|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DOPUSTNA OBREMENITEV TEMELJNIH TAL GRAFIÈNE PREDSTAVITVE REZULTATOV ANALIZE NAPETOSTI IN POSEDKOV INTERPOLIRANJE GEOLOŠKIH PROFILOV PRI RAÈUNANJU POSEDKOV
|
SPLOŠNE INFORMACIJE O PROGRAMU Program B4 je bil razvit kot orodje, v katerega sta bili vgrajeni izvirni direktni enačbi za račun napetosti in skrčkov poljubne točke polprostora, obremenjenega z gibko bremensko ploskvijo tlorisno pravokotne oblike. Vsi problemi superpozije, tako obtežbe kakor površin, so bili namreč odstranjeni z izpeljavo izvirnih enačb za račun vertikalnih napetosti in deformacij v poljubni točki polprostora, obremenjenega s tlorisno pravokotno obtežbo, ki pa ni nujno enakomerna (Skrinar, Battelino; 1995). Dodatna prednost teh enačb je bila v dejstvu, da obtežba ni omejena samo na enakomerno vrednost, temveč je lahko opisana s poljubno ravnino. Program je hitro prerastel prvotno začrtane okvirje, saj je nadgradnja programa dodatno vpeljala analogen račun napetosti in skrčkov z Westergaardovimi enačbami, ki so manj znane kot Boussinesqove, vendar nudijo uporabniku dobro osnova za ovrednotenje rezultatov. Naslednji korak je bila vpeljava izračuna napetosti in skrčkov poljubne točke polprostora, obremenjenega z enakomerno gibko bremensko ploskvijo tlorisne oblike poljubnega četverokotnika. Integracija po površini poljubnega èetverokotnika je bila s pomočjo transformacije lika iz globalnih koordinat prevedena v integracijo po dveenotnem kvadratu v lokalnih koordinatah. Integracija po prvi spremenljivki je bila izvedena simbolično, integracija po drugi spremenljivki pa se izvaja numerično. Program dalje omogoča izračun konsolidacije, kot tudi izboljšavo nosilnosti terena s peščenimi in apnenimi piloti. Programski paket B4 je orodje za hiter in enostaven račun vertikalnih napetosti ter skrčkov poljubne točke polprostora, obremenjenega z gibkimi bremenskimi ploskvami tlorisno različnih oblik. Program je namenjen uporabi v Windows okolju in nudi uporabniku množico informacij, ki jih s klasičnim postopkom reševanju ni mogoče dobiti tako enostavno v realnem času. UPORABNIKU PRIJAZEN VNOS VHODNIH PODATKOV - PREPROCESOR Vhodne podatke program dejansko prebira iz vhodne datoteke, ki ima konènico dat. Podatke je v to datoteko mogoèe zapisovati kar neposredno z uporabo poljubnega urejevalnika besedil, sam program pa omogoèa neposredno podajanje vhodnih podatkov s pomoèjo programa Notepad, ki je sestavni del okolja Windows. Vendar je tak naèin podajanja zaradi zahteve po detajlnem poznavanju vrstnega reda podatkov primeren samo za izkušene uporabnike ali za manjše korekcije vhodnih podatkov. Starejše verzije programa so zato omogoèale tudi neposredno podajanje vhodnih podatkov v obliki podajanja odgovorov na vprašanja. Tak naèin podajanja podatkov je sedaj v celoti nadomestil predprocesor, ki ne omogoèa samo tvorbe popolnoma novih vhodnih datotek, ampak tudi kreiranje novih datotek s pomoèjo modifikacije starih datotek s sliènimi podatki. Neposrednemu podajanju numeriènih podatkov se sicer tudi s predprocesorjem ni mogoèe izogniti, vendar je podajanje podatkov postalo uporabniku prijaznejše, saj menuji s pomoèjo vizualne predstavitve vhodnih podatkov omogoèajo hitrejši in preglednejši vnos podatkov. Pri podajanju bremenskih ploskev uporabnik tako v splošnem menuju najprej izbere tlorisno obliko obtežbe, kar aktivira detajlneši menu za izbrano obliko bremenske ploskve, kjer so grafièno prikazani zahtevani podatki o obliki (lokaciji in dimenzijah), obtežbi (vogalne vrednosti) in poziciji (globini) izbrane bremenske ploskve (slika 1).
