Chương này minh hoạ cách sử dụng PLAXIS cho việc phân tắch kết cấu ngập của hố ựàọ Nét ựặc trưng nhất của chương trình là những kiến thức sử dụng trong chương I sẽ ựược sử dụng ở ựây một lần nữạ Ngoài ra, một vài ựặc trưng mới sẽ ựược sử dụng, như là: cách sử dụng bề