Budowa wiarygodnego modelu obliczeniowego układu nawierzchnia drogowa-podłoże gruntowe

• Autorzy: Kadela Marta

Warianty tytułu

EN

Structure of a reliable calculation model of road pavement-subsoil system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Każda konstrukcja powinna być tak zaprojektowana i wykonana, aby zapewniała trwałość przez cały zamierzony okres użytkowania. Wymóg uznaje się za spełniony, jeśli konstrukcja przez zamierzony okres użytkowania spełnia swoje role w zakresie nośności, użytkowalności i stabilności bez znacznego zmniejszenia swojej roli i bez nadmiernych, nieoczekiwanych kosztów. Wiąże się to z koniecznością przewidywania odpowiedzi obiektu budowlanego w danych warunkach obciążenia w całym okresie jej użytkowania, co jest także zgodne z planowanym podejściem BIM. W tym celu coraz częściej wykorzystuje się analizy numeryczne przy użyciu metod elementów skończonych MES. Jednak numeryczny model obliczeniowy MES może być zbudowany w różny sposób. W pracy przedstawiono wpływ geometrii modelu, doboru wielkości siatki dyskretyzującej oraz doboru odpowiedniego modelu (3D) lub (2D) na odpowiedź modelu obliczeniowego układu nawierzchnia-podłoże gruntowe. Przez pojęcie modelowania przestrzennego (3D) rozumie się modelowanie rzeczywistych zagadnień inżynierskich w pełnej przestrzeni (3D) oraz jako modelowanie uproszczone z wykorzystaniem osiowej symetrii (OS).

EN

Each structure should in turn be designed and built to show sufficient durability for the intended period of use. This requirement is met if, throughout its intended lifetime, the structure fulfils its roles regarding load-bearing capacity, serviceability limits and stability without a significant decrease in its role and without excessive, unexpected costs. This is associated with the need to predict the response of an engineering structure to given loads throughout its life. This is consistent with the approach BIM. Thus it becomes increasingly common to employ numerical analyses using the finite elements method (FEM). However, a numerical calculation model FEM may be constructed in different ways. This paper presents the impact of the model’s geometry, the choice of a discretization mesh and the choice of 3D or 2D model on the response of a road pavement-subsoil system calculation model. 3-dimensional modelling was carried out in this paper as full modelling of actual engineering problems in 3-dimensional space, and in the form of simplified modelling using axial symmetry.

Słowa kluczowe

PL

model obliczeniowy; wytężenie konstrukcji; układ; nawierzchnia drogowa; podłoże gruntowe; analiza numeryczna; wyniki analizy

EN

calculation model; structure effort; system; road pavement; subsoil; numerical analysis; results of analysis

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Przegląd Budowlany
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 90, nr 12
• Strony: 40--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 51 poz., il.

