Phương pháp số trong tính toán kết cấu nhà khung theo phương pháp phân tích đồng thời
MỤC LỤC
Mô hình nền bán không gian biến dạng tuyến tính
Nền đất được xem như một bán không gian (hay bán mặt phẳng), giới hạn mặt trên là mặt nền và phát triển vô hạn về phía dưới hay là các lớp đàn hồi với chiều dày hữu hạn như trường hợp nền đàn hồi nhiều lớp. Các bài toán tính lún của móng, xác định ứng suất trong đất và các lời giải lý thuyết của bài toán tương tác cọc-đất thường sử dụng mô hình nền bán không gian đàn hồi.
Mô hình nền 2 thông số
Mô hình nền bán không gian có thể áp dụng trong các trường hợp đất chặt, dẻo cứng, cứng và các loại đất tương tự khi diện tích đáy móng không lớn lắm. Hetényi (1946) đã đề nghị dùng một bản (bài toán không gian) hay một dầm đàn hồi (bải toán phẳng) để biểu thị tương tác giữa các lò xo riêng biệt.
Mô hình nền hỗn hợp
Khi chịu tác dụng của tải trọng cục bộ, bề mặt nền sẽ biến dạng theo đường cong hàm số mũ. (23) Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả thì mô hình nền hỗn hợp mô tả phự hợp phản ứng của phần lớn cỏc loại đất hạt rời (Cỏc loại đất thể hiện rừ đặc tính tăng độ chặt theo chiều sâu).
Mô hình nền đàn hồi phi tuyến
Trên thực tế người ta còn thấy rằng việc sử dụng các mô hình nền phi tuyến không đem lại kết quả chính xác trong các bài toán liên quan đến sự xoay của ứng suất chính khi muốn xác định biến dạng dẻo và tải trọng giới hạn. Điều này là do giả thiết thừa nhận rằng hướng của sự gia tăng biến dạng chính trùng với hướng của sự tăng ứng suất chính, trong khi đó với một vật liệu đàn-dẻo thì nó lại trùng với hướng của ứng suất chính tổng cộng.
Mô hình nền đàn hồi - dẻo lý tưởng
Về bản chất, mô hình này phối hợp hai lý thuyết cơ sở của cơ học hiện đại: lý thuyết đàn hồi và lý thuyết trạng thái giới hạn; mô hình được mô tả bằng các đặc trưng cơ học thông thường trong khảo sát địa chất công trình. Cơ chế làm việc của mô hình này cũng khá đơn giản, nếu ứng suất trong môi trường không vượt quá mức giới hạn đã cho thì ứng suất và biến dạng tuân theo định luật Hooke (môi trường là đàn hồi). Mô hình đàn hồi-dẻo là mô hình tương đối phù hợp với điều kiện làm việc của đất nền, nó không đòi hỏi các thí nghiệm địa kỹ thuật trong phòng quá phức tạp, có thể được đáp ứng ở các phòng thí nghiệm cơ đất thông thường.
Nhận xét
-Việc sử dụng mô hình nền Winkler, Mohr-coulomb trong bài toán làm việc đồng thời là hợp lý với đất yếu, như ở vùng Châu thổ Sông Hồng, Cửu Long ở nước ta. -Đối với các móng chịu tải thẳng đứng, hướng của ứng suất hay biến dạng chính có phương đứng, không liên quan tới vật liệu là đàn hồi hay dẻo [12]. Vì vậy, trong trường hợp này, trục của ứng suất và biến dạng thường trùng nhau, sự khác nhau là không đáng kể giữa loại vật liệu đàn hồi hay phi đàn hồi.
Phương pháp phần tử hữu hạn
Khái niệm chung về phương pháp PTHH
Ưu điểm căn bản là sự đơn giản của mô hình, đồng thời mô tả khá phù hợp dạng biến dạng quan trắc thấy được trong thực tế. Các kết quả tính toán theo các mô hình nền khác nhau chỉ chênh lệch khi múng chịu tải xiờn, lỳc này cú sự xoay rừ rệt của ứng suất chớnh. Mặt khác, trên mỗi phần tử khi chịu tác dụng tải trọng sẽ phát sinh nội lực, phương pháp PTHH coi các thành phần nội lực của từng phần tử đều được truyền qua nút.
Các dạng phần tử
Trong bài toán phân tích sự làm việc của kết cấu công trình nằm trong vùng địa chất yếu hoặc các lớp đất đá có độ cứng khác xa nhau thì việc mô tả chính xác sự tiếp xúc giữa kết cấu và đất đá, sự tiếp xúc giữa các lớp đất đá cũng như các vết nứt trong đất đá sẽ quyết định độ chính xác của kết quả tính. Tuy nhiên trong trường hợp cho phép trượt giữa kết cấu và đất đá hoặc hai lớp đất đá thì phải mô phỏng bằng các phần tử đặc biệt gọi là phần tử tiếp xúc hay phần tử trượt (Slip Element). - Lưới phần tử phải được chia mịn hơn (các phần tử nhỏ hơn) ở các khu vực mà ứng suất/biến dạng được dự tính là sẽ thay đổi nhiều (các khu vực gần công trình hoặc gần các tải trọng ngoài).
Các bước giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn
5.Xác định ma trận lực nút cho từng phần tử hữu hạn trong hệ toạ độ địa phương. 6.Lập phương trình cân bằng của các phần tử hữu hạn trong hệ toạ độ địa phương. 12.Xác định ma trận chuyển vị nút của từng phần tử hữu hạn từ đó suy ra biến dạng và ứng suất.
