Tài liệu Luận văn xây dựng công trình_mặt cắt ngang pptx

Luận văn thạc sỹ



138

CHƯƠNG 6

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÀI TOÁN CỤ THỂ

Trong chương này sẽ nghiên cứu áp dụng giải bài toán cụ thể với phần
mềm tự viết sau đó so sánh với kết qua của phần mềm “pile_wall” với
kết đươc trích ra từ cuốn “ SAGE CRIP PUBLICATIO DIRECTORY”
của một số tác giả trong đó.
BÀI TOÁN:
Bài được trích ra từ cuốn “Sage Crisp Publications Directory” do hai
tác giả sau :”Powrie, W và Li,ESF ” xuất bản năm 1991 .Bài toán được
mô tả như sau:
Tường được thi công bằng phương pháp top-down và được chống đỡ
bằng thanh chống tạm vàhiện nay phương pháp này được dùng rất phổ
biến.Trong bài toán này tác giả dùng phần tử hữu hạn chương trình Sage
Crisp để nghiên cứu sự ảnh hưởng các yếu tố lên sự ứng xử của tường .
Tường chắn, một mặt bên được đào sâu 9 m trong đất quá cố kết xem
hình 6.1

Hình 6.1
Mặt cắt ngang
Luận văn thạc sỹ



139

Mô hình :
Mô hình trong bài toán này là sự kết hợp mô hình Cam-Clay trên miền
ướt của trạng thái tới hạn, mặt Hvorslev và mặt không chòu cắt 1-3 trên
miền khô xem hình 6.2

Hình 6.2
Mô Hình tính toán
Luận văn thạc sỹ

140

Hình 6.3

Sơ đồ tính toán

Hình 6.4
Trường chuyển vò
Luận văn thạc sỹ



141

Ma trận độ cứng mỗi phần tử được tính đặt tải, dở tải
κ
trong mặt phẳng
'ln p
−
ν

kvpE /')21(3'
ν

−
=
(5-1)
)
'
ln('ln)1(1
max
max0
p
p
kpeev +−−++=+=
λκλ
(5.2)
Các thông số của đất:

Các thông số dùng phân tích
λ
0.155
κ
0.016
Γ
2.41
e
0
1.41
M 1.03
ν’ 0.2
γ
w
9.81 KN/m

3

γ
22 KN/m
3

φ
H
15.5
0

S 2
k
x
10
-6
m/s
k
y
10
-6
m/s


Hệ số áp lực ngang:
'sin
'
'
0
)'sin1(

φ
φ
σ
σ
OCRK
v
h
−==
(5.3)
Trạng thái ứng suất trước khi đào như sau

Depth u σ’
v
K
0
σ’
h
K
0
σ’
h
0
1
2
4
9
14
18
0
0

9.8
29.4
78.4
127.4
166.6
0
22
34.2
58.6
119.6
180.6
229.4
1
1
1
1
1
1
1
0
22
34.2
58.6
119.6
180.6
229.4
2
2
2
2

2
1.83
1.66
0
44
68.4
117.2
239.5
330.5
380.8
Luận văn thạc sỹ



142

18.9
25.0
32.0
40.4

175.4
25.2
303.8
36.1
240.4
314.8
400.2
502.7
1.63

1.46
1.34
1.23
392.5
461.0
5373
619.3
1.63
1.46
1.34
1.23
392.5
461.0
537.3
619.3

Đặt trưng vật liệu của tường:
E=17x10
3
Mpa
ν’=0.15
γ=22 KN/m
3

Thanh chống
EF/L= 5x10
5
KN/m
Cao độ thanh chống 4 m
Trường hợp 1

Tường dày 1.5m, chiều dài tường 18m
Kết quả quá trình phân tích của Powrie và Li như sau:

Moment (KNm/m)
Lực thanh chống (KN/m)
Chuyển vò lớn nhất của
tường(mm)
-1260
582
19.6














