Vaakakuormitettujen paalujen jousilukujen määrittäminen FEM laskentaan

Abstract

Tämä työ käsittelee sivukuormitettujen paalujen suunnittelua ja analysointia, keskittyen erityisesti vaakasuuntaisiin kuormituksiin ja niiden vaikutuksiin paaluissa. Tavoitteena on kehittää työkalu maaperän jousivakioiden määrittämiseen ja niiden integroimiseen FEM-laskentaohjelmistoihin. Työllä pyritään parantamaan suunnitteluprosessien tehokkuutta ja tarkkuutta, erityisesti maaperän epälineaaristen jousien osalta.

Keskeinen haaste on ollut maaperän jousivakioiden määrittäminen ja sovittaminen FEM-malleihin, mikä on usein osoittautunut aikaa vieväksi ja monimutkaiseksi prosessiksi. Työssä kehitetään Excel-pohjainen laskentatyökalu AFRY Finland Oy:lle, jonka tavoitteena on helpottaa jousivakioiden laskemista ja syöttämistä FEM-ohjelmistoihin.

Erityistä huomiota kiinnitetään kitka- ja koheesiomaiden erilaisiin laskentamenetelmiin ja niiden vaikutuksiin tuloksiin. Työssä vertaillaan laskentatyökalulla saatuja tuloksia aiemmin samoilla parametreilla tehtyjen laskentojen tuloksiin työkalun luotettavuuden arvioimiseksi ja jousivakioiden määrittämisen tehostamiseksi. Lisäksi tarkastellaan jousivakioiden laskentatiheyden vaikutusta tuloksiin ja vertaillaan niitä suunnitteluohjeiden mukaisiin tuloksiin. Työssä tarkastellaan myös uusia ja tehokkaampia tapoja syöttää jousivakiot suoraan laskentapohjasta Robot-laskentaohjelmistoon, jotta useiden jousivakioiden määrittäminen olisi nopeampaa ja helpompaa.

This thesis focuses on the design and analysis of laterally loaded piles, with a particular focus on horizontal loads and their effects on piles. The objective is to develop a tool for determining soil spring constants and integrating them into FEM software. The aim is to improve the efficiency and accuracy of design processes, especially concerning the nonlinear springs of soil.

A key challenge has been the determination and fitting of soil spring constants into FEM models, which has often proven to be a time-consuming and complex process. This work involves the development of an Excel-based calculation tool for AFRY Finland Oy, with the goal of simplifying the calculation and input of spring constants into FEM software.

Special attention is given to the different calculation methods for frictional and cohesive soils and their impact on the results. The results obtained with the calculation tool are compared to those from previous calculations with the same parameters, to assess the tool's reliability and improve the efficiency of determining spring constants. Additionally, the effect of the calculation density of spring constants on the results is examined, and they are compared to the outcomes according to design guides. The work also explores new and more efficient ways to directly input spring constants from the calculation tool into the Robot software, aiming to make the determination of multiple spring constants faster and easier.