Ứng dụng chương trình sap2000 và plaxis để phân tích bài toán làm việc đồng thời nền+móng+kết cấu bên trên
Ứng dụng chương trình sap2000 để phân tích bài toán làm việc đồng thời nền+móng+kết cấu bên trên
Sap2000 có khả năng tạo sơ đồ kết cấu nhiều dạng công trình khác nhau như: Kết cấu nhà, kết cấu đê, cầu, bể chứa, giàn khoan, tháp truyền hình. Về tải trọng sap2000 có thể khai báo được hầu hết các dạng tải trọng trong thực tế, cụ thể như tải trọng tĩnh bao gồm: Trọng lượng bản thân, áp lực, nhiệt, chuyển vị cưỡng bức, và ứng suất trước. Về đầu ra sap2000 có thể cung cấp đầy đủ dữ liệu để thiết kế tính toán các loại cấu kiện, như nội lực, ứng suất, chuyển vị, phản lực gối tựa, chu kỳ, tần số dao động.
Giới thiệu về chương trình Plaxis
Thiết lập các điều kiện hiện trường, mô phỏng các giai đoạn thi công, các kết quả quan trắc địa kỹ thuật. + Mô đun tính toán (Calculation): Dùng để thực hiện các quá trình tính toán theo các giai đoạn thi công. - Tăng tốc độ hội tụ với kỹ thuật Arc-length control - Tính toán theo từng giai đoạn thi công.
TÍNH TOÁN CỤ THỂ CÔNG TRÌNH: “TRỤ SỞ NGÂN HÀNG NÔNG NGHIỆP HÀ NAM ”
Số liệu về địa chất công trình
Lớp ĐN-2 Bùn á sét gặp ở tất cả các điểm khảo sát, bề dày trung bình là 8,2m và có lẫn một số thấu kính cát. Trong điều kiện bình thường, các lớp đất lấp nếu không được đầm nèn đúng kỹ thuật phải nhiều năm sau mới ổn định. Dưới tải trọng của bản thân lớp đất này cũng bị biến dạng, nức độ biến dạng phụ thuộc vào mức độ chặt ban đầu của nó.
Tính toán theo phương pháp truyền thống 1 Cơ sở tính toán
Việc tính toán bằng phần mềm sap 2000 cho ra kết quả Mômen và lực ngang tại chân cột khá nhỏ nên ta bỏ qua và chỉ lấy lực thẳng đứng để tính toán biến dạng móng. Vì lớp ĐN-1 là lớp đất lấp nên không thể đặt tải đợc, mà chính trọng l- ợng bản thân của lớp đất này là nguyên nhân gây ra lún. -Tính ứng suất gây lún tại độ sâu z , ta chia chiều dày mỗi lớp h=1,2m, ứng suất gây lún tại các độ sâu z phụ thuộc vào hệ số k.
Tính toán đồng thời bằng phần mềm plaxis theo mô hình Mohr- Coulomb
Theo số liệu khảo sát địa chất ta thấy lớp 1 là lớp đất lấp không có khả năng chịu tải trọng coi như tải trọng gây ra lún nên lớp đất số 2. Lớp ĐN-2 Bùn á sét gặp ở tất cả các điểm khảo sát, bề dày lớn và có lẫn một số thấu kính cát. Đường cong chuyển vị của các điểm trên móng Kết quả lún các điểm A, C, B trong phạm vi móng theo sơ đồ Plasxis STT Điểm chuyển vị Đơn vị 200.
Tính toán đồng thời bằng sap 2000
Trong luận văn này, vì không có số liệu thí nghiệm nén hiện trờng nên tác giả sử dụng 3 phơng pháp xác định hệ số nền để đa vào tính toán. Độ cứng của lò xo tại các nút dầm móng khung trục 3 sẽ có độ cứng khác nhau. STT PP xác định hệ số nền Đơn vị Điểm trục A Điểm trục B Điểm trục C 1 Dựa vào cách tính lún.
So sánh độ lún của công trình từ kết quả tính toán với số liệu quan trắc
Dựa vào kết quả so sánh ở trên ta nhận thấy rằng việc tính toán lún theo phần mềm Plasxis cho kết quả gần sát với thực tế nhất và thiên về an toàn. Còn với phương pháp sap 2000 số liệu về hệ số nền của nền đất ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả bài toán, do không có số liệu nén thực tế ngoài hiện trường nên các phương pháp tính hệ số nền theo các phương pháp trên không được tin cậy. Do đó, khi tính toán chuyển vị của nền nếu không có số liệu nén thực tế hiện trường ta nên dự báo chuyển vị nền tính theo phần mềm Plasxis.
So sánh kết quả nội lực một số phần tử theo phương pháp truyền thống và phương pháp đồng thời
Như vậy ta nhận thấy với lực dọc tại vị trí cột giữa theo phương pháp đồng thời lớn hơn theo phương pháp truyền thống, cột biên thì giá trị lực dọc theo phương pháp truyền thống lớn hơn theo phương pháp đồng thời. Với dầm hành lang ta thấy mô men dầm theo phương pháp đồng thời lớn hơn so với phương pháp truyền thống. Với dầm chính trong lòng nhà tại vị trí Trục B mô men theo phương pháp đồng thời lớn hơn so với phương pháp truyền thống, còn tại vị trí giữa dầm cho tới vị trí trục C mô men theo phương pháp đồng thời nhỏ hơn so với phương pháp truyền thống.