Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của đài nước để lựa chọn kích thước móng đài thích hợp với đặc tính nền phổ biến trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận

Qua thực té sản xuất cho thấy các công trình được đặt tiên nền có hệ sé k nỀn khác nhau, việc tinh toán loại công tinh này chủ yu là tính toánthủy lực dé xác định chiều cao và dung tích

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của Đề tài:

Nước sạch đang là vấn đề bức xúc thu hút sự quan tâm của tất cả các cộng

đồng người trên thế giới đặc biệt là ở các nước đang phát triển và chậm phát triển Hầu hết các nguồn nước ngọt trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đều bị

ô nhiễm ở các mức độ nặng nhẹ khác nhau Một báo cáo kết quả nghiên cứu năm

1993 của Uỷ ban Hành động Quốc tế về Dân số (PAI) của Mỹ cho biết đến năm

2025, cứ ba người thì có một người ở các nước sẽ sống cực kỳ khó khăn do căng thắng hoặc rất khan hiểm về nước Năm 1990, kết quả nghiên cứu về: “Nguồn nước bên vững: Dân số và Tương lai của nguồn cấp nước tái tạo.” cho thay có hơn 350

triệu người sống ở các nước bị căng thăng hoặc khan hiếm về nước (mỗi năm/ mỗi người được dưới 1700 mỶ nước) Số người lâm vào hoàn cảnh này sẽ tăng lên gap 8

lần vào năm 2025 tức khoảng từ 2,8 tỷ đến 3,3 tỷ người tương đương khoảng gan một nửa dân số thế giới Ta biết rằng, nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm là nguồn

gốc chủ yếu gây ra các bệnh tật, ảnh hưởng đến sức khoẻ và lao động của người

dân, gây ra tình trạng suy dinh dưỡng ở trẻ em, ảnh hưởng lâu dài đến các thé hệ

mai sau Trước tinh hình đó, Nhà nước ta đã ban hành Luật bảo vệ sức khoẻ nhân

dân, Luật bảo vệ môi trường và nhiều văn bản pháp quy về việc cung cấp nước sạch cho nông thôn, miền núi, thị tran, thị xã; việc bảo vệ các nguồn nước, các hệ thống cấp nước, thoát nước, các công trình vệ sinh và thực hiện các quy định về vệ sinh

công cộng ở nhiều địa phương còn bị hạn chế Nhiều vùng nông thôn còn rất khó khăn về nước uống và nước sinh hoạt Nguồn nước mặt trong kênh, rạch, ao, hồ ở

nhiều nơi bị ô nhiễm nặng nề Nguồn nước ngầm tại không ít giếng khoan cũng bị mặn hoá, phèn hoá, trữ lượng nước bị cạn kiệt do bị khai thác quá mức.

Ninh Thuận là một khu vực có lượng mưa it nhât cả nước, lượng mưa hàng năm biên động mạnh mẽ, mùa mưa rât ngăn Đây là vùng khô hạn nhât với chỉ sô

âm ướt nhỏ hon 1 và lượng mưa năm thâp hơn 1000 mm, mùa mưa chỉ có từ 3 đên

4 tháng, nhiêu năm không có mùa mưa, nên nhiệt độ cao, nhiệt độ trung bình năm là

-2-26°C đến 28" "nhigt độ giữa các tháng trong mùa ha gần như không thay đổi Mật

thấp, trong phạm vi 0,10-0,15 km/km? Mô

449 lưới sông tại Ninh Thuận tương đi

đun dong chảy năm trên các sông suối rất nhỏ, dưới 10 l/s.kmỶ Nguồn nước mặt

vốn đã rit ít Ii tập trung vào mùa lũ ngắn 3-4 thắng để lại 8-9 thing cạn kit kéo

dai, Mặc đủ nguồn nước rất hạn chế như thế, nhưng nhu cầu sử dụng nước cho sin

xuất và đời sông trên dia bản Ninh Thuận khi cao Trong một thổi gian đãi, Chương trình nước sinh hoạt nông thôn với sự tài trợ của UNICEF đã khoan cho nông dân

hàng nghìn giếng khoan lắp bơm tay Tuy nhiên rt nhiều trong số đó đã không còn

hoạt động nữa do kỹ thuật Mặt khác, nghiên cứu của các nhà khoa học cũng chỉ ra

ring loại hình giếng khoan tay này là một tác nhân gây phá huỷ môi trường rấtmạnh vido da số chúng không được xử lý kỹ thuật tốt - chúng là con đường dẫn

nước chất lượng xấu ở bên trên xâm nhập xuống tằng nước chính bên dưới, gây phá

huỷ chất lượng nước các ting sâu [1]

Việc đầu tư xây dựng cúc hệ thing cắp nước sạch trong đồ có hạng mục Đàinước có dung tích lớn, có tác dụng điều áp va cung cắp nước sinh hoạt cho nhân dân

trên địa bản tỉnh Ninh Thuận được Đăng và Nhà nước hết sức quan tâm Từ nguồn

vốn chương trình mục tiêu quốc gia nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn,

Ninh Thuận đã và đang được đầu tr xây đựng từng bước giái quyết được vin dé nước sạch cho nhân dân Qua thực té sản xuất cho thấy các công trình được đặt tiên

nền có hệ sé k nỀn khác nhau, việc tinh toán loại công tinh này chủ yu là tính toánthủy lực dé xác định chiều cao và dung tích Đài nước; về kiểu dáng kết cấu móngđài thường áp dụng tương tự, việc tinh toán thiên vé an toàn thường là giải pháp lựachọn của đơn vị tư vẫn thiết kể, trong khi bài toán kinh tế dang cần được phân tích

để nâng cao hiệu quả đầu tư

Vi vậy phân tích trang thải ứng suất, biến dạng của Dai nước để lựa chọn

kích thước móng đãi thích hop với đặc tinh nén phổ biến trên địa bản tinh NinhThuận là hết sức cần thiết góp phần làm giảm giá thành công trình tăng hiệu quá.đầu tư

nên phổ biễn trên địa bản tỉnh Ninh Thuận để lựa chọnkích thước mồng đài thích hợp, thỏa man điều kiện trạng thái ứng suất, biển dạng

“cho phếp theo tiêu chuẩn hiện hành.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng: Tính toán lựa chọn kích thước mồng đài thích hợp với các đặc tinh

nên của 3 khu vục huyện Ninh Som, huyện Bác Ai, huyện Ninh Hi, tinh Ninh

Thuận,

Pham vi: Nghiên cứu quan hệ giữa chiều sâu đặt móng hạ bắn kính móng R

50mŸ, 100m’, 150m* và chiều cao

và chiều day bản đầy ö với các dung tích Vụ

Hus = 10m, 15m, 20m, tương ứng với một số loại nén có hệ số ky khác nhau tiên

địa ban tỉnh Ninh Thuận.

IV Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

© Xây dựng mô hình không gian k cấu Dai nước cho các trường hợp dung

tích và chiễu cao dai trên nén có hệ số khác nhau để lựa chọn kích thước móng đãi

thích hợp thỏa mãn huyền vị và ứng suất

- _ Sử dụng phần mềm SAD2000 phân ích trạng thái ứng sud và biến dạng

V Kết quả đạt được:

~_ Xây dựng các đường quan hệ giữa chiều cao, bán kính, chiều dày bản daymóng dai ứng với các loại dung tích, chiều cao của di nước và các hộ số nỀn khc

nhau dé lựa chọn kich thước móng dai thích hợp.

