Tính toán móng cọc đài cao cứng có xét đến phi tuyến của đất nền và vật liệu làm cọc

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BAÙCH KHOA - TRƯƠNG MINH TIẾN TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐÀI CAO CỨNG CÓ XÉT ĐẾN PHI TUYẾN CỦA ĐẤT NỀN VÀ VẬT LIỆU LÀM CỌC Chuyên ngành : CẢNG VÀ CÔNG TRÌNH THỀM LỤC ĐỊA Mã số ngành: 2.14.14; 2.14.15 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.Hồ Chí Minh , tháng năm 2007 TÓM TẮT LUẬN ÁN THẠC SĨ - Luận án dùng phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng cho hệ thanh, nghiên cứu xây dựng ma trận độ cứng phần tử với hai loại phần tử có hàm xấp xỉ chuyển vị đa thức áp dụng cho phần tử có hàm xấp xỉ chuyển vị dạng đa thức (áp dụng cho phần tử không tiếp xúc đất ) dạng hyperbolic (áp dụng cho dạng phần tử tiếp giáp đất) Luận án gồm chương đề cập đến nội dung sau đây: Chương : Tổng quan phương pháp tính toán móng cọc đài cao cứng Trong nghiên cứu nay, phương pháp phân tích đơn giản phát triển để kết hợp phi tuyến vật liệu cọc bê tông đất Hệ thống cọc – đất lý tưởng hoá thành khung phẳng (khung tương đương) với phần tử gần cọc chịu lò xo đất rời rạc WINKLER (thanh chống) với làm việc phi tuyến tương ứng Sự phân tích tính toán thực với độ cứng trực tiếp cách gia tăng người ta cho thấy nứt bê tông xác định làm việc cọc đáng kể chí cấp tải trọng nhỏ Chương : Bài toán cọc đơn có xét đến phi tuyến đất vật liệu làm cọc Sự làm việc cọc đàn hồi phi tuyến diễn tả phương trình tổng quát sau đây: (EI)d4w/(dx)4 + kdpw = p Mục đích chuyên đề để phát triển phương pháp phân tích đơn giản để kết hợp tính phi tuyến bê tông đất Phương pháp sử dụng để diễn tả làm việc đất với đường cong phi tuyến p-y Xét tính phi tuyến vật liệu làm cọc : xác định độ cứng có hiệu cọc , xác định momen quán tính mặt cắt bị nứt Xét tính phi tuyến đất Xác định hệ số phi tuyến Theo Pender : W = p/ki(pu/(pu-p))n Xác định hệ số phi tuyến Theo Liên xô - đất rời : đường cong dạng Hyperlic P = (ko.y.Pgh)/(ko.y + Pgh) - đất dính : đường cong dạng tang Hyperlic P = Pgh).Th(ko.y/Pgh)] Chương 3: Phương pháp phần tử hữu hạn toán tónh - Trong chương trình bày phương pháp phần tử hữu hạn nói chung mô hình phân tích kết cấu bao gồm mô hình tương thích, mô hình cân bằng, mô hình hỗn hợp, ba mô hình mô hình tương thích sử dụng rộng rãi Mô hình sử dụng luận án để phân tích thành lập phương trình để tính toán hệ theo phương pháp phần tử hữu hạn - Phương trình cân hệ sau khử điều kiện biên toán có dạng sau: K ′.q ′ = P ′ Chương 4: Tính toán móng cọc đài cao cứng có xét đến phi tuyến đất vật liệu làm cọc phương pháp ma trận -Thuật toán a Rời rạt hóa kết cấu b Nhập thông số đặc trưng cọc c Xác định độ cứng chống chuyển vị đầu cọc phương pháp phần tử hữu hạn d Xác định hệ số phương trình tắt phương pháp ma trận e Giải tìm chuyển vị bệ f Xác định chuyển vị cọc bệ g Xác định nội lực cọc bệ h Do tính phi tuyến đất (hệ số phi tuyến phụ thuộc vào chuyển vị ngang cọc) tính phi tuyến vật liệu làm cọc (momen quán tính I cọc thay momen quán tính có hiệu Ie phụ thuộc vào momen cọc) toán lập từ bước c đến bước g Điều kiện dừng toán kết lần lặp sau lần lặp trước đạt sai số cho phép Chương 5: Kỹ thuật tin học cấu trúc chương trình - Phương pháp lập trình - Phương pháp lập trình cấu trúc: Chương trình chia nhiều thủ tục hay hàm riêng lẽ thực công việc rời rạc trình lớn phức tạp Thông tin