Tính toán kết cấu cầu liên tục khi có xét và không xét đến tương tác của đất nền (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN BÁ NIÊN TÍNH TỐN KẾT CẤU CẦU LIÊN TỤC KHI CĨ XÉT VÀ KHƠNG XÉT ĐẾN TƯƠNG TÁC CỦA ĐẤT NỀN Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2015 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS NGUYỄN VIẾT TRUNG Phản biện 1: PGS.TS Hồng Phương Hoa Phản biện 2: TS Trần Đình Quảng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại Học Đà Nẵng vào ngày 13 tháng 09 năm 2015 Có thể tìm hiểu Luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trước đây, việc phân tích tính tốn kết cấu tốn phẳng hay tốn khơng gian cho cơng trình xây dựng nói chung cơng trình cầu nói riêng, ta thường phân tích tính tốn tách biệt làm việc độc lập kết cấu-móng-đất Đất xem điều kiện giới hạn liên kết kết cấu liên kết nối đất gối di động, gối cố định, ngàm cứng ngàm trượt Khi toán kết cấu xét độc lập với kết cấu móng đất việc tính toán đơn giản hơn, kết nhanh lại không phản ánh sơ đồ làm việc thực kết cấu trình khai thác sử dụng Ngày nay, yêu cầu thực tế ngành xây dựng, nhiều cơng trình cầu có kết cấu phức tạp, việc tính tốn thiết kế kết cấu phải xét đến làm việc đồng thời kết cấu-móng-đất để có giải pháp thiết kế hợp lý tiết kiệm Vì việc nghiên cứu tốn đồng thời kết cấu để vận dụng thiết kế kết cấu xây dựng cầu thực cần thiết Từ kiến nghị q trình tính tốn kết cấu cầu cần xét đến tính tương tác kết cấu-móngnền để có giải pháp thiết kế hợp lý hiệu kinh tế cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu biến thiên nội lực kết cấu cầu dầm liên tục cầu khung liên tục Sử dụng số liệu địa chất, thủy văn, sơ đồ kết cấu tải trọng cầu Cẩm Lệ, cầu Hòa Phước để tính tốn Phạm vi nghiên cứu: Tính tốn nội lực kết cấu cầu liên tục trường hợp có xét khơng xét đến tương tác đất Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu so sánh nội lực kết cấu cầu có xét khơng xét đến tương tác đất Sử dụng mô hình biến dạng đàn hồi cục mơ hình biến dạng đàn hồi tổng quát để xác định hệ số cho loại kết cấu móng cơng trình cầu Ứng dụng lý thuyết phần tử hữu hạn phần mềm tính tốn kết cấu SAP2000 để tính nội lực kết cấu có xét đến làm việc đồng thời đất Từ kết tính tốn ta rút nhận xét đề xuất phương pháp phân tích kết cấu cầu hợp lý kinh tế Phương pháp nghiên cứu Áp dụng lý thuyết tính tốn hệ số kết hợp với số liệu khảo sát địa chất, kết cấu thực cơng trình cầu để tính tốn hệ số cho cơng trình cầu thực tế Phân tích mơ hình hóa kết cấu, sử dụng phần mềm SAP 2000 để tính tốn So sánh kết tính để có kiến nghị phù hợp việc phân tích kết cấu cầu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc phân tích tính tốn kết cấu cầu có xét đến tương tác đất phương pháp phần tử hữu hạn máy tính điện tử cho phép ta giải tốn kết cấu khơng gian phức tạp với kết nhanh độ xác cao Vấn đề giải làm sở cho việc lựa chọn phương pháp phân tích kết cấu tương ứng, có giải pháp thiết kế hợp lý hiệu kinh tế Vì vậy, học viên