= Đưa ra khuyé ham vi áp dung của từng loại móng dai trên một số

loại nề địc trưng tại địa bản tinh Ninh Thuận

CHƯƠNG 1: TONG QUAN

1.1 Khái quất về Đài nước

Việc cung cắp nước sạch và đảm bảo vệ sinh môi tường đang là vẫn đề cần

giải quyết ở nước ta hiện nay Trong các hệ thống cấp nước tập trung hạng mụccông trình không thể thiểu đó là tạo áp lực nước trong đường ống để dẫn để

nơi tiêu thụ Hiện nay các hệ thống cắp nước tạ đô thị, các khu công nghiệp với phạm vi cung cắp nước rộng, lưu lượng tiêu thụ nước lớn, liên tục nên việc tạo áp lige nước trong đường ông thường sử dụng các loại bơm tăng áp, bơm,

tram bơm tăng p có bình điều áp bằng khí nền thay cho đãi nước tr

nhiên tại các hệ thống cắp nước tập trang ở nông thôn do phạm vi cấp nước hẹp,

lượng nước tiêu thụ ít và chủ yếu vào những giờ cao điểm nhất định nên việc sitdụng di nước để tạo dp lục và điều tiết lượng nước cấp vẫn là giải pháp được lựachọn nhiều nhất vì chúng có những ưu điểm như sau:

~ Tạo được cột nước áp lực ôn định trong phạm vi cấp nước của công trình.

- Điều tết lượng nước cắp đối với những giờ cao điểm, là nguồn dự trữ sử

dụng những giờ thấp điểm cho các hộ tiêu thụ.

= Tạo điểm nhắn kiến trúc không gian trong khu vực nông thôn Giảm chỉ phí

trong quá trình vận hành khai thác công trình sau đầu tr.

1.2 Hiện trạng xây dựng Đài nước trên thé giới và ở Việt nam

“rên thé giới sử dụng đài nước đã có tử lu Dai nước ha

một kết edu trữ nước được dt trên cao nhằm gây áp lực lên hệ thống cắp nước phân phối nước sinh hoạt và tích nước để cung cấp khẩn cắp cho phòng cháy chữa cháy:

Các loại đi nước nói chung chỉ để lưu trữ nước hô (không wong) nước phòng cháy

chita chây hoặc các mục dich công nghiệp, và có thé không cần phải kết nổi với một

nguồn cung cấp nước công cộng

gọi là tháp nước là

"Đài nước có thể cung cấp nước ngay cả khi mắt điện, vi dựa

ra bởi độ cao của nước (do trọng lực) để đầy nước vào bi

nước sinh hoạt và công nghiệp Một dai nước cũng phục vụ như một hồ chứa để

sánh vác nhu cầu đùng nước trong thời gian sử dụng cao điểm Nước trong đàithưởng được sử dụng vào các giờ sử dụng cao điểm trong ngày, sau đó sử dụng máybơm bơm nước lên dai vào những giờ thấp điểm Với đài nước làm việc trong vùngbảng giá, quá trình này cũng giữ cho nước không bị đóng băng trong thời tết lạnh,

do nước trong đài được iên tục được xả và nạp lại

o áp lực thủy

Đài nước tại Kuwait City - Kuwait Đài nước Louisville — Hoa Ky

Hình I I: Một vai Dai nước trên thé giớiViệc sử dụng các bể chứa nước đặt trên cao đã tồn tại từ thời cỗ đại dưới cáchình thức khác nhau, Tuy nhiên đến thể ky 19, khi máy bơm hơi nước trở nên phdbiển, dai nước được sử dụng cho các hệ thống nước công cộng để gây áp lực, đàinước càng được phát triển khi dng dẫn tốt hơn có thể chịu áp suất cao hơn

Nhiều dai nước bây giờ được coi là có ý nghĩa lịch sử, và đã được đưa vào danh sich di sản khác nhau trên thé giới Một số được chuyển đổi thành căn hộ hoặc

căn hộ penthouse độc quyền

“Tại Việt Nam từ thời kỹ Pháp thuộc đã xuất hiện rất nhiều dai nước trong các

khu dân cư tập trung, các din điền cao su từ Bắc vào Nam và đến nay vẫn còn tồn

tai ở thành di tích lich sử

“Tháp nước Hàng Đậu ~ Hà N Đài nước Dã Viên — Tp Hui

nh 1 2: Một số Đài nước được xây dựng ở Việt Nam từ thời ky Pháp thuộc

Sau kải thống nhất dit nước, chúng ta đã xây dựng một số Dai nước trong

sắc khu tập thể, chung cứ với mục đích cắp nước inh hoạt cho các khu nhà

cao ting Dién hình như tháp nước Trung Tự, Kim

thuật nên từ khi xây dựng đến nay hơn 35 năm không được sử dụng và đã bị phá bỏ.Hiện nay nhiều thấp nước vin tiếp tục được xây dựng chủ yêu cung cắp nước chocác khu công nghiệp, cứu hỏa, các khu tập trung dân cư.

Re ee

Tháp nước Trung Tự ~ Ha Nội "Đài nước khu CN Đình Vũ - HP

Hình 1.3: Một số Bai nước được xây dựng ở Việt Nam những năm gin đây

1.3 Hình thức edu tạo Đài nước

“Có nhiều cách để phân loại đả nước, tuy nhiên theo đặc điểm cấu tạo có thể phân thành 2 loại đi nước như sau: Dai nước thép và Đài nước bể tông cốtthp.

~ Bầu dai: Bằng thép, Inok hoặc composite chế tạo sẵn liên kết với thân dai,

trên bầu dai có gắn thiết bị chống sét, hệ thống ống, van cấp nước lên xuống,

(2) Đài nước bé tang cắt tháp

ự trình ấu tạo hoàn toàn bằng bể tông cốt thép hoặc thin đài bằng

tu dii bing thép hoặc Inok chế tạo sin lip ghép với thân đầi

ch chứa lớ

bê tông cốt thế

Được sit dụng phổ biến vi loại này thường là những đãi nước có dung

thời gian sử dụng lâu dai và đáp ứng được yêu cau mỹ quan của khu vực.

Các đài nước đã được xây dựng ở Việt Nam chủ yếu đều có dạng kết cầu bêtông cốt thép liễn khối

~ Méng đài: Nhằm đảm bảo tryỄn lực từ đài xuống nền công trình giữ công trình an toàn, ôn din, Tùy vào kết cấu thân đài, khả năng chịu ải của nền để bổ trí

móng dai phù hợp Trường hợp thân dai là một trụ đỡ thì móng dai sử dụng mong

bè, thân đài gồm nhiều trụ bê tông cốt thép liên kết với nhau thì sử dung móng đơn

liên kết với nhau bằng các dầm be tông cốt thép hoặc sử dụng móng bé (nếu n

thiên nhiên dim bảo khả năng chịu ti, sử dụng móng nông) Trường hợp nền đất yếu không đảm bảo khả năng chịu tả của công trinh thường phải sử dụng mông s

~ Thân dai: Gm 2 loại chính như sau: Loại 1 gồm nhiều trụ đỡ bằng bê tông

cốt thếp liên liên kết với nhau bằng cúc dm bê tông cốt thép tạo thảnh khung đỡ dai (hình 1 4a), loại này trước kia thường được sử dụng phổ bién, tuy nhiên về

an không dp ứng được đối hoi cuộc sống hign ti nên đn nay it ấp dụng

thép (hình 1 4b), loại này dang sử dụng khá

trong thực té hiện nay do đáp ứng được yêu cầu mỹ quan, to điểm nhắnkiến trúc trong khu vực

- Bầu dai: chủ yếu bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ liên kết với thân đài, hệthống ông, van cắp nước lên xuống

