ĐỘ TIN cậy về ổn ĐỊNH CHUNG của CÔNG TRÌNH DẠNG TƯỜNG

Có nhiều dạng kết cấu được sử dụng trong thiết kế và thi công các công trình nói trên nhưng kết cấu dạng tường cừ một tầng neo đang được sử dụng nhiều với ưu điểm lớn như: Giảm chiều sâu chôn tường, phương pháp thi công nhanh và ít tốn kém. Một trong những vấn đề quan trọng, được đặc biệt chú ý khi thiết kế, thi công và khai thác các công trình tường cừ một neo là ổn định của chúng. Trong nhiều trường hợp, công trình đảm bảo đủ độ bền, độ cứng nhưng vẫn bị loại bỏ, không thể khai thác được nữa do bị mất ổn định. Đã có nhiều phương pháp được nêu ra để tính ổn định chung của công trình tường cừ một neo. Các phương pháp này phản ánh ở mức độ nào đó thực trạng của công trình khi bị mất ổn định. Nhưng vấn đề trở nên phức tạp khi xét đến đặc tính ngẫu nhiên của các tham số kết cấu, tải trọng, đất nền và đất lấp được sử dụng trong tính toán

Môc lôc Nội dung Trang Mục lục 1 Danh mục các bảng biểu 3 Danh mục các hình vẽ 4 Lời cảm ơn 7 Mở đầu 9 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ch¬ng 1: Ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo và các phương pháp tính toán 11 1.1. Phân tích các dạng mất ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo 11 1.2. Các phương pháp tính ổn định chung của tường cừ một neo theo quan điểm tiền định 15 1.3. Phân tích phương pháp tính ổn định theo trạng thái giới hạn và tiền đề dẫn đến tính toán ổn định của kết cấu tường cừ một neo theo lý thuyết độ tin cậy 16 Ch¬ng 2: Độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo 26 2.1. Nguyên tắc tính toán độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo 26 2.2. Các phương pháp tính toán xác suất làm việc an toàn về ổn định chung của tường cừ một neo 32 2.2.1. Phương pháp tuyến tính hóa 32 2.2.2. Khái niệm chung về phương pháp Monte Carlo 41 2.3. Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của các công trình bằng phương pháp mô hình hóa thống kê từng bước 45 2.3.1. Thuật toán tiền định 45 2.3.2. Quá trình mô hình hóa thống kê 47 Ch¬ng 3: Xác định độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ 51 1 một neo 3.1. Độ tin cậy của tường cừ một neo về mất ổn định theo mặt trượt trụ tròn 51 3.1.1. Thuật toán tiền định tính ổn định chung của tường cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn 51 3.1.2. Xác định xác suất làm việc an toàn của tường cừ một neo về ổn định chung theo mặt trượt trụ tròn 55 3.2. Độ tin cậy của tường cừ một neo về mất ổn định theo mặt trượt phẳng 60 3.2.1. Thuật toán tiền định tính ổn định chung của kết cấu theo mặt trượt phẳng 60 3.2.2. Độ tin cậy của tường cừ một neo về trượt phẳng 62 Ch¬ng 4: Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của công trình bến số 2 cảng Hải Phòng 64 4.1. Tài liệu về công trình bến số 2 cảng Hải Phòng 64 4.2. Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của công trình theo mặt trượt trụ tròn 66 4.2.1. Sơ đồ tính toán công trình 66 4.2.2. Nội dung và kết quả tính toán 67 4.2.3. Phân tích các kết quả tính toán 94 Kết luận và kiến nghị 95 Tài liệu tham khảo 96 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Mức độ an toàn của công trình theo Tiêu chuẩn Trung Quốc 23 Bảng 1.2. Các mức thiết kế kết cấu theo Tiêu chuẩn Nhật Bản 24 Bảng 4.1. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )5,3( 111 mymxO == 68 2 Bảng 4.2. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )3,3( 222 == yxO 74 Bảng 4.3. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )7,3( 333 == yxO 79 Bảng 4.4. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )109.8,7( 434 mymxO == 84 Bảng 4.5. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )109.8,1( 555 mymxO == 89 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1. Kết cấu tường cừ có một neo. 11 Hình 1.2. Cấu tạo và các bộ phận chủ yếu của tường cừ một neo. 12 Hình 1.3. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt cong. 14 Hình 1.4. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc. 14 Hình 1.5. Sơ đồ tính về ổn định xoay quanh điểm gắn neo. 15 Hình 1.6. Sự giao nhau của các đường cong phân bố độ bền và 21 3 tải trọng. Hình 1.7. Dẫn xuất “đặc trưng an toàn” của Rgianitsưn A. R. 22 Hình 2.1. Tìm kỳ vọng và phương sai của Y. 33 Hình 2.2. Sơ đồ khối của phương pháp tuyến tính hóa. 41 Hình 3.1. Sơ đồ tính tường cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn. 52 Hình 3.2. Biểu đồ thực nghiệm của mômen gây trượt M tr . 