So sánh ứng xử giữa móng Topbase và móng cọc trên nền đất yếu sử dụng mô hình phần tử hữu hạn
MỤC LỤC
CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH CÔNG NGH TOP-BASE Ệ TOP-BASE
Để mô phỏng đất chúng ta phải lựa chọn mô hình đáp ứng được chuyển vị và góc xoay lớn, phương trình chủ đạo của đất cũng sử dụng phương trình chủ đạo về đ ng lực họcội so với nhiều phương (2.27). Nhưng mỗi phần tử phải được gắn vào m t h trục tọa đ xoay nhưng được xoayội so với nhiều phương ệ top -base trên thế giới ội so với nhiều phương tương đối với h họa đ toàn cục bằng phần tuy t đối cứng của phần tử. Cuối cùng chuyển vị nút cục b được tách ra như sau:ội so với nhiều phương. Điểm cơ bản của bài toán là lực nút cục b của m t phần tử sẽ tự cân bằng. Có nghĩa là:ội so với nhiều phương ội so với nhiều phương. Sử dụng công thức Newmark-β, cuối cùng chuyển vị và v n tốc được tính như,. Mô hình vật liệu nền đất. Mô hình Drucker-Prager cải tiến. Mô hình này chủ yếu mô phỏng ứng xử vật liệu chịu tải trọng đơn, chẳng hạn như phân tích giới hạn của tải trọng của đất dưới nền móng. Các đặc điểm cơ bản của mô hình này là:. Giai đoạn đầu vật liệu xem như nằm trong môi trường đàn hồi nên trở lại hình dạng ban đầu, sau đó do biến dạng ngoài môi trường đàn hồi không còn khả năng trở về trạng thái ban đầu. Vì vậy, vật liệu được xem như vật liệu dẻo. Các vật liệu ban đầu là đẳng hướng. Trạng thái đàn hồi phụ thuộc vào áp lực thuỷ tĩnh, một trong kết quả của việc này vật liệu trở nên bền hơn khi tăng áp lực giới hạn. Vật liệu có thể cứng hoặc mềm đẳng hướng phụ thuộc vào áp lực thuỷ tĩnh như trên. Trạng thái không đàn hồi thường đi kèm với sự thay đổi về thể tích: Các nguyên tắc dòng chảy có thể bao gồm sự giãn nở không đàn hồi cũng như cắt không đàn hồi. Hai nguyên tắc này được áp dụng. Trạng thái đàn hồi này bị ảnh hưởng bởi độ lớn của ứng suất chính trung gian. Các vật liệu này dễ bị biến dạng. Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu. Bề mặt đàn hồi của mô hình tuyến tính được viết như sau:. 3tanβ)σc nếu hoá cứng được định nén trục đơn, σc;. 3tanβ)σt nếu hoá cứng được định nghĩa kéo trục đơn, σc;. R là tham số của vật liệu để điều chỉnh hình dạng của đỉnh, αc là hệ số phụ,pa(εvolpl. ) là tham số đại diện cho việc cứng hoặc mềm của vật liệu dẻo. Việc làm cứng hay mềm được định nghĩa là hàm tuyến tính liên quan bởi ứng suất nén thuỷ lực và biến dạng dẻo tương ứng biến dạng thể tích. Trục biến dạng về thể tích này tương ứng với trạng thái ban đầu của vật liệu khi bắt đầu phân tích, do đó định nghĩa đỉnh pb khi bắt đầu phân tích. Sau đó tham số pa được tính như sau:. Một đại lượng αc lớn hơn nữa có thể sử dụng để xây dựng phức tạp hơn bề mặt phá hoại. Hình 2.51: Bề mặt phá hoại “mô hình Drucker-Prager cải tiến”. Các tiếp cận này có giá trị thực tiễn cao hơn. Hệ số αc=0 khi không có bề mặt chuyển tiếp và không có hiện tượng hoá mềm. Dòng chảy dẻo được định nghĩa đó là liên kết trong mặt phẳng lệch, các mặt phẳng này được tạo ra từ một phần của hình elip ở đỉnh bề mặt “Cap”. Hai elip này tạo ra mô hình hoàn toàn liên tục Gcvà Gs. Phân tích sự tương tác giữa nền đất và Top-Base. Tiếp xúc và thâm nh p sẽ phụ thu c vào tải trọngặc điểm cấu tạo khối Top – Block ội so với nhiều phương ngang tác dụng vào móng cọc. Bề sâu của sự thâm nh p tại m t điểm tiếp xúc được định nghĩa như phương trình sau:ội so với nhiều phương. h)h, l khoảng cách từ tâm hình học của cọc đến điểm cầu phương trên m t tiếp xúc, ặc điểm cấu tạo khối Top – Block h là véc tơ đơn vị dọc theo trục cọc.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN
Vì vậy, phần tử 3D C3D8P được sử dụng trong việc phân tích này, đây là dạng phần tử chất lỏng-lỗ rỗng/ứng suất (Pore Fluid/Stress) với dạng khối lập phương 8 nút với 8 điểm tích phân Gauss, bậc tự do tại các nút của phần tử là các chuyển vị theo 3 phương x, y , z và áp lực lỗ rỗng. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn cho nền Top-Base. Nền Top-Base bao gồm 2 thành phần: nền đá dăm và các lớp Top-Block. Trong đó nền đá dăm có tính chất hoàn toàn giống như nền đất. Do đó nền đá dăm được xem như m tội so với nhiều phương lớp của nền đất và mô hình phần tử hữu hạn đã được trình bày trong mục 3.6.2. Phần còn lại là các lớp Top-Block đúc bằng bê tông và kích thước của m t Top-Block cho nhưội so với nhiều phương trong Hình 3 .61. Giữa các Top-Block và nền đá dăm sẽ tương tác với nhau thông qua điều ki n tương tác tiếp xúc. Điều ki n tiếp xúc về m t toán học đã được trình bày trongệ top -base trên thế giới ệ top -base trên thế giới ặc điểm cấu tạo khối Top – Block mục 2.4.4, và nó được áp dụng trong phần mềm thương mại Abaqus sẽ được trình bày trong mục kế tiếp. Vật liệu bê tông được sử dụng trong khối Top-Block sử dụng số liệu thí nghiệm trong nghiên cứu của Uwe S. Sau khi xác định hình học và vật liệu, lớp Top-Block được chia lưới sử dụng phần tử 8-nút 3D-stress C3D8R, là phần tử khối 8 nút với kỹ thuật giảm điểm tích phân Gauss xuống còn một điểm tích phân, hàm dạng của phần tử này được mô tả trong phần lý thuyết 2.3.2. Vì các Top-Block có dạng khối nên việc sử dụng phần tử. khối liên tục là hợp lý, vì phần tử khối sẽ mô tả chính xác ứng xử vật lý như quan hệ ứng suất - biến dạng ở những thớ kéo và nén của Top-Block với độ chính xác cao. Hơn nữa, C3D8R là phần tử sử dụng kỹ thuật giảm điểm tích phân do vậy hiện tượng shear locking được khắc phục. Sử dụng loại phần tử này cho quan hệ ứng suất-biến dạng có độ chính xác cao tại các điểm tích phân, đối với phần tử này điểm tích phân nằm tại tâm phần tử. Vì vậy, phần tử phát sinh kích thước nhỏ sẽ được yêu cầu để mô tả chính xác sự tập trung ứng suất tại những vị trí góc và biên của kết cấu. Kết quả phát sinh lưới trong các lớp Top-Block được cho trong Hình 3 .62. Sự tương tác. Một số tương tác tồn tại trong kết cấu giữa các vật liệu khác nhau. Điều quan trọng là các tương tác này phải được xử lý chính xác để đảm bảo mô hình hóa ứng xử kết cấu hiệu quả và chính xác. Hình 3.62: Phát sinh lưới trong lớp Top-Block. Khảo sát nền 1 lớp Top-Base. Trường hợp sử dụng phương án Top-Base, đây là loại móng nông do đó trường ứng suất từ công trình truyền vào nền không quá sâu. Qua quá trình khảo sát với mô hình nền đất cho trong Bảng 3 .8 và Hình 3 .53, chúng ta chọn 3 lớp đầu kết hợp với vi c sử dụngệ top -base trên thế giới phần tử biên vô hạn/infinite element, điều này cho phép mô tả trường ứng suất/chuyển vị và biến dạng trong nền đất m t cách chính xác.ội so với nhiều phương. a) Phân tích sự phân bố áp lực trong nền đất. Kết quả cho thấy rằng do nền phân bố đều áp lực của móng xuống nền đất do đó ứng suất cắt phân bố trong nền nhỏ (xem Hình 3 .74-a). Ứng suất theo phương ngang. Ứng suất theo phương đứng phân bố đều và tương đối lớn hơn so với hai ứng suất còn lại. Khảo sát nên 2 lớp Top-Base. Trong mục này lu n văn chỉ t p trung vào so sánh đánh giá mức đ hi u quả của nền sử dụng hai lớp Top-Base với nền m tội so với nhiều phương ệ top -base trên thế giới ội so với nhiều phương lớp Top-Base. Áp lực phân bố trong nền m t lớp Top-Base khá lớn, no gấp 1.75 lần so với áp lực phânội so với nhiều phương bố trong nền sử dụng 2 lớp Top-Base. Kết quả này được chứng minh trong Hình 3 .75. Điều này có nghĩa là nền sử dụng 2 lớp Top-Base sẽ giảm áp lực từ móng công trình vào nền đất m t cách đáng kể. Điều này sẽ giảm đ lún và cường đ chịu lực của lớp đất đ tội so với nhiều phương ội so với nhiều phương ội so với nhiều phương ặc điểm cấu tạo khối Top – Block lớp Top-Base. Như v y đối với những công trình dòi hỏi nghiêm ngo c về đ lún vàặc điểm cấu tạo khối Top – Block ội so với nhiều phương cường đ chịu lực của lớp đ t nền Top-Base thì chúng ta có thể gia cố nền bằng 2 lớpội so với nhiều phương ặc điểm cấu tạo khối Top – Block Top-Base. dụng 2 lớp Top-Base cho thấy rằng, sự phân bố áp lực trong nền đất dưới nền Top-Base đều hơn. Kết quả cho trong Hình 3 .64 cho thấy ứng suất trong nền tại vị trí giữa hai c tội so với nhiều phương trên móng t p trung lớn, điều này dễ làm cho nền đất bị phá hoại sớm làm ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ của công trình. Trong khi nền sử dụng 2 lớp Top-Base sự phân. bố áp lực này tương đối đều, điều này mang lại hi u quả lớn trong vi c xử lý gia cố nềnệ top -base trên thế giới ệ top -base trên thế giới đất yếu. f) So sánh khả năng chịu lực và lún của nền.
