Dynamisk finita element-analys av vibrodriven spontplanka

Sammanfattning: Stödkonstruktioner används när schakter blir för djupa för att vara självbärande eller när slänter inte kan användas av utrymmesskäl. Det finns flera olika lösningar för stödkonstruktioner och en av de vanligast förekommande är stålspont. Merparten av all stålspont i Sverige installeras med hjälp av vibratorer, huvudsakligen på grund av dess kostnadseffektivitet, höga neddrivningshastighet och låga omgivningspåverkan jämfört med slagdrivning. Moderna vibratorer är tillräckligt kraftfulla för att buckla eller förstöra spontfoten. Detta examensarbete syftar till att analysera kraftspelet som uppkommer mellan spontfoten och jorden vid hård drivning, det vill säga drivning genom en hård morän eller mot ett granitblock, genom användning av en transient tredimensionell finita element-modell (FE-modell). Det långsiktiga målet är att etablera ett stoppkriterium baserat på en mätbar fysikalisk storhet i syfte att förhindra att spontfoten skadas vid hård drivning. För att fullt ut fånga dynamiken hos drivningssystemet skulle själva vibratorn behöva inkluderas i modellen. Komplexiteten i en sådan modell skulle dock begränsa dess praktiska användbarhet. För att undvika att modellera vibratorn så föreslås en enkel enfrihetsgradsmodell för att uppskatta kraften som vibratorn levererar i sponthuvudet med hänsyn till elasticitet både i spontplankan och jorden/blocket. Resultatet från denna analytiska modell antyder att vibratorn inte förmår leverera mer än cirka 60% av dess uppgivna centrifugalkraft när spontplankan drivs mot ett granitblock och ännu lägre vid drivning i en morän. Resultaten från FE-modellen antyder att lasten från vibratorn ökar med en faktor 1,6–1,8 i spontfoten på grund av stötförloppet som uppkommer. Ingen av analyserna indikerar brott enligt det ansatta brottvillkoret (buckling) men granitanalysen visar på begränsad plastisk töjning i flänsarna. Den typiska sinusformade moden som förväntas vid buckling kan också ses, speciellt i granitanalysen. Något plötsligt bortfall av bärförmåga kan dock inte observeras. Den vertikala accelerationen, beräknad i spontfoten, ökar med högre styvhet på jorden/blocket. En anmärkningsvärd förändring i accelerationens utseende mellan moränanalyserna och granitanalysen kan observeras vilket antyder att den relativt välkända akustiska indikationen för problem (när spontfoten träffar ett block) reproduceras i analyserna. En parameterstudie på den laterala bäddmodulen (det laterala stödet i modellen) har också gjorts, resultaten pekar på att risken för knäckning är mycket liten och att bäddmodulens inverkan på kontaktkraften mellan jorden och spontfoten är försumbart liten.