Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ứng suất trong công trình kết cấu BTCT bảo vệ mái sông và đề xuất giải pháp áp dụng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.19 MB, 140 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BO NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYÊN VĂN XN

Chun ngành : XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Mã số : 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học :

1. PGS TS. NGUYEN CANH THÁI 2. PGS TS. NGUYEN VAN HANH

Hà nội — 2012

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Lain vấn Học . Chương 1 Ting quan

Chương 1:

TONG QUAN VẺ HE THONG CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BO SƠNG VA TÍNH TỐN UNG SUAT

thành va phát triển gắn liền với những dong sơng

Dịng sơng mang tới những nguồn nước quý giá đầu tiên dé hình thành.

khu dân cư, các làng mạc, các thành phố. Sông mang nguồn nước ni

dưỡng cây trồng, vật ni. Sơng cịn mang trong minh nó những nguồn thực

phẩm đổi đào là các lồi cá.... và là một trong những con đường giao thông

quan trong,

Cuộc sống của con người gắn liên với những dịng sơng, với những thuận lợi và cũng đồng thời là những khó khăn phải khắc phục.

Lưu lượng nước trong sơng thay đổi theo thời tiết, ảnh hưởng bởi các

hiện tượng mưa, bão, lũ, hạn hắn, lực quay Coriolis của trái đất... và các q

trình thay đổi dịng chảy, áp lực thắm, nước ngắm,... Các tác động cơ học, vật lý

và héa học tác động trực tiếp đến hai bên bờ sông, gây ra những tác động tiêu cực ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ôn định bờ, ngăn cản sinh hoạt và phát triển

sản xuất của cư dân sống xung quanh.

‘Tir những buổi bình minh ban đầu của lịch sử, con người đã có những,biện pháp để khắc phục những khó khăn đó, bằng các giải pháp cơng trìnhđể nắn dịng, dựng các mỏ han lái dong chảy, đáp đập tao các hỗ chứa, xây dựng

các cơng trình ké bảo vệ bờ,

Các cơng trình bảo vệ bở là một giải pháp hiệu quả, được sử dụng phổ

biển từ lâu bởi khả năng giữ an tồn, tính khả thi, mang lại hiệu ích kinh tế lớn. Năm 1824, một phát minh quan trong là xi măng Portland ra đời. Đến

năm 1847 một phát minh mới kết hợp bê tông với cốt thép tạo ra một vật liệu

mới là bê tông cốt thép. Với những ưu điểm nỗi trội so với những vật liệu xã

dựng trước đó, vật liệu mới đã nhanh chóng có những ứng dụng vơ cùng hiệu

quả cho các cơng trình xây dựng nói chung, va cơng ngbảo vệ bir nồi

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Một trong những ứng dụng tiêu biểu đầu tiên là hệ thống Chelsea —

Victoria Embankment nằm trong hệ thống kè sông Thames - London được khởi

ông xây dung năm 1854, với kết cấu bê tông cốt thép. Thiết kế được đánh giábởi img dung khả năng chịu lực cao của vật liệu mới, đã ôn định hiệu quả bờ

sơng, và các cơng trình đặc biệt nằm phía sau bờ kè.

Hình 1- 1: Mặt cắt điễn hình hệ thống kề sông Thames:

Một mặt cất kề sông

secnon nici vtoRA peeotr-lowoowere —— thuộc hệ thống sông Thamesxây dựng năm 1854 với hệ

thing thưát nước cơng nghiệpvà hệ thống ống hơi, khí gas

ngay sau mái kẻ, Phía sau là

một trạm xe điện ngằm. Giải

nhấp vật liệu bê tông cốt thép4 phát huy khả năng chịu lực

hiệu quả trong nhiều ứng dụngphức tạp

“Thiết kế các cơng trình bảo vệ bờ khơng những đáp ứng những yêu cả

ấp thiết của việc hạn chế tối đa những bit lợi của dòng chảy, mà cịn đồng góp.

đáng ké vào cảnh quan văn hóa, du lich, làm giàu đẹp quê hương,

Sự phát triển những thiết kế. cơng trình bảo vệ bờ đã được gắn liễn với hình ảnh phát triển của nhiều vùng, nhiều đắt nước, quốc gia. Hình ảnh bờ sơng Nile gắn liền với các thành phố Ai Cập cổ đại, sông Tigre với Baghdad, sông Danube chảy qua các thành phố Đông Au, sông Seine ở Paris, sông Thames ở

London, ... và gần đây là Seoul với sông Hàn nỗi tiếng.

Toc nến: Ngoồt Vin Xuân. Tớp :CHISCTT “Chast ngành Nis đơng Cũng mình ấp

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Lain vấn Học . Chương 1 Ting quan

Hình I-: Hình ảnh một số cơng trình kề bảo vệ bờ trên thé giới

Sông Danube ở Budapest nơi những cơng trình đẹp nhất của thành phố

nằm đọc hai bên dịng sơng. Thiết kế tuyệt đẹp của hệ thống bảo vệ bờ kết

cấu bê tông cốt thép đã góp một phẩn khơng nhỏ trong việc thành phố được đưa.

vào danh sách Di sản văn hóa Thể giới - và trở thành một trong những thành

phố đẹp nhất châu Âu

1.1.1. Các hình thức kết cấu cơng trình bảo vệ bờ sơng

Trên cơ sở L4TCN-84-91 : Các cơng trình bảo bờ sơng, có thểphân loại các hình thức cơng trình ké bảo vệ bờ sơng như hình 1-3,

Đối tượng chính của đề tài tập trung vào kết cấu cơng trình bảo vệ bờ mái

sông bê tông cốt thép. Các ứng suit bên trong kết cầu được trình bay chủ

chương 2. Ngồi ra việc xác định dn định của cơng trình cũng có liên hệ mật

thiết đến sự lâm việc tổng thể của tồn hệ thống. Các ngun lý chung tính tốn

ổn định được trình bày trong mục 2.4 chương 2

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

"Hình 1- 3: Một số hình thức phân loại kè bảo vệ bir

1.1.2. Ứng suất trong kết cầu cơng trình bảo vệ bir bê tơng cốt thép.

“Sự kết hop giữa vật liệu bê tông và cốt thép tạo nên nhiều đặc tính ưu việt. Bé tơng chịu nén tốt, nhưng khả năng chịu kéo kém, nhược điểm này đã được cốt thép khắc phục hiệu quả do cốt thép là vật liệu chịu kéo tốt.

Năm 1729 Buynphighe đã đưa ra khái niệm về quan hệ giữa ting suất vàbiến dạng. Khái niệm ứng suất đặc trưng cho khả năng chịu lực của vật liệu tại

một điểm, khi ứng suất vượt qua giới hạn cho phép thi vật liệu bị ph

1768 Hooke đã nêu khái niệm về quan hệ tỷ lệ thuận giữa ứng suất và biển dạng

6 giai đoạn biển dạng tuyến tinh của vật liệu. Năm 1847, khi vật liệu bê tơng cốt

thép ra đời thì yêu cầu xác định trang thái ứng suất trong kết cấu làm bằng vật

liệu bê tông cốt thép được xác định nhằm bổ tri hình dang mặt cắt thiết kế tối ưu, phân bổ cốt thép đúng vị trí, kiểm tra khả năng chịu lực của vật liệu khi hoạt

hoại. Năm.

“Trong phạm vi dé tài, vật liệu làm việc tuân theo định luật Hooke, quan.

hệ giữa ứng suất và biển dạng xuất hiện trong quả trình tác động của tai trọng

theo quan hệ bậc nhất.

Toc nến: Ngoồt Vin Xuân. Tớp :CHISCTT “Chast ngành Nis đơng Cũng mình ấp

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Tiện vấn Hạc st “Chương 1 Tổng quan

z=f(s) (-H)- Trong đố ơ - ứngsuất

1.2. Tình hình xây dựng các hệ thống cơng trình bảo vệ bờ sơng1.2.1. Tinh hình xây dựng cơng trình bảo vệ bờ trên thể giới

Tir trước Công nguyên, các nền văn minh cổ đại đã xây dựng nhiều hệ

Hình 1-Mật số cơng trình bão vệ bờ xây đựng trước Công nguyên

Tigre River Embankment560 B.C

Ké song Tigre và Euphrate chảy

qua thành phổ Baghdad, nền văn minh

Luding Hà đã được xây dựng S60 năm

trước Công nguyên.

