GeoCalc Painuma käyttöesimerkki Vianova Systems Finland Oy Versio 2.1 3.9.2010
2(19) Sisällysluettelo Sisällysluettelo... 2 1. Yleistä... 3 2. Geometrian lähtötiedot... 3 3. Laskennan tiedot (General)... 4 4. Näyttöasetukset (View)... 4 5. Poikkileikkausgeometria (Geometry)... 5 6. Maakerrosten parametrit (Material)... 6 7. Kuormatietojen syöttäminen (Load)... 8 8. Laskentapisteet (Point)... 9 9. Laskenta (Calculate)... 9 10. Laskennan tulokset (Result, Graph ja Report)... 10 11. Tulostuskuvat... 12 12. 3D laskenta... 14 12.1. 3D mallin luonti (Geometry)... 14 12.2. 3D kuormat (Load)... 16 12.3. 3D Laskentapisteet (Point)... 17 12.4. Laskentatulokset... 18
3(19) 1. Yleistä Tässä dokumentissa käydään läpi kaksi painumalaskentaesimerkkiä, 2d-tapaus ja 3dtapaus. 3d-tapauksen yhteydessä esitellään kohdat jotka eroavat merkittävästi 2dtapauksen käsittelystä, eli geometrian luonti ja käsittely sekä tulosten käsittely. Käyttöesimerkissä käytetyt kuvat ja/tai valmis laskentamalli toimitetaan ohjelman mukana. Ne löytyvät ohjelmahakemiston alta Samples hakemistosta, johon löytyy linkki käynnistysvalikosta. 2. Geometrian lähtötiedot 2d painumalaskentaesimerkki on tiepoikkileikkaus. Geometria pohjautuu olemassa olevaan CAD (dwg) poikkileikkaukseen, johon lisätään maakerrosrajat. Esimerkkiä voi soveltaa myös tapaukseen, jossa valmista poikkileikkausta ei ole olemassa. Esimerkin mukaan toteutettu valmis laskentamalli löytyy Samples hakemiston alta laskentatiedostosta Painuma_käyttöohje_esimerkki1.gcse. Avaa olemassa oleva poikkileikkaus piirtoalustan File -> Open komennolla. Tiedoston nimi on Painuma_käyttöohje_esimerkki1.dwg ja se sijaitsee Samples hakemistossa. Saat poikkileikkauskuvan näytölle. Mikäli siitä puuttuu tarvittavaa geometriatietoa, lisää ne käyttämällä Draw -> Polyline piirto toimintaa. Kuvassa 1 on esitetty poikkileikkaus, johon on lisätty maakerrosrajat Polyline toiminnolla. Huomaa, että viivojen ei tarvitse alkaa tai loppua samasta kohdasta. Tässä vaiheessa on syytä varmistaa että poikkileikkaus on oikeassa koordinaateissa ja mittakaavassa (1:1, metreissä). Tilarivillä olevasta koordinaattinäytöstä voi tarkistaa poikkileikkauksen koordinaatiston. Esimerkkimme poikkileikkaus on väärässä paikassa. Koordinaatiston voi asettaa toiminnolla Calculation -> Set Coordinates. Toiminto kysyy yhden pisteen (Specify base point) ja sille uudet koordinaatit (New coordinates for base point). Voit määrittää pisteen tarkasti käyttäen CADin Osnap toimintoa (esim. Osnap apparent intersection, ks. käyttöliittymän perustoiminnot). Paina enter annettua uudet koordinaatit. Zoomaa kuva näkyviin esim. Zoom -> Extends komennolla. Mikäli mittakaava on väärä, on kuvaa skaalattava Modify -> Scale komennon avulla. Esimerkkimme poikkileikkaus on oikeassa mittakaavassa. Mikäli olemassa olevaan poikkileikkausta ei ole olemassa, voit luoda tarvittavan perusgeometrian käyttämällä Draw ja Modify valikoiden piirtotoimintoja. Piirtoasteikon voit luoda tarvittaessa toiminnolla Calculation -> Set Working Area. Geometrian luonnin periaatteet on kuvattu GeoCalc peruskäyttöohjeessa, kappaleissa Geometrian käsittely.
