What are you interested in?
Trial license
Educational license
Get offer
Please fill out this form and we'll get back to you

3D Soil - Tekniska fördelar

3D Soil – Tekniska fördelar

I denna artikel presenterar vi de tekniska fördelar som erhålls vid analys med hjälp av FEM-Design 3D Soil-modulen. Vi har tagit fram några enkla exempel för att jämföra resultatet mellan 3D Soil och en mer traditionell modellering med bäddmoduler och fjäderstöd. Tveka inte att kontakta oss för en testversion av 3D Soil!

Syftet med 3D Soil-modulen är att modellera kraftfördelning i marken samt interaktion mellan byggnad och mark. Eftersom FE-metoden utgår från styvheter för att hitta kraftförening är det av största vikt att modellera upplag och stöd med rätt styvhetsförhållande.

Vi ska titta närmare på två situationer där 3D Soil-modulen ger ett mycket bättre resultat och dessutom sparar tid jämfört med en mer traditionell modellering.

Platta på mark

I exemplet nedan vill vi modellera en platta på mark belastad med en jämnt utbredd last. Platta på mark är en vanlig situation men kan vara svårt att modellera på ett korrekt sätt med hjälp av en bäddmodul. Problemet ligger i att oavsett vilken styvhet som man väljer har bäddmodulen ingen egen tjocklek. Detta innebär att man ej simulerar lastspridningen i djupet på marken. I bilden nedan illustreras två olika fall för att analysera en platta på mark. Fall 1 är en platta med markvolymen under, här illustreras lastspridningen med blåa linjer. Som framgår i figuren fås en lastkoncentration i mitten av plattan (fler linjer som skär varandra). Fall 2 är en platta med en konstant bäddmodul under. Bäddmodulen har inget djup och följaktligen kan ej en lastkoncentration i mitten av plattan erhållas.

På grund av spänningsvariationen i marken mellan mitten och kanten av plattan fås en krökning i plattan. Den mark som ”aktiveras” vid sidan av plattan tillför dessutom styvhet till utkanten av platta vilket vidare förstärker detta beteende. I fall 2 med bäddmodul är kraften i varje nod i bäddmodulen lika. Detta innebär att deformationen blir helt jämn och ingen krökning i plattan fås.

För att få moment och tvärkrafter krävs en krökning i plattan. I fall 1 fås korrekta snittkrafter eftersom markens styvhet och deformation blir korrekt. I det andra fallet fås inga snittkrafter alls eftersom det inte är någon krökning i plattan.

Slutsatsen är att en enkel konstant bäddmodul under en platta på mark inte ger korrekta snittkrafter för dimensionering. För att utföra en korrekt dimensionering med hjälp av bäddmoduler behövs det att styvheten varierar under plattan. Detta är mycket tidskrävande då man får dela in plattan i olika fält och applicera bäddmoduler med rätt styvhet under dessa fält. I verkligheten kan dessutom styvheten av marken variera beroende på spänningstillståndet, detta är ytterligare en svårighet att hantera med en bäddmodul men är automatiskt inkluderat i 3D Soil om man väljer att utföra en ickelinjär analys. I det bifogade exemplet finns två plattor, den ena är modellerad med en markvolym under och den andra med en bäddmodul. Jämför gärna resultatet vad gäller de inre krafter och deformationer mellan plattorna. 

 

Exempel 1

 

Fundament och stödförskjutningar

En annan situation som är intressant att studera är två stöd som är placerade nära varandra. I bilden nedan ser vi denna situation där det ena fundamentet belastas av en stor last och det andra av en mindre last. I denna typ av situation kommer markens deformation under det större stödet inte bara påverka styvheten för intilliggande stöd utan även introducera en last genom en så kallad stödförskjutning.

För att ta hänsyn till denna effekt vid en mer traditionell modellering med hjälp av punktstöd krävs ett ganska omfattande arbete i steg där man först behöver räkna ut differentialsättningen mellan de två stöden för att sedan applicera rätt stödförskjutningslast. Detta hanteras helt i 3D Soil eftersom marken finns med i analysen och förskjutningar och deformationen i marken kommer påverka lastfördelningen för samtliga objekt i modellen. I det bifogade exemplet finns två ramar som står nära varandra. Den större betongramen belastas av en stor last och den mindre stålramen har en låg belastning. I och med att de står nära varandra på samma mark så kommer de att påverka varandra, både vad gäller deformation men även snittkrafter. Jämför detta med den mer idealt-modellerade konstruktionen bredvid, samma last men istället med punktstöd vid pelarna. Utöver den fysiska kopplingen genom marken fås även en bättre uppskattning av vridstyvheten i upplaget jämfört med att bara sätta ett punktstöd med styvheten 10^10 kNm/rad. Detta kommer också påverka lastfördelningen mellan pelarna och balken i ramen. Jämför snittkrafterna mellan strukturerna och hur lasten är fördelad i denna statiskt obestämda konstruktion.

 

Exempel 2

 

Komplexa grundläggningar

3D Soil går att använda till mer komplexa grundläggningar som t.ex. kompensationsgrundläggningar eller där plastiska omfördelningar och ickelinjära materialegenskaper är viktiga (t.ex. vid lera). För att hantera detta är beräkningen i 3D Soil uppdelad i tre olika faser.

Fas 0

Fas 0 används för att etablera det ursprungliga spänningstillståndet i marken vid ett ickelinjärt material så som lera. Denna information är viktig för att sedan kunna jämföra spänningstillståndet vid eventuell utgrävning (avlastning) för att få en korrekt styvhet.

Fas 1

I fas 1 beräknas spänningstillståndet med hänsyn till eventuella utgrävningar men enbart med markens egenvikt, detta kommer jämföras med fas 0 för att etablera avlastningsstyvheten. Det är viktigt att veta hur mycket marken avlastats vid t.ex. en kompensationsgrundläggning.

Fas 2

I fas 2 appliceras den yttre lasten som verkar på marken från byggnaden. Vid ickelinjära och plastiska beräkningar appliceras lasten i steg för att uppdatera styvhetsmatrisen om något område plasticerar eller om styvheten på ickelinjära material förändrats mellan stegen.

Just nu har vi fina kampanjpriser på FEM-Design 3D Soil och FEM-Design Foundation Design, tveka inte att kontakta oss för en testversion eller offert!

What are you interested in?
Trial license
Educational license
Get offer
Please fill out this form and we'll get back to you