Program A1.07 SOFTWARE ENGINEERING AB BYGGTEKNISKA PROGRAM. Dalb

Transkript

1 Program A1.07 SOFTWARE ENGINEERING AB BYGGTEKNISKA PROGRAM Dalb

2 BYGGTEKNISKA PROGRAM Dalb Software Engineering AB Hisingsgatan Göteborg Tel/Fax: / info@byggdata.se , Version 2.1

3 Innehållsförteckning Användningsområde för programmet... 1 Förutsättningar och begränsningar... 1 Beräkningsförfarande... 2 Jordtrycksberäkning...2 Indatavärden... 3 Förberedelser...4 Huvudmeny... 5 Partialkoefficienter...6 Systemvärden för dalben...6 Rörelseenergi...8 Ange rörelseenergin...8 Beräkning av rörelseenergin enlig angiven formel...9 Beräkning av rörelseenergin enlig EAU...10 Laster på Dalben...11 Markskikt och tvärsnittskonstanter...12 Dalbberäkning...13 Lastfall stötkraft...13 Lastfall Drag resp. Istryck...15 Utskriftsval...16 Literaturanvisningar...16

4 DALB VERSION 2.1 Användningsområde för programmet Programmet behandlar horisontellt belastade dalber och pålar med språngvis föränderliga tvärsnitt nerslagna i skiktad mark eller sjöbotten. Beräkning och dimensionering av dalben sker för lastfallen: Fartygsstöt och trossdrag respektive istryck. Genom den anslutna grafiken får man en snabb: 1. Kontroll av indata. 2. Översikt över snittkraftsförloppet i form av kurvor för tvärkraft, moment, spänning och deformation. Då programmet arbetar interaktivt, kan man på ett enkelt och snabbt sätt kontrollberäkna flera profilalternativ. Förutsättningar och begränsningar 1. Dalb och marksektion kan maximalt delas i 13 skikt. 2. Resultatutskriften kan maximalt omfatta 250 snitt. Steglängden anges i indata. Väljer man en steglängd, som resulterar i fler snitt än 250, skrivs endast de första 250 snitt ut. 3. Summa V beräknas enligt EAU avsnitt (Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen). I den vertikala jämvikten redovisas, att den uppåtriktade jordtryckskomponent kan upptas av dalben egenvikt, mantelfriktion, samt av jordmassorna innanför dykdalbens sektion. 4. Programmet beräknar nödvändig väggfriktion för att jämvikt skal råda. Er komponenten delta V uppåtriktad, beräknas den erforderliga lutningen med dubbel säkerhet (Atan(2*delta V/C-Kraft)). Är den framräknade väggfriktion > abs(2*phi/3), anger programmet 2*Phi/3 som möjlig väggfriktion och programmet beräknar den möjlige vertikalkomponenten. Restvärdet anges som en tilläggskraft, som skal upptas på annat sätt. T.ex. som spetsmotstånd om tilläggskraften er nedåtriktad. 5. Det förutsätts att dykdalbens tvärsnitt är konstant inom ett skikt. Det vill säga en förändring av tvärsnittet kan endast ske i en skiktgräns. I annat fall måste en teoretisk skiktgräns införas. 6. Läget för stöt- och dragkrafter måste sammanfalla med en skiktgräns. 7. Beräkning av erforderligt tilläggsdjup delta t följer EAU avsnitt

