Tính móng băng cho nhà dân dụng như dầm trên nền đất yếu theo mô hình phi tuyến bằng phương pháp phần tử hữu hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH  - HỨA VĂN ĐÔNG TÍNH MÓNG BĂNG CHO NHÀ DÂN DỤNG NHƯ DẦM TRÊN NỀN ĐẤT YẾU THEO MÔ HÌNH PHI TUYẾN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Mã số: 31.10.02  LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tháng 12 / 2002 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS CHÂU NGỌC ẨN HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1: GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2: TS CAO VĂN TRIỆU Luận văn thạc sỹ bảo vệ HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH, ngày 04 tháng 01 năm 2002 Có thể tìm hiệu luận văn Thư Viện Trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TỔNG QUAN  NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN  NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên Ngày sinh Chuyên ngành Khóa : HỨA VĂN ĐÔNG : 16/07/1976 : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU : 11 Phái : Nam Nơi sinh : Hải Phòng Mã số : 31.10.02 I TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH MÓNG BĂNG CHO NHÀ DÂN DỤNG NHƯ DẦM TRÊN NỀN ĐẤT YẾU THEO MÔ HÌNH PHI TUYẾN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Tính móng băng cho nhà dân dụng dầm đất yếu theo mô hình phi tuyến phương pháp phần tử hữu hạn Nội dung: PHẦN I: TỔNG QUAN Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu nước theo hướng nghiên cứu đề tài PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN Chương 2: Nghiên cứu tổng quan đất yếu cách xác định tiêu lý dùng làm thông số cho toán Chương 3: Cơ sở lý thuyết dùng để giải toán móng băng mô hình đàn hồi dẻo phi tuyến Chương 4: Phương pháp phần tử hữu hạn Chương 5: Nội dung tự động hóa Chương 6: So sánh kết chương trình strip với số phương pháp tính toán thông thường địa móng số phần mềm khác PHẦN III: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương 7: Nhận xét, kết luận hướng nghiên cứu tiếp đề tài 25/05/2002 III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2002 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS CHÂU NGỌC ẨN VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1: GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2: TS CAO VĂN TRIỆU Cán hướng dẫn Cán phản biện Cán phản biện TS CHÂU NGỌC ẨN GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ TS CAO VĂN TRIỆU Nội dung đề cương luận văn cao học thông qua Hội đồng chuyên ngành PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌC – SAU ĐẠI HỌC Ngày 18 tháng 12 năm 2002 CHỦ NHIỆM NGÀNH GS TS LÊ BÁ LƯƠNG LỜI CẢM ƠN Để có trưởng thành kiến thức ngày hôm nay, em quên công lao to lớn tất Giáo sư, Tiến só ban giảng dạy chương trình cao học, Thầy truyền đạt cho em kiến thức thiếu, để em hoàn thành luận văn thạc só Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Thầy Tiến Só – Châu Ngọc Ẩn hướng dẫn tận tình cho em suốt thời gian em thực luận văn Cũng trình giảng dạy, với nhiệt huyết mong muốn ngành địa móng Việt Nam theo kịp hòa nhập với giới, Thầy đưa vào giáo trình, giảng điều lạ, lý thú giúp chúng em có tiết học buổi nói chuyện thật bổ ích, sinh động Thầy giúp chúng em có nhìn thấy rõ trách nhiệm người theo nghiên cứu ngành địa móng Em xin chân thành biết ơn Thầy Giáo Sư Tiến Só Khoa Học – Lê Bá Lương động viên, cổ vũ suốt trình chúng em học tập làm luận văn Thầy bỏ nhiều tâm huyết việc truyền đạt cho chúng em kiến thức q báu qua nhiều môn học Tuy Thầy cao tuổi công nghệ kỹ thuật xây dựng công trình đất yếu Thầy cập nhật liên tục qua giảng Thầy thường xuyên đưa chúng em xuống thực địa để có nhìn thực tế công trình đất yếu có công trình bị cố Em xin chân thành cảm ơn Thầy Giáo Sư Tiến Só Khoa Học – Hoàng Văn Tân tận tụy với chúng em qua giảng phong phú Thầy Nay Thầy tuổi cao sức khỏe không cho phép Thầy tiếp tục giảng dạy, em mong Thầy mạnh khỏe tiếp tục có đóng góp qua giáo trình bổ ích Thầy mong ước Thầy nhà giáo để lại ấn tượng sâu sắc cho chúng em Em xin chân thành cảm ơn Thầy Giáo Sư Tiến Só Khoa Học – Nguyễn Văn Thơ tận tâm giảng dạy cung cấp cho chúng em nhiều giáo trình tài liệu giá trị công trình nghiên cứu đất Thầy cho em lời khuyên bổ ích từ thời gian đầu em làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tiến Só – Cao Văn Triệu nhiệt tình bỏ nhiều thời gian quý báu chúng em lời khuyên bổ ích công việc làm luận văn em Sự nhiệt tình Thầy để lại ấn tượng sâu sắc em Một lần em xin trân trọng biết ơn tất Thầy Cô dành nhiều tâm huyết truyền đạt kiến thức cho chúng em Em xin kính chúc tất Thầy Cô nhiều sức khỏe để tiếp tục cống hiến cho môn địa móng nói riêng khoa học nói chung Tôi xin chân thành cảm ơn tất anh chị đồng nghiệp, đặc biệt Ông Hoàng Quốc Toàn, Phó Tổng Giám Đốc công ty STRUCTURES VIETNAM, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố Mẹ biết ơn chân thành đến người thân gia đình hữu xa gần động viên, giúp đỡ suốt trình học thời luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: Tính móng băng cho nhà dân dụng dầm đất yếu theo mô hình phi tuyến phương pháp phần tử hữu hạn Tóm tắt: Hiện toán đàn hồi ổn định địa học phải nghiên cứu riêng rẽ theo phương pháp không liên quan đến Khi phân tích ứng suất biến dạng xem ứng xử hoàn toàn nằm giai đoạn đàn hồi áp dụng định luật Hooke để tính toán Còn xác định sức chịu tải lại cho phép có xuất vùng biến dạng dẻo dựa vào lí thuyết dẻo để tính toán Biện pháp chia địa học thành hai nhóm toán rõ ràng bất đắc dó Nó không phản ánh bước chuyển có tính chất dòng dẻo đất từ trạng thái đàn hồi tuyến tính ban đầu sang trạng thái cuối Trong thực tế, đất làm việc tác động tải trọng ngoài, quan hệ ứng suất biến dạng phi tuyến Do tính chất phức tạp phân tích phi tuyến nên lời giải giải tích xác, mà phải sử dụng phương pháp số để tính gần Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số, tỏ rõ ưu không giải thành công nhiều toán thực tế địa học mà tính đơn giản thích dụng việc phân tích trạng thái ứng suất biến dạng khối đất đất môi trường rời phức tạp, thường có nhiều thông số ảnh hưởng đến tính chất lý Trong luận văn này, tác giả giải toán đơn giản phổ thông lónh vực địa học Đó toán móng băng mô hình phi tuyến Trong có xét đến làm việc đồng thời móng Việc có ý nghóa quan trọng ứng suất biến dạng chịu ảnh không nhỏ móng có độ cứng khác Và để kể đến làm việc đồng thời móng, tác giả phải xét thêm ảnh hưởng tiếp xúc móng chúng có độ cứng khác cách thêm phần tử tiếp xúc chúng Với chương trình STRIP tác giả lập trình dùng để giải toán móng băng phi tuyến, người sử dụng dễ dàng đưa vào thông số ban đầu tùy chọn nhanh chóng thu kết toán Các kết xem dạng hình ảnh giúp có nhìn trực quan trường ứng suất, biến dạng, chuyển vị xem vùng dẻo Ngoài STRIP giải toán trường hợp nhiều lớp MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Tóm tắt luận án Mục lục CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC THEO HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử phát triển lý thuyết đàn hồi lý thuyết dẻo 1.1.1 Lịch sử phát triển lý thuyết đàn hồi 1.1.2 Lịch sử phát triển lý thuyết dẻo 1.2 Các mô hình lời giải theo phương pháp giải tích 1.2.1 Mô hình Winkler (1867) 1.2.2 Mô hình bán không gian đàn hồi (1885) 1.2.3 Mô hình màng (M M Filouenko – Borodils) 1.2.4 Mô hình (V G Vlaxov) 1.2.5 Mô hình đàn hồi với hai hệ số neàn (P L Pasternak) 1.3 Các mô hình lời giải theo phương pháp phần tử hữu hạn 1.3.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính cho đồng đẳng hướng 1.3.2 Mô hình đàn hồi tuyến tính cho đẳng hướng không đồng 10 1.3.3 Mô hình đàn hồi dị hướng 11 1.3.4 Mô hình đàn hồi phi tuyến 12 1.3.5 Mô hình đàn dẻo lý tưởng 12 1.3.6 Mô hình giảm bền biến dạng 14 1.3.7 Moâ hình Cam–Clay 16 1.3.8 Mô hình Cam–Clay cải biên 20 1.4 Một vài phần mềm địa móng 21 1.4.1 Khái quát phần mềm phổ biến 21 1.4.2 Phần mềm Sage-Crisp 23 1.4.3 Phần mềm Plaxis 24 1.4.4 Phần mềm Geo-Slope 25 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ DÙNG LÀM THÔNG SỐ CHO BÀI TOÁN 2.1 Nghiên cứu tổng quan đất sét yếu 27 2.1.1 Khái niệm đất yếu 27 2.1.2 Bản chất cấu trúc khoáng vật sét 27 2.1.3 Đặc điểm chung đất yếu 31 2.1.4 Đặc điểm biến dạng đất sét yếu 33 2.2 Các thiết bị biện pháp xác định sức chống cắt góc nội ma sát đất phòng thí nghiệm trường 34 2.2.1 Các thiết bị thí nghiệm xác định tiêu chống cắt 34 2.2.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định tiêu chống cắt 36 2.3 Xác định mô đun biến dạng e hệ số Poisson đất với phương pháp thí nghiệm khác 40 2.3.1 Cơ sở xác định 40 2.3.2 Xác định mô đun biến dạng đàn hồi E thiết bị nén ba trục 40 2.3.3 Xác định E thí nghiệm nén đơn 43 2.3.4 Xác định E thiết bị bàn nén trường 44 2.3.5 Xác định E thiết bị nén cố kết 44 2.3.6 Xác định E dựa vào số liệu thực nghiệm số tác giả 45 2.3.7 Xác định hệ số Poisson µ 47 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT DÙNG ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN MÓNG BĂNG TRÊN MÔ HÌNH NỀN ĐÀN HỒI DẺO PHI TUYẾN 3.1 Những nguyên lý học vật rắn biến dạng 49 3.1.1 Ứng suất 49 3.1.2 Biến dạng 54 3.1.3 Tính đàn hồi định luật Hooke 57 3.2 Những nguyên lý vật thể đàn dẻo phi tuyến 59 3.2.1 Maët giới hạn vật liệu đẳng hướng 59 3.2.2 Maët deûo 63 3.2.3 Coâng biến dạng tăng bền 65 3.2.4 Tiền đề lý thuyết đàn hồi phi tuyến Giả thuyết lý thuyết dẻo 66 3.2.5 Quan hệ ứng suất – biến dạng theo mô hình đàn dẻo 68 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn Hình 5.25: Thể phương độ lớn biến dạng điểm Gauss 5.3.7/ Stress menu Stress Menu (hình 5.26) dùng để chọn lựa xem kết lực nút ứng suất mô hình toán qua bước gia tải Có thể xem kết sau: - Force at node: thể lực nút Hình 5.26: Stress menu - Plastic point: thể trạng thái đàn hồi hay dẻo điểm Gauss qua bước gia tải Hình 5.27, 5.28, 5.29 5.30 biểu diễn trạng thái điểm Gauss qua bước gia tải Màu xanh thể cho điểm Gauss đàn hồi, màu vàng thể điểm Gauss bị dẻo màu đỏ thể điểm Gauss bị dẻo vòng lặp trước Hình 5.27: Thể trạng thái điểm Gauss bước gia tải thứ Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 118 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn Hình 5.28: Thể trạng thái điểm Gauss bước gia tải thứ Hình 5.29: Thể trạng thái điểm Gauss bước gia tải thứ Hình 5.30: Thể trạng thái điểm Gauss bước gia tải thứ Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 119 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn - Stress principle: thể phương độ lớn ứng suất điểm Gauss tâm phần tử qua bước gia tải Hình 5.31 thể phương độ lớn biến dạng điểm tâm phần tử tích lũy đến bước gia tải thứ Màu đỏ hình thể phương màu xanh phương phụ Hình 5.31: Thể phương độ lớn ứng suất điểm tâm phần tử 5.3.8/ Window menu Window Menu (hình 5.32) dùng để xem chọn lựa cửa sổ mở Hình 5.32: Window menu 5.3.9/ Help menu Help Menu (hình 5.33) gồm phần để xem hướng dẫn sử dụng Matlab phần giới thiệu chương trình STRIP (hình 5.34) Hình 5.33: Help menu Hình 5.34: Giới thiệu chương trình STRIP Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 120 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn CHƯƠNG SO SÁNH KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH STRIP VỚI MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THÔNG THƯỜNG TRONG ĐỊA CƠ NỀN MÓNG VÀ MỘT SỐ PHẦN MỀM KHÁC Do đặc trưng riêng luận án nên tác giả so sánh kết chươntg trình với phương pháp tính toán thông thường địa móng không so sánh với kết thực nghiệm Thí dụ toán so sánh mức độ phát triển khu vực biến dạng dẻo móng băng ứng với mức tải trọng: tải trọng an toàn, tải trọng tiêu chuẩn tải trọng giới hạn Mặc dù chương STRIP có khả tính toán cho nhiều lớp, để đơn giản dễ nhận xét kết quả, tác giả làm thí dụ cho toán lớp Tác giả so sánh kết chương trình STRIP với vài phần mềm khác SAGE CRISP PLAXIS Ngoài so sánh thay đổi kết thay đổi vài đặc trưng toán Thí dụ so sánh kết đất sét đất cát rời so sánh toán thay đổi độ cứng móng Nhưng khối lượng trình bày luận án có hạn thời gian eo hẹp nên tác giả trình bày phần bảo vệ luận án 6.1 So sánh mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo chương trình STRIP phương pháp tính toán theo lý luận bán không gian biến dạng tuyến tính Xét móng băng có chiều rộng b=4m đặt trực tiếp sét pha cát có tiêu lý sau: - Môđun đàn hồi: E = 15000 KN/m2 - Hệ số Poisson: ν = 0.35 - Trọng lượng riêng: γ = 18 KN/m3 - Lực dính: C = 100 KN/m2 - Góc ma sát trong: ϕ = 14o 6.1.1/ Theo phương pháp tính toán dựa lý luận bán không gian biến dạng tuyến tính Trong trường hợp tổng quát, móng băng đặt độ sâu h gây tải trọng thân đất γ.h nằm đáy b γh z p 2β M x z σ3 Hình 6.1: ứng suất móng băng σ1 Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 121 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn Theo điều kiện cân giới hạn Mohr - Renkin σ1 − σ σ + σ + 2c cot g ϕ sin ϕ = (6.1) Trong đó: ứng suất σ , σ tải trọng (p-γh) trọng lượng thân đất Được xác định công thức sau: p − γh (2β + sin 2β) + γ (h + z) π p − γh σ3 = (2β − sin 2β) + γ (h + z) π (6.2) σ1 = (6.3) Thế hai ứng suất từ công thức (6.2) (6.3) vào công thức (6.1), ta được; z= p − γh sin β c ( − β ) − h − cot g ϕ = f(β) πγ sin ϕ γ Xác định z max từ điều kiện dz =0 dβ dz p − γh  cos 2β  = − 1 = 2 dβ πγ  sin ϕ  Ứng với: 2β = (6.4) (6.5) π −ϕ (6.6) Như vậy, chiều sâu lớn vùng biến dạng dẻo là: z max = p − γh π c (cot gϕ + ϕ − ) − h − cot gϕ πγ γ (6.7) Và tải trọng tương ứng là: p z max = πγ cot g ϕ + ϕ − π ( z max + h + c γ cot gϕ ) + γh (6.8) Ứng với chiều sâu cho phép vùng biến dạng dẻo ta có mức tải trọng tương ứng a/ Tải trọng an toàn (của Frohlich Puzưrievxki) Theo Puzưrievxki z max = (tức vùng biến dạng dẻo chưa phát triển) tải trọng đáy móng gọi tải trọng an toàn p o : p = γh cot gϕ + ϕ + cot gϕ + ϕ − π + π π c cot gϕ cot gϕ + ϕ − π (6.9) Theo lý thuyết ta nhận thấy bắt đầu xuất khu vực biến dạng dẻo giả thiết đất môi trường biến dạng tuyến tính không việc áp dụng công thức đàn hồi trở nên không hợp lý Nhưng khu vực nhỏ coi không đáng kể áp dụng lý thuyết đàn hồi Ứng với thông số ban đầu cho, ta tính tải trọng an toàn toán: p o = 469,4 KN/m2 Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 122 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn b) Sức chịu tải tiêu chuẩn Đối với đất tương đối yếu, tính toán người ta tính theo trạng thái giới hạn thứ hai biến dạng Để tính lún đất người ta dựa vào lý thuyết bán không gian biến dạng tuyến tính tức quan hệ ứng suất biến dạng quan hệ tuyến tính Do để tính lún cho ta phải đảm bảo đất làm việc giai đoạn đàn hồi Theo quy phạm quy định cho phép chiều sâu vùng biến dạng dẻo phát triển z max = b Khi đó: b πγ ( + R tc = p (z max = b ) = c + h) γ tgϕ cot gϕ + ϕ − π (6.10) + γh Ứng với thông số ban đầu cho, ta tính tải trọng tiêu chuẩn toán: R tc = 490,5 KN/m2 c) Tải trọng giới hạn: Tải trọng giới hạn tải trọng ứng với khu vực vùng biến dạng dẻo phát triển hai mép móng chạm vào Lúc đó, độ sâu vùng phát triển biến dạng dẻo là: b(1 + sin ϕ ) b π ϕ  z max = = cot g  −  cos ϕ 4 2 (6.11) Và độ lớn tải trọng giới hạn baèng:  c π ϕ  − + + h   γtgϕ  b 2 πγ  cot g  p gh = cot gϕ + ϕ − π (6.12) + γh Ứng với thông số ban đầu cho, ta tính tải trọng giới hạn toán: p gh =502,3 KN/m2 Độ sâu vùng phát triển biến dạng dẻo tương ứng: z max = 1,56 m 6.1.2/ Kết vùng biến dạng dẻo giải STRIP Nhập thông số hình học đặc trưng vật liệu đất cho vào STRIP Do toán dạng đối xứng nên ta chọn chế độ giải nửa bên cho giảm bớt khối lượng tính toán Còn tải trọng lấy p y = 500 KN/m2 (xấp xỉ tải trọng giới hạn) Để thấy rõ kết mức tải trọng tác dụng, ta chọn bước 12 bước gia tải Hệ số cho bước gia tải đầu 0.15 (tải tăng cấp 75 KN/m2) hệ số cho bước gia tải sau 0.05 (tải tăng cấp 25 KN/m2) Bảng 6.1: Các hệ số gia tải tích lũy mức tải trọng tương ứng bước tải Bước tải Hệ số 10 11 12 0.15 0.30 0.45 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 Mức tải trọng (KN/m2) 75 Học viên: Hứa Văn Đông 150 225 300 325 350 375 400 425 450 475 500 Trang: 123 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn + Tại bước gia tải thứ (p=350 KN/m2), ta chưa thấy xuất biến dạng dẻo (Hình 6.2) Hình 6.2: Điểm dẻo chưa xuất bước gia tải thứ + Tại bước gia tải thứ (p=375 KN/m2), ta thấy xuất điểm dẻo mép móng (Hình 6.3) Hình 6.3: Điểm dẻo bắt đầu xuất mép móng bước gia tải thứ Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 124 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn + Tại vòng lặp bước gia tải thứ (p=400 KN/m2), biến dạng dẻo mép móng tiếp tục phát triển (Hình 6.4) Hình 6.4: Các điểm dẻo vòng lặp bước gia tải thứ + Tại vòng lặp cuối bước gia tải thứ 8, vùng biến dạng dẻo mép móng tiếp tục phát triển móng xuất vùng biến dạng dẻo mới, mép vùng dẻo có độ sâu cách đáy móng khoảng 3m (Hình 6.5) Hình 6.5: Các điểm dẻo vòng lặp cuối bước gia tải thứ Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 125 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn + Hai vùng dẻo phát triển gặp bước gia tải thứ (Hình 6.6) Lúc ứng với mức tải trọng tác dụng p = 425 KN/m2 Mép vùng dẻo có độ sâu cách đáy móng khoảng 4m Hình 6.6: Vùng biến dạng dẻo bước gia tải thứ + Tại bước gia tải thứ 10, vùng biến dạng dẻo phát triển khắp đáy móng ngoại trừ sát đáy móng (Hình 6.7) Nền xem bị ổn định Hình 6.7: Vùng biến dạng dẻo bước gia tải thứ 10 Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 126 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn - Như mức tải trọng bắt đầu xuất biến dạng dẻo: + Theo phương pháp tính toán cổ điển: p = 469 KN/m2 + Theo chương trình STRIP: p = 375 KN/m2 - Mức tải trọng vùng dẻo phát triển đến độ sâu b/4: + Theo phương pháp tính toán cổ điển: p = 490 KN/m2 + Theo chương trình STRIP xem như: p = 400 KN/m2 - Mức tải trọng vùng dẻo phát triển đến độ sâu b/2: + Theo phương pháp tính toán cổ điển: p = 502 KN/m2 + Theo chương trình STRIP: p = 425 KN/m2 Kết theo hai cách nói chung giống tính theo chương trình STRIP có cho kết nhỏ Sự sai khác nhiều nguyên nhân tính theo STRIP quan hệ ứng suất biến dạng phi tuyến, độ cứng sau cấp tải cập nhật, tính theo cổ điển hoàn toàn xem đàn hồi tuyến tính Còn phát triển vùng biến dẻo có đôi chút khác Trong STRIP ứng với mức tải vùng biến dạng dẻo mép phát triển sau xuất vùng biến dạng dẻo phía móng Chúng tiếp tục phát triển đụng Lúc đó, mép vùng biến dạng dẻo cách đáy móng khoảng bề rộng móng Còn tính theo quan điểm phương pháp cổ điển, vùng biến dạng phát triển mép móng chúng gặp Lúc đó, mép vùng biến dạng dẻo cách đáy móng khoảng nửa bề rộng móng 6.2 So sánh với toán mẫu phần mềm Plaxis Ta dùng toán ví dụ mẫu có sẵn phần mềm Plaxis để nhập chương STRIP để so sánh kết Xét móng băng có chiều rộng b=2m đất cát có tiêu lý sau: - Modul đàn hồi: E = 13000 KN/m2 - Hệ số Poisson: ν = 0.30 - Trọng lượng riêng: γ = 17 KN/m3 - Lực dính: C = KN/m2 - Góc ma sát trong: ϕ = 31o Còn thông số móng là: - Modul đàn hồi: E = 3.5E7 KN/m2 - Hệ số Poisson: ν = 0.15 - Diện tích mặt cắt: A = 0.14 m2 - Momen quán tính: I = 0.00024 m4 Do toán đối xứng nên xét nửûa phía bên phải Dưới kết chuyển vị lời giải phần mềm Plaxis STRIP: Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 127 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn - Lưới chuyển vị phần mềm Plaxis Độ lún lớn tâm móng 10,2 cm Hình 6.8: Lưới chuyển vị từ lời giải phần mềm Plaxis - Lưới chuyển vị chương trình STRIP Độ lún lớn tâm móng có giá trị 8,35 cm Hình 6.9: Lưới chuyển vị từ lời giải chương trình STRIP Ta thấy lưới biến dạng trị số độ lún hai phần mềm phù hợp với Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 128 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn 6.3 So sánh tính toán lún với công trình cụ thể Móng băng tuyệt đối cứng có bề rộng 3m đất sét pha cát có tiêu lý sau: - Modul đàn hồi: E = 16500 KN/m2 - Hệ số Poisson: ν = 0.33 - Trọng lượng riêng: γ = 19 KN/m3 - Lực dính: C = 10 KN/m2 - Góc ma sát trong: ϕ = 23o5’ p lực đáy móng: p=215 KN/m2 Độ lún móng tính theo cách áp dụng trực tiếp lý thuyết đàn hồi: S =ω p (1 − µ ) b E Đối với móng băng ω = 2.12, ta có: S = 2.12 215(1 − 0.332 ) = 0.0738 m = 7.38 cm 16500 Kết STRIP: S = 9.45 cm Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 129 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn CHƯƠNG NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VỀ KẾT QUẢ ĐÃ NGHIÊN CỨU VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 7.1 MỘT SỐ NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Thông thường phân tích ứng suất đất nền, để đơn giản thường xem bán không gian vô hạn tuyến tính Thực chất, quan hệ ứng suất biến dạng đất quan hệ phi tuyến Với đề tài tác giả xét đến tính chất phi tuyến đất Điều phản ánh bước chuyển có tính chất dòng dẻo đất từ trạng thái đàn hồi tuyến tính ban đầu sang trạng thái cuối - Do tính chất phức tạp phân tích phi tuyến nên lời giải giải tích xác, mà phải sử dụng phương pháp số để tính gần Vả lại, đất môi trường rời phức tạp, thường có nhiều tiêu lý gây ảnh hưởng lớn đến làm việc chịu tác động tải trọng Nên sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với hỗ trợ máy tính giúp ta tìm kết cách nhanh chóng - Với chương trình STRIP ta phân tích ứng suất biến dạng cho nhiều lớp kể đến làm việc đồng thời móng băng Điều thực phương pháp cổ điển - Không có mô hình phù hợp cho tất loại đất Mỗi loại mô hình mô tả vài đặc trưng đất cần mô phỏng, đặc trưng phụ khác không để ý đến Thí dụ mô hình đàn hồi tuyến tính sử dụng tốt để mô cho đất tốt chịu tải trọng ngắn hạn, mô hình MorhCoulomb mô tốt cho đất có ứng xử gần với điều kiện phá hoại cuối cùng, nhiều loại mô hình khác Do việc định chọn mô hình để mô cho mang ý nghóa quan trọng, cần phải am hiểu làm việc đặc tính đất để kết mô gần thực tế - Sự phát triển vùng biến dạng dẻo STRIP có đôi chút khác biệt với phương pháp tính toán dựa quan điểm bán không gian đàn hồi tuyến tính Trong STRIP, sau vùng biến dạng dẻo mép móng phát triển đến mức tâm móng bắt đầu xuất biến dạng dẻo - Kết so sánh ban đầu chương trình STRIP chương trình khác cho thấy kết giống 7.