chuyển giao chương trình thông qua đối số, chương trình có nhiều biến riêng mà bên truy xuất Phương pháp có ưu điểm bẽ gãy trình xử lý lớn thành trình đơn giản Những chương trình có cấu trúc tự thân chứng minh sáng mạch lạc giúp cho việc viết chương trình bảo quản phát triển chương trình thật dễ dàng, luận văn dùng phương pháp lập trình cấu trúc để viết chương trình tính toán ngôn ngữ FORTRAN 77 cho toán phân tích kết cấu hệ với sơ dồ phẳng - Cấu trúc chương trình : Dùng phương pháp lập trình cấu trúc gồm chương trình chương trình phụ để tính tính toán kết nội lực chuyển vị kết cấu, chương viết theo ngôn ngữ FORTRAN77 Chương 6: Giải toán cụ thể, so sánh kết giải với SAP2000, đưa nhận xét kết luận Luận án cao học : Chương 1- tổng quan phương pháp tính toán … Chương I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐÀI CAO CỨNG - Trong công khôi phục kinh tế xây dựng chủ nghóa xã hội nước ta khối lượng xây dựng lớn Chúng ta phải xây dựng toàn hệ thống cầu cống, xây dựng nhiều công trình thuỷ lợi, bến cảng nhà máy Giải móng cho công trình vấn đề phức tạp tốn Do tình hình địa chất nước ta, móng cọc phương pháp phổ biến nhất, hợp lý nhất, có nhiều giá trị kinh tế – kỹ thuật, năm vừa qua, sử dụng nhiều loại móng cọc công trình xây dựng, thực tế chứng minh móng cọc hẳn loại móng sâu khác, Trên giới móng cọc sử dụng rộng rãi năm gần lý luận tính toán móng cọc phát triển nhanh nhiều vấn đề phức tạp đặt nước ta, trước mắt phải nhanh chóng tiếp thu thành tựu khoa học giới sở nghiên cứu vấn đề thiết thực phục vụ cho việc thiết kế xây dựng công trình nước ta Vì hoàn chỉnh tính toán móng cọc cần thiết Do ưu điểm mặt thi công tiết kiệm vật liệu, móng cọc đài cao ngày ý phát triển, dùng loại cọc búa chấn động phần lớn móng cọc thiết kế theo sơ đồ đài cao, móng cọc đài cao tải trọng truyền qua cọc để tác dụng lên đất Chính mà cọc móng cọc đài cao làm việc chịu uốn rõ rệt , lượng cốt thép cọc tính toán với tải trọng trình vận chuyển treo cọc mà phần lớn tính toán với hệ tải trọng trình sử dụng công trình định Giới thiệu Cọc bê tông dùng nhiều kết cấu địa kỹ thuật Bê tông ứng suất trước Móng cọc thường dùng để giảm độ lún chuyển vị ngang tăng cường khả chịu lực cách truyền tải trọng bên xuống lớp đất sâu bên Cọc chịu tải đồng thời dọc trục (kéo hay nén ) momen uốn, lực ngang chống lại tác dụng tải trọng, tác dụng kết cấu bên Hơn chúng chịu biến dạng tạo tải trọng phát sinh trương nở, co giãn đất xung quanh dịch chuyển đất mố trụ cầu, mái dốc… HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 1- tổng quan phương pháp tính toán … Trước kia, làm việc móng sâu chủ yếu đánh giá thông qua khả chịu lực đầy đủ với hệ số an toàn chống lại tải trọng tác dụng chấp nhận biến dạng (chuyển vị) tải trọng tác động thường bỏ qua tương tác cọc đất Tuy nhiên tiêu chuẩn đại gần “AS2159”(Australia Standard 2159) thiết kế thực tế theo trạng thái giới hạn, tiên đoán hợp lý làm việc cọc tác dụng trạng thái giới hạn khác đïc đặt ra, đặc biệt trạng thái khả làm việc chuyển vị giới hạn Tính toán xác giới hạn cọc đất liên quan đến độ cứng tương đối, biến dạng (lún ) cục đất… Trong trường hợp cọc BTCT, thiết kế cọc nên phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu ( AS3600) có ý đến khả làm việc trạng thái giới hạn tính toán cọc-đất phù hợp với tiêu chuẩn cọc(AS2159) Do có tương tác có hiệu làm việc cọc đất quan trọng thiết