5 Beräkningsförfarande Jordtrycksberäkning Det rymdlika passiva jordtrycket är avhängigt av förhållandet mellan dalbens inspänningslängd och dalbens bredd (h/b). Gränsvärdet för det rymdlika passiva jordtrycket beräknas som 1 ' 2 ' spacee ph = * γ * h * b * µ pgh * K pgh + c * h * b * µ pch * K pch; 2 h µ pgh = * om h/b < 3.33 b µ = 1.095* h b om h/b >=3.33 pgh / h µ pch = * om h/b < 3.33 b µ = 2.191* h / b = 2 * µ om h/b >= 3.33 pch pgh 1. Först beräknas markkonstanterna K pgh och K pch. Dessa kan vid behov justeras av användaren. En kopia av de ursprungliga markkonstanterna, skrivs ut i samband med de eventuellt ändrade. De korrigerade värdena förblir aktuella, så länge dessa ej ändras av användaren. 2. Om rörelsesenergin <> 0, antas en stötkraft och tillhörande maximalmoment, spänning samt läget för momentnollpunkten beräknas. Stötkraften korrigeras i ett iterativt förfarande tills den beräknade spänningen är mindre eller lika med den tillåtna. Erhålls därvid en rörelsesenergi, som är > den erforderliga sänks spänningarna i ett iterativt förfarande tills dalbens rörelsesenergi = erforderlig rörelsesenergi. 3. Är dalbens beräknade rörelsesenergi mindre än den erforderliga, måste användaren vidta åtgärder t.ex. öka tvärsnittet. 4. Därefter visas en sammanställning av de beräknade värdena på skärmen. Ur värdena för maximal förskjutning och maximal spänning kan vald profil kontrolleras. 5. Är dragkraften/istrycket <> 0, beräknar programmet först max-moment och läget för momentnoll. Därefter beräknas snittkrafterna längs dalben med angiven steglängd. Ur värdena för maximal förskjutning och spänning kan vald profil kontrolleras. 6. Efter beräkningen kan man med grafikrutinen visa samtliga beräknade snittkrafter i form av kurvor. 2

6 Indatavärden 3

7 Förberedelser 1. För varje diskontinuitet i dykdalbens tvärsnitt, för varje markskikt och för varje lastangreppsnivå måste Du ange en skiktgräns. Dessutom får laster ej anges i det skikt, som gränsar direkt till marknivån, utan måste föregås av ett teoretiskt tomt skikt (min 5cm tjocklek) över första markskiktet. 2. Du kan maximalt ange 13 skikt. 3. Alla skiktgränser samt stötkraft och dragkraft anges med aktuella nivåer. 4. För skikt i luft och vatten anges jordens egenvikt, friktionsvinkel och kohesion = I markskikten måste antingen friktionen eller kohesionen vara <> 0. Se avsnitt Anges rörelseenergi = 0 så undersöker programmet endast lastfallet dragkraft/istryck. 7. Anges dragkraft = 0 undersöks endast lastfall stötkraft och vise versa. 4

8 Huvudmeny I indatamenyn har de erforderliga indatavärdena grupperats för enklare hantering. Indata av en ny beräkning påbörjas under menyn Systemdata/Laster. Vid korrigering av en registrerad beräkning går man endast in på de ställen man önskar korrigera. Glöm ej att spara värdena undervägen. 5

9 Partialkoefficienter. Gamma_n partialkoefficient för metoden osäkerhet. Gamma_m friktion används för att beräkna dimensionerande friktionsvinkel Gamma_m kohesion används för att beräkna dimensionerande kohesion Systemvärden för dalben. Då marklutningen för de båda lastfallen drag och stöt kan vara olika, kan även olika marklutningar anges för varje lastfall. Nivå bassängbotten sammanfaller av naturliga skäl alltid med en skiktgräns. Ovan denna nivå är alla markvärden = 0.0 Angreppsnivå stötkraft skall, då den inte angriper OK dalb, sammanfalla med en teoretisk skiktgräns. Angreppsnivå dragkraft/istryck skall, då den inte angriper OK dalb, sammanfalla med en teoretisk skiktgräns. 6

10 Dalbdata Gamma_m materialkoeficient för den angivna spänning för dykdalbens material for lastfallet Dragkraft. E_modul för dykdalben Buntbredd och bunttjocklek avser total bredd och höjd för dykdalben samlade tvärsnitt. Buntbredden (b) är bredden vinkelrät mot stötkraften. Bunttjockleken mäts i lastens riktning. Faktor delta_t. Beräknad inspänningslängd multipliceras med säkerhetsfaktorn delta_t. Normalt sätts denna faktor = 1.2. Steglängd vid redovisning av snittkrafter Minskningsfaktor vid kohesion. Förminskningsfaktor för kohesion bör enligt prof. Weißenbach vara runt

