Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
PLAXIS — программа используемая для решения задач геотехники.
PLAXIS | |
---|---|
![]() | |
![]() | |
Тип | конечно-элементный пакет |
Разработчик | Plaxis BV |
Операционная система | Microsoft Windows |
Последняя версия | CE V21.00 (2021) |
Лицензия | Проприетарное программное обеспечение EULA |
Сайт | plaxis.nl |
![]() |
PLAXIS основан на разработках Питера Вермеера[нем.] из TU Delft, который занимался разработкой конечно-элементного комплекса для использования при проектировании оградительного сооружения Остерсхельдекеринг на Восточной Шельде в Нидерландах. Его разработки привели к созданию программы ELPLAST, определяющий несущую способность упругопластичных грунтов с использованием 6-узловых треугольных элементах, написанной на языке FORTRAN-IV. В 1981 году Рене де Борст начал анализ исследований экспериментов по внедрению конуса в грунты, для чего ему стало необходимо разработать на основе ELPLAST решение осесимметричных задач. В итоге новая программа была названа PLAXIS (PLasticity AXISsymmetry). В 1982 году Слоан и Рандольф из Кембриджского университета выяснили, что 15-узловые треугольные конечные элементы должны сделать работу программы правильней при решении осесимметричных задач.
В 1987 году Вермеер и де Борст участвовали в разработках, финансируемых министерством транспорта Нидерландов. Одной из задач развития программного комплекса был перенос программы на персональные компьютеры. И в 1987 году появилась первая коммерческая версия PLAXIS, а в 1998 году первая версия PLAXIS для операционных программ Windows 95, 98 и NT[1]. В результате развития программного комплекса, в 1993 г. была создана компания Plaxis BV. В 1998 г. была выпущена первая программа PLAXIS 2D для ОС Windows для двухмерного моделирования. Программа PLAXIS 3D с возможностью проведения трёхмерного моделирования была выпущена в 2010 году. PLAXIS является членом некоммерческой организации NAFEMS[англ.], занимающейся распространением информации и стандартизации конечно-элементных методов для моделирования в различных инженерных областях. Результаты моделирования в программном комплексе PLAXIS согласуются с российскими строительными нормативами[2].
Интефейсы[3][4][5] это поверхности вдоль которых можно моделировать частичное или полное проскальзывание конструкции с помощью коэффициента взаимодействия, отношения трения "грунт о грунт" к "грунт конструкция" . Если интерфейсы не проставлены моделируется ситуация разрушения грунта. В российской практике численное его значение принято брать из табл 9.1[6] СП 22.13330.2011. Рекомендация согласно Eurocode 0,67. В случае задания параметра сопротивления Strenght как Rigid (жесткий), это означает что раздела двух сред нет и автоматически. Интерфейс в линейных моделях (фундамент) менять смысла нет ( это коэффициент, на который мы умножаем фи и с, который берется от близжайшего грунта чтобы понизить контактное трение между двумя разными материалами). Поскольку прочности в линейной модели нет, понижать нечего (можно назначить в модели Мора Кулона для фундамента ).
Интерфейс - это конечный элемент (sonlu eleman), который отвечает за интерфейсные элементы. Интерфейсы снижают fi и с у грунта снижаются. Без них контакт между сваей и окружающим грунтом будет асболютно жестким. Грунт останется на одном месте, свая уедет. Если интерфесы не поставим грунт и свая будет работать совместно. Релоксация напряжений (когда через неделю свая отдохнула и ее спокойно добили), рассосутся избыточное поровое давление и сваю можно добить. Вязкие грунты моделируются интерфесом где на фазе интерфейс ставиться 0.01.
В программе PLAXIS имеется набор моделей разной степени сложности для грунтов, бетона и скальных пород.[7] В программном комплексе представлены следующие нелинейные модели грунта[8]:
, учитывающий только эластичный отклик грунта бывает в 3..5 раз больше чем , отклик которого включает пластические и эластичные деформации. В расчетах котлована ожидаемое поведение грунта описывается тремя параметрами жесткости[12] (зона чрезмерного разуплотнения, где есть разгрузки Мор "не работает", снижение эффективных напряжений, риск разжижения грунта), [13], . У глин в пять раз больше (если песок то в три). Показатель power (m) отвечает за кривизну графика, для слабых грунтов коэффициент стремится к 1 (идеализированная кривая больше будет совпадат с результатми трехосника). Cильно сжимаемый грунт с большой глубины и жёсткий грунт с малой глубины дают занижение и превышение модуля жёсткости соответственно.
Главный принцип цифрового моделирования грунтов: значение большинства характеристик грунтов в отличие от традиционного подхода зависит от уровня обжимающих напряжений. Вводится понятие опорного референтного давления являющегося начальной точкой отсчета изменений значений характеристик грунтов. Корректное задание референтного давления определяет точность расчёта деформируемого состояния, то есть нас интересует не столько характеристики грунтов а как константы, а именно реакция грунта на заданные воздействие. Референтная точка точка начального отсчёта это давление при котором мы должны проводить опыты и соответственно, если мы допустили ошибку - назначили неправильные референтное давление то далее нас весь пересчёт будет затруднен.