lựa chọn đề tài: “Tính tốn kết cầu cầu liên tục có xét khơng xét đến tương tác đất nền” Dự kiến cấu trúc luận văn Ngồi phần mở đầu, luận văn gồm có chương Chương 1: Tổng quan mơ hình tính toán kết cấu cầu Chương 2: Phương pháp xác định hệ số đàn hồi tương đương đất Chương 3: Tính tốn kết cấu số cầu liên tục xét không xét đến làm việc đồng thời đất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU CẦU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Cơng trình cầu có vai trò đặc biệt quan trọng phát triển kinh tế, xã hội, đảm bảo quốc phòng an ninh cho đất nước Trong năm gần đây, với phát triển khoa học công nghệ, công nghệ thiết kế thi công cầu phát triển vô mạnh mẽ Nhiều cơng trình cầu có kiến trúc đẹp, kết cấu phức tạp khả vượt nhịp lớn xây dựng khắp nơi cầu Millau Pháp, cầu Vasaco da Gama Bồ Đào Nha, cầu Rio de Janeiro Brasil, cầu Akashi Kaikyo Nhật Ở Việt Nam có cầu cầu Mỹ Thuận, cầu Cần Thơ, cầu Bãi Cháy, cầu Rồng, cầu Trần Thị Lý, cầu Nhật Tân… Hiện nay, gần kết cấu cầu phức tạp phân tích việc áp dụng chương trình máy tính hầu hết chương trình xây dựng phương pháp phần tử hữu hạn Tuy nhiên, kết tính tốn độ xác phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn cách hợp lý đối tượng phần tử, liên kết tải trọng 1.2 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA MƠ HÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU 1.2.1 Mơ hình hình học Mơ hình hình học mơ hình chứa thơng số hình học, phân bố khơng gian phận kết cấu mối quan hệ hình học chúng Nhằm mục đích đơn giản hóa q tình tính tốn, hầu hết phương pháp tính từ thủ cơng đến tự động hóa máy tính, có xu hướng phân chia kết cấu thành cấu kiện sở hình dạng hình học, cấu tạo vật liệu, đặc điểm chịu lực, phương pháp thi công, v.v Mơ hình hình học thường lấy cấu kiện làm đối tượng sở Tùy theo chất làm việc kết cấu phương pháp phân tích, cấu kiện mơ hình hóa thành phần tử (một chiều), tấm, vỏ, (hai chiều) khối (ba chiều) Ngoài loại phần tử nêu trên, phần tử liên kết đàn hồi sử dụng mơ hình cho liên kết kết cấu nhịp mố tru cầu (gối cầu) 1.2.2 Mơ hình liên kết điều kiện biên Liên kết nối kết phận kết cấu điều kiện biên phản ánh nối kết kết cấu với môi trường kết cấu khác Tùy thuộc vào làm việc mặt học, liên kết thực tế thường mơ hình hóa thành dạng liên kết sau liên kết ngàm cứng, liên kết khớp, liên kết đàn hồi Ngồi có liên kết khác liên kết chịu kéo hay chịu nén, v.v 1.2.3 Mơ hình tải trọng Các tải trọng tác dụng lên kết cấu thường phân biệt theo dạng tác động lực (bao gồm mô men), nhiệt độ thay đổi, chuyển vị cưỡng bức, v.v Theo đặc điểm phân bố tác dụng, tác động lực thường mơ hình hóa thành tải trọng tập trung tải trọng phân bố Theo đặc điểm thay đổi vị trí tác dụng, tải trọng chia thành tải trọng cố định tải trọng di động Theo đặc điểm động lực, tải trọng lại chia thành tải trọng tĩnh tải trọng động Ngồi q trình tính tốn xét đến lại tải trọng thay đổi nhiệt độ, chuyển vị cưỡng bức, v.v 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU 1.3.1 Phương pháp lực 1.3.2 Phương pháp chuyển vị 1.