Диссертация (1141446), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Методика создания численной модели сооруженияОсобенность исследований НДС грунтовых плотин с негрунтовыми конструкциями состоит в необходимости учёта в методике расчётов всех особенностей работы сооружения. В данном пункте рассмотрим выработанные нами правила создания численной модели сооружения, обеспечивающие получение необходимого уровня достоверности результатов.Конечно-элементная дискретизация сооружения.
Конечно-элементнуюмодель сооружения (или т.н. сетку МКЭ) необходимо создавать исходя из следующих принципов:190 подробная и точная конечно-элементная дискретизация ПФЭ, отражение возможности проявления нелинейных эффектов взаимодействия тонкостенных ПФЭ с грунтовым массивом. воспроизведение реальной технологической схемы возведения сооружения, в т.ч. негрунтовой конструкции.При разбиении ПФЭ на конечные элементы достаточно выделить по еготолщине 2-3 слоя конечных элементов. Следует избегать наличия в сетке МКЭдлинных и одновременно тонких конечных элементов с соотношением сторон более 20.Разбиение на конечные элементы грунтовой плотины необходимо вести сучётом последовательности отсыпки плотины.
Конечно-элементная модель должна воспроизводить профиль сооружения на различных стадиях строительства.В тех областях, где ПФЭ будет испытывать сложные изгибные деформации(область примыкания к скальному основанию, консольные части и т.п.), разбивкаПФЭ на конечные элементы должна быть наиболее подробной. Более подробнуюконечно-элементную дискретизацию следует создавать также в области примыкания грунтовой плотины к ПФЭ.На контакте ПФЭ с телом грунтовой плотины и со скальным основаниемдолжны вводиться контактные конечные элементы.
С помощью контактных конечных элементов должны воспроизводиться также конструктивные и строительные швы в ПФЭ. При создании пространственных конечно-элементных моделейнеобходимо вводить контактные элементы на контакте грунта тела плотины соскальным основанием, чтобы учесть возможность проскальзывания [Харламова,Саинов].Контактные элементы следует вводить также в тех областях тела грунтовоймассивы, где следует ожидать зон нарушения прочности на сдвиг или растяжение.Например, это зоны изменения профиля негрунтовой конструкции, расположенной внутри грунтового массива (см.п.6.5).Учитывая выше сказанное, выполнять автоматическую дискретизацию сооружения на конечные элементы довольно затруднительно.191Конечные элементы, моделирующие сам ПФЭ, а также непосредственноприлегающие к нему слои грунта, должны иметь высокий порядок аппроксимации перемещений (квадратичный, кубический).
Если негрунтовая конструкциявыполнена из железобетона, рекомендуется использовать конечные элементы скубической аппроксимацией. Для конечно-элементной дискретизации остальнойчасти сооружения вполне допустимо использовать конечные элементы с квазилинейной аппроксимацией, однако, учитывая то, что сооружение работает на восприятие объёмной распределённой нагрузки (собственный вес), желательно использовать конечные элементы с квадратичной аппроксимацией перемещений.
Вобластях сопряжения конечных элементов разного порядка в модель должны вводиться конечные элементы с промежуточной степенью аппроксимации перемещений.Воспроизведение последовательности возведения и нагружения сооружения. При расчётах НДС грунтовых плотин важно правильно отразить последовательность создания сооружения и загружения внешними нагрузками.
Разработанная вычислительная программа позволяет довольно подробно воспроизводитьпоследовательность возведения сооружения и технологическую схему возведенияПФЭ. При расчёте рассматривается ряд моментов времени (этапов), на каждом изкоторых имеется возможность изменять профиль сооружения, а также внешниенагрузки на него.Для воспроизведения последовательности возведения сооружение разбивается на так называемые зоны возведения. Каждый конечный элемент в сетке МКЭдолжен быть отнесён к какой-либо одной из этих зон.
Контактные элементы относятся к той зоне, в которой возникает контакт между двумя разделёнными имконструкциями. На каждом из расчётных этапов задаётся наличие или отсутствиекаждой из зон возведения и таким образом воспроизводится процесс возведенияплотины. При расчётах НДС плотин с ЖБЭ необходимо учитывать, что ЖБЭ возводится после отсыпки тела плотины, а не одновременно с ней.192При решении задач о НДС сооружения с ПФЭ виде «стен в грунте» илиинъекционной завесы требуется более сложная схема расчётов, т.к.