Дренированный случай при медленном нагружении, вода успевает отфильтровываться, успевает проходить консолидация - можем использовать дренированный тип.
Используем недренированный, когда нагружение происходит мгновенно, допустим забивка сваи. Удар идёт, воспринимает всю нагрузку не только скелет грунта (он уплотняется), а ещё нагрузку учитывает и вода, которая заключена в порах. Недрениированный-это значит, что будет учитываться поровое давление, которое создается в этот момент удара. И есть разные типы не дренирования - А, B, C.
Undrained А расчёт идет по эффективному напряжению, то есть мы поровое давления посмотрим, но всё равно весь расчет строится на эффективных параметрах грунта.
Undrained B. Нам уже необходимо принимать не только эффективное напряжение, но ещё нужно знать сопротивление недренированного сдвигу, то есть знать, что на себя возьмет поровая вода и все эти водно-коллоидные связи, когда мы нагрузим, если допустим образец глинистый. Undrained B прочность грунта на дейстиве нагрузки в целом, это не прочность только скелета грунта. Изгибаюшие моменты какая часть грунта ушла в пластику. Параметр Скемптона не так важен так как используется исключительно для контроля степени водонасыщения образца в ходе трехосных испытаний.[15] Прочностью отображаем предельную нагрузку, которую может воспринять массив. Изгибающий момент является переменным во времени в случае откопки траншеи (момент растет так реализуются деформации, развиваются усилия). Поэтому не имеет смысла расчитывает в дренированной постановке, все нужно расчитывать в недренированной постанове Undrainrd B, так как грунт не успевает коснолидироваться под действием новых нагрузок.
Undrained С применим для тяжелых и вязких жидкостей модель. PLAXIS рекомендует там использовать коэффициент пуассона 0,5, что больше чем обычно.
Существует 4 типа ввода:
Генерация сетки конечных элементов происходит через Mesh (Mesh Element contours отображение сетки, Geometry отображение УГВ). После генерации сетки выводится количество созданных элементов. Значения False либо True относятся к элементам, выбираемым в сплывающем окне.
Плиту можно смоделировать двумя способами:[17]
В базе данных материалов пластин есть возможность выбрать Prevent punching (дословно с английского « Предотвращать перфорацию»).[20] Выбор этого параметра может быть уместным для обеспечения своего рода вертикальной концевой опоры (сопротивление опрокидыванию) в случае, если пластина используется в качестве стены. В действительности вертикальные нагрузки на стены, например, в результате вертикальных составляющих анкерных сил или точечных нагрузок на стену, воспринимаются трением боковой боверхности и сопротивлением наконечника. Определенное сопротивление оказывает грунт под наконечником, в зависимости от толщины или площади поперечного сечения наконечника. Гибкие стены (Slender walls) часто моделируют в виде плит. Из-за нулевой толщины плитных элементов Slender walls не имеют торцевой опоры. Влияние торцевой опоры можно учитывать при расчете, если выбрать Prevent punching. Для учета торцевой опоры на дне (вершине) плит выделяют зону в элементах объема грунта, окружающих вершину плиты, где исключается какая-либо пластичность грунта (зона упругости).[21]
Рекомендуется использовать свойство симметрии в PLAXIS для экономии машинного времени. Так для фундамента 2x2 можно замоделировать только 1x1 (четверть в 3D) или 1х2 (половинка в 2D).
Создание плоскости производится через команду Create surface . Это бывает нужно, среди прочего для выдавливания сектора опускного колодца (делается одна поверхность и выдавливается из другой): устанавливается вид сверху, проверятся что координата стоит "0", после выбора линий на плане она выдавливания на определенную высоту, делается обрезка (Intersect and recluster)[22], получается замкнутый контур здания. Линии и точки, оставишиеся от контура удаляются.
Демпфирование в грунте обычно вызнано его вязкостью, трением и развитием пластичности. Однако модели грунтов в программе Plaxis не включают в себя вязкость как таковую.[23] Вместо этого принято Релеевское демпфирование.[24]
Различия между способами. Embedded beam. Если нужно получить усилия в свае, то в модели оставляется только новое здание, моделируется только откопка и устройство свайного поля и включается новое здание. Модель упрощена и быстро считается. При этом можем получить усилия в свае. Когда считается общая модель с помощью условного фундамента, моделируется новое здание на сваях (нельзя получить усилия в сваях, но можно получить осадку и влияние нового сооружения на соседнюю застройку). Делается после того как известна длина сваи.
Подсчет количества свай. 5 кН весит 1 м3 здания. Эту величину умножаем на высоту здания с подземным этажом. Получаем величину давления (порядка 100 кПа для здания высотой 20 м.). Далее считаем площадь здания и умножаем на величину давления (100кПа х 50м2 = 5000 кН весит здание). Далее считаем несущую способность одиночной сваи по СП (как пример, получаем что свая несет 100 кН, давление это отношение нагрузки на площадь сваи p=N/A). Деля 5000 кН/100 кН получаем примерное количество свай (незабываем умножить на 1,4 коэфициент условий работы). Получаем количество свай.