4(19) Kuva 1. Poikkileikkaus on johon lisätty maakerrosrajat 3. Laskennan tiedot (General) Kun tarvittava geometria on valmis voit avata painumalaskentaohjelman kohdasta Calculation -> Settlement. Eteesi avautuu kuvan 2 painumalaskentaohjelman dialogi. Täytä ensin projektin perustiedot. Valitsemalla More voi lisätä tarkemman kuvauksen projektista sekä projektin tekijän tiedot. Valitse lisäksi laskentatapauksen geometriatyyppi (vain 2D tällä hetkellä käytettävissä) ja kaikille maakerroksille yhteinen konsolidaatiomalli. Kuva 2. Painumalaskentaohjelman lähtötietodialogi Laajempi ohjeistus General lehden toiminnoista on GeoCalc peruskäyttöohjeessa. 4. Näyttöasetukset (View) View lehdellä voit määrittää miten laskentamallin poikkileikkaustiedot esitetään kuvaruudulla. Toistaiseksi sinulla ei kuitenkaan vielä ole laskentamallia, joten et näe muutosten vaikutuksia.
5(19) View lehden toimintoja Material table, Info table ja Frame käsitellään kohdassa Tulostus. Kuva 3. View lehti Laajempi ohjeistus View lehden toiminnoista on GeoCalc peruskäyttöohjeessa 5. Poikkileikkausgeometria (Geometry) Siirry seuraavaksi Geometry lehdelle. Ensin sinun tulee määrittää laskentamallin poikkileikkaus. Valitse toiminto Select Soil Layer Polylines > Free Order, katso kuva 4. Ohjelma kysyy maakerrosrajoja ylhäältä alaspäin. Osoita ne viivat (polylinet) jotka ovat maakerrosrajoja, ja paina Enter. Geometriamallin koordinaatit tulivat ruudukkoon. Soil Layer 1 tarkoittaa maanpintaa, 2 ensimmäisen maakerroksen alapintaa jne. Voit tarvittaessa muuttaa geometriaa myös taulukossa. Muutokset näkyvät kun painat Update toimintoa. Huomaa myös, että ohjelma jatkoi maakerrosrajoja siten, että kaikki viivat päättyvät pisimmän viivankohdalla. Pidä itse huoli että laskentasi malli on oikea (älä välttämättä laske koko ekstrapoloitua aluetta). Anna pohjavedenpinta vastaavalla tavalla kohdassa Select Ground Water Polyline (yksi polyline). Kuva 4. Geometrian määrittäminen Kun olet painanut Update, näkyy näytöllä laskentamalli. Kaikki maakerrokset on esitetty samalla värillä koska maakerrostietoja ei ole vielä annettu.
6(19) 6. Maakerrosten parametrit (Material) Siirry seuraavaksi Material lehdelle. Määritä ensin maakerrosten perusvalinnat; nimi, materiaalimalli, konsolidaatiojännitysmalli ja tilavuuspainot, kuva 5. Voi myös antaa maakerrokselle haluamasi värin. Kuva 5. Materiaalitietojen syöttölehti Painamalla hiiren oikeaa näppäintä tietorivillä, saat auki materiaalikirjastovalikon. Voit joko tallentaa rivin materiaalitiedot kirjastoon (Store) tai hakea sieltä aiemmin tallentamasi (Retrieve). Kuva 6. Materiaalikirjasto Kaikki materiaalitiedot voidaan syöttää ruudukkoon tai vaihtoehtoisesti käyttää Material Parameters dialogia. Valikkotoiminnalla Material -> Parameters pääset Material Parameters dialogiin, jossa voi syöttää valitsemiesi mallien mukaiset parametrit maakerroskohtaisesti. Material Parameters dialogissa näkyvät muokattavina vain ne parametrit joiden mallit olet valinnut, kuva 7.
7(19) Kuva 7. Maakerrosparametrien syöttödialogi Kun olet antanut kaikki tiedot ja painat Update painiketta tulostuvat maakerrokset värillisinä, View kohdassa tekemäsi valinnan mukaan, kuva 8. Kuva 8. Laskentapoikkileikkaus jossa materiaalitiedot on annettu.