Châu Âu, thoi kỳ La Mã, những

kênh dẫn nước với kết cầu bảo vệ mái bờ.

bằng đá và gạch đã được xây dựng với

nhiệm vụ din nước sinh hoạt cho các

thành phố lớn.

“Tiêu biểu cho các cơng trình dẫn

nước giai đoạn này là hệ thông dẫn nước

“Aqua Virgo” kéo dai 21 km tir vùng núi

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Sabin tới thủ đô Roma, Hệ thống cơng trình do Marcus Agrippa điều hành xây

dựng từ 312 năm trước Cơng ngun,

Hình 1-5: Mang lưới kênh cấp nước Rome và tường đá bio vệ bờ kênh

ROME AND VICINITY

su xEE EEEEs

Hệ thống kênh dẫn nước với những kênh dẫn dài bảo vệ hiệu quả nguồn

nước sạch, với kết cầu tường đá hoặc gạch xây bảo vệ mái, với nhiều cầu trúc và

th dang phức tạp, tùng được đánh giá như một ky quan cổ đại

Tir khi vật liệu bê tông cốt thép ra đời, rit nhiều cơng trình bảo vệ bờ bê

tơng cốt thép đã được xây dựng khắp các thành phé của Châu Âu. Năm 1855, hệ

ề xuất khởi cơng khơng chỉ thống cơng trình bảo vệ bờ sơng Seine, Paris, được.

duy trì sự ơn định ding chảy, bảo vệ bờ sông tránh các biến động tự nhiên, ma

Toc nến: Ngoồt Vin Xuân. Tớp :CHISCTT ‘Cast ngành Xây đơncòn là một cảnh quan nỗi

th đc

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Tiện vấn Hạc “Chương 1 Tổng quan

Năm 1905, kẻ Krasnopresnenskaya thành phố Moscow hoàn thành pl

kết cấu bê tông cốt thép, năm 1925 lát đá bể mặt dai 3.5km. Chênh lệch cao độ.

đình kè chân ké lên tới Sm.

‘Nam 2003, hệ thống bảo vệ bé Cheonggyecheon Embankment thành phổ Seoul được khởi cơng, góp phần hồn chỉnh chuỗi hệ thống cơng trình bảo vệ bờ.

Han River nổi tiếng.

Hình I-Hình ảnh k sơng Seine và sơng Moscow

‘Cling với những tiến bộ nhanh chéng về Khoa học công nghệ, những thiết kế kết cấu bảo vệ bờ mới liên tục phát triển, phục vụ ngày cing đa dạng mọi

cude sống.

Hình 1-8:

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Bang 1- 1: Một số cơng trình kè Kết cầu BTCT bao vệ bờ sơng trên Thể giới

[Str] Tenhecbiugke | Bin danh [Khoi cdng] Hoinbam | Chiu i myo sng Bnd

2 |Hệ hông kỳ wong Seine pars | MS | 1910 “Các quận rng ti Pris

1.2.2. Tình hình xây dựng cơng trình bảo vệ bờ ở

Các cơng trình báo vệ bờ gắn liền với các cánh đồng canh tác lúa nước.

của người Việt,

Khu vực trung tâm đồng bằng sông Hồng, phần lớn nằm ở độ cao từ 0,4 m đến 12 m trên mực nước biển, với 56% có độ cao thấp hơn 2 m. Ving đắt của đồng bằng sông Hồng nằm trong, vành dai 2 loại dé : khoảng 3.000 km dé ngăn ũ của hệ thống sông, và 1.500 km đê bién ngăn sóng lớn của các cơn bao. Phin

lớn các trung tâm đông dân cư đều nằm dưới mục nước lũ sông Hồng.

Củng với hệ thống đê điều đã được xây dựng cách đây hơn hai nghìn

năm, các hệ thống bảo vệ bi tại các đoạn dé xung yếu đặc biệt được chú trọng,

nhằm dim bảo an toàn cho cư dan trong mùa mưa bão.

Cơng trình bảo vệ bờ có thé đơn giản chỉ là cọc gỗ xếp thả bao tải cát,

hoặc có thé là các khối đá thả tạo thành lãng thé báo vệ mái

Cho đến trước những năm 80, do tỉnh hình khỏ khăn kinh tế nói chung, các cơng trình bảo vệ bờ vẫn cịn đơn giản, hầu hết chỉ tập trung bảo vệ bờ mái để tai các đoạn xung yếu, bằng vật liệu đã lát với kế cầu hộ chân lãng thể đã

Toc nến: Ngoồt Vin Xuân. Tớp :CHISCTT ‘Chapt gah iy dg Côn nh ty

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Tiện vấn Hạc “Chương 1 Tổng quan

Hình 1-9 : Cơng trình kề bảo vệ mái đề

Secienthưonh Embankment - Dyke

Các cơng trình kè bờ chính trên sơng Hồng đoạn Hà Nội do Bộ Nông

nghiệp và Phát triển Nông thôn và UBND thành phố Hà Nội xây dựng nêu trong

bảng 1.2.

Bảng I- 2: Cơng trình bảo vệ bờ sơng do UBND TP Hà nội ĐTXD.

STT| — Têncôngtinwdiadanh Năm XD | Chiều đi(m) | Hình thức kếtcấu

1 [Keb Thuy Phương (Liên Mac) 1996 s00 Đi làkhan2 Kỳ bờ Phú GiaGĐI 1997 1800

3. [Ke biy Phi Gia GD It 1998 28004 |Kèbờ Tứ: 1998 11504. |Kè bờ Phúc Xá- Chương Dương 1983 400

6 Kỳ bử Bá Tring 1998 500 Đi lá khan7. Kỳ bờ Thanh Tr 1996 1050 Đi lá khan

8 Kế Bá Thị 2006 100 “Tưởng BTCT.

“Sau năm 80 , các kết cấu cơng trình bảo vệ bar đã có sự phát triển đa dạng hơn. Ngoài kết edu đá lát khan trong khung chia ô, đã sử dụng các kết cầu tường đá xây, tắm bản bê tông cốt thép bảo vệ mái,...Các edu kiện lát mái bê tông với nhiều hình thức được áp dụng. Cấu kiện chữ nhật, cấu kiện T1-79... đã tạo một lớp phủ mới làm tăng mỹ quan và hiệu quả bảo vệ cho kết cầu truyền thống.

Tir năm 2000, tại một số tỉnh phía nam đã áp dụng kết cấu cọc ván be

tơng cốt thép dự ứng lực với sự hướng dẫn của nha sáng chế : Tién sĩ Itoshima

“Nhật bản. Kết cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng của cốt thép.

ứng su

ngược với khi chịu tải, ở ngay trước khi chịu tải. Nhờ đó những kết cầu bê tông trước và sức chịu nên cia bê tông dé tạo trong kết cầu những biến dạng

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

này có khả năng chịu tải trong lớn hơn. Một số nhà máy chế tạo cọc ván bê tông

dự ứng lực cũng đã được xây dựng.

Các hệ thống kè sử dụng kết cấu tường chắn bê tông cốt thép cũng din xuất hiện, tạo điện mạo mới cho các khu vực bảo vệ được xây dựng. Đặc biệt các kết cấu mới có tính thẩm mỹ cao, hải hịa cảnh quan mơi trường, một số

cơng tình đã xây dựng được nêu trong bảng 1-3.

Bang 1-3: Một số công trình bio vệ bờ kết cầu BTCT tại Việt nam

SH — Tmangmhn Địcdnh [Hola toh [Chie ivy] Hi AA cla

T Regn Dingsingiin | Đinh | 2002 | 6770 [Chins BT aie sinc T

[ship hin hin BTCT

3 Ke gnc Ding ing Dish | VingTin | 2095 | _ 66 _[Tuing BTC

[snd cục BTCT 20.20Maine ng ty bổng 3.02.5

Ke Hing New ing Thip | 3u | 3500 [Ting BTCT

Keng ln Te Cin Ther | 2010 | eR [Ting oe vin BTCT

1 Ketuyéndy Thanh Bi | Dine Thip| 2009 | 200 [Twins BBTCT = TV BTCTDUL

Gan đây dự án Saigon River Park đã kết hợp nhiều hình thức kết cấu, tạo điểm nhắn hiện đại trong các hệ thống bảo vệ bờ mái sơng của dat nước.