Slika 1: Menu za podajanje osnovnih bremenskih ploskev Po zakljuèenem podajanju prve bremenske ploskve so uporabniku na razpoglago še tri dodatne opcije za generiranje skupine novih obtežb s pomoèjo že definiranih. Tako je mogoèe rotirati že obstojeèo ploskev okoli podane toèke (kar je še posebej ugodno pri opisovanju polkrožnih trakastih temeljev), že opisani posamezni temelj je prav tako mogoèe preslikati v mrežo (oz. samo vrstico ali stolpec) temeljev (kar je ugodno pri opisovanju skupine ploskev z enako obliko in obtežbo), prav tako pa je mogoèe skupino že opisanih temeljev preslikati (brez rotacije) na novo lokacijo (slika 2).
Slika 2: Razširjeni menu za podajanje bremenskih ploskev Na voljo so trije moduli za pripravo podatkov in sicer:
Doloèitev števila slojev z geofoni Debelino enega ali maksimalno dveh slojev je mogoèe izraèunati s pomoèjo geoseizmiènih preiskav. Te potekajo tako, da na znanih razdaljah namestimo geofone in nato izmerimo èas, ki poteèe med sprožitvijo zvoènega signala in njegovo zaznavo na geofonih. Za izraèun slojev sta potrebni torej dve vrsti podatkov - razdalje geofonov od centra sprožitve zvoènega signala in èasi. Ker gre za relativno kratke èase, so èasi podani v milisekundah (msec). Ko so podatki podani, program omogoèa doloèitev enega ali dveh slojev. Reševanje problema se izvede s prilagajanjem dveh ali treh odsekovnih premic danim podatkom. Èe podani podatki omogoèajo zajeteje podatkov s tremi premicami, lahko doloèimo dva sloja, èe pa se dajo podatki zajeti s samo dvema premicama, pa lahko izraèunamo podatke za samo en sloj. Program poišèe tri premice s pomoèjo korelacije podatkov na posameznih odsekih in izriše najoptimalnejšo varianto glede na podane algoritme, ter izpiše izraèunane globine. Posamezne premice so loèene z vertikalno linijo, ki predstavlja mejo med posameznimi hitrostmi. Korekcija rezultatov s pomoèjo premikanja mej med hitrostima; s pušèicama levo in desno premikamo meji v levo in desno. Izraèunani debelini slojev (ali ena sama) se izpišeta na vrhu risbe. Èe so meje definirane tako, da se zahteva izraèun dveh slojev, na ekranu pa so izpisani podatki samo za en sloj (prvi ali drugi), to pomeni, da pri izbrani kombinaciji ni izpolnjeno pravilo v3>v2>v1, kjer v predstavlja hitrost.
Doloèitev kota notranjega trenja in kohezije s pomoèjo edometra Neposredno desno ob ikoni NOTEPAD se klikne z miško. Aktivira se okno (obrava se z modro barvo) in vanj se zapišejo podatki, loèeni med seboj z vejico. Ko so podani vsi podatki, se z klikom na ustrezno ikono aktivira podprogram za analizo podatkov, ki ostanejo na ekranu tudi, ko se že izriše slika in izpišeta kot notranjega trenja in kohezija. Vhodne podatke je mogoèe popravljati in tako dobiti veè rezultatov, ki se ne shranjujejo avtomatièno na disk. Na sam izraèun uporabnik nima vpliva. TVORBA POROÈILA ANALIZE Z UPORABO MODULA MED PROGRAMOMA B4 IN WinWord Program avtomatièno zapisuje numeriène rezultate analiz v izhodno datoteko s konènico lis, katere ime je enako imenu vhodne datoteke. Zaradi obsežnosti slik jih program ne shranjuje avtomatièno, ampak lahko uporabnik vsako sliko shrani posebej (z dvojnim klikom z miško na sliki - slika se shrani na delovnem direktoriju programa, na ekranu pa se izpiše ime slike). Rezultate v izhodni datoteki je mogoèe pregledovati že, ko je program B4 še aktiven, saj lahko uporabnik aktivira program Notepad, s katerim je mogoèe pregledovati rezultate. Pomembna je opcija, ki omogoèa shranjevanje rezultatov s pomoèjo urejevalnika besedil WinWord (verzije 6, 7, 8 oz. 97 in višje). Program B4 samostojno aktivira program WinWord (pri verziji 7 program mora biti