Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công

Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công Phần mềm plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÁY DỰNG VIỆN CÀNG - KỸ THUẬT HÀNG HẢI CK.0000068311 PGS TS Đỗ Văn Đệ (chủ biên) KS Nguyễn Ngọc Hưng, KS Đỗ Tiến Dũng, KS Vũ Minh Tuấn KS Nguyễn Sỹ Han, KS Nguyễn Thành Thắng, KS Nguyễn Hải Nam Phấn mẽm P lầxis Ứ N G C Á C D Ụ ÍM G C Ĩ N G V À O T ÍIM H T O Á N T R ÌIM H T H Ủ Y NGUYÊN LIỆU IỌ C NHÀ XUÂT BAN XÂY DỰNG C Ô N G TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG VIỆN CẢNG - KỸ THUẬT HÀNG HẢI PGS TS Đỗ Văn Đệ (chù biên) KS Nguyễn Ngọc Hưng, KS Đỗ Tiến Dũng, KS Vũ Minh Tuấn KS Nguyễn Sỹ Han, KS Nguyễn Thành Thắng, KS Nguyễn Hải Nam Phần mềm P làxis ỨNG DỤNG VÀO TÍIMH TỐN CÁC CƠIMG TRÌIMH THỦY CƠNG (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI -2 LỜI NÓI ĐÀU Phần mềm PLAXIS phần mềm mạnh, nhiều nước Ư tlie giới sir dụng đê giãi tốn sau: - Phân tích q trình thi cơng hổ đào• - Phản tích q trình đào có neo• - Phân tích biến dạng, chuyên vị cùa kết cấu đê ị - Phản tích ơn định khối đắt dap có dao động mực mrớc• - Phản tích lún cùa móng trịn nên cái') - Phùn tích anh hưởng cùa lún đen cơng trình xây dựng mật đất đàu dường hầm bên dirới cạnh cơng trình Ngoải phần mem PLAXIS tò rõ mạnh tỉnh toán biến dạng, chuyên vị, nội lực, ứng suất, ơn định tricợt sâu tương tác cơng trình với đũi gia cường (bac thẩm, vài địa kỳ thuật, cọc, neo ) không gia cường (đát tự nhiên) Viện Cang - Kỳ thuật Hàng hài có bàn phần mềm PLAX1S tập thê cúc cán khoa học cùa Viện dịch thuật, khai thác, chạy thử nghiệm cho cịng trình thực té với nhiều loại tốn phục vụ cho nhiều lĩnh vực: cơng trình xây dựng, cơng trình giao thơng, cơng trình thủy, cơng trình biên, cơng trình them lục địa Gan dây tập thẻ cán khoa học cùa Viện đầu tư sâu nghiên cứu, khai thác cơng, nủng mạnh cùa phần mềm PLAXIS đẽ tính tốn cho cơng trình thuỳ cơng, như: cơng trình bén (cầu tầu, tường cừ, tường chắn, thùng chìm, khối xếp ), Cơng trình xirớng đóng tầu (triển, đà, ụ tầu ), cơng trình đê, kè Chủng tơi tập trung sâu khai thác phần mem PLAX1S đế tính tốn cho cơng írình đê vây phục vụ cho xây dựng cơng trình thuỳ cơng (ụ, triên, đà lầu, đẽ chan sóng, trụ cầu, hổ móng, hồ chứa nước ), đặc biệt-là loại kết cầu lường cừ đơn, cừ kép (có neo khơng neo), vật liệu thép bê tỏng cốt thép Cuốn sách lùiy chi tập trung trình bầy nlìững nét clìinlì CƯ sờ lý thuyết Iiirớng (lân sử dụng vù dặc hiệt lí) chúng lói đà xây dựng vi lỉụ mau diên hình tren Iiẻn cua phàn mềm PLAXÍS đẽ áp (lụng tinh toán biến dạng, chuyên vị nội lực ỉhiiỊ SIICÌỈ cho sơ dụng lí trình thuy cơng thông (lụng Cuốn sách tài liệu tham kháo tốt cho sinh viên, kỹ sư, học viên cao học nghiên cứu sinh ngành cơng trình: Càng-Đường thúy, cơng trình thùy, cõng trinh thềm lục địa, cõng trình xây dựng, cơng trình giao thơng Nhằm hướng ứng cho ngày Ihànli lập Viện Cùng - Kỹ thuật Hùng hai sách hoàn thành mắt bạn đọc