THình 1-10: Thiết kế kề bảo vệ bờ ơng trình SaiGon River Park

Toc nến: Ngoồt Vin Xn. Tớp :CHISCTT “Chast ngành Nis đơng Cũng mình ấp

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Lain vấn Học . Chương 1 Ting quan

1.3. Các phương pháp xác định ứng suất trong kết cấu.

Nhằm phát huy wu điểm của kết cầu cơng trình bê tông cốt thép, yêu cầu

Xác định trang thái ứng suất được đặt ra với các mục dich

+ _ Kiểm tra khả năng chịu lực của vậ liệu, chọn thiết kế mặt cất tối ưu

Phan vùng dé chọn vật liệu, mắc bê tông phù hợp, xắc định phạm vi cân

gia cổ và phạm vi đặt thép hợp lý

© Phân khe thi công,

1.3.1, Phương pháp thực nghiệmSử dụng các máy đo với các cảm

biến thu nhận tín hiệu - xử lý. Tăng tải

trọng tác dụng din din từng bước để

kiểm tra, Thường áp dụng cho các cơng

trình kết cấu lớn, phức tap, cho số liệu

trực quan thực tế.

Tuy nhiên, các kết quả của

phương pháp thục nghiệm cần được đối

éu với các số liệu tính tốn lý thuyết

để có cái nhìn tổng quan, đồng thời góp phần hồn thiện và triển khai dự án thiết

kế tốt hơn.

1.3.2, Phương pháp sức bền vật liệu

Sử dụng 3 giả thuyết cơ bản.

‘Vat liệu có tính đồng chat, liên tục và đẳng hướng.

‘Vat liệu đàn hồi tu ệt đối và tuân theo định luật Hooke

Dudi tác dụng của nguyên nhân bên ngoài, vật thé bị thay đổi hình dang,

kích thước. Nhưng khi bỏ các ngun nhân này di thì vật thể có khuynh hướng

trở về hình dạng và kích thước ban đầu. Đây là tinh đàn hồi của vật liệu và vật

thể tương ứng được coi là vật thể đàn hồi.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

- _ Biến dang của vat thể

4 —— Hệ quả của các gia huyết

thuận lợi các phép tốn vi phân, tích phân

Áp dụng được ngun lý cộng tác dụng : Tác dụng gây ra đồng thời do. nhiễu yêu tổ bing tổng tác dụng do từng yêu tổ riêng ré gây ra

1.3.3. Phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp sai phân hữu han đã được ding khá phổ biển trong những

thập niên 60 ~ 70 của thể ky 20.

© Cho phép giải các bài tốn có Modulus biển dang E và hệ số Poisson thay

Miền giải có thé có hình ding bắt ky, kể cả những điểm góc.

< _ Có thể giải các bài tốn với điều kiện biên bắt kỳ.

© Khi xây đựng thuật tin và chương trình theo phương pháp sai phân hữu.

"hạn người lập có thé thực hiện để dàng trên máy tính.

Phương pháp sai phân hữu hạn sử dụng các đạo hàm riêng thay các sai

phân riềng cổ giá trị hữu hạn. Điều đó dẫn đến việc thay hệ phương trình vi phân bằng một hệ phương trình đại số tuyển tính của các sai phân riêng.

"Trong dang chung với bài tốn khơng gi„ các phương trình vi phân cơbản của phương pháp sai phân hữu hạn giải với các ẩn số là chuyển vị U và V,

tuân theo phương tình Lame.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Lain vấn Học . Chương 1 Ting quan

Tir đó các giá trị ứng suất được xác định theo cơng thức

Đề giải bai tốn theo chuyển vị tại các biên cần phải biết trước các

chuyển vị (chẳng hạn tại nén chuyển vị bằng 0), sau đó chuyển phương trình

Lame (phương trình đạo ham riêng bậc 2) thành phương trình sai phân bằng

cách thay đổi các vi phân ÔV/êx bằng các sai phân AV/Ax.

1.3.4. Phương pháp phần từ hữu hạn :

Tinh toán theo phương pháp phan tử hữu hạn (PTHH) - Finite Element

Method - FEM - là một trong những phương pháp tính tốn mới được áp dụng.

Phuong pháp PTHH ra đời vào cuỗi những năm 50 và đã có những bus

phát triển nhanh chóng. Đến nay có thể nói rằng phương pháp PTHH được coi là

một trong những phương pháp có hiệu quả nhất để giải các bài tốn cơ học vật

sắn nói riêng và cơ học mơi trường liên tục nói chung. Phương pháp PTHH là

phương pháp tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bai toán kỹ thuật

khác nhau. Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu.

cơng trình thủy lợi, xây dựng dân dụng, giao thơng.... đến các bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lòng, thủy din hồi, khí

dan hồi, điện - từ trường,

Phương pháp phần tử hữu han là một phương pháp gần đúng dé giải một

sổ lớp bài toán biên. Theo phương pháp phan tử hữu han, trong cơ học, vật thé

được chia thành những phần tử nhỏ có kích thước hữu hạn, liên kết với nhau tại

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

một số hữu han các điểm trên bi(gọi là các điểm mit). Các đại lượng cần timcủa bài toán (gọi là các ấn số nit), Tải trong trên các phần tử

cũng được đưa về các nút

ở nút sẽ là ân

'Trong mỗi phần tử, đại lượng cần tìm được xắp xi bằng những biểu thức. đơn giản và có thể biểu diễn hồn tồn qua các ấn số nút. Dựa trên ngun lí năng lượng, có thé thiết lập được các phương trình đại số diễn tả quan hệ giữa các ẩn số nút và tải trong nút của một phần tử. Tập hợp các phần tử theo đi

kiện liên tục sẽ nhận được hệ phương trình đại số đối với các ẩn số nút của tồn

vật thé

'Trong phương pháp PTHH, mơi trường liên tục được chia thành các phần tử nhỏ ma ở đó các phương trình vi, tích phân phức tạp đều được biểu diễn dưới dạng bậc nhất. Điểm đặc biệt là khi hợp nhất tắt cã các phần tử 46 lại với nhau vẫn có được một mơi trường liên tục và tuyến tính hoặc phi tuyến như ban đầu.

Đỏ là ưu điểm của phương pháp PTHH.

Cách làm như trên được gọi là mơ hình hóa hay tuyển tính hóa phương, trình phi tuyến của kết cấu cơng trình. Tat cả các phương trình tốn học được. lập và giải bai tốn trang thái ứng suất - biển dạng của môi trường liên tue

dura trên cơ sở mơ hình này. Các bước thực hiện cơ bản lần lượt như sau

Phan tích trang thái ứng suất và bién dang của mỗi phần từ hữu hạn.

ch trang thái ứng suất và biển dang của toàn hệ gồm nhiễu phần tử

hữu hạn nút với mỗi liên hệ tuyển tinh giữa

"Phân tích trang thai ứng suất va biến dạng của toàn hệ gồm nhiều phần tử với mỗi liên hệ phi tuyến giữa ứng suất và biển dang.

Phuong pháp phin tir hữu hạn là phương pháp được áp dụng cho nỉ

phần mềm tính tốn thơng dung. Phương pháp đã được thực tế chứng minh có hiệu quả lớn, độ chính xác cao, triển khai được cho nhiều bài tốn có cdu trúc

phức tạp.

“Trong phạm vi luận văn tác giả áp dụng phương pháp PTHH để tính tốn,

có kết hợp so sinh bằng các tinh tốn giải ích - áp dung lý thuyết dan hồi giai

đoạn tuyến tính theo TCVN 4116 — Thiết kế kết cấu BTCT cơng trình thủy

cơng, TCVN 356-2008.