8(19) 7. Kuormatietojen syöttäminen (Load) Siirry Load lehdelle ja valitse valikosta Load->Add sekä haluamasi kuormatyyppi, kuva 9. Kun olet valinnut tasan jakaantuneen kuormatyypin ohjelma pyytää sinua osoittamaan kuorman vasemman alanurkan ja tämän jälkeen oikean ylänurkan. Huom. saatat vielä tarvita kaksi hiiren näpäytystä per nurkka. Kuorman suuruus tulee korkeuseron mukaan. Kuva 9. Kuormien lisääminen. Tämän jälkeen ruudulla näkyy kuormatyyppi, sen suuruus, aikahistorian kuvaamistapa ja rakennusaika (aika jona standardi kuormahistoria kasvaa lineaarisesti täyteen arvoonsa). Kaikki tiedot ovat muokattavissa. Kohdasta Load Location voi tarkistaa ja tarvittaessa muuttaa kuorman sijainnin, kuva 10. Kuva 10. Kuorman sijaintitiedot. Mikäli haluat antaa kuormalle monimutkaisemman aikahistorian valitse History asetuksesta Changing ja määrittää aika-kuormaparit kohdassa Load History, kuva 11. Historiataulukon intensiteettiarvot annetaan kertoimina Load-lehdellä määritettyyn intensiteettiin verrattuna. Kuva 11. Muuttuvan aika-kuorma historian määritys
9(19) 8. Laskentapisteet (Point) Seuraavaksi tulee määrittää laskentapisteet, joiden kohdalla painumalaskenta suoritetaan. Ne saa helpoiten luotua valikkotoiminnalla Point -> Add pattern, kuva 12. Voit antaa rajat mistä x-koordinaatista mihin laskenta tehdään ja millä jaolla. Toiminnolla Add points voit lisätä yksittäisiä pisteitä. Voit myös poistaa yksittäisiä pisteitä tai kaikki annetut pisteet. Kuva 12. Laskentapisteiden määrittäminen. Kun laskentapisteet on määritetty näkyvät ne valikossa. Tarkista vielä että reunojen kuivatusehdot ovat oikein, kuva 13. Kun painat Update, piirtyvät laskentapisteet kuvaan. Kuva 13. Määritetyt laskentapisteet ja niiden kuivatusreunaehdot. 9. Laskenta (Calculate) Kun kaikki laskentapisteet on määritetty voi siirtyä Calculate lehdelle, kuva 14. Voit valita lasketko kokonaispainuman (Drained calculation) vai aikapainuman (Primary consolidation). Jos valitset aikapainuman, voit valita haluamasi laskenta-ajat. Elementtien määrä on rajattu viiteenkymmeneen. Paina Calculate painiketta kun olet määrittänyt haluamasi laskennan.
10(19) Kuva 14. Calculate-lehti. 10. Laskennan tulokset (Result, Graph ja Report) Kun olet painanut Calculate painiketta, aukeavat käyttöön lehdet Result, Graph ja Report, seuraavien kuvien mukaisesti. Result lehti sisältää tulosten esikatseluikkunan, Graph lehdeltä löytyvät yksityiskohtaiset diagrammit ja Report lehdeltä tekstimuotoiset laskentaraportit. Mikäli et muuta välillä laskennan parametreja, pääset takaisin näille lehdille ilman uudelleenlaskentaa. Kuva 15. Results lehti, tulostuksen esikatseluikkuna. Result lehdellä voi käyttää ylärivin Zoom työkalupalettia samalla tavoin kuin piirtoalustallakin. Lehdellä näkyvät ikkunan alalaidan valintojen mukaan: Cross Section: Laskentamalli joka on piirretty Model Setup lehden asetuksin. Settlement: Painumaviiva joka on piirretty kaikkina laskettuina ajankohtina.
11(19) Initial Pressures: Jännitysdiagrammi joka tulostetaan valitun laskentapisteen kohdalle. Laskentapiste valitaan Calculation Point liukusäätimellä. Settlement Map: Käytössä vain 3d tapauksessa. Clear toiminnolla voit halutessasi tyhjentää esikatseluikkunan. Redraw toiminto piirtää valitut elementit ikkunaan. Ylärivin painikkeilla voit myös tallentaa ruudussa näkyvän kuvan eri formaateissa. Muuttamalla Diagram Scaling Factor kentän arvoa, vaikutat painuma diagrammin korkeuteen suhteessa poikkileikkaukseen. Muuttamalla Text kentän arvoa, vaikutat diagrammien tekstin kokoon. Toiminnolla Draw diagrammit siirretään piirtoalustan kuvaan. Graph lehdellä voit tarkastella yksityiskohtaisia diagrammeja laskentapisteen ja ajan funktiona. Lehti on käytettävissä, mikäli laskentatyypiksi on valittu aikapainuma eli Primary consolidation. Laskentapistettä ja aikaa voidaan muuttaa liukusäätimistä. Vasemmasta alalaidasta olevasta valintalistasta valitaan haluttu diagrammityyppi. Joissakin diagrammityypeissä voidaan säätää liukusäätimen avulla näytettävää laskentapistettä, kuva 16, ja joissakin tämän lisäksi myös aikaa, kuva 17. Oikean alareunan valinnalla voidaan asettaa useita ajanhetkiä tarkasteltavaksi samaan diagrammiin. Painamalla hiiren oikeaa näppäintä diagrammin päällä tulee esille valikko josta voi mm. säätää diagrammin mittakaava ym. asetuksia. Kuva 16. Graph lehti Time-Settlement diagrammi. Aikavalinta ei aktiivinen.
