Ứng dụng chương trình plaxis tính toán lựa chọn chiều dày tường Barette cho tầng hầm nhà cao tầng

Bài viết Ứng dụng chương trình plaxis tính toán lựa chọn chiều dày tường Barette cho tầng hầm nhà cao tầng trình bày tổng quan phần mềm plaxis; Tính toán lựa chọn chiều dày tường barette cho tầng hầm nhà cao tầng; Chiều dày tường barette giữ nguyên.

Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS TÍNH TỐN LỰA CHỌN CHIỀU DÀY TƯỜNG BARETTE CHO TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG Nguyễn Thị Thanh Hoa Khoa Địa chất Khoáng sản, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh Email: ntthoa@hcmunre.edu.vn TĨM TẮT Khi thiết kế thi công phần ngầm, quan trọng thiết kế tính tốn cho tường vây tầng hầm (tường Barrette) với mục tiêu để tường Barrette có chiều dày chiều sâu hợp lý phù hợp kinh tế, khả chịu lực đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cần thiết Hiện nay, có nhiều phương pháp tính tốn thiết kế tường Barrette, ứng dụng chương trình Plaxis vào tính tốn cho thấy ưu điểm tiết kiệm thời gian, chi phí cho kết xác Nghiên cứu kết thực nghiệm từ việc sử dụng số liệu cơng trình để đưa thay đổi, ảnh hưởng việc tính tốn tường vây cho thi cơng tầng hầm Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình thi cơng tường vây, nghiên cứu xét đến yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chiều dày tường vây: Chiều dày tường giữ nguyên, thay đổi chiều cao tầng chống nội lực tường thay đổi, dẫn đến biến dạng tường thay đổi, tiết diện thép thay đổi; Thay đổi chiều dày tường thay đổi độ cứng tường cách tăng giảm chiều dày tường Bằng việc sử dụng phần mềm Plaxis với phương pháp phần tử hữu hạn, kết nghiên cứu đưa cách xác định tường Barrette có chiều dày hợp lý ứng với điều kiện, yếu tố ảnh hưởng cụ thể cơng trình Từ khóa: “nhà cao tầng”, “tầng hầm”, “tường vây”, “Barrette”, “Plaxis” MỞ ĐẦU Do nhu cầu tiết kiệm diện tích xây dựng, cơng trình nhà cao tầng ngày phát triển phổ biến nước ta, đặc biệt thành phố lớn Thành phố Hồ Chí Minh Hà Nội Để giải tốn nhu cầu diện tích, nhiều cơng trình ngầm xây dựng khai thác hiệu không gian ngầm tầng hầm chung cư, tòa cao ốc, đường ngầm metro,… Với đặc điểm địa chất khu vực Hà Nội hay TP HCM kết cấu yếu có khả chịu tải thấp, việc thiết kế tường vây phải đảm bảo chiều dày hợp lý, tiêu chí chuyển vị tường, chuyển vị đất xung quanh hố đào hiệu kinh tế đầu tư vấn đề quan trọng thi công xây dựng tầng hầm Hiện có nhiều phương pháp tính tốn tường Barette Nội dung việc tính tốn tường tính độ ổn định cường độ tường, tức xác định chiều sâu tường cắm vào đất xác định tiết diện ngang hợp lý Trong phương pháp tính tốn tường vây liên tục giai đoạn thi công như: phương pháp Sachipana Nhật, phương pháp phần tử hữu hạn hệ đàn hồi mỏng đàn hồi, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn việc sữ dụng phần mền Plaxis cho thấy mức độ xác, khả thi nhanh chóng 447 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan phần mềm plaxis Nghiên cứu sử dụng phần mềm Plaxis Hà Lan để tính tốn Sự phát triển phần mềm Plaxis 1987 Đại học Công nghệ Delff - Hà Lan Đến năm 1993 Công ty Plaxis BV thành lập từ năm 1998, phần mềm Plaxis xây dựng theo phần tử hữu hạn Phần mềm Plaxis trang bị tính