Toc nến: Ngoồt Vin Xn. Tớp :CHISCTT “Chast ngành Nis đơng Cũng mình ấp

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Lain vấn Học . Chương 1 Ting quan

Phuong pháp biển phân cục bộ (BPCB) là một trong những phương pháp.

tính mạnh mẽ nhất hiện nay. Phương pháp này đã được P.L. Tremouko sử dụng

lần đầu tiên vào năm 1965 để giải bằng phương pháp số đối với các bài toán biển phân, là những bài toán liên quan tới việc tìm cực tiểu một phiém hàm cho

'Việc kết hợp phương pháp biến phân cục bộ và phương pháp phần tử

hữu hạn đễ giải các bài toán kết cấu vật liệu ở giai đoạn din dẻo phi tuyển lẫn

đầu tiên cũng do P.L. Tremouko và N.V. Banitsuk kiến nghị vào năm 1973.

Sơ đồ tính tốn và ‘ine cul

Hình 1-12 : Quan hệ Ung suất -bién dạng

roi rac (hình tam giác

hoặc hình vng).

Các phần từ được liên, ” ức

hệ với nhau ở các điểm (Quan hệ Ứng sult biển dạng của vt lie.

nút để thỏa mãn điều 0-2: Giai đoạn din hồi tuyển tính

kiện dạng liên 23: Giá đoạn chuyển iẾp phi tyển

tue. 3-4 : Giai đoạn đàn déo phi tuyển

Ung suất va biến dang

bên trong phần tử là không đơi, chuyển vj trong phan tử là him tuyến

tính của tọa độ

Uu thé của phương pháp Biến phân cục bộ so với phương pháp PTHH chủ yếu ở chỗ phương pháp BPCB không thành lập ma trận độ cứng của các

phần tử và ma trận độ cứng của hệ, hay nói cách khác là khơng cần phải giải hệ

phương trình đại số tuyến tính. Thay vì phải tính ma trận độ cứng. phương phápBPCB di tìm biến dang thơng qua các hàm tọa độ.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Đây là phương pháp cần những phần mềm máy tính điện tử mạnh với các.

thuật toán phức tạp va là một trong những phương pháp ưu việt nhất hiện nay,

1.4, Các tải trong và tỗ hợp tải trọng tác động lên kết cầu cơng trình bảo vệ bờ. “Các tải trong và tổ hợp tải trong ảnh hưởng đến kết cầu cơng trình

7tải trong tác dung thường xun

“Trọng lượng của cơng trình va các thiết bị cổ định đặt trên và trong CT s __ Ấp lực nước, áp lực thắm của nước ngim

“Trọng lượng dat và áp lực bên.

> Ap lực đất phát sinh do biến dang nền và kết cấu công trình do tải trọng

bên ngồiÁp lực bùn cát

“Tác động nhiệt lên cơng trình và nền trong thời kỳ thi cơng và khai thác

của năm có biên độ dao động nhiệt độ bình qn tháng của khơng khí là

trung bình

Tai trọng do các thiết bị nâng, vận chuyển va các máy móc, kết cấu khác

có xết đến kha năng chất vượt tả thiết kế

» Áp lực do sóng.

“Tải trọng gió.

4 Cie tai trong tạm thời đặc biệt

‘Tai trong do động đất

s __ Ấp lực nước tương ứng với mực nước khi xảy ra lũ

‘Tai trọng gây ra do áp lực dư của kẽ rỗng trong dat bão hoà nước chưa cố.

kết hoàn toàn trong điều kiện mực nước sơng rit nhanh, thiết bị làm việc

bình thường và khi bị hong

» Ap lực nước thấm gia ting khi thiết bị chống thắm và tiêu nước không

lâm việc bình thường.

“Tác động do nhiệt trong thời kỳ thi cơng và khai thác của năm có biên độ

dao động nhiệt độ bình qn tháng của khơng khí là lớn nhất

Toc nến: Ngoồt Vin Xuân. Tớp :CHISCTT “Chast ngành Nis đơng Cũng mình ấp

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Lain vấn Học . Chương 1 Ting quan

Ap lựe sông khi xảy ra tốc độ gió lớn nhất thi

Ap lực phát sinh trong mái dat do mực nước sông bị hạ thấp đột ngột

% Cie tổhợp tai trọng,

Tổ hợp tải trong cơ bản bao gồm các tải trong và tác động thường xuyên

(tam thời, dai hạn, ngắn hạn) cơng trình có thể phải tiếp nhận củng một

< __ Tổ hợp tải trọng đặc biệt bao gém các tai trong và tác động đã xét trong

tô hợp tải trọng cơ bản nhưng một (hoặc hai) trong chúng được thay thé

bằng tải trong tam thời đặc biệt

KET LUẬN CHƯƠNG I

Cơng trình bảo vệ bờ là một giải pháp hiệu quả khắc phục những khó

khăn do các tác động cơ học, vật ly. của dong chảy, Trong suốt quá trình phát triển, nhiều nơi trên thể giới đã xây dựng được những cơng trình bảo vệ bờ lớn, thực hiện tốt nhiệm vụ bảo vệ bở sơng đồng thời là cảnh quan văn hóa đặc sắc,

Cơng trình bảo vệ ba bé tơng cốt thép được áp dụng từ thé kỷ 19 và đã có.

rất nhiều dự án được thực hiện, không những bảo vệ bở ma côn hỗ trợ các hệ

thống khác như dé điu, tải nguyên nước, thủy điện, ...với chức năng đa dạng

Nghiên cửu ứng suất trong kết cu bể tông cốt thép bảo vệ ba là đặc biệt

thiết bởi vật liệu bề tông và cốt thép khi kết hợp với nhau cần định vị chính

và hạn chế riêng : phương pháp thực nghiệm, phương pháp sức bên vật liệu sử.

dụng lý thuyết đàn hồi, phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử

hữu hạn, phương pháp biển phân cục bộ,

“Các tải trọng tác động lên cơng trình rit đa dạng, được phân kim hai loại

tải trọng tác dụng thường xuyên và các tải trọng tạm thời đặc biệt, và được tổ

hợp thành các tổ hop tai trọng trong xem xét tính tốn.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

NGHIÊN CUU UNG SUAT TRONG KET CAU CƠNG TRÌNH

BÊ TONG COT THÉP BAO VỆ BO SƠNG

2.1. Khái quát chung

Khái niệm ứng suất đặc trưng cho khả năng chịu lực của vật liệu tai một

điểm, khi ứng suất vượt quá giới hạn cho phép thi vật liệu bị phá hoại. Khả năng

chịu lực, độ bên cân xác định gồm hai vẫn dé chủ yếu.Độ

Cong thức kiểm tra bên tổng qt

của bản thân cơng trình

7] : Ứng suất cho phép, thường được xác định bằng thí nghiệm phá hoại mẫu ở trạng thái ứng suất đơn.

22) Z, : Ung suất nguy hiểm xác định bằng thực nghiệm.

1: Hệ số an tồn cho phép,

“Các phương pháp tính tốn ứng suất đã nêu trong chương 1.Trong phạm

vi dé tải tính tốn tập trung chủ yếu vào phương pháp truyền thống và phương

pháp Phần tử hữu hạn. Đối tượng nghiên cứu là các dạng kết cấu bảo vệ bê tông

ái sông, được chia ra thành các dạng cơ bản là : dim, tắm bản chữ. nhật và hệ

khung mái.

2.2. Phương pháp nghiên cứu tính tốn truyền thống

Phuong pháp tính tốn truyền thống là phương pháp sức bền vật liệu.

Toc itn Neon Vân Xuân. Lip CHINCTT Chuyên ngình Nay dg Cig ink thấy

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

3.2.1. Tính tốn với dim, bản tắm chữ nhật

‘Voi bản tắm chữ nhật (áp dụng cho thanh dim, tường chắn, móng tường.

chắn, khung chia ơ mái)

Tắm phẳng thường xun chịu nén và uốn, có thé dùng cơng thức nén lệch tâm để xác định giá trị ứng suất đáy tắm thẳng đứng, còn ứng suất đáy tắm nằm ngang thi giả thiết phân bé đều trên toàn bộ diện tích đáy tắm.

Ung suất lớn nhất, nhỏ nhất tại điểm M bất kỳ trong phạm vi đáy móng

IM, Mạ : là tổng các momen của các lực đối với hai trục tương ứng đi

qua trọng tâm mặt cắt đầy mồng

F : la điện tích dưới của tắm đáy.