=

(a) Dai nước đặt trên hệ khung

Hình 1 4: Dai nước bê tông cốt thép

(b) Dai nước đặt trên trụ đỡ

Nối chung vé hình thức Đài nước là kết cấu mảnh có độ cao lớn, trong khí đó

khối lượng nước tập trung ở rên đính do đô tạo mô men lớn đối với móng đồi khỉchịu tác dụng của tải trọng ngang Vì vậy việc nghiên cứu kết cấu móng dai phù hợp.trên các loại nền khác nhau khi chịu tác dụng của các loại tải trọng trong đó có tảitrọng gió, động dat là việc làm cần thiết để đảm bảo Dai nước làm việc én định lâu

chọn được một loại nén móng công trình đảm bảo các điều kiện sau:

1- Công tình phải tuyệt đối an toàn

2 Khả thi nhất cho công trình

3- Giá thành rẻ nhất

Xông là bộ phận dưới công tình có tắc dung truyền và phân bổ tải trọng từ

sông tình lên mặt nén Móng thường có kích thước lớn hơn

giảm áp suất mặt nên,

Mông được chia làm hai loại mồng nông và mồng sâu.

‘Méng nông (hình 1 Sa) là phần mở rộng của chân cột hoặc đầy công trìnhnhằm có được một diện tích tiếp xúc thích hợp để đất nền có thé gánh chịu được áplực đáy móng, loại móng này không xét lực ma sit xung quanh thành móng với đất

hi tinh toán kha năng gánh đỡ của đất

Móng nông thường được chia thành móng đơn chịu tải đúng tâm, móng đơn chịu ải lệch tâm lớn, móng phối hợp, móng băng, móng bẻ.

‘Mong sâu khi độ sâu chôn móng lớn hơn chiều sâu tới han De, từ độ sâu này

sức chịu tai của đất nền không tống tuyển tính theo chiền sâu nữa mà đạt giá trịkhông đổi, và thành phần ma sát giữa dit với thành móng được xét đến trong sức.chịu tải của đắt nên, gồm các loại móng trụ, móng cọc, móng barretc

Móng trụ gồm các cột lớn chôn sâu gảnh đờ các công trình cả

khoan ngoài biển,.

Móng cọc là một loại móng sâu, thay vì được cấu tạo thành một trụ to, người

ta cấu tạo thành nhiều thanh có kích thước b hon trụ.

cảng, giản

Nén là phạm vi đất phía đưới móng chịu thay đổi rạng thái ứng sult biển dạng khi xây dựng công trình.

Nén tự nhiên là nền gồm các lớp đắt có ết ấu tự hiền, nằm ngay sit bên

dưới móng, chịu đựng trực tip ti trọng công trình do mông truyén sang

Nền nhân tạo là nền khi các lớp đất ngay sát bền dưới móng không đủ kha

năng chịu lực với kết cấu tự nhiễn (thưởng gặp là sé, sét, á cát trạng thải déo

nhão, nhão, bùn, cát xếp (rời), 02 kGlem? < R* <0,8 kGlom’) cin phải áp dụng các

biện pháp nhằm nâng cao khả năng chịu lực của nền.

1.4.2 Mô hình nén

Xét một mồng dim như hình vẽ sau:

nu

Hình 1 6: Mô hình nền

Dưới tác dụng của tải trọng ngoài q(x) và phản lực nền p(x) móng dim bị

an và độ võng của móng w(x) được xác định bằng phương trình vi phân trong sức

-10-của nó Không chỉ phụ thuộc vào tải trong ngoài và độ cứng -10-của bản thân dim mà

cn phụ thuộc vào tính biển dang của nén

Để giải phương trình trên cần dựa vào điều kiện tương tác giữa móng và ni

do chúng luôn tiếp xúc với nhau ta có điều kiện tiếp xúc giữa đáy móng và mặt nềnsau khi lần là w(x) = s(x) Đồng thời phải dùng một mô hình cơ học nào đó để môi

tả tinh biển dang của nén dudi tác dụng của lực, đó chính là quan hệ giữa độ lún của

nên s(x) với áp lực đáy móng (phản lực nền), nghĩa là

s(x) =F;|p(v)|

hoặc p(x) = Fels]

Các quan inten thể hiện cơ chế làm vi

lựe, và được gọi là mồ hình nền

1.42.1 Mé hình nền biển dạng cục bộ (nô hình Winkler)

Cơ sở của mô hình: Tại mỗi điểm (ở mặt đáy) của dim trên nền din hồi, áp

phản lực nên p(x) tỷ 1 bậc nhất với độ lún của nn sx

của nbn đưới ác dung của ngoại

suất mặt nền

pox) trong dé

e—hệ số 6 nền, tị số của nỗ bằng áp suỗ

y dưới tải trọng Đặc tính ấy của đất được gọi là đặc tinh phân phối

Winkler mô hình nền biến dang cục bộ.vậy côn gọi

Do không kể đến tí th phân phối của dt nên có sự sai lệch như sau:

+ Khi nền đồng nhất, tải trọng phân bố liên tục trên dầm (mềm tuyệt đối) thi

theo mô hình nền Winkler ều và không bị uốn Nhưng thực tế quan sát

-H-thấy trong trường hợp này dim vin bị võng ở giữa vì vùng đắt ở giữa phải làm việc

nhiều hơn do ảnh hướng của ving đt xung quanh Tú nhiều hơn hai đầu.

+ Khi móng tuyệt đối cứng, tải trong đặt đối xứng, mỏng sẽ lún đều, theo mô.

hình Winkler ứng suất tiếp xúc sẽ phân bố đẻu Nhưng những kết quả đo đạc thínghiệm trong các trường hợp như vậy, ứng suất tiếp xúc vẫn phân bổ không đều ma

phân bố theo một đường cong lm hoặc lỗi tùy theo khoảng tác dụng của tải trọng.

+ Một trường hợp nữa khi dim tách ra khỏi nền nếu theo mô hình nền Winkler ứng suất tiếp xúc phải có giá trị âm (nghia là ứng suất kéo) Nhưng thực tế

dầm và nn không thé có ứng suất kéo được.

1.4.2.2 Mo hình nền bán không gian biến dạng tổng thé

“Trưởng hợp bài toán không gian Nén đất được xem như một bản không gian

biển dạng tuyển tính có giới hạn phia trên là một mặt phẳng v6 hạn với những đặc

trưng là mô dun biển dang Ey và hệ số nở hông ja,

Hình 1.7: Liên hệ giữa tải trong và độ lún của nền Một tải trọng tập trung (P) ác dụng lên mặt nén, cách diém đặt lực một khoảng (r) một độ lún được xác định theo công thức Butxinesk:

Pane d3) EI

Biểu thức trên biểu diễn đường lún mặt nền có dạng đường cong Hypecbol,trong đố:

Ey và pg: mô dun biển dạng và bệ số nở hông của nền.

P: ti trọng tác dụng tập trung

r: khoảng cách từ điểm xét đến điểm lực tác dụng

S: độ lún của nền tại điểm xét

Trường hợp bài toán phẳng theo lời giải của Flamant, ta có độ lún của điểm.

