Horizontálně členěný výrub s prvky primárního zajištění 3D

Postup řešení úlohy Otevření nového souboru Vložení materiálů Import DXF výkresu Vytvoření 3D geometrického modelu Vytvoření sítí konečných prvků Okrajové podmínky modelu – podpory Tvrdnutí betonu Průvodce postupem ražeb Nastavení výpočtu Vyhodnocení výsledků

Otevření nového souboru Ctrl + N Pojmenujeme projekt Změníme jednotky (z tonf na kN) – nabídka Unit Systém Z pracovní plochy vypneme mřížku a osy lokálního souřadného systému: - pravý klik na plochu, vybrat Toggle grid. - pravý klik na plochu, vybrat Toggle WCS triad.

vložení materiálů (geologie, prvky zajištění) a parametrů zajištění (ostění, svorníky) nejdříve vložíme zeminy model-property-attribute add-solid ponecháme ID číslo a vepíšeme název zeminy (navazka), element type vybereme solid a materiál zadáme tlačítkem add. v kartě materiálů vyplníme jméno (mat-navazka*). Vpravo v model type vybereme model Mohr Coulomb a zadáme parametry vrstvy. Ostatní parametry necháme default.

Geologie - parametry Tímto postupem zadáme všechny vrstvy prostředí (bridlice, kremence

parametry ostění ze stříkaného betonu

Parametry stříkaného betonu 1) v záhlaví model-property-attribute. 2) klik na add-plane. 3) ponecháme ID číslo a vepíšeme název (SB mlady), element type vybereme plane a materiál zadáme tlačítkem add. 4) v kartě materiálů vyplníme jméno (mat-SB mlady). Vpravo v constitutive model vybereme model elastic a zadáme parametry. Ostatní parametry necháme default.

Parametry stříkaného betonu 5) dále klikneme na add-property. 6) v kartě property vyplníme jméno (prop-SB). Jako typ zadáme plate/plane stress a zadáme tloušťku 0,2 m. Ostatní parametry necháme default.

zadáme svorníky

Parametry svorníků 1) v záhlaví model-property-attribute 2) klik na add-line 3) ponecháme ID číslo a vepíšeme název (svornik), element type vybereme embedded truss a materiál zadáme tlačítkem add 5) dále klikneme na add-property 6) v kartě property vyplníme jméno (prop-svornik). Jako typ zadáme truss/embedded truss a jako truss type dáme linear elastic. Vepíšeme průřezovou plochu svorníku 6.1e-6, nebo zadáme dole v sectional library jeho geometrii D=0,0028 m

Import DXF výkresu Souřadnice v AutoCADu odpovídají souřadnicím v Midasu, je ale potřeba vložit výkres v jednotkách pomocí příkazu geometry-check-duplicates můžeme zkontrolovat případné překrytí a zdvojení čar 1) file-import-dxf 2D (wireframe) 2) klik na select AutoCAD file a najít požadovaný .dxf soubor (priklad3.dxf). Všechny parametry necháme default

Import DXF výkresu

Vytvoření 3D geometrického modelu musíme upravit importovaný 2D model - z okrajů a z obrysu tunelu vytvoříme wire. geometry-curve-make wire. jako method vybereme multi entity a ponecháme toleranci. Vybereme úsečky okraje úlohy (4) a provedeme příkaz. Opakujeme pro křivky obrysu tunelu (4).

Protažení modelu do 3 osy 1) geometry-generator feature-extrude. 2) select extrusion profile(s) a v roletě v záhlaví vybereme položku Wire (W). CTRL + A označí oba vytvořené wire. V select extrusion direction klikneme na ploše osu y (3tí rozměr). 3) zadáme délku length (70), zaškrtneme políčko solid a pojmenujeme vzniklé objekty (prostredi - masiv).

3D prostredi - masiv

Oddělení tunelu a horniny Tunel přejmenujeme na tunel vlevo ve stromečku nabídky Model najdeme geometry-solid-prostredi a vybereme objekt tunelu (po vybraní se zobrazi objekt fialovým orámováním) a přejmenujeme jej na tunel – pomocí F2.