W,, Wy : là momen chống uốn của diện tích day móng tường đối với hai

e, : độ lệch tâm của lực tác dung lên đáy móng

2.2.2. Tinh tốn với tường chắn bê tơng

‘Tinh tốn ứng suắt trong kết cấu , quy ước tính tốn.

a _ Xem ứng suất phép trên mặt nằm ngang tuân theo quy luật bậc nhất "Trường hợp tính tốn lã tường chắn bê tơng, mặt khối nghiêng

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

% øy',œ,”: ứng suất pháp biên mép mái mặt cắt tính tốn ( KN/m*)

6M G3

Trong đó :

G,M, : Tải trong thẳng đứng và momen tính tốnB: Chiều rộng mặt cắt tinh tốn (mì).

+ Ứng suit tiép mép biên (kN'm?)

Am... G3)

Trong đó.

‘yp: Dung trọng nước.

y: Chiề

ơi : gốc giữa mái nghiêng tường phía sơng và phương thẳng đứng.

sâu lớp nước tính đến mat cắt ngang đang xét.

s* Ứng suất pháp a," biên (kN/m”)

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt Sau khi tinh toán ta tiến hành kiểm tra độ bền của kết edu, ứng suất trong cấu kiện phải đảm bảo nhỏ hơn ứng suất cho phép của vật liệu.

le, <[a]

"Ngoài ra tham khảo điều kiện 3.13 cia 14 TCN 56-88. Đối với kibê tơng, khí khơng bổ trí cốt thép ~ trường hợp cơ bản:

N,€0 (mg suit nén mang déu(-)) (PL 2-1)

6 tiết diện tiếp giáp giữa kết cầu và nền.

Øj'<0 — (ứng suit nén mang dấu()) (PL 2-4)

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

3.3. Phân tích ứng suất trong kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn. 3.3.1. Vật liệu Bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng kết hợp của hai loại vật

liệu là bê tông và thép.

Trong kết cắu khung dam chia 6 bảo vệ mái ba, kết cấu vật liệu bê tơng. cốt thép có ưu điểm nỗi trội, đã được áp dụng rộng trên thé giới

# Đặc điểm

Sự kết hợp giữa bê

tông và cốt thép đem lại

nhiều tu điểm nổi bật. Thép

và bê tơng có hệ số nở nhiệt

gần giống nhau, tránh được

sự ảnh hưởng của nhiệt độ.

Bê tông bảo vệ cốt thép khái

sự xâm thực của môi trường,

thép định vị bê tơng nhằm.

tránh nút vỡ. Bê tơng có đặc

tính chịu kéo kém, khi có cốt

thép nhược điểm này sẽ được

khắc phục do thép là vật liệ

chịu kéo khá tốt

2.42. Sốvề bê tơng.

'Tủy nhiệm vụ, đặc điểm của cơng trình có sự lựa chọn mác thiết kế

tơng phù hợp. Với mỗi loại kết cấu có quy định mác theo cường độ chịu nén. “Theo tiêu chuẩn Nhà nước TCVN 6025-1995 (Bê tơng, phân mắc theo cường độ chịu nén) thì mác được lấy theo cường độ đặc trưng của mẫu khi

15cm tính theo đơn vi MPa. Cường độ đặc trưng này được tí

bảo dim 95%, Theo tiêu chuẩn ngành I4TCN 63-2003 (Bê tông thủy công, yêu

Âu kỹ thuật) bé tông thủy cơng có các mác M0; 12,5; 15; 20; 25; 30; 35; 40;

‘vudng cạnh.

th toán với xác suất

Toc itn Neon Vân Xuân. Lip CHINCTT Chuyên ngình Nay dg Cig ink thấy

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

2.3.3. Số liệu vỀ cốt thép

Cốt thép dùng cho kết cầu bê tông cốt thép thủy công phải phù hợp với

tiêu chuẩn Nhà nước. Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tinh toán của cốt thép

theo TCVN được cho trong bảng 2.1

Bing 2-1 Cường độ tiêu chuẩn cũa cốt thép

Toa ba cố bếp Cường độ tu huân| _ Chồng độ nh toán vệ kế (MA)

Repay [Finan be hop [ Tinka Se hep

doe, san ay

Theo TOWN T6SI-1985

‘Cit ton nhơm a sả 200 160

‘Gg độ tinh tốn về men của cốt thệp

Khi R= I00MPa iy Ra,

KhiR, >400 Mpa lấy Ry = 400 Mpa

2.3.4, Bê tông côt thép dy ứng lực2.3.4.1. Nguyên

Két cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hop ứng lực căng rat cao của cốt

thép ứng suất trước và sức chịu nén của bê tông để tạo nên trong kết cầu những,

biến dang ngược với khi chịu tải, ở ngay trước khi chịu tải. Nhờ đó có khả năng,u bê tơng thi

chịu tải trọng lớn hon ự thường

Cốt thép trong bê tông, là cốt thép cường độ cao, được kéo căng bằng,

máy kéo ứng suất trước, đạt tới một giá trị ứng suất nhất định (nằm trong giới hạn din hồi). Lực căng cốt thép này làm cho kết cấu bê tông biển dạng ngược

với biến dạng do ải trong gây ra sau này khi kết cầu lâm việc. Nhờ đó, kết cấu

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Anju tải trọng lớn gần gấp đôi so với khi không căng cốt thép ứng suất 3.3.4.2. Coe ván bê tông cốt thép dự ứng h

Coe vấn bé tông cốt thép hay tường cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực

là một dạng đặt biệt của tường chắn đất, sử dụng trong các kết cấu cơng trình

bio vệ ba sông rất hiệu quả. Nhà sáng chế : tiến sĩ Itoshima Nhật bản đã trực

tiếp chuyển giao công nghệ chế tạo sang Việt nam.

‘Theo tiêu chuẳn JISA ~5354 của Nhật Bản, yêu cầu chất lượng của vật

liệu chế tạo cit bản bê tơng cốt thép dự ứng lực như sau:

© Xi măng : xi măng Porland đặc biệt cường độ cao

Phu gia : phụ gia ting cường độ của bê tơng thuộc nhóm G

© Thép chịu lực :Cưởng độ cao thuộc nhóm SD40

đường kính 12.7mm - 15.2mm.

Một số chỉ tiêu kỹ thuật của cọc ván BTCTDUL do nhà máy Châu Thới "Việt nam chế tạo đáp ứng tiêu chuẩn Nhật bản như bảng 2-2.

Bảng 2-2 : Chỉ tiêu kỹ thuật cọc ván BTCTDUL

Toc iin Ngoồt Tấn Nadie Lip CHÍNGT Chun ngình Nay dg Cig ink thấy

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

2.3.5.1. Mục đích tính tốn

Tính toán ứng suất trong kết cấu BTCT nhằm xác định trị số, phương,

chiều và sự phân bổ ứng suất trong kết cấu. dưới tác dụng của ngoại lực và các yêu tổ khác: như biến dạng nén, sự thay đổi nhiệt độ, ...nhằm mục dich:

¢ Kiểm tra khả năng chịu lực của vật liệu, chọn thiết kế mat cắt tối ưu.

