CC BY
4UDK:627.8:624.9
UCH O'LCHAMLI MODELDAN FOYDALANIB GRUNTLI TO'G'ONNING KUCHLANGANLIK-DEFORMATSIYALANISH HOLATINI TADQIQ QILISH
Usmonxo'jayev Sanjar Ibroxim o'g'li Namangan muhandislik-texnologiya instituti tayanch doktarani Email: [email protected]
Jo'rayev Doniyor Paxridin o'g'li "Toshkent irigatsiya va qishloq xo'jaligini mexanizatsiyalash muhandislari instituti" Milliy tadqiqot universiteti ilmiy xodimi Email: [email protected]
Kupaysinov Dostonbek Xusnidin o'g'li Chust tumani 2-son kasb-hunar maktabi, ishlab chiqarish ustasi Email: [email protected]
Annotatsiya. Maqolada statik kuchlar ta'sirida bo'lgan murakkab geometrik parametrlarga ega gruntli to'g'onning uch o'lchovli modeldan foydalangan holda Kuchlanganlik deformatsiyalanish holatini (KDH) tadqiq qilishning matematik modeli va algoritmi keltirilgan. Abaqus universal dasturidan foydalanib inshootning konstruktiv xususiyatlarni hisobga olgan holda gruntli to'g'onning uch o'lchovli KDH o'rganilgan.
Аннотация. В статье представлены математическая модель и алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) земляной плотины со сложными геометрическими параметрами под действием статических сил с использованием трехмерной модели. С помощью универсальной программы Abaqus исследована трехмерная НДС земляной плотины с учетом конструктивных особенностей сооружения.
Анализируя полученных результатов показано, что для исследования НДС плотины Джидалисойского водохранилища со сложными геометрическими параметрами под действием статической силы необходимо проводить расчеты с использованием только трехмерных моделей сооружения.
Abstract. The article presents a mathematical model and algorithm for calculating the stress-strain state (SSS) of an earth dam with complex geometric parameters under the influence of static forces using a three-dimensional model. The three-dimensional stress-strain state of an earth dam was studied using the universal program Abaqus, considering the design features of the structure. Analyzing the results obtained, it is shown that to study the stress-strain state of the dam of the Dzhidalisoy reservoir with complex geometric parameters under the influence of static force, it is necessary to conduct calculations using three-dimensional models of the structure.
Jidalisoy suv ombori to'g'onining KDHni statik kuch ta'sirida murakkab geometrik parametrlarga ega bo'lgan holda o'rganish uchun faqat inshootning uch o'lchamli modellari yordamida hisob ishlarini amalga oshirish kerakligi ko'rsatib berilgan.
Kalit so'zlar. gruntli to'g'on, uch o'lchovli model, kuchlanish holati, massa kuchlari, deformatsiyalar va kuchlanishlar izomaydonlari.
Ключевые слова. грунтовая плотина, трехмерная модель, напряженное состояние, массовые силы, изополя деформаций и напряжений.
Key words. earth dam, three-dimensional model, stress state, body forces, isofields of strains and stresses.
1. Kirish
Xususiy og'irligi ta'sirida bo'lgan gruntli to'g'onlarda ularning alohida qismlari o'rtasida o'zaro murakkab ta'sir holatlari sodir bo'ladi. Ushbu o'zaro ta'sirlar seysmik ta'sirlardan kelib chiqadigan dinamik yuklar va to'g'onlarni turli xil relyef sharoitlarda qurilishi bilan yanada murakkablashadi. Gruntli to'g'onlarining KDHni o'rganish muammosi tutash muhitlar mexanikasi nazariyasidagi murakkab fazoviy muammo bo'lib, uni hal qilishda inshootlarning fazoviy ishini va grutlarning xossalarini o'zgaruvchanligini hisobga olish kerak bo'ladi. Hozirgi paytda yuqori seysmik hududlarda murakkab geometrik parametr va o'lchamlarga ega bo'lgan bunday turdagi noyob inshootlarni loyihalashda ko'p hollarda ularning KDH ikki o'lchamli loyihalash sxemasi yordamida o'rganiladi. Mavjud ilmiy materiallar esa ushbu turdagi inshootlarni statik va dinamik kuchlar ta'sirida uch o'lchovli modellarni qo'llagan holda o'rganish zarurligini ko'rsatadi.
Gruntli to'g'onlarning turli xil modellaridan foydalangan holda, ularning konstruktiv jihatlari va grutlarning chiziqli bo'lmagan fizikaviy xususiyatlarini hisobga olgan holda dinamik harakatlarini baholash va kuchlanish holatini tadqiq qilishga bag'ishlangan ko'rib ilmiy ishlar [18] mualliflar tomonidan olib borilmoqda.