3D prostredi - masiv Přes pravé tlačítko či ve stromečku mohu upravit barvy objektů a průhlednost

Geologické vrstvy a členění výrubu Dalším krokem je vytvoření rovin řezů pro geologické vrstvy a členění výrubu. Použijeme opět stejný příkaz extrude pro protažení do 3tího rozměru. Roviny řezu vytvoříme o něco delší než je kostka prostředí, aby se nám lépe uchopovali při další práci.

1) geometry-generator feature-extrude 1) geometry-generator feature-extrude. 2) pro výběr vybrat Edge (E) vybrat čáry pro rozdělení prostředí a čelby (4), 3) v select extrusion direction klikneme na ploše osu y 4 ) zadáme délku length (80), ostatní default.

Oddělení tunelu a horniny 1) geometry-solid-embed. 2) pro master object select označíme kostku prostředí (solid) a pro tool object select označíme tunel (3) a členění tunelu (1) – shape. Zaškrtneme políčko delete original shape(s). 3)OK

rozdělení tělesa na vrstvy 1) geometry-solid- divide solid by surface. 2) v select solids vybereme těleso prostředí a tunelu (2), jako select tool surface vybereme vytvořené roviny řezů (4). 3) ostatní necháme default.

Provázání sítí MKP Při dělení nám nabídka divide touching faces of neighbours nám zajistí následně kompatibilitu vytvořených sítí (tunelu, vrstev) a jejich spolupůsobení, tedy provázanost. Pokud chceme mít každou síť samostatnou, tuto nabídku neprovedeme.

rozdělení tunelové trouby na jednotlivé záběry Je potřeba vytvořit kolmou rovinu na tunel (nakreslit čtverec), tu zkopírovat na dané délky záběrů a dle nich rozřezat tunelovou troubu. 1) geometry-curve-create on WP-Rectangle. 2) nejprve zatrhneme políčko make face a vytvoříme obdélník překrývající výrub – můžeme změnit směr pohledu.

rozdělení tunelové trouby na jednotlivé záběry Nakopírujeme obdélník. 1) geometry-transform-translate. 2) pro select object shape vybereme obdélník jako select direction osu y, vybereme uniform copy, zadáme vzdálenost distance (2) a počet opakování number of times (34). Pro zobrazení ve stromečku dáme Hide All u Solid Prostredi

Rozdělení tunelu na záběry - pásky 1) geometry-solid-divide solid by surface. 2) pro select solid(s) vyberem všechny části tunelu (4), jako tool surface označíme vytvořené obdélníky (35) – pomocí ikony include intersected , Stačí označit levý roh zatrhneme divide touching faces of neighbours a ve stromecku Solid prostredi(4)). Ostatní default. 3)OK

posun linie svorníků do polohy ve středu prvního pásku tunelu. 1) geometry-transform-translate. 2) v select object shape(s) vybereme svorniky (9), jako select direction osu y a pro možnost move zadáme vzdálenost distance (1).

Vytvoření sítí konečných prvků Nyní se pustíme do vytváření sítí konečných prvků. Použijeme jednoduší variantu automatické sítě z čtyřstěnných prvků. Pro každý objekt (vrstvu, část tunelu) vytvoříme zvlášť síť s příslušným materiálem. Výhodnější je začít od nejmenších částí tunelu, kde použijeme jemnější prvky, síť se pak bude rozvíjet do vrstev s hrubšími prvky.

Vytvoření sítí konečných prvků 1) mesh-automesh-solid (čelní pohled) 2) v select solid(s) obtáhneme při čelním pohledu levou část kaloty, abychom vybrali všechny za sebou jdoucí pásky (35). 3) v mesh size zadáme velikost prvku element size (2), přiřadíme attribute) podle toho do které vrstvy prostředí spadá (3: kremence), v mesh set změníme název (LK) pro další orientaci v seznamu sítí a ostatní ponecháme default.

Vytvoření sítí konečných prvků Stejným postupem postupně vytvoříme sítě ostatních objektů. Pro objekty částí tunelu (LK, PK, LD, PD – kaloty a dna) použijeme velikost prvku 2, pro přiléhající vrstvy podloží (kremence, bridlice) 4 a pro ostatní vrstvy (bridlice 1 a navazky) velikost 6.

síť prvků na svornících Po vytvoření v prvé řadě ji nakopírujeme nad každý záběr ostění. 1) mesh-automesh-edge. např. pomocí a 3) zadáme počet rozdělení linie number of divisions (3), materiál attribute (6:svornik) a pojmenujeme (svorniky). Ostatní default.