+ Phân vũng để chọn vật liệu, mắc bê tông phù hợp, xác định phạm vi

"Trường hợp cầu kiện chịu n „ ứng suất kéo và ứng suất nền

quy ước đụ, , 7ạ cần thỏa mãn điều kiện

M: mô men uốn được xác định theo tải trọng tính tốn

R. : cường độ tính tốn về kéo dọc trục của bê tông,

my : hệ số điều kiện làm việc của bê tông.

ims: hệ số về chiều cao mặt cắt

R. : cường độ tính tốn chịu nén dọc trục của bê tơng

N : lực nén do tải trong tính tốn

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

F diện tích mặt cất

‘We: médun chống tốn din hồi đối với mép chịu nén của mặt cắt ©: hệ số ảnh hưởng của uốn đọc, lấy theo bảng 2-3

Bảng 2-3 đục ¿ của bê tông,

te a D . 5 0i ae " ar Ey 3s

Tp hấu dn tán cia aK

$5 anh agin ela mặc chữ hệt

tn ính up nh thst a mitt, Với mit ct tồn r= 025 đường ki của mặt các

2.3.6. Nhóm trạng thái giới hạn tính tốn

2.3.6.1. Trạng thái giới hạn thứ nhất

LA trạng thái giới hạn về độ bền (độ an tồn). Tỉnh tốn theo phương, pháp này đảm bảo cho kết cầu không bị phá hoại, không bị mắt én định, không

ất lợi của mi

tổ vé lực và ảnh hưởng trường

Các điều kiện tính tốn cơng trình, kết cấu va nền lâm việc ở trang thái bắt lợi nhất, tổng thé bao gồm: các tính tốn về độ bén và độ ổn định chung của hệ cơng trình- nền; Độ bền của các bộ phận ma sự hư hỏng của chúng sẽ làm cho việc khai thác cơng trình bị ngừng trệ: Các tính tốn về ứng suất, chuyển vị

của kết cầu bộ phận mà độ bền hoặc độ ơn định cơng trình chung phụ thuộc vào.

6 vượt tải

chúng v.v...Các lực tác động có xét đến hệ

'Việc tinh tốn được tiến hành theo các mặt cắt, chịu các nội lực M, N, Q.

‘Voi mơ men uốn M và lực dọc N tính độ bền trên mặt cắt thẳng góc với trục

kiện, với lực cắt Q tinh độ bền trên mặt cắt nghiêng.

Khi tinh độ bên trên mặt cắt thẳng góc ở trạng thái giới hạn vé khả năng.

chịu lực, dùng các giả thiết sau:

+ Bỏ qua sự làm việc của bê tông chịu kéo.

+* Xem ứng suất ở vùng bê tông chịu nén phân bố đều (biểu đỏ hình chữ nhật) và bing mR.

Toc itn Neon Vân Xuân. Lip CHINCTT Chuyên ngình Nay dg Cig ink thấy

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

4 Ứng suất trong cốt thép chịu kéo 7: không lớn hơn m.R. và ứng suất

trong cốt thép chịu nén 0°. không lớn hơn mR.

Đối với cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâm khi ngoại lực tác dụng tong mặt phẳng đổi xứng của cấu kiện và cốt thép được đặt tập trung ở gần mép thẳng góc với mặt phẳng 46 (mặt phẳng tốn) thi ứng suất trong cốt thép ơ:và ow’ được lấy phụ thuộc vào chiều cao vùng nén x của bê tơng.

¢ Khi thoả man điều kiện x < &h.lấy G.= mR. ¢ Khi thoả min điều kiện x > 2a" lấy ơ':= mR.

Trong đó h. và a” là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo (F.) và

cốt thép chịu nên (E”) đến mép chịu nén của mặt cắt

Bảng 2- 4: Giá trị & để tính cầu kiện chịu uốn, nền lệch tim và kéo lệch tâm

Cường độ nh toán ‘Gk ,fng với mắc bệ tông Mắc

sửa số thép R, Mpa) Toss 152 3u3s sua

2.3.6.2. Trạng thái giới han thứ hai

Là trang thái giới han về điều kiện sử dụng bình thường, tính tốn theo.

điều kiện này dim bảo cho kết cầu khơng có những khe nứt và những biến dạng

quá mite cho phép.

Các tính tốn tổng thé bao gồm : các tính tốn độ bền cục bộ của nền;

Các tính tốn về hạn ch chuyển vị và biển dang, v sự tạo thành hoặc mỡ rộng

vết nứt và mỗi nối thi công. Các lực tác động khơng xét hệ số vượt tải

‘Tinh tốn theo điều kiện

“Trong đó :

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

a, f: là bề rộng khe nút và biển dạng của kết cấu do tải trong

gy fy là giới hạn cho phép của bể rộng khe nút và của biển dạng để đảm bảo cầu kiện lâm việc bình thường. Thơng thường.

y= 0,05 đến 0,4 mm.

fy = 1/200 đến 1/600 đổi với dim

Tinh toán về nứt và biến dang được tiễn hành khi đã biế

thước mặt cắt va cầu tạo của cốt thép. Khi kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ

hai tải trọng tiêu chuẩn gây ra (không

=1), thuộc tổ hợp cơ bản.

iy nội lực do cvượt tải, n

Điều kiện kiểm tra được quy định dựa theo tính chất và đặc điểm của kết

cấu. Với cấu kiện khơng cho phép hình thành vết nút thi kiém tra theo điều kiện:

Hoặc 1.0, <RỆ 19)

Trong đó

nu: hệ số tổ hợp tai trong

Š : nội lực do tải trọng tiêu chuẩn

S, kha năng chống nút ứng với nội lực đang xét

Z, ứng suất kéo tại mép của bê tông,

RY: cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông.

“Trong những điều kiện thông thường, khi không dùng các biện pháp công,

nghệ và cấu tạo nhằm nâng cao tính chống thắm của bê tơng và giảm áp lực

ngược của nước th trị số của as được cho trong bảng 2-5,

Toc itn Neon Vân Xuân. Lip CHINCTT Chuyên ngình Nay dg Cig ink thấy

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

Bang 2- 5: BE rộng giới hạn khe nứtĐặc điềm va điều kiện làm việc của kết cấu

1 Kết câu thường xuyên nằm dưới nước, Không chịu ấp lục

3 Kết cấu chịu áp lực, ừ kết cu chịu kếo đúng tâm, khi gration cội nước

4 Thted các kết cầu nằm ở vùng mục nước dao động:

5. Tited các ết clu nằm ở vũng nước biển dao động.

dang (độ võng, góc xoay) của các cầu kiện hoặc xác định nội

cấu siêu tĩnh theo các công thức của môn cơ học kết cấu.

& Cac trường hợp tinh toin khơng cho phép hình thành vết

của mặt cắt. Với độ cứng đã biết có thể tiến hảnh tính tốn biển

lực trong các kết

Tiến hành tinh tốn cấu kiện bê tông cốt thép theo điều kiện không cho.

phép hình thành vết nứt trong các trường hợp sau:

'Với các cấu kiện chịu áp lực ở vùng mực nước thay đổi

các cấu kiện có yêu cầu nâng cao độ chống thắm và.

ngược của nước.

ding các loại cối thép có cưêng độ tính to

Khi có u cầu đặc bi

trình thủy lợi chun biệt

2.4. Ơn định nền và ảnh hưởng ứng suất

cũng như đối với

làm giảm áp lực

ở trong nước khi'R.lớn hơn 400MPa.

nôu trong các tiêu chuẩn thiết kế các loại công.

Quan hệ ứng suất - biến dang trong kết cấu phụ thuộc chặt chẽ vào độ ổn.

định tổng thể của cơng trình. Khi nền cơng trình én định, ác biển dạng nằm

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

trong giới han cho phép và các tính tốn ứng suất để phân vùng vật liệu, bố trí phát huy hiệu qua

Nếu cơng trình bj mắt én định, các hệ lực tác động thay đổi, cơng trình

lâm việc ở chế độ khác, hoặc có thé mắt chức năng ban đầu. Khi đồ các tính

tốn ứng suất đã có khơng cịn phù hợp. Vì vậy, việc xác định én định tổng thé

của cơng trình là đặc biệt quan trọng.

3.4.1. Phương pháp tính tốn.

“rong cơng trình bảo vệ ba, khối đất dip mái nghiêng là một hạng mục quan trọng, ảnh hưởng đến các kết cấu khác. Mái nghiêng được tinh én định

theo phương pháp mặt trượt hình trụ trdn, chia khối trượt thành các cột đứng.Hệ số ôn định chống trượt được xác định trên cơ sở phương trình tinh

học UM = 0, chia khối trượt thành các cột đứng bé rộng b như hình 2-1

Phuong pháp chia khối trượt thành những cột thẳng đứng có ưu điểm là

cho phép xét bai tốn ơn định đối với mái dốc đất gồm các loại đất khác nhau,

chịu tác động của các nội ngoại lực khác nhau (trọng lượng bản thân, lực thủy

động, áp lực nước, lực động đắc, áp lực kế rỗng, v.v..), do đó hiện nay là phương pháp được áp dung phd biển nhất trong thực tế.