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 1.4 MƠ HÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU KHI KHƠNG XÉT ĐẾN SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ĐẤT NỀN 1.4.1 Mơ hình tính tốn kết cấu tốn phẳng Các kết cấu mơ hình hóa theo quy ước phù hợp không xét tới ảnh hưởng đất Người ta thường giả thiết kết cấu liên kết với đất liên kết Bảng 1.1 Bảng 1.1: Các loại liên kết nối đất 1.4.2 Mô hình tính tốn kết cấu tốn khơng gian Mơ hình khơng gian phản ánh gần với trạng thái làm việc thực kết cấu Việc giải tốn thực nhờ trợ giúp máy tính với phần mềm tính tốn đại SAP200, MIDAS/Civil hay RM 1.5 MƠ HÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU KHI CĨ XÉT ĐẾN SỰ TƯƠNG TÁC CỦA ĐẤT NỀN Đây mô hình phản ánh làm việc tồn hệ kết cấu Trong mơ hình này, ảnh hưởng đất kết cấu phần biểu diễn lò xo tương đương thơng qua hệ số đất, hệ số đất kết cấu móng 1.5.1 Mơ hình tính tốn kết cấu tốn phẳng Mơ hình tính tốn tốn phẳng ta thường xét toán tương tác đất nền-cọc toán tương tác đất nền-kết cấu Hình 1.6 Sơ đồ tính tốn cọc chịu lực ngang, (a) sơ đồ cọc-đất chịu tổ hợp tải trọng, (b) sơ đồ dầm-gối, (c) sơ đồ dầm-nền Trong trường hợp tổng qt, mơ hình tính tốn tương tác đất nền-kết cấu ảnh hưởng đất kết cấu phần mố biểu diễn lò xo tương đương có độ cứng hữu hạn Các móng biểu diễn khối chất điểm, liên kết kết cấu nhịp mố trụ thay liên kết cứng hay liên kết phần tử đàn hồi.[7] Hình 1.7 Mơ hình cầu khung nhịp Mơ hình phân tích kết cấu theo tốn phẳng đơn giản sử dụng rộng rãi nhiều thực tế tính tốn 1.5.2 Mơ hình tính tốn kết cấu tốn khơng gian Mơ hình tính tốn tốn khơng gian ta thường xét tốn tương tác đất nền-nhóm cọc, tốn tương tác đất nền-kết cấu và, toán tương tác đất nền-cọc-kết cấu Hình 1.12 Mơ hình tương tác đất nền-cọc-kết cấu Hiện nay, người ta dùng hai loại mô hình để tính tốn kết cấu đàn hồi Đó đàn hồi tuyến tính đàn hồi phi tuyến 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TƯƠNG TÁC ĐẤT NỀN VÀ KẾT CẤU 1.6.1 Mơ hình đàn hồi tuyến tính Đây mơ hình xem quan hệ ứng suất-biến dạng tuyến tính Do chấp nhận tính đàn hồi tuyến tính nên áp dụng định luật Hooke: [ σ] = [D] [ε] Mô hình tính tốn đơn giản Khi khơng có phần mềm chuyên dụng sử dụng chương trình tính tốn kết cấu thay Tại vị trí tiếp xúc kết cấu đất thay lò xo tương đương đàn hồi Hình 1.13 Mối quan hệ ứng suất biến dạng a Mơ hình biến dạng đàn hồi cục Mơ hình biến dạng đàn hồi cục gọi mơ hình Winkler, xét đến độ lún nơi đặt lực mà khơng xét đến biến dạng ngồi diện gia tải Điều cho phép ta coi đàn hồi tương đương với hệ lò xo đàn hồi khơng liên quan với Hình 1.14 Mơ hình biến dạng đàn hồi cục , (a) tải trọng phân bố, (b) tải trọng tập trung, (c) tải trọng cứng, (d) tải trọng phân bố Cường độ phản lực đất điểm tỉ lệ bậc với độ lún đàn hồi điểm đó: q(x)=k.w(x) w(x): độ lún đất vị trí gia tải Bảng 1.3 Bảng hệ số theo mơ hình biến dạng đàn hồi