11 Rörelseenergi Ange rörelseenergin Du börjar med att markera om rörelseenergin skall beräknas av programmet eller om Du vill anger denna själv. Dessutom måste Du markera pålens tvärsnittsform. Cirkulär eller rektangulär. 8

12 Beräkning av rörelseenergin enlig angiven formel Med detta alternativ kan erforderlig rörelseenergi, då vattenförträngning och kollisionshastighet är kända, beräknas av programmet. Minskningsfaktor bör enligt Minikin vara ungefär 0.5. En ytterligare förminskningsfaktor anges med defaultvärdet 1.0. n1* n2 * G * v * v Rörelseenergi = ; 2.0 * 9.81 n1 = Faktor enligt Minikin n2 =Ytterliggare Faktor G = Vattenförträngning v = Kollisionshastighet 9

13 Beräkning av rörelseenergin enlig EAU Enligt EAU avsnitt 13.3 kan rörelseenergin beräknas enligt nedanstående formel: G * CM * CS A = *[ v * ( k + r * cos ( γ )) + 2 * v * ω * r * k *sin( γ ) + ω * k * r ]; * g *( k + r ) För förklaring av variablerna hänvisas till figur och beteckningar i EAU avsnitt

14 Laster på Dalben Anges ingen dragkraft beräknas enbart lastfallet stöt. Det är dessutom möjligt att ange moment på samma nivå som dragkraften och eller stötkraften. Just möjligheten att ange en dragkraft i kombination med moment på samma nivå gör det möjligt att beräkna nedslagningsdjupet för pålar som används vid uppsättning av bullerskärmar längs våra vägar. Jordens sidotryckskonstanter kan ändras av användaren. För att Du skall slippa ändra före varje följande genomräkning, kan Du genom att markera detta fält bibehålla eventuella korrigerade jordtryckskonstanter. 11

15 Markskikt och tvärsnittskonstanter För varje skikt anges nivå och markvärdena: egenvikt, inre friktionsvinkel, väggfriktion, kohesion och mantelfriktion samt dalbens tvärsnittsvärden. Du kan till envar tid radera och eller infoga nya skikt. Innan Du lämnar denna meny, skall Du klicka på knappen OK för att lagra skiktvärdena. Fi är jordens karakteristiska friktionsvinkel i grader. Delt är den karakteristiska väggfriktionsvinkeln i grader (negativ på passivsidan). På säkra sidan an Du välja delta = 2*fi/3. Cuk är lerans karakteristiska hållfasthet i kpa M_fr är den karakteristiska mantelfriktion i kpa Ix dalbtvärsnittets tröghetsmoment i cm4 Wx är dalbtvärsnittets motståndsmoment i cm3 Wy är dalbtvärsnittets motståndsmoment i cm3 G är dalbens egenvikt /m Fyk materialets sträckgräns 12

16 Dalbberäkning Lastfall stötkraft Resultatet för lastfall stötkraft och beräkning av tilläggslängden delta t visas på skärmen. Nivån för dalbfoten beräknas på två olika sätt. I den vänstra skärmbilden anges en förenklad beräkning, där beräknad inspänningslängd multipliceras med delta_t. I den högra skärmbilden visas en noggrannare beräkning, som inkluderar vertikal jämvikt. Den förenklade beräkningen förlänger nedslagningsdjupet med delta_t gånger avståndet mellan belastningsnollpunkt och dalbfot. Den noggrannare beräkningen utförs enlig EAU (Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen). Tvärkraftsdiagram, momentdiagram, utböjningsdiagram och spänningsdiagram visas genom att klicka på trianglarna ovanför grafiken. Genom att föra musen över grafiken, visas de numeriska värden för det aktuella diagram i de två fälten ovanför grafiken. Optimering av lamellernas läge. Dalbens tvärsnittsprofil förstärks normalt genom påsvetsning av plåtar (lameller). Se grafiken ovan. Varje skikt, reellt eller teoretiskt, anges genom en skiktgräns och tillhörande markvärden samt tvärsnittsvärden under denna skiktgräns. Då man normalt önskar påsvetsa så korta lameller som möjligt, uppstår ofta spänningsöverskridelser i tvärsnittssprången samtidigt som rörelseenergin växer. Problemet, som skall lösas, är dels att begränsa dalbens förmåga att uppta rörelseenergi till den angivna, dels att undvika spänningsöverskridelser i tvärsnittssprången. 13