kế móng cọc Các phương pháp thông thường để tiên đoán ứng xử cọc chịu tải trọng ngang dựa sở làm việc đàn hồi tuyến tính cọc đất Vài nhà nghiên cứu (Poulos 1980, Sogge 1972, Gabr 1994) nghiên cứu làm việc cọc cách giả thuyết đất phi tuyến cọc tuyến tính Tuy nhiên trái lại làm việc chịu uốn cọc phi tuyến mức tải trọng thấp nứt bê tông ứng suất kéo nhỏ cách tương đối (xuất vết nứt ) sớm bê tông chịu kéo Do độ cứng cọc thay đổi theo chiều dài phụ thuộc vào phân phối momen uốn thông số mặt cắt ngang cọc Bê tông vật liệu chịu kéo (có ứng suất kéo nhỏ) người ta bỏ qua xét đến khả chịu kéo tiết diện bê tông (AS3600) Sự nứt cùa bê tông dẫn đến giảm độ cứng cọc với làm việc phi tuyến ứng suất kéo vượt (quá lớn) Mức độ (bậc) phi tuyến tiết diện BTCT phụ thuộc vào cấp tải trọng việc sử dụng tuý giá trị số giảm độ cứng không Sự làm việc phi tuyến gia tăng chuyển vị phân bố momen uốn Trong nghiên cứu nay, phương pháp phân tích đơn giản phát triển để kết hợp phi tuyến vật liệu cọc bê tông đất Hệ thống cọc – đất lý tưởng hoá thành khung phẳng (khung tương đương) với phần tử gần cọc chịu lò xo đất rời rạc WINKLER (thanh chống) với làm việc phi tuyến tương ứng Sự phân tích tính toán thực với độ cứng trực tiếp cách gia tăng HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 1- tổng quan phương pháp tính toán … người ta cho thấy nứt bê tông xác định làm việc cọc đáng kể chí cấp tải trọng nhỏ HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 2- toán cọc đơn có xét đến phi tuyến … Chương II BÀI TOÁN CỌC ĐƠN CÓ XÉT ĐẾN PHI TUYẾN CỦA ĐẤT NỀN VÀ VẬT LIỆU LÀM CỌC Sự làm việc cọc đàn hồi phi tuyến diễn tả phương trình tồng quát sau đây: (EI)d4w/(dx)4 + kdpw = p Trong E : Modun đàn hồi vật liệu cọc I : Momen quán tính cọc (L4) w : chuyển vị ngang k : Hệ số (lực/chiều dài3) dp : đường kính cọc p : Tải trọng tác dụng (lực/chiều dài) điểm x nh hưởng đồng thời lực dọc chuyển vị cọc bỏ qua phương trình (1) không quan trọng bậc lời giải phân tích chuẩn dựa toán dầm đàn hồi (BEF) có sẳn (Hentenyi 1946) trường hợp đặc biệt Lời giải phương pháp số phương trình (1) giải phương pháp sai phân hữu hạn (Poulos 1980) chúng sử dụng rộng rãi thiết kế Để kết hợp làm việc phi tuyến đất mối quan hệ chuyển vị (thường biết dạng đường cong p-y ) sử dụng phép tính lặp Mô hình phản lực làm việc xuất phát Winkles đề nghị, phản lực điểm liên quan đến chuyển vị điểm đó, rõ ràng bỏ qua tính liên tục môi trường đất, phương pháp đàn hồi kết hợp, tính liên tục môi trường phát triển (Poucos 1960) cách sử dụng công thức Mindlin để tính toán bán không gian đàn hồi (EHS) Do có nhược điểm rõ ràng không kể đến làmviệc phi tuyến đất, mà làm việc đất giả thiết đàn hồi tuyến tính Tuy nhiên việc dẻo đất kết hợp (Poulos 1980) giả thuyết làm việc dẻo tuyệt đối ứng suất giới hạn điều có giá trị hạn chế tính toán phi tuyến đất bắt đầu làm việc phi tuyến trước ứng suất giới hạn đạt Do hợp lý để kết luận tán thành cách tiếp cận phản lực với dạng đường cong p-y cho phép tính phi tuyến đất với việc phân tích cọc Hiệu ( ảnh hưởng) việc mềm HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 2- toán cọc đơn có xét đến phi tuyến … hóa biến dạng (trong độ bền đất giãm giá trị đỉnh giới hạn điểm biến dạng lớn ) kết hợp Trong trình bày làm việc tổng quát cọc phi tuyến, rời rạc hoá sai phân hữu hạn phi tuyến (1) có giá trị giới hạn trøng hợp đặc biệt (Kramer 1988) đáp