Vaakasuuntaisesti värähtelevien paaluperustusten dynaamiset analyysimenetelmät
Juuti, Janne (2016)
Juuti, Janne
2016
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-03-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201602243567
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201602243567
Tiivistelmä
Laiteperustusten yhteydessä joudutaan usein käyttämään paaluja ja niillä on olennainen vaikutus perustuksen dynaamiseen käyttäytymiseen. Paaluperustusten dynaamisia analyysimenetelmiä on useita, mutta useimmilla niistä perustussysteemin dynamiikkaa voidaan kuvata vain likimääräisesti. Tässä työssä tarkastellaan kolmea eri paaluperustusten dynaamisiin analyyseihin soveltuvaa mallia: laajennettua Novakin mallia, FEM-pohjaista Winkler-mallia (Robot) ja kokonaisvaltaista FEM-mallia (Plaxis 3D). Työssä päähuomio on kiinnitetty kokonaisvaltaiseen FEM-malliin, koska sillä perustuksen dynaamisen toiminnan mallintaminen on tarkinta.
Tutkittaviksi valitaan kaksi paaluperustusta sopivien koekuormitusaineistojen perusteella, jotta laskentatuloksia voidaan verrata mittaustuloksiin. Maassa tapahtuvat muodonmuutokset pysyvät molemmissa tapauksissa lineaarielastisella alueella. Paaluryhmien koot ovat pieniä (2 x 2) ja perustussysteemit ovat teräbetonisia. Työssä rajaudutaan tarkastelemaan pääasiassa systeemien vaakasuuntaista värähtelyä, mikä tavallisesti mitoittaa paaluperustukset. Herätteet ovat sinimuotoisia ja käsiteltävä taajuusalue on 2 – 30 Hz.
Työn teoriaosuudessa käsitellään lyhyesti dynamiikan perusteita, geodynamiikkaa ja paaluperustusten dynaamista toimintaa. Lisäksi esitetään koekuormitusaineistot sekä käytettävät laskentamallit, -ohjelmistot ja -parametrit.
Laajennetun Novakin mallin mukaiset paaluperustusten siirtymävasteet ja ominaistaajuudet poikkesivat merkittävästi mitatuista, mikä johtuu pääasiassa mallin yksinkertaisuudesta. Sekä FEM-pohjaisten Winkler-mallien että kokonaisvaltaisten FEM-mallien tulokset sen sijaan vastaavat mitattuja erinomaisella tarkkuudella. Molempien mallien tulosten oikeellisuus riippuu voimakkaasti maaparametrien ja paalujen yläpäiden irtoamisotaksumien realistisuudesta. Lisäksi Winkler-mallissa systeemin vaimennuksella on suuri vaikutus tulosten todenmukaisuuteen. Kokonaisvaltaisessa FEM-mallissa vaimennus sen sijaan otetaan huomioon pääosin automaattisesti.
Opinnäytteen tulosten perusteella FEM-pohjaisen Winkler-mallin ja kokonaisvaltaisen FEM-mallin voidaan katsoa soveltuvan pienten paaluperustusten dynaamisiin analyyseihin silloin, kun maaparametrit ja herätteen luonne ovat tiedossa. Mallien yleisempää käyttökelpoisuutta suositellaan selvitettävän jatkotutkimuksin.
Tutkittaviksi valitaan kaksi paaluperustusta sopivien koekuormitusaineistojen perusteella, jotta laskentatuloksia voidaan verrata mittaustuloksiin. Maassa tapahtuvat muodonmuutokset pysyvät molemmissa tapauksissa lineaarielastisella alueella. Paaluryhmien koot ovat pieniä (2 x 2) ja perustussysteemit ovat teräbetonisia. Työssä rajaudutaan tarkastelemaan pääasiassa systeemien vaakasuuntaista värähtelyä, mikä tavallisesti mitoittaa paaluperustukset. Herätteet ovat sinimuotoisia ja käsiteltävä taajuusalue on 2 – 30 Hz.
Työn teoriaosuudessa käsitellään lyhyesti dynamiikan perusteita, geodynamiikkaa ja paaluperustusten dynaamista toimintaa. Lisäksi esitetään koekuormitusaineistot sekä käytettävät laskentamallit, -ohjelmistot ja -parametrit.
Laajennetun Novakin mallin mukaiset paaluperustusten siirtymävasteet ja ominaistaajuudet poikkesivat merkittävästi mitatuista, mikä johtuu pääasiassa mallin yksinkertaisuudesta. Sekä FEM-pohjaisten Winkler-mallien että kokonaisvaltaisten FEM-mallien tulokset sen sijaan vastaavat mitattuja erinomaisella tarkkuudella. Molempien mallien tulosten oikeellisuus riippuu voimakkaasti maaparametrien ja paalujen yläpäiden irtoamisotaksumien realistisuudesta. Lisäksi Winkler-mallissa systeemin vaimennuksella on suuri vaikutus tulosten todenmukaisuuteen. Kokonaisvaltaisessa FEM-mallissa vaimennus sen sijaan otetaan huomioon pääosin automaattisesti.
Opinnäytteen tulosten perusteella FEM-pohjaisen Winkler-mallin ja kokonaisvaltaisen FEM-mallin voidaan katsoa soveltuvan pienten paaluperustusten dynaamisiin analyyseihin silloin, kun maaparametrit ja herätteen luonne ovat tiedossa. Mallien yleisempää käyttökelpoisuutta suositellaan selvitettävän jatkotutkimuksin.