thời gian q ngan, khóng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi xin chăn thành cám ơn độc già đóng góp ý kiến Mọi thơng tin xin gứi tới PGS., TS Đo Văn Đệ - Viện truờng Viện Cáng Kỹ thuật Hàng Hai theo số ĐT: (04)8.691.459; DĐ: 0913.365.777 E-mail: dovandedhxd@yahoo.com.vni Website: http://www.inpomal.com PGS TS Đỗ Văn Đệ Chương C SỎ LÝ THUYÉT TRONG PHẦN MÈM PT AXIS Trên sớ tài liệu phần inẻm tiên hành dịch thuật biên soạn lại vân đê chinh Trong chương này, chúng tơi m n giới thiệu tóm tãt sở lý thuyét cua học đất m ột số phương pháp ứng dụng phần mềm Plaxis Nội dung chương bao gồm m ột số vấn đề sau: Lý thuyết biến dạng, lý thuyết dịng cháy ngầm lý thuyết cố kết bơn cạnh lý thuyết phần tử hữu hạn quy tắc lấy tích phân cho cac loại phần tứ khác T rong phần phụ lục đưa sơ đồ tinh toán chung cho toán biến dạng Bên cạnh phương pháp chung mà ta có thề tìm thấy tài liệu khác, phần giới thiệu thêm số phương pháp khác phân tích đất Đề tìm hiêu thơng tin chi tiết ứng suất, biến dạng, sơ đồ kết cấu va m hình đất su dụng chuơng trình Plaxis, người đọc tra cúm tài liệu S o lay m â u vật liệu 1.1 LÝ T H U Y Ế T BIÉN DẠNG Trong phẩn giới thiệu phương trình cân bàng biến dạng cùa đất sa lý thuyết co học liên tục Với giá thiết biến dạng xét tới nhó Lý thuyềt học liên tục trình bày dạng phương phảp phần tù hữu hạn 1.1.1 C ác p h n g trìn h biến d n g b ả n m tru ị n g liên tục Phương trình bàn cùa phân tích biến dạng liên tục trạng thái tĩnb: LTơ + p = (1-1) Các phương trình quan hệ thành phần ứng suất không gian gắn với v ectơ ơ; thành phần lực khối, gán với vectơ p LT m a trận chuyển vị cùa toán từ vi phân, định nghĩa sau: Õ õx 0 õ dy 0 õ ỡi õ õy õ ÕK 0 õ ô õz Õz õ õ õy ỡx Ớ trạng thái cân bằng, mối liên hệ động học dược xác định theo phương trình: g = Lu (1-3) Với thành phần biến dạng, gẳn với vectơ e, sờ cùa thành phân chuyến vị, gan với vecto ỊỊ, sử dụng đề định nghĩa toán tứ vi phân L Mối quan hệ đăng thức (1-1) (1-3) đươc tạo thành từ mối quan hệ cân bằng, thể làm việc cùa vật liệu Có biếu thị m ột cách tổng quát thông qua hệ thức sau: -M é (1-4) K Ìt hợp phương trinh (1-1), (1-3) (1-4) ta đưa phương trình sau: JSuT Ị l t + p ]dV = (1-5) Áp dụng định lý Green cho tích phân riêng phần phương trinh (1-5) đưa phương trình liên tục trạng thái cân bàng động: J õ ẹ Tc d V = J õ u p d v + | S u Ttd S ( 1-6 ) Với t vectơ phản lực biên Sự phát triển trạng thái ứng suất xấc định: i _i-l _ = g + Aơ A ợ = Jcrd t ( 7) VÓI g ‘ - itạiig thái ứng suất thực chưa biết 1' - trạng thái ứng suất ban đầu biết Aơ - số gia ứng suất (biến thiên ứng suất đơn vị thời gian) Phương trình (1-7) xác định ' bước tính tốn thứ i, ''1 xác địhli theo phương trình: Ị ỗ e 1AơdV = JS uTp'dV + J õ u r t'dS —|S ẹ Tơ " 'd V (1-8) Nên ỷ đến số lượng cùa tất cà đại lượng xuất phương trình từ (1 -1) đến (1-8) đặc trưng vị trí khơng gian chiều 1.1.2 Rịi rạc hố theo lưói p h ần tử hữu hạn Theo phương pháp phần tử hữu hạn, vật thể