Síť svorníků nakopírujeme do středu každého proužku. Curve hide all 1) model-transform-translate. 2) select mesh sets vybereme síť svorniky (1), select direction osu y, vybereme si uniform copy a distance (2), number of time (34). Odznačíme include color a merge nodes, pojmenujeme v mesh set (svorniky) a ostatní default

síť prvků primárního ostění Vypneme si zobrazení všech sítí (mesh – hide all)a na plochu si zobrazíme pouze objekt celého tunelu (všechny solid – tunel – show only). 1) model-element-extract element 2) jako select face obtáhneme troubu či CTRL + A (805), zatrhneme skip duplicated faces, přiřadíme attribute (4: SB mlady), pojmenujeme osteni a zatrhneme možnost register based on owner shape, ostatní ponecháme default

Solid – Hide all

Vypneme zobrazení všech objektů (geometry hide all) a vygenerovanou síť ostění si zobrazíme zvrchu, protože je potřeba odmazat čela skořepiny stříkaného betonu. 1) model-element-delete 2) pro select element(s) označíme obě čela skořepiny, nastavení default.

Pro další práci (pro nastavení postupu ražeb) je nutné si vygenerované sítě tunelu a zajištění seřadit vzestupně podle jeho osy (osy y). To provedeme pomocí příkazu rename mesh set. Zapneme znovu zobrazení všechny sítí. 1) mesh-mesh set-rename mesh set. 2) pro select mesh set(s) je výhodnější vybrat příslušný set sítí (LD#1 - LD#35) v pre works tree pomocí shiftu (35). Sorting order vybereme coordinate a jako 1st zvolíme y. Pojmenujeme nově set (SB - LD), pro každý set vždy nastavíme starting suffix number (1).

po vytvoření sítí ostění je potřeba zkontrolovat, jestli nebyly duplikované, to si ověříme tak, že si zobrazíme pouze sítě ostění (SB-K a SB – D), ty označíme na ploše a skryjeme. V pre works tree si ověříme, jestli jsou skryté všechny. To co zůstalo zapnuté (a přitom neviditelné) vymažeme Toto opakujeme pro sítě rubaniny v tunelu (LK-,PK-,PD-) a pro sítě prvků zajištění (SB-LK-,SB-PK-,SB-LD-,SB-PD-,svorniky-)

Okrajové podmínky modelu – podpory skryjeme veškeré sítě (hide mesh set) a zapneme si všechny tělěsa (show solid) 1) model-boundary-supports. 2) pojmenujeme BC set (podpory), pro object type (node) změníme výběr prvků v liště na face (F) a označíme plochy bočních stěn krychle (559), zatrhneme DOF (UX), ostatní default

Toto opakujeme i pro čelní a zadní stěnu Toto opakujeme i pro čelní a zadní stěnu* (UY) (674) a pro dno (UZ) (361). je potřeba si dát pozor, abychom neoznačili i čelní stěnu dalších pásků rozřezané tunelové trouby

Vlastní tíha Jako zatížení aplikujeme vlastní tíhu 1) model-load-self weight. 2) vepíšeme jméno load set (vlastni tiha) a u Z vepíšeme hodnotu (-1).

Tvrdnutí betonu Nastavíme tvrdnutí betonu. Mesh - show all Mesh - Sort - by Name 1) model-bounday-change element attribute for CS. 2) pro select mesh set označíme oba sety ostění kaloty (70) SB –LK a SB PK, nastavení default a vybereme attribute (6: SB zraly). Stejně provedeme i pro oba sety dna (70).

Průvodce postupem ražeb Přikročíme k zadání postupu ražeb, k tomuto účelu nám slouží skupinka nastavení construction stage, pro 3D projekt pak zejména stage definition wizard. V tomto průvodci ražeb nastavíme postupné aktivace a deaktivace jednotlivých sad sítí prvků a simulujeme tak skutečný postup ražeb. Postup je rozdělej na jednotlivé kroky – stage, do kterých vepisujeme změny na modelu

initial stage V prvním kroku – initial stage aktivujeme celkový původní stav a předepíšeme nulové deformace, v dalších fázích potom odstraňujeme části výrubu a v závěsu instalujeme zajištění a měníme vyzrálost betonu. 1) model-construction stage-stage definition wizard. 2) v nabídce vlevo vybereme se stiskem ctrl všechny prvky původního stavu, tedy vrstvy podloží a všechny části výrubu, okrajové podmínky a původní zatížení (bridlice,kremence,navazky,LD-,LK-,PK-,PD-,podpory,vlastni tiha) a přetáhneme do sloupce I.S. ve spodní tabulce pro activation status.

vybereme nyní všechny odstraňované a instalované prvky (LD-,LK-,PK-,PD-,SB-LK-,SB-PK-,SB-LD-,SB-PD-,svorniky) a přetáhneme do tabulky vpravo. V této tabulce první 2 sloupce set type, set name prefix označují typ a jméno sady sítí, ve třetím sloupci (A/R) nastavujeme aktivaci nebo deaktivaci sad, start postfix zajišťuje kterým prvkem ze sady postup začne a sloupce F a end postfix slouží k určení konce postupu (default je do posledního prvku sady), postfix inc. zajišťuje kolik prvků ze sady bude aktivováno na jednu fázi (S1-Sn), start stage slouží k nastavení začátku aktivací sady a pomocí stage inc. můžeme naopak aktivaci jednoho prvku roztáhnout do více fází. Nastavíme tedy aktivaci/deaktivaci (A/R) a jejich začátky v start stage pro jednotlivé sady, podle tabulky importovaného obrázku a pomocí apply assignment rules toto nastavení potvrdíme, takže se nám zobrazí v ose fází ražby v dolní tabulce, a potvrdíme OK.

Podobně nastavíme aktivaci vyzrálého betonu

Předepsání nulových deformací na počátku (initial stage) nastavíme v dalším průvodci define construction stage, kde si můžeme také prohlížet jednotlivé detaily fází výpočtu. 1) model-construction stage-define construction stage. 2) zatrhneme clear displacenemt a potvrdíme save.

Nastavení výpočtu Posledním nastavením před spuštěním výpočtu je vybrání analýzy, které chceme náš model podrobit. 1) analysis-analysis case. 2) klikneme na add. 3) vepíšeme jméno (razba), případně popis, jako analysis type vybereme construction stage a klikneme na ikonku analysis control. 4) v analysis control zatrhneme initial stage for stress analysis a Ko condition a zbytek ponecháme default a vše potvrdíme OK. V nastaveních general analysis control a analysis option můžeme měnit nastavení řešiče. Soubor uložíme a spustíme výpočet, který bude trvat přibližně 2 hodiny (záleží na výkonnosti počítače). 1) analysis-solve.

Vyhodnocení výsledků Po dokončení výpočtu si vlevo změníme nabídku z pre works na post works a můžeme prohlížet a analyzovat výsledky výpočtu. V tomto okně post works je seznam jednotlivých fází ražby, tak jak jsme je nastavili pro výpočet a u každé fáze zvlášť můžeme prohlížet veškeré hodnoty (deformace, napětí, síly v ostění, atd.), stačí najít požadovanou neznámou a dvojklikem ji zobrazit. Požadovanou proměnnou můžeme sledovat v čase ražby pomocí ikonky šipky na liště ikon post data, kde navíc zapínáme zobrazení deformací sítě, způsob vykreslení atd.

Měřítko deformací měřítko zobrazení deformací nastavujeme v okně properities vlevo dole v poli scale factor

Druhou lištou ikon pro práci s výsledky je post command Druhou lištou ikon pro práci s výsledky je post command. Pomocí příkazů z lišty můžeme upravovat různá zobrazení, vytvářet řezy (slice plane) a odříznuté tělesa (clipping plane) např. v místě tunelu. Další ikonou nastavujeme zobrazení sítě (i vypnutí). Je možné vytvořit i video průběhu ražby při nastaveném pohledu a neznámé, exportovat obrázek pohledu i tabulku hodnot zvolené neznámé. V okně properities vlevo dole nastavujeme další možnosti jednotlivých zobrazení.