Kết quả phân tích từ chương trình tự viết



Hình 6.5
Biểu đồ moment

Luận văn thạc sỹ



143

Hình 6.6
Biểu đồ Moment M
max
=1113.37 KNm/m



Hình 6.7
Biểu đồ lực cắt Q
max
=538.88 KM/m
Luận văn thạc sỹ



144

Hình 6.7
Biểu đồ lưc cắt Q
max
=538.88 KN/m
Hình 6.8
Chuyển vò ngang của tường 21.733 mm


Hình 6.9
Trường chuyển vò
Luận văn thạc sỹ



145

Trường hợp 2

Bề dày của tường giảm xuống từ 1.5m còn 1.25m

Kết quả quá trình phân tích của Powrie và Li như sau:

Moment (KNm/m)
Lực thanh chống (KN/m)
Chuyển vò lớn nhất của
tường(mm)
-1075
555
25.9















Kết quả phân tích từ chương trình tự viết

Hình 6.10
Lực thanh chống N=-806.33KN/m

Hình 6.11
Biểu đồ moment
Hình 6.9
Trường chuyển vò
Luận văn thạc sỹ



146

Hình 6.1
2
Biểu đồ moment M
max
=996.59 KNm/m

Hình 6.13
Biểu đồ lực cắt Q
max

=511.08 KN/m
Luận văn thạc sỹ



147

Hình 6.15
Trường chuyển vò

Hình 6.14
Chuyển vò ngang của tường 19.435 mm
Luận văn thạc sỹ



148

Trường hợp 3:
Tăng hệ số áp lực ngang K
0
= 2 như trong bản trên, bề dày tường 1.5m
các đặc trưng vật còn lại như trên


Kết quả quá trình phân tích của Powrie và Li như sau:

Moment (KNm/m)
Lực thanh chống (KN/m)
Chuyển vò lớn nhất của
tường(mm)
-1558
953
20.8

Hình 6.16
Lực thanh chống N
max
=778.499 KN/m

Hình 5.17
Biểu đồ moment M
max
=1474.49 KN/m
Luận văn thạc sỹ



149

Hình 6.18
Biểu đồ lực cắt Q
max

=774.99 KN/m

Hình 6.19
Chuyển vò ngang lớn nhất của tường 27.553 mm
Luận văn thạc sỹ



150

Trường hợp 4:

Giảm độ cứng của đất với các thông số như sau:
M=0.76,
κ=0.032
Đặt trưng vật liệu của tường:

Hình 6.20
Trường chuyển vò

Hình 6.21
Lực thanh chống N
max
=1170.11 KN/m
Luận văn thạc sỹ

151

E=17x10
3
Mpa
ν’=0.15
γ=22 KN/m
3

Thanh chống
EF/L= 5x10
5
KN/m
Cao độ thanh chống 4 m

Kết quả quá trình phân tích của Powrie và Li như sau:

Moment (KNm/m)
Lực thanh chống (KN/m)
Chuyển vò lớn nhất của
tường(mm)
-1445
651
39.4

Hình 6.22
Biểu đồ moment M
max
=1478.155 KNm/m
Luận văn thạc sỹ



152

Hình 6.23
Biểu đồ lực cắt Q
max
=645.6 KN/m

Hình 6.24
Chuyển vò ngang cua tường 77.21 mm
Luận văn thạc sỹ



153

Trường hợp 5

Thay đổi độ cứng thanh chống EF/L=2.8x10
5
KN/m
Kết quả quá trình phân tích của Powrie và Li như sau:

Moment (KNm/m)
-1208
Hình 6.25
Trường chuyển vi

Hình 6.26
Lực thanh chống N
max
= 923.099 KN/m
Luận văn thạc sỹ



154

Lực thanh chống (KN/m)
Chuyển vò lớn nhất của
tường(mm)
553
23.1

Hình 6.27
Biểu đồ moment M
max
=1104.35KNm/m

Hỉnh 6.28
Biểu đồ lực cắt Q
max
=535.98 KN/m
Luận văn thạc sỹ

155

Hình 6.28
Biểu đồ lực cắt Q
max
= 535.9 KN/m
Hình 6.29
Chuyển vò ngang của tường 21.67mm

