PLAXIS

PLAXIS — программная система, основанная на методе конечных элементов, используемая для решения задач инженерной геотехники, проектирования и инженерной геологии. Представляет собой пакет вычислительных программ для конечно-элементного расчёта напряжённо-деформированного состояния сооружений, фундаментов и оснований. PLAXIS является одним из наиболее популярных в Европе и России программным расчетным комплексом для расчетов оснований и фундаментов наряду с программными пакетами TALREN, FOXTA и K-REA от французской компании Terrasol, также стоит упомянуть программный комплекс MIDAS.

PLAXIS
Тип	конечно-элементный пакет
Разработчик	Plaxis BV
Операционная система	Microsoft Windows
Последняя версия	CE V21.00 (2021)
Лицензия	Проприетарное программное обеспечение EULA
Сайт	plaxis.nl
Медиафайлы на Викискладе

Несколько типов определения природных напряжений (пока нет никаких фундаментов). K0 когда напластование грунтов идеально ровные и горизонтальные. В результатах расчетов никогда не будет осадок. Если есть наклонные линии (откосы), то нужно использовать Gravity loading.

История разработки программной системыПравить

 

Ошибка недостаточно шагов нагрузки Max steps (остановился на 98 процентах) можно выбирать только одну фазу которая не просчиталась

PLAXIS основан на разработках Питера Вермеера^[de] из TU Delft, который занимался разработкой конечно-элементного комплекса для использования при проектировании оградительного сооружения Остерсхельдекеринг на Восточной Шельде в Нидерландах. Его разработки привели к созданию программы ELPLAST, определяющий несущую способность упругопластичных грунтов с использованием 6-узловых треугольных элементах, написанной на языке FORTRAN-IV. В 1981 году Рене де Борст начал анализ исследований экспериментов по внедрению конуса в грунты, для чего ему стало необходимо разработать на основе ELPLAST решение осесимметричных задач. В итоге новая программа была названа PLAXIS (PLasticity AXISsymmetry). В 1982 году Слоан и Рандольф из Кембриджского университета выяснили, что 15-узловые треугольные конечные элементы должны сделать работу программы правильней при решении осесимметричных задач.

В 1987 году Вермеер и де Борст участвовали в разработках, финансируемых министерством транспорта Нидерландов. Одной из задач развития программного комплекса был перенос программы на персональные компьютеры. И в 1987 году появилась первая коммерческая версия PLAXIS, а в 1998 году первая версия PLAXIS для операционных программ Windows 95, 98 и NT. В результате развития программного комплекса, в 1993 г. была создана компания Plaxis BV. В 1998 г. была выпущена первая программа PLAXIS 2D для ОС Windows для двухмерного моделирования. Программа PLAXIS 3D с возможностью проведения трёхмерного моделирования была выпущена в 2010 году.

Сейчас компания PLAXIS является членом некоммерческой организации NAFEMS^[en], занимающейся распространением информации и стандартизации конечно-элементных методов для моделирования в различных инженерных областях. Результаты моделирования в программном комплексе PLAXIS согласуются с российскими строительными нормативами.

Утилита SoilTestПравить

Оптимизацию параметров почвы можно выполнить в утилите SoilTest, включенной в пакет программного обеспечения PLAXIS. Процесс оптимизации основан на алгоритме «роя частиц». Однако процесс оптимизации в программе основан на математическом подходе, который может привести к результатам, которые математически достоверны, но не отражают реальность.

Особенности расчетовПравить

В программном комплексе PLAXIS грунт моделируется как многокомпонентный материал, в котором могут возникать давления в поровой воде (гидростатическое и избыточное). Программный комплекс PLAXIS позволяют моделировать поэтапное возведение сооружения, экскавацию и отсыпку грунта и различные по величине и направлениям нагрузки. С помощью программы могут быть выполнены расчеты фильтрации и консолидации грунтов, расчеты устойчивости с определением потенциальных поверхностей разрушения и значений коэффициента запаса, отвечающих уровню достигнутых напряжений.