ứng cọc bê tông có đặc trưng riêng so sánh với đáp ứng cọc thép mối quan hệ độ cong – momen dẽo đàn hồi tuyệt đối có tồn Trong mục II, ưu khuyết điểm phương pháp có sẵn để đánh giá đáp ứng cọc chịu lực ngang thảo luận phân tích Mục đích chuyên đề để phát triển phương pháp phân tích đơn giản để kết hợp tính phi tuyến bê tông đất Phương pháp sử dụng để diễn tả làm việc đất với đường cong phi tuyến p-y Nếu cần thiết dùng lý thuyết bán không gian đàn hồi (Poulos 1980) để mô hình hoá đáp ứng đàn hồi đất xét đến dễ dàng M P M H P H M P H MẶT ĐẤT chống Các lớp đất CỌC THỰC TẾ CHÔN TRONG ĐẤT ĐƯC THAY THẾ BẰNG LÒ XO NGANG MÔ HÌNH KHUNG H-1 : Mô hình hóa khung tương đương cọc đất Hình : cho thấy mô hình hóa hệ thống cọc đất đề cập mô hình khung tương đương Cọc biểu diễn thành phần (phần tử) liên kết cứng phản lực Winkler biểu diễn lò xo hay chóng khớp đầu Mô hình thực dạng đơn giản phần mềm kỹ thuật kết cấu tiêu chuẩn để tính khung phẳng Những khớp chóng hai đầu xem Modun phản lực ứng suất phân bố cuả chúng với độ cứng dọc trục Các phần tử xem độ cứng (EI) cọc HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 2- toán cọc đơn có xét đến phi tuyến … mặt cắt có khuyết tật trình lắp đặt (thi công )có thể mô hình hoá dể dàng II.1 PHI TUYẾN CỦA VẬT LIỆU LÀM CỌC a Khái niệm chung Kết cấu chịu uốn bê tông cốt thép không đồng chế tạo từ hai loại vật liệu hoàn toàn khác Do phương pháp sử dụng tính toán kết cấu chịu uốn BTCT khác với dầm thép, gỗ hay vật liệu cấu trúc Tuy nhiên nguyên tắc giống - Tại mặt cắt tồn nội lực chia thành vuông gốc tiếp tuyến với tiết diện Những thành phần vuông gốc với tiết diện ứng suất uốn (ứng suất kéo nằm phía với trục trung hoà, ứng suất nén lại ) Nhiệm vụ ứng suất pháp chống lại momen uốn tiết diện Thành phần tiếp tuyến ứng suất cắt chống lại lực ngang lực cắt -Giả thiết liên quan đến làm việc chịu uốn : Tiết diện ngang phẳng trước sau biến dạng Điều có nghóa biến dạng đơn vị dầm bên bên trục trung hoà tỷ lệ với khoảng cách đến trục trung hoà b ng suất đàn hồi tiết diện bị nứt Sự nứt bê tông xuất ứng suất kéo ft vượt cường độ kéo Một giá trị nhỏ ft có thực tế so sánh với giá trị có tiêu chuẩn thiết kế bê tông thích hợp với điều kiện trường Các phần tử cọc bê tông mô hình hoá phần tử dầm với tác động hổn hợp bê tông cốt thép tức phân tích mức độ thô (macro) Một tính toán mức độ mịn (micro) làm việc hai bê tông cốt thép xem riêng rẽ, giữ cho phép trình phân tích phần tữ hữu hạn có khả mô hình hoá vết nứt rời rạc Một phần tử cột dầm đơn giản phát triển (Witharana 1991) trình bày làm việc phi tuyến BTCT độ cứng uốn có ảnh hưỡng (EcIc), điều kiểm tra thí nghiệm phần tử bê tông nguyên mẫu Trong thiết kế cọc bê tông cốt thép, số lượng yêu cầu cốt thép HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 4- Tính toán móng cọc đài cao… hay (14) {σ}e = [T]{q}e - [D] {εo}e + {σo}e Trong [T] = [D][B] gọi ma trận tính ứng suất phần tử (9), (10) (13) cho ta biểu diễn chuyển vị , biến dạng ứng suất phần tử theo vectơ chuyển vị nút phần tử {q}e Thế toàn phần phần tử : ∏e({u}e) = ∫Ve ½{ε}eT{σ}e dV -∫Vo{g}T{u}e -∫Se{P}T{u}e dS Dùng (9), (10) (13) ∏e({q}e) = 1/2{q}Te[K]e{q}e - {q}Te{P}e (15) Trong [K]e =∫Ve[B]T[D][B]dV Ma trận cứng phần tử {P}e = ∫Ve[N]T{g}edV + ∫Se[N]T{P}e dS + ∫Ve ½{B}T[D]{εo}e dV – - ∫Ve ½{B}T{σo}e dV {P}e : gọi vectơ tải phần tử Dễ dàng thấy [D] ma trận đối xứng nên tích [B]T[D][B] đối xứng [Ke] đối xứng b Ghép nối phần tử – ma trận cứng véc tơ tải tổng thể Giả sử vật thể (miền V) chia thành NE phần tử (miền Ve) R điểm nút Nếu nút có s bậc tự số bậc tự hệ n=R x s Gọi {q} vectơ chuyển vị nút tổng thể (hay vectơ chuyển vị nút kết cấu) Nó tập hợp tất bậc tự tất nút hệ gồm ne thành phần Giả sử phần tử có r nút , số bậc tự phần tử ne =r x s Và vectơ chuyển vị nút phần tử {q}e gồm tất bậc tự r nút phần tử, tức gồm ne thành phần Rõ ràng theo mô hình tương thích thành phần {q}e nằm số thành phần {q} liên hệ vectơ biểu diễn sau: = [L]e{q} {q}e (ne x 1) (ne x n) (n x1) Trong [L]e ma trận định vị phần tử , có kích thước (ne x n) Ma trận cho thấy hình ảnh xếp thành phần vectơ {q}e {q} Thế toàn phần hệ ,sử dụng công thức (15) (18) NE NE ⎡1 T T ⎤ T ∏ = ∑ ∏ e = ∑ ⎢ {q } [L] [K ][L]e {q } − {P}e [L]e {q }⎥ ⎦ e =1 e =1 ⎣ Biểu thức biểu diễn toàn phần Π hệ theo vectơ chuyển vị nút tổng thể áp dụng nguyên lý toàn phần dừng (nguyên lý Lagrange) ta có điều kiện cân hệ điểm nút HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 4- Tính toán móng cọc đài cao… Cụ thể: ∂Π/∂q1 = ∂Π/∂q2 = δΠ=0 ⇔ ∂Π/∂q3 = hay dạng ma trận ∂Π/∂{q} = {0} ta có ∂ ∏ ⎛ NE T = ⎜ ∑ [L ]e [K ][L ]e ∂{q } ⎝ e=1 NE ){q } − ∑ [L]Te {P}e = {0} e =1 Hay ta nhận hệ phương trình [K ]{q } − {P } = {0} Trong [K ] = ∑ [L] [K ] [L] NE T e e e e =1 ma trận cứng tổng thể (kết cấu) [P ] = ∑ [L] [P] NE T e e e=1 laø vectơ tải tổng thể (kết cấu) c Phép chuyển trục tọa độ Gọi x,y,z hệ toạ độ địa phương x’,y’,z’ hệ toạ độ tổng thể Gọi {q}e , {P}e , [K]e chuyển vị nút, vectơ tải ma trận cứng phần tử hệ toạ độ địa phương Gọi {q’}e , {P’}e , [K’]e chuyển vị nút, vectơ tải ma trận cứng phần tử hệ toạ độ tổng thể Ta thiết lập mối quan hệ biểu diễn {q}e {P}e theo {q’}e , {P’}e {q}e = [T]e{q’}e (22) {P}e = [T]e{P’}e (23) HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 4- Tính toán móng cọc đài cao… với [T]e ma trận biến đổi thành phần chuyển vị nút từ hệ toạ độ tổng thể sang hệ toạ độ địa phương xyz Khi , toàn phần Πe phần tử là: Πe = 1/2{q}Te[K]e{q}e - {P}Te{q}e trở thành Πe = 1/2{q’}Te[T]eT [K]e{q’}e[T]e - {P}Te[T]e {q’}e Πe = 1/2{q’}Te [K’]e{q’}e - {P’}Te {q’}e Hay Trong [K’]e = [T]eT [K]e[T]e (24) {P’}e ={P}e[T]eT (25) So sánh (23) (25) ta có : [T]eT[T]e =[ I ] ([ I ] ma trận đơn vị) Tương tự ta có phương trình cho toàn hệ là: [K ][q ] = [P ] ' ' ' [K ] = ∑ [K ] NE ' ' e =1 e ma trận cứng tổng thể hệ toạ độ tổng thể [P ] = ∑ [P ] + {P } NE ' ' e=1 {P } ' n ' n vectơ tải tổng thể e vectơ tải tập trung nút d Xác định chuyển vị cọc bệ - Giải phương trình tắc ta tìm chuyển vị a,c,β tâm đài Cvi = (a,c,β) = [Rc]-1 x [P] - Chuyển vị đầu cọc hệ toạ độ chung tính theo : = A1i x Cvi -Chuyển vị đầu cọc hệ toạ độ địa phương xác định theo : ∆i = A2i HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 4- Tính toán móng cọc đài cao… 1.g Xác định nội lực cọc bệ Nội lực cọc xác định sau: ⎧N i ⎫ {NL}i = ⎪⎨Qi ⎪⎬ = [A3i ][A2i ][A1i ]{a} ⎪M ⎪ ⎩ y⎭ - Nội lực phần tử cọc xác định theo phương pháp FEM 1.h Do tính phi tuyến đất (hệ số phi tuyến phụ thuộc vào chuyển vị ngang cọc) tính phi tuyến vật liệu làm cọc ( Momen quán tính I cọc thay momem quán tính có hiệu Ie phụ thuộc vào momen của cọc ) toán lập từ bước c đến bước g điều kiện dừng toán kết lần lặp sau lần lặp trước đạt sai số cho phép HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 