Hình 6.30
Trường chuyển vò

Luận văn thạc sỹ



156

Hình 6.31
Lực thanh chống N
max
=802.47 KN/m
Luận văn thạc sỹ



157










PHẦN III

CHƯƠNG 7



KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ


7-1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Luận văn thạc sỹ



158



Trường
hợp

Theo POWRIE
& LI
KQ tính
toán
Sai số(%)

M

1260 1113.37 11.64
N

582 806.33 38.54
1

δ

19.6 21.73 10.87
M

1075 996.59 7.29
N

555 778.49 40.27
2
δ

25.9 19.435 24.96
M

1558 1474.49 5.36

N

953 1170.11 22.78
3

δ

20.8 27.553 32.47
M

1445 1478.155 2.29
N

654 923.03 41.14
4
δ

39.4 77.21 95.96
M

1208 1104.35 8.58
N

553 802.4 45.10
5

δ

23.1 21.67 6.19

-Từ kết quả phân tích cho thấy sai số moment so với hai tác giả
Powrie và Li là khoảng 10 % cho nên độ chính xác của chương trình
là đáng tin cậy
-Bước đầu mô hình hoá được sự làm việc đồng thời của hệ kết cấu
tường và đất nền theo mô hình Cam-Clay mang lại cho người kỹ sư
cái nhìn đầy đủ hơn về ứng xử của cả hệ thống
-Kiểm chứng lại các kết quả nghiên cứu tính toán của hệ tường cọc
bản trước đây, các kết quả của quá trình thi công ảnh hưởng đến nội
lực của tường như : chuyển vò, môment , lực cắt…
-Bước đấu tự động hóa trong tính toán hệ thống tường cọc bản ,giảm
bớt thời gian tính toán ,là công cụ hữu ích giúp các kỹ sư tính toán
nhanh chống đỡ tốn nhiều thời gian
- Bài toán gần với thực tế hơn so với cách tính tay phải chấp nhận các
giả thuyết về tâm xoay, tường tuyệt đối cứng hay mềm.Nhưng các
Luận văn thạc sỹ



159

thông số đầu vào đối với bài toán dùng phương pháp PTHH là rất
quan trọng
7-2 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN VỀ TÍNH TOÁN TƯỜNG CỌC
BẢN
a/ Nhân xét
-Khi giảm chiều dày của tường từ 1.5m xuống 1.25m (giảm đô cứng
của tường ) kéo theo sự giảm môment tường khoảng 10 % , lực trong
thanh chống giảm khoảng 3%
-Khi tăng hệ số áp lực ngang lên K
0

=2 môment tường tăng lên 32.44
% , đồng thời lực trong thanh chống tăng khoảng 45 %
- Khi tăng hệ số κ=0.032 (giảm độ ứng của đất ) môment tăng
32.76%, lực thanh chống tăng 14.47 %
-Giảm độ cứng thanh chống xuống 44% môment giam 0.8%,lưc thanh
chống giảm 0.48%
b/Kết luận
-Việc chọn lựa mô hình đất phù hợp với loại đất là rất quan trọng
nhằm phản ảnh gần chính xác sự làm việc của đất nền với thực tế.
-Các thông số đầu vào để giải bài toán là rất quan trọng nó sẽ ảnh
hưởng đến kết quả tính toán
- Cần phải xem xét tường cọc bản thi công như thế nào, trình tự thi
công ra sao, thời gian thi công, cách thức hạ mực nước ngầm(nếu
có),… thì trong quá trình tính toán phải mô phỏng được sự thi công đó
do hình thức thi công khác nhau sẽ cho ta những kết quả khác nhau.
-Độ cứng của đất ảnh hưởng đến kết quả tính toán
-Tải trọng thanh chống và momen uốn tường phụ thuộc vào hệ số áp
lực ngang ban đầu là rất nhiều, hệ số áp lực ngang càng lớn thì
momen và lực thanh chống càng lớn
-Trong bài toán phân tích dùng PTHH việc tính trạng thái ứng suất
ban là rất quan trọng, nếu trạng thái ứng suất ban đấu sai thì toàn bộ
bài toán đều sai.Do đó với mỗi bài toán đều phải tính trạng thái ứng
suất ban đầu
-Đối với bài toán giải bằng phương pháp ma trận độ cứng tiếp tuyến
thì việc chia ra nhiều bước giải cũng rất qua trọng nếu ta chia ra càng
nhiều bước thi kết quả tính toán càng chính xác
7-3/HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Luận văn thạc sỹ