"Hình 2-1: So dd tính ơn định mái đc theo mật trượt hình trụ tràn

Toc itn Neon Vân Xuân. Lip CHINCTT Chuyên ngình Nay dg Cig ink thấy

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

Cong thức tinh hệ số én định k, theo phương pháp K.Terzaghi

XS (G—,) cosa, tang, +6, | cosa,

YGsing,+ fF IR

Trong đó

Gi): trọng lượng ban chất của cột đất và nước trong kẻ rỗng đất; nếu có.

thi thay thànhtải trong ngoài (với thành phần thing đứng của ngoại lực là G’

phần tải trọng thẳng đứng bằng lực của lớp đất giả định

Pa. tổng áp lực nước (hoặc áp lực kẻ rỗng) trên mặt đáy của cột đất thứ i F,: thành phần nằm ngang của ngoại lực tác dung lên cột đất (gồm lực bÈ

mặt và lực thé tích, khơng kế lực thắm)

fi: cánh tay địn của lực F, ứng với tâm momen (với giả thiết mặt trượt

th trụ tron đó là tâm 0 của cung trượt bán kính R)

SEM g:: la tổng các momen của các lực giữ cho cơng trình khỏi bị lật đối với điểm mép đáy móng.

3S Mu, là tổng các momen của các lực gây lật cơng trình đối với cùng

điểm đó.

[K]: làhệ

cơng trình và tổ hợp tinh toán của tải trọng và tác động như bảng 2-6.

an toàn ổn định cho phép vẻ lật được quy định tuỳ theo cấp.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

"Bảng 2- 6 : Hệ số an toàn én định cho phép về lật

THệ số an tồn ơn định cho phép trơng ứng78 hợp của ti trong. và jp cơng tình có

Trong trường hợp cơng trình vừa chịu tác dụng của tải trọng thing đứng

và nằm ngang, thi chủ yéu được tính tốn theo trạng thái giới han thứ nhất : theo

khả năng chịu tải, nhưng nếu kết cấu được xây dựng trên nền đất, thì độ lún

hoặc chuyển vị ngang của nén và cơng trình cũng có thé dẫn tới trạng thái giới hạn của cơng trình, do đó việc xét tới biển dạng và chuyển vị của nén và cơng

trình cũng rat cần thị

3.42. Ơn định trượt

Để đảm bảo sự ơn định của cơng trình, hệ cơng trình — nễn dưới tác dung

của tai trong, can phải tính tốn nên theo sức chịu tai. Điều kiện cin phải thoả

Ky : là hệ số bảo đảm của cơng trình

R la sức chịu tai của nền.

Nic: là giá trị tính tốn của lực tổng quát gây trượt

Bảng 2- 7: Hệ số bao đảm của cơng trìnhCấp cơng tình Hệ số bảo dam K,

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

2.4.3. Nền đất và điều kiện tính tốn

Đối với nền đắt khi thiết kế cin phải thoả mãn 2 yêu cầu đặt ra

> Khống chế tai trọng tác dụng lên nền sao cho đất nền không bị phá hoại

"Không chế tai trọng tác dụng lên nền đẻ không gây lún quá lớn.

Giá tị tải trong vừa không gây phá hoại trượt đất nén vừa không làm cho

nên lún qua lớn gọi là sức chịu tai cho phép [R]

'Việc tính tốn ơn định của cơng trình trên nền không phải là đá phải theo sơ 48 trượt phẳng hoặc trượt hỗn hợp và trượt sâu. Ngoài ra khi lực gây trượt đó

trượt phẳng có xét đến sự quay trên mặt bằng

nh ổn định của công tinh theo sơ đồ

nên còn ở trạng thái cân bằng bén , do đó khi cơng trình mắt ơn định đắt

'Trượt hỗn hợp : ở một phần của đáy móng hiện tượng trượt xây ra trực

tiếp trên mặt nén của né , phin còn lại của đáy móng đất bị ép trồi

‘Trugt sâu : Dat nén bị trượt sâu hồn tồn vào trong nén

Cơng trình chỉ được tính ơn định trượt phẳng khi thoả mãn điều kiện.

Đối với nền là cát, đá hòn lớn, đất sét ở trạng thái cứng, nửa cứng

phải thoả mãn thêm 2 điều kiện sau

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

Ni, + Chuẩn không thứ nguyên, xác định bằng thực nghiệm. Bằng = 1 với cát chat; = 3 với các loại đất khác.

B “Chiều rộng đầy méng

te “Trọng lượng thể tích của đắt nền.

tz pi; C¡_: Đặc trưng của đất tinh theo nhóm trạng thái giới hạn thứ l tgựi —— : Giá tr tinh toán của hệ số trượt

Sons Ung suất pháp lớn nhất tai điểm góc của đáy móng.

em Ung suất pháp trung bình ở day móng.

om Hệ số mức độ cổ kết

K Hệ số thấm.

e Hệ số rỗng của đất ở trang thai tự nhiên. ° : Thời gian thi công công tỉnh.

a Hệ số nén của đất.

hy “Chiều day tinh tốn của lớp e

2.43.2. Điều kiện tính tốn trượt sâu

Cơng trình được đặt trên nên đồng chat và khơng đồng chat chỉ chịu tải

trọng thẳng đứng,

Các cơng trình chịu tai trọng thẳng đứng và nằm ngang trên nén khơng

đồng chất, mà khơng thỏa mãn (điều kiện 1:2:3)

3.4.4. Ơn định mái đốc với phương pháp Cân bằng giới hạn và Phần tir

hữu han

Kiếm tra dn định là bước kiểm tra quan trong để tiền hành phân tích ứngsuất, Cùng với sự phát tiễn mạnh của cơng nghệ máy tính, một số phương pháp.

mới được áp dung

Phương pháp cân bằng giới hạn áp dụng lý thuyết của Rankin và Coloumb là dé xác định các áp lực đất tác dụng và kiểm tra nội lực. Sau đó phải tính độ én định để ngăn chặn khả năng xuất hiện biến dang quá mức cho phép. “Thường là tính én định cục bộ và tính khả năng trượt sâu theo các phươg pháp

tính trượt kinh điển (VD: mặt trượt trụ trịn... hay một số phươg pháp Spencer,

Morgenstern-Price, Bishop, Janbu's Simplified...) hoặc có thể sử dụng phương

Toc itn Neon Vân Xuân. Lip CHINCTT Chuyên ngình Nay dg Cig ink thấy

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

pháp c-phi reduce. Hiện nay do sự phát triển của máy tính và phương pháp số

nên có thể thiết kế kết cầu bảo vệ và kiểm tra ôn định bằng các phần mém tính

tốn ( Slope với phương pháp cân bằng giới hạn, Plaxis với phần tử hữu hạn, ..) Khi tính tốn mái đốc có tường chắn cứng (gravity walls) cin đảm bảo.

On định lật (overturning): Moment lật do áp lực ngang của đất gây ra

phải nhỏ hơn moment chồng lật do trọng lượng bản thân của tường,

On định trượt (sliding): Lực sinh ra do áp lực ngang của đất phải nhỏ

hơn lực ma sát tại đáy tường,

«On định cục bộ của nền đất dưới tưởng (bearing capacity): ứng suất

đứng sinh ra do trọng lượng bản thân của tường phải nhỏ hơn sức chịu

tải của nền.

On định tổng thé (overall stability): hệ số an toàn của các mặt trượt sâu.

đều phải lớn hơn 1

Áp lực thắm và ảnh hướng đến ứng suất trong kết cầu 2:51. Dong thấm và ảnh hưỡng mái bờ

# Áplựetinh

iat đá cau tạo bờ bị âm, thắm do nước mưa, nước mặt, nước dưới dat, Quá trình ẩm ướt này làm ting trọng lượng khối đắt trên bờ đốc mái sông, làm giảm liên kết gữa các hạt đắt, thay đổi độ sé, lực dinh, góc ma sát trong, làm gia ting áp lực lên kết cấu bảo vệ mái bờ, thay đổi ứng suất trong kết cấu. Ngồi ra, q trình nước sơng dâng và rút nhanh làm cho đất bị tan rã mạnh, kém én định gây mắt én định.

