-1 -
M
I. Tính c p thi t c a
U
tài:
c s ch đang là v n đ b c xúc thu hút s quan tâm c a t t c các c ng
N
đ ng ng
i trên th gi i đ c bi t là
H u h t các ngu n n
ô nhi m
các n
c đang phát tri n và ch m phát tri n.
c ng t trên th gi i nói chung và
Vi t Nam nói riêng đ u b
các m c đ n ng nh khác nhau. M t báo cáo k t qu nghiên c u n m
1993 c a U ban Hành đ ng Qu c t v Dân s (PAI) c a M cho bi t đ n n m
2025, c ba ng
i thì có m t ng
th ng ho c r t khan hi m v n
b n v ng: Dân s và T
tri u ng
ng
i s ng
iđ
cd
i
các n
c s s ng c c k khó kh n do c ng
c. N m 1990, k t qu nghiên c u v : “Ngu n n
ng lai c a ngu n c p n
các n
c tái t o.” cho th y có h n 350
c b c ng th ng ho c khan hi m v n
i 1700 m3 n
c). S ng
m t n a dân s th gi i. Ta bi t r ng, ngu n n
dân, gây ra tình tr ng suy dinh d
mai sau. Tr
ng
c tình hình đó, Nhà n
dân, Lu t b o v môi tr
c (m i n m/ m i
i lâm vào hoàn c nh này s t ng lên g p 8
l n vào n m 2025 t c kho ng t 2,8 t đ n 3,3 t ng
g c ch y u gây ra các b nh t t, nh h
it
ng đ
c, thoát n
công c ng
kh n v n
ng đ n s c kho và lao đ ng c a ng
tr em, nh h
i
ng lâu dài đ n các th h
c ta đã ban hành Lu t b o v s c kho nhân
ng và nhi u v n b n pháp quy v vi c cung c p n
c s ch
c, các h th ng
c, các công trình v sinh và th c hi n các quy đ nh v v sinh
nhi u đ a ph
c u ng và n
ng còn b h n ch . Nhi u vùng nông thôn còn r t khó
c sinh ho t. Ngu n n
nhi u n i b ô nhi m n ng n . Ngu n n
m n hoá, phèn hoá, tr l
ng n
c ng m t i không ít gi ng khoan c ng b
ng m a ít nh t c n
n m bi n đ ng m nh m , mùa m a r t ng n.
t nh h n 1 và l
c m t trong kênh, r ch, ao, h
c b c n ki t do b khai thác quá m c.
Ninh Thu n là m t khu v c có l
m
ng kho ng g n
c sinh ho t b ô nhi m là ngu n
cho nông thôn, mi n núi, th tr n, th xã; vi c b o v các ngu n n
c pn
c
c, l
ng m a hàng
ây là vùng khô h n nh t v i ch s
ng m a n m th p h n 1000 mm, mùa m a ch có t 3 đ n
4 tháng, nhi u n m không có mùa m a, n n nhi t đ cao, nhi t đ trung bình n m là
-2 26oC đ n 28oC, nhi t đ gi a các tháng trong mùa h g n nh không thay đ i. M t
đ l
i sông t i Ninh Thu n t
ng đ i th p, trong ph m vi 0,10-0,15 km/km2. Mô
đun dòng ch y n m trên các sông su i r t nh , d
i 10 l/s.km2. Ngu n n
cm t
v n đã r t ít l i t p trung vào mùa l ng n 3-4 tháng đ l i 8-9 tháng c n ki t kéo
dài. M c dù ngu n n
c r t h n ch nh th , nh ng nhu c u s d ng n
c cho s n
xu t và đ i s ng trên đ a bàn Ninh Thu n khá cao. Trong m t th i gian dài, Ch
ng
c sinh ho t nông thôn v i s tài tr c a UNICEF đã khoan cho nông dân
trình n
hàng nghìn gi ng khoan l p b m tay. Tuy nhiên r t nhi u trong s đó đã không còn
ho t đ ng n a do k thu t. M t khác, nghiên c u c a các nhà khoa h c c ng ch ra
r ng lo i hình gi ng khoan tay này là m t tác nhân gây phá hu môi tr
m nh, vì do đa s chúng không đ
n
c ch t l
hu ch t l
ng x u
ng n
c x lý k thu t t t – chúng là con đ
bên trên xâm nh p xu ng t ng n
trên đ a bàn t nh Ninh Thu n đ
c
ng và Nhà n
ng trình m c tiêu qu c gia n
Ninh Thu n đã và đang đ
n
i, gây phá
c s ch trong đó có h ng m c
c có dung tích l n, có tác d ng đi u áp và cung c p n
v n ch
ng d n
c các t ng sâu [1].
Vi c đ u t xây d ng các h th ng c p n
n
c chính bên d
ng r t
ài
c sinh ho t cho nhân dân
c h t s c quan tâm. T ngu n
c s ch và v sinh môi tr
c đ u t xây d ng t ng b
ng nông thôn,
c gi i quy t đ
c s ch cho nhân dân. Qua th c t s n xu t cho th y các công trình đ
cv nđ
c đ t trên
n n có h s k n n khác nhau, vi c tính toán lo i công trình này ch y u là tính toán
th y l c đ xác đ nh chi u cao và dung tích
đài th
ng áp d ng t
ài n
c; v ki u dáng k t c u móng
ng t , vi c tính toán thiên v an toàn th
ng là gi i pháp l a
ch n c a đ n v t v n thi t k , trong khi bài toán kinh t đang c n đ
c phân tích
đ nâng cao hi u qu đ u t .
Vì v y phân tích tr ng thái ng su t, bi n d ng c a
kích th
ài n
c đ l a ch n
c móng đài thích h p v i đ c tính n n ph bi n trên đ a bàn t nh Ninh
Thu n là h t s c c n thi t góp ph n làm gi m giá thành công trình t ng hi u qu
đ ut .
-3 II. M c đích c a
tài:
C n c vào đ c tính n n ph bi n trên đ a bàn t nh Ninh Thu n đ l a ch n
kích th
c móng đài thích h p, th a mãn đi u ki n tr ng thái ng su t, bi n d ng
cho phép theo tiêu chu n hi n hành.
it
III.
ng và ph m vi nghiên c u:
it
ng: Tính toán l a ch n kích th
c móng đài thích h p v i các đ c tính
n n c a 3 khu v c huy n Ninh S n, huy n Bác Ái, huy n Ninh H i, t nh Ninh
Thu n.
Ph m vi: Nghiên c u quan h gi a chi u sâu đ t móng h m , bán kính móng R
và chi u dày b n đáy δ v i các dung tích V đài = 50m3, 100m3, 150m3 và chi u cao
H đài = 10m, 15m, 20m, t
ng ng v i m t s lo i n n có h s k n n khác nhau trên
đ a bàn t nh Ninh Thu n.
IV. Cách ti p c n và ph
-
ng pháp nghiên c u:
Xây d ng mô hình không gian k t c u
ài n
c cho các tr
tích và chi u cao đài trên n n có h s khác nhau đ l a ch n kích th
ng h p dung
c móng đài
thích h p th a mãn đi u ki n v chuy n v và ng su t.
-
S d ng ph n m m SAP2000 phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng.
V. K t qu đ t đ
-
c:
Xây d ng các đ
ng quan h gi a chi u cao, bán kính, chi u dày b n đáy
móng đài ng v i các lo i dung tích, chi u cao c a đài n
nhau đ l a ch n kích th
-
c và các h s n n khác
c móng đài thích h p.
a ra khuy n cáo v ph m vi áp d ng c a t ng lo i móng đài trên m t s
lo i n n đ c tr ng t i đ a bàn t nh Ninh Thu n.
-4 -
CH
1.1 Khái quát v
ài n
NG 1: T NG QUAN
c
Vi c cung c p n c s ch và đ m b o v sinh môi tr ng đang là v n đ c n
gi i quy t n c ta hi n nay. Trong các h th ng c p n c t p trung h ng m c
công trình không th thi u đó là t o áp l c n c trong đ ng ng đ d n đ n các
n i tiêu th . Hi n nay các h th ng c p n c t i đô th , các khu công nghi p v i
ph m vi cung c p n c r ng, l u l ng tiêu th n c l n, liên t c nên vi c t o áp
l c n c trong đ ng ng th ng s d ng các lo i b m t ng áp, b m bi n t n ho c
tr m b m t ng áp có bình đi u áp b ng khí nén thay cho đài n c truy n th ng. Tuy
nhiên t i các h th ng c p n c t p trung nông thôn do ph m vi c p n c h p,
l ng n c tiêu th ít và ch y u vào nh ng gi cao đi m nh t đ nh nên vi c s
d ng đài n c đ t o áp l c và đi u ti t l ng n c c p v n là gi i pháp đ c l a
ch n nhi u nh t vì chúng có nh ng u đi m nh sau:
-T ođ
cc tn
c áp l c n đ nh trong ph m vi c p n
c c a công trình.
- i u ti t l ng n c c p đ i v i nh ng gi cao đi m, là ngu n d tr s
d ng nh ng gi th p đi m cho các h tiêu th .
- T o đi m nh n ki n trúc không gian trong khu v c nông thôn. Gi m chi phí
trong quá trình v n hành khai thác công trình sau đ u t .
1.2 Hi n tr ng xây d ng ài n
c trên th gi i và
Vi t nam
Trên th gi i s d ng đài n c đã có t lâu. ài n c hay g i là tháp n c là
m t k t c u tr n c đ c đ t trên cao nh m gây áp l c lên h th ng c p n c phân
ph i n c sinh ho t và tích n c đ cung c p kh n c p cho phòng cháy ch a cháy.
Các lo i đài n c nói chung ch đ l u tr n c thô (không u ng), n c phòng cháy
ch a cháy ho c các m c đích công nghi p, và có th không c n ph i k t n i v i m t
ngu n cung c p n c công c ng.
ài n c có th cung c p n c ngay c khi m t đi n, vì d a vào áp l c th y
t nh gây ra b i đ cao c a n c (do tr ng l c) đ đ y n c vào h th ng phân ph i
n c sinh ho t và công nghi p. M t đài n c c ng ph c v nh m t h ch a đ
gánh vác nhu c u dùng n c trong th i gian s d ng cao đi m. N c trong đài
th ng đ c s d ng vào các gi s d ng cao đi m trong ngày, sau đó s d ng máy
b m b m n c lên đài vào nh ng gi th p đi m. V i đài n c làm vi c trong vùng
b ng giá, quá trình này c ng gi cho n c không b đóng b ng trong th i ti t l nh,
do n c trong đài đ c liên t c đ c x và n p l i.
-5 -
ài n
c t i Kuwait City - Kuwait
Hình 1. 1: M t vài ài n
ài n
c Louisville – Hoa K
c trên th gi i
Vi c s d ng các b ch a n c đ t trên cao đã t n t i t th i c đ i d i các
hình th c khác nhau. Tuy nhiên đ n th k 19, khi máy b m h i n c tr nên ph
bi n, đài n c đ c s d ng cho các h th ng n c công c ng đ gây áp l c, đài
n c càng đ c phát tri n khi ng d n t t h n có th ch u áp su t cao h n.
Nhi u đài n c bây gi đ c coi là có ý ngh a l ch s , và đã đ c đ a vào
danh sách di s n khác nhau trên th gi i. M t s đ c chuy n đ i thành c n h ho c
c n h penthouse đ c quy n.
T i Vi t Nam t th i k Pháp thu c đã xu t hi n r t nhi u đài n c trong các
khu dân c t p trung, các đ n đi n cao su t B c vào Nam và đ n nay v n còn t n
t i tr thành di tích l ch s .
Tháp n
c Hàng
Hình 1. 2: M t s
ài n
u – Hà N i
cđ
c xây d ng
ài n
c Dã Viên – Tp Hu
Vi t Nam t th i k Pháp thu c
-6 Sau khi th ng nh t đ t n c, chúng ta đã xây d ng m t s
ài n c trong
các khu t p th , chung c v i m c đích c p n c sinh ho t cho các khu nhà t p th
cao t ng. i n hình nh tháp n c Trung T , Kim Liên Hà N i, do y u t k
thu t nên t khi xây d ng đ n nay h n 35 n m không đ c s d ng và đã b phá b .
Hi n nay nhi u tháp n c v n ti p t c đ c xây d ng ch y u cung c p n c cho
các khu công nghi p, c u h a, các khu t p trung dân c …
Tháp n
c Trung T – Hà N i
Hình 1. 3: M t s
ài n
cđ
1.3 Hình th c c u t o ài n
c xây d ng
ài n
c khu CN ình V - HP
Vi t Nam nh ng n m g n đây
c
Có nhi u cách đ phân lo i đài n c, tuy nhiên theo đ c đi m c u t o có th
phân thành 2 lo i đài n c nh sau: ài n c thép và ài n c bê tông c t thép.
(1). ài n
c thép
Ngoài ph n móng ra còn l i s d ng thép trong k t c u thân đài, b u đài s
d ng b ng thép, composite ho c Inok. Lo i này th ng là nh ng đài n c có dung
tích nh , th i gian s d ng ng n.
H u h t các đài n c đã đ c xây d ng Vi t Nam đ u có d ng k t c u
truy n th ng, bao g m các b ph n ch y u nh : móng đài, thân đài, b u đài.
- Móng đài: Xây d ng b ng bê tông c t thép, bê tông ho c g ch, đá xây nh m
đ m b o truy n l c t đài xu ng n n công trình gi công trình an toàn, n đ nh.
- Thân đài: G m tr đ b ng thép ho c các thanh thép liên liên k t v i nhau
b ng bu lông t o thành khung đ b u đài, trên đó có g n thang lên xu ng đài và
đ ng ng c p thoát n c.
- B u đài: B ng thép, Inok ho c composite ch t o s n liên k t v i thân đài,
trên b u đài có g n thi t b ch ng sét, h th ng ng, van c p n c lên xu ng,…
(2). ài n
c bê tông c t thép
-7 Là lo i công trình c u t o hoàn toàn b ng bê tông c t thép ho c thân đài b ng
bê tông c t thép, b u đài b ng thép ho c Inok ch t o s n l p ghép v i thân đài.
c s d ng ph bi n vì lo i này th ng là nh ng đài n c có dung tích ch a l n,
th i gian s d ng lâu dài và đáp ng đ c yêu c u m quan c a khu v c.
Các đài n c đã đ
tông c t thép li n kh i.
c xây d ng
Vi t Nam ch y u đ u có d ng k t c u bê
- Móng đài: Nh m đ m b o truy n l c t đài xu ng n n công trình gi công
trình an toàn, n đ nh. Tùy vào k t c u thân đài, kh n ng ch u t i c a n n đ b trí
móng đài phù h p. Tr ng h p thân đài là m t tr đ thì móng đài s d ng móng
bè, thân đài g m nhi u tr bê tông c t thép liên k t v i nhau thì s d ng móng đ n
liên k t v i nhau b ng các d m bê tông c t thép ho c s d ng móng bè (n u n n
thiên nhiên đ m b o kh n ng ch u t i, s d ng móng nông). Tr ng h p n n đ t
y u không đ m b o kh n ng ch u t i c a công trình th ng ph i s d ng móng sâu.
- Thân đài: G m 2 lo i chính nh sau: Lo i 1 g m nhi u tr đ b ng bê tông
c t thép liên liên k t v i nhau b ng các d m bê tông c t thép t o thành khung đ
b u đài (hình 1. 4a), lo i này tr c kia th ng đ c s d ng ph bi n, tuy nhiên v
m t m quan không đáp ng đ c đòi h i cu c s ng hi n t i nên đ n nay ít áp d ng.
Lo i 2 g m 1 tr đ b ng bê tông c t thép (hình 1. 4b), lo i này đang s d ng khá
ph bi n trong th c t hi n nay do đáp ng đ c yêu c u m quan, t o đi m nh n
ki n trúc trong khu v c.
- B u đài: ch y u b ng bê tông c t thép đ t i ch liên k t v i thân đài, h
th ng ng, van c p n c lên xu ng.
(a) ài n
c đ t trên h khung
Hình 1. 4: ài n
(b) ài n
c bê tông c t thép
c đ t trên tr đ
-8 Nói chung v hình th c ài n c là k t c u m nh có đ cao l n, trong khi đó
kh i l ng n c t p trung trên đ nh do đó t o mô men l n đ i v i móng đài khi
ch u tác d ng c a t i tr ng ngang. Vì v y vi c nghiên c u k t c u móng đài phù h p
trên các lo i n n khác nhau khi ch u tác d ng c a các lo i t i tr ng trong đó có t i
tr ng gió, đ ng đ t là vi c làm c n thi t đ đ m b o ài n c làm vi c n đ nh lâu
dài.
1.4 Khái ni m v n n móng công trình
1.4.1 N n và móng
N n móng là ph n công trình làm vi c chung v i l p đ t bên d i tr c ti p
gánh đ t i tr ng bên trên truy n xu ng. Công vi c tính toán n n móng là nh m
ch n đ c m t lo i n n móng công trình đ m b o các đi u ki n sau:
1- Công trình ph i tuy t đ i an toàn.
2- Kh thi nh t cho công trình.
3- Giá thành r nh t.
Móng là b ph n d i công trình có tác d ng truy n và phân b t i tr ng t
công trình lên m t n n. Móng th ng có kích th c l n h n k t c u bên trên đ
gi m áp su t m t n n.
Móng đ
c chia làm hai lo i móng nông và móng sâu.
Móng nông (hình 1. 5a) là ph n m r ng c a chân c t ho c đáy công trình
nh m có đ c m t di n tích ti p xúc thích h p đ đ t n n có th gánh ch u đ c áp
l c đáy móng, lo i móng này không xét l c ma sát xung quanh thành móng v i đ t
khi tính toán kh n ng gánh đ c a đ t.
Móng nông th ng đ c chia thành móng đ n ch u t i đúng tâm, móng đ n
ch u t i l ch tâm l n, móng ph i h p, móng b ng, móng bè.
Hình 1. 5: M t s lo i móng th
ng g p
-9 Móng sâu khi đ sâu chôn móng l n h n chi u sâu t i h n Dc, t đ sâu này
s c ch u t i c a đ t n n không t ng tuy n tính theo chi u sâu n a mà đ t giá tr
không đ i, và thành ph n ma sát gi a đ t v i thành móng đ c xét đ n trong s c
ch u t i c a đ t n n, g m các lo i móng tr , móng c c, móng barrette.
Móng tr g m các c t l n chôn sâu gánh đ các công trình c u, c ng, giàn
khoan ngoài bi n,….
Móng c c là m t lo i móng sâu, thay vì đ c c u t o thành m t tr to, ng
ta c u t o thành nhi u thanh có kích th c bé h n tr .
N n là ph m vi đ t phía d
d ng khi xây d ng công trình.
d
i
i móng ch u thay đ i tr ng thái ng su t bi n
N n t nhiên là n n g m các l p đ t có k t c u t nhiên, n m ngay sát bên
i móng, ch u đ ng tr c ti p t i tr ng công trình do móng truy n sang.
N n nhân t o là n n khi các l p đ t ngay sát bên d i móng không đ kh
n ng ch u l c v i k t c u t nhiên (th ng g p là sét, á sét, á cát tr ng thái d o
nhão, nhão, bùn, cát x p (r i), 0,2 kG/cm2 ≤ Rtc ≤0,8 kG/cm2), c n ph i áp d ng các
bi n pháp nh m nâng cao kh n ng ch u l c c a n n.
1.4.2 Mô hình n n
Xét m t móng d m nh hình v sau:
x
0
w(x)
Hình 1. 6: Mô hình n n
D i tác d ng c a t i tr ng ngoài q(x) và ph n l c n n p(x) móng d m b
u n và đ võng c a móng w(x) đ c xác đ nh b ng ph ng trình vi phân trong s c
b n v t li u:
EJ .
d 4 w( x)
= q( x) − p( x)
dx 4
(1. 1)
Ph ng trình (3. 1) ch a 2 hàm s ch a bi t là w(x) và p(x). V i m t ph ng
trình bài toán s không gi i đ c. i u đó có ngh a là bi n d ng c a d m và n i l c
- 10 c a nó không ch ph thu c vào t i tr ng ngoài và đ c ng c a b n thân d m mà
còn ph thu c vào tính bi n d ng c a n n.
gi i ph ng trình trên c n d a vào đi u ki n t ng tác gi a móng và n n
do chúng luôn ti p xúc v i nhau ta có đi u ki n ti p xúc gi a đáy móng và m t n n
sau khi lún là w(x) = s(x).
ng th i ph i dùng m t mô hình c h c nào đó đ mô
t tính bi n d ng c a n n d i tác d ng c a l c, đó chính là quan h gi a đ lún c a
n n s(x) v i áp l c đáy móng (ph n l c n n), ngh a là:
s(x) = F 1 [p(x)]
ho c
p(x) = F 2 [s(x)]
Các quan h trên th hi n c ch làm vi c c a n n d
l c, và đ c g i là mô hình n n.
i tác d ng c a ngo i
1.4.2.1 Mô hình n n bi n d ng c c b (mô hình Winkler)
C s c a mô hình: T i m i đi m ( m t đáy) c a d m trên n n đàn h i, áp
su t m t n n (= ph n l c n n p(x)) t l b c nh t v i đ lún c a n n s(x):
p(x) = c.s(x)
trong đó:
c – h s t l , g i là h s n n, tr s c a nó b ng áp su t gây ra 1 đ n v đ
lún n n có th nguyên [p/1 đ n v lún → kN/m3].
i v i d m có chi u r ng b, bi u th c liên h là:
p(x) = b.c.s(x)
ho c
b.c = k thì ta có p(x) = k.s(x)
N n đ t tuân theo gi thi t Winkler g i là n n Winkler, ph
toán d m trên n n (đàn h i) Winkler, g i là ph ng pháp h s n n.
ng pháp tính
Mô hình n n Winkler coi n n đ t nh m t h lò xo đ t th ng đ ng, dài b ng
nhau, có đ c ng c, làm vi c đ c l p v i nhau.
Nh c đi m ch y u c a mô hình n n Winkler là nó không ph n ánh đ c
tính phân ph i c a đ t. Th c t đ t có tính dính và ma sát trong, nên khi ch u t i
tr ng c c b nó có kh n ng lôi kéo c vùng đ t xung quanh vào cùng làm vi c v i
ph n đ t ngay d i t i tr ng.
c tính y c a đ t đ c g i là đ c tính phân ph i.
Mô hình n n Winkler vì v y còn g i là mô hình n n bi n d ng c c b .
Do không k đ n tính phân ph i c a đ t nên có s sai l ch nh sau:
+ Khi n n đ ng nh t, t i tr ng phân b liên t c trên d m (m m tuy t đ i) thì
theo mô hình n n Winkler d m s lún đ u và không b u n. Nh ng th c t quan sát
- 11 th y trong tr ng h p này d m v n b võng gi a vì vùng đ t gi a ph i làm vi c
nhi u h n do nh h ng c a vùng đ t xung quanh nên lún nhi u h n hai đ u.
+ Khi móng tuy t đ i c ng, t i tr ng đ t đ i x ng, móng s lún đ u, theo mô
hình Winkler ng su t ti p xúc s phân b đ u. Nh ng nh ng k t qu đo đ c thí
nghi m trong các tr ng h p nh v y, ng su t ti p xúc v n phân b không đ u mà
phân b theo m t đ ng cong lõm ho c l i tùy theo kho ng tác d ng c a t i tr ng.
+ M t tr ng h p n a khi d m tách ra kh i n n n u theo mô hình n n
Winkler ng su t ti p xúc ph i có giá tr âm (ngh a là ng su t kéo). Nh ng th c t
d m và n n không th có ng su t kéo đ c.
1.4.2.2 Mô hình n n bán không gian bi n d ng t ng th
Tr ng h p bài toán không gian. N n đ t đ c xem nh m t bán không gian
bi n d ng tuy n tính có gi i h n phía trên là m t m t ph ng vô h n v i nh ng đ c
tr ng là mô đun bi n d ng E 0 và h s n hông µ 0 .
Hình 1. 7: Liên h gi a t i tr ng và đ lún c a n n
M t t i tr ng t p trung (P) tác d ng lên m t n n, cách đi m đ t l c m t
kho ng (r) m t đ lún đ c xác đ nh theo công th c Butxinesk:
S=
P (1 − µ02 )
π E0 d
Bi u th c trên bi u di n đ
(1. 2)
ng lún m t n n có d ng đ
ng cong Hypecbol.
trong đó:
E 0 và µ 0 : mô đun bi n d ng và h s n hông c a n n
P: t i tr ng tác d ng t p trung
r: kho ng cách t đi m xét đ n đi m l c tác d ng
S: đ lún c a n n t i đi m xét.
Tr ng h p bài toán ph ng theo l i gi i c a Flamant, ta có đ lún c a đi m
A so v i đi m B là:
- 12 S=
P.2(1 − µo2 ) D
ln
d
π E0 d
(1. 3)
trong đó:
A, B: hai đi m đang xét
P: T i tr ng tác d ng theo ph
ng đ
ng th ng
d: kho ng cách t đi m xét đ n đi m đ t l c tác d ng
S: đ lún c a n n
đây d ng lún c a m t n n là m t đ
ng cong hàm s Logarit.
Hình 1. 8: Liên h gi a t i tr ng và đ lún c a n n
Mô hình n n n a không gian bi n d ng tuy n tính đã xét đ n tính phân ph i
c a đ t (bi n d ng c a n n đ t x y ra c ngoài đi m đ t t i) vì v y mô hình này còn
g i là mô hình n n bi n d ng t ng quát.
Nh c đi m c a mô hình là đánh giá quá cao tính phân ph i c a đ t vì khi
tính toán đã coi n n đ t là môi tr ng đàn h i, chi u sâu vùng ch u nén t i vô h n,
cho nên d n t i bi n d ng m t n n ra xa vô h n.
Th c t chi u sâu vùng ch u nén ch gi i h n m t đ sâu nh t đ nh (H a ) và
đ lún m t n n s t t t i m t đi m cách v trí đ t t i ch m t kho ng nh t đ nh, tùy
theo lo i đ t, tr ng thái c a đ t và tr s t i tr ng.
1 – Mô hình Winkler
2- Mô hình n n bi n d ng
t ng quát
3 – Tài li u thí nghi m
th c t đo đ c
- 13 Hình 1. 9: Thí nghi m bàn nén đ lún c a m t đ t
1.4.2.3 Mô hình n n l p không gian bi n d ng t ng th
Mô hình là b c phát tri n c a mô hình n n n a không gian bi n d ng t ng
th , nh ng đã xét đ n chi u dày l p đ t n n ch u nén (H a ).
Tr
ng h p H > H a thì l y H a đ tính toán.
Tr
ng h p H < H a thì l y H đ tính toán.
K t qu ph n l c n n tính theo mô hình n n này sát v i th c t h n. Nh c
đi m c a mô hình là tính toán coi vùng ch u nén H a là h ng s nh ng th c ra H a
thay đ i tùy theo đi m tính lún và vi c tính toán khá ph c t p trong nhi u tr ng
h p còn ch a gi i quy t đ c.
1.5 Tính toán n n móng theo tr ng thái gi i h n
1.5.1 Tính toán n n móng công trình theo tr ng thái gi i h n 2
Các công trình ch y u ch có các l c tác d ng th ng đ ng và xây d ng trên
n n đ t m m y u th ng d b m t n đ nh do các đi u ki n bi n d ng gây nên. Do
đó ph i tính toán n n móng theo tr ng thái gi i h n 2. Trong tính toán ph i ch n t
h p t i tr ng c b n còn tr s các t i tr ng l y v i các giá tr tiêu chu n (N tc ). Các
ch tiêu c lý c a đ t n n cho phép l y giá tr tính toán ng v i h s an toàn v đ t
K đ = 1.
1.5.1.1
S b xác đ nh kích th
c đáy móng
a. Nguyên t c xác đ nh
Trong tính toán n n móng theo tr ng thái gi i h n 2 thì bi n d ng c a n n
đ c tính khi n n làm vi c trong giai đo n bi n d ng tuy n tính, c n đ m b o đi u
ki n:
p tb = R tc
(1. 4)
Khi t i tr ng l ch tâm c n có thêm đi u ki n:
p max = 1,2 R tc
(1. 5)
trong đó:
p tb và p max : l n l
R tc : c
t là áp su t đáy móng trung bình và l n nh t
ng đ tiêu chu n c a đ t n n đ
R tc = m(A 1/4 γb + Bq + Dc)
đây:
b: chi u r ng móng
q: t i tr ng biên móng
c xác đ nh nh sau:
(1. 6)
- 14 c: l c dính đ n v c a n n đ t
γ: dung tr ng c a đ t n n
A 1/4 , B, D: nh ng h s ph thu c vào góc ma sát trong c a đ t
m: h s đi u ki n làm vi c c a n n móng.
b. Xác đ nh kích th
+
c móng khi t i tr ng đúng tâm
i v i móng đ n
N u có m t móng đ n chi u r ng là b, chi u dài là L, ch u t i tr ng tác d ng
lên móng là N tc thì áp su t đáy móng trung bình s là:
Hình 1. 10: S đ tính toán xác đ nh kích th
ptb =
N tc + G
L.b
c móng
(1. 7)
đ n gi n trong tính toán:
ptc =
N tc
+ γ tb .H m
α .b 2
(1. 8)
trong đó:
α=
1
(nên L.b = αb2)
b
γ tb : tr ng l
ng riêng trung bình c a đ t và móng
H m : chi u sâu đ t móng
D a vào đi u ki n p tc = R tc ta có:
N tc
+ γ tb .H m = m( A1 / 4γb + Bq + Dc)
α .b 2
T đó rút ra ph
ng trình xác đ nh chi u r ng móng:
b3 + k1b 2 − k2 =
0
trong đó:
(1. 9)
(1. 10)
- 15 H
q
c
k1 = M 1 . + M 2 . − M 3 .γ tb . m
γ
γ
mγ
k2 = M 3
(1. 11)
N tc
mαγ
(1. 12)
Các h s M 1 , M 2, M 3 ph thu c vào các góc ma sát trong c a đ t ϕ tc .
c. Xác đ nh kích th
c đáy móng khi t i tr ng l ch tâm
Dùng ph ng pháp tính th d n. D a vào đi u ki n p tb = R tc đ xác đ nh
chi u r ng nh tr ng h p t i tr ng tác d ng đúng tâm, sau đó ki m tra đi u ki n
p max = 1,2 R tc . N u không th a mãn đi u ki n này c n xê d ch móng sang phía l ch
tâm đ gi m p max đ n khi th a mãn. Trong tr ng h p đ l ch tâm quá l n thì c n
t ng thêm chi u r ng móng m i đ m b o đ c đi u ki n p max = 1,2 R tc .
1.5.1.2
Ki m tra đi u ki n bi n d ng c a móng
công trình làm vi c bình th
ng v m t bi n d ng c n ph i th a mãn đi u
ki n sau:
S < S gh và ∆S < ∆S gh
(1. 13)
a. Tính tr s S
+ Tính và v bi u đ phân b ng su t do tr ng l ng b n thân đ t gây ra
trên tr c qua tâm móng (ho c trên tr c qua đi m ta mu n xác đ nh đ lún).
σ zđ = γ i h i
(1. 14)
trong đó:
γ i , h i là tr ng l
ng riêng và chi u dày l p đ t th i.
+ Tính và v bi u đ
ng su t b n thân.
ng su t gây lún ( ng su t t ng thêm) cùng tr c v i
s2i
s 2d
s2
s2d =5s 2
s2
Hình 1. 11: S đ tính toán lún
- 16 Ngay t i đáy móng áp l c gây lún có tr s là:
σ zđ = p = (p tb - γH)
(1. 15)
trong đó:
p tb : áp su t trung bình
γ, H: là tr ng l
ng riêng l p đ t phía trên đáy móng và chi u sâu đào h
móng.
Theo đ sâu z (k t đáy móng) ng su t gây lún gi m d n và tính theo bi u
th c:
σ z = K.p
(1. 16)
trong đó:
K: là h s ph thu c t s
l
z
và
b
b
+ Xác đ nh chi u dày vùng nh h
mãn đi u ki n σ z = 0,2 σ zđ
ng (H a ) tính t đáy móng đ n v trí th a
Chia n n đ t trong ph m vi vùng ch u lún (H a ) ra thành nh ng l p m ng,
h i ≤0,4.b
Tính đ lún S i cho m i l p sau đó tính S cho c l p H c :
n
n
β0
i =1
i =1
E0i
S = ∑ Si = ∑
σ zi hi
(1. 17)
trong đó:
β: h s ph thu c h s n hông µ o c a đ t
E oi , h i : mô đun bi n d ng và chi u dày c a l p đ t th i mà ta tính lún
σ zi : ng su t gây lún c a l p đ t th i, l y giá tr
gi a l p h i
Cu i cùng c n th l i các đi u ki n bi n d ng S < S gh và ∆S < ∆S gh .
b. Tính đ chênh l ch lún và đ nghiêng c a móng
Trong nh ng tr ng h p đ chênh l ch lún gi a hai móng g n nhau ho c
gi a các đi m trong cùng m t c t móng s gây ra nh ng b t l i cho s làm vi c c a
công trình nên c n tính m c đ chênh l ch ∆S:
∆S = S A - S B
(1. 18)
trong đó:
S A ; S B : đ lún c a móng A và móng B (ho c đ lún c a đi m A ho c đi m B
trong cùng m t móng).
- 17 Khi có s chênh l ch lún gi a các đi m c a m t móng thì ti n hành tính góc
nghiêng (θ) c a móng:
tgθ =
∆S
L
(1. 19)
trong đó:
L: kho ng cách gi a hai đi m A và B mà ta c n tính lún.
Tr ng h p tính đ nghiêng c a móng ch do l c đ t l ch tâm gây ra có th
s d ng công th c sau:
-
Theo tr c dài c a móng ch nh t:
tgθ L =
-
k1 (1 − µ 02 tb) M L
L
Etb .( ) 3
2
(1. 20)
Theo tr c ng n c a móng ch nh t:
tgθ b =
k 2 (1 − µ 02 tb) M b
b
Etb .( ) 3
2
(1. 21)
trong đó:
M L , M b : mô men tiêu chu n c a t t c các l c ngoài l y đ i v i tr c trung
tâm theo c nh dài và c nh ng n c a móng
L, b: c nh dài và c nh ng n c a móng
E tb , µ tb : mô đuyn bi n d ng, h s n hông trung bình c a n n đ t
k 1 , k 2 : h s ph thu c t s α =
L
.
b
Cu i cùng c n th l i các đi u ki n bi n d ng S < S gh và ∆S < ∆S gh . N u
không th a mãn c n ph i có bi n pháp x lý. [3]
1.6 K t lu n Ch
ng 1
ài n c là k t c u m nh có đ cao l n, trong khi đó kh i l ng n c t p
trung trên đ nh do đó t o mô men l n đ i v i móng đài khi ch u tác d ng c a t i
tr ng ngang. Vi c nghiên c u tính toán k t c u móng đài phù h p khi ch u tác d ng
c a t i tr ng đ ng đ t là vi c làm c n thi t đ đ m b o ài n c làm vi c lâu dài.
N i dung Ch ng đã khái quát các mô hình n n th ng dùng trong tính toán
và ph ng pháp tính toán n n móng công trình theo tr ng thái gi i h n.
- 18 CH
NG 2: KHÁI QUÁT V PH
NG PHÁP PH N T H U H N PH N M M SAP 2000 VÀ LÝ THUY T S C CH U T I C A N N.
2.1 Gi i thi u v ph
ng pháp ph n t h u h n (PTHH)
2.1.1 Các mô hình c a ph
ng pháp PTHH
Ph ng pháp PTHH là ph ng pháp tìm d ng g n đúng c a hàm ch a bi t
trong mi n xác đ nh c a nó b ng cách thay mi n tính toán b ng các mi n con g i là
ph n t . Các ph n t này xem nh ch đ c n i v i nhau m t s đi m nút đ c
ch n trên biên c a ph n t g i là nút. Hàm x p x th ng đ c ch n d i d ng hàm
đa th c nguyên. D ng c a hàm đa th c này ph i ch n sao cho th a mãn đi u ki n
có s h s t i thi u ph i b ng s n chuy n v nút c a ph n t và đ đ l y đ o
hàm trong bi u th c tính th n ng toàn ph n c a ph n t .
Tùy theo ý ngh a c a hàm x p x , trong bài toán k t c u ng
ba mô hình sau đây:
i ta chia ra làm
Mô hình t ng thích: Bi u di n g n đúng d ng phân b c a chuy n v
trong ph n t , các n s là các chuy n v đ c xác đ nh t h ph ng trình đ c
thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Lagrange ho c đ nh lý d ng c a th n ng
toàn ph n.
Mô hình c n b ng: Bi u di n g n đúng d ng phân b c a ng su t ho c n i
l c trong ph n t , các n này là ng su t ho c n i l c đ c xác đ nh t h ph ng
trình đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Castigliano.
Mô hình h n h p: Bi u di n g n đúng d ng phân b c a c ng su t l n
chuy n v trong ph n t , coi ng su t và chuy n v là hai y u t đ c l p nhau, các
n s là ng su t và chuy n v đ c xác đ nh t h ph ng trình đ c thi t l p trên
c s nguyên lý bi n phân Hellinger-Reissner.
Trong ba mô hình trên thì mô hình t
và thích h p cho bài toán k t c u.
2.1.2 Ph
ng trình c b n c a ph
ng thích đ
c s d ng r ng rãi h n c
ng pháp PTHH
Ph ng trình c b n c a ph ng pháp PTHH v i mô hình t ng thích đ c
thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Lagrange khi có chuy n v kh d cho phép
(phù h p v i liên k t c a h ), n u v t th tr ng thái cân b ng và th a mãn các đi u
ki n biên thì th n ng toàn ph n c a h đ t giá tr d ng
δ ∏ = δ (U − W ) = 0
(2. 1)
- 19 Trong bài toán t nh, bi u th c th n ng toàn ph n c a ph n t có d ng:
1
2
Πe =
∫∫∫V ε e σ e dv − ∫∫∫V u e (p b ) e dv − ∫∫S u e (p s ) e ds
T
T
e
T
e
(2. 2)
e
trong đó:
ng su t và vect bi n d ng;
σ e , ε e - vect
V e , S e - th tích c a ph n t và di n tích đ t t i tr ng b m t;
(p b ) e , (p s ) e - vect l c kh i và vect t i tr ng b m t.
V i v t li u đàn h i tuy n tính, quan h gi a ng su t và bi n d ng nh sau:
σ e = Dε e
(2. 3)
trong đó: D là ma tr n các h ng s v t li u và là ma tr n đ i x ng.
Thay (2. 3) vào (2. 2), ta có:
Πe =
1
2
∫∫∫V ε e Dε e dv − ∫∫∫V u e (p b ) e dv − ∫∫S u e (p s ) e ds
T
T
e
T
e
T nguyên lý th n ng toàn ph n ta vi t đ
δΠ e = δ∆Te
∫∫∫
Ve
B Te DB e ∆ e dv −
∫∫∫
Ve
N Te (p b ) e dv −
c:
∫∫
Se
N Te (p s ) e ds = 0
Do bi n phân δ∆ là tu ý, nên t (2. 5) có ph
t nh sau:
( ∫∫∫ B DB ∆ dv − ∫∫∫
Ve
ho c vi t d
T
e
e
e
Ve
(2. 4)
e
ng trình cân b ng c a ph n
)
0
N eT ( pb )e dv − ∫∫S N eT ( ps )e ds =
e
(2. 5)
(2. 6)
i d ng:
K e ∆ e = F e = (F b ) e + (F s ) e
(2. 7)
trong đó:
∆ e - vect chuy n v nút c a ph n t
K e , F e - ma tr n đ c ng và vect t i tr ng nút c a ph n t trong h t a đ
đ a ph ng, đ c xác đ nh theo công th c sau:
K e = ∫∫∫V BeT DBe dv
(2. 8)
e
=
Fe +∫∫∫V N eT ( pb )e dv
e
∫∫S
e
N eT ( ps )e ds
Vi t công th c (2. 7) cho toàn k t c u ta đ
K∆= F
(2. 9)
c:
(2. 10)
- 20 trong đó:
∆ - vect chuy n v nút c a k t c u
K, F - ma tr n đ c ng và vect t i tr ng nút c a k t c u trong h t a đ t ng
th , đ c xác đ nh theo công th c sau:
=
K
ne
K eL
∑=
ne
∑ LTe K e Le
=
F
ne
FeL
∑=
e
(2- 11)
e =1
e
ne
∑ LTe Fe
(2- 12)
e =1
trong đó: ma tr n đ c ng K và vect t i tr ng nút F c a k t c u b ng t ng ma tr n
đ c ng K e và vect t i tr ng nút F e c a ph n t trong h t a đ t ng th đ c đ nh
v trong ma trân đ c ng và vect t i tr ng nút c a k t c u nh ma tr n đ nh v L e
và đ
c ký hi u l n l
t là K eL và FeL .
Ma tr n đ c ng K e và vect t i tr ng nút F e c a ph n t trong h t a đ
t ng th đ c xác đ nh t ma tr n đ c ng K e và vect t i tr ng nút Fe c a ph n t
trong h t a đ đ a ph ng nh ma tr n bi n đ i t a đ T e nh sau:
K e = TeT K e Te
(2- 13)
Fe = TeT Fe
trong đó:
0
0
cosα sin α 0
− sin α cosα 0
0
0
0
0
1
0
0
Te=
0
0 cos α sin α
0
0
0
0 − sin α cos α
0
0
0
0
0
2.1.3 Trình t gi i bài toán k t c u b ng ph
h nt
0
0
0
0
0
1
(2- 14)
ng pháp PTHH
tính toán m t k t c u đàn h i tuy n tính theo ph ng pháp ph n t h u
ng ng v i mô hình chuy n v , ta th c hi n theo trình t sau:
1. Ch n lo i và d ng hình h c c a ph n t h u h n;
- 21 2. R i r c hóa k t c u thành m t l i các ph n t h u h n, m c đ th a mau
ph thu c vào yêu c u quy đ nh v đ chính xác c a k t qu tính toán. L p véc t
chuy n v nút c a toàn k t c u r i r c hóa {∆} (véc t chuy n v );
3. Gi thi t hàm chuy n v cho ph n t đã ch n đ tính toán;
4. L p ma tr n đ c ng c a các ph n t d
tính ma tr n đ c ng c a t ng ph n t ;
i d ng các công th c đ có th
5. T p h p các ma tr n đ c ng thành ma tr n đ c ng c a toàn k t c u r i
r c hóa. Ma tr n này phù h p ch t ch v i véc t chuy n v nút v th t , thành
ph n và kích th c;
6. Xác đ nh véc t t i t ng đ ng (l c nút) c a k t c u r i r c hóa b ng các
t p h p các véc t t i c a t ng ph n t . Véc t t i này t ng ng v i véc t chuy n
v nút v th t và thành ph n;
7. Dùng đi u ki n biên c a k t c u đ kh tính suy bi n c a ma tr n đ c ng
c a k t c u đã l p b c 5;
8. Gi i h ph
c u r i r c hóa.
ng trình [K].{∆} = {F} đ tìm véc t chuy n v nút c a k t
9. Xác đ nh n i l c, ng su t c a t ng ph n t ;
10. V các bi u đ bi u di n k t qu .
Cách làm thích h p nh t khi tính k t c u theo ph ng pháp ph n t h u h n
mô hình chuy n v là th c hi n theo s đ kh i d i đây. T t c các b c đ c th c
hi n t đ ng trên máy tính theo m t Ch ng trình l p s n.[4]
- 22 -
START
Vào s li u: S đ r i r c; véc t
v {D}, v t li u, t i tr ng…
n chuy n
M=1
[k ]
Xác đ nh ma tr n đ c ng ph n t
e
T h p ma tr n đ c ng k t c u [K ]
S
M=NE
Xác đ nh véc t t i tr ng nút t
M=M+1
ng đ
ng {F}
a đi u ki n biên đ kh d ng suy bi n c a [K]
Gi i h ph
ng trình [K].{∆} = {F}
In k t qu chuy n v nút {∆}
k=1
Xác đ nh n i l c, ng su t theo các
quan h đã bi t trong lý thuy t đàn h i
M=M+1
k=NE
V các bi u đ t
ng ng
END
Hình 2. 1: S đ kh i gi i bài toán k t c u theo ph
ng pháp PTHH
- 23 2.2 Khái quát v ph n m m SAP2000
Ph n m m tính toán k t c u SAP2000 (Structural Analysis Program) đ c
phát tri n b i công ty CSI (computers and Strutures, Inc) c a Hoa K và n i ti ng
trên ph m vi toàn th gi i. ây là ph n m m m nh phân tích và thi t k k t c u trên
c s ph ng pháp ph n t h u h n theo mô hình chuy n v . Tr i qua h n 30 n m
ki m nghi m phân tích k t c u th c t và không ng ng đ i m i cho phù h p v i s
phát tri n c a ph ng pháp ph n t h u h n, hi n nay đã phát tri n đ n phiên b n
SAP2000 V15.
Hình 2. 2: Màn hình kh i đ ng c a ph n m m SAP2000
Ph n m m SAP2000 có nhi u u đi m:
- Giao di n đ h a thân thi n giúp mô hình hóa đ n gi n và nhanh chóng;
- Ph n t đa d ng: thanh, neo, t m, v , kh i…
- Nhi u l a ch n cho phân tích k t c u nh : tuy n tính – t nh, tuy n t nh
đ ng, phi tuy n – đ ng;
- Nhi u k thu t phân tích m i đã đ c đ a vào ph n m m nh : phân tích
bi n d ng l n, hi u ng P – Delta, phân tích Pushover, phân tích Buckling,…
- Kh n ng t đ ng hóa thi t k k t c u bê tông, k t c u thép theo tiêu chu n
m t s n c nh Hoa K , Anh, Eurocode…
- K t qu tính toán đ
c đ nh d ng chu n ho c có th thay đ i tùy ý.
- Liên k t v i ph n m m AutoCAD thông qua file *.DXF ho c có th
copy/paste t các b ng tính nh Excel.
- 24 Trong ph m vi lu n v n tác gi khai thác k t qu t ph n m m SAP2000
V14 v i k t c u ài n c đ c mô hình hóa theo bài toán không gian b ng ph n t
kh i.
2.3 Bài toán hình kh i (Solid)
2.3.1 Khái ni m v bài toán kh i
Kh i là v t th không gian 3 chi u có kích th c chi u nh h n không chênh
l ch nhau nhi u so v i 2 chi u kia. V i công trình xây d ng có hình d ng và ch u áp
l c ph c t p không th đ a v bài toán thanh, bài toán t m và v đ đ n gi n hóa
tính toán nh ng v n đ m b o đ chính xác yêu c u, trong tr ng h p này c n thi t
ph i gi i bài toán kh i và đ c mô hình hóa b ng ph n t kh i (Soilid).
Trong SAP2000 có các ph n t kh i 6 m t, 5 m t và 4 m t (t di n), m i nút có 3
thành ph n chuy n v Ux, Uy và Uz. H t a đ c c b 123 c a ph n t đ c m c
đ nh cùng ph ng chi u v i h tr c t a đ t ng th XYZ.
Hình 2. 3: Ph n t kh i trong SAP2000
2.3.2 M t s quy
c v ph n t kh i
- H t a đ c c b 123 c a ph n t đ
đ t ng th XYZ.
c m c đ nh cùng chi u v i h tr c t a
- Mã nút và mã m t c a ph n t kh i 6 m t đ
c th hi n trên hình 2. 4a.
- Tr ng thái ng su t t i m t đi m trong ph n t kh i đ c đ c tr ng b ng
các thành ph n ng su t t i đi m đó là các hình chi u c a các ng su t toàn ph n
trên ba m t c t vuông góc v i nhau lên ba pháp tuy n vuông góc v i m t c t đó.
Tr ng h p ba m t c t vuông góc v i ba tr c t a đ 1, 2, 3 thì các thành ph n ng
su t đ c ký hi u nh sau: Trên m t d ng tr c 1 có S11, S12, S13, trên m t d ng
tr c 2 có S22, S21 và S23, Trên m t d ng tr c 3 có S33, S31 và S32 trong đó
S12=S21, S13=S31, S23=S32 nh bi u di n hình 2. 4b.
- 25 -
Hình 2. 4: Ph n t kh i trong SAP2000
V i quy đ nh trên ph n t kh i đ c t o b i di n tích nh ch c n ng
Extrucde Area to Solid, Hi n th tên m t ph n t kh i: Display > Show Misc Assign
> Solid > Xu t hi n b ng Show Solid Assignments > Ch n Show color – Code
Faces > Hi n th tên m t c a các ph n t kh i b ng ph màu nh hình 2. 5.
Hình 2. 5: Ph n t kh i 6 m t và kh i 5 m t
2.4 Thao tác phân tích tác d ng c a đ ng đ t theo ph
ng pháp ph ph n
ng trong SAP2000
Ph ng pháp ph ph n ng là m t lo i ph ng pháp mô ph ng đ ng, c ng
là m t lo i ph ng pháp th ng kê. Ph ng pháp ph ph n ng đã xem xét nh
h ng c a đ l n chuy n đ ng m t đ t, tính ch t c a đ t n n cùng v i đ c
tính đ ng l c k t c u đ i v i l c đ ng đ t, vì v y có th ph n ánh g n đúng tác