A so với điểm B là

-12-3)

trong đó:

A, B: hai điểm dang xét

P: Tai trọng tác dụng theo phương đường thing

4: khoảng cách tử điểm xét đến điểm đặt lực tác dụng

S: độ lúa của nền

6 đây dang lớn của mật nên là một đường cong hàm số Logarit

Hình 1 8: Liên hệ giữa tải trọng và độ lún của nền

Mô hình nền nửa không gian biển dang tuyến tính đã xét đến tính phân phối

của đất (biến dạng của nén đất xây ra cả ngoài điểm đật ti) vì vậy mô hình này côn

ơi là mô hình nn biến dang tổng quất

Nhược điểm của mô hình là đánh giá quá cao tinh phân phối của đắt vì khi

chiều sâu vũng chịu nén tới vô hạn,

cho nên dẫn tới biến dạng mặt nén ra xa vô hạn.

tính toán đã coi nền đắt là môi trường đàn hồi

Thực tế chiều sâu ving chịu nén chỉ giới hạn ở một độ sâu nhất định (HL) và

độ lún mặt nén sẽ tắt ở tai một điểm cách vị tí đặt ti chỉ một khoảng nhất định, tay

theo loại đất, trạng thái cia đất và tỉ s6 tải trong

1—Mô hình Winkler 2 M6 hin nén bién dang 3-— Tài liệu thí nghiệm

tổng quát thực tế đo được:

c3

-Hình 1 9: Thí nghiệm bản nén độ lún của mặt đất1.4.2.3 Mô hình nén lip không gian biến dang tổng thể

Mô hình là bước phát triển của mô hình nền nửa không gian biển dạng tổngthể, nhưng đã xét đến chiều dày lớp đất nén chịu nén (H,)

Trường hợp H> H, thì lay H, để tính toán

Trường hợp H < H, thì lay H để tính toán

Kết quả phản lực nên tính theo mô hình nền này sắt với thực tế hon, Nhược

điểm của mô hình là tinh toán coi vùng chịu nén H, là bằng số nhưng thực ra HỊ, thay đổi tay theo điểm tính lún và việc tính toán khá phức tạp trong nhiều trường hợp còn chưa giải quyết được.

15 Tinh toán nền móng theo trạng thái giới hạn

1.5.1 Tính toán nền mắng công trình theo trang thái giới hạn 2

Các công trinh chủ yêu chỉ có các lực tác dụng thang đứng và xây dựng trên

nền đất mềm yếu thường dễ bị mắt én định do các điều kiện biển dang gây nên Do

4 phải tỉnh toán nỀn mồng theo trạng thi giới hạn 2 Trong tinh tin phải chọn tổ

hợp tải trong cơ bản côn tri số các tải trọng lấy với các giá trị tiêu chain (N, ) Các

ấy giá tị tính toán ứng với hệ số an toàn

1.5.1.1 Sơ bộ xác định kích thước đáy móng.

1.2 Rec (5)

Pr

trong đó:

Dia và pạ„ lần lượt là áp suất đáy móng trung bình và lớn nhất

Rx: cường độ tiêu chuẩn của đt nén được xác định như sau:

Ry = m(Ayujb + Ba + Do) “.6)

ở đây

bs chiều rộng mồng

4g: tải trọng biên móng

-H-.e: lực dính đơn vị của nền đất

: dung trọng của đất nên.

Aja, B, D: những hệ số phụ thuộc vào góc ma sit trong của đất

u kiện làm việc của né mồng,

b Xác định kích thước móng khi tai trọng đúng tam

+ Đối với móng đơn.

Nếu có một móng đơn chiều rộng là b, chiều dài là L, chịu tải trọng tác dụng

lên móng là Nj thi áp suất đáy móng trung bình sẽ là:

Minh 1 10: Sơ đỗ tính toán xác định kích thước móng,

(nên Lib = ab’)

‘yo: trong lượng riêng trung bình của đất và mồng,

a) (12)

Các hệ số My, My Ms phụ thuộc vào các góc ma sắt rong của đt ọ,

Xúc định kích thước đấy móng Khi tải trong ech tâm

Dùng phương pháp tinh thử dần Dựa vào điều kiện py, = Re để xác định

chiều rộng như trường hợp ti trọng tie dụng đúng tim, su đồ kiểm tra điều kiện pa«= L2 Ry Nếu không thôn min điều kiện này edn xế địch mồng sang phía ch

tâm để giảm Pox đến khi thỏa mãn Trong trường hợp độ lệch tâm quá lớn thi cantăng thêm chiều rộng móng mới đảm bảo được điều kiện p„„„= 1,2 Ree

131.2 ˆ Kiểm tra đều hiện biễn dụng của móng

Để công trình làm việc bình thường về mặt biển dạng can phải thỏa mãn điều

‘th oy lồ ong lượng iêng và chiều dây lớp đấtthứ¡

+ Tính và vẽ biểu đồ ứng suất gây lin (ứng suắt tăng thêm) cùng trụ với ứng suất bản thân,

Hình 1 11: Sơ dé tính toán lún

à hệ số phụ thuộc tỷ số va =

K:là hệ số phụ thuộc ty số 7 và 2

+ Xác định chiều day vùng ảnh hưởng (H,) tính từ đáy móng đến vị trí thỏa

mãn điều kiện ơ, = 0,2 6,4

Chia nền dat trong phạm vi vùng chịu lún (H,) ra thành những lớp mỏng,

: hệ số phụ thuộc hệ số nở hông „của đất

E,„.h, : mô đun biển dạng và chiều dày của lớp đất thứ ¡ mà ta nh lún

ø„ ứng suất gây lún của lớp đắt thứ i, lấy giá trị ở giữa lớp by

én dạng S < Sự, và AS < AS,

b Tinh độ chênh lệch lún và độ nghiêng của mỏng

Cuối cũng cần thứ lạ các điều kiện

“rong những trường hợp độ chênh lệch lún giữa bai móng gin nhau hoặc

giữa các điễm rong cing một cột móng sẽ gây ra những bắt lợi cho sự lim việc của công trình nên cần tính mức độ chênh lệch AS:

AS =S,-Sp (1.18) trong đó

Sa; Sp:d6 lún của móng A và móng B (hoặc độ lún của điểm A hoặc điểm B trong cùng một móng)

L: khoảng cách giữa hai di nA và B ma ta cin tính lún.

Trường hợp tính độ nghiêng của móng chỉ do lực đặt lệch tâm gây ra có thể

LL, bs cạnh dài và cạnh ngin của mồng,

Ea, is: mô đuyn biển dạng, bg s nở hồng tung bình của nên đất

Kụ lạ bộ phụ tuộc số =

Cuối cùng cần thir Ii các điều kiện biến dạng § < Sy, và AS < AS,„ Nếu

không thoa mãn cần phải có biện pháp xử lý 3]

16 Kết luận Chương 1

ai nước là kết cấu mảnh có độ cao lớn, trong khi đó khối lượng nước tập

trung ở trên định do đồ tạo mô men lớn đối với móng đải khi chịu tắc dung của ải trọng ngang Việc nghiên cứu tính toán kết cấu mồng dai phủ hợp khi chịu tic dụng của ải trong động dit là việc làm cần thiết để đảm bảo Đài nước làm việc lâu đãi

Nội dung Chương đã khái quát các mô hình nền thưởng ding trong tính toán

và phương pháp tính toán nỀn móng công tinh theo trang thải giới hạn

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VE PHƯƠNG PHÁP PHAN TỪ HỮU HAN PHAN MEM SAP 2000 VÀ LÝ THUYẾT SỨC CHIU TAI CỦA NEN

-2.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

-31.1 Các mô hình của phương pháp PTHH

Phương pháp PTHH là phương pháp tim dạng gin đúng của hàm chưa bisttrong miễn xác định của nó bằng cách thay miễn tính toán bằng các miền con gọi là

phần tử Các phần tử nảy xem như chỉ được nối với nhau ở một số điểm nút được.