57 Hình 3.3. Biểu đồ thực nghiệm của mômen giữ M g . 58 Hình 3.4. Xác định độ tin cậy P minmin . 59 Hình 3.5. Sơ đồ tính cừ theo mặt trượt gẫy khúc. 60 Hình 4.1. Cảng Hải Phòng và thiết bị xếp dỡ. 65 Hình 4.2. Sơ đồ vị trí bến số 2 trong Cảng Hải Phòng. 66 Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo công trình bến số 2, Cảng Hải Phòng. 66 Hình 4.4. Sơ đồ tính toán công trình bến số 2, Cảng Hải Phòng. 67 Hình 4.5. Sơ đồ phân mảnh các cột đất tính toán ổn định chung công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng. 67 Hình 4.6. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )5,3( 111 mymxO == . 68 Hình 4.7. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M g đối với tâm trượt O 1 . 71 Hình 4.8. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt M tr đối với tâm trượt O 1 . 72 Hình 4.9. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )3,3( 222 mymxO == 73 Hình 4.10. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M g đối với tâm trượt O 2 76 Hình 4.11. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt M tr đối với tâm trượt O 2 . 77 Hình 4.12. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )7,3( 333 == yxO 78 Hình 4.13. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M g đối với tâm trượt O 3 81 Hình 4.14. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt M tr đối với tâm trượt O 3 82 4 Hình 4.15. Sơ đồ xác định min P công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng 83 Hình 4.16. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )109.8,7( 344 mymxO == 84 Hình 4.17. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M g đối với tâm trượt O 4 87 Hình 4.18. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt M tr đối với tâm trượt O 4 87 Hình 4.19. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt )109.8,1( 555 mymxO == 89 Hình 4.20. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ M g đối với tâm trượt O 5 92 Hình 4.21. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt M tr đối với tâm trượt O 5 92 Hình 4.22. Sơ đồ xác định minmin P công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng. 94 Hình 4.23. Sơ đồ tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2 cảng Hải Phòng theo phương pháp Bishop 96 Hình 4.24. Kết quả tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2 cảng Hải Phòng theo phương pháp Bishop 96 Hình 4.25. Đường chu tuyến ứng với hệ số ổn định minO K . 97 5 Lêi c¶m ¬n Nền kinh tế của nước ta ngày càng phát triển mạnh mẽ. Song song với sự phát triển đó, ngành xây dựng cũng đã và đang phát triển không ngừng. Việc tính toán thiết kế các kết cấu ngày càng đòi hỏi phải có độ chính xác cao, tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định. Hiện nay việc tính toán các công trình xây dựng theo các quy phạm hiện hành được gọi là phương pháp các trạng thái giới hạn. Đặc điểm của phương pháp này là mang tính chất tiền định, không xét một cách đầy đủ tính chất ngẫu nhiên của các tham số kết cấu và tải trọng được đưa vào tính toán, cũng như không xét đến các yếu tố thời gian. Vì thế trong quá trình khai thác sử dụng, không ít những công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi đã bị biến dạng hoặc phá hoại trước thời gian quy định và gây nên những tổn hại không nhỏ trong đời sống kinh tế xã hội. Ví dụ như công trình nhà máy điện nguyên tử Trecnôbưn, cầu Rào (HP), rạp hát Nguyễn Trãi (Hà Đông), siêu thị Sơun, dàn khoan biển Bắc, 11 nhà máy điện hạt nhân của Nhật Bản phải đóng cửa (2004) để 6 kiểm tra rò rỉ hơi nước; sập mái chợ Maxcơva (2/2006) do tuyết rơi dày, và nhiều công trình nhỏ bị sự cố,… Năm 2007 sự cố sập hai nhịp cầu dẫn cầu Cần Thơ; sập cầu trên sông Mississippi. Để khắc phục hiện tượng kết cấu công trình xây dựng bị hư hỏng do các tác động ngẫu nhiên, người ta sử dụng lý thuyết độ tin cậy để tính toán. Tính toán theo lý thuyết độ tin cậy là xu hướng mới mà nhiều nước đang áp dụng. Xu hướng này đã và đang được áp dụng ở Vệt Nam. Vì vậy đề tài "Độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ có một tầng neo '' được chọn làm nội dung nghiên cứu của luận văn. Với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Vi, luận văn đã hoàn thành theo đúng đề cương đặt ra. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Nguyễn Văn Vi cùng các thầy cô trong bộ môn Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Ban Giám hiệu, khoa Đào tạo Sau đại học- trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã tạo điều kiện, tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi cũng xin được tỏ lòng cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và gia đình, sự khích lệ động viên tạo điều kiện về vật chất cũng như tinh thần là một nguồn lực to lớn giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật này. Hà Nội, ngày 18 tháng 02 năm 2011 Học viên 7 Vũ Lê Minh MỞ ĐẦU Tại Việt Nam quá trình đô thị hoá đang diễn ra một cách mạnh mẽ, hàng loạt các công trình ngầm đô thị như tầng hầm cho các nhà cao tầng, khách sạn, các đường hầm chui qua đường giao thông, các gara ôtô ngầm dưới đất…đang được xây dựng ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng và các khu đô thị khác trên cả nước. Các công trình bến, cảng biển lớn như Cảng Hoàng Diệu- Hải Phòng, cảng Cái Lân- Quảng Ninh… cũng đã được nâng cấp và xây mới. Việc lựa chọn phương án thiết kế, thi công công trình ngầm và các công trình bến cảng luôn là bài toán phức tạp. Có nhiều dạng kết cấu được sử dụng trong thiết kế và thi công các công trình nói trên nhưng kết cấu dạng tường cừ một tầng neo đang được sử dụng nhiều với ưu điểm lớn như: Giảm chiều sâu chôn tường, phương pháp thi công nhanh và ít tốn kém. Một trong những vấn đề quan trọng, được đặc biệt chú ý khi thiết kế, thi công và khai thác các công trình tường cừ một neo là ổn 8 định của chúng. Trong nhiều trường hợp, công trình đảm bảo đủ độ bền, độ cứng nhưng vẫn bị loại bỏ, không thể khai thác được nữa do bị mất ổn định. Đã có nhiều phương pháp được nêu ra để tính ổn định chung của công trình tường cừ một neo. Các phương pháp này phản ánh ở mức độ nào đó thực trạng của công trình khi bị mất ổn định. Nhưng vấn đề trở nên phức tạp khi xét đến đặc tính ngẫu nhiên của các tham số kết cấu, tải trọng, đất nền và đất lấp được sử dụng trong tính toán. Đề tài "Độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ có một tầng neo '' được chọn làm nội dung nghiên cứu của luận văn. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu cơ sở lý thuyết tiền định của phương pháp tính ổn định trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc và mặt trượt trụ tròn đồng thời nghiên cứu độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ một neo và kiến nghị đưa vào áp dụng trong các tiêu chuẩn tính toán hiện hành tại Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu: Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nêu trên cần sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết. - Phương pháp phân tích tư duy hệ thống. - Sử dụng và khai thác các chương trình phần mềm chuyên dụng nhằm tự động hóa quá trình tính toán. Nội dung nghiên cứu của đề tài: Chương 1. Ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo và các phương pháp tính toán. Chương 2. Độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo. 9 Chương 3. Xác định độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo. Chương 4. Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của công trình bến số 2, cảng Hải Phòng. Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng tính toán độ tin cậy khi thiết kế và thi công công trình ngầm đô thị có sử dụng kết cấu tường cừ một neo, công trình bến cảng biển và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học để kiến nghị đưa vào các tiêu chuẩn tính toán hiện hành ở Việt Nam. Do trình độ và năng lực có hạn, dù tôi đã cố gắng rất nhiều nhưng chắc chắn nội dung luận văn khó có thể tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp góp ý. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA KẾT CẤU TƯỜNG CỪ MỘT NEO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 1.1. Phân tích các dạng mất ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo. Công trình dạng tường cừ có một neo là loại kết cấu xây dựng có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 10 c) b) a) [...]