawione w rozdziale 12 (Przewodnik Inżyniera nr 12 Pale fundamentowe wprowadzenie). Analiza nośności pionowej rupy pali powinna być prowadzona zodnie z normą EN (podejście obliczeniowe DA 2) podobnie jak w Przewodniku Inżyniera nr 13 Analiza nośności pionowej pojedynczeo pala. Składowe wypadkoweo przyłożone są do środka órnej powierzchni oczepu rupy pali. N, M y, H obciążenia Schemat oólny zadania rupa pali Rozwiązanie Aby wykonać zadanie skorzystaj z proramu Grupa Pali zawarteo w pakiecie GEO5. Aby ułatwić i przyspieszyć wprowadzanie danych (model konstrukcji, runty i ich przyporządkowanie do profilu) wykorzystamy możliwość importowania danych z Przewodnika Inżyniera nr 13 Analiza nośności pionowej pojedynczeo pala. Niniejszy przykład przedstawia analizę rupy pali z wykorzystaniem różnych metod analitycznych (NAVFAC DM 7.2, metoda naprężeń efektywnych oraz CSN ), takich samych jak w przypadku 2

3 obliczeń pojedynczeo pala, ze zwróceniem szczeólnej uwai na parametry wejściowe mające wpływ na ostateczne wyniki obliczeń. Wprowadzanie danych W ramce "Ustawienia" naciśnij przycisk "Wybierz ustawienia", a następnie wybierz z listy dostępnych ustawień obliczeń numer 4 "Standardowe EN 1997 DA2". Następnie wybierz metodą obliczania nośności pionowej jako rozwiązanie analityczne. W przedmiotowym przypadku założymy występowanie runtu niespoisteo, a obliczenia rupy pali przeprowadzimy w warunkach z odpływem. Okno dialoowe "Lista ustawień obliczeń" Ramka Ustawienia obliczeń Wykorzystamy możliwość importowania danych, co pozwoli uniknąć konieczności ponowneo wprowadzania danych wejściowych. Na początek musimy otworzyć zadanie rozwiązane zodnie z Przewodnikiem Inżyniera nr 13 Analiza nośności pionowej pojedynczeo pala w proramie GEO5 Pal, a następnie wybrać przycisk Edytuj znajdujący się w lewym órnym oknie proramu i wybrać opcję Kopiuj dane. Kolejnym krokiem będzie powrót do proramu GEO5 Grupa pali, wybranie przycisku Edytuj oraz kliknięcie opcji Wstaw dane. Przeprowadzona operacja pozwoli na przeniesienie niezbędnych danych wejściowych, a zatem znacząca część pracy związanej z wprowadzaniem danych została znakomicie przyspieszona. 3

4 Okno dialoowe Dane do wstawienia Następnie przejdziemy do ramki Konstrukcja, dzie określimy wymiary w planie fundamentu paloweo (oczepu rupy pali), liczbę pali w rupie, ich średnicę oraz odlełość między środkami (między palami w kierunku lub y ). Ramka Konstrukcja Przejdziemy teraz do ramki Geometria, dzie zdefiniujemy łębokość posadowienia fundamentu, wyniesienie łowicy pala, rubość płyty fundamentowej oraz dłuość pali w rupie. Wszystkie pale w rupie mają takie same średnice i dłuości. Następnie przejdź do ramki "Materiał" i wybierz materiał, z któreo wykonany jest pal fundamentowy ciężar objętościowy pala przyjmij jako 23.0 kn m 4 3. Kolejnym krokiem będzie zdefiniowanie obciążenia. Nośność pionowa rupy pali jest obliczana w odniesieniu do obciążenia obliczenioweo, natomiast obciążenie użytkowe służy do wyznaczenia osiadania.

5 Okno dialoowe "Nowe obciążenie" obciążenie obliczeniowe Okno dialoowe "Nowe obciążenie" obciążenie użytkowe (charakterystyczne) Ocenę nośności rupy pali wykonamy przechodząc do ramki Nośność pionowa. Aby spełnić warunek stanu raniczneo wartość nośności obliczenioweo R musi być wyższa od wartości obciążenia V d (więcej informacji w pomocy proramu naciśnij przycisk F1). W przypadku zastosowania metody obliczeniowej NAVFAC DM 7.2 oraz zastosowania współczynnika efektywności rupy pali metodą La Barré (CSN ) zodnie z początkowymi ustawieniami obliczeń, wyniki nośności pionowej rupy pali są następujące: La Barré (CSN ): R kn Vd kn SPEŁNIA WYMAGANIA 5

