株式會社 Build Geotechno
代表董事 花田俊弘
工程師 (建設部門/綜合技術監理部門)
使用產品Geo Engineer's Studio Ver.2
以平面形變分析、軸對稱分析為對象,進行靜態的地基應力~變形分析的2D彈塑性地基分析程式。 該產品是一種通用FEM產品,在進行擋土牆挖掘分析、潛盾隧道挖掘分析、液化分析等與地基聯動的多種土木結構的斷面力、位移及周邊地基變形影響分析時,能發揮巨大作用。 FEM模型的製作採用CAD輸入方法,並支援SXF、DWG、DXF檔的導入。 在此,我們將地基領域所使用的FEM分析簡稱為「FEM地基分析」。
FEM地基分析在地基領域的應用
株式會社Build Geotechno
代表董事 花田俊弘(Toshihiro Hanada)
福岡縣出身,1982年畢業於福岡建設專門學校。 1982年成立土木工程公司,1990年成立技術部,一直延續至今。
日本地形、地質、氣象等條件嚴峻,經常遭受自然災害。 另外,靜岡縣7月發生了大規模土石流,造成了巨大損失。 衷心表示哀悼和慰問,並祈禱早日恢復正常。 作為土木工程的從業者,我再次體會到了設計・分析等的重要性。
大約半個世紀以來,用於地基領域的FEM地基分析作為解決地基變形、斜面穩定、液化、滲流、近接施工等問題的工具,模擬了許多複雜的模型。 此外,當在實驗室中難以重現實際現象或需要巨額成本時,FEM地面分析可以預測各種現象,可視化變形和應力,以及在掌握複雜的地基等的行為機制等方面做出了巨大的貢獻。
但是,由於FEM地基分析需要用到複雜的支配方程式,而且程序的實施過程幾乎都是黑箱操作,所以很多人都不擅長。 在FEM地基分析所使用的地基常數方面,相對於數十~數百平方公尺的分析範圍,土質樣品只有幾個拳頭大小,而且受費用、天數等限制,數量很難增加。
儘管如此,FEM地基解析的應用範圍越來越廣,解析程式不斷升級,輸入地基常數的文獻等也在不斷充實,實際工作中實施FEM地基解析的數量也在逐年增加。
本欄目介紹根據FEM地基解析程式「Geo Engineer's Studio Ver.2」,考慮到在實務中的應用的解析例子。
本程式是以平面應變分析、軸對稱分析為對象,透過靜態全應力法進行地基應力~變形分析的2D彈塑性地基分析程式。
作為主要的適用範圍,可以用於以下的討論。
另外,作為特徵
本次討論案例,是在RC造逆T型擋土牆設置時,土壓層較軟,再加上施工後的鄰接地因殘土臨時放置引起的土壓增加而對RC擋土牆構造上的影響進行解析(2D)的例子。
分析以平時為物件,將設置階段按步驟建模,進行2DFEM地基分析。 將按以下步驟進行解說。
由於殘土臨時放置,豎壁腿部彎曲力矩增加了約72%,RC擋土牆位置偏移了約8mm。
本次研究案例分析了盾構隧道挖掘對周圍地面沉降的影響。 這是一個分析(2D)盾構挖掘過程中對地面影響的示例,挖掘直徑為6m。
・ 地表鉛直沉降量= 10mm
・ 結果是盾構挖掘面頂部下沉量為16mm,判斷對周圍地面的影響不小。
本次研究是地下設置BOX的2級地震時「應答震度法」的變形和作用力分析(2D)的示例。
作用在BOX上的應力計算結果中,顯示了M(力矩)圖(上圖↑)。
這是在評價既有河川堤防的耐震穩定性時使用FEM地基分析的事例。 具體來說是,「H19.3河流結構物的耐震性能照査指南(案)、該解說」及「H28.3河流結構物的耐震性能照査指南」國土交通省河流局治水科基礎地基的FEM自重變形解析(2D)(計算液化引起的沉降量)。
上圖:流程圖↑
解析中進行「等級2(1)液化前→(2)液化時→(3)體積壓縮時」的步驟解析,透過解析求出「液化引起的自重變形量」。
本堤防因2級地震發生液化的可能性較大,而且預計堤體下側土層將發生液化。 另外,由於液化引起的堤體下沉量接近洪水時的水位,因此判斷該堤壩在耐震方面存在問題。
因此,FEM地基分析可以應用於多種結構,也可以用於分析與RC結構的復合結構。 另外,可視化圖表豐富,變位和應力分佈也可以用彩色圖確認。
「Geo Engineer's Studio Ver.2」作為地基領域的FEM分析工具,應用領域廣、計算穩定、操作簡單易懂。 可靈活運用於解決業務中的各種問題。
(Up&Coming '21秋季刊)
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