Wpyw warunków brzegowych na rozkad napre w gruncie i powoce przepustu

Analiza MES wykazaa duy wpyw sztywnoci i odlegoci cianek obudowy stanowiska badawczego na deformacj, rozkad si wewntrznych w przepucie oraz rozkad napre w gruncie. W zwizku z powyszym podjto prób analizy rozkadu napre poziomych w gruncie w zalenoci od wysokoci naziomu przy zastpczym obcieniu normowym.

Wpyw odlegoci cianki przepustu na rozkad napre w gruncie obrazuje rysunek 4.22, na którym pokazano rozkad napre w gruncie w paszczy nie równolegej do badanego przepustu w odlegoci 2.50 m od jego osi symetrii (tu przy ciance obudowy z podkadów kolejowych). Dodatkowo na rysunkach 4.23 i 4.24 pokazano deformacj caego stanowiska badawczego, uzyskan dla dwóch analizowanych schematów, z zaznaczeniem przemieszcze poziomych (o x). Na obu rysunkach deformacje przedstawiono w tej samej skali tj.: 1:447.

Rys. 4.22. Rozkad napre poziomych Vx w gruncie w przekroju przy cianie obudowy stanowiska badawczego [Pa].

Rys. 4.24. Deformacje caego ukadu z zaznaczeniem przemieszcze poziomych dla schematu nr 2 [m].

W celu zweryfikowania tezy nr 3 tj. wpywu warunków brzegowych na rozkad poziomych napre w gruncie w zalenoci od wysokoci naziomu i obcienia zewntrznego zbudowano pi modeli numerycznych o schemacie pokazanym na rysunku 4.25. Obliczenia przeprowadzono dla zastpczego obcienia normowego Q = 52.0 kPa przy nastpujcych wysokociach naziomu: h = 0.4 m; 0.6 m; 0.8 m; 1.0 m; 1.2 m. Uwzgldniono jedynie wpyw obcienia zewntrznego, tzn. pominito ciar wasny gruntu. Analiz przeprowadzono dla odlegoci 4 x R, czyli podwójnej rozpitoci badanego przepustu.

Rys. 4.25. Schemat statyczny ukadu do analizy rozkadu poziomych naporów w gruncie w zalenoci od wysokoci naziomu dla obcienia normowego.

Model przepustu wykonano z 512 elementów typu SHELL4, natomiast model gruntu z 7 168 elementów typu SOLID. W obliczeniach wykorzystano symetri ukadu wykonujc poow modelu. Uyto takich samych parametrów jak dla modeli opisanych w punkcie 4.3 ”Dyskretyzacja modelu badanego przepustu”.

Rozkady napre poziomych Vx w gruncie wokó przepustu dla poszczególnych wysokoci naziomu pokazano na rysunkach od 4.26 do 4.30.

Rys. 4.26. Rozkad napre poziomych w gruncie w przekroju rodkowym dla naziomu h = 0.4 m [Pa].

Rys. 4.28. Rozkad napre poziomych w gruncie w przekroju rodkowym dla naziomu h = 0.8 m [Pa].

Rys. 4.30. Rozkad napre poziomych w gruncie w przekroju rodkowym dla naziomu h = 1.2 m [Pa].

Na rysunku 4.31 pokazano zmiany napre poziomych Vx w zalenoci od odlegoci od cianki przepustu dla trzech wybranych wysokoci naziomu 0.4 m, 0.8 m i 1.2 m. Jak mona przewidzie propagacja poziomych napre ciskajcych zwiksza si wraz ze zmniejszeniem wysokoci naziomu przy tym samym obcieniu zewntrznym.

Rys. 4.31. Zmiany napre poziomych Vx w zalenoci od odlegoci od cianki przepustu dla rónych wysokoci naziomu.

Zaoono, e w pewnej odlegoci od cianki przepustu wpyw obcienia zewntrznego przy danej wysokoci naziomu jest znikomy. Granice t oszacowano biorc pod uwag rónic w napreniach poziomych pomidzy ssiadujcymi elementami. Dla badanego przepustu granic tak jest poziom 14.0 kPa, któr zaznaczon na rysunku 4.31.

