(Đề tài NCKH) phương pháp thiết kế tường vây kết hợp plaxis 2d và SAP2000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY KẾT HỢP PLAXIS 2D VÀ SAP2000 MÃ SỐ: SV20 SKC006974 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY KẾT HỢP PLAXIS 2D VÀ SAP2000 Mã số đề tài: SV2019-47 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, 09-2019 -i- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY KẾT HỢP PLAXIS 2D VÀ SAP2000 Mã số đề tài: SV2019-47 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật Nam, Nữ: Nam SV thực hiện: Trần Minh Chiến Trần Hoàng Long Nam, Nữ: Nam Nguyễn Thị Phương Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Lớp 159490A – Khoa Xây Dựng Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: 4.5 năm Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Cơng trình Xây dựng Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tổng TP Hồ Chí Minh, 09-2019 - ii - MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU i DANH MỤC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT viii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Tổng quan tình hình nghiên cứu lĩnh vực đề tài Mục tiêu đề tài Phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi giới hạn đề tài Cấu trúc đề tài nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các mơ hình cách xác định thơng số đầu vào mơ hình Plaxis .4 1.1.1 Các mơ hình 1.1.1.1 Mơ hình thuyết đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr - Coulomb .4 1.1.1.2 Mơ hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil 1.1.2 Cách xác định thơng số đầu vào mơ hình Plaxis .10 1.1.2.1 Mơ hình Mohr - Coulomb 10 1.1.2.1.1 Mô dun đàn hồi E(kN/m ) 10 1.1.2.1.2 Hệ số poison 11 1.1.2.1.3 Lực dính c 12 1.1.2.1.4 Góc ma sát φ 12 1.1.2.1.5 Góc giãn nở ψ ( o ) 12 1.1.2.1.6 Hệ số thấm k 13 1.1.2.1.7 Hệ số Rinter 15 1.1.2.2 Mơ hình Hardening Soil 16 1.1.2.2.1 Thông số E50ref 16 1.1.2.2.2 Thông số Eoedref 17 1.1.2.2.3 Thông số E refur 18 - iii - 1.1.2.2.4 Thông số c ' 1.1.2.2.5 Hệ số mũ m 1.1.2.2.6 Hệ số νur 1.1.2.2.7 Hệ số áp lực ngang 1.1.2.2.8 Ứng suất tham chiếu độ cứng 1.1.2.2.9 Tỷ số phá hoại Rf 1.1.2.2.10 Hệ số thấm k 1.1.3 Lý thuyết tính tốn áp lực đất chủ động, bị động theo lý thuyết Mohr – Rankine [7] 1.2 Cách thức mô theo giai đoạn thi cơng chương trình SAP2000 [17] 1.2.1 Kể đến hình dạng biến dạng giai đoạn thi cơng 1.2.1.1 Hiệu chỉnh hình học không biến dạng 1.2.1.2 Thực kết cấu ảo 1.2.1.3 Thực kết cấu ảo với hai kết cấu song song 1.2.1.4 Hiệu chỉnh tọa độ nút thủ công 1.2.2 Mô theo giai đoạn thi công bước thực 1.2.3 Một số lưu ý mô 1.3 Quy ước trục tọa độ địa phương quy ước dấu nội lực cho phần tử thanh, tấm, khối chương trình Plaxis 2D, Plaxis 3D SAP2000 [15] 1.3.1 Quy ước trục tọa độ địa phương 1.3.2.1 Plaxis 2D, Plaxis 3D 1.3.2.1.1 Phần tử 1.3.2.1.2 Phần tử 1.3.2.2 SAP2000 1.3.2.2.1 Phần tử 1.3.2.2.2 Phần tử CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TỐN PHÂN TÍCH BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D, PLAXIS 3D VÀ SAP2000 2.1 Thành lập toán 2.1.1 Thông số hố đào chống 2.1.2 Các giai đoạn thi công 2.1.3 Các thông số đầu vào - iv - 2.1.3.1 Thông số đầu vào đất 32 2.1.3.1.1 Dung trọng tự nhiên 33 2.1.3.1.2 Dung