chon trên biên của phan tử gọi là nút Hàm xắp xi thường được chọn dưới dạng hàm

đa thức nguyên Dạng của hàm đa thức này phải chọn sao cho thỏa mãn điều kiện

có số hệ số tổi thiểu phải bằng số ấn chuyển vị nút của phần tử va đủ để lấy đạo

hàm trong biểu thức tính thé năng toàn phần của phần tử

Tay theo ý nghĩa của him xắp xỉ, rong bai toán kết cầu người ta chia ra kim

ba mô hình sau đã

Mô hình tương thích: Biểu diễn gin đúng dạng phân b của chuyển vi

trong phần từ, các an số là các chuyển vi được xác định từ hệ phương trinh được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange hoặc định lý đừng của thé năng

toàn phần

Mi hình cần bằng: Biểu diễn gin đúng dang phân bổ của ứng suit hoặc nội

lực trong phần tứ, các ấn này là ứng suất hoặc nội lục được xác định từ hệ phương trình được thiết lập trên cơ sở nguyên lý bin phân Castiglano

Mô hình hỗn hợp: Biểu diễn gần đúng dạng phân bổ của cả ứng suất lẫnchuyển vị trong phần tứ, coi ứng suất và chuyển vj là hai yêu tổ độc lập nhau, cácdin số là ứng suất và chuyển vị được xác định từ hệ phương trình được thiết lập trên

cơ sở nguyên lý biển phân Hellinger-Reissner.

Trong ba mô bình trên thi mô hình tương thích được sử dụng rộng tãi hơn cả

và thích hợp cho bai toán kết cấu.

2.1.2 Phương trình cơ bản của phương pháp PTHE

Phương trình cơ bản của phương pháp PTHH với mô hình tương thích được

thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange khi có chuyển vi khả đĩ cho phép

(phù hợp với lên kết của hệ) nếu vật th ở trạng thải cân bằng và thỏa mãn các điều kiện biên thi thé năng toàn phần của hệ đạt giá tỉ dừng

2[I=ð0~W)=0 Qn

-19-"rong bài toán nh, biểu thức th năng toàn phin của phần từ có dạng:

zi[fí Sede [[[ 1@5).®[[_ ulip, dds) 2.2

trong đó:

Ge, £, = vectơ ứng suất và vectơ biển dang;

Vo, S, thé tích của phần tử và diện tích đặt tải trọng bề mặt,

(Pees (p,); - Vectơ lực khối và vectơ tải trong bề mặt

Voi vật liệu đàn hồi tuyên tính, quan hệ giữa ứng suất và biển dạng như sau:

ø,=De, 63)

trong đó: D là ma trận các hing số vật liệu và là ma trận đối xứng

“Thay (2 3) vào (2 2), ta có:

nA fff etbe.oy— fff wins ea Jf s16.) @4)

Từ nguyên lý thé năng toàn phan ta viết được:

ăn, oat ff BYDB,A,d- [[[_ Nlips).de-[[ NỮíp),)~0 25)

Do biển phân ðA là tuỳ ý, nên từ (2 5) có phương trình cân bằng của phần

tử như sau;

(J), 8 n8.^.a- [[[, XZ 0,27 [[, X24 2.6)

hoặc viết dưới dang:

KA Foe + (Fide 2.7)trong đó

A, - vectơ chuyển vị nút của phần tir

K,, , = ma ân độ cứng và voc tã rong nút của phn tử trong hệ toa độđịa phương, được xác định theo công thức sau:

(ff, 8108.0 as

[ƒ, NP u),dv+ ff, P(r ads 2.9)

Viết công thức (2 7) cho toàn kết edu ta được;

KA=F 2.10)

-20-trong đó:

A - veeto chuyển vị nút của Ki

K, F- ma trận độ cứng và vectơ tải trọng nút của kết cầu trong hệ tọa độ tổng

thé, được xác định theo công thú

@-10) 6-12)

trong đó: ma trận độ cứng K và vectơ tải trong nút F của kết cấu bằng tổng ma trận

6 cứng Ke và vectơ tải trọng nút F, của phần tử trong hệ tọa độ tổng thể được định

vi tường ma trân độ cứng và vectơ tải trong nút của kết cầu nhờ ma trận định vị Le

và được ký hiệu Kin lượt là KP và RE

Ma trận độ cúng K, và vectơ tải trọng nút F, của phần từ trong hệ tọa độtổng thể được xác định từ ma trận độ cứng K, và vectơ tải trọng nút

trong hệ toa độ địa phương nhờ ma trận biển đổi tọa độ T, như sau:

K,=TƑKT, (2-13)RAT

2.1.3 Trình tự giải bài toán kết cầu bằng phương pháp PTHE

Để tính toán một kết cấu đàn hỏi tuyến tính theo phương pháp phần tir hữu.

hạn tương ứng với mô hình chuyển vị, ta the hiện theo trình tự sau:

1 Chọn loại và dạng hình học của phần tử hữu hạn;

4 Lập ma trận độ cứng của các phần tử dưới dang các công thức dé có thé

tinh ma trận độ cứng của từng phan tir,

5 Tập hợp các ma trận độ cứng thành ma trận độ cứng của toàn kết cấu rờirac hóa Ma trận này phù hợp chặt chẽ với véc tơ chuyển vị nút về thứ tự, thành.phần và kích thước;

6 Xác định véc tơ ải tương đương (lực nit) của kết cấu rời rae hoa bằng các

Tập hợp các vée to ti của từng phần tử Véc tơ tải này tương ứng với véc tơ chuyển

vị nút về thứ tự và thành phần;

1 Dùng điều kiện biên của kết cấu để khử tính suy biển của ma trân độ cứng

của kết cầu da lập ở bước 5;

8 Giải hệ phương trình [K].{A} = (F} để tim véc tơ chuyển vị nút của kết

cấu rời rac hóa

9 Xác định nội lực, ứng suất của từng phần tứ;

10 Vẽ các biểu đồ biểu diễn kết quả

Cách làm thích hợp nhất kh tỉnh kết cầu theo phương pháp pt

mô hình chuyển vị là thực hiện theo sơ đồ khối đưới dy Tắt cả các bước được thực

hiện tự động trên may tinh theo một Chương trinh lập sẵn 4]

tử hữu han

-22-si liệu Sơ đồ ire: véc lơ in chuyển

~ YLIDỊ, vat eu, trọng,

quan hệ đ biết tong lý tuyết dân bối M=M+T

‘Ve các bu đổ tương ông

Ỷ

END

Minh 2 1: Sơ đồ khối giải bài toán kết cấu theo phương pháp PTHH

2.2 Khái quát về phần mềm SAP2000

Phin méi ết cấu SAP2000 (Structural Analysis Program) được

phát triển bởi công ty CSI (computers and Strutures, Inc) của Hoa Kỳ và nồi tiếng.

trên phạm vỉ toàn thể giới Day là phn mềm mạnh phân tích và thiết kế kết cấu trên

cơ sở phương pháp phần tử hữu han theo mô hình chuyển vị Trải qua hơn 30 năm.kiểm nghiệm phân tích kết cấu thực tế vả không ngừng đổi mới cho phủ hợp với sự

phát trién của phương pháp phần từ hữu han, hiện nay đã phat triển đến phiên bin

t cấu như: tuyến tinh — tinh, tuyển tĩnh

~ Kết quả tính toán được định dang chuẩn hoặc có thé thay đổi tùy ý.