5- Kỹ thuật tin học cấu trúc chương trình CHƯƠNG KỸ THUẬT TIN HỌC VÀ CẤU TRÚC CÁC CHƯƠNG TRÌNH PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH Để xây dựng chương trình hay phần mềm ứng dụng thường dùng theo phương pháp lập trình cấu trúc Phương pháp lập trình cấu trúc có từ lâu, sử dụng để xây dựng nhiều phần mềm, phần mềm kỹ thuật truyền thống sử dụng phương pháp Về chất chương trình chia nhiều thủ tục hay hàm riêng lẽ thực công việc rời rạc trình lớn phức tạp Thông tin chuyển giao chương trình thông qua đối số, chương trình có nhiều biến riêng mà bên truy xuất Phương pháp có ưu điểm bẽ gãy trình xử lý lớn thành trình đơn giản Những chương trình có cấu trúc tự thân chứng minh sáng mạch lạc giúp cho việc viết chương trình bảo quản phát triển chương trình thật dễ dàng, luận văn dùng phương pháp lập trình cấu trúc để viết chương trình tính toán ngôn ngữ FORTRAN 77 cho toán phân tích kết cấu hệ với sơ đồ phẳng CẤU TRÚC CÁC CHƯƠNG TRÌNH 2.1 CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU Chương trình phân tích kết cấu hệ viết bao gồm chương trình chương trình phụ: Chương trình Chương trình phụ nhập số liệu (SUBROUTINE DATA) Chương trình phụ nhập tính tải trọng nút (SUBROUTINE LOAD) Chương trình phụ tính ma trận độ cứng phần tử (SUBROUTINE STIFF) Chương trình phụ ghép ma trận độ cứng phần tử vào hệ chung khử điều kiện biên (SUBROUTINE FORMK) Chương trình phụ giải phương trình đại số tuyến tính để tìm chuyển vị nút (SUBROUTINE TSOLV) Chương trình phụ tính toán nội lực phần tử (SUBROUTINE TMOMEN) SƠ ĐỒ KHỐI HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 5- Kỹ thuật tin học cấu trúc chương trình Sơ đồ khối sau: Bắt đầu Nhập số liệu cần thiết : TS nút, TS phần tử Toạ độ nút, liên kết phần tử, điều kiện biên, E (Modun đàn hồi ), J (Momen quán tính), F (diện tích m/c) Nhập tải trọng tác dụng lên nút, phần tử … , thành lập véc tơ tải trọng Tính ma trận độ cứng phần tử hệ tọa độ địa phương, hệ toạ độ chung Ghép ma trận độ cứng phần tử thành ma trận độ cứng tổng thể, xử lý điều kiện biên Giải hệ phương trình tìm chuyển vị nút Tính toán nội lực phần tử Chấm dứt chương trình HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 5- Kỹ thuật tin học cấu trúc chương trình - Sau có kết tính toán từ chương trình phân tích tính kết cấu, kết xuất thành tập tin , tập tin kết chuyển vị nội lực số phần tử HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 6- tính toán toán cụ thể, nhận xét & kết luận Chương : TÍNH TOÁN MỘT SỐ BÀI TOÁN CỤ THỂ SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI SAP2000, NHẬN XÉT & KẾT LUẬN Tính toán toán cụ thể - Móng cọc đài cao phẳng, đài BTCT, cọc vuông có tiết diện 0.4mx0.4m, L=30m Chịu tải trọng kích thùc hình học hình vẽ Chịu tải trọng H=80(T), P=400(T), M=0, Hệ số K(T/M2) phụ thuộc vào độ sâu z sau: Z=-1 , K=200 Z=-2 , K=600 Z=-3 , K=1000 Z=-4 , K=1400 Z=-5 , K=1800 HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 6- tính toán toán cụ thể, nhận xét & kết luận Z=-6 , K=2200 Z=-8 , K=2600 Z=-10 , K=3000 Z=-12 , K=3400 Z=-15 , K=3800 A/ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO LẬP TRÌNH ơ( - Kết tính toán (xem số liệu phần sau) Ở ta so sánh kết chuyển vị Ux từ lần lập thứ lần lập cuối Ở lần lập thứ cho ta kết tính toán đàn hồi, lần lập thứ trở sau kết tính toán phi tuyến Bảng kết tính toán chuyển vị Ux,Uy,Uz cọc Lần lập - Ux(m) Uy(m) Uz(m) Thứ 0.0600 0.000520 0.00187 Thứ 0.0623 0.000600 0.00196 Thứ 0.0622 0.000592 0.00196 Thứ 0.0622 0.000595 0.00196 Thứ 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 0.0622 0.000595 0.00196 Thứ 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 10 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 11 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 12 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 13 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 14 0.0622 0.000594 0.00196 Thứ 15 0.0622 0.000594 0.00196 Từ bảng kết cho ta thấy từ lần lập thứ lần lập sau kết chuyển vị Ux tăng 3.67%.Như so sánh sơ đồ tính toán theo đàn hồi (lần lặp thứ 1) tính toán phi tuyến (lần lặp thứ trở sau) HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 6- tính toán toán cụ thể, nhận xét & kết luận - kết chuyển vị tăng Điều khẳng định toán tính toán mà chịu tải trọng ngang lớn cần tính toán phi tuyến để có kết tính toán xác Trong thực tế công trình có tính quan trọng cần tính toán theo phương pháp phi tuyến để có kết xác so với so đồ làm việc thực tế Biểu đồ xác định sơ đồ chuyển vị Ux từ sơ đồ tính toán đàn hồi (lần lập thứ 1) chuyển sang tính toán phi tuyến (ở lần lập thứ trở sau) 0.0625 0.0620 chuyen vi Ux 0.0615 0.0610 0.0605 0.0600 0.0595 0.0590 0.0585 10 11 12 13 14 15 lan lap thu i - Từ biểu đồ sau lần lặp thứ toán hội tụ, điều kiện dừng toán hai lần tính toán liên kết có sai số bé nên chương trình tiếp tục tính vòng lặp thứ 15 Từ vòng lặp thứ trở sai số tính toán hai lần tính toán liên tiếp bé, sau vòng lặp thứ trở sau toán xem hội tụ HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 6- tính toán toán cụ thể, nhận xét & kết luận Bảng kết tính toán nội lực N,Q,M cọc Lần lập - - N(T) Q(T) M(T.m) Thứ -8.04 0.96 9.28 Thứ -9.27 0.66 6.37 Thứ -9.16 0.68 6.52 Thứ -9.21 0.67 6.46 Thứ -9.18 0.68 6.49 Thứ -9.20 0.68 6.47 Thứ -9.19 0.68 6.48 Thứ -9.19 0.68 6.48 Thứ -9.19 0.68 6.48 Thứ 10 -9.19 0.68 6.48 Thứ 11 -9.19 0.68 6.48 Thứ 12 -9.19 0.68 6.48 Thứ 13 -9.19 0.68 6.48 Thứ 14 -9.19 0.68 6.48 Thứ 15 -9.19 0.68 6.48 Nhìn vào kết tính toán sau lần lặp thứ độ cứng chống chuyển vị cọc thứ giảm , sau lần lặp thứ có phân bố nội lực cho hệ toán Cụ thể cọc momen, lực cắt đầu cọc giảm (vì độ cứng cọc giảm sau hình thành khe nứt), lực dọc tăng So sánh toán tính đàn hồi (lần lặp thứ 1) toán phi tuyến kết sai lệch lớn độ cứng cọc hệ thay đổi sau vòng lặp nên dẫn đến phân bố lại nội lực HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 6- tính toán toán cụ thể, nhận xét & kết luận B/ SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO LẬP TRÌNH – CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KẾT CẤU SAP2000 Cọc thứ Chuyển vị Ux Lập Trình Sap2000 cọc 0.0600 0.0592 cọc 0.0590 cọc Lực dọc N Lực cắt Q Momen M Lập Trình Sap2000 Lập Trình Sap2000 Lập Trình Sap2000 -8.04 -8.25 0.96 0.90 -9.28 -8.96 0.0592 174.02 174.80 0.95 0.89 -9.16 -8.85 0.0593 0.0592 -64.72 -65.35 0.95 0.90 -9.20 -8.92 coïc 0.0590 0.0592 58.42 58.41 0.95 0.89 -9.16 -8.85 coïc 0.0578 0.0592 179.31 179.97 0.94 0.89 -9.03 -8.86 coïc 0.0590 0.0592 -57.18 -57.98 0.95 0.89 -9.16 -8.85 coïc 0.0585 0.0592 122.63 122.87 0.95 0.89 -9.11 -8.89 - Từ kết chương trình tính ( sau vòng lặp thứ tính theo sơ đồ đàn hồi) kết từ chương trình tính toán kết cấu Sap2000 gần giống nhau, điều khẳng định phần mềm kiểm tra cho kết xác , Như lần lặp cho kết xác sơ đồ làm việc thực tế công trình - Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực dọc, lực cắt, momen cọc chịu tải trọng lớn (cọc 5) chương trình tính toán Sap2000 Nhìn vào biều đồ cho ta thấy sơ đồ làm việc cọc hai chương trình hoàn toàn giống thể xác phần mềm tính toán HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 6- tính toán toán cụ thể, nhận xét & kết luận C/ NHẬN XÉT – KẾT LUẬN - Nội dung luận án: • Nghiên cứu lý thuyết phần tử hữu hạn, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho tính toán hệ khung phẳng với hàm xấp xó chuyển vị hàm đa thức (cho phần tử đất nền) hàm hyperbolic (cho phần tử tiếp xúc với đất nền) - • Lập chương trình tính toán máy tính điện tử để thu nhận kết chuyển vị, nội lực lực dọc, lực cắt , momen • p dụng chương trình máy tính tính toán toán cụ thể , kết tính toán so sánh với kết Sap2000 Với nội dung nghiên cứu cho phép nêu lên số nhận xét sau • Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số thích hợp cho việc phân tích trạng thái biến dạng ứng suất kết cấu • Phương pháp phần tử hữu hạn có giải thuật tổng quát cao , dễ lập trình cho máy tính điện tử • Dùng hàm xấp xó Hyperbolic để phân tích phần tử tiếp giáp đất cho kết xác , kết hợp với hàm xấp xó đa thức giải toán bao gồm phần tử không tiếp giáp đất phần tử tiếp giáp đất ( toán cụ thể phần trên) • Kết tính toán luận án so sánh phần mềm nước Sap2000, giá trị chuyển vị nội lực phù hợp với quy luật • Kết nghiên cứu luận án áp dụng trực tiếp tính toán cho móng cọc đài cao (tính khung phẳng) ứng với môi trường tải trọng phức tạp Việc tính toán phương pháp đề luận án cho tranh rõ rệt chuyển vị ngang, xoay mũi cọc chôn đất nền, điều cho phép chọn chiều sâu chôn cọc hợp lý HVTH : Trương Minh Tiến Trang: Luận án cao học : Chương 6- tính toán toán cụ thể, nhận xét & kết luận • Từ kết tính toán toán cụ thể , tính toán phi tuyến cho kết xác so với sơ đồ làm việc đàn hồi, tương lai lập trình chương trình tính toán kết cấu theo sơ đồ làm việc phi tuyến vật liệu bê tông cốt thép • Chương trình giới hạn tính toán móng cọc đài cao theo sơ đồ phẳng, tương lai mở rộng tính toán theo sơ đồ không gian để phù hợp yêu cầu thực tế HVTH : Trương Minh Tiến Trang: TÀI LIỆU THAM KHAÛO Proceedings of the fourteenth international conference on soil mechanics and foundattion engineering Founddation analysis and design 1991 Joseph Bowles SAP2000 Nolinear Phương pháp PTHH địa học, NXB GD 1995 A.B Fadeev Phương pháp số học kết cấu T.Karamanxki Cơ học đất Lê Quý An … Nền Móng Lê Đức Thắng Tính toán móng cọc Lê Đức Thắng Những phương pháp xây dựng công trình nần đất yếu Hoàng Văn Tân 10 Tính toán cọc móng cọc xây dựng giao thông Phan Duõng ... Luận án cao học : Chương 4- Tính toán móng cọc đài cao? ?? Chương IV TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐÀI CAO CỨNG CÓ XÉT ĐẾN PHI TUYẾN CỦA ĐẤT NỀN VÀ VẬT LIỆU LÀM CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP MA TRẬN THUẬT TOÁN Một... Do tính phi tuyến đất (hệ số phi tuyến phụ thuộc vào chuyển vị ngang cọc) tính phi tuyến vật liệu làm cọc ( Momen quán tính I cọc thay momem quán tính có hiệu Ie phụ thuộc vào momen của cọc ) toán. .. vị cọc bệ g Xác định nội lực cọc bệ h Do tính phi tuyến đất (hệ số phi tuyến phụ thuộc vào chuyển vị ngang cọc) tính phi tuyến vật liệu làm cọc (momen quán tính I cọc thay momen quán tính có