Projekt
vznikl
za
podpory
FRVŠ
1460/2010
Multimediální
učebnice
předmětu
"Výpočty
podzemních
konstrukcí
na
počítači""
Příklad
č.
4
Dva
souběžné
tunely
kruhového
profilu
ražené
plným
profilem
Tato úloha řeší výstavbu dvou tunelů kruhového profilu, které jsou raženy plným profilem. Tunely nejsou raženy současně, ale s jistým časovým odstupem. Důraz v tomto příkladu je kladen na tvorbu geometrie, sítě konečných prvků a práci s jednotlivými fázemi výstavby.
Geologický profil je tvořen ukloněnými vrstvami křemence, mezi kterými se nachází vrstva břidlice. Tunely jsou kruhového profilu o průměru 6 m. Délka pracovního postupu je 1,5 m. V prvním kroku stejně jako v předešlých příkladech dojde k vytvoření geometrického modelu konstrukce a prostředí. 1. Geometrie Založením nového projektu a změny systému jednotek bude prvním krokem této úlohy.
obr. č. 1 – založení nového úkolu Nejdříve dojde k vytvoření zájmové oblasti o rozměrech 70 m, 100 m a 60 m. 1.1.
Příkaz geometry – primitive feature – box
obr. č. 2 a 3 vytvoření zájmové oblasti rok (corner) -35,-25,-60 souřadnice 70,50,60 1.2.
Zobrazení změnit na čárové, kvůli větší přehlednosti display mode – wireframe
obr. č. 4 čárové zobrazení Vytvoření hranic geologických vrstev. Je Vniklé polyline jsou ihned převedeny na plochy. 1.3.
použit
Příkaz geometry – curve – create 3D – polyline
příkaz
polyline.
obr. č. 5 příkaz polyline 3D souřadnice zaškrtnout plocha 1 – plocha 2 – plocha 3 –
viz. tabulka č. 1 volbu make face a closed souřadnice 1-4 souřadnice 5-8 souřadnice 9-12
obr. č. 6 vytvořené plochy 1 2 3 4 5 6 7 8
-34 -34 35 35 -7 -7 19 19
-25 25 25 -25 -25 25 25 -25
0 0 -40 -40 -60 -60 0 0
9 10 11 12
-35 -35 6 6
-25 25 25 -25
-20 -20 -60 -60
tab. č. 1 1.4.
přesunutí plochy č.2
obr. č. 7 a 8 příkaz translate příkaz geometry – transform – translate posun plochu o -4 m ve směru osy x 1.5.
Úprava ploch – odstranění přebytečných příkaz geometry – surface – divide by surface zaškrtnout delete original surfaces (vymazat původní plochy) po ukončení dělení vymazat přebytečné plochy
obr. č. 9 příkaz dělení ploch plochou
obr. č. 10 po ukončení úprav ploch Geologie je vytvořena a nyní je potřeba vymodelovat tunelové trouby. V prvním kroku budou vytvořeny kruhové plochy, která přesunutím a protažením v příslušném směru vytvoří tunely. 1.6.
Vytvoření tunelů
1.6.1.
Příkaz geometry – curves – create on wp – circle
obr. č. 11 příkaz circle
center location – 0,0 radius 3 zaškrtnout make face
obr. č. 12 a 13 zadání kruhu 1.6.2.
Kruh je potřeba posunout to skutečné pozice
příkaz geometry – transform – translate posunutí ve směru jednotlivých os osa x 7, osa y -25, osa z -32
obr. č. 14 nastavení příkazu translate 1.6.3.
Vytvoření druhého tunelu
příkaz geometry - transform – translate uniform copy posun ve směru osy x o -14 m
obr. č. 15 nastavení příkazu translate 1.6.4. Nyní dojde k protažení ploch tunelů po celé délce zájmové oblasti příkaz geometry – generator feature – extruze
obr. č. 16 a 17 – vytvoření tunelů ve směru osy y 50 m zaškrtnout make solid 1.6.5. Z důvodu, že v této chvíli jsou v jednom místě dvě tělesa, tělesa tunelů a těleso zájmové oblasti, které se duplikují, je nutné tuto kolizi napravit. příkaz geometry – solid – embed
obr. č. 18 a 19 příkaz embed vyjmutí prostoru zájmové oblasti potřeba pro každý tunel zvlášť zájmová oblast jako master object tunel jako tool object zaškrtnout delete original shape
v
místě
prostoru
tunelů,
je
obr. č. 20 vyjmutí proběhlo úspěčně 1.6.6. Nyní bude geologické části
zájmová
oblast
rozdělena
na
jednotlivé
příkaz geometry – solid – divide
obr.č. 21 příkaz divide rozdělit prostředí na 5 dílů prostředí jako objekt na dělení geologické rozhraní jako nástroje na dělení zaškrtnout delete original shapes (v případě, kdy se tento příkaz bude týkat plochy, která prochází jednou z tunelů trub, je potřeba zvolit tunel i část zájmové oblasti najednou, viz jeden z následujících obrázků)
obr. č. 22 až 25 postup při dělení zájmové oblasti
1.7. K rozdělení těles tunelů po jednotlivých krocích odtěžování, v tomto případě po 1,5 m. Tomuto poslouží uměle vytvořená plocha, do které jsou oba tunely vně příkaz geometry – curve – create on WP – rectangle(wire)
obr. č. 26 příkaz rectangle(wire) rectangle (wire) zaškrtnout make face rozměry zvolit tak, aby byl tunel vně obdelníku pro každý tunel jednu plochu
obr. č. 27 a 28 vytvoření ploch pro dělení 1.8.
Posun ploch
příkaz geometry – transform – translate dvě face ve směru osy y -24
obr. č. 29 posun ploch 1.9.
Vytvoření kopií ploch v místech dle technologického postupu
příkaz geometry – transform – translate zaškrtnout uniform copy vzdálenost 1,5 počet opakování 32
obr. č. 30 kopírování ploch 1.10. Tělesa tunelů budou rozděleny na jednotlivé úseky podle ploch vzniklých v předešlém kroku příkaz geometry – solid – divide tunel jako main shape faces jako nástroj označit delete original shapes a delete tools pro každý tunel zvlášť – v případě druhého tunelu je potřeba označit oba kusy rozdělený mezi dvě geologické vrstvy
obr. č. 31 a 32 dělení tunelů 2. materiály Dále je potřeba zadat parametry materiálů. Bez navážek, tato vrstva bude převedena na plošné zatížení a zadána později. 2.1.
zeminy
příkaz model – property – material
obr. č. 33 příkaz material
parametry zeminy viz. tab. č. 2
obr. č. 34 až 36 zadání parametrů zeminy
tab. č. 2 parametry zeminy 2.2.
zadání parametrů betonu příkaz model – property – material
obr. č. 37 a 38 zadání parametrů betonu
tab. č. 3 parametry betonového ostění 2.3.
Přiřazení jednotlivých materiálů k jejím atributům příkaz – model – property – attribute
obr. 39 příkaz attribute
obr. č. 40 až 42 – zadání atributů zemin
obr. 43 až 45 zadání atributů betonu a ostění
3. vytvoření sítě MKP Ještě před vytvoření sítě MKP ke potřeba nastavit pravidla pro dělení sítě. Je potřeba na všech sousedících plochách zadat dělení. Pravidla jsou zadána takto: plochy kolem tunelů po 1 m plochy mezi tunely a plochy nad pravým (děleným) tunelem po 2 m plochy pod a nad levým tunelem po 3 m zbytek po 5 m – není třeba nastavovat - určeno velikostí prvku při zadávání sítě V tomto manuálu bude ukázán pouze jeden informace viz video-manuál k tomuto příkladu.
případ.
Pro
podrobnější
3.1.
pravidla pro dělení sítě
Nejdříve je potřeba schovat všechny prvky, které se týkají tunelů. Na nich není potřeby nastavovat dělení sítě, bude určeno velikostí prvku. příkaz mesh – size control – on face
obr. č. 46 označit plochy tunelů zadat za velikost prvku (element size) hodnotu 1
obr. č. 47 nastavení dělení sítě V případě, že se nedaří označit všechny plochy najednou, tak lzde doporučit postup, kdy schováte všechna tělesa, kromě jednoho. Zadat pravidla na tvorbu sítě již potom není tak komplikované.
obr. č. 48 až 52 nastavení dělení sítě na jednotlivých tělesech Po nastavení pravidel po dělení sítě, lze již postoupit k její vlastní tvorbě. 3.2.
Vytvoření sítě MKP pro oblast uvnitř tunelů
nejprve schovat všechny tělesa kromě tunelů příkaz mesh – auto mesh – solid
obr. č. 53 příkaz auto mesh – solid
nejprve tunel vlevo, který leží v břidlicích
obr. č. 54 – tunel vlevo velikost prvku 1 atribute – 1:břidlice název sítě – tunel A každé těleso označit zvlášť (register each solid independently)
obr. č. 55 tunel vpravo - břídlice
obr. č. 56 tunel vpravo - křemenec 3.3.
Přejmenování vzniklých sítí
příkaz mesh – mesh set – rename
obr. č. 57 – příkaz rename mesh
obr. č. 58 až 60 přejmenování sítí jako rozhodovací pravidlo zadat osu y pro každou část tunelu samostatně 3.4.
Schovat všechny vniklé sítě MKP a dále tělesa (solids) tunelů
3.5.
Příkaz mesh - auto mesh – solid
obr. č. 61 až 65 vytvoření sítě 3.6.
Vytvoření prvků pro ostění tunelu
schovat všechny subsítě MKP a zobrazit tělesa tunelů je možno pro oba tunely najednou, popřípadě pro každý zvlášť
příkaz model – element – extract element
obr. č. 66 příkaz extract element zaškrtnout face zaškrtnout přeskočit stejné plochy (skip duplicated faces) nastavit vlastnosti ostění – jsou připravené již z předešlých kroků zaškrtnout pojmenovat na základě původního tvaru (register based-on owner shape)
obr. č. 67 vytvoření ostění v dalším kroku dojde k vymazání nepotřebných prvků příkaz model – element – delete
obr. č. 68 příkaz delete elements
obr . č. 69 vymazání elementů označit čela tunelů z obou stran 3.7.
seřazení prvků ostění příkaz mesh – mesh set – rename
obr. č. 70 příkaz rename
obr. č. 71 až 73 přejmenování sítí seřadit podle osy y ost_tA ost_Bb v břidlicích ost_Bk v křemenci 4. hraniční podmínky příkaz model – boundary – ground supports
obr. č. 74 ground support
obr. č. 75 nastavení okrajových podmínek označit všechny sítě a příkaz příslušné okrajové podmínky
automaticky
5. zatížení nejdříve zatížení vlastní vahou příkaz model – load – self weight
obr. č. 76 self weight
přidělí
jednotlivým
obr. č. 77 zadání vlastní tíhy k souřadnici z zadat hodnotu -1 zatížení od vrstvy navážek bude přepočítáno na plošné zatížení 120 kPa příkaz model – load – pressure load
obr. č. 78 pressure load je možné zadávat zatížení jak na elementy, tak na plochy (jak je ukázáno zde) vypnout veškeré sítě zapnout tělesa (solids) typ objektu přepnout na face vybrat dvě horní plochy zadat hodnotu 120 kPa nechat nastavení žádná bázová funkce (none baze function)
obr. č. 79 zadání zatížení na plochu
6. Nyní se dostává do fáze, kdy je již vše zadáno a je potřeba nadefinovat technologický postup, tedy postup výstavby. K tomu bude požit nástroj, který dokáže ulehčit práci při definici cyklických postupů. příkaz model – construction stage - stage definition wizard
obr. č. 80 stage definition wizard nejprve nastavíme pravidla pro cyklickou činnost vzhledem k množství výpočetního času, které by bylo potřeba k dokončení celé úlohy, bude ukázána jen část ražba tunelů probíhá asymetricky, tedy postup prací není souběžný, nejdříve je ražen tunelA (vlevo) a následně tunelB (vpravo)
obr. č. 81 prázdný stage definition wizard cyklický postup se týká s tunely, tedy uvnitř a ostění
pouze
prvků,
které
mají
co
do
činění
na počátku jsou všechny prvky v tunelu aktivované, tedy tunelA, tunelBb a tunelBk mají přepínač A/R na hodnotě A do kolonek postfix inc. je napsána hodnota 1, start stage, stage inc. hodnota 0, jedná se po počáteční fázi a tímto zápisem přesuneme tyto prvky do „předvýpočetní“ fáze I.S. vysvětlení funkcí postfix inc., start stage, stage inc. postfix inc. – množství aktivovaných prvků za jednu fázy start stage – nastavení počátku aktivace stage inc. – aktivace sady na více fází
obr. 82 první fáze
v dalším kroku dojde k vyrubání prvního prstence, vzhledem ke zkrácení výpočtu bude požit přepínač F a do kolonky end postfix doplněna hodnota 5
obr. č. 83 druhá fáze dále dochází k aktivaci ostění tuneluA tedy ost_A, start stage má hodnotu 2 tedy ostění se bude stavět o jeden krok později pomocí přepínače F je nastaven end postfix na hodnotu 4
obr. č. 84 třetí fáze druhý tunel je vyrubán o další fázi později a jeho ostění opět o další krok, vše je ukončeno v kroku č. 3
obr. č. 85 čtvrtá fáze
v poslední fázi je potřeba aktivovat ostění druhého tunelu end postfix je nastaven na hodnotu 2 a start stage na hodnotu 4
obr. č. 86 pátá fáze po zmáčknutí tlačítka Appy Assignment Rules by se měla vyplnit tabulka pod pravidly
obr. č. 87 apply assignment rules nyní je potřeba doplnit podmínky a zatížení
do
počáteční
fáze
zbývající
prvky,
označte vše zbývající v Element, Boundary, Load a přetáhněte do I.S
obr. č. 88 doplnění počáteční fáze 7. výpočet příkaz analysis – analysis case
obr. č. 89 příkaz analysis case nastavit typ výpočtu jako Construction type kliknout na tlačítko analysis kontrol
hraniční
označit initial stage for stress analysis a K0 Condition
obr. č. 91 nastavení typu výpočtu
obr. č. 92 nastavení výpočtu spuštění výpočtu příkaz analysis - solve
obr. č. 93 výpočet Výpočet trvá přibližně kolem hod.