12(19) Kuva 17. Graph lehti Time-History diagrammi aikavalintamahdollisuudella 11. Tulostuskuvat View lehden Frame toiminnolla voit asettaa raamit työskentelyalueen ympärille. Voit valita joko vakiokokoisen (a3/a4) tai vapaamuotoisen raamin (User defined). Lisäksi voit antaa tulostusmittakaavan, joka vaikuttaa piirrettävän raamin kokoon. Toiminnolla Locate voit osoittaa raamin vasemman alakulman sijainnin, tai mikäli olet valinnut User defined.- koon, raamin molemmat kulmat. Huomaa että koska varsinainen malli on aina 1:1 mittakaavassa, on käyttäjän syötettävä tulostusmittakaava (Scale) paperille tulostettaessa myös File -> Print toiminnossa. View lehden Material table ja Info table valinnat piirtävät kuvaan materiaalitaulukon ja projektin tiedot -taulukon. Taulukot sijoittuvat automaattisesti raamin vasempaan ja oikeaan alanurkkaan ja voivat mennä päällekkäin mikäli valittu raami on liian pieni ja/tai taulukoille erikseen annettu tekstikoko on liian suuri. Esimerkin kuvassa oli valmis raamitus jota voi luonnollisesti käyttää tuloskuvan pohjana ja käyttää Modify valikon toimintoja kuvan käsittelyyn. Tarpeettomat kuvaelementit voidaan esimerkiksi poistaa Modify -> Erase valikon toiminnoilla tai sammuttamalla tarpeettomat tasot Format -> Layer dialogissa. Tulostuskuvan voi tehdä myös pelkästään painumaohjelman tulostuksen perusteella tyhjälle pohjalle. Tällöin tarvittavat lisätekstit ja kuvaelementit voi piirtää kuvaan Draw valikon toiminnoilla. Oman nimiön tai raamit voi tuoda kuvaan Insert -> Block toiminnolla. Tulostus tapahtuu toiminnoilla File -> Printer Setup ja File -> Print.
13(19) Kuva 18. Tulostuskuva, johon on piirretty A3 kehys vastaten mittakaavaa 1:500.
14(19) 12. 3D laskenta 3d painumalaskentaesimerkki on yksinkertaistettu malli erään teollisuuslaitoksen kuormituksesta. Esimerkin mukaan toteutettu valmis laskentamalli löytyy Samples hakemiston alta laskentatiedostosta Painuma_käyttöohje_3d_esimerkki1.gcse. Laskennan voi avata valikkotoiminnolla Calculation->Open. Tässä esimerkissä käydään läpi erityisesti ne kohdat jotka poikkeavat 2d laskennasta. 3d laskentaa aloitettaessa on muistettava asettaa General lehdellä Calculation type valinta kohtaan 3 dimensional. Tämä valinta voidaan tehdä niin kauan kuin geometriaa ei ole laskentaan määritetty. Kuva 19. General lehti, jossa 3 dimensional asetus päällä 12.1. 3D mallin luonti (Geometry) Laskentamoottorille vietävä 3D malli on suorakulmainen tasasivuinen neliöverkko, jossa kullekin pisteelle annetaan korkeustieto jokaiselle maakerrokselle. Käyttöliittymässä 3d malli muodostetaan kahdesta tai useammasta poikkileikkauksesta joille kullekin annetaan syöttövaiheessa 3d suuntaissiirtymä metreinä (3d directional displacement). Yksinkertaisimmillaan 3d mallin voi siis luoda kahdesta päätypoikkileikkauksesta, kuten esimerkkitapauksessa on tehty. Mallin luonti aloitetaan ensimmäisestä poikkileikkauksesta, joka voidaan joko piirtää polyline - toiminnolla tai avata valmiista cad-kuvasta. Kuva 20. Ensimmäinen poikkileikkaus 3d malliin on piirretty. Ensimmäinen poikkileikkaus syötetään ohjelmaan valitsemalla Geometry->Select Soil Layer Polylines. Ohjelma kysyy 3d-suuntaissiirtymän arvon tälle poikkileikkaukselle. Syötetään arvo 0. Tämän jälkeen ohjelma kysyy poikkileikkauksen viivat ja viimeiseksi pohjave-
15(19) den pinnan viivan. Mikäli pohjaveden pintaviivaa ei anneta, käytetään alinta kerrospintaa pohjavedenpintana laskennassa. Kuva 21. Poikkileikkauksen suuntaissiirtymän syöttö. Tämän jälkeen syötetään toinen poikkileikkaus. Mikäli toinen poikkileikkaus on omana cad tiedostonaan, voidaan se avata cad-alustan toiminnolla File->Open. Toinen poikkileikkaus voidaan myös piirtää käyttäen ensimmäisen poikkileikkauksen viivoja hyväksi. Toinen poikkileikkaus määritellään toiminnolla Geometry->Select Soil Layer Polylines. Annetaan suuntaissiirtymäksi esim. 50m, ja osoitetaan poikkileikkauksen viivat sekä pohjavedenpinnan viiva. Kun vähintään kaksi poikkileikkausta on määritelty, avautuu valikossa toiminto Geometry- >Generate 3d-model. Toiminto kysyy kaksi arvoa: Neliöverkon pisteiden lukumäärä x- suunnassa (sivusuunta) ja pisteiden lukumäärän syvyyssuunnassa. Oletusarvona kummassakin on 10. Alussa kannattaa kokeilla harvaa verkkoa, koska verkon kasvattaminen vaikuttaa suuresti mallin käsittelynopeuteen. Alkuperäiset poikkileikkaukset jäävät muistiin, joten mallin voi aina generoida uudelleen suuremmallekin tarkkuudelle. Malli piirtyy ruutuun aluksi sivuprojektiona. Geometry lehdellä olevilla toiminnoilla Side- Top-3d voidaan hakea haluttu tarkastelusuunta malliin. Maakerrosten värit on asetettu Material välilehdellä. Kuva 22. Malli sivunäkymässä. Tarkastelusuunnan lisäksi mallia voidaan tarkastella joko kokonaisena mallina (Model), yksittäisinä poikkileikkauksina (Current Cross-section) tai kaikkia poikkileikkauksia yhtä aikaa (All Cross-sections). Yksittäisen poikkileikkauksen kohdalla näytettävä poikkileikkaus valitaan Section valitsimella.
16(19) Kuva 23. Malli 3d näkymässä. 12.2. 3D kuormat (Load) Kuormien antamisessa on huomattava että kuormien vaikutustaso annetaan sivuprojektiossa (side). Ohjelma kääntää katselusuunnan automaattisesti arvoja kysyessään. 3d kuormiin määritetään Mark Points valinnalla, lasketaanko painumat kuorman merkitsevissä pisteissä. Mikäli lasketaan, ei välttämättä tarvitse määritellä varsinaisia laskentapisteitä. Kuva 24. 3D Kuormien syöttäminen
17(19) 12.3. 3D Laskentapisteet (Point) 3D tapauksessa laskentapisteet voi määrittää paitsi yksittäin, myös suorakulmion muotoiseksi verkoksi, jonka perusteella voidaan tulostaa leikkauskuvia. Laskentaverkon määritys tapahtuu toiminnolla Add pattern. Huom. Esimerkkilaskentatiedostossa näitä ei ole valmiiksi määritelty, laskenta tapahtuu pelkästään kuormien merkitsevien pisteiden perusteella. Kuva 25. Laskentapisteiden määritysdialogi Laskentaverkon määritys tapahtuu Top näkymässä, jonka ohjelmaa vaihtaa päälle automaattisesti. Verkon vasen alakulma ja oikea yläkulma osoitetaan kuvasta, jonka jälkeen arvoja voidaan vielä muuttaa kuvan mukaisessa dialogissa. Kuva 26. Laskentapisteverkon määritys
18(19) Kuva 27. Laskentapisteverkko on määritetty 12.4. Laskentatulokset Laskentatuloksien käsittely on periaatteessa kuten 2d tapauksessakin. Painumia ja graafeja voidaan tarkastella yksittäisissä laskentapisteissä sekä laskentapisteverkon rivien kohdalla. Painumadiagrammin vasemmalla puolella on pienennetty mallia ja laskentapisteverkkoa kuvaava kaaviokuva. Kaaviokuvassa ohjelma näyttää mistä kohtaa diagrammissa oleva poikkileikkaus on piirretty. Lähtökohtaisesti poikkileikkaukset näytetään vaakasuuntaisena, mutta kun valitsin viedään oikeaan reunaan, muuttuvat poikkileikkaukset pystysuuntaisiksi. Suunta muuttuu jälleen kun valitsin viedään toiseen reunaan. Mikäli Settlement Map toiminto on aktivoitu, piirretään painumadiagrammin yläpuolelle mallin ja diagrammin kanssa samassa mittakaavassa oleva painumakartta, johon on numeroarvoin ja värein tulostettu painuma kussakin pisteessä.
19(19) Kuva 28. 3D laskennan tulos