đặc biệt để giải số khía cạnh kết cấu địa kỹ thuật phức tạp Để giải mục tiêu nghiên cứu, tác giả sử dụng Plaxis phiên 8.2 tính tốn Plaxis phần mềm phát triển dựa sở thuật toán phần tử hữu hạn để phân tích biến dạng ổn định lĩnh vực địa chất cơng trình Các tốn địa kỹ thuật ngày đưa u cầu mơ hình mô ứng xử theo thời gian loại đất đá Mơ hình hóa đất đá vấn đề quan trọng nhiều cơng trình địa kỹ thuật quan tâm đến việc mơ hình hóa kết cấu tương tác kết cấu đất Plaxis trang bị tính đặc biệt để giải số khía cạnh kết cấu địa kỹ thuật phức tạp Trình tự để giải toán địa kỹ thuật bằng phần mềm Plaxis gồm 11 bước chi tiết sau: Bước 1: Thiết lập tổng thể toán; Bước 2: Thiết lập mặt làm việc; Bước 3: Thiết lập đường bao, hình dạng kết cấu; Bước 4: Khai báo tải trọng; Bước 5: Khai báo lỗ khoan tính chất vật liệu; Bước 6: Chia lưới phần tử; Bước 7: Thiết lập giai đoạn tính tốn; Bước 8: Chọn điểm; Bước 9: Tính toán; Bước 10: Xem xuất kết nội lực, biến dạng ứng suất kết cấu; Bước 11: Xem xuất kết biểu đồ quan hệ lực - chuyển vị kết cấu 2.2 Tính tốn lựa chọn chiều ày tƣờng barette cho tầng hầm nhà cao tầng Tường Barrette phận kết cấu công trình, tường tầng hầm Trong giai đoạn thi công tầng hầm tường (Barrette) kết cấu chắn giữ ổn định cho hố đào, sau thi công xong tường Barrette tường tầng hầm Trong khuôn khổ nghiên cứu khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến chiều dày tường Barette sau: - TH1: Chiều dày tường Barette giữ nguyên, thay đổi chiều cao tầng chống từ 3m đến 4m 5m Khảo sát thay đổi chuyển vị ứng suất tường chắn chiều dày tường chắn không đổi, đất không đổi - TH2: Chiều dày tường Barette thay đổi, trường hợp thay đổi độ cứng tường cách tăng giảm chiều dày Khảo sát thay đổi chuyển vị ứng suất tường chắn chiều cao tầng chống không đổi, đất không đổi 448 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Hình Mơ hình đào đất cho tường Barrette 2.2.1 Xét ảnh hưởng chi u cao tầng chống đến tường chắn trường hợp chi u dày tường barette giữ nguyên Tầng hầm đào sâu -11 m, với mực nước ngầm nằm cốt -2,0 m, chiều cao tầng chống thay đổi cách tăng dần từ m, m m Mơ giai đoạn tính tốn đào đất cho tường chắn sau: Khoảng cách chống 3m Khoảng cách chống 4m Khoảng cách chống 5m - Giai đoạn 1: Thi công xong tường Barrette, chất tải mặt đất xung quanh tường Barrette - Giai đoạn 2: Đào lần 1, chiều sâu hố đào 2,0 m - Giai đoạn 3: Chống đỡ tường chống/neo, điểm đặt chống có cao độ -2,0 m - Giai đoạn 4: Đào lần 2, chiều sâu đợt đào 3,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm - Giai đoạn 5: Chống đỡ tường chống/neo đợt 2, điểm đặt chống có cao độ -5,0 m - Giai đoạn 6: Đào lần 3, chiều sâu đợt đào 3,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm - Giai đoạn 7: Chống đỡ tường chống/neo đợt 3, điểm đặt chống có cao độ -8,0 m - Giai đoạn 8: Đào lần 4, chiều sâu đợt đào 3,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm, đáy hố đào đạt cốt 11.000 m - Giai đoạn 1: Thi công xong tường Barrette, chất tải mặt đất xung quanh tường Barrette - Giai đoạn 2: Đào lần 1, chiều sâu hố đào 3,0 m, - Giai đoạn 3: Chống đỡ tường chống/neo, điểm đặt chống có cao độ -3,0 m - Giai đoạn 4: Đào lần 2, chiều sâu đợt đào 4,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm - Giai đoạn 5: Chống đỡ tường chống/neo đợt 2, điểm đặt chống có cao độ -7,0 m - Giai đoạn 6: Đào lần 3, chiều sâu đợt đào 4,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm, đáy hố đào đạt cốt 11.000 m - Giai đoạn 1: Thi công xong tường Barrette, chất tải mặt đất xung quanh tường Barrette - Giai đoạn 2: Đào lần 1, chiều sâu hố đào 1,0 m - Giai đoạn 3: Chống đỡ tường chống/neo, điểm đặt chống có cao độ -1,0 m - Giai đoạn 4: Đào lần 2, chiều sâu đợt đào 5,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm - Giai đoạn 5: Chống đỡ tường chống/neo đợt 2, điểm đặt chống có cao độ -6,0 m - Giai đoạn 6: Đào lần 3, chiều sâu đợt đào 5,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm, đáy hố đào đạt cốt 11.000 m 449 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 Tương ứng với trường hợp chắn cách m, m, m, so đồ hóa q trình tính tốn chương trình Plaxis sau: Hình Sơ đồ tính mơ hình chống có khoảng cách m Hình Sơ đồ tính mơ hình chống có khoảng cách m Hình Sơ đồ tính mơ hình chống có khoảng cách m 2.2.2 Xét ảnh hưởng chi u cao tầng chống đến tường chắn trường hợp chi u dày tường barette thay đổi (độ cứng tường thay đổi) Trong trường hợp chiều cao tầng chống giữ nguyên (4m), thay đổi chiều dày tường có nghĩa thay đổi độ cứng tường cách tăng giảm chiều dày (tường dày 400, 500, 600, 700, 800) mác 300 Khảo sát thay đổi chuyển vị ứng suất tường chắn chiều cao tầng chống không đổi, đất không đổi Bảng Đặc trưng vật liệu tường Thông số Đặc trưng tường dày Đơn vị 400 500 600 700 800 Độ cứng nén (EA) kN/m 1,14x10 Độ cứng uốn (EI) kNm2/m 1,52x105 3,05x105 5,2x105 8,17x105 12,39x105 m 0.4 0.5 0.6 0.7 0,8 Trọng lượng (W) kN/m/m 10 12.5 15 17.5 20 Hệ số Poisson (υ) - 0 0 Bề dày tương đương (d) 1,43x10 1,72x10 2,01x10 2,28x107 KẾT QUẢ THẢO LUẬN Trên sở thông số khai báo quy trình bước thực hiện, chương trình Plaxsis cho kết theo trường hợp mơ tính tốn trình bày 3.1 Chiều ày tƣờng barette giữ nguyên Các kết tương ứng cho khoảng cách chắn cụ thể sau: - Khi chắn có khoảng cách m, kết chương trình Plaxis cho thấy biểu đồ bao momen có Mmax=154,58 kN/m, biểu đồ chuyển vị Umax= 2,47 cm 450 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Hình Biến dạng đất theo phương ngang chắn cách m Hình Lưới biến dạng giai đoạn cuối chắn m Hình Biểu đồ bao momen chắn cách m Hình Biểu đồ chuyển vị chắn cách m - Khi chắn có khoảng cách m, kết chương trình Plaxis cho thấy biểu đồ bao momen có Mmax=190,85 kN/m, biểu đồ chuyển vị Umax= 2,48 cm Hình Biến dạng đất theo phương ngang chắn cách m Hình 10 Biến dạng đất theo phương đứng cắn cách m 451 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 Hình 11 Biểu đồ bao momen chắn m Hình 12 Biểu đồ chuyển vị chắn m Hình 13 Lưới biến dạng giai đoạn cuối chắn m - Khi chắn có khoảng cách m, kết chương trình Plaxis cho thấy biểu đồ bao momen có Mmax=217,60 kN/m, biểu đồ chuyển vị Umax= 2,51 cm Hình 14 Biến dạng đất theo phương ngang chắn cách m Hình 16 Biểu đồ bao momen chắn m Hình 15 Biến dạng đất theo phương đứng chắn cách m Hình 17 Biểu đồ chuyển vị chắn m Hình 18 Lưới biến dạng giai đoạn cuối chắn m Từ kết tính tốn cho trường hợp chắn cách m, m, m, biểu đồ so sánh chuyển vị thực phần tử lưới