Twórcy

autor

Kadela Marta

• Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Nagórski R., Mechnika nawierzchni drogowych w zarysie, PWN, Warszawa, 2014
• [2] Desai C. S. (red.), Advances in finite element modelling of rigid pavements. Special Issue of International Journal of Geomechanics, tom 1, 3/2001
• [3] Scarpas A., Shourkry S. N. (red.), 3D Finite element modelling of pavement structures. Proc. Third Intern. Symp. on 3D Finite Element for Pavement Analysis, Design and Research, 2–5 April 2002, Amsterdam
• [4] Schmidt G., Stappert K. H., Verherstedische Ergebnisse aus dem Abgas – Groβenverkehrstechnik 3/1986
• [5] PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7 – Projektowanie geotechniczne. Część 1: Zasady ogólne
• [6] Kadela M., Babiak B., Pianobeton w budownictwie komunikacyjnym, Materiały Budowlane 3/2018, str. 80–81
• [7] Kadela M., Wzmocnienie podłoża poprzez zastosowanie warstwy z pianobetonu, Magazyn Autostrady, 2018
• [8] Kadela M., Zastosowanie pianobetonu w warstwach konstrukcji nawierzchni drogowej, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, 2017
• [9] Brown S. F., Soil mechanics in pavement engineering/Geotechnique 46, 3/1996, str. 383‑426
• [10] Fedorowicz L., Kadela M., Zastosowanie modelu z degradacją w analizie układu warstwowego konstrukcji nawierzchni drogowej współpracującej z podłożem gruntowym, Górnictwo i Geoinżynieria, kwartalnik AGH, z. 33, 1/2009, str. 161–168
• [11] Kadela M., Fedorowicz L., Model obliczeniowy układu konstrukcja warstwowa-podłoże gruntowe zgodnie z EC7. ACTA Scientiarum Polonorum Architectura 12(3)2013, str. 17–25
• [12] Lade P. V., Overview of constitutive models for soils, ASCE Geotechnical Special Publication No. 128, Soil Constitutive Models: Evaluation, Selection and Calibration, ed. Yamamuro J.A. i Kaliakin V.N., 2005, str. 1–34
• [13] Fedorowicz L., Zagadnienia kontaktowe budowla – podłoże gruntowe. Część I: Kryteria modelowania i analiz podstawowych zagadnień kontaktowych konstrukcja budowlana-podłoże gruntowe. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2006
• [14] Fedorowicz L., Kadela M., Model calibration of line construction-subsoil assisted by experimental research, AGH Journal of Mining and Geoengineering, tom 36, 1/2012, str. 155–164
• [15] Kirchhoff G., Uber die Gleichungen des Gleichgewichtes eines elastischen Korpers bei nicht unendlich kleinen Verschiebungen seiner Theile. Sitzungsberichte der math matischnaturwissenschaftlichen Klaase der Akademie der Wissenschaften, Vienna 9, 1852, str. 762–773
• [16] Westergaard H. M., Stress in Concrete Pavemenets Computes by Theoretical Analysis, Public Roads, tom 7, nr 2, kwiecień 1926
• [17] Westergaard H. M., Computation of Stresses in Concrete Roads. Proceedings, Highway Research Board, 5, 1, 1926, str. 90–115
• [18] Westergaard H. M., Theory of concrete pavements design. Proc. HRB, 1927
• [19] Szydło A., Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego. Teoria. Wymiarowanie. Realizacja, Wydawnictwo Polski Cement, Kraków, 2004
• [20] Terezawa K., On the Elastic Equilibrium of a Semi-Infinite Solid Under Given Boundary Conditions with Some Applications, Journal Coll. Science, tom 37, art. 7, Univ. of Tokyo, Tokyo, 1916
• [21] Chan K. S., Karasudhi P., Lee S. L., Force at a point in the interior of a layered elastic halfspace ELSAVIER
• [22] Marguerre K., Ansatze zur Losung der Grundgleichungen der Elastizitatstheorie, Z. Angew. Math. Mech, 35/1955, str. 242–263
• [23] Burmister D. M., Theory of stress and displacement in layered systems and application to design of airport runway. Proc. Highway Res. Board, 23, Washington, DC, 1943, str. 126–148
• [24] Burmister D. M., The general theory of stress and displacements in layered system. Journal of Applied Physics, 1945, tom 16, nr 2, str. 89–94, nr 3, str. 126–127, nr 5, str. 296–302
• [25] Burmister D., Stress and Displacement Characterisics of a two Layer Rigid Base Soil System. Influence Diagramsand Practical Applications, Proc. HRB, tom 35, 1956
• [26] Fox L., Computation of Traffic Stress In a Simple Road Structure. Road Research Laboratory (England), Road Research Paper 9, London, 1948
• [27] Hank R. J., Scrivner F. H., Some numerical Solutions of Stress in Two – and Three-Layeres Systems. HRB Proceedings, 28/1948, str. 457–468
• [28] Firlej S., Podłoże drogowe według Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni 1997, Drogownictwo 7/1998, Warszawa
• [29] Górski K., Wyjadłowski M., Projektowanie konstrukcji drogi na słabonośnym podłożu gruntowym, Roczniki Inżynierii Budowlanej – zeszyt 7/2007, Opole, 2007