6 Ramka Nośność pionowa Uwaa: Obliczona nośność pionowa rupy pali w runtach niespoistych musi zostać dodatkowo zredukowana, co jest efektem wpływu pracy pojedynczych pali na statykę całeo fundamentu paloweo. Proram zawiera kilka różnych metod wyznaczania współczynnika efektywności rupy pali. Ten bezwymiarowy parametr (zazwyczaj w zakresie od 0.5 do 1.0) zmniejsza wartość całkowitej nośności pionowej rupy pali liczbę pali w rupie n, n y ; R ze wzlędu na: odlełości między środkami pali s, s y ; średnicę pali w rupie d. Współczynnik efektywności rupy pali zależy wyłącznie od cech eometrycznych rupy pali, a nie od zastosowanej metody obliczeń. Następnie możemy sprawdzić nośność pionową rupy pali przy wykorzystaniu innych metod wyznaczania współczynnika efektywności rupy pali. Przejdź do ramki Ustawienia i naciśnij przycisk "Edytuj" w lewym dolnym rou okna, a następnie wybierz z listy dostępnych metod obliczania współczynnika efektywności pali w rupie pozostałe metody UFC A oraz Seiler- Keeney jedna po druiej. 6

7 Okno dialoowe Edycja ustawień bieżąceo zadania Dla pozostałych metod obliczania nośności pionowej sposób postępowania jest identyczny jak w zadaniu zawartym w Przewodniku Inżyniera nr 13 Analiza nośności pionowej pojedynczeo pala. Wyniki obliczeń nośności pionowej rupy pali w runtach niespoistych (tj. w warunkach z odpływem) w zależności od metody obliczeniowej oraz sposobu wyznaczania współczynnika efektywności pali w rupie przedstawiono w poniższej tabeli: La Barré (CSN ): 0. 84, UFC A: 0. 80, Seiler-Keeney: EN , DA2 (runt niespoisty) Metoda obliczeń Efektywność pali w rupie 0.84 Nośność pionowa pojedynczeo pala kn R c Nośność pionowa rupy pali kn NAVFAC DM NAPRĘŻEŃ EFEKTYWNYCH CSN Podsumowanie wyników nośność pionowa rupy pali w warunkach z odpływem R

8 Wnioski (nośność pionowa rupy pali) Obliczona nośność pionowa rupy pali R w runtach niespoistych musi zostać zredukowana (wykorzystując tak zwany współczynnik efektywności rupy pali ), co jest efektem wpływu pracy pojedynczych pali na statykę całeo fundamentu paloweo. Oólnie rzecz biorąc im mniejszy rozstaw osiowy pali tym większy wpływ pojedynczych pali na charakter pracy całeo ustroju. Projektant powinien zawsze ostrożnie rozważyć, czy wybrać obliczenia w warunkach z odpływem, czy też bez odpływu wody z porów w runcie w przypadku analizowania nośności pionowej rupy pali metodą analityczną. Powyższe podejścia obliczeniowe różnią się bardzo istotnie od siebie. Analiza osiadania rupy pali Analiza osiadania rupy pali jest identycznia jak w przypadku pojedynczeo pala, z tym że obliczona wartość osiadania jest ostatecznie mnożona przez współczynnik osiadania rupy pali f. Uwaa: Wartość współczynnika osiadania rupy pali f uzależniona jest od eometrii ustroju paloweo, to jest od średnicy pali w rupie oraz szerokości łowicy pala. Wyniki obliczeń przedstawiono w poniższej tabeli: Metoda obliczania nośności pionowej rupy pali Obciążenie na ranicy mobilizacji tarcia na pobocznicy kn R yu Osiadanie rupy pali s mm dla siły V 4000 kn NAVFAC DM ,47 34,8 NAPRĘŻEŃ EFEKTYWNYCH 7274,43 15,3 CSN ,77 15,3 Podsumowanie wyników osiadanie rupy pali wedłu Poulosa Wnioski (osiadanie rupy pali): Przeprowadzona analiza pokazuje, że nośności pionowe rupy pali są różne jeśli rozpatrujemy całkowite osiadania pali. Metoda obliczania osiadania rupy pali w runtach niespoistych (warunki z odpływem) oparta jest na liniowej teorii osiadania, która do wykonania obliczeń wymaa wprowadzenia oporu tarcia pobocznicy R s oraz nośności pod podstawą pala R b. Przeciwnym podejściem jest metoda obliczania osiadania rupy pali w runtach spoistych (warunki bez odpływu) poleająca na obliczeniu osiadania zastępczeo fundamentu bezpośrednieo. Metoda ta określana jest w literaturze często jako osiadanie konsolidacyjne rupy pali (an. consolidation settlement of a pile roup) lub w skrócie metoda 2:1 (an. 2:1 method). Przeprowadzenie obliczeń osiadania wymaa w tym przypadku uwzlędnienia wpływu łębokości fundamentu oraz zasięu strefy oddziaływania zodnie z metodoloią obliczania osiadania posadowień bezpośrednich. 8

9 Przedstawione dwie metody obliczeniowe różnią się znacząco od siebie i prowadzą do całkowicie rozbieżnych wyników. Autorzy proramu GEO5 zalecają obliczanie nośności pionowej i osiadania rupy pali zodnie ze stosowaną na danym obszarze praktyką inżynierską. 9