Olib borilgan ilmiy ishlar tahlili shuni ko'rsatadiki, mahalliy gruntlardan qurilgan to'g'onlarning KDH va dinamik harakatlarini, ularning konstruktiv xususiyatlarini va inshootlarning haqiqiy ishlashini hisobga olgan holda yetarli darajada o'rganilmagan bo'lib, bu yo'nalishda tadqiqotlar olib borish katta ilmiy qiziqish uygotadi.
Yuqoridagilardan kelib chiqqan holda shuni ta'kidlash mumkinki, konstruktiv xususiyatlari, joylashuv relyefi, geometrik o'lchovlari va materiallarning haqiqiy xususiyatlarini hisobga olgan holda uch o'lchovli holatda tuproqli to'g'onlarining KDHni baholashning matematik modelini, hisoblash usulini ishlab chiqish tutash muhitlar mexanikasining dolzarb muammosidan biri sanaladi.
2. Metodologiya
Murakkab geometrik hajmli, hajmi V= V1+V2+V3 (V1 , V3 va V2 - yuqori, pastki prizmalar va yadro hajmi) bo'lgan gruntli to'g'onning uch o'lchovli modelini ko'rib chiqamiz (1-rasm). Rasmda to'g'onning asosi va qirg'oq nishabliklari yuzalari E^S^Ed bikir mahkamlangan va E1, Z2, Z3 - yuzalar esa kuchlanishdan xoli bo'ladi. To'g'onning asosi relyefi notekis bo'lib, uning grebini (tepasi) o'qi o'rta qismida a burchak egiladi. Ko'rib chiqilayotgan inshoot xususiy og'irligi f ta'sirida bo'ladi.
1-rasm. Gruntli to'g'onning uch o'lchovli hisoblash modeli 1-rasmda: L - inshootning uzunligi; Lo - inshoot asosining uzunligi; b - grebning kengligi; B0 - to'g'on asosining ko'ndalang kesimdagi kengligi; mi va m2 - to'g'onning yuqori va pastki qiyaliklari; m1core va m2core - to'g'on yadrosi qiyaliklari.
u
Muammoni matematik tarzda shakllantirish uchun mumkin bo'lgan ko'chishda tizimga ta'sir qiluvchi barcha aktiv kuchlarning bajargan ishlarining yig'indisi nolga teng degan mumkin bo'lgan ko'chish prinsipi [9] qo'llanildi, unga ko'ra:
SA = -JaiJÖ£iJdV1 - JaiJÖ£iJdV2 - JaiJÖ£iJdV3 +
V1 V2 V3 (1)
+ J fs SudV + J fs SudV2 + J fs SudV3 = 0, i, J = 1,2,3
Vi V2 V3
kinematik chegaraviy shartlari:
xo=Eo+Z0+Z0 : u=0-
(2)
To'g'on materialining fizik xususiyatlarini tavsiflashda kuchlanish va deformatsiya komponentlari o'rtasidagi munosabatlar quyidagicha olindi:
= Än 0 SiJ + 2 M SJJ (3)
va Koshi munosabatlari esa
1
s = 2
du du J^ —L + —-
dXi dx; V J i y
(4)
Bu yerga SSu , Ss - mumkin bo'lgan ko'chish vektori komponentalari va deformatsiya tenzorlari;
V
U, SiJ, eiJ ,, - ko'chish vektorlari, deformatsiya va kuchlanish tenzorlari komponentalari; f -
x*ususiy og'irlik kuchi vektori; u Mn - to'g'onning n-elementi uchun Lame doimiylari;
0 = S - hajmiy deformatsiya; {u1,u2,u3}={u,v,w}- tana nuqtasi ko'chish vektorining komponentalari; {x}={x1,x2,x3}={x,y,z}- tana nuqtasi koordinatalari, i, J,k = 1,2,3.
Chekli elementlar usuli (ChEU) tartibini qo'llash natijasida hajmiy sistema egallagan sohalar uchun (1) - (4) variasion tenglama va munosabatlardan yuqoridagi matematik modelga ekvivalent bo'lgan yuqori tartibli bir jinssiz algebraik tenglamalar sitemasiga keltiriladi:
[K]{u} = { P} (5)
Bu yerda, - qaralayotgan sistema (1-rasm) uchun bikrlik matritsasi; { u} - chekli elemenlar tugunlardagi izlanayotgan ko'chishlar; {p} - chekli elementlar tugunlariga ta'sir qiluvchi tashqi kuchlar (massa kuchlari va h.k.).
Uch o'lchovli masalalarni yechishda mualliflar tomonidan ishlab chiqilgan hisoblash dasturi va universal Abaqus dasturi ishlatilgan.
3. Natijalar va muhokamalar
Maqolada Farg'ona vodiysining yuqori seysmik hududida qurilgan Jidalisoy suv ombori gruntli to'g'onining KDHni statik kuchlar ta'sirida fazoviy ishlashini hisobga olgan holda ko'rib chiqildi. Yuqoridagi matematik model, usul va algoritmdan foydalanib, gruntlarning real fizik-mexanik xossalari, konstruktiv xususiyatlari, geometrik parametrlari va to'g'onlarning egri o'qini hisobga olingan holda to'g'onlarning KDH o'rganiladi.
Jidalisoy to'g'oni tanasining grunti shag'aldan tashkil topgan bo'lib gruntni to'kib, shibbalab yotqizilgan. To'g'onning yuqori noshabligi t=0,20 m qalinlikdagi beton bilan qoplangan. Jidalisoy to'g'oni balandligi H=62,8 m, qiyalik koeffitsiyentlari mi=2,35, m2=2,1.
To'g'on 1 va 3 yuqori va pastki tayanch prizmalari va 2 yadrosi suglinok gruntidan iborat. To'g'on tepasining kengligi b=10m, uzunligi L=965m. Asosining bo'ylama uzunligi L0=364 m.
Hisoblash natijalari inshootning barcha nuqtalari uchun ui, u2, u3 ko'chish vektorlari va kuchlanish komponentlari o11, a22, g33, t12, t23, t31 dan iborat.
Natijalar tahlili qulay bo'lish uchun to'g'onning xarakterli bo'ylama va ko'ndalang kesimlarida ko'chish komponentlari va kuchlanish tenzorlarining izomaydonlari qurilgan. Shu bilan birga, uning bo'ylama o'qi bo'ylab "I-I" - "II-II" kesmalari tanlangan (2-rasmga qarang) va inshootning xususiy og'irligi ta'sirida ko'chish komponentlarining izomaydonlari va kuchlanish tenzorlari qurilgan. Keyinchalik har bir kesim uchun olingan natijalar batafsil tahlil qilinib, bir-biri bilan taqqoslangan.
(m) II \
420 610 II -965^-* X3(m)
2-rasm. Jidalisoy to'g'onining X3 - bo'ylama o'qi bo'ylab ko'ndalang kesimlarining joylashuv sxemasi.
3-rasmda Jidalisoy to'g'onining bo'ylama kesimidagi x2 o'qi (a) bo'ylab vertikal u2 va x3 o'qi (b) bo'ylab bo'ylama u3 ko'chishlarning teng taqsimlanish izomaydonlari ko'rsatilgan.
a)
u2, m
b) u3, m
3-rasm. Jidalisoy to'g'onining bo'ylama kesimidagi x2 o'qi (a) bo'ylab vertikal u2 va x3 o'qi (b) bo'ylab bo'ylama u3 ko'chishlarning teng taqsimlanish izomaydonlari
Qurilish va Ta 'lim ilmiy jurnali 3-jild, 3-son https://jurnal.qurilishtalim.uz/
68
Olingan natijalar tahlilidan to'g'onning bo'ylama kesimidagi nuqtalarining vertikal ko'chish (u2) jarayoni murakkab ekanligini ko'rsatadi (3a-rasmga qarang). Chap qirg'oqdan masofa ortib borishi bilan tana nuqtalarining vertikal ko'chishlari qiymati sezilarli darajada o'zgaradi va to'g'onning balandligiga bog'liq bo'ladi. Bunday holda, to'g'on balandligi oshishi bilan vertikal ko'chishlar u2 ning qiymatlari mos ravishda ortadi. Bu hodisalar asosan to'g'onning yuqori qismida kuzatiladi. To'g'onning tepa qismida bo'ylama ko'chish u3 ning xarakteri murakkab bo'ladi. To'g'on tanasida u3 bo'ylama ko'chishlar taqsimlashining bunday murakkab tabiati, asos relyefini to'g'onning deformatsiyasiga ta'siri kuzatiladi.
Hisoblashning keyingi bosqichida to'g'onning kuchlanish holati uch o'lchovli holatda o'rganiladi. To'g'onning ko'ndalang va bo'ylama kesimlaridan olingan natijalarni batafsil tahlil qilish uchun an, a22, a12 - kuchlanish komponentalarining teng taqsimlanish izomaydonlarii quriladi.
4-rasmda to'g'onning eng baland qismi joylashgan I-I kesimidagi <JU kuchlanish komponentalarining izomaydonlari ko'rsatilgan. a) CTn , (x10-5 Mna) c) <12 , (x10-5 Mna)
b) <22, (x10-5 Mna)
Sj S22 (Avg; 75%)
4-rasm. To'g'onning I-I ko'ndalang kesimidagi <JU kuchlanish komponentalarining izomaydonlari.
Olingan natijalar (4-rasm) ko'rsatadiki, to'g'on kesimlaridagi kuchlanishlarning taqsimlanish xarakteri tanlangan kesimning joylashishiga va ularning geometrik o'lchamlariga bog'liq bo'ladi. Nuqtalarning kuchlanish holati to'g'onning balandligi va qirg'oqlarigacha bo'lgan masofaga bog'liq bo'ladi. To'g'on tanasidagi si2 urinma kuchlanishlarning taqsimlanishi esa simmetrik xarakterda bo'lib, yadro va o'tish zonalarida ularning qiymatlari deyarli nolga teng.
Ushbu natijalarga asoslanib, biz Jidalisoy suv ombori to'g'onining KDHni statik kuchlar ta'sirida murakkab geometrik parametrlarga ega bo'lgan holda o'rganish uchun faqat inshootni uch o'lchovli modellaridan foydalangan holda tadqiqot o'tkazish kerak degan xulosaga kelish mumkin.
4. Xulosa
1. Uch o'lchovli hisoblash sxemalari yordamida murakkab geometrik parametrlarga ega bo'lgan gruntli to'g'onlarining KDHni tadqiq qilish uchun inshootning haqiqiy xususiyatlarini hisobga olgan holda mumkin bo'lgan ko'chishning variatsion prinsipiga asoslangan matematik model ishlab chiqildi.
2. Ishlab chiqilgan model, algoritm va Abaqus universal dasturi yordamida Jidalisoy to'g'onining xususiy og'irligi ta'sirida fazoviy KDH o'rganildi.
3. To'g'on deformatsiyasini o'rganish natijasida ma'lum bo'ldiki, to'g'on balandligi ortishi bilan to'g'onning yuqori qismida vertikal ko'chishlar u2 qiymatlari mos ravishda oshadi. Vertikal ko'chishlarning maksimal qiymati to'g'onning eng baland qismida kuzatiladi. Har bir kesimning deformatsiyasi geometrik parametrlarga, tanlangan kesimning balandligi va joylashishiga bog'liq. Bunda har bir kesimda bir-biridan farq qiluvchi turli deformatsiya holatlari kuzatiladi.
4. Olingan natijalar tahlilidan Jidalisoy suv ombori to'g'onining KDHni statik kuch ta'sirida murakkab geometrik parametrlarga ega bo'lgan holda o'rganish uchun faqat inshootni uch o'lchovli model yordamida hisob ishlarini amalga oshirish kerakligi aniqlandi.
ADABIYOTLAR
1. Mirsaidov M. Strength of earth dams considering the elastic-plastic properties of soils . E3S Web of Conferences 365, 03001 (2023). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202336503001
2. Juraev D., Matkarimov P., Mirziyod M. Three-Dimensional Stress State of Earth Dams Under Static Loads. Lecture Notes in Civil Engineering Proceedings of MPCPE 2022, 2023, Pp. 1-11. https://doi.org/10.1007/978-3-031-30570-2 1
3. Juraev D.P., Matkarimiv P.J. Stress-strain state and strength of earth dams under static loads. IV International Scientific Conference "Construction Mechanics, Hydraulics and Water Resources Engineering", Tashkent, Uzbekistan, E3S Web of Conferences, 2023, Voliume 365, id.03008 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202336503008
4. Kholboev Z., Matkarimov P., Mirzamakhmudov A. Investigation of dynamic behavior and stress-strain state of soil dams taking into account physically Non-linear properties of soils //E3S Web of Conferences. - EDP Sciences, 2023. - Т. 452. - С. 02009. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202345202009
5. Il'ichev, V. A., Yuldashev, S. S., Matkarimov, P. Z. Forced vibrations of an inhomogeneous planar system with passive vibrational insulation. Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1999. 36(2), 50-54. https://doi.org/10.1007/BF02469084
6. Juraev D., Matkarimiv P., Usmonkhuzhaev S. Stress-strain state of soil dams under the action of static loads. // Scientific and Technical Jurnal NamIET, Vol. 8, Issue 2, 2023, рр. 221228.
7. Pinyol N.M., Alonso E.E. Earth dam, spatial model, stress-strain state, dynamic characteristic, natural frequency, modes of oscillations // International Journal of Civil Engineering. 2019. Vol. 17. No. 4. Pp. 501-513. DOI: 10.18720/MCE.89.1
8. Холбоев З. Уcмoнжyжaeв С. Влияние влaжнocти грунтов Ha ндс плотины из грунтовых мaтeриaлoв // https://univerpubl.com/index.php/synergy/article/view/2103
9. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: HayKa. Глaвнaя рeдaкция физикo-мaтeмaтичecкoй литeрaтyры, 1979, 560 с.