- Liên kết với phần mềm AtoCAD thông qua file “DXF hoặc có thể

copyipaste từ các bằng tính như Excel

-2/-“Trong phạm vi luận văn tác giả khai thác kết quả từ phần mém SAP2000

V14 với kết cầu Đài nước được mô hình hóa theo bai toán không gian bằng phin tir

khối

2.3 Bài toán hình khối (Solid)

2.3.1 Khải niệm về bài toán khối

Khối là vật thể không gian 3 chiều có kích thước chiều nhỏ hơn không chênh

lệch nhau nhiều so với 2 chiều kia, Với công trình xây dựng e6 hình dang vi chịu ấp

lực phức tạp không thể đưa về bài toán thanh, bai toán tắm và vo để đơn giản hóa.tính toán nhưng vin đảm bảo độ chính xác yêu edu, trong trường hợp này edn thiết

phải giải bài toán khỏi và được mô hình hóa bằng phần tử khối (Soilid)

“rong SAP2000 có các phần tử khối 6 mặt, $ mặt và 4 mặt (ứ diện), mỗi nút có 3

thành phần chuyển vị Ux, Uy và Uz Hệ tọa độ cục bộ 123 của phần tử được mặc định cùng phương chiều với hệ true tọa độ tổng thé XYZ.

Hình 2 3: Phin tử khối trong SAP2000

2.3.2 Một số quy wie về phần ti khối

- Hệ toa độ cục bộ 123 của phin tử được mặc định cùng chiều với hệ trục toa

độ tổng thể XYZ.

~ Mã nút và mã mặt của phần từ khôi 6 mặt được thể hiện trên hình 2 4a

- Trạng thái ứng suất tại một điểm trong phin tử khỗi được đặc trưng bằng sắc thành phần ứng suất tai điểm đồ là cúc hình chiếu cia các ứng suit toàn phần trên ba mặt cắt vuông góc với nhau lên ba pháp tuyển vuông gốc với mặt cắt 46

“Trưởng hợp ba mặt cắt vuông göe với ba trục tọa độ 1, 2, 3 thi ác thành phin ứngsuất được ký hiệu như sau: Trên mặt dương true Ì có S11, S12, S13, rên mặt dương

trục 2 có S22, $21 và $23, Trên mặt dương trục 3 có S33, S31 và $32 trong đ

S31, S23S32 nhự bigu diễn ở hình 2 đb

sứ “

vớ)

xế

inh 2.4: Phin từ khối trong SAP2000

Với quy định trên phần ti khối được tạo bởi diện tích nhữ chức năng

Extrucde Area to Sold, Hin th tên mặt phn tứ khối: Display > Show Mise Assign

> Solid > Xuất hiện bing S

Faces Hiễ tj ten mặt của các phn tử khỏi bằng phd ma như hình 2 5

ow Solid Assignments > Chon Show color ~ Code

Hình 2 5: Phần tử khối 6 mặt và khối 5 mặt2.4 Thao tác phân tích tác dụng của động đất theo phương pháp phổ phản

ứng trong SAP2000

Phương pháp phổ phán ứng là một loại phương pháp mô phỏng động, cũng

là một loại phương pháp thống kê Phương pháp phổ phản ứng đã xem xét ảnh hưởng của độ lớn chuyển động mặt

tính động lực kết cấu đối với lực động đất, vì vậy có thể phản ánh

tinh chất của đất nền cùng với đặc

in đúng tác

38

-động -động đất đổi với kết cấu Do phương pháp phé phản ứng với phương pháp thiết kế kết cấu truyền thống gần giống nhau, vì vậy được ứng dụng tương đối rộng:

rãi Trong quy phạm của các quốc gia đều đưa ra đường cong phổ phản ứng thiết kế

Phân tích phỏ phản ứng trong SAP2000 là đầu tiên dựa trên đường cong pho

phản ứng thiết kế của mỗi một quốc gia, sau đó dựa vào phân tích dao động (Modal)

thu được các dạng dao động, sử dụng phương pháp tổ hợp dang dao động tính toán.

Điểm khác nhau: dya trên điểm khác căn bin của động lực với tĩnh lực là có xem xét ảnh hưởng lực quấn tính và tải trọng động, trong mô hình tin toán động

lục cần định nghĩa khối lượng, đường cong thay đổi ải trọng động

(9) Định nghia đường cong phỏ phân ing

Define > Functions > Response Spectrum > Xuất hiện cửa sd Define Response Spectrum Funetions > Choose Function Type to Add lựa chon một trong

các dang đường cong phô phản ứng quy định trong các quy phạm khác nhau (ví dụ

lựa chọn Chinese2002 Spectrum) như hình 2 6, nhắn Add New Function > Xuất

hiện cửa số Response Spectrum Chinese 2002 Funetion Definition như hình 2 7 >Dya vào cấp độ động dit va điều kiện địa chất, tiến hành lựa chọn các thông số đầu

vào cho phủ hợp với tiêu chuẳn của mỗi nước Theo tiêu chun hiện hành của Trung Quốc <Quy phạm thiết kế kháng chin công trình> (GB 50011 ~ 2001) ta có đường

eong phổ phản ứng thiết kế như ở hình 2 7

"Hình 2 7: Dinh nghĩa tham số đường cong phổ phản ứng thiết kế

28

-(8) Định nghia trường hop phân tích phổ phản ng

Define > Load Cases > Xuất hiện cửa sổ Define Load Cases > Nhấn AddNew Lond Case xuất hiện tiếp cửa số Load Case Data ~ Linear Static, trong LoudCase Type chọn Response Spectrum, chuyển sang cửa số Load Case Data —Response Spectrum nhu hinh 2 8.

Lưu ý: Có thé định nghĩa trường hợp tai trọng trước từ đường dẫn Define >

Load Patterns, sau đó định nghĩa trường hợp phan tích phố phản ứng > Trang cửa.

sổ Define Loail Cases sẽ xuất hiện tên rờng hop tỏi trọng và chỉ edn lựa chon saw

đó nhắn Modify/Show Load Case > Xuất hiện cửa số hình 2 8 với Load Case Name

a được dink nghĩa

“Trong cửa sổ hình 2.8 cin lựn chọn phương pháp tổ hợp dao động (ví dụ lựa

chọn phương pháp SRSS ~ căn bậc bai của ting bình phương): đối vớ loại Hình titrong là gia ốc, cin lựa chọn phương dao động (ví dụ lea chon UI ~ gia tốc theophương trục X) lựa chọn him số đường cong phd phản ứng được định nghĩa ở

Hình 2 8: Định nghĩa trường hop phân tích phổ phản ứng.

(4) Lựa chon loại hình phân tích và tỉnh toán

(5) Hiễn thị ket quả tnh toán

-29-2.8 Trình tự giải bi

1 Chọn hệ đơn vị

2 Mô hình hóa kết có

toán kết sấu bằng SAP2000 V14

từ thư viện kết cầu mẫu hay tự vẽ

2 Định nghĩa vật liệu

4, Định nghĩa đặc trưng hình học của phan tử kết cầu

5 Định nghĩa tải trọng và tổ hợp tải trong,

6 Gần đặc trưng hình học vào các phần tử kết edu đã mô hình hóa.

1

8

9.

Gin tải các trường hop tải trọng vào kết cấu đã mô hình hóa

Đặt tên bài toán

‘Chay Chương trình và hiển thị kết quả tính toán |2]

2.6 Tính toán sức chịu tải của nền

2.6.1 Tính toán sức chịu tải của nền theo lý thuyết cân bằng giới hạn

Tính toán sức chịu tải của nề đất dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn lànhằm đảm bảo độ bén và tính én dịnh của nền đất Việc tính toán dùng lý thuyết cân

ng giới han, để xác định tai trong giới han (p,,) gây phá hoại nén hoàn toàn, rồi

sau d6 chia tải trọng giới han cho hệ số an toàn K > 1, ta sẽ nhận được trị số site chịu tai của nền:

Pu 2.