160

Với thời gian thực hiện luân án có hạn, tác giả chỉ thực hiện moat
phần nhỏ công việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp PTHH (FEM)
vào nghiên cứu tính toán bài toán đòa cơ mà cụ thể là bài toán tường
cọc bản .Từ đó mở ra nhiều hướng nghiên cứu tiếp theo mà có thể
tiếp tục thực hiện :
• Cần phải kiểm chứng nhiều hơn kết quả của chương trình với
các công trình thực tế
• Chương trình chạy còn chậm so với một số phần mềm có sẵn
như Plaxis ,Sage crisp,… tốn nhiều thời gian do đó cần phải cải
tiến thời gian giải chương trình
• Giao diện chương trình cần phải được cải tiến chưa vẽ lưới,
chọn phần tử được bằng cách dùng chuột
• Chỉ có nghiên cứu một mô hình (mô hình Cam-Clay) cần phải
đa dạng hóa mô hình như :Morh –Column , đàn hồi, đàn hồi
tuyến tính,…
• Nghiên cứu thêm bài toán cố trong điều kiện không thoát
nước, bài toán cố kết, bài toán từ biến
• Xây dựng phần tử tiếp xúc tối ưu hơn
• Xây dựng lưới phần tử tam giác bậc cao

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. R.WHITLOW (1999)- Cơ học đất –tập 1-2-Nhà xuất bản Giáo
Dục.
2. GS.TSKH.LÊ BÁ LƯƠNG và một số tác giả (1989)- Công trình
trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam –Nhà xuất bản ĐH.
Bách Khoa TP.HCM.
Luận văn thạc sỹ



161

3. GS.TSKH.NGUYỄN VĂN THƠ - Tập bài giảng chương trình
cao học “ Thổ chất và công trình” Đại học Bách Khoa
TP.HCM.
4.
GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG -Tập bài giảng chương trình cao học
“Tường cọc bản” Đại học Bách Khoa TP.HCM.
5. TS. CHÂU NGỌC ẨN- Tập bài giảng chương trình cao học
“Ổn đònh nền” Đại học Bách Khoa TP.HCM.
6. TS. NGÔ TRẦN CÔNG LUẬN -Tập bài giảng chương trình cao
học” Ứng dụng FEM” Đại học Bách Khoa TP.HCM.
7.
CHU QUỐC THẮNG (1997) -Phương pháp phần tử hữu hạn -
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
8. A.B.FADEEV, Người dòch , NGUYỄN HỮU THÁI , NGUYỄN
UYÊN , PHẠM HÀ (1995)- Phương pháp phần tử hữu hạn
trong đòa cơ- Nhà xuất bản Giáo Dục.

9. NGUYỄN HOÀI SƠN, ĐỖ THANH VIỆT, BÙI XUÂN LÂM-
Ứng dụng Matlab trong tính toán kỷ thuật- Nhà xuất bản
ĐHQG TP.HCM.
10.
JOHN ATIINSON (1993)- An introduction to mechanic of soil
and foundation – McGraw-Hill Book Company.
11. YOUNG W.KWON , HYOCHOONG BANG (1997) -The Finite
Element method using Malab –CRC Press, USA.
12. IM.SMITH, D.V.GRIFFITHS (1997)-Lập chương trình tính toán
công trình xây dựng bằng phương pháp phần tử hữu hạn-Nhà
xuất bản xây dựng
13.
A.M.BRITTO,M.J.GUNN-Critial state soil mechanics via finite
elements- Ellis Horwood :Limited
14.
JAMES EDMUNDS-Sage-Crisp-Uses Guide and Technical
reference guide- Sage Engineering Ltd
15. Sage Crisp –Examples- Sage Engineering Ltd
16. Plaxis-Reference Manual –Version 7





Luận văn thạc sỹ



162

LÝ LỊCH HỌC VIÊN


Họ và Tên : ĐINH VĨNH QUANG

Sinh ngày : 01/01/1978