tính (tọa độ X, Y giá trị nút giao phần tử) Ta lập biểu đồ chuyển vị tường Barrette biểu đồ so sánh momen khoảng cách tầng chống thay đổi sau: 452 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Hình 19 Biểu đồ chuyển vị tường Barrette khoảng cách tầng chống thay đổi Hình 20 Biểu đồ bao momen tường Barrette giai đoạn cuối khoảng cách tầng chống thay đổi Nhận xét: Trong trường hợp chiều dày tường barette giữ nguyên, tức giữ cho độ cứng tường không đổi, thay đổi tăng khoảng cách chiều cao tầng chống (3 m, m, m), kết chạy từ chương trình Plaxis cho thấy: - Biến đổi chuyển vị đỉnh tường tăng, riêng thân tường chuyển vị tăng rõ rệt Điều chứng tỏ áp lực đất tác dụng lên thân tường ảnh hưởng lớn khoảng cách tầng chống lớn Tại chân tường, chuyển vị không thay đổi thay đổi chiều cao tầng chống, chân tường có dịch chuyển áp lực đẩy ngang đất lớn tác dụng Nên thiết kế tính tốn ý đến chiều sâu tường để hạn chế chuyển vị không vượt giới hạn cho phép - Khi tăng khoảng cách tầng chống momen thân tường tăng lên đáng kể, giá trị momen lớn khoảng cách cao Do cần phải tính tốn xác định khoảng cách phù hợp để khối lượng cốt thép không vượt khối lượng cho phép khoảng cách tầng chống phù hợp để đảm bảo việc thi công thuận lợi 3.2 Thay đổi độ cứng tƣờng ảnh hƣởng đến tƣờng chắn Khi chiều cao tầng chống giữ nguyên khoảng m, với giá trị tường dày 400, 500, 600, 700, 800 cho thấy thay đổi chuyển vị ứng suất tường chắn chiều cao tầng chống không đổi, đất không đổi sau: 453 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 - Tường dày 400, bao momen có Mmax= 131,73 kN/m, chuyển vị Umax=2,6 cm - Tường dày 500, bao momen có Mmax= 161,55 kN/m, chuyển vị Umax=2,55 cm - Tường dày 600, bao momen có Mmax= 191,15 kN/m, chuyển vị Umax=2,45 cm - Tường dày 700, bao momen có Mmax= 226,02 kN/m, chuyển vị Umax=2,5 cm - Tường dày 800, bao momen có Mmax= 264,25 kN/m, chuyển vị Umax=2,57 cm Hình 21 Biểu đồ bao momen tường dày 400 Hình 22 Biểu đồ chuyển vị tường dày 400 Hình 23 Biểu đồ bao momen tường dày 500 Hình 24 Biểu đồ chuyển vị tường dày 500 Hình 25 Biểu đồ bao Hình 26 Biểu đồ momen tường dày 600 chuyển vị tường dày 600 Hình 27 Biểu đồ bao momen tường dày 700 Hình 28 Biểu đồ chuyển vị tường dày 700 Hình 29 Biểu đồ bao momen tường dày 800 454 Hình 30 Biểu đồ chuyển vị tường dày 800 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Kết chuyển vị so sánh loại tường có chiều dày từ 400 đến 800 cho thấy ổn định phù hợp lựa chọn chiều dày tường 600 cơng trình cơng trình có tầng hầm điều kiện địa chất chất yếu TP HCM (số liệu cơng trình sử dụng nghiên cứu) Hình 31 Biểu đồ chuyển vị tường Barrette Nhận xét: Khi thay đổi chiều dày tường chắn, hệ thống chống giữ nguyên vị trí m, điều kiện áp lực đất tác dụng lên tường khơng đổi, kết chạy từ chương trình Plaxis cho thấy độ dày tường 600 chuyển vị tường Ngồi ra, chuyển vị thân tường có thay đổi lớn, đặc biệt vị trí đáy hố đào Trên sở phân tích, vấn đề đặt cần lựa chọn chiều dày tường cho hàm lượng cốt thép tường không vượt quy định mà chiều dày tường đảm bảo vai trò tầng hầm thuận tiện thi công KẾT LUẬN Khi tính tốn lựa chọn chiều dày tường cần xét đến chiều cao tầng chống, chiều cao tầng chống cao nội lực chuyển vị thân tường