Знаменитый «современный Колизей», домашний стадион самой известной команды планеты по американскому футболу, представляет собой чудо архитектуры и геотехники.
Доктор Грегори и группа экспертов сначала использовали классические методы, чтобы соблюсти жесткие критерии проектирования арочного фундамента с максимальным отклонением в 0,5 дюйма. Когда их проектная задача была позже повторно рассмотрена с использованием PLAXIS, были получены точные результаты, причем за гораздо меньшее время.
Известная поговорка гласит: «В Техасе все большое», и стадион Dallas Cowboys Stadium не является исключением. Теперь он носит название «AT&T Stadium», и это крупнейший в мире крытый спортивный объект с вместимостью до 100 000 зрителей.
Чтобы обеспечить зрителям четкий обзор на 360 градусов, раздвижная крыша поддерживается гигантскими двойными арками, выходящими за пределы стадиона. Обе арки парят на высоте 300 футов над игровым полем, а общий пролет в свету составляет почти 1300 футов.
«Одним из наиболее сложных аспектов инженерно-технического проектирования было создание фундамента для надежного крепления арок», — говорит доктор Гарри Х. Грегори из компании Gregory Geotechnical (GREGEO) со штаб-квартирой в г. Стиллуотер, Оклахома, США.
Доктор Грегори со своими компетенциями и более чем 50-летним опытом работы в области гражданского строительства, геотехнического проектирования и управления строительными работами помогал решать задачи проектирования и строительства в рамках множества сложных инфраструктурных проектов.
Одна стальная арка стадиона весит более 3000 тонн и распределяет около 19 млн фунтов усилия на каждый из четырех заглубленных сплошных фундаментов коробчатого типа.
Критерии проектирования были жесткими: максимальное отклонение (прогиб) не должно превышать 0,5 дюйма, при этом сложности добавляли различия в типах грунтов в каждой точке входа арочного фундамента в грунт.
Доктор Грегори вместе с господином Клайдом Бейкером и проектно-конструкторской группой, в которую входили специалисты по геотехнике и консультанты в области структурного моделирования, были призваны помочь найти надежное решение в рамках этих строгих параметров.
Используя PLAXIS, д-р Грегори впоследствии «пересмотрел» свою первоначальную конструкцию фундамента, чтобы сравнить, насколько эффективно сработали классические методы определения механических свойств грунтов.
Инновационное программное обеспечение для двумерного и трехмерного моделирования позволяет проектировать и выполнять расширенный анализ деформаций грунта и горных пород методом конечных элементов.
«Было чрезвычайно важно обнаружить почти идентичное совпадение расчетов в PLAXIS с нашим первоначальным проектом, это подтвердило его правильность», — говорит он.
Для раздвижной крыши стадиона был с высокой точностью спроектирован фундамент гигантских парных стальных арок
(Источник изображения: GREGEO)
Решение инженерной сверхзадачи по созданию гигантского сооружения
Команда Dallas Cowboys начала свой первый сезон на новом стадионе в Арлингтоне, штат Техас, в 2009 году. Строительство началось в мае 2006 года и длилось более трех лет, а стоимость составила 1,4 млрд долларов США.
Однопролетная купольная крыша имеет выдвижную секцию, которая, если погода позволяет, открывается за 12 минут.
Однако именно эта привлекательная архитектурная особенность и стала причиной головной боли при проектировании арочного фундамента.
«Малый допуск на прогиб в сочетании с большим поперечным усилием кровли оставляли нам мало места для маневра», — говорит д-р Грегори.
Вероятные решения, которые рассматривались изначально, включали группы больших буровых или наклонно забитых свай, группы микросвай или крупногабаритные блочные фундаменты.
Но они были признаны неприемлемыми вследствие больших расчетных прогибов или чрезвычайных сложностей при строительстве, таких как большой объем водопонижения.
«Наша группа геомехаников использовала классические методы исследования механических свойств грунта, разрушающие испытания на нагрузку панелей и метод наблюдения, чтобы наилучшим образом обеспечить соответствие критериям отклонения (прогиба)», — говорит он.
После исключения многочисленных вариантов они остановились на фундаментах из водонепроницаемой ограждающей стены в грунте, бетонируемой в траншее.
«Каждая из двух арок подсоединена с каждого конца к сплошному фундаменту коробчатого типа, который уходит под землю на глубину около 70 футов», — разъясняет д-р Грегори. «И они продемонстрировали отличные результаты с отклонением менее 0,25 дюйма в течение периода мониторинга с момента завершения объекта в начале 2008 года».
Арки закреплены массивными анкерными блоками, возведенными поверх заглубленных сплошных коробчатых фундаментов
(Источник изображения: GREGEO)
Оцифровывайте геотехнические задачи. Прогоняйте множество сценариев с высокой скоростью.
В начале 2008 года доктор Грегори перешел от своей традиционной инженерно-геологической деятельности к консультационной работе в сфере технической оценки, выполняет экспертную оценку и предоставляет общие консультации по сложным или специализированным проектам.
В 2013 году присущая ему как инженеру целеустремленность вдохновила его на сравнительное исследование первоначальной конструкции арочного фундамента, на этот раз при помощи анализа методом конечных элементов (МКЭ) в PLAXIS.
Это инновационное программное обеспечение для двумерных и трехмерных расчетов, являющееся неотъемлемой частью комплекса геотехнических решений Seequent, может с легкостью рассчитывать несколько наборов данных.
«Мы подумали, что наше исследование может быть полезно инженерам-геомеханикам при рассмотрении методов анализа будущих сложных фундаментных систем», — говорит д-р Грегори.
Д-р Грегори настоятельно рекомендует использовать несколько типов программного обеспечения для проверки расчетов критической деформации грунта, устойчивости откосов или водотока в разных проектах.
«Что нас впечатлило в PLAXIS, так это быстрота, с которой нам удалось обработать все параметры нашего первоначального проекта арочного фундамента при помощи программного обеспечения, чтобы рассмотреть несколько сценариев», —говорит он.
Франциско Диего (Francisco Diego), директор по управлению продуктами для геотехнического анализа в Seequent, объясняет: «Наше программное обеспечение позволяет решать геотехническую задачу быстрее, чем с помощью традиционных методов, таких как вычисление формул вручную или работа с электронной таблицей Excel».
«То, что могло занять у вас три дня, неделю или месяц, можно вычислить за считанные часы», — говорит г-н Диего. «И позволяет вам легко учитывать различные условия или несколько сценариев».
Сооружение стен из грунтовых нагелей для поддержки котлована глубиной 50 футов
(Источник изображения: GREGEO)
Успешное выполнение задач инженерно-технического проектирования в сложных инфраструктурных проектах
Еще одной инженерной задачей при проектировании арочного фундамента было открытие раздвижной крыши.
Все три механизма сопротивления нагрузке (боковая поперечная сила, горизонтальная сила на уровне основания, а также пассивное минимальное сопротивление) должны быть задействованы в одно и то же время.
«Используя наш первоначальный классический метод анализа механических свойств грунта, мы не могли смоделировать этот объект напрямую», — говорит д-р Грегори.
«Вместо этого нам пришлось рассчитать каждый отдельный механизм сопротивления и применить коэффициенты запаса прочности, основанные на инженерных оценках и опыте, чтобы добиться одновременного задействования каждого из них».
И все это имеет решающее значение для достижения конструктивных требований по критерию отклонения (прогиба) на небольшую величину в 0,5 дюйма.
«Было бы замечательно иметь PLAXIS в нашем наборе инструментов в то время, когда мы проводили наш первоначальный анализ», — разъясняет д-р Грегори.
«Это позволило бы легко и беспрепятственно учитывать каждый отдельный механизм, что помогло бы нам лучше понять изменения сопротивления».
«На самом деле, в этом случае мы могли бы применять менее консервативный подход — вот что показал повторный анализ нашего проекта при помощи PLAXIS», — говорит он.
Г-н Диего понимает, что инженеры-геомеханики хотят иметь возможность сосредоточиться на стоящей перед ними задаче, а не гадать о точности программного обеспечения.
«Работая с PLAXIS, инженеры могут быть уверены в том, что программа предоставляет быстрые, точные результаты, так что они могут сосредоточиться на более эффективном решении различных задач во всех своих проектах».
Программное обеспечение PLAXIS позволяет проектировать и выполнять расширенный анализ деформаций грунта и горных пород методом конечных элементов
(Источник изображения: GREGEO)
Соединение мира строений, возведенных на поверхности, с миром скрытых под ней конструкций
«Впечатляет!» — таков был ответ г-на Диего, когда д-р Грегори объяснил, что стадион Dallas Cowboys Stadium похож на айсберг, так как большая часть сооружения расположена под землей.
«Если бы это внушительное строение было построено полностью над землей, оно было бы выше, чем допускается установленными нормами в этой густо застроенной городской среде», — объясняет д-р Грегори.
Инженерам-геомеханикам известно, что понимание условий под поверхностью земли является важнейшим фактором для снижения рисков на поверхности.
«Если строящийся объект — не Международная космическая станция, то любое сооружение на этой Земле зависит от четкого понимания поведения геологической среды, чтобы выдерживать прилагаемые нагрузки», — говорит г-н Диего.
«Необходимо убедиться, что деформации и смещения грунта будут приемлемыми в течение жизненного цикла сооружения, который может длиться 50 или 100 лет, в зависимости от его конструкции», — говорит он.
«Чрезвычайно важно иметь это понимание — мы говорим не только об устойчивости, но также о надежности и безопасности, например, в случае землетрясений».
Используя PLAXIS в рамках взаимосвязанного геотехнического рабочего процесса, инженеры смогут принимать обоснованные решения, сводить к минимуму число ошибок и оптимизировать эффективность процесса проектирования и строительства.
Это особенно важно для крупномасштабных проектов, которые осуществляются в сложных горно-геологических условиях
Д-р Грегори делает вывод: «Мы надеемся, что достижение точного совпадения результатов последующего анализа, выполненного в PLAXIS, с нашим первоначальным проектом может решить широкий спектр геотехнических и инженерных задач и положительно повлиять на сложные инфраструктурные проекты в будущем».
Строительство стадиона Dallas Cowboys Stadium («Даллас Ковбойз Стэйдиум») в Арлингтоне, штат Техас, приближается к своему завершению в 2009 году
(Источник изображения: GREGEO)
Прочитать статью д-ра Гарри Грегори можно здесь