• [30] De Jong D. L., Peutz M. G. F., Korswagen A. R., Computer program BISAR: layered systems under normal and tangential loads. Koninklike Shell Laboratorium, Rep. No. AMSR 0006.73, Amsterdam, 1973
• [31] Nagórski R., Nagórska M., Weryfikacja modeli skończenie elementowych w analizie statycznej konstrukcji nawierzchni drogowych podatnych, Prace zbiorowe Politechniki Warszawskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2014, Budownictwo, z. 158, str. 3–53
• [32] Szydło A., Ocena nośności konstrukcji nawierzchni w świetle nowego katalogu. Rozwój technologii w budownictwie drogowym. Teoria i praktyka, praca zbiorowa pod redakcją Jana Kukiełki, Wydawnictwo Norbertinum, Lublin 1998, str. 21–27
• [33] VEROAD: User manual, Version 2000 April. Appendix B: Additional Theory. NPC, Utrecht, Netherlands, 2000
• [34] Warren H., Dieckmann W. L., Numerical computation of stresses and strains in a multiple-layer asphalt pavement system, Internal Report. Chevron Res. Corporation, California, 1963
• [35] Chen D. H., Zaman M., Laguros J., Soltani A., Assessment of computer programs for analysis of flexible pavement structure, Transportation Research Record 1482 (1995), str. 123–133
• [36] Jemioło S., Osiowo-symetryczne zagadnienia Bousinessqa, XV Russian-Slovak-Polish Seminar: Theorethical Foundations of Civil Engineering, Moscow-Rostov on Don, B. Rymsza, Sz. Lutomirski, V. Vasilkov, I. Drevený [eds], str. 109–118, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2006
• [37] Burd H. J., Houlsby G. T., Numerical modeling of reinforced unpaved roads. Third International Symposium on Numerical Models in Geomechanics, Niagara Falls, 8–11 maja 1989, str. 699–706
• [38] Kadela M., Parkasiewicz B., Wartości odkształceń i naprężeń w typowych konstrukcjach drogowych w ujęciu analiz numerycznych, [w]: Nauka i wiedza kluczem do poznania świata, praca zbiorowa pod redakcją Marcina Olkiewicza, Magdaleny Drewniak, Wydawnictwo Intellect, Słupsk, 2015, str. 52–60
• [39] Sękowski J., Podstawy wymiarowania poduszek, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Budownictwo, zeszyt 94, Gliwice, 2002
• [40] Fedorowicz J, Fedorowicz L., Numeryczna ocena bezpieczeństwa konstrukcji liniowych w obszarach zagrożonych dużymi deformacjami górniczymi, Drogi. Budownictwo infrastrukturalne 4/2012, str. 37–41
• [41] Fedorowicz L., Kadela M., Recreation of Small Strains Phenomenon under Pavement Structure and Consequences of Failure to Address It. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 245 (2), 022005, 2017
• [42] Kim M., Three-dimentional finite element analysis of flexible pavements considering nonlinear pavement foundation behavior. PhD diss., University of Illinois, Urbana, 2007
• [43] Lacey G., Thenoux G., Rodriguez-Roa F., Three-dimensional finite element model for flexible pavement analyses based on field modulus measurements, The Arabian Journal for Science and Engineering, tom 33, nr 1B, 2008, str. 65–76
• [44] Kadela M., Kozłowski M., Foamed Concrete Layer as Sub-Structure of Industrial Concrete Floor. Procedia Engineering, tom 161C, 2016. Proceeding of World Multidisciplinary Civil Engineering-Architecture-Urban Planning Symposium 2016, WMCAUS 2016, str. 468–476
• [45] Wardęga R., Wpływ struktury ruchu na nośność nawierzchni drogowych. Rozprawa doktorska, Politechnika Wrocławska, Wrocław, 2006
• [46] Leonardi G., Finite element analysis for airfield asphalt pavements rutting prediction. Bulletin Of The Polish Academy Of Sciences Technical Sciences, tom 63, 2/2015, DOI: 10.1515/bpasts-2015-0045
• [47] Kanty P., Sternik K., Kwiecień S., Numerical analysis of consolidation of embankment subsoil reinforced with dynamic replacement stone columns, Technical Transactions Environmental Engineering, tom 2-Ś (24) 2015, str. 79–100
• [48] Kowalska M., Identyfikacja parametryczna modeli gruntów w zagadnieniach geotechniki, Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice, 2009
• [49] Kadela M., Układy nawierzchnia drogowa-podłoże gruntowe w modelach numerycznych i badaniach in situ. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2016
• [50] Kadela M., Model of multiple-layer pavement structure-subsoil system Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences 64 (4), str. 751–762
• [51] Bartoszek M., Fedorowicz L., Kadela M., Modelowanie numeryczne konstrukcji warstwowych w świetle badań laboratoryjnych i badań in situ, Modelowanie Inżynierskie 12 (43)2012, str. 15–26