aktiviran predhodno), ga krmili ter v urejeni obliki zapisuje vhodne podate in izhodne rezultate. Prednost tega pristopa je velika hitrost kreiranja poroèila analize pri delu s programom, saj program po želji uporabnika dodatno kreira prvo stran poroèila (zapiše uporabnikov naslov, naslov poroèila, kraj in datum), ostale strani pa opremi z uporabnikovim znakom v 'glavi' dokumenta ter strani oštevilèi. Tak zapis rezultatov omogoèa ne samo bistveno hitrejšo tvorbo poroèil, ampak tudi mnogo preglednejšo in reprezentativnejšo obliko poroèila, saj so v poroèilu zapisane tudi najvažnejše enaèbe, kar omogoèa konènemu uporabniku poroèila lažjo kontrolo postopka preraèuna. Vzorèna datoteka poroèila o analizi vertikalnih napetosti in deformaciji IZRAÈUN DOPUSTNE OBREMENITVE TEMELJNIH TAL Menu qult omogoèa kontrolo dopustne obremenitve tal za pravokotni temelj z upoštevanjem enaèb, ki so jih podali Terzaghi, Meyerhof in Hansen (Cernica; 1995), ter Vesiæ (Bowles; 1996). Kontrola se lahko izvede v skladu z vsemi teorijami (predefinirana opcija), uporabnik pa lahko posamezne kontrole tudi izkljuèi. Modul za preraèun dopustnih obremenitev tal je mogoèe uporabiti samostojno pred izraèunom vertikalnih napetosti in posedkov (v tem primeru je lahko temelj nagnjen, upošteva se lahko tudi ekscentrièna normalna obtežba), po opravljeni analizi posedkov pa lahko za že obravnavani temelj naknadno opravimo analizo dopustne nosilnosti. Modul primerja podano obtežbo izbranega temelja z vsemi izraèunanimi rezultati upoštevanih metod in v primeru, da je posamezna raèunska dopustna nosilnost manjša od obtežbe, tak rezultat dobi rdeèe ozadje, kar predstavlja opozorilo uporabniku. Èe je poleg normalne obtežbe (enakomerna zvezna in/ali ekscentrièna koncentrirana obtežba) podana še strižna sila, program izvede kontrolo zdrsa temelja (slika 3).
Slika 3: Menu za analizo dopustne nosilnosti Modul prav tako omogoèa kontrolo dopustne nosilnosti na slojevitih tleh - posebni obrazec od uporabnika zahteva podatke za vsak sloj: debelino, prostorninsko težo, kohezijo in kot notranjega trenja (slika 4). Rutina nato izraèuna povpreèni vrednosti kohezije in kota notranjega trenja (dve razlièni rutini) in ti dve vrednosti uporabi pri izraèunu dopustne nosilnosti na enoslojnem polprostoru.
Slika 4: Menu za slojevita tla Z urejevalnikom besedila WinWord urejeno poroèilo za rezultate izraèuna dopustnih nosilnosti je opremljeno s sliko (legendo), ki omogoèa pregled vhodnih podatkov. Izbirati je mogoèe med polnim poroèilom - vsi izraèuni so opremljeni z enaèbami, in kratkim poroèilom - podane so samo glavne enaèbe in rezultati. Vzorèna datoteka poroèila o analizi dopustnih nosilnosti GRAFIÈNE PREDSTAVITVE REZULTATOV ANALIZE NAPETOSTI IN POSEDKOV Med analizo program analizira vertikalne napetosti in posedke v predefiniranih toèkah in zanje sproti prikazuje razporeditev napetosti ter izpisuje vrednost pomikov. Tipièni izgled ekrana med analizo je prikazan na sliki 5.
Slika 5: Izgled ekrana med analizo Pri analizi vertikalnih napetosti in posedkov pa pogosto ni dovolj poiskati njihove vrednosti samo v predefiniranih toèkah s podanimi stratografijami, ampak je potrebno analizirati neko širše podroèje. Program tako nudi možnosti za primerjavo rezultatov v razliènih grafiènih oblikah. Verjetno najbolj informativna je prostorska predstavitev rezultatov analize (vertikalnih napetosti ali posedkov), ki za izbrano pravokotno površino izriše rezultate za mrežo toèk, ki jo definira uporabnik. Preglednost rezultatov je mogoèe poveèati s spreminjanjem velikosti izrisa ter kota pogleda, kot tudi z rotiranjem slike za pravi kot v obe smeri (slika 6).