"Ngồi ra, khí nước sông dng, đặc biệt trong mùa lũ, phần đất đá bị ngập

trong nước nằm trong trạng thái bị đẩy nỗi và trọng lượng của nó khơng đủ để

giữ n khối đất bên trên. Phan dit phía trên bị mắt điểm tựa có xu hướng dich

chuyển, phần đất ở trang thái day nổi sức chống cắt giảm, ứng suất pháp thay

đổi gây nguy cơ mắt ồn định.

+ Áplựcđộng

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

in vấn thạc sĩ “Chương I: Nghiên cứu Ứng sắt

Khí mưa, bão, nước mưa, nước mặt ngắm xuống đất theo ng

trong đất đá và tạo ra dịng thấm lưu thơng trong đất đá. Sự chuyển động của

dong thấm dưới đất gây ra áp lực thủy động ảnh hưởng đến sự biển đổi trang

thải ứng suất của đất đá bờ và kết cấu bảo vệ.

Hình 2-2: Ap lực động cũa dng thắm tác đụng lên mái bờ

Sơ đồ trên cho thấy áp lực thắm thủy động hướng theo dòng thắm và có.

giá tri cảng lớn khi độ thấm nước của dit đá càng bé. Trong những khoảng thời sian gradient thấm thay đổi đột ngột, áp lực thắm gây áp lực lớn lên bé mặt mái

4 Anh hưởng đến én định mái đốc do dịng thắm

Hình 2-3 Ảnh hướng đồng thắm đến dn định mái đốc

ln khối dt phan tổ M.

của vật liệu ở đoạn AB, hình 2-3) các phân tổ đất ở mái đốc có khả năng mắt én định. Phương vận tốc tiếp tuyến với đường dòng thắm tại điểm trên mái dốc. Tại điểm M, nếu phương tiếp tuyến của dòng thắm tạo với mặt nghiêng của mái dốc

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

gốc 0, thì cổ thé xác định các vận tốc thành phần theo hướng vng góc với

mái đốc vụ và tiếp tuyển mái dốc vị, trong đó:

v= vingcose

Do góc « tăng din trên đoạn AB (tại A góc = 0, tai B góc c\ = 90°)

cho nên giá tr v cũng tăng, xem đổ thi v, — f(%,4) trên hình 2

Tai A nơi đường bão hịa ra khỏi mái đốc : góc a = 0, lực thắm w = YJ

= >in, xét cân bằng lực, chiếu lên phương mái đốc, ta có:

7/1 + dung trong đất 6 trang thái bão hoa nước và diy nỗi

J: gradien ding thắm ra khỏi mái theo phương tiếp tuyển với mái đốc,

trùng bình lấy J = sin®, 2ˆ + gốc ma sắt trong của đất

tang> tan®, (2-24)

Với 7, =106 tang>2.tan®,

Anh hưởng của mye nước ngằm

Trong đất sét bão hòa nước (đất có tính thắm kém), trường hợp nguy.

hiểm nhất diễn ra khi nước ngim ứ đọng khơng thốt hoặc mực nước lớn duy tri

trong thời gian dài. Khi đó img suất tổng và các thơng số lực dính c, , trọng

lượng riêng y thay đổi đáng kể ảnh hưởng đến én định cơng trình. Riêng giá tri

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

nước cho cơng trình là đặc biệt quan trọng.

Sau khi dip, cần một thời gian để nước thốt ra khỏi khối đất bão hịa

nước, giả thị từ điều kiện khơng thốt nước ban đầu (o, = 0), Trong thời gian đó, một s pha cát mém và đất quá cổ kết có hiện tượng trị số áp lực hông xu hướng tăng lên bằng ứng suất thẳng đứng. Đắt ở tỉnh trạng tệ nhất có

dạng như một địch thể với. trong lượng đơn vi tus (bão hoa)

Với đất có độ dính nhỏ, có thể coi áp lực nước lỗ rỗng nằm trên mục.

nước ngim là bằng khơng. Phía trên mực nước ngầm, dung trọng day nỗi (7.

hiệu quả) là dung trong tự nhiên của đất trừ đi lực đẩy nổi Acsimet đối với thé tích hạt đất chiếm chỗ trong nền bão hồ nước. Do đó khi thiết kế cần bồ trí thiết bị thốt nước cho khối dit để mực nước ngim khơng thé ding lên quá cao, đặc

biệt khi có sự tham gia của tường chin, Nếu mực nước ngằm dâng lên phía sautường do thốt nước kém hay ngập lụt bit thường thi trong lượng đơn vị hiệu

sẽ bằng Yc Y« (74: dung trọng nước).i với đi

cát thì đúng như vậy, nhưng. sết thi

Da số loại sét có đặc tính là lớp không thấm nước, không tồn tại sự lưu

thông của nước tự do giữa các hạt sét (khi chưa gia tải khơng có thốt nước do

9), do đó khơng có lực đây nói Acsimet đi các hạt sét ma chỉ có đối

với ting sét (khi có sự lưu thơng nước không áp qua ting sét).

Lực kháng cắt (theo cung trượt gid thiết) để tính sức chịu tải nền phụ

thuộc vào dung trọng hiệu quả của lớp đất phía trên cung trượt. Khi cung trượt

nằm trong lớp đất sét thì việc sử dụng dung trọng day nỗi được áp dụng nhằm tăng an tồn cho nên.

Giả thiết rằng khơng có dịng thắm và mực nước ngim, mặt dit không

chất tả thi áp lực hông tại độ sâu Z bằng :

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Lain vấn Học . “Chương i: Nghiên cứu Ủng sắt

ih toán

Khi tổng áp lực tác dung lên tường có xét áp lực thủy tinh

gây ra bởi áp lực nước ngằm

(2-26) 2.5.1.2. Ảnh hưởng cia quá trình dim chặt mái đất đến áp lực nước lỗ ring trong đất

Dòng thấm gây ảnh hưởng lớn đến sự hình thành đắt bão hỏa nước phía

dưới đường bão hịa. Dưới tác động của ngoại lực (hoạt tải, áp lực sóng...)trang thái của đất bão hịa thay đổi

Nếu đất bão hồ nước thì dưới tác dụng của tải trọng ngoài, trong dat sẽ

diễn ra sự phân bổ lại ứng suất: một phân tai trọng do cốt đất tiếp thu gọi là áp xảy ra hiện tượng nước tự do bị thoát khỏi lỗ rỗng của đất. Còn áp lực hữu hiệu sẽ gây nên hiện tượng sắp xép lại cấu trúc của đất, làm các hat sit lại gần nhau

hơn và do đó, độ chặt của đất tăng lên. Đó là q tình nén chặt thuần tuý.

Néu lực liên kết giữa các hạt a vững để tai trọng ngồi

khơng đủ sức phá huỷ chúng thi sự nén chặt đất sẽ liên quan với biến dạng đàn

hai xây ra một cách nhanh trong khối đất. Nhưng nếu lực liên kết này yếu hơn và đất hồn tồn bão hồ nước tự do thì hiện tượng nén chặt đất đồng thời xảy ra với hiện tượng thoát hơi nước ra khỏi lỗ rỗng của đất. Khi Ấy, trong đất phải xuất hiện một lực chống lại sự chuyển động của nước trong lỗ rỗng. Trong trường hợp này q trình nén chặt đất có tốc độ nén được coi bằng tốc độ chuyển động của nước thoát ra khỏi lỗ rồng.

Tuy nhiên, để xảy ra q trình nén đất, nếu chỉ có mỗi sự thốt nước tự

do thì chưa đủ ma các hạt đất cịn phải chuyển vị một cách tương đổi với nhau,

lim hạt này trượt lên hat kia, Hiện tượng này liên quan với biển dạng déo xuất

hiện tại các mặt tiếp xúc giữa các hat đắt với hệ thống nước - chất keo dính có

độ nhớt nhất định. Loại bién dang nảy cũng đồi hỏi một khoảng thời gian nhất định - Nếu biến dạng déo xảy ra một cách châm chap thi tốc độ nén chặt đất được xác định không phải bằng tốc độ thoát nước tự do mã bằng tốc đội

lại cấu trúc của đắt

</div>