В PLAXIS имеется следующий набор элементов: плита, оболочка, балка, стойка, анкер, шарнир, георешётка, свая, дрена, колодец, туннель, интерфейсы.

Интефейсы поверхностиПравить

 

Нижний интерфейс продлевают на полметру и делают тоже самое по низу сваи. Для лучшего контакта с грунтом (где расположен минус те параметры и берет).

Интефейсы это поверхности вдоль которых можно моделировать частичное или полное проскальзывание конструкции с помощью коэффициента взаимодействия, отношения трения "грунт о грунт" к "грунт конструкция" $R_{inter}=\frac{tan\mathrm{\psi <!--\; \psi \; -->}}{tan\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}}$$R_{inter}={\frac {tan\psi }{tan\phi }}$ . Если интерфейсы не проставлены моделируется ситуация разрушения грунта. В российской практике численное его значение принято брать из табл 9.1 СП 22.13330.2011. В случае задания параметра сопротивления Strenght как Rigid (жесткий), это означает что раздела двух сред нет и $R_{inter}=1$$R_{inter}=1$  автоматически. Интерфейс в линейных моделях (фундамент) менять смысла нет ($R_{inter}$$R_{inter}$  это коэффициент, на который мы умножаем фи и с, который берется от близжайшего грунта чтобы понизить контактное трение между двумя разными материалами). Поскольку прочности в линейной модели нет, понижать нечего (можно назначить $R_{inter}$$R_{inter}$  в модели Мора Кулона для фундамента $R_{inter}=1$$R_{inter}=1$ ).

Модели грунтаПравить

 

Варианты задания параметров жесткости Soft Soil.Есть два варианта: $\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}$$\lambda$ , $\mathrm{\kappa <!--\; \kappa \; -->},$$\kappa ,$  (берем с ветви разгрузки) которые определяются в осях натурального логарифма нагрузки и относительной сжимаемости; либо работаем с коэффициентом пористости и коэффициэнтом сжимаемости и разгрузки.Задание нелинейности поведения грунта. Либо зависимость относительной деформации от нагрузки, либо зависимость коэффициента пористости от нагрузки.

В программе PLAXIS имеется набор моделей разной степени сложности для грунтов, бетона и скальных пород. В программном комплексе представлены следующие нелинейные модели грунта:

• упругоидеальнопластическая модель Кулона-Мора (MC).Базовая модель грунта, основанная на основных прочностных характеристиках грунтов: сцеплении $c$$c$ , угле внутреннего трения $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}$$\phi$ , угле дилатансии $\mathrm{\psi <!--\; \psi \; -->}$$\psi$ , коэффициенте Пуассона $\mathrm{\nu <!--\; \nu \; -->}$$\nu$  и модуле упругости $E$$E$  (модуль упругости для бетона 30 000000 МПа в три раза меньше, если бетон работает на изгиб). Дополнительно в программном комплексе имеются более совершенные модели: упругопластическая модель гиперболического типа (модель упрочняющегося грунта), модель слабого грунта с учётом ползучести (для моделирования поведения нормально уплотненных слабых грунтов во времени) и другие модели.
• упругопластическая модель упрочняющегося грунта. HS оперирует не понятием «модуль деформации», а, скорее, понятием «жёсткость грунта». $E_{oed}^{ref}$$E_{oed}^{ref}$  интерпритируется не как модуль деформации, а как цифровое значение для восстановления модельи компрессионной кривой. Вследствие чего, введённые значения опорной жёсткости $E_{oed}^{ref}$$E_{oed}^{ref}$ , опорного давления Pref и параметра m позволяют модели восстановить компрессионную кривую. Наличие компрессионной кривой учитывает переменный модуль деформации. Расчёт с постоянным модулем деформации вполне возможен, но является весьма трудоёмким. Всякий раз необходимо для каждого слоя определять действующие напряжения (бытовые и от нагрузки) и по компрессионной кривой выбирать правильное значение модуля деформации. На практике этого практически никто не делает, довольствуясь выданным в отчёте по изысканиям модулем деформации (часто в диапазоне 100—300 кПа), который далеко не всегда соответствует решаемой задаче. Поэтому принцип опорного давления в модели HS является достижением 21-го века, когда процесс выбора модуля деформации автоматизирован. Уже не требуется при выполнении лабораторных испытаний геологу запрашивать, а проектировщику выдавать, нагрузки от проектируемого здания. Достаточно провести испытание грунта в компрессионном приборе при больших нагрузках и оцифровать график через указанные параметры. Таким образом достигается универсальность работы программы — учитывается не конкретное напряжённое состояние и его деформационный параметр (модуль деформации), а поведение грунта в диапазоне напряжений. $E_{ur}$$E_{ur}$ , учитывающий только эластичный отклик грунта бывает в 3..5 раз больше чем $E_{oed}$$E_{oed}$ , отклик которого включает пластические и эластичные деформации. В расчетах котлована ожидаемое поведение грунта описывается тремя параметрами жесткости $E_{ur}$$E_{ur}$  (зона чрезмерного разуплотнения, где есть разгрузки Мор "не рабаотает", снижение эффективных напряжений, риск разжижения грунта), $E_{50}$$E_{50}$ , $E_{oed}$$E_{oed}$ .
• модель мягких ползучих грунтов (вязкопластичное поведение слабых грунтов)
• модель анизотропного трещиноватого скального массива (моделирование слоистых горных пород)
• модель cam-clay^[en] (моделирование слабых грунтов)
• модель Хёка-Брауна^[en]
• Модель Винклера
• модель линейно деформируемого полупространства
• Soft soil учитывает увеличение жесткость при увеличении полных напряжеий, но не учитывает снижение жесткости при девиатороном нагружении. Hardening soil это учитыает. При изменении глубины, при повышении общих нагрузок от собственного веса грунта моделируется уменьшение сжимаемости. Soft soil описывает компрессионную кривую при испытании в одометре. Корректно работать с логарифмическим графиком.

Недренированный анализ (условия A, B и C)Править

Дренированный случай при медленном нагружении, вода успевает отфильтровываться, успевает проходить консолидация - можем использовать дренированный тип.

Используем недренированный, когда нагружение происходит мгновенно, допустим забивка сваи. Удар идёт, воспринимает всю нагрузку не только скелет грунта (он уплотняется), а ещё нагрузку учитывает и вода, которая заключена в порах. Недрениированный-это значит, что будет учитываться поровое давление, которое создается в этот момент удара. И есть разные типы не дренирования - А, B, C.

В типе А расчёт идет по эффективному напряжению, то есть мы поровое давления посмотрим, но всё равно весь расчет строится на эффективных параметрах грунта.

Тип B. Нам уже необходимо принимать не только эффективное напряжение, но ещё нужно знать сопротивление недренированного сдвигу, то есть знать, что на себя возьмет поровая вода и все эти водно-коллоидные связи, когда мы нагрузим, если допустим образец глинистый.

Тип С применим для тяжелых и вязких жидкостей модель. PLAXIS рекомендует там использовать коэффициент пуассона 0,5, что больше чем обычно.

Процедуры вводаПравить

 

Отключаем режим привязки к опорным точкам в AutoCAD и включаем Режим привязки к сетке чертеже (включив отображение сетки). В параметрах привязки ставим 0.1 для того чтобы длина всех отрезков были кратны 0.1 м. Если в Автокаде рисовать без привязки, количество знаков после запятой может быть бесчисленное множество.

 

Увеличение шага разгрузки может помочь выполнить расчет.