liên tục có thê rời rạc thành phần tứ nhỏ Mỗi phần từ bao gồm m ột số nút nút có số bậc tự xác định, thông qua so bậc tự cùa nút, xác định điều kiện biên giài 'OUIÌ Tlico lý thuyết biến dạng, số bậc tự tương ứng với thành phần chuyển vị Trường chuyên vị cua phần tứ u nhận từ giá trị riêng biệt vectơ V sứ dụng hàm nội suy thê ma trận N đó: u = Nv (1-9) Hàm nội suy n u trận N giống hàm hình úạng Sự thav thê cùa phương trình (1-9) mối quan hệ động học đưa ra: Ẹ = LNv = Bv (1-10) Vứi B ma trận nội suv cua biến dạng, bao gồm (hành phần không gian cua hàm nội suy Pliưcmg trinh (1-9) (1-10) có vai trỏ giống Phương trình (1-8) biến đồi thành phương trinh sau: l(B ô v )' A gdV = j(N S y) p 'd v + IỊN S v ) t'dS —J(Bôvj MdV (1-11) Chuyến vị riêng rẽ cùa nút xét đến đầy đủ yếu tố: ổ v ' |B TAgdV = SvT |N TpiđV + SvT jN Tt id S - S v T j B T3 l''d V (I 12) Rút gọn hai vế cho 6v' phương trinh (1-13): | B rAơdV = |N Tp 'dV + | N r t 'd S - j B Tơ MdV (1-13) Phương trình chi tiết hố điều kiện cân mẫu rời rạc Sự chênh lệch tíiữa vectơ ngoại lực vectơ phàn lực cân bới số gia Aơ Mối quan hệ ứng suất - biến dạng thường mối quan hệ phi tuyến Biến dạng thường khơng tính tốn trực tiếp được, nhiên phương pháp lặp giài tốn dựa vào phương trình cân (1-13) cho n n i chất điểm Phương pháp lặp trình bày chi tiết phần 1.1.4 1.1.3 V ật liệu đàn hồi Số aia ứng suất Aq thu từ phương trinh (1-7) viết lại sau: Aơ = D '-'(A ẹ-A ẹp] (1-14) Với Dc ma trận đàn hồi cúa vật liệu, s ố gia biến dạng Agthu từ số gia chuyên vị Av sử dụng ma trận nội suy biến dạng B, giơng phương trình (1-10) Đồi với vật liệu đàn hồi, so gia biến dạng dẻo Aep bảng Đối với vật liệu dẻo Ác1’dược tinh sau: (1-15) Agp = ầX Với: AA - số gia cùa hệ số déc; co - tham số chi loại tích phân thời gian ((0 = - tích phân hàm hiện; 0) = tích phân hàm ẩn) Vơi: Cú = phưcmg trình (1-15) rút gọn thành: 'M U (1-16) Thay biểu thức (1-16) vào phương trình (1-14) được: q' = - AXD' [ — ì vói 1, = g ‘_ l+ D eAg (1-17) Với: ơ" - véctơ ứng suất phụ, giống ứng suất đàn hồi ứng suất thứ, trạng thái ứng suất coi vậl liệu hồn tồn vật liệu đàn hồi tuyến tính AẰ - số gia cùa hệ số dẻo, giải đuợc từ điều kiện m trạng thái ứng suất thoả mãn điều kiện chảy dẻo: f ( ') = (1-18) Đối với mẫu có tính déo lý tường tuyến tính, số gia cùa hệ so déo có thê viết lại sau: &X tự ) d+h Với: (1-19) (1-20) Với: h - hệ số cứng, mẫu déo lý tưởng, khơng đổi mẫu déo có tính độ cứng tuyến tinh Trong trường hợp sau trạng thái ứng suất tính sau: ( f ( tr)> ‘ ,| ^ i = , LL -D d + h — ^ daJ Dấu < > dược gợi dấu vuông Mc Caulay, đuợc quy ươc sau: X \ oi X < < x> = X với X > (1-21) < \ - \ / • ị y ỵ : ' / ] \ V > ! , / l \ ! > ’1 I / x k \ '• ỉ \ i I Á \ / ĩ x / í — / - , ị ú h / r* i K / I Á \ V / i Hình 3.79: Lưới biền dụng - Chọn Total incréments từ thực đơn Deformations Đồ thị thề giá trị chuyển vị lảt cá nút hình mũi tên Chiểu dài cúa mùi tên biêu thị quan hệ độ lớn - Hộp kết hợp biếu diễn công cụ gọi Arrows Chọn Shadings từ hộp kết hợp Bây biếu đồ màu sắc giá trị chuyển vị từ biểu đồ, vùng biến dạng lớn xuất phía sa;i tường - Chọn Effective stresses từ thực đơn S tr e s s e s Đồ thị thể độ lớn chiểu cùa ứng suất tác dụng chinh, (xem hinh 3.80) ■ị í ; : ! - ■V- k " ■* ’ • '■*„ri ;!