необходимомоделировать технологическую схему возведения ПФЭ.Процесс создания стен, возводимых методом струйной цементации, а такжецементационных завес, воспроизводится путём замены материала в области стены(завесы). При этом НДС грунтового массива на месте стены (завесы), а также контактов не обнуляется.При расчётах «стен в грунте», возводимых траншейным методом или методом буросекущихся свай, должны воспроизводиться не только изменение свойствматериала стены и свойств контактов, но и последовательность возведения стены.Процесс возведения моделируется в две стадии.На первой стадии воспроизводится состояние стены в момент заливкитраншеи (сваи) ещё незатвердевшим материалом, т.е. восприятие ею собственноговеса.
При этом предварительно, перед расчётом, в конечных элементах, расположенных на месте стены, обнуляются все параметры НДС (перемещения, деформации, напряжения и др.), т.е. воспроизводится выемка грунта их траншеи (сваи).Также обнуляется НДС и контактных элементов, расположенных между стеной игрунтовым массивом.
Чтобы “создать” стену, моделирующие её конечные элементы, относят к новой зоне возведения. При расчётах НДС стены на первой стадии учитывается, что материал стены ещё не затвердел, деформативные свойстваопределяются для коэффициента Пуассона, близкого к 0,5. Чтобы смоделироватьвозможность проскальзывания незатвердевшего материала относительно грунта, вконтактах между стеной и грунтом задается касательная жёсткость, близкая к 0.Важно на данной стадии смоделировать отсутствие перемещений обсаднойтрубы, иначе при расчёте в плоской постановке может произойти нарушение равновесия частей плотины.На второй стадии к стене прикладываются внешние нагрузки.
При этом деформируемость материала стены понижается, а свойства контактов принимаютсясоответствующими окружающему грунту.193Эти сложные процессы смены материалов и зон возведения задаются в исходной информации к расчёту в виде наборов номеров материалов и зон возведения конечных элементов, отнесённых к каждому из расчётных этапов.При расчёте НДС грунтовых плотин как правило учитываются два типанагрузок – нагрузки от собственного веса и нагрузки от гидростатического давления воды. Подсчёт сил от собственного веса в вычислительной программе осуществляется автоматически в зависимости от плотности материала и признака еговодонасыщения.Чтобы облегчить процесс задания нагрузок от гидростатического давленияводы, в вычислительной программе объём исходной информации о гидростатических силах сведён к минимуму.
Для каждого из расчётных этапов задаётся уровень верхнего и нижнего бьефов, а также положение напорной грани, направление действия гидростатического давления. Положение напорной грани можно изменять в процессе расчёта.Чтобы учесть изменение собственного веса грунта при проникновении в него воды (взвешивающий эффект), каждый из конечных элементов сетки МКЭ относят к водоносному горизонту верхнего или нижнего бьефа или к абсолютно водонепроницаемому слою.Нагрузки на сооружение от фильтрационного потока вводятся в расчёт каквнешние силы, отнесённые к конечным элементам и к их узлам. При этом задаётся также и момент времени, начиная с которого они начинают действовать.Выводы к главе 3:1. Расчёты напряжённо-деформированного состояния грунтовых плотин стонкими негрунтовыми конструкциями – довольно сложная область инженерныхрасчётов, т.к.
необходимо учитывать несколько важных факторов, которые оказывают важное влияние на формирование их НДС. Методика выполнения данныхрасчётов должна давать следующие возможности: Позволять вести расчёты в упругопластической постановке с учётом последовательности возведения и загружения сооружения, т.к. грунт деформируется194нелинейно, а его прочностное состояние и деформируемость зависят от путинагружения; Позволять учитывать проявление различных нелинейных эффектов контактного взаимодействия твёрдых тел (проскальзывание, отрыв), т.к.
напряжённоесостояние негрунтовых конструкций в грунтовых плотинах в значительной мереопределяется их взаимодействием между собой и с грунтовым массивом; Позволять учитывать технологическую схему создания негрунтовых конструкций, т.к. их начальное напряжённое состояние формируется обычно в иныхусловиях, нежели чем напряжённое состояние грунтового сооружения и нежеличем условия периода эксплуатации; Позволять с достаточной точностью моделировать поведение тонкихжёстких конструкций, т.к. значительное различие жёсткости и размеров конструкций из негрунтовых материалов по сравнению с вмещающим грунтовыммассивом снижает точность решений, получаемых численным путём; Позволять учитывать взаимодействие сооружений с фильтрационным потоком, т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