В программе PLAXIS ввод данных осуществляется с помощью мыши и с клавиатуры. Существует 4 типа ввода:

• Ввод объектов (напр. линии). Линии создаются с помощью щелчка левой кнопкой мыши. В результате создается первая точка. При перемещении мыши и ещё одном щелчке левой кнопкой мыши создается новая точка с линией, идущей от предыдущей точки к новой. Построение линии завершается путем щелчка правой кнопкой мыши или нажатия клавиши Esc.
• Ввод текста
• Ввод значений (напр. ввод объемного веса грунта, фильтрационных характеристик через вкладку groundwater)
• Ввод вариантов выбора (напр. выбор модели грунта)
• Импорт с AutoCAD (вставка рисунков в AutoCAD через _attach для того чтобы перерисовать генплан). Предварительно в параметрах привязки Автокада рекомендуется ставит шаг привязки 0,1 и установить его соответствие 10 см. в PLAXIS. (1 мм. Автокада соотв. 1 м. PLAXISa). Далее извлекаем данные с Автокада, выбирая только геометрию отрезков. Чтобы перенести все в PLAXIS из Автокада нужно разбить все прямоугольники на отрезки. Далее через Expert Run command перенести координаты начал и концов линий.

Генерация сетки конечных элементовПравить

Генерация сетки конечных элементов происходит через Mesh (Mesh Element contours отображение сетки, Geometry отображение УГВ). После генерации сетки выводится количество созданных элементов. Значения False либо True относятся к элементам, выбираемым в сплывающем окне.

Моделирование толстых плит в PLAXISПравить

Плиту можно смоделировать двумя способами:

1. Создать полигон в 2D или объём в 3D и назначить ему материал бетона. Модель, которая описывает поведение бетона в виде объёмного элемента, может быть более точной, так как можно использовать линейно-упругую модель (Linear elastic) или модель материала Concrete, чтобы передать реальное поведение бетона. В этом случае геометрия задаётся просто и есть возможность задать точные размеры плиты.
2. Создать плитный элемент Plate и определить эквивалентную толщину плиты d (на основе d происходит проверка геометрии также) на основе соотношения EI/EA в PLAXIS 2D или непосредственно задать параметр d в PLAXIS 3D. Плита может быть создана как линейный элемент в PLAXIS 2D или как геометрическая поверхность в PLAXIS 3D. Назначение удельного веса плиты имеет свои особенности, а именно: удельный вес, к примеру, стены в грунте принимается как разность удельного веса бетона и окружающего грунта.

Параметры пластинПравить

В базе данных материалов пластин есть возможность выбрать Prevent punching (дословно с английского « Предотвращать перфорацию»). Выбор этого параметра может быть уместным для обеспечения своего рода вертикальной концевой опоры (сопротивление опрокидыванию) в случае, если пластина используется в качестве стены. В действительности вертикальные нагрузки на стены, например, в результате вертикальных составляющих анкерных сил или точечных нагрузок на стену, воспринимаются трением боковой боверхности и сопротивлением наконечника. Определенное сопротивление оказывает грунт под наконечником, в зависимости от толщины или площади поперечного сечения наконечника. Гибкие стены (Slender walls) часто моделируют в виде плит. Из-за нулевой толщины плитных элементов Slender walls не имеют торцевой опоры. Влияние торцевой опоры можно учитывать при расчете, если выбрать Prevent punching. Для учета торцевой опоры на дне (вершине) плит выделяют зону в элементах объема грунта, окружающих вершину плиты, где исключается какая-либо пластичность грунта (зона упругости).

Формирование геометрииПравить

Создание плоскости производится через команду Create surface  . Это бывает нужно, среди прочего для выдавливания сектора опускного колодца (делается одна поверхность и выдавливается из другой): устанавливается вид сверху, проверятся что координата стоит "0", после выбора линий на плане она выдавливания на определенную высоту, делается обрезка (Intersect and recluster), получается замкнутый контур здания. Линии и точки, оставишиеся от контура удаляются.

ДемпфированиеПравить

Демпфирование в грунте обычно вызнано его вязкостью, трением и развитием пластичности. Однако модели грунтов в программе Plaxis не включают в себя вязкость как таковую. Вместо этого принято Релеевское демпфирование.

Сваи и фундаментыПравить

 

работа сваи по боковой поверхности удельного трения (linear распределение по треугольнику). Для Multi linear f в КПа значение трения нужно умножить на периметр сваи. layar dependen по фи и с трение считается автоматом.