Ì’ •;? V , \ % ■; ; * } 'ui ‘ n ' # ' i t i +i ị * f ỉi ' i ị + ! ỉi Hình 3.80: ứng suát chinh Đế vẽ biếu đồ lực gây biến dạng mômen uốn tường theo bước sau đây: - Kích đúp chuột vào tường Một cừa sổ m thể m ômen uốn tường, với biếu thị giá trị lớn mômen (xem hình 3.81) - Chọn Shear fo rc es từ thực đơn Forces Biều đồ thể lực cat cừ - Chọn cưa sổ từ thực đơn Window Kích đúp chuột vào giằng Một cứa sị m thể lực liên kết (kN/m) 156 ff /' (i Hình 3.81: Biếu đồ mỏ men uon lường • Hình 3.82: Biếu đồ hcc cắt tường Bước 11: X em biểu đồ biển đỗi tải trọng tường c ¡891 - Kích vào nút Go lo curves program c""" I công cụ - Chọn N ew chart từ hộp thoại Creale/Open project chọn tên tệp cùa toán hố dáo từ tệp tin yêu cầu - Trong cửa so Curve generation, chọn X-axis nút Displacem ent điềm A từ hộp kết hợp Type chọn kí hiệu u Chọn y-axis nút M ultiplier từ hộp kết hợp £ M sta g e - Kích vào nút OK đề chấp nhận liệu đầu vào sinh đường cong dịch chuyển tải trọng Kết thể hình 3.83 Hình 3.83: Đường cong biến đối lài trọng cùa litởng 157 • B u ffe 12: X em giá trị n ộ i lực, chuyên vị ú n g suất rà M uốn xem giá trị cùa chuyển vị ta kích vào nút Table 1^ công cụ cứa so D eform ed M esh M ột bàng giá trị chuyền vị xuất B ảng 3.49: M ột phần giá trị chuyền vị cùa toán N ode X 14 000 [10'3 m] N 14.000 Ux y M AUy Uy AUx [m] [10'3 m] [10 ’3 m] 30 000 -549 865 -0.040 -24.565 -1.352 29.750 -5 4 -0.040 -24.313 -1.352 14000 29 500 -539.325 -0.040 -24061 -1.352 14.000 29.250 -5 5 -0.040 -23.009 -1.352 14.000 27 075 -505 063 -0 -2 -1 352 E 14.000 26 750 -481 250 -0 -21 286 -1 352 14.000 25.625 -457 254 -0.040 -2 -1 352 14000 29000 -520.785 -0.040 -23.557 -1.352 14 000 24.500 -432 994 -0 040 -18 992 -1.352 10 14.000 23.375 -408.392 -0.040 -17.830 -1.352 11 14.000 22 250 -383 380 -0.040 -16 657 -1 352 EU M uôn xem giá trị ứng suât ta kích vào nút Table 1— cơng cụ cửa sổ Effective stresses Một bàng giá trị ứng suất xuất B 3.50: Một phần giá trị ứng suất đất toán C lu ster 158 S aji S tre s s X Y E le m e n t P o in t [m] [ml IkN /m 2] [kN/m2] S ta tu s a yy [kN /m 2] IkN /m 2] 1 4.369 -33.941 -155.954 -1.411 -1 949 E lastic D o vun 0.315 0.315 -5.064 -213.519 -1 262 -2.565 E lastic 4.369 0.315 -4 813 -217 506 -16 879 -2.565 E lastic 1.246 2.507 -21.007 -183.035 -5231 -2.232 E lastic 0.315 246 246 -12.019 -200 014 -5 047 -2.424 E lastic 2.507 1.246 -11.791 -201.927 -10 070 -2 4 E lastic 0.266 3.183 -25.889 -173.027 -1 142 -2.130 E lastic 0266 1.552 -14.338 -196.157 -1 087 -2 377 E lastic 1.552 266 -4.651 -214.710 -6 7 -2.573 E lastic 10 3.183 0.266 -4.564 -216 349 -12 406 -2.573 E lastic E lastic 11 3.103 1.552 -13.754 -198 574 -12 797 -2 377 12 552 3.103 -25.723 -173 650 -6 672 -2 E lastic 13 10.315 4.369 -15.112 -181 227 -40.161 -1 949 E lastic D o vun 14 315 0315 -4 -226 552 -3 3 -2 565 T e n sio n 15 14 369 0315 -1 683 -453 312 27 619 -6 796 T e n s io n Muốn xem giá trị cua nội lực ta kích vào nút Table i-— công cụ cửa sô Bending Moment M ột bảng giá trị nội lực xuất B 3.51: Một phân iá trị nội lực cùa cừ trước E lem en t N ode X y N Q M Np Mp [m] [m] [kN/m] [kN/m] [kNm/m] [kN/m] [kNm/m] 1 30 000 -0 418 0091 0.000 N/A N/A T u o n g cu 14 000 29 750 -4207 038 0.243 N/A N/A 14.000 29 500 -7 963 1.100 0.512 N/A N/A 14 000 29 250 -11 694 098 Ũ 788 N/A N/A 14 000 29 000 -15410 054 057 N/A N/A 14 000 29 0Ũ0 -15 699 -208 209 1.057 N/A N/A T u o n g cu 14 000 27 075 -33.306 -206.313 -232 784 N/A N/A 1A 000 26 750 -54433 -196 955 -460.327 N/A N/A 14 000 25 625 -78.946 -180 412 -673 342 N/A N/A 14.000 24 500 -106 714 -156.964 -863609 N/A N/A 14.000 2A 500 -105.965 -158100 -863 689 N/A N/A T u o n g cu 10 14.000 23 375 -140.005 -123 021 -1022.115 N/A N/A 11 1A 000 22 250 -176 220 -80.256 -1130.075 N/A N/A 12 14.000 21 125 -212.511 -24022 -1190 284 N/A N/A 81 14 000 20000 -246 730 430 -1109 239 N/A N/A A 81 14 000 20 000 -246 360 430 -1109 239 N/A N/A T u o n g cu 82 14.000 19.500 -257.253 70.756 -1160 717 N/A N/A 83 14 00Q 19 000 -268 209 96 864 -1118 742 N/A N/A 04 14.000 18 500 -279.479 121 526 -1064.071 N/A N/A 143 14 000 18 000 -291 312 14-4 858 -997 438 N/A N/A 1A 000 159 PHỤ LỤC Phụ lục A Trình tự tính tốn Các bước tính toán dựa m a trận độ cứng m a trận đàn hồi Nội dung Dạng ma trận độ cứng Công thức diễn giài K = J b Bước ' d 'B dV i-> i+1 Véc tơ tài trọng ¿ = £ '+ ¿ Véc tơ phàn lực fin = Hiệu số ^-ex ~ í-ex Lượng gia tăng chuyền vị thiết lập lại Av = Bước lặp j - > j+ l Giài chuyển vị ÔV = K 'A f Lượng gia tăng chuyển vị điều chinh Tính tốn lượng gia tăng biến dạng Tính tốn ứng suất: Trạng thái cân í in Đàn hồi AvJ = A vj_1 + Sv Ae = BAv ; Se = B5v = jr' + D cAe S ep= c H + Ẹ Úng suất tồn phần d Vec tơ phàn lực 160 — ổa fin = j B T^ JdV Tính tốn khơng cân A í = £ ix -£ in e Phương sai lAfl \ù \ Kiêm tra đị xác ■ Nếu e > eloỊerated -> bước lặp ( 'huyền vị điều chinh V • = V i-1 + Av A Cihi dừ liệu đầu (kết quả) Neu chu trình chưa kết thúc —> tiến hành bước Kết thúc 161 Phụ lục B C c ký hiệu 162 B Nội suy ma trận biến dạng De Ma trận độ cứng vật liệu đàn hồi theo định luật Hook f Hàm hiệu suất £ Vectơ tải irọng g Hàm đàn hồi k Hệ số thẩm K' Hàm thấm suy giảm K Ma trận độ cứng K Ma trận lưu lượng dịng L ốn lú vi plìân L Ma trận liên kết M Ma tiận độ cúng ' ậi liệu N Ma trận cùa hàm hình dạng p Áp lực nước lỗ rỗng (chù động bị động) P Vectơ lực khối q Lưu lượng dòng chảy Q Véc tơ dòng chảy nút r Véc tơ thể cân R Ma trận độ thấm t Thời gian t Lực kéo vùng biên u Vec tơ thành phần chuyển vị V Vectơ chuyển vị nút V Thể tích w Hệ số trọng lượng y Trọng lượng riêng £ Vec tơ thành phần biến dạng X Hệ sổ dẻo Toạ độ địa phương Vec tơ thành phần ứng suất