17 Det första delen av problemet med att begränsa dalbens rörelseenergi, så att erforderlig rörelseenergi = dalbens rörelseenergi, utförs automatiskt av programmet genom att sänka den utnyttjade spänning. Den andra delen av problemet med spänningstopparna i tvärsnittssprången sker genom att användaren förlänger eller förkortar lamellerna. Detta görs genom att klicka med musen på skiktet under den skiktgräns som skall förskjutas. Varje gång musknappen släpps efter en förskjutning beräknas dalben på nytt. Nedan förklaras en del av resultatena. Erforderlig rörelseenergi är indatavärdet. Beräknad inre rörelseenergi är den rörelseenergi, som dalbtvärsnittet kan uppta. Tillägg inspänningsdjup är faktor delta_t ggr. x, där x = avståndet mellan belastningsnollpunkt och dalbfot. Egentyngd dalb är tvärsnittssektionens vikt (indata) ggr. Dalbens längd. Jordvolymen i dalben. Dalben beräknas som ihålig och vikten av jorden i tvärsnittet från bassängbotten till UK dalbrör beräknas. Mantelfriktionen är tvärsnittets omkrets ggr. angiven mantelfriktion ggr. nedslagningsdjupet. Sum V passivt tryck är det passiva tryckets vertikalkomponent. Summa V är summan av alla vertikala krafter och positiv neråt. Ersättningskraft C är tvärkraften vid dalbfot. Erforderlig väggfriktion är den väggfriktion som erfordras för att uppnå vertikal jämvikt. Möjlig väggfriktion δ = 2/3*atan( tan(ϕ)/γ) Möjlig vert.komponent av C = tan(δ) * V Slutlig vertikalkraft skall vara = 0. I annat fall måste den överskjutande vertikalkraften upptas på annat sätt. T.ex. kan en nedåtriktad överskjutande vertikalkraft eventuellt upptas av spetsmotståndet. Delta t ( EAU ) Tillägg i nedslagningsdjup för att aktivera ett passivt jordtryck som kan uppta C-kraften enligt ( EAU ). 14

18 Lastfall Drag resp. Istryck Resultatet för lastfall drag resp. istryck och beräkning av tillägg till inspänningsdjupet visas på skärmen. Nivån för dalbfoten beräknas på två olika sätt. I den vänstra skärmbilden anges en förenklad beräkning och i den högra skärmbilden visas en noggrannare beräkning, som inkluderar vertikal jämvikt. Den förenklade beräkningen förlänger nedslagningsdjupet med delta_t gånger avståndet mellan belastningsnollpunkt och dalbfot. Den noggrannare beräkningen utförs enligt EAU (Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen). Optimering av eventuella lameller sker på samma sätt, som för stötkraften. Nedan följer förklaring av vissa resultatvärden. Spänningsvinkeln är endast noll vid cirkulära tvärsnitt. I alla övriga fall uppstår skev böjning vars vinkel med y_axlen anges i detta resultatfält. 15

19 Utskriftsval I denna rutin markeras de avsnitt som önskas utskrivna med 'J'. Literaturanvisningar (1). Peiner Kastenspundwand Handbuch (2). Spundwandstatik von Hoesch Hüttenwerke AG (3) EAU 94 Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen). 16