 

Cопротивление по острию сваи (Base resistanse) PLAXIS считает автоматически. Cвая буроиньекционная больше 30 т. не понесет и поэтому можем написать в ячейку 30 KN

1. Сваи моделируются инструментом Embedded beam (дословно закладная балка, заклодной элемент). Точка соединения закладного балочного элемента может быть только сверху или снизу (на одном из двух концов). При моделировании сваи точка сопряжения обычно находится в верхней части (в ростверке). Вершина сваи может иметь свободное/шарнирное/жесткое соединение, основное тело сваи будет взаимодействовать с грунтом через специальные элементы сопряжения, а нижняя может иметь дополнительный башмак (определяется в наборе данных материала). Вид сопряжения сваи подтверждается выбором free/hinged/rigid connection в настройках. Каждый тип соединения имеет свое отображение, например, квадратик обозначает что элемент тип примыкания к элементу embeded beam road жесткий.
2. Сваи могут моделироватся также кластером (объемным элементом с назначением интерфейсов по боковой поверхности). Для кластера нужно назначать интерфейсы (в первом случае Embeded beam Road интерфейс вшит). В ряде источников, для лучшего констакта с грунтом, нижний интерфейс продлевают на полметра и делают тоже самое по низу сваи (где расположен минус те параметры и берет PLAXIS).

Различия между способами. Embedded beam. Если нужно получить усилия в свае, то в модели оставляется только новое здание, моделируется только откопка и устройство свайного поля и включается новое здание. Модель упрощена и быстро считается. При этом можем получить усилия в свае. Когда считается общая модель с помощью условного фундамента, моделируется новое здание на сваях (нельзя получить усилия в сваях, но можно получить осадку и влияние нового соооружения на соседнюю застройку). Делается после того как известна длина сваи.

Подсчет количества свай. 5 кН весит 1 м3 здания. Эту величину умножаем на высоту здания с подземным этажом. Получаем величину давления (порядка 100 кПа для здания высотой 20 м.). Далее считаем площадь здания и умножаем на величину давления (100кПа х 50м2 = 5000 кН весит здание). Далее считаем несущую способность одиночной сваи по СП (как пример, получаем что свая несет 100 кН, давление это отношение нагрузки на площадь сваи p=N/A). Деля 5000 кН/100 кН получаем примерное количество свай (незабываем умножить на 1,4 коэфициент условий работы). Получаем количество свай.

Фундаменты моделируется как плиты с заданием жесткости фундамента согласно СП Бетонные и железобетонные конструкции (например класс бетона B30 модуль упругости 27,5 млн. кПа. Фундамент имеет площадь 2 м2 (его высота 2 метра, ширина 1 метр) назначаем момент инерции bh^3/3 = 2*1^3/3=0,677).

РаспоркиПравить

Распорки (для построения распорки сначала нужно построить вспомогательню линию, далее задаются через защемлённый анкер Created fixed-end anchor  ) обычно делают из трубы 530, 720, 1000 и выше. Выбираем наружный диаметр и толщину трубы. EA осевая жесткость (для 700 трубы S=(D-d))=(0,72-0,7)*3,14/14.

Виды расчетовПравить

В программном комплексе могут быть проведены статические расчеты устойчивости сооружений, расчеты фильтрации, может быть определено избыточное поровое давление грунтов, проведены расчеты консолидации грунтов (требует задания коэффициентов фильтрации для грунтов), определены коэффициенты надежности (методом снижения параметров прочности грунта: угла внутреннего трения $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}$$\phi$  и сцепления $c$$c$ ). Вышеперечисленные расчеты могут быть выполнены для пошагового нагружения и для поэтапного строительства и экскавации грунтов. При значительных деформациях может быть дополнительно использован корректирующий расчет Лагранжа, который представляет собой расчет по изменяемой сетке конечных элементов.

Морозное пучение может быть смоделировано изменением относительной деформации грунта.