... việc xác định độ tin cậy về ổn định chung của các công trình tường cừ có một tầng neo có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn và là nhiệm vụ cơ bản của luận văn này 26 Chương 2 ĐỘ TIN CẬY VỀ ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA TƯỜNG CỪ MỘT NEO 2.1 Nguyên tắc tính toán độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo Trong phần này trình bày một số nguyên tắc cơ bản tính toán độ tin cậy của các công trình... về độ tin cậy là [7]: – Quan hệ với các tài liệu tiêu chuẩn hiện hành; – Tính chất quan trọng về kinh tế của công trình; – Sự phù hợp của độ tin cậy được thiết lập với thời điểm xác định; – Tiêu chuẩn hoá độ tin cậy; – Các mức tính toán về độ tin cậy; – Lựa chọn mô hình xác suất có xét đến thuật toán tiền định; – Sự đảm bảo tính toán bởi các thông tin thống kê; – Tính phụ thuộc của độ tin cậy chung của. .. hay độ tin cậy tiêu chuẩn được thiết lập phụ thuộc vào mức độ quan trọng về kinh tế trong việc đảm bảo sự làm việc an toàn của công trình theo mỗi dạng sự cố, cũng như phụ thuộc vào mức độ nguy hiểm của sự cố đó Độ tin cậy tiêu chuẩn của các cấu kiện và các liên kết càng cao nếu mức độ quan trọng của chúng và mức độ nguy hiểm của sự cố càng cao 30 Độ tin cậy tiêu chuẩn của công trình phải được xác định. .. toán độ tin cậy của kết cấu công trình được thiết lập bằng cách phân tích các tiền đề và các sơ đồ tính) 8 Nguyên tắc phụ thuộc của độ tin cậy chung của công trình vào độ tin cậy của các cấu kiện thành phần của nó 32 Tuỳ thuộc tính chất của bài toán cần giải mà các xác suất làm việc an toàn và tương ứng là các độ tin cậy sau đây có thể được xác định: đối với cấu kiện riêng biệt j hoặc kết cấu và nền công. .. với việc xét đến độ tin cậy tiêu chuẩn của các cấu kiện chịu tải và các liên kết, cũng như tính liên tục của chúng 5 Nguyên tắc các mức tính toán về độ tin cậy Cần phải chia ra 3 mức tính toán về độ tin cậy: – Mức thứ nhất: Tính toán độ tin cậy và sự thay đổi của nó với các quy luật phân bố của tải trọng và các tham số của công trình đã được thiết lập trong giai đoạn lựa chọn dạng công trình; – Mức thứ... neo cũng có thể mất ổn định do trượt theo dạng mặt trượt gãy khúc [4, 20] Vì thế, trong thực tế thiết kế phải tính toán kiểm tra ổn định trượt sâu của loại công trình này theo cả hai dạng mặt trượt nói trên Đã có nhiều phương pháp được nêu ra để tính ổn định chung của công trình tường cừ một neo Các phương pháp này phản ánh ở mức độ nào đó thực trạng của công trình khi bị mất ổn định Nhưng vấn đề trở... nền công trình theo dạng sự cố i – Pij ; đối với cấu kiện riêng biệt j – Pj ; đối với toàn bộ công trình – độ tin cậy chung PS Độ tin cậy Pij thiết lập được trên cơ sở phân tích cấu trúc công trình và các cấu kiện của nó, làm rõ những sự cố có thể xảy ra và đưa vào ma trận xác suất làm việc an toàn của cả hệ thống 2.2 Các phương pháp tính toán xác suất làm việc an toàn về ổn định chung của tường cừ... năng chịu tải của công trình Các biện pháp đó là: khảo sát địa chất công trình khu vực xây dựng, tính toán và thiết kế, chế tạo các cấu kiện, thi công và khai thác công trình Nhưng việc điều khiển đồng bộ chất lượng các công trình chỉ có thể thực hiện được theo quan điểm độ tin cậy – chỉ số chất lượng chi phối đối với công trình Thiết kế công trình với việc thiết lập mức tin cậy cần thiết của nó qua... khai thác của tường cừ 3 Nguyên tắc sự phù hợp của độ tin cậy đã được thiết lập với thời điểm xác định Như đã biết, độ tin cậy là hàm của thời gian, do vậy phải xác định độ tin cậy đối với thời điểm bắt đầu khai thác, đối với một hoặc một số trạng thái trung gian và vào cuối thời hạn khai thác Khi đó, cần xét đến những thay đổi được dự báo của các đặc trưng độ bền và độ cứng của các cấu kiện, của tải... nữa do bị mất ổn định Có thể vì thế, người ta đưa việc mất ổn định của công trình làm trạng thái giới hạn đầu tiên cần phải kiểm tra của nhóm trạng thái giới hạn thứ I [20] Thực tế khai thác các công trình tường cừ có một neo đã chỉ ra rằng, khi mất ổn định chung theo sơ đồ trượt sâu, công trình cùng với khối đất nền và đất lấp có thể trượt theo mặt cong nào đó Tuy nhiên, công trình tường cừ có một . của t ờng cừ m t neo về ổn định chung theo m t trư t trụ tròn 55 3.2. Độ tin cậy của t ờng cừ m t neo về m t ổn định theo m t trư t phẳng 60 3.2.1. Thu t toán tiền định t nh ổn định chung của. t ờng cừ m t neo về m t ổn định theo m t trư t trụ tròn 51 3.1.1. Thu t toán tiền định t nh ổn định chung của t ờng cừ m t neo theo m t trư t trụ tròn 51 3.1.2. Xác định xác su t làm việc an toàn. thuyê t tiền định của phương pháp t nh ổn định trư t sâu theo m t trư t gãy khúc và m t trư t trụ tròn đồng thời nghiên cứu độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng t ờng cừ m t neo