cục [8] Loại Hệ số K (KN/m3) - Đá bazan 8000000÷12000000 - Granit (đá hoa cương), đá pofia, đá đisprit 3500000÷5000000 - Đá cát kết sa thạch 800000÷2500000 - Đá vơi chặt, glơmit, đá phiến cát 400000÷800000 - Đá phiến sét 200000÷600000 - Tup 100000÷300000 - Đất lớn 50000÷100000 10 Hình 1.16 Mơ hình màng Filonenko-Borodich Mơ hình Hetéyi (1946): Mơ hình Pasternak (1954): Hình 1.17 Mơ hình Pasternak Mơ hình Vlazov (1966): d Mơ hình hỗn hợp Các mơ hình hỗn hợp kết hợp song song mơ hình Winkler đàn hồi liên tục Repnikov (1967) xem đất hệ lò xo độ cứng k mơi trường đàn hồi liên tục thỏa mãn điều kiện độ lún lò xo mơi trường 1.6.2 Mơ hình đàn hồi phi tuyến Đây mơ hình đàn hồi coi quan hệ ứng suất-biến dạng phi tuyến 1.6.3 Mơ hình đàn hồi-dẻo lý tưởng Mơ hình tổng qt hóa mơi trường đàn hồi dẻo có ma sát 1.6.4 Một số mơ hình khác KẾT LUẬN CHƯƠNG - Việc lựa chọn mơ hình khơng phải điều bắt buộc, toán phức tạp tốn tương tác, ta áp dụng giả thiết đơn giản hóa Do vậy, mơ hình có dạng phức tạp (đàn hồi-dẻo; đàn hồi-dẻo-nhớt) chưa lựa chọn đắn Ta xem mơ hình cơng cụ hỗ trợ để tăng hiểu biết ứng xử đất nền, ảnh hưởng yếu tố 11 khác Ta cần phải có thêm nghiên cứu nhằm đánh giá độ phức tạp cần thiết mơ hình với mức độ tốn khác - Khi lựa chọn mơ hình nền, ta cần quan tâm tới việc xác định thông số đặc trưng Bởi công việc nghiên cứu trường, lý giải kết thí nghiệm, hiểu biết đất, kinh nghiệm thực tế yếu tố quan trọng việc xác định mơ hình Với ưu điểm đơn giản mơ hình, đồng thời mô tả phù hợp biến dạng quan trắc thực tế, nên mơ hình Winkler, Mohr-Coulomb sử dụng nhiều toán tương tác kết cấu-đất CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐÀN HỒI TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA ĐẤT NỀN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NỀN 2.1.1 Phương pháp ước lượng [2] 2.1.2 Phương pháp thí nghiệm 2.1.3 Phương pháp tra bảng 2.1.4 Phương pháp thực hành a Cơ sở lý thuyết b Phương pháp thực hành xác định hệ số k= 2.E k= 2.Etb 2.2 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐÀN HỒI TƯƠNG ĐƯƠNG CHO MÓNG 2.2.1 Công thức xác định hệ số đàn hồi cho móng nơng - Cơng thức xác định hệ số đàn hồi cho móng nơng cứng - Cơng thức xác định hệ số đàn hồi cho móng nơng mềm 2.2.2 Cơng thức xác định hệ số đàn hồi cho móng cọc 12 - Hệ số đàn hồi cho cọc ma sát chịu uốn môi trường đồng đá - Hệ số đàn hồi cho móng có hình dạng đặt hệ cọc chống 2.3 ỨNG XỬ PHI TUYẾN TRONG MƠ HÌNH CỌC-ĐẤT NỀN Trong trạng thái làm việc cọc cho móng đài cao, cọc thường chịu tác dụng đồng thời tổ hợp tải trọng theo phương đứng, tải trọng theo phương ngang mơ men Trong đó, tác dụng tải trọng theo phương ngang đất tương tác với cọc thông qua gối đàn hồi theo phương ngang, mối quan hệ phản lực (p) chuyển vị ngang gối đàn hồi (y) p=ky.y, với ky độ cứng gối đàn hồi theo phương ngang Quan hệ p y gọi đường cong p-y K sv Ksv Kh K sv K sv K h Ksv Ksv Kh Ksv Ksv Kh Kv a) y M Q p=ky b) Hình 2.12 Mơ hình cọc-đất kết toán Dưới tác