Slika 6: Razlièni prikazi napetosti Prostorska predstavitev rezultatov je lahko tudi efektno nadomešèena z izolinijami ali izoplastnicami. Dodatna prednost takšne predstavitve je možnost izbire nove posamezne raèunske toèke kar direktno iz slike samo z uporabo miške. Èeprav je mogoèe posamezne dodatne raèunske toèke podajati tudi v posebnem menuju, omogoèa uporaba miške uporabniku prijaznejšo in hitrejšo izbiro. Ker se ob premikanju miške po izrisani površini v spodnjem delu ekrana hkrati izpisujejo dejanske trenutne koordinate, je lahko takšna doloèitev dodatne toèke enako natanèna kot 'roèno' podajanje koordinat. Za poljubno izbrano toèko je mogoèe izvesti preraèun konsolidacije brez ali z vertikalnimi drenažami, seveda ob pogoju, da sta podana koeficienta propustnosti v vertikalni in horizontalni smeri za vsak sloj, ki nastopi v opazovani toèki. Program nato za opazovano toèko izraèuna èas konsolidacije in izriše sliko èasovnega poteka posedkov. V raèunu je mogoèe upoštevati tudi vertikalne drenaže. Poleg podatkov o globini drenaže in njenem polmeru, je potrebno podati tudi razporeditev drenaž (trikotna ali pravokotna), ter definirati smer precejanja (v obe smeri ali zgolj navzgor). Tudi za konsolidacijo z drenažami program izriše krivuljo èasovnega razvoja posedkov in izpiše konèni èas konsolidacije. Mogoèe je tudi podati vrednost èasa v letih in program za podani èas izraèuna odstotka konsolidacije. Seveda pa je za podano odstotek konsolidacije obratno izraèunati èas, ko bo konsolidacija dosegla predpisano stopnjo.
Slika 7: Analiza konsolidacije INTERPOLIRANJE GEOLOŠKIH PROFILOV PRI RAÈUNANJU POSEDKOV Pri raèunu posedkov pod veèjimi objekti v opazovanih toèkah se v raèunu obièajno upošteva geološki profil najbližje toèke, kjer je bil geološki profil dejansko izmerjen, brez upoštevanja, da se stratografija med posameznimi izmerjenimi geološkimi profili lahko dejansko spreminja. Program omogoèa razliène pristope za avtomatièno tvorbo geoloških profilov s pomoèjo prostorske interpolacije med znanimi geološkimi profili. Pogoj za uspešno izvedbo avtomatiène interpolacije je, da imajo vsi podani profili enak vrstni red slojev, profili pa se razlikujejo samo po debelini posameznih slojev. Zaradi uporabljene interpolacije slojev je tako mogoèe prièakovati realnejšo sliko posedkov tudi v toèkah, kjer geološki profil ni direktno podan. Odsekovno linearna interpolacija - dolgi cestni nasipi Pri raèunanju posedkov pod cestnimi nasipi so geološki profili obièajno znani na primernih razdaljah vzdolž trase. Èe se ugotovljeni profili medsebojno opazno razlikujejo po debelinah posameznih slojev, je potrebno spreminjanje tudi ustrezno upoštevati v raèunu. Ker so razdalje med profili obièajno veèje, izmerjeni profili pa tlorisno opisujejo krivuljo, ki ima velik radij zakrivljenosti, se v inženirski praksi kot dovolj 'natanèna' lahko uporabi kar odsekovno linearna interpolacija med posameznimi geološkimi profili. Objekti visokogradnje Pri objektih visokogradnje so geološkimi profili pogosto podani v obliki mreže razsejanih toèk, kar onemogoèi uporabo enoparametriène polinomske interpolacije. Ker dvoparametriène interpolacije ni mogoèe izvesti preprosto z razširitvijo teorije enoparametriène interpolacije na dva parametra (medsebojno pravokotni koordinati), program ponuja dva pristopa k interpolaciji. Interpolacija s pomoèjo najbližjih N profilov preslikanih v dvoenotski kvadrat Za vsako raèunsko toèko izberemo število geomehanskih profilov N, ki jih bomo uporabili za izraèun interpolirane stratigrafije iskane raèunske toèke. Èeprav lahko naèeloma izberemo za posamezne raèunske toèke razlièno število interpolacijskih toèk, v praksi najpogostje uporabljamo za vse raèunske toèke enotno število N. Nato za vsako raèunsko toèko sproti