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP - Do thời gian có hạn khối lượng lập trình lớn, nên việc chạy thử nhận xét kết nhiều hạn chế Do chương trình STRIP cần kiểm chạy thử nhiều lần với nhiều thông số đầu vào để kiểm tra so sánh với phần mềm khác so với thực tế - Các mô hình mang ý nghóa toán học, nhiều khác với thực tế, nên cần phải so sánh kết chương trình với thí nghiệm công trình thực Từ rút Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 130 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn kết luận xây dựng thêm nhựng mô hình phù hợp với đất Việt Nam - Hiện STRIP có ba loại mô hình mô hình đồng đàn hồi tuyến tính, mô hình tuyến tính co môđun đàn hồi tăng theo chiều sâu mô hình Morh Coulomb Còn mô Tresca, Von Mises Drucker-Prager chưa hoàn thành Ngoài có nhiều loại mô hình khác cần phát triển - Đề tài giải cho trường hợp móng băng, nhiều loại toán khác đường, đê đập, ống ngầm, tường chắn đất v.v… cần giải - Việc phát sinh lưới STRIP tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng nhiều hạn chế Thí dụ phần tử xa móng có kích thước chưa hợp lý Có thể xây dựng lưới dạng tam giác hợp lý - Để tăng độ xác nên dùng phần tử bậc cao với nhiều điểm tích phân phần tử - Trong STRIP biên ứng với mép mở mở rộng vô bị khóa chuyển vị cho phù hợp dùng phần tử vô hạn cho biên vô hạn mang lại kết xác - Việc chia bước gia tải cần nghiên cứu kết hợp lý Học viên: Hứa Văn Đông Trang: 131 Luận án thạc só Thầy hướng dẫn: TS Châu Ngọc Ẩn LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên : HỨA VĂN ĐÔNG Sinh ngày : 16-07-1976 Hải Phòng Nguyên quán : Hà Nội Quá trình học tập công tác: 9/1994 – 12/1999 : Sinh viên Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 2/2000 – 6/2000 : Công tác Công ty Xây Dựng Phát Triển Hạ Tầng, thuộc Bộ Xây Dựng 7/2000 – 9/2000 : Công tác Công ty Tư Vấn Thiết Kế Xây Dựng Tổng Cục Hậu Cần, thuộc Bộ Quốc Phòng 10/2000 – 12/2002 : Học viên Cao Học, ngành Công trình đất yếu thuộc Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 4/2001 – 9/2002 : Công tác Công ty Structures Ile de France 10/2002 - đến : Công tác Công ty Structures VietNam Học viên: Hứa Văn Đông ... TÀI: TÍNH MÓNG BĂNG CHO NHÀ DÂN DỤNG NHƯ DẦM TRÊN NỀN ĐẤT YẾU THEO MÔ HÌNH PHI TUYẾN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Tính móng băng cho nhà dân dụng dầm đất yếu. .. đình hữu xa gần động viên, giúp đỡ suốt trình học thời luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: Tính móng băng cho nhà dân dụng dầm đất yếu theo mô hình phi tuyến phương pháp phần tử hữu hạn Tóm... cho lời giải cổ điển 1.3 CÁC MÔ HÌNH NỀN VÀ LỜI GIẢI THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 1.3.1/ Mô hình đàn hồi tuyến tính cho đồng đẳng hướng Đây mô hình đất đơn giản Ta tính trực tiếp ứng suất từ