trọng bão hòa 33 2.1.3.1.3 Modun đàn hồi 33 2.1.3.1.4 Hệ số Poison 33 2.1.3.1.5 Lực dính 34 2.1.3.1.6 Góc ma sát 34 2.1.3.1.7 Góc giãn nở 34 2.1.3.1.8 Hệ số thấm 34 2.1.3.1.9 Hệ số Rinter 35 2.1.3.1.10 Các thơng số cịn lại 35 2.1.3.2 Thông số tường vây 35 2.1.3.3 Thông số chống 36 2.1.3.4 Phụ tải mặt đất 36 2.2 Mơ hình tính toán 36 2.2.1 Mơ hình phần mềm Plaxis 2D 36 2.2.2 Mơ hình phần mềm Plaxis 3D 41 2.2.3 Các mơ hình kết hợp SAP 2000 Plaxis 2D 52 2.2.3.1 Mơ hình 1: mơ hình SAP 2000 với tải trọng chống xuất từ Plaxis 2D (phân tích theo giai đoạn thi công) (MH1) 52 2.2.3.2 Mơ hình 2: Mơ hình SAP 2000 với tải trọng chống xuất từ Plaxis 2D (khơng phân tích theo giai đoạn thi cơng) (MH2) 55 2.2.3.3 Mơ hình 3: Mơ hình SAP 2000 với tải trọng áp lực đất từ Plaxis 2D (MH3) 57 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 59 3.1 Đánh giá độ tin cậy mơ hình Plaxis 2D Plaxis 3D 59 3.1.1 Cơ sở đánh giá 59 3.1.2 Đánh giá độ tin cậy mơ hình Plaxis 2D Plaxis 3D thông qua áp lực đất chủ động, bị động 60 3.2 So sánh mức độ tương đương mơ hình Plaxis 2D Plaxis 3D .64 3.2.1 Chuyển vị tường vây 64 3.2.2 Moment tường vây 66 3.2.3 Áp lực đất chủ động 68 -v- 3.2.4 Áp lực đất bị động 71 3.3 So sánh mức độ tương đương mơ hình Plaxis 3D với mơ hình kết hợp Plaxis 2D SAP2000 75 3.4 Ảnh hưởng hiệu ứng góc 79 3.4.1 Ảnh hưởng hiệu ứng góc lên chuyển vị tường vây 79 3.4.2 Áp dụng 85 3.4.2.1 Quy luật PSR từ mơ hình Plaxis 3D theo cạnh 85 3.4.2.2 Quy luật PSR theo kết quan trắc 88 3.4.2.3 So sánh PSR (lý thuyết) PSR (quan trắc) 90 3.4.2.4 Xác định quy luật tỉ số (Lực chống vị trí/Lực chống lớn nhất) từ mơ hình Plaxis 3D PSR 90 3.4.2.5 Xác định phản lực chống vị trí 92 3.4.2.5.1 Dự đoán phản lực chống lên tường vây 92 3.4.2.5.2 Ảnh hưởng hiệu ứng góc lên khác biệt kết nội lực chống mơ hình Plaxis 3D MH1 95 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 Kết luận 98 Kiến nghị 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC - vi - Bảng 1: Giá trị ước lượng hệ số Poison Bảng 2: Xác định góc ma sát theo số búa SPT Bảng 3: Xác định hệ số thấm k theo bảng tra Bảng 4: Bảng tra hệ số Rinter Bảng 5: Bảng ước lượng modun biến dạng số loại đất Bảng 6: Các giá trị điển hình φ Bảng 1: Cấu tạo địa chất cơng trình Bảng 2: Dung trọng tự nhiên γ unsat (kN / m ) Bảng 3: Dung trọng bão hòa γ sat (kN / m Bảng 4: Modun đàn hồi E (MPa) Bảng 5: Hệ số Poison υ Bảng 6: Lực dính c (kN / m Bảng 7: Góc ma sát φ ( Bảng 8: Góc giãn nở ψ ( Bảng 9: Hệ số thấm k theo phương (cm/s) Bảng 10: Hệ số Rinter Bảng 11: Bảng tổng kết thông số đầu vào đất Bảng 12: Thông số tường vây Bảng 13: Thông số chống đứng Bảng 14: Thông số chống xiên Bảng 15: Chuyển vị tường vây giai đoạn đào đất Bảng 16: Áp lực đất chủ động, bị động giai đoạn đào đất Bảng 17: Nội lực chống giai đoạn Bảng 18: Nội lực chống tầng chống giai đoạn Bảng 19: Kết chuyển vị tường vây giai đoạn 2, 5, Bảng 20: Nội lực chống giai đoạn 5, Bảng 21: Áp lực chủ động giai đoạn Bảng 22: Áp lực bị động giai đoạn Bảng 23: Phản lực chống giai đoạn từ mơ hình Plaxis 2D .52 Bảng 24: Quy đổi áp lực đất từ Plaxis 2D thành lực phân bố nút SAP 2000 57 Bảng 1: Bảng so sánh chuyển vị đỉnh chân tường vây giai đoạn đào đất hai mơ hình Plaxis 