poišèemo tistih N profilov, se nahajajo najbližje obravnavani raèunski toèki. Ker lahko smatramo, da bo v obravnavani toèki profil najbolj slièen najbližjim dejansko izmerjenim profilom, geomehanski profil izraèunamo z interpolacijo med temi najbližjimi profili, ki poteka v dvoenotskem kvadratu. Opisani postopek interpolacije je uporaben samo omejenih primerih. Proporcionalna potenèna interpolacija z upoštevanjem vseh geoloških profilov Ideja interpolacije bazira na kreiranju novega raèunskega profila na osnovi vseh znanih geoloških profilov, pomnoženih z utežmi, premosorazmernimi oddaljenosti posameznega geološkega profila od raèunske toèke. Zaradi enostavnosti postopka izraèuna uteži je mogoèe upoštevati vse podane geološke profile (v nasprotju s prejšnjim postopkom, ki izvaja preslikavo profilov v dvoenotni kvadrat). S primerno izbiro koeficienta interpolacije p je mogoèe dobiti porazdelitev geoloških profilov, ki vizualno predstavljajo primeren in korekten model tudi za toèke, ki se nahajajo izven množice podanih geoloških profilov, kar potrjuje stabilnost metode. Ker pa je zemeljski polprostor izrazit primer inženirskega problema, kjer lahko nastopajo velike razlike med posameznimi raèunskimi toèkami, lahko kljub dobri interpolaciji nastopijo odstopanja med realnostjo in raèunskim modelom. Gradbeni inženir se torej mora v takih primerih zanesti na svojo intuicijo in izkušnje pri izbiri pravega pristopa. |
|
Pripravljena je zbirka datotek, ki omogoèajo uporabniku seznanjanje s programom B4. Obstajata dve vrsti predstavitvenih datotek. Prva vrsta datotek je narejena za predstavitveni paket PowerPoint, ki omogoèa pregled glavnih opcij programa. Zanje potrebujete program PowerPoint ali vsaj brezplaèni prevajalnik takih datotek. Druga vrsta predstavitvenih datotek je bila narejena s programsko opremo Lotus ScreemCam 97, ki ne potrebujejo posebej namešèenega predvajalnika (in deluje na platformi Windovs 95/98 ali višji). Te demonstracijske datoteke so narejene v obliki predvajanj filmov (v resoluciji 800*600 pixlov) s komentarji. Najdaljši demo je narejen v angleškem jeziku in traja približno 32 minut. Gre za celovito predstavitev (s komentarji) uporabe programa B4 na primeru izraèuna napetosti in posedkov zaradi cestnega nasipa. Obstajo še krajše demonstracijske datoteke (v slovenskem jeziku), ki omogoèajo predstavitve posameznih opcij progama. Povezave na te datoteke so podane levo. |
SKRINAR, Matjaž, BATTELINO, Darinka. Zur Spannungsberechnung
unter Rechteckfundamenten nach Boussinesq. Geotechnik,
19 (1995), 1 ; str.24-28. [COBISS-ID 7365380] SKRINAR,
Matjaž. Primerjava razliènih pristopov preraèunavanja
napetosti in skrèkov pri kolobarjastih temeljih. Gradb. vestn., maj 1997, let. 46, 4-5, str.
131-138. [COBISS-ID 17885445] SKRINAR,
Matjaž. Analiza vertikalnih napetosti in posedkov s programskim
paketom B4, verzija 3.0 = Analysis of vertical stresses and settlements
with a computer package B4, version 3.0. V: MAJES, Bojan (ur.),
LOGAR, Janko (ur.). Razprave
drugega posvetovanja slovenskih geotehnikov, Rogla 96, Rogla, 3.
do 5. oktobra 1996.
Ljubljana [i. e. Maribor]: Slovensko geotehnièno društvo,
1996-1997, str. I/95-100. [COBISS-ID 2340886] SKRINAR,
Matjaž. Problem posplošitve Boussinesqovih enaèb za raèun
vertikalnih napetosti in skrèkov za poljubni èetverokotnik
= The problem of generalisation of Boussinesq equations for vertical
stresses and settlements for an arbitrary quadrilateral. V: ŠTOK,
Boris (ur.). Kuhljevi dnevi '96, Gozd Martuljek, 19.-20. september
1996. Zbornik del. Ljubljana: Slovensko društvo
za mehaniko, 1996, str. 373-380. [COBISS-ID 2215190] |
|
Apros Maribor Geokal Maribor Geosvet Celje G-Pro Maribor |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Doloèitev števila
slojev z geofoni