Фильтрационный расчетПравить

Проверка отсутствия воды в Flow Conditions.Серый цвет в модели показывает отсутствие воды.	Эпюра давления воды под выкопанным грунтом должна быть треугольной. в связи с этим включаем интерполяцию (Conditions: Interpolate).Model Explorer отвечает за отображение элементов.	отключение groundwater flow во всех стадиях Plaxis

В случае фильтрационной задачи в Initial phaze вместо K0 процедуры используем Flownet.

В случае выемок котлована для грунта в центральной части задаем Water Conditions как Dry, что обозначает что воды там нет и деактивируем его. В настройках фазы Тип расчета порового давления устанавливается как Нестационарный поток грунтовых вод (Pore pressure calculation type Transient groundwater flow), чтобы было учтено изменение уровня грунтовых вод (откопка и осушение котлована). Анализ результатов выполняется в Stresess: Groundwaterflow, где значение скорости фильтрации q должно быть меньше 1 (оценка суффозии по ф. 91.17 СП 22.13330.2016). Оценка баражного эффекта происходит через Stressses -> Pore Pressures -> Groundwater Head.

Анализ результатовПравить

Точки НДС. Выбор возможен через select point for curves (выбрать точки для построения кривых). Всегда выбирать красные, не фиолетовые точки.	Выстрелил какой-то узел. Модель вся синяя, а перемещения большие в одном месте.	После выбора точки. Нагрузка выступает в виде безразмерного коэффициента MStage (параметр Forse, не та сила которую задаем внешней нагрузкой, в случае если нагрузка моделировалась перемешением)	Curves manager позволяет вытащить графики из PLAXIS.

Для демонстрации полученных распределений напряжений и деформаций, прогноза их изменения могут использоватся инструменты Hint box, пластические точки (вызывается через меню Streses, Plastic point).. Точки напряженно-деформированного состояния (НДС) могутбыть: failure-разрушение по критерию точности которое задано в модели, Tension cut-off point (разупрочнение за счет растяжения грунта), Hardening (зоны где идет упрочнение грунта), liquefaction (Разжижение грунтов) и т.д. Точка обозначается как точка пластического разрушения, если она в настоящее время находится на огибающей разрушения (например, огибающей Мора-Кулона). Если из-за разгрузки напряженное состояние падает ниже огибающей Мора-Кулона, то точка уже не является точкой пластического разрушения, даже если в прошлом она подвергалась необратимым деформациям.

Sigma MSStage доля прикладываемой нагрузки, используя его можно узнать как менялось НДС с начала прикладываемой нагрузки. В случае, изменений, которые изменяют дисбаланс: увеличение нагрузки и деактивация элементов почвы определяется общий дисбаланс этих двух изменений, и Sum Mstage применяется к общему дисбалансу. Следовательно, увеличение нагрузки и дезактивация элементов грунта будут применяться одновременно. SumMstage применяется к весу активируемого или деактивируемого грунта, а не к жесткости или прочности. Если грунт деактивирован, его жесткость сразу же исключается из расчета, только влияние веса постепенно рассчитывается с помощью Sum Mstage. В некоторых случаях использование параметров по умолчанию для итерационных процедур в PLAXIS 3D может привести к неточным результатам. Это может произойти в том случае, если последний шаг фазы поэтапного строительства является большим шагом, в котором (общий) множитель SumMstage изменяется от 0,5 до 1,0. Эта проблема решена: в параметрах числового управления фазой появился новый параметр, который называется « Максимальная доля нагрузки на шаг»(Max load fraction per step). По умолчанию для этого параметра установлено значение 0,5, и это означает, что любой шаг расчета будет иметь значение Mstage меньше 0,5.

См. такжеПравить

• Механика грунтов
• Теория упругости
• Теория Мора — Кулона
• Способы моделирования стены в грунте в Plaxis

СсылкиПравить

• Официальный сайт PLAXIS
• Официальный сайт PLAXIS на русском языке
• База знаний PLAXIS на русском языке