2D Plaxis 3D (mm) 65 Bảng 2: Bảng so sánh moment lớn tường vây theo độ sâu giai đoạn đào đất hai mơ hình Plaxis 2D Plaxis 3D (kNm/m) 67 Bảng 3: Bảng so sánh áp lực đất chủ động lớn giai đoạn mơ hình Plaxis 2D Plaxis 3D (kN/m ) 71 Bảng 4: Bảng so sánh áp lực đất bị động lớn giai đoạn mơ hình Plaxis 2D Plaxis 3D 74 Bảng 5: Bảng tổng hợp nội lực chống từ mơ hình 75 Bảng 6: Bảng so sánh sai số mơ hình so với Plaxis 3D 77 Bảng 7: Hệ số PSR theo phương cạnh dài giai đoạn 81 Bảng 8: Hệ số PSR theo phương cạnh ngắn giai đoạn 81 Bảng 9: Hệ số PSR theo phương cạnh dài giai đoạn 82 Bảng 10: Hệ số PSR theo phương cạnh ngắn giai đoạn 82 Bảng 11: Hệ số PSR theo phương cạnh dài giai đoạn 83 Bảng 12: Hệ số PSR theo phương cạnh ngắn giai đoạn 83 Bảng 13: Xác định tỉ số PSR theo kết quan trắc 89 Bảng 14: So sánh PSR (thuyết) PSR (quan trắc) 90 Bảng 15: Xác định mối quan hệ P/Pmax PSR tầng chống GĐ5 91 Bảng 16: Xác định mối quan hệ P/Pmax PSR tầng chống GĐ8 91 Bảng 17: Xác định mối quan hệ P/Pmax PSR tầng chống GĐ8 91 Bảng 18: Phản lực chống lên tường vây tầng chống 92 Bảng 19: Phản lực chống lên tường vây tầng chống 93 Bảng 20: Phản lực chống lên tường vây tầng chống 93 Bảng 21: Bảng so sánh giá trị nội lực chống có xét ảnh hưởng HUG (MH1) 96 Bảng PL 1: Bảng so sánh giá trị nội lực chống có xét ảnh hưởng HUG (MH2) 11 - ii - DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Quan hệ ứng suất biến dạng mơ hình đàn dèo Hình 2: Quan hệ ứng suất ứng suất Hình 3: Vịng Mohr ứng suất mặt song song với trục z Hình 4: Khơng gian ứng suất (mơ tả đường bao ứng suất chính) Hình 5: Khơng gian ứng suất (Mơ hình Hardening Soil) Hình 6: Phần tử tiếp xúc 15 Hình 7: Biểu đồ xác định E50 từ thí nghiệm nén trục ứng với mơ hình Hardening Soil 16 Hình 8: Biểu đồ xác định Eref từ thí nghiệm nén trục 17 oed Hình 9: Các bước mơ theo giai đoạn thi công SAP 2000 23 Hình 10: Trục tọa độ 24 Hình 11: Hệ trục tọa độ địa phương cho đối tượng thẳng đứng 25 Hình 12: Hệ trục tọa độ địa phương cho đối tượng nằm ngang 26 Hình 13: Hệ trục tạo độ địa phương cho đối tượng thẳng đứng 26 Hình 14: Hệ trục tọa độ địa phương cho đối tượng nằm ngang 27 Hình 15: Dấu nội lực phần tử Plaxis 2D-3D 27 Hình 16: Quy ước dấu lực dọc phần tử Plaxis 2D-3D 28 Hình 17: Quy ước dấu lực cắt phần tử Plaxis 2D-3D 28 Hình 18: Quy ước dấu moment phần tử Plaxis 2D-3D .28 Hình 19: Quy ước dấu lực dọc phần tử SAP 2000 29 Hình 20: Quy ước dấu lực cắt, moment phần tử SAP 2000 .29 Hình 21: Quy ước dấu lực phần tử SAP 2000 30 Hình 22: Quy ước dấu moment uốn xoắn phần tử SAP 2000 30 Hình 1: Mặt hố đào 31 Hình 2: Mơ hình Plaxis 2D giai đoạn 37 Hình 3: Nội lực chống giai đoạn 39 Hình 4: Nội lực chống tầng chống giai đoạn 39 Hình 5: Hệ số an toàn hố đào đào đất xuống đến cao độ -1.00 m (FS=3.0191) 40 Hình 6: Hệ số an toàn hố đào đào đất xuống cao độ -4.00 m (FS=3.0157) 40 - iii - ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY KẾT HỢP PLAXIS 2D VÀ SAP2000 Mã số đề tài: SV2019-47... BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY KẾT HỢP PLAXIS 2D VÀ SAP2000 Mã số đề tài: SV2019-47... - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Phương pháp thiết kế tường vây kết hợp Plaxis 2D SAP2000 - SV thực