(le @-15)

Nguyên lý của phương pháp tinh toán da theo lý thuyết cân bằng giới hạn

là, xết rạng thái cân bằng tinh và cân bằng giới hạn của một phân tổ đất, đựa vào

việc giải hệ các phương trình vi phân cân bằng tinh và điều kiện cân bằng giới hạn tại một điểm, xét trang thái ứng suất tại các điểm trong vùng trượt Do đó có t

định hình dạng mặt trượt một cách chặt chẽ và tìm ra tải trọng giới hạn.

i c6 chứa điểm M

“Trong trường hợp bài toán phẳng, hãy xét một phân t

trong hệ trục tọa độ vuông góc y.2, chiều phương của Oz hướng theo chiều tác dụng.

của trọng lượng,

Hình 2,9: Sơ đồ ứng suất tác dụng đối với phân tổ đắt trong TH bai toán phẳng

Phân tổ đất có cạnh dy và dz, chịu tắc dụ! tủa ơ,„ơ,„+, va trọng lượng bản thân

‘Trang thải cân bằng của phân tổ đất được bigu thị bởi hai phương trình cân bằng tĩnh và một phương trình cân bằng giới hạn sau đây:

2-16)

17)

€.-e2 se (2-18)

+6, +3ecotzø)

`Với các điều kiện biển cụ th, giải hệ phương trình trên với én số cho phép xác

định được tai trọng giới han và dang đường trượt

2.62 Tĩnh trán sức chịu tải củu nén theo K Tercaghi

Sơ đồ tính toán của K-Tercaghi là

hợp 10, đồng thời có chủ ý đn sự lên tạ cũa nêm đất mã K,Tezaghi giá thiết là

hình tam giác cân với góc ở đáy bằng @ cho phủ hợp với các kết quả của thí nghiệm

nén Ném dit phải khắc phụ

ding những đường trượt như ở trường,

áp lực bi động của đắt trong khu vực cân bằng giớihạn ở hai bên và dính kết chặt với đầy móng

“Trên cơ sở nhận định như vậy, K.Terzaghi đã đưa ra công thức tính tải trọng.

giới hạn ở trường hợp bài toán phẳng như sau:

ĐẠ=N, 19)

trong đó:

2.7 Khái quát vé công trình chịu tác dung cin động đất.

Động đ là quá tình giả phông năng lượng dưới dang sông động đắt phân

tán ra bốn xung quanh, sau khi sóng động đất tới mặt đắt dẫn đến mặt đắt bị chuyên

động khiển công trình ban đầu đang ở trạng thái đứng yên chịu tác dụng của động

lực Tác dụng động lực này thông qua nền công trình ảnh hướng đến kết cầu phần

trên, làm toàn bộ kết cấu công trình phát sinh dao động, lực quán tính phát sinh

trong quá trình dao động kết cấu gọi là tác động động đất.

Độ lớn của tác động động đất có liên quan đến chất lượng của kết cắu, đặc.

tính động lực bản thân kết edu (chu kỳ dao động của kết cấu, hình dạng dao động,

lực cản), đặc tính chuyển động mặt đất (cắp động đít và tình trạng xa gin tâm chan).

Phương pháp tính toán tác động động đất lên công trình chủ yếu bao gdm:

phương pháp giả tinh, phương pháp lực cất diy, phương pháp phổ phản img, và phương pháp phân tích động theo lịch sử thổi gian Hiện nay hai phương pháp phd phản ứng và phương pháp phân tich động theo lich sử thời gian được sử dụng phổ

biến trong tinh toần tác động động đất

2.7.1 Phương pháp lực cắt đáy

Phương pháp lực eit day thích hợp với công tỉnh cỏ độ cao nhỏ hơn 40m,

lay biến dạng cit là chính mà côn phân bổ độ cổng và khối lượng theo chiều caokhá đồng đều xem như kết cấu gin giống hệ thống đơn chất điểm (vĩ đụ như thấp

nước, nha một t

Lay kết cấu tháp nước làm ví dụ (hình 2 10) Khi tính toán động đất, đơn.

giản hóa có thé coi hệ thống lả một chat điểm đơn được đặt trên một thanh din hỏi

không khối lượng, khối lượng của chất điểm là m Khi mặt đắt có gia tốc hướng

-32-ngang a, (1), chất điểm phát sinh gia tốc là a(r) Theo định luật 2 Newton, chất

điểm chịu tác dụng của một lực quán tính F

F=ma(t) 6-29) Lực quấn tính khí a

Fe (2-23)

Hình 2 10; Kết cấu tháp nước được don giản hóa thành hệ thống chất điểm dom

Độ lớn của giá t gi tốc lớn nhất của chất điểm aya, có liên quan đến

đại điện gin tốc động đất thiết kế theo phương ngưng mat đắt (a) ay là định lượng

tiêu chuẩn của cấp độ động đắt thết kế

xác định theo công thức dưới đây

đụ, = Bat, 6-24)

i trị gia tốc lớn nhất của chất sm có thể

trong đó

hệ số động lực hoặc gọi là hệ số phóng đại

Thay aya vào công thức (2- 23) được lực quấn tính động đất (giá tị tiên

chin:

F*=mpa, (2-25) hay:

F*~Ba,G1g~aG 2-26) trong đó

G~ eit đi iệnti trọng tng trong lượng của chất điểm, G= mg

say hệ số ảnh hưởng của động dit theo phương ngang tương ứng với chu kỳ

dao động rêng cơ bản của kết cí

Ất điểm đơn, dựa vào năng lượng lớn nhất trong quá trình

dao động của chất diém, sử dụng phương pháp năng lượng dé xác định chủ kỳ dao

động riêng cơ bản của kết cầu Tị theo công thức đưới đây:

‘A - chuyển vị ngang của chit điểm khi giả thiết trọng lượng G của chất điểm

tác dụng lên chất điểm theo phương ngang

2 2 Phương pháp giả tinh

Giá trị tiêu chuẩn tác dụng của động dat theo phương ngang lên chất điểm ởcác cao độ khác nhau #”* có thé tinh toán theo công thức (2- 28) Phương pháp này được sợi là phương pháp giả tỉnh

FS =uŠG,0,/g 6-29)

trong đồ

ay — giá tị đại điện gia tốc động đất thiết kế theo phương ngang mặt đất

& hệ số tết giảm hiệu ứng tác dụng động đắt thông thường lấy bằng 0,25

«a, — hệ số phân phối động đắt của chất điểm thứ ¡

Gp ~ giá trị đại diện tác dụng trọng lực tập trung lên chat điểm thứ ¡

# —gia tốc trọng trưởng

Đối với tháp nước, hệ số a, ly theo hình 2 11

Tình 2.11: Hệ số phân phối động đất hướng ngang theo chiều cao

2.7.3 Phương pháp ph phản ứng chia dang dao động

Đối với công trình cao cần sử dụng phương pháp phd phản ứng chia dang

dao động để tính toán hiệu ứng tải trong động đất

Đối với hệ nhiều bậc tự do có thể dùng phương pháp chia dang dao động đểthu được nhiều dang dao động Thông thường kết ấu chia thành n chất điểm cổ n

y—hộ số tham gia của dang dao động j

- Hiệu ứng tác dụng động đắt theo phương ngang Sau khi xuất lực hiệu ứng

động dit của các dang dao động, không thé dùng phương pháp cộng tác dụng thu

35

-được nội lực tính toán, mà cin dùng lực động đắt tương đương của mỗi dang dao

cđộng lẫn lượt tính toán nội lục và chuyển vị của kết cầu, sau đó thông qua phương

pháp tổ hợp dang dao động để tính toán nội lực của mặt cắt và chuyển vị của cáclớp, khi tổ hợp dang dao động sử dụng công thức dưới đây (phương pháp căn bậc hai của tổng bình phường SRSS):

[

trong đó

‘SY - hiệu ứng của giá tị tiêu chuẩn tác dụng động đất theo phương ngang

S, — hiệu ứng của giá trị tiêu chuẩn tác dụng động đắt theo phương ngang của

dạng dao động thứ j (mô men, lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vi).

mm số dang dao động tham gia tổ hop.

2.8 Kết luận Chương 2

Phương pháp tính toán biển dạng và mg suất công trình xây dựng thường

dùng nhất hiện nay là phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình chuyển vị (tương.thích), it khi đăng phương phương pháp giả ích vì hình dạng kết cấu, đều kiệnbiên cũng như ải trọng tác dung lên nó khá phức tạp, nên phương pháp giải tích hầu

như không dip ứng được các yêu cầu mong muốn.

Phin mềm phân tích kết cầu SAP2000 là một phin mềm mạnh có khả năng

mô phỏng các kết cấu có hình dạng phức tạp, chịu tác động của nhiều dạng, nhiều

loại tải trong khác nhau với điều kiện biên phủ hợp với trạng thái làm việc thực của

kết cầu, Vi vay Luận văn sử dụng phin mềm SAP2000 để phân tích trang thái ứngsuất biến dang của kết cấu Dài nước để từ đó lựa chọn kích thước mồng đài thích

hợp với các loại nền phổ biến trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận.

Noi dung Chương căng khải quit phương pháp xúc định súc chịu ti của nén đối

với từng loại móng theo K.Terzaghi trong đồ có mỏng tròn được sử dụng trong kết

cấu đài nước

"Ngoài ra đã khái quát các phương pháp tinh toán động dit phù hợp với từngloại kết cầu dai nước và khuyến cáo với dai nước cao nên sử dụng phương pháp phd

phản ứng để xem xét ảnh hưởng của động đất đến trạng thái ứng s

của kết cầu.

i va chuyển vị

Lựa chọn hình thức kết cấu Bai nước bê tông cốt thép in khối kiểu trụ tháp

tiết điện wan gồm 3 phần: bầu đãi, thân đãi và móng đãi.

3⁄2 SỐ liệu tính toán.

= Mặt cất dọc điễn hình kết cầu Bai nước được cho ở hình 3, 1 Các thông số

cơ bản của Dai nước đồng trong nghiền cứu bao gồm:

+ Dung tích dai nước: Vi, = 50m”, 100m’, 150m";

+c 0m; 15m: 30m; cao đài nước: Hạ

+ Chiễu sâu đặt móng: hy, = 3m; 4m; Sm; 6m; 7m:

Hình 3 1 Sơ đồ tính toán cắt đọc thân đài

~ Che thông số kỹ(huật của vt liu bê tông và nên cho ở bằng 3.1

c7 ~

Bảng 3, 1 Các thông số kỹ thuật và khu vực nghiên cứu.

l Khu vực nghiên cứu trên

‘Thong số kỹ thuật KẾ | dom yj | địa bàn tỉnh Ninh Thuận

hiệu

Kvi | KV2 | KV3 [| Chỉ tiêu cơ lý của Bê tông M250

1 Trọng lượng riêng của BT Y Tim? 2,50 2,50 2,50

2 Médundin hdi cia bề tông | E, | KNim® |2.5E+06 | 2,5E+06 | 256406

Hình 3 2 Mô hình Đài nước dùng phan tử S

a Hạy=l0m,b, Hai = lấm,e

Hình 3.3 Mô hình phần tử hữu hạn kết cầu bầu dai và móng dai

3.4 Trường hợp tính toán

‘Trong phạm vi luận văn, tác giả nghiên cứu với điều kiện địa chất nền móng,

3 vùng khác nhau trên địa bản tinh Ninh Thuận, bao gồm huyện Ninh Sơn (KV 1), Bác Ái (KV2), Ninh Hai (KV3) Dong thời tỉnh toán trong trường hợp công trình hoàn thành đưa vào sử dụng gặp động dit Cấp động đất

‘Ninh Thuận),

3⁄5 Tải trong và tổ hợp tai trọng

“Tải wong gồm nhiều thành phần và nhiều phương tác dụng lên công trình,như áp lực gió (ALG); áp lực nước (ALN), áp lực thay tinh (ALTT); áp lực thủyđộng (ALTĐ); áp lực dit (ALD): lực động đắt (LĐĐ); trọng lượng thiết bị (TLTB):trọng lượng bản thân công trình CTLBT); áp lực dy nổi (ALĐN) tuy nhiên trongphạm vi luận văn tắc giả nghiên cứu cho hai dạng t6 hợp (TH), cụ thé như sau:

THỊ= I,ITLBT + 1,2ALN + 12ALĐ + 1,2ALG

TH2 = THỊ + LĐĐ,

Hình 3 4 Phổ mau áp lực nước trong Hình 3 5 Phổ màu áp lực gió thân và

bầu dai bầu dai

3.6 Phân tích tính toán ra chọn kích thước móng đài

~ Bài toán 3: Xác định sức chịu tải của nên và áp suất đáy móng theo điều.kiện ồn định vẻ cường độ nền của công trình, để lựa chọn kích thước móng đài thích hop với KV3.

"Đây là bai toán thir din để chọn kich thước móng dai thích hợp, dựa vào các

chỉ tiêu cơ lý của đắt nền, giả thiết chiều sâu đặt móng hạ; chiêu diy bản day ö và ban kinh đáy móng đài R ứng với chiều cao Hy; dung tích đài V và các đặc tính nền.

3.6.2 Tinh toán sức chị tải của nền và áp suất đập móng

Điều kiện én định về cường độ nền của công trình, được xác định theo công

thức 3.1

max < ÍP] = Pa/E B.1)

trong dé

-40.-Pau — ấp suất lớn nhất tại mặt sắt đấy mỏng (Ts

Pes — tải trọng giới hạn Tim?

F ~ hệ số an toàn (thường lẫy F = 2-3)

Ip]— Sức chịu tải của nền theo tai trọng giới hạn (Tit

3.6.3 Tỉnh toán sức chịu tải cia nền theo tải tromg giới hạn

Móng đài nước thuộc dạng móng tròn nên áp dụng công thức xác định tải

trọng giới hạn của Terzaghi theo công thúc 3.2:

Pov 1L2eN, +ÿhạNg + 0,67N,R @.2)

trong đó

© — lựe dính đơn vị (Tím), lấy theo bảng 3 1

1 — trọng lượng riêng của đất nền (Tim), lay theo bảng 3 1

5 jo) 302) 1g | 18 io) 835 mass) m2 25 12) 9.29 MÔ Đã ái Mã

MỸ 104 3G soe) HH, 48

16) 16 3861489] 61d

1) 3a): Tae 75A, mạ, 99

zo] ius) 64, asa] ĐC 97C MAI H629

Gil thiết các chiều cao móng đài hạ và bán kính đấy đài R khác nhau xác

định được ải trọng giới hạn theo Terzaghi từ đó xác định được sức chịu tải của nền

Kết quả tính toán xác định tải trong giới hạn và sức chịu tải của nền được lập

theo bảng 3, 3 đến bảng 3 5

3.6.4 Tính toán áp sudt đáy móng

Áp suất đầy móng được tỉnh toán trong hai trường hợp: