Chương 6 Nghiên cứu áp dụng bài toán cụ thể

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 chịu 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 vị Luận văn thạc sỹ 141 Ma trận độ cứng mỗi phần tử được tính đặt tải, dở tải k trong mặt phẳng 'ln p-n kvpE /')21(3' n-= (5-1) ) ' ln('ln)1(1 maxmax0 p p kpeev +--++=+= lkl (5.2) Các thông số của đất: Các thông số dùng phân tích l 0.155 k 0.016 G 2.41 e0 1.41 M 1.03 n’ 0.2 gw 9.81 KN/m3 g 22 KN/m3 fH 15.50 S 2 kx 10-6m/s ky 10-6m/s Hệ số áp lực ngang: 'sin ' ' 0 )'sin1( ff s s OCRK v h -== (5.3) Trạng thái ứng suất trước khi đào như sau Depth u s’v K0 s’h K0 s’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=17x103 Mpa n’=0.15 g=22 KN/m3 Thanh chống EF/L= 5x105 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 vị 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 Mmax=1113.37 KNm/m Hình 6.7 Biểu đồ lực cắt Qmax=538.88 KM/m Luận văn thạc sỹ 144 Hình 6.7 Biểu đồ lưc cắt Qmax=538.88 KN/m Hình 6.8 Chuyển vị ngang của tường 21.733 mm Hình 6.9 Trường chuyển vị 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 vị 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 vị Luận văn thạc sỹ 146 Hình 6.12 Biểu đồ moment Mmax=996.59 KNm/m Hình 6.13 Biểu đồ lực cắt Qmax=511.08 KN/m Luận văn thạc sỹ 147 Hình 6.15 Trường chuyển vị Hình 6.14 Chuyển vị ngang của tường 19.435 mm Luận văn thạc sỹ 148 Trường hợp 3: Tăng hệ số áp lực ngang K0= 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 vị lớn nhất của tường(mm) -1558 953 20.8 Hình 6.16 Lực thanh chống Nmax=778.499 KN/m Hình 5.17 Biểu đồ moment Mmax=1474.49 KN/m Luận văn thạc sỹ 149 Hình 6.18 Biểu đồ lực cắt Qmax=774.99 KN/m Hình 6.19 Chuyển vị 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, k=0.032 Đặt trưng vật liệu của tường: Hình 6.20 Trường chuyển vị Hình 6.21 Lực thanh chống Nmax=1170.11 KN/m Luận văn thạc sỹ 151 E=17x103 Mpa n’=0.15 g=22 KN/m3 Thanh chống EF/L= 5x105 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 vị lớn nhất của tường(mm) -1445 651 39.4 Hình 6.22 Biểu đồ moment Mmax=1478.155 KNm/m Luận văn thạc sỹ 152 Hình 6.23 Biểu đồ lực cắt Qmax=645.6 KN/m Hình 6.24 Chuyển vị ngang cua tường 77.21 mm Luận văn thạc sỹ 153 Trường hợp 5 Thay đổi độ cứng thanh chống EF/L=2.8x105 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 Nmax= 923.099 KN/m Luận văn thạc sỹ 154 Lực thanh chống (KN/m) Chuyển vị lớn nhất của tường(mm) 553 23.1 Hình 6.27 Biểu đồ moment Mmax=1104.35KNm/m Hỉnh 6.28 Biểu đồ lực cắt Qmax=535.98 KN/m Luận văn thạc sỹ 155 Hình 6.28 Biểu đồ lực cắt Qmax= 535.9 KN/m Hình 6.29 Chuyển vị ngang của tường 21.67mm Hình 6.30 Trường chuyển vị Luận văn thạc sỹ 156 Hình 6.31 Lực thanh chống Nmax=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 d 19.6 21.73 10.87 M 1075 996.59 7.29 N 555 778.49 40.27 2 d 25.9 19.435 24.96 M 1558 1474.49 5.36 N 953 1170.11 22.78 3 d 20.8 27.553 32.47 M 1445 1478.155 2.29 N 654 923.03 41.14 4 d 39.4 77.21 95.96 M 1208 1104.35 8.58 N 553 802.4 45.10 5 d 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 vị, 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 K0=2 môment tường tăng lên 32.44 % , đồng thời lực trong thanh chống tăng khoảng 45 % - Khi tăng hệ số k=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 địa 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 định 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 dịch , NGUYỄN HỮU THÁI , NGUYỄN UYÊN , PHẠM HÀ (1995)- Phương pháp phần tử hữu hạn trong địa 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 Luận văn thạc sỹ 163 Nơi Sinh : TP.Cà Mau, Tỉnh Cà Mau Quê Quán : Gò công- Tiền Giang Hộ khẩu thường trú : 37 Đồng Khởi, K.1, Phường 4, TX Gò Công, Tiền Giang. Tel: 073 843 539-091 8384 576. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP 1996-2001 : Học tại trường ĐH Bách Khoa TP .HCM Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng 2001-2002 : Công Tác tại Công Ty Cổ Phần Xây Dựng Hoà Bình 2002 –2004 : Học viên cao học ĐH Bách Khoa TP.HCM Luận văn thạc sỹ 164 Luận văn thạc sỹ 165