3.85 4.40 4.11 _3.99 6.00 3.70 4.10 4.50 4.90 5.30 5.70 6.10 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 Wysokos naziomu h [m] Odlego x [ m ]

Dane z oblicze MES Funkcja x(h)

Rys. 4.32. Odlego x w zalenoci od wysokoci naziomu h.

Kierujc si powyszym zaoeniem wyznaczono odlegoci od cianki przepustu x dla poszczególnych wysokoci naziomów h. Na rysunku 4.32 naniesiono wyznaczone odlegoci x w zalenoci od wysokoci naziomu h. Jak mona zauway punkty te daj si aproksymowa krzyw ekspotencjaln o nastpujcym równaniu:

x(h) Ae

C

gdzie:

A, B, C – parametry funkcji równe: A = 33.4,

B = 6.94, C = 3.92.

Powysz zaleno mona wykorzysta w przyszoci przy planowaniu podobnych bada, w których naley uwzgldni wpyw cianki obudowy. Obudow naley w miar moliwoci oddali od badanego przepustu lub uy odpowiednio mniejszego modelu.

Jak wynika z przeprowadzonej analizy numerycznej w przypadku badanego przepustu minimalna odlego cianki obudowy, przy obcieniu normowym, która nie wpywaaby na zachowanie si przepustu to:

– 4.40 m dla naziomu h = 0.60 m, – 4.11 m dla naziomu h = 0.80 m, – 3.99 m dla naziomu h = 1.00 m.

Grunt uyty do obsypania przepustu podatnego o duej rozpitoci musi by dobrej jakoci, tote stanowi on najbardziej kosztowny element jego budowy. Zaproponowana metoda moe suy do oszacowania bezpiecznej odlegoci od cianek bocznych przepustu, dla której naley uy gruntu o odpowiednio wysokich parametrach wytrzymaociowych.

Zaprezentowan metod mona w przyszoci wykorzysta do wyznaczenia parametrów A, B i C dla przepustów o rónej geometrii oraz dla rónych rodzajów gruntu.

4.5.1. Przesunicie obudowy stanowiska badawczego

W celu dokadniejszego rozpoznania wpywu warunków brzegowych na rozkad napre w gruncie zbudowano dodatkowo trzy modele numeryczne, w których przesunito sztywne ciany obudowy stanowiska badawczego o 4.00, 6.00, 10.00 m od osi symetrii przepustu. Schemat dodatkowych modeli pokazano na rysunku 4.33. Obliczenia przeprowadzono dla naziomu h = 0.8 m i zastpczego obcienia normowego Q = 52.0 kPa.

Rys. 4.33. Schemat statyczny ukadu dla trzech wariantów z przesunitymi cianami.

Na rysunkach 4.34 a, b, c, d przedstawiono rozkady poziome napre w gruncie dla modeli z przesunitymi sztywnymi cianami obudowy stanowiska testowego w jednakowej skali napre (zakres od - 18.0 kPa do -51.5 kPa). W tabeli 4.3 zestawiono przemieszczenia punktów A i B, pokazanych na rysunku 4.33, w przekroju bezporednio pod obcieniem.

b)

c)

d)

Rys. 4.34. Naprenia normalne poziome wokó przepustu dla: a) wariantu wyjciowego, b) wariantu I, c) wariantu II, d) wariantu III [Pa].

Tabela 4.3. Zestawienie przemieszcze dla poszczególnych wariantów dla pkt. A i B wg rysunku 4.33.

Przemieszczenia ^Wariant

wyjciowy ^{Wariant I Wariant II Wariant III}

Jednostki mm mm mm mm

Punkt A -1.1 -4.1 -5.8 -7.6

Punkt B -0.1 -1.1 -1.9 -3.5

Przedstawione powyej wyniki dla wirtualnie przesunitych cian obudowy stanowiska badawczego dodatkowo obrazuj, jaki wpyw na rozkady napre poziomych Vx oraz przemieszczenia konstrukcji ma nie tylko sztywno samego przepustu, ale równie jego otoczenie. Przesunicie cian obudowy przepustu

o 1.50 m wpywa znaczco na przemieszczenia klucza konstrukcji (tabela 4.3) oraz na rozkad napre poziomych (rysunek 4.34 a i b).