Фундаменты моделируется как плиты с заданием жесткости фундамента согласно СП Бетонные и железобетонные конструкции (например класс бетона B30 модуль упругости 27,5 млн. кПа. Фундамент имеет площадь 2 м2 (его высота 2 метра, ширина 1 метр) назначаем момент инерции bh^3/3 = 2*1^3/3=0,677).
Распорки (для построения распорки сначала нужно построить вспомогательню линию, далее задаются через защемлённый анкер Created fixed-end anchor ) обычно делают из трубы 530, 720, 1000 и выше. Выбираем наружный диаметр и толщину трубы. EA осевая жесткость (для 700 трубы S=(D-d))=(0,72-0,7)*3,14/14.
Несмотря на то, что PLAXIS считается геотехнической программой в программе возможно произвести статический расчет конструкций каркаса здания (определить моменты, продольные и поперечные усилия[26]). Например, в 2D Plaxis это возможно в таким образом:
В программном комплексе могут быть проведены статические расчеты устойчивости сооружений, расчеты фильтрации, может быть определено избыточное поровое давление грунтов, проведены расчеты консолидации грунтов (требует задания коэффициентов фильтрации для грунтов), определены коэффициенты надежности (методом снижения параметров прочности грунта: угла внутреннего трения и сцепления ). Вышеперечисленные расчеты могут быть выполнены для пошагового нагружения и для поэтапного строительства и экскавации грунтов. При значительных деформациях может быть дополнительно использован корректирующий расчет Лагранжа, который представляет собой расчет по изменяемой сетке конечных элементов.
Морозное пучение может быть смоделировано изменением относительной деформации грунта.
В случае фильтрационной задачи[27] в Initial phaze вместо K0 процедуры используем Flownet.
В случае выемок котлована для грунта в центральной части задаем Water Conditions как Dry, что обозначает что воды там нет и деактивируем его. В настройках фазы Тип расчета порового давления устанавливается как Нестационарный поток грунтовых вод (Pore pressure calculation type Transient groundwater flow), чтобы было учтено изменение уровня грунтовых вод (откопка и осушение котлована). Анализ результатов выполняется в Stresess: Groundwaterflow, где значение скорости фильтрации q должно быть меньше 1 (оценка суффозии по ф. 91.17 СП 22.13330.2016). Оценка баражного эффекта происходит через Stressses -> Pore Pressures -> Groundwater Head.
Оптимизацию параметров почвы можно выполнить в утилите SoilTest, включенной в пакет программного обеспечения PLAXIS. Процесс оптимизации основан на алгоритме «роя частиц». Однако процесс оптимизации в программе основан на математическом подходе, который может привести к результатам, которые математически достоверны, но не отражают реальность.[28][29]
Для демонстрации полученных распределений напряжений(Боковые напряжения , напряжения по глубине , касательные напряжения перпендикулярные к экрану ) и деформаций, прогноза их изменения могут использоватся инструменты Hint box,[30] пластические точки (вызывается через меню Streses, Plastic point).[31]. Точки напряженно-деформированного состояния (НДС) могутбыть: failure-разрушение по критерию точности которое задано в модели, Tension cut-off point (разупрочнение за счет растяжения грунта), Hardening (зоны где идет упрочнение грунта), liquefaction (Разжижение грунтов) и т.д. Точка обозначается как точка пластического разрушения, если она в настоящее время находится на огибающей разрушения (например, огибающей Мора-Кулона). Если из-за разгрузки напряженное состояние падает ниже огибающей Мора-Кулона, то точка уже не является точкой пластического разрушения, даже если в прошлом она подвергалась необратимым деформациям.[32]
Sigma MSStage доля прикладываемой нагрузки, используя его можно узнать как менялось НДС с начала прикладываемой нагрузки. В случае, изменений, которые изменяют дисбаланс: увеличение нагрузки и деактивация элементов почвы определяется общий дисбаланс этих двух изменений, и Sum Mstage применяется к общему дисбалансу. Следовательно, увеличение нагрузки и дезактивация элементов грунта будут применяться одновременно. SumMstage применяется к весу активируемого или деактивируемого грунта, а не к жесткости или прочности. Если грунт деактивирован, его жесткость сразу же исключается из расчета, только влияние веса постепенно рассчитывается с помощью Sum Mstage.[33] В некоторых случаях использование параметров по умолчанию для итерационных процедур в PLAXIS 3D может привести к неточным результатам. Это может произойти в том случае, если последний шаг фазы поэтапного строительства является большим шагом, в котором (общий) множитель SumMstage изменяется от 0,5 до 1,0. Эта проблема решена: в параметрах числового управления фазой появился новый параметр, который называется « Максимальная доля нагрузки на шаг»(Max load fraction per step). По умолчанию для этого параметра установлено значение 0,5, и это означает, что любой шаг расчета будет иметь значение Mstage меньше 0,5.[34]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.