Opis
W tym modelu uproszczono konstrukcję nośną zbiornika ziemnego o średnicy 3 metrów. Składa się on z dwóch komór o długości 8 m, połączonych pośrodku pomieszczeniem rewizyjno-montażowym. Znajduje się przy nim szyb wejściowy, który prowadzi do powierzchni terenu. Powierzchnia terenu znajduje się dwa metry powyżej zbiornika. Zbiornik wykonany jest z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym oraz profili ze stali nierdzewnej. Materiały te zostały odwzorowane na podstawie ortotropowego plastycznego oraz izotropowego plastycznego zachowania materiału.
Fundament
Dla fundamentu przyjęto uproszczone stałe sprężyny powierzchniowe na górnej i dolnej połowie zbiornika. Obliczenia przeprowadzono według zmodyfikowanej metody dwuparametrowego modułu podłoża według Pasternaka. Głębokość oddziaływania została określona na 2,4 m. Na górze grubość podłoża określono na podstawie przysypu (2 m). Dodatkowo zmniejszono tutaj sztywność sprężyn o 50%. Powodem są wpływy z nieprawidłowego osadzenia ze względu na bliskość powierzchni terenu oraz zakładane niepełne zagęszczenie podczas montażu. Poniższa grafika przedstawia wizualizację współczynników sprężystości w kierunku z, a także odpowiednie okno dialogowe wprowadzania parametrów podłoża przyłożonych do dolnej połowy.
Dalsze informacje na temat modelowania interakcji grunt-konstrukcja znajdują się w poniższym wpisie w instrukcji. Zawiera ona także opis dokładniejszej procedury określania interakcji między konstrukcją a podłożem.
Ciśnienie gruntu
Ciśnienie gruntu działające na zbiornik wynika z ciężaru objętościowego otaczającego gruntu i wzrasta z głębokością. Rozkład ten można przyjąć jako liniowy, zaczynający się od braku obciążenia na powierzchni terenu. Obciążenie zostało zastosowane w trzech globalnych kierunkach głównych na zewnętrzne ściany zbiornika. Poniższa grafika ilustruje zastosowanie obciążenia ciężarem własnym gruntu.
Napełnienie
Dwie komory zbiornika zostały niezależnie od siebie obciążone hydrostatycznym ciśnieniem wynikającym z napełnienia płynem. Jest ono wyznaczane na podstawie ciężaru objętościowego cieczy i wysokości napełnienia, liniowo wzrasta z głębokością i działa prostopadle do ściany zbiornika.
Dalsze informacje na temat hydrostatycznego ciśnienia na konstrukcje zbiorników można znaleźć w poniższym artykule technicznym:
Wypór
Wypór z napierającej wody gruntowej
W tym przypadku zakłada się, że zbiornik jest tymczasowo zanurzony do połowy w wodzie gruntowej. Całkowite obciążenie z wyporu jest wyznaczane na podstawie zasady Archimedesa z masy wypartej wody. Jego działanie jest przeciwne do przyspieszenia ziemskiego. W rezultacie siła działa w naszym modelu w kierunku ujemnym z. Dodatkowo następuje tutaj rozkład obciążenia na powierzchnię rzutowaną i zakłada się liniowe zwiększanie obciążenia w kierunku Z. Powinno to, zapewniając margines bezpieczeństwa, prowadzić do przeszacowania obciążenia i zwiększonej owalizacji zbiornika. Poniższy wzór przedstawia powierzchniowe obciążenie wyznaczone dla tych założeń przy stałym rozkładzie. Wprowadzenie jest przedstawione na obrazie poniżej.
Zmiana ciśnienia gruntu z napierającej wody gruntowej
Z powodu czasowej zmiany poziomu wód gruntowych zmienia się również obciążenie wynikające z istniejącego gruntu. Poniższa formuła pokazuje wyznaczanie tej zmiany obciążenia. Następna grafika przedstawia rozkład tego obciążenia i procentową zmianę według głębokości.
Optymalizacja
Na poniższym rysunku przedstawiono ustawienia optymalizacyjne oraz związane z nimi parametryzowane wymiary konstrukcji nośnej, które zostały wybrane do optymalizacji. Dzięki oznaczonemu przyciskowi "OK & wszystko oblicz" można obliczyć mutacje optymalizacyjne.
Uwagi końcowe
Interakcja grunt-konstrukcja
Aby wiernie odwzorować interakcję między konstrukcją a otaczającym ją gruntem, konieczne byłoby zastosowanie gruntu jako objętości 3D i nieliniowego zachowania materiału. Dalsze informacje są dostępne w instrukcji do rozszerzenia Analiza geotechniczna pod następującymi linkami:
- Podręczniki online RFEM 6 | Analiza geotechniczna | Materiały typu Grunt
- Instrukcja obsługi online programu RFEM 6 | Analiza geotechniczna | Typ modelowania gruntu | 3D | Metoda elementów skończonych
Stateczność/Wyboczenie
W tym artykule pominięto wprowadzenie imperfekcji i weryfikację na wypadek utraty stateczności. Weryfikacja metodą GMNIA byłaby tutaj jednak bezproblemowa ze względu na zastosowane już nieliniowe materiały. Dalsze informacje na ten temat są dostępne w poniższym artykule technicznym i webinarium: