پلکسیس (Plaxis) نرم افزاری است که برای تحلیل تغییر شکل ها و پایداری در پروژه های گرایش خاک (مهندسی ژئوتکنیک) کاربرد دارد. معمولا در مسائل مهم ژئوتکنیک، یک مدل رفتاری پیشرفته برای مدل سازی رفتار غیرخطی و وابسته به زمان خاک ها بسته به هدف مورد نظر لازم است. با این نرم افزار می توان خاکبرداری و خاک ریزی مرحله ای با شرایط بارگذاری و شرایط مرزی مختلف را با استفاده از المان مثلثی 6 گرهی و 15 گرهی مدل سازی نمود.
این نرم افزار بر اساس روش اجزای محدود (Finite Element) طراحی شده است. تحلیل سازه هایی هم چون تونل‌ها، خاکریزها، معادن، گودهای پایدارشده با روش های مختلف مانند روش های میخ کوبی (نیلینگ)، مهارگذاری (انکراژ)، مهار متقابل (استرات)، سازه نگهبان خرپایی، ساخت بالا به پایین (تاپ دان)، سپر کوبی (sheet pile)، دیوار برلنی و دیوار دیافراگمی، شالوده های (فونداسیون‌های) بهسازی شده توسط روش های مختلف نظیر روش های اختلاط عمیق خاک (DSM)، تزریق پر فشار (جت گروتینگ)، شمع بتنی و فلزی، ستون شنی ارتعاشی، تراکم دینامیکی، ریزشمع (میکروپایل)، خاک مسلح (ژئوسنتتیک) با استفاده از این نرم‌افزار امکان‌پذیر است.
تاریخچه نرم افزار PLAXIS
معرفی نرم افزار پلکسیس – ۱۹۸۷ اولین نسخه از برنامه پلکسیس به سفارش گروه مدیریت منابع آب دانشگاه صنعتی دِلف (Delft) هلند ساخته شد و علت آن این بود که در آن زمان کشور هلند به دنبال ساخت سد خاکی بر روی زمین های نرم و کم ارتفاع بود و در این راستا به چالش هایی برخورد کرده بودند، پس سفارش ساخت چنین برنامه ای را دادند و این آغازی بر شروع تحولی در نرم افزارهای ژئوتکنیکی شد. در سال ۱۹۹۳ قابلیت های این نرم افزار افزایش یافت و توانست به شهرت جهانی برسد و از چندین موسسه معتبر از جمله موسسه CUR) Center for Civil Engineering Research and Code) تاییدیه دریافت کند.
Plaxis در فضای دو بعدی
از جمله قابلیت‌های پلکسیس در فضای دو بعدی می‌توان به تحلیل کرنش صفحه‌ای، تحلیل متقارن محوری و تحلیل پایداری اشاره کرد. تحلیل شرایط مرزی جریان آب و تحلیل شرایط مرزی هندسه‌‌ی مدل نیز با این نرم‌افزار امکان‌پذیر است. در نسخه‌ی دو بعدی پلکسیس فرآیند تحکیم و فشار آب منفذی اولیه قابل شبیه سازی است. بارگذاری‌ها را می‌توان به دو صورت بار کنترل و تغییر مکان کنترل اعمال کرد. محاسبه‌ی ضریب اطمینان به‌روش کاهش C – Ф نیز از دیگر توانایی‌های این نرم‌افزار در فضای دو بعدی است.
نرم افزار پلکسیس مدل‌های رفتاری متنوعی چون موهرـ‌کلمب، سخت‌شوندگی هذلولی، نرم‌شوندگی و نرم‌شوندگی خزشی را پوشش می‌دهد. با استفاده از این مدل‌ها و اعمال اندرکنش، تحلیل مسائل پایداری و تغییرشکل خاک و سنگ در پلکسیس ممکن می‌شود. در این نرم‌افزار امکان به‌کارگیری المانهای گوناگونی چون ورق، مفصل، فنرهای دورانی و المانهای تماسی در فرآیند مدل‌سازی وجود دارد.
با شبیه‌سازی سطح آب زیرزمینی در پلکسیس، می‌توان مسائل هیدرواستاتیک و غیرهیدرواستاتیک فشار منفذی در خاک را تحلیل کرد. در این نرم‌افزار با فعال یا غیرفعال کردن المانهای مدل در مرحله محاسبات، فرآیند ساخت و حفاری مدل‌سازی می‌شود. مش‌بندی دو بعدی و ایجاد مدل سه بعدی در پلکسیس خودکار است. تحلیل لایه به لایه در مسائل پایداری شیب‌ها، سدها و تونل‌ها از جمله قابلیت‌های این نرم‌افزار به شمار می آید.
Plaxis در فضای سه بعدی
نسخه سه بعدی پلکسیس در قالب دو نرم‌افزار Foundation و Tunnel ارائه شده که نسبت به نسخه دو بعدی امکانات محدودتری دارد. طراحی و تحلیل سه بعدی تونل‌ها و پی ها با استفاده از این دو نرم‌افزار انجام می‌شود. شبیه‌سازی تونل در این نرم‌افزار به‌صورتی است که مقطع تونل در یک صفحه ساخته و در بعد دیگر تکرار می‌شود. از این رو نمی‌توان آن را تماماً سه بعدی دانست و شبیه‌سازی ۲ و نیم بعدی تونل و سازه‌های مشابه تعریف مناسب‌تری از عملکرد آن است.
از Plaxis 3D Foundation در تحلیل مسائل مربوط به پی‌ها استفاده می‌شود. در این نرم‌افزار امکان تعریف و تغییر شرایط مرزی، تغییر مش‌بندی در عمق و تحلیل پایداری وجود ندارد. همچنین این نرم‌افزار قادر به شبیه‌سازی ژئوگریدها و ژئوتکستایل‌ها، تحلیل فشار آب منفذی اولیه و محاسبه‌ی ضریب اطمینان نیست.
قابلیت های کلیدی نرم افزار پلکسیس (Plaxis)
- تحلیل تغییر شکل ها و پایداری در پروژه های مهندسی ژئوتکنیک
- قابلیت به کارگیری مدل های رفتاری موهر-کلمب، مدل سخت شوندگی هذلولی، مدل نرم شوندگی cam-clay و مدل نرم شوندگی خزشی
- امکان مدل کردن فرآیند ساخت و حفاری توسط فعال کردن و غیر فعال کردن اعضاء (المان ها) در مرحله محاسبات
- قابلیت آنالیز لایه به لایه در پایداری شیب ها، سدها و تونل ها
نرم افزار پلکسیس را می توان از جمله نرم افزار های قدرتمند در رشته مهندسی عمران گرایش مطالعات خاک معرفی نمود که کاربرد بسیار وسیعی در آن دارد. ویرایش های متفاوتی از نرم افزار PLAXIS موجود می باشد که از نظر قابلیت های به کار گرفته شده در آن ها تفاوت هایی وجود دارد. از جمله این قابلیت ها می توان به امکانات منظور شده برای کاربر اشاره نمود.
معرفی نرم افزار پلکسیس – در ویرایش (ورژن) دوبعدی نرم افزار پلکسیس که با عنوان Plaxis 2D معرفی گردیده است مباحث تجزیه و تحلیل در فضای دو بعدی مورد بررسی قرار می گیرد و این نسخه از نرم افزار PLAXIS توانایی شبیه سازی مسائل سه بعدی را ندارد. از جمله قابلیت های کلیدی نرم افزار پلکسیس دو بعدی می توان به آنالیز کرنش صفحه ای و متقارن محوری اشاره نمود که از امتیازات این نسخه از نرم افزار نسبت به نرم افزار مشابه در انجام پروژه است.
شبیه سازی فرآیند تحکیم، تجزیه و تحلیل ابتدایی فشار آب منفذی، آنالیز شرایط مرزی جریان های آبی، آنالیز شرایط مرزی هندسه معرفی شده، محاسبه ضرایب اطمینان، آنالیز در حوزه شرایط پایداری، تجزیه و تحلیل بارگذاری در حالت کنترل بار و کنترل مکان های متغیر از دیگر ویژگی های ویرایش دو بعدی از نرم افزار پلکسیس تلقی می گردد.
ویرایش (ورژن) سه بعدی از نرم افزار پلکسیس با عنوان Plaxis 3D با هدف تجزیه و تحلیل مسائل سه بعدی در حوزه پی کاربرد دارد. نسخه سه بعدی از نرم افزار پلکسیس دارای توانایی حل مسئله در سه بعد است و این موضوع نقطه قوت آن در مقابل نسخه دو بعدی نرم افزار پلکسیس می باشد. هرچند که نسخه سه بعدی نرم افزار PLAXIS توانایی آنالیز مسئله در سه بعد را دارا می باشد ولی نسبت به نسخه دو بعدی دارای امکانات کمتری است که در ادامه بحث به ارائه توضیح در خصوص آنها می پردازیم.
بارگذاری در نرم افزار PLAXIS-3D تنها با فرض شرایط مقدور می باشد. در PLAXIS-3D امکان تعریف و تغییر شرایط مرزی در انجام پروژه پلکسیس برای کاربر تعریف نشده است و نرم افزار شرایط مذکور را بر اساس استانداردهای تعریف شده برای آن منظور می نماید. قابلیت تجزیه و تحلیل فشار آب منفذی در این نسخه از نرم افزار تعریف نشده است و همچنین PLAXIS-3D فاقد توانایی شبیه سازی در حوزه ی ژئوگرید و ژئوتکستایل می باشد.
در نسخه سه بعدی از نرم افزار پلکسیس امکان تغییر مش بندی در عمق برای کاربر تعریف نشده است و مش تعریف شده در پلان نرم افزار PLAXIS-3D در کلیه عمق ها یکسان می باشد. همچنین این نسخه از نرم افزار پلکسیس توانایی محاسبه ضرایب اطمینان با استفاده از روش C-Phi Reduction را ندارد.
نسخه تونل از نرم افزار پلکسیس که با عنوان PLAXIS 3D TUNNEL معرفی گردیده است با هدف تجزیه و تحلیل و شبیه سازی مسائل خاکی (ژئوتکنیکی) در حوزه تونل مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این نسخه اطلاعات بسیار خوبی از تغییر شکل خاک، نشست ساختمان های روی سطح زمین، تنش در جداره های تونل و … به دست می آید.
از قابلیت های دیگر نرم افزار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ایجاد مدل ترکیبی و شبیه سازی های وابسته به زمان و غیر خطی
- حل مسائل هیدرو استاتیکی و مسائل مربوط به فشار آب در خاک
- شبیه سازی اندرکنش خاک و سازه
- شبیه سازی انواع مدل های رفتاری مختلف از جمله انقباضی، انبساطی و …
- در نظر گرفتن سطح آب زیرزمینی
- گزارش خروجی بسیار کامل
به مرور زمان محدودیت های نسخه های موجود از نرم افزار پلکسیس در حال برطرف شدن می باشد و صفحه کاربری نرم افزار مذکور تغییرات قابل توجهی نسبت به گذشته داشته است. امکان شبیه سازی های سه بعدی در نسخه های جدید نرم افزار پلکسیس تعریف شده است و قدرت و سرعت بالای این نرم افزار در انجام پردازش باعث شده است که از جمله بهترین نرم افزارهای مهندسی عمران گرایش خاک و پی به شمار آید.
از آنجا که نرم افزار Plaxis یک نرم افزار اجزای محدود (المان محدود) مناسب برای طراحی های ژئوتکنیکی است، در آن رفتار خاک به شیوه های مختلف شبیه سازی می شود و برای تجزیه و تحلیل دو بعدی یا سه بعدی تغییر شکل ها، پایداری ها و جریان آب های زیرزمینی در مهندسی ژئوتکنیک مورد استفاده قرار می گیرد. نرم افزار پلکسیس به ویژگی هایی مجهز شده که قادر به هماهنگی با جنبه های مختلف سازه های پیچیده ژئوتکنیکی می باشد. خلاصه ای از ویژگی های مهم نرم افزارمهندسی Plaxis به قرار زیر است:
ورودی گرافیکی مدل های هندسی: وارد کردن داده های خاک، سازه، مراحل ساخت، بارها و شرایط مرزی بر مبنای فرآیند ترسیمی کد می باشد که اجازه می دهد مدل سازی هندسی دقیق و با جزئیات انجام گیرد.
گمانه ها: لایه های خاک به وسیله گمانه ها تعریف می شوند. برای تعریف یک لایه خاک غیر افقی یا برای سطح زمین های دارای شیب می توانچندین گمانه در هندسه مدل قرار داد. نرم افزار پلکسیس به طور خودکار، موقعیت سطح زمین و لایه های خاک را در بین گمانه ها جاگذاری می کند.
تولید مش خودکار: تولید مش خودکار از مزایای مهم نرم افزار Plaxis محسوب می شود. پلکسیس اجازه تولید اتوماتیک مش غیر منظم اجزا محدود، با گزینه هایی جهت ریز کردن عمومی یا منطقه ای مش را می دهد.
المان ها: در نرم افزار پلکسیس دو بعدی به منظور مدل کردن تنش ها و تغییر شکل های خاک می توان از یکی از المانهای 6 گرهی مثلثی یا 15 گرهی استفاده کرد.
سری تیرهای جاسازی شده: تیرهای جاسازی شده المان های ویژه ای هستند که شامل عناصر صفحه ای و عناصر سطحی مشترک جاسازی شده اند و کنش بین شمع و خاک را در سطح و نوک شمع توصیف می کنند. عناصر سطح مشترک جاسازی شده الاستوپلاستیک فرض می شوند. رفتار شکست عناصر شمع های جاسازی شده، براساس ظرفیت باربری شان تعریف می شوند.
بارها: این برنامه دارای انواع بارها شامل بارهای نقطه ای، خطی و گسترده می باشد که بارهای مختلف و سطوح بار را می توان به طور مستقل در هر مرحله از ساخت و ساز مدل فعال نمود.
انواع مدل های رفتاری: مدل های رفتاری مختلفی نظیر مدل الاستیک خطی، مور کلمب، مدل خاک سخت شونده در نرم افزار Plaxis تعبیه شده و همچنین امکان اضافه نمودن مدل های رفتاری دیگر نیز توسط کاربر میسر شده است.
سطح مشترک (درزه): المان درزه برای برقراری ارتباط میان دو ساختار و مشخص کردن اصطکاک این تعامل بکار گرفته می شود. ایجاد سطح مشترک ها همانند ترسیم یک خط هندسی است که با خط چین هایی مشخص می گردند. طرف قرارگیری این المان بستگی به جهت ترسیم دارد و در جهتی باید قرار گیرد که میان تعامل دو ساختار باشد. باید توجه داشت که این تعامل می تواند دو طرفه باشد، یعنی در دو سمت ساختار ترسیم گردد، همانند حالتی که دیوارها و صفحات توسط لایه های خاک احاطه شده باشند. در ارتباط میان توده های خاک این پارامتر توسط ضریب کاهش تعامل تعریف می شود.
مراحل ساخت و ساز: این قابلیت نرم افزار می تواند فرآیند های ساخت و ساز و حفاری را به وسیله فعال و یا غیرفعال کردن گره المان ها، اعمال بارها، تغییر توزیع فشار آب و غیره را به شکل واقعی آن شبیه سازی (مدل سازی) کند. این فرایند موجب ارزیابی دقیق تنش ها و جابجایی های ایجاد شده می گردد.
ارائه نتایج: پردازشگرهای قدرتمند نرم افزار به جنبه های مثبت نتایج محاسبات افزوده است. مقادیر دقیق جابجایی، تنش ها و کرنش ها و نیروهای سازه می تواند از جداول خروجی بدست آید. تصاویر و جداول می تواند به وسیله برنامه های مختص دریافت خروجی نرم افزار و یا به وسیله فضای ذخیره سازی موقت ویندوز جهت انتقال به نرم افزار دیگر فرستاده شود.
مسیرهای تنش: یک نرم افزار ویژه برای رسم منحنی های نیرو – جابجایی، مسیرهای تنش و نمودارهای تنش – کرنش می باشد. به ویژه تجسمی از مسیرهای تنش که بینش دقیقی از رفتار کلی خاک ارائه می دهد را مهیا می کند و ما را قادر می سازد که تجزیه و تحلیل دقیقی از نتایج محاسبات داشته باشیم.
نسخه های موجود در بازار
معرفی نرم افزار پلکسیس – تا سال ۲۰۰۹ برنامه‌های Plaxis 2D و Plaxis 3D Foundation / Tunnel نسخه‌های دو بعدی و سه بعدی موجود این نرم‌افزار بودند. اما پس از آن، نسخه دو بعدی با تغییر در الگوریتم تحلیل، به بسته‌ی Plaxis 2D Suite ارتقا یافت. نسخه سه بعدی نیز با تلفیق دو نرم افزار موجود و اصلاح نقایص و محدودیت‌ها، به‌صورت بسته‌ی Plaxis 3D Suite عرضه شد.
نرم‌افزار Plaxis 2D Suite شامل ماژول‌های PlaxFlow، Dynamics و Thermal است. کاربر با استفاده از ماژول PlaxFlow قادر به تحلیل پیشرفته‌ی جریان آب زیرزمینی است. مدل‌سازی جامع بارگذاری دینامیکی با ماژول Dynamics و مدل‌سازی حرارتی ـ ژئوتکنیکی نیز با ماژول Thermal انجام می‌شود.
نرم‌افزار Plaxis 3D Suite همچون نسخه دوبعدی شامل ماژول‌های PlaxFlow و Dynamics است. تنها تفاوت این است که تحلیل‌ها و مدل‌سازی‌ها در فضای سه‌بعدی انجام می‌شوند.
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- مدل کسب و کار (B2B) یا بی تو بی (Business-to-Business)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سوله چیست؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
- طراحی سازه بر اساس عملکرد (Performance Based Seismic Design, PBSD)
- تغییرمکان جانبی نسبی طبقات چیست؟ (Drift)
- طیف پاسخ و طیف طرح چیست؟ (Spectrum Response)
- اسکلت فلزی یا سازه فولادی (Steel Structure)
- اسکلت بتنی یا سازه بتنی (Concrete Structures)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
مطالب مرتبط :
