MODELOVANIE KONTAKTU PILOTA ZEMNÝ MASÍV. PREKOP ĽUBOMÍR. Stavebná fakulta STU, Katedra stavebnej mechaniky

Transcription

1 th SVSFEM ANSYS Users' Group Meeting and Conference 1 MODELOVANIE KONTAKTU PILOTA ZEMNÝ MASÍV. PREKOP ĽUBOMÍR Stavebná fakulta STU, Katedra stavebnej mechaniky Abstract: The paper deals with an analysis of the pile subjected to the bending and its synergy with the surrounding natural massif. The greatest emphasis is devoted to the modeling of the contact on a pile and soil. Finally some achieved results and their comparing with an analytic solution as well are presented in graphic form. Keywords: pile, the interaction with the surrounding, modeling of a contact 1 Úvod Pilotový základ patrí medzi najrozšírenejšie hĺbkové zakladania. V porovnaní s plošným základom sa znižuje hmotnosť základu, rozsah výkopu, vylučuje sa debnenie a veľký spätný zásyp. Betónové piloty sa vyhotovujú z prostého betónu alebo železobetónu. Tvar piloty býva najčastejšie kruhový, štvorcový alebo mnohouholníkový. Rozmery pilot sa líšia podľa použitej technológie a sú v rozsahu od,3 m do, m. Druhov pilot je veľké množstvo. Vo všeobecnosti môžeme rozdeliť piloty podľa rôznych kritérií, univerzálne piloty pre všetky možné prípady neexistujú. Železobetónové piloty Pre vystužovanie pilot je dôležité ich správne pôdorysné rozmiestnenie v pilotovom základe. Piloty sa rozmiestnia tak, aby zaťaženie pilotového základu bolo čo najbližšie dostrednému zaťaženiu. Do betónového prierezu sa podľa spôsobu namáhania navrhne nosná výstuž. Pri návrhu výstuže je potrebné zvážiť aj štáduá, ktoré vzniknú počas výroby pilot a ich dopravy na miesto použitia. Rozmiestnenie výstuže piloty v priečnom reze je v zásade symetrické. Pozdĺžna výstuž sa umiestňuje v rohoch piloty alebo pri kruhovom pôdoryse rovnomerne po obvode a volí sa s priemerom = 1-3 mm. V prípade potreby sa dopĺňa medziľahlo umiestnenou výstužou s priemerom = 1 - mm. Krytie výstuže je aspoň 35 mm, v prípade pilot vháňaných cez zeminy s agresívnou vodou sa krytie výstuže zvyšuje na 5 až mm. Výstuž v špici piloty sa dopĺňa konštrukčnou výstužou. Rovnako pod hlavou piloty sa výstuž upravuje kvôli zväčšeniu tuhosti piloty pri baranení. Šmyková výstuž sa navrhuje v tvare skrutkovice, prípadne v tvare uzavretých strmeňov s priemerom 5,5 až mm. Výška závitu skrutkovice alebo vzdialenosť strmeňov je po výške piloty rozdielna. V spodnej a hornej časti je po 5 až 1 mm, v strednej časti piloty do mm. Monolitické piloty sa vystužujú pomocou výstužných košov, ktoré sa spúšťajú do vyrobeného otvoru. Kôš musí byť upravený tak, aby sa do otvoru mohla spustiť betónovacia rúra. Výstužné koše sa stykujú presahom. 1

2 th SVSFEM ANSYS Users' Group Meeting and Conference 1 3 Model konštrukcie Riešená bola pilota dĺžky l =, m kruhového priečneho rezu s priemerom =, m. Pilota bola vyrobená z materiálu, ktorého vlastnosti charakterizuje Yougov modul pružnosti E p =,1.1 7 kpa. Podložie predstavuje málo únosné prostredie s modulom pružnosti E p = 1 kpa. Poissonovo číslo pre zeminu malo hodnotu =,35. Pre výpočet boli použité dva zaťažovacie stavy: v prvom prípade je pilota v hlave zaťažená vodorovne pôsobiacou silou F x = 1 kn, v druhom prípade je pilota v hlave zaťažená momentom M y = 1 knm. Obrázok 1 Model konštrukcie Vo výpočte boli použité rôzne spôsoby podopretia päty piloty: voľný koniec, kĺbové podopretie a votknutie. Model konštrukcie bol vytvorený ako priestorový. Pilota bola modelovaná pomocou prvkov SOLID5 a okolitý zemný masív prvkami SOLID5. Z hľadiska kontaktu boli vytvorené 3 rôzne modely: Tabuľka 1 Popis modelov konštrukcie Model konštr. Typ kontaktu Kontaktné prvky A bez kontaktu B bod bod CONTAC5 C plocha plocha TARGE17 CONTA173

3 th SVSFEM ANSYS Users' Group Meeting and Conference 1 Na nasledujúcich obrázkoch sú pre ilustráciu uvedené výsledky priehybov a napätí pre model C, zaťaženie vodorovnou silou v hlave piloty a voľný koniec päty piloty. Obrázok Priebeh priehybov a napätí pri zaťažení vodorovnou silou Obrázok 3 Priebeh priehybov a napätí pri zaťažení momentom Výsledky riešenia jednotlivých zaťažovacích stavov, rôznych spôsobov podopretia a rôznych modelov kontaktu sú prezentované v nasledujúcich grafoch. V prípadoch, keď bolo k dispozícii analytické riešenie úlohy, je toto uvedené v grafických priebehoch priehybov a ohybových momentov po výške piloty. 3

4 th SVSFEM ANSYS Users' Group Meeting and Conference Obrázok Priehyby po výške piloty pre pilotu s voľnou pätou Moment [knm] Moment [knm] Obrázok 5 Ohybové momenty po výške piloty pre pilotu s voľnou pätou

5 th SVSFEM ANSYS Users' Group Meeting and Conference Obrázok Priehyby po výške piloty pre pilotu s kĺbovo podopretou pätou Obrázok 7 Priehyby po výške piloty pre pilotu s votknutou pätou 5

6 th SVSFEM ANSYS Users' Group Meeting and Conference 1 Záver Na záver je možné konštatovať, že v prípade piloty s voľnou pätou je dosiahnutá pomerne dobrá zhoda veľkostí deformácií medzi modelmi s kontaktom (model B a model C) a analytickým riešením (pre tento pípad podopretia bolo analytické riešenie k dispozícii). Pre ostatné dva prípady podpretia päty piloty je zrejmé, že riešenie pomocou modelovania kontaktu dosahuje oproti modelu bez kontaktu väčšie hodnoty. Pre prípad zaťaženie momentom prakticky nie sú rozdiely v priehyboch pre modely kontaktu. Literatúra ANSYS User s Manual for Revision 1, Swanson Analysis Systems, Inc. KOLLÁR, P., MISTRÍKOVÁ, Z.: 195. Spolupôsobenie ohybom namáhaných pilót s pružným polpriestorom piloty voľné v päte. Inžinierske stavby 1/195, strany MAJDÚCH, D.: 19. Zásady vystužovania betónových konštrukcií. Bratislava, Alfa, 3 strán. Poďakovanie Príspevok bol vypracovaný v rámci grantovej úlohy VEGA č.1/9/1. Kontaktná adresa: Ing.Ľubomír Prekop, PhD., lubomir.prekop@stuba.sk Katedra stavebnej mechaniky, Stavebná fakulta STU, Radlinského 11, 13 Bratislava