dụng tải trọng thẳng đứng, đất tương tác với cọc thông qua gối đàn hồi theo phương đứng, quan hệ phản lực (t) chuyển vị đứng gối đàn hồi (z) t=kz.z, với kz độ cứng gối đàn hồi theo phương đứng Quan hệ t z gọi đường cong t-z 2.3.1 Đường cong p-y a Đường cong p-y cho đất sét yếu mực nước ngầm b Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm c Đường cong p-y cho đất sét cứng mực nước ngầm d Đường cong p-y đất cát theo Robertson 13 2.3.2 Đường cong t-z a Đường cong t-z với sức kháng bên b Đường cong t-z với sức kháng mũi 2.3.3 Công thức xác định hệ số cho cọc khoan nhồi theo mô đun biến dạng - Hệ số cọc theo phương đứng phương ngang thân cọc k v = 0.2.a E D -3 / Trong : kv: hệ số theo phương đứng (kg/cm3); α: hệ số điều chỉnh mũi cọc, α=1; D: đường kính cọc (cm); E0: Mơ đun biến dạng E0=25N; (N: giá trị xuyên tiêu chuẩn) - Hệ số dọc thân cọc theo phương đứng k h = 0.03.a E D -3 / (2.35) 2.4 TÍNH TỐN CỌC VÀ MÓNG CỌC THEO BIẾN DẠNG KHI XÉT ĐẾN HỆ SỐ NỀN 2.4.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN 10304-2014 a Tính tốn độ lún cọc đơn a1 Đối với cọc đơn không mở rộng mũi a2 Đối với cọc đơn mở rộng mũi: b Tính tốn độ lún nhóm cọc từ độ lún cọc đơn c Tính tốn độ lún móng cọc theo mơ hình móng khối quy ước 2.4.2 Tính tốn lún cho móng cọc theo tiêu chuẩn 22TCN 272-2005 a Tính lún cho đất rời b Tính lún cho đất dính 14 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Trong phương pháp xác định hệ số phương pháp thực nghiệm phản ánh mối quan hệ ứng suất gây lún biến dạng đất, với chất hệ số Winkler - Các công thức xác định hệ số đàn hồi cho móng nơng móng cọc hàm số kích thước hình học móng, độ sâu chơn móng tính chất lý lớp đất, thể tính đàn hồi đất tác dụng kết cấu Vì vậy, tính tốn kết cấu phần ta đưa hệ số vào để tính tốn, đảm bảo tính tương tác đồng thời đất kết cấu - Trong thực tế, đất vật liệu đàn hồi, nên mối quan hệ tải trọng biến dạng khơng phải tuyến tính mà phi tuyến Tính phi tuyến đất thường xem xét cho kết cấu có độ cứng bé nghiên cứu tương tác cọc đất - Hiện nay, với phát triển khoa học máy tính, việc giải toán tương tác đồng thời kết cấu đất trở nên đơn giản có độ xác cao Vì vậy, tiêu chuẩn, quy trình tính tốn kết cấu hành cho phép sử dụng phần mềm chun dụng tính tốn kết cấu xét đến tương tác đất kết cấu như: 22TCN 272:2005 “ Tiêu chuẩn thiết kế cầu” TCVN 10304:2014 “ Móng cọc-Tiêu chuẩn thiết kế” 15 CHƯƠNG TÍNH TỐN KẾT CẤU MỘT SỐ CẦU LIÊN TỤC KHI XÉT VÀ KHÔNG XÉT ĐỀN SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI CỦA ĐẤT NỀN 3.1 ỨNG DỤNG SAP2000 TRONG PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU 3.1.1 Giới thiệu SAP2000 3.1.2 Các vấn đề thi công kết cầu cầu liên tục 3.1.3 Các bước giải tốn kết cấu cầu SAP2000 3.2 TÍNH TỐN KẾT CẦU CẦU DẦM LIÊN TỤC 3.2.1 Tính tốn trường hợp không xét tương tác đất a Mô tả toán a1 Sơ đồ cầu Cẩm lệ - Đà Nẵng (Phụ lục 1.1) Hình 3.1 Bố trí chung cầu Cẩm Lệ-Đà Nẵng a2 Mơ hình kết cấu Kết cấu nhịp: Hệ kết cấu nhịp liên kết với phận bên thông qua liên kết gối cố định đỉnh trụ T4 gối di động đỉnh trụ mố lại, tạo thành hệ kết cấu dầm siêu tĩnh Kết cấu hạ bộ: Phần thân trụ mơ hình phần tử liên kết ngàm cứng với đế móng vị trí liên kết với dầm giải phóng bậc tự tương ứng với gối cố định hay di động, vật liệu đàn hồi tuyến tính; phần móng tính tốn móng khối quy ước khơng xét ảnh hưởng đất xung quanh Phương pháp tính tốn kết cấu: Tính tốn sơ đồ khơng biến dạng, chấp nhận giả thiết chuyển vị biến dạng nhỏ 16 * Mơ hình tính tốn: - Sơ đồ thực M1 M8 T2 T3 T4 T5 T6 T7 - Mơ hình kết cấu - Mơ hình phần mềm SAP2000 Hình 3.2 Mơ hình tính tốn * Tải trọng tổ hợp tải trọng Tính cho trường hợp tải trọng Tĩnh tải, Hoạt tải, Tổ hợp cường độ và, Tổ hợp tải trạng thái sử dụng theo 22TCN 272:2005 Tải trọng sơ đồ tải trọng xem Phụ lục 1.2 b Giải toán kết Bài toán giải lần, cọc khoan nhồi chôn sâu lớp đá phiến thạch anh phong hóa nhẹ, trạng thái rắn nên xem kết cấu móng khơng bị lún Kết tính nội lực kết cấu tổng hợp Bảng 3.1, Bảng 3.2 Hình 3.3 Biểu đồ mơ men khơng xét tương tác đất 17 3.2.2 Tính tốn trường hợp có xét tương tác đất nền-kết cấu (Mơ hình tốn phẳng) a Mơ tả tốn Chân mố, trụ gắn vào gối đàn hồi tổng quát, hệ số đàn hồi xác định theo công thức xác định hệ số đàn hồi cho móng cọc trình bày Mục 2.2.2 Việc gắn gối đàn hồi phản ánh tương tác kết cấu phần đất Sx M1 Sy Sz Sx M8 Sx T2 Sx T3 Sx T4 Sx T5 Sx T6 Sx T7 Sy Sz Sy Sz Sy Sz Sy Sz Sy Sz Sy Sz Sy Sz Hình 3.4 Mơ hình tính tốn b Giải tốn kết Kết tính nội lực kết cấu tổng hợp Bảng 3.3, Bảng 3.4 Hình 3.5 Biểu đồ mơ men có xét tương tác đất 3.2.3 Tính tốn trường hợp có xét tương tác đất nền-cọc-kết cấu (Mơ hình tốn khơng gian) a Mơ tả tốn Tương tác cọc đất thay hệ lò xo có độ cứng thay đổi theo chiều sâu, độ cứng lò xo phụ thuộc vào mô đun biến dạng đất tương ứng Cọc chia thành đoạn có chiều dài 2m, lò xo đàn hồi gắn vào trung điểm đoạn Giá trị độ cứng lò xo tính tốn phụ lục Phụ lục 1.4 18 Hình 3.6 Mơ hình tính tốn b Giải tốn kết Kết tính nội lực kết cấu tổng hợp Bảng 3.5, Bảng 3.6 Hình 3.7 Biểu đồ mơ men có xét tương tác đất nền-cọc-kết cấu 3.2.4 So sánh kết luận Qua bảng so sánh ta thấy kết cấu cầu dầm liên tục mà kết cấu móng có độ cứng lớn tác dụng tĩnh tải hoạt tải thơng thường đồn người, đồn xe, gió nội lực kết cấu nhịp hai mơ hình tốn phẳng có giá trị tương đương nhau, chênh lệch khoảng từ 0,01% đến 0,62% Tuy nhiên, xét tốn khơng gian kể đến tương tác đồng thời cọc-đất nền-kết cấu chênh lệch tăng lên (1,4%) không đáng kể Trong giá trị mơ men âm mơ hình có xét tương tác đất có xu hướng giảm giá trị mơ men dương có xu hướng tăng lên Sự phân bố lại nội lực kết cấu phụ thuộc vào độ cứng kết cấu móng, mơ đun biến dạng đồng địa chất vị trí xây dựng Vì vậy, xét cho trường hợp ngàm cứng chân trụ thiên an tồn cần tính tốn mơ men âm, không 19 xét ảnh hưởng chuyển vị móng gây phân bố lại nội lực kết cấu Hiện nay, với phát triển khoa học máy tính, phần mềm tính tốn kết cấu khơng ngừng hồn thiện