lớn Đối với tường barrette làm việc theo sơ đồ có nhiều chống chống cách đỉnh m khoảng cách chống m hợp lý tường có chiều dày từ 400-600 (tức 0,4-0,6 m) Đối với công trình có từ tầng hầm, với chiều sâu hố đào từ 10-15 m nên chọn chiều dày tường mác 600 (0,6 m) hợp lý Kết tính tốn từ chương trình Plaxis có kiểm tra tính tốn lại thủ cơng thực tế q trình thi cơng xây dựng tầng hầm (cơng trình Khách sạn Phương Đông với tầng hầm) cho thấy khả thi phù hợp kết đầu chương trình Kết nghiên cứu cịn giới hạn chưa xét đến ảnh hưởng biến đổi tường vây quanh loại đất đá hố đào TÀI LIỆU THAM KHẢO Đỗ Văn Đệ - Phần mềm Plaxis ứng dụng vào tính tốn cơng trình thủy công, Nxb Xây dựng, 2008 Lê Bá Lương, Pierre Larael, Nguyễn Thành Long, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lục - Cơng trình đất yếu điều kiện Việt Nam, Nxb Xây dựng, 2001 Nguyễn Đức Nguôn - Địa kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm dân dụng công nghiệp, Nxb Xây dựng, 2008 Nguyễn Quang Phích, Nguyễn Văn Mạnh - Phương pháp số chương trình Plaxis 3D & UDEC, Nxb Xây dựng, 2007 Phan Trường Phiệt - Áp lực đất tường chắn đất Nxb Xây dựng, 2001 455 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 Trần Quang Hộ - Công trình đất yếu Nxb ĐHQG TP HCM, 2005 Clough O‟Rourke 2004 Kiểm soát tác động dịch chuyển đất xây dựng hầm đô thị Tạp chí cầu đường Việt Nam Số trang 18-23 APPLICATION PLAXIS PROGRAM CALCULATES THE CHOICE OF BARRETTE WALL THICKNESS FOR BASEMENT BUILDINGS Nguyen Thi Thanh Hoa Hochiminh City University of Natural Resources and Environment Email: ntthoa@hcmunre.edu.vn ABSTRACT When designing the underground construction, it is important to design the basement wall (Barrette wall) with the purpose is to make Barrette wall of reasonable size, economical fit and technical requyrements At present, there are many methods of calculating Barrette walls, which use the Plaxis program to calculate the advantages such as saving time, costs and give accurate results In this study, two basic factors that directly affect the barrette wall thickness are: The wall thickness is constant, changing the height of the floor, leading to internal force in the wall changes, the deformation of the wall changes, the section of steel also changes; Change the wall thickness (change the wall's hardness) by increasing the thickness By using the Plaxis software with finite element method, the results of the study provide a way to determine the Barrette wall thickness that is appropriate for each work condition Keywords: “Ground-floor”, “ High - Rise”, “diaphragm wall”, “Barrette”, “Plaxis” 456 ... chuyển vị kết cấu 2.2 Tính tốn lựa chọn chiều ày tƣờng barette cho tầng hầm nhà cao tầng Tường Barrette phận kết cấu cơng trình, tường tầng hầm Trong giai đoạn thi công tầng hầm tường (Barrette) kết... vai trò tầng hầm thuận tiện thi công KẾT LUẬN Khi tính tốn lựa chọn chiều dày tường cần xét đến chiều cao tầng chống, chiều cao tầng chống cao nội lực chuyển vị thân tường lớn Đối với tường barrette... tường có chiều dày từ 400-600 (tức 0,4-0,6 m) Đối với cơng trình có từ tầng hầm, với chiều sâu hố đào từ 10-15 m nên chọn chiều dày tường mác 600 (0,6 m) hợp lý Kết tính tốn từ chương trình Plaxis