Markmodelleringens påverkan på kraftfördelningen i en plattgrundlagd tvåspannsbro

Sammanfattning: Analys av krafter, spänningar och deformationer baserade på beräkningsmodeller skapade med hjälp av datorprogram med så kallad FE-analys är sedan länge etablerat i branschen. Moderna beräkningsverktyg ska hjälpa ingenjörer att enklare analysera och dimensionera både säkra och hållbara byggnadsverk. En viktig del i denna arbetsprocess är att beskriva byggnadsverkets förutsättningar med randvillkor som speglar rådande förhållanden.För att beskriva undergrundens randvillkor används som praxis förenklade beräkningsmodeller som baseras på sättningsberäkningar. En klassisk beräkningsmodell är den så kallade Winkler-modellen som används för att beskriva upplagsförhållandet med en ekvivalent bäddmodul. Denna typ av beräkningsmodell tar bara hänsyn till vertikala deformationer i marken vilket medför att endast vertikala fjädrar kan beskrivas och därför tenderar att missa andra av jordens egenskaper. För att representera ett mer verkligt markbeteende bör bäddmodulen beskrivas i alla frihetsgrader. Moderna beräkningsverktyg kan simulera markens respons med hjälp av speciella FE-objekt i till exempel programmet FEM-Design, som ger möjlighet att modellera jorden som ett helt jordblock. På så sätt kan de aktuella geotekniska förhållandena integreras direkt i beräkningsmodellen. Dessa verktyg kallas i FEM-Design för 3D-soil och ”Auxiliary Bedding Modulus Calculation” som förkortas i denna studie till ”ABM”. I denna studie används analysprogrammet FEM-Design 22 för att jämföra en beräkningsmodell som använder sig av jorden som ett helt jordblock för att beskriva markens bäddmodul med en beräkningsmodell som förses med en framräknad ekvivalent bäddmodul enligt Winkler-modell. Modellerna är identiska gällande geometri och lastförutsättningar. Målet är att ge en tydlig jämförelse mellan två olika sätt att modellera marken och visa vilka konsekvenser det kan medföra för dimensionering. För att illustrera skillnaden mellan de två beräkningsmodellerna studerades både över- och underbyggnaden genom att kontrollera åtta valda sektioner över mittstöd, hälften placerade i farbanan och hälften i bottenplattan. I valda sektioner studerades skillnaderna i moment och deformationer. Resultatet indikerar att de största skillnaderna uppstår i bottenplattan men även i farbanans tvärriktning vilket troligtvis är ett resultat av jordens paraboliska deformation som Winkler-modellen inte kan beakta. Ur ett användarperspektiv kan ingenjören spara tid genom att modellera marken direkt i programmet och ta fram bäddmodulen med hjälp av det inbyggda ABM-verktyget men för det krävs indata i form av elasticitetsmodul och tvärkontraktionstal för respektive jordlager.En begränsning i det inbyggda ABM-verktyget är att användaren inte kan kontrollera meshstorlek i jordblocket vilket har visat sig påverka resultatet oregelbundet eftersom ABM-verktyget använder sig av en automatiskt genererad standardmesh som varierar med markens geometri och gör det svårt för ingenjören att avgöra optimal yta på modellerad jord.