sử dụng ngày rộng rãi Việc mơ hình hóa kết cấu có xét đến làm việc đồng thời đất nền-cọc-kết cấu trở nên dễ dàng, đồng thời mơ hình phản ánh trạng thái làm việc kết cấu giai đoạn khai thác sử dụng Vì vậy, tính tốn thiết kế cầu dầm liên tục nên xét đến mơ hình tương tác đồng thời đất nền-cọc-kết cấu 3.3 TÍNH TỐN KẾT CẤU CẦU KHUNG LIÊN TỤC 3.3.1 Tính tốn trường hợp khơng xét tương tác đất a Mơ tả tốn a1 Sơ đồ cầu Hòa Phước - Đà Nẵng (Phụ lục 2.1) Hình 3.8 Bố trí chung cầu Hòa Phước - Đà Nẵng a2 Mơ hình tính tốn: P7 P4 P5 P6 Hình 3.9 Mơ hình tính tốn b Giải tốn kết Bài toán giải theo phương pháp lặp, việc tính tốn kết thúc nội lực hai lần tính tốn liên tiếp có giá trị xấp xỉ Hệ cọc khoan nhồi trụ P4, P7 ngàm vào đá nên hệ số đàn hồi tính tốn theo lý thuyết cọc chống bỏ qua ảnh 20 hưởng lún móng Lớp đất chịu lực chủ yếu cho hệ cọc khoan nhồi trụ P5 P6 lớp hỗn hợp cuội sỏi tảng lăn xen kẹp sét pha nên kết cấu móng tính theo lý thuyết cọc ma sát có xét đến ảnh hưởng lún móng Độ lún móng tính tốn cách sử dụng kết thí nghiệm ngồi trường trình bày mục 2.4.2 Tính lún cho trụ P5 P6 trình bày Phụ lục 2.3 Kết tính nội lực kết cấu theo lần tính lún Bảng 3.12 Hình 3.10 Biểu đồ mơ men khơng xét tương tác đất 3.3.2 Tính tốn trường hợp có xét tương tác đất nền-kết cấu (Mơ hình tốn phẳng) a Mơ tả tốn Sx Sx Sx Sz Sy P4 Sz Sy P5 Sz Sy Sx Sz Sy P6 Hình 3.11 Mơ hình tính toán b Giải toán kết Kết tính nội lực kết cấu tổng hợp Bảng 3.14, 3.15 Hình 3.10 Biểu đồ mơ men xét tương tác với đất P7 21 3.3.3 Tính tốn trường hợp có xét tương tác cọcđất nền-kết cấu a Mơ tả tốn Hình 3.13 Mơ hình tính tốn b Giải tốn kết Kết nội lực tổng hợp theo Bảng 3.16, 3.17 Hình 3.14 Biểu đồ mơ men xét tương tác đất nền-cọc-kết cấu Hình 3.15 Biểu đồ phân bố ứng suất bệ móng trụ P5,P6 3.3.4 Tính tốn nội lực kết cấu nhịp thay đổi chiều cao thân trụ thay đổi điều kiện địa chất Với tải trọng tác dụng không đổi, thay đổi chiều cao trụ, ta có kết nội lực kết cấu nhịp Bảng 3.18 Giả thiết số SPT trung bình lớp đất chịu lực cọc khoan nhồi trụ P5 50 cho trụ P6 55, ta có kết tính lún mơ hình khơng tương tác nội lực hai mơ Bảng 3.19 Bảng 3.20 22 3.3.5 So sánh kết luận Hình 3.16 Mơ men đỉnh trụ Hình 3.17 Mô men nhịp biên thay đổi chiều cao trụ thay đổi chiều cao trụ Nội lực kết cấu nhịp cầu khung liên tục có giá trị thay đổi ta thay đổi liên kết điều kiện biên liên kết kết cấu với Sự biến thiên nội lực tăng hay giảm so với mơ hình liên kết cứng chân trụ phụ thuộc vào độ cứng gối đàn hồi chuyển vị tương đối gối So với mơ hình khơng xét đến tương tác đất nền, nội lực mơ hình có xét tương tác đồng thời đất thay đổi theo quy luật, mô men âm kết cấu nhịp gối có giá trị giảm và, mơ men dương nhịp có giá trị tăng, nội lực biến thiên khoảng từ -0,5% đến 3,7% Trong mơ men trụ đỉnh có thay đổi đáng kể Trong mơ hình tốn có tương tác, mô men thân trụ đỉnh giảm từ 26,7% đến 27,0% và, giảm từ 68,1% đến 68,2% chân thân trụ Khi tính tốn theo mơ hình ngàm cứng trụ, toán xác định áp lực lên mố trụ giải trước, sau lấy kết để giải tốn tính lún cho tốn móng Kết tính lún đưa vào tốn tính áp lực lên mố trụ bước tiếp theo, việc tính tốn lặp đi, lặp lại đến kết cấu có độ lún khơng đổi Nội lực cuối hệ nội lực tổ hợp tải trọng chuyển vị móng gây Như tính tốn theo mơ hình ngàm cứng tốn nhiều thời gian so với mơ hình tương tác đồng thời đất kết cấu Đối với kết cấu cầu khung liên tục có hai đơn nguyên, 23 xét tính tương tác phận kết cấu với có phân bố lại nội lực tồn kết cấu Vì để kết cấu thỏa mãn điều kiện theo trạng thái giới hạn đảm bảo tính kinh tế, tính tốn thiết kết kết cấu phải xét đến mơ hình tương tác cọc-đất kết cấu KẾT LUẬN Kết luận Qua kết phân tích so sánh ta khẳng định mơ hình tính tốn kết cấu cầu có xét làm việc đồng thời đất cho kết tính tốn phản ánh trạng thái làm việc kết cấu khai thác, sử dụng tiết kiệm thời gian tính tốn so với trường hợp xem liên kết kết cấu móng đất liên kết ngàm Khi tính tốn theo mơ hình tương tác đồng thời với đất nền, độ xác kết phụ thuộc vào hệ số đàn hồi tương đương Hệ số đàn hồi hàm số cấu tạo kết cấu móng, trạng thái làm việc hệ cọc mô đun biến dạng Trong kết cấu cầu dầm liên tục nhiều nhịp, biến thiên nội lực kết cấu nhịp phụ thuộc vào chuyển vị tương đối móng mố trụ Trong trường hợp kết cấu móng đặt đất tốt hay cọc ngàm đá khác biệt kết tính mơ hình tương tác khơng tương tác khơng nhiều Vì vậy, để đơn giản việc tính tốn cầu nhịp bé ta sử dụng mơ hình ngàm cứng để tính tốn Đối với cầu khung liên tục, khác biệt kết tính mơ hình thể rõ hơn, đặc biệt nội lực cho kết cấu trụ cầu trường hợp địa chất yếu hay cầu có chiều cao thân trụ lớn Việc mơ hình hóa tính tốn kết cấu khơng gian thể tương tác đồng thời đất kết cấu mà thể tương tác đất nền-cọc-kết cấu hay đất nền-kết cấu-kết cấu 24 Kiến nghị Hiện nay, lý thuyết tính tốn hệ số nhiều tác giả nghiên cứu, hoàn thiện kết nghiên cứu sử dụng rộng rãi tính tốn kết cấu móng, đồng thời phát triển ngành khoa học máy tính lý thuyết phần tử hữu hạn, việc mơ hình hóa giải tốn tương tác đất nền-kết cấu, đất nền-cọc-kết cấu thực dễ dàng, cho kết tính xác thời gian ngắn Vì tính tốn kết cấu cầu liên tục kiến nghị sử dụng mơ hình tương tác đồng thời đất Mơ hình tốn phẳng kiến nghị sử dụng giai đoạn tính tốn thiết kế sơ Mơ hình tốn khơng gian kiến nghị sử dụng giai đoạn thiết kế kỹ thuật, tính tốn kiểm tra giai đoạn thi cơng ... thuộc vào làm việc mặt học, liên kết thực tế thường mơ hình hóa thành dạng liên kết sau liên kết ngàm cứng, liên kết khớp, liên kết đàn hồi Ngồi có liên kết khác liên kết chịu kéo hay chịu nén,... tương tác đất nền-kết cấu ảnh hưởng đất kết cấu phần mố biểu diễn lò xo tương đương có độ cứng hữu hạn Các móng biểu diễn khối chất điểm, liên kết kết cấu nhịp mố trụ thay liên kết cứng hay liên. .. tính tốn thiết kế cầu dầm liên tục nên xét đến mơ hình tương tác đồng thời đất nền-cọc-kết cấu 3.3 TÍNH TỐN KẾT CẤU CẦU KHUNG LIÊN TỤC 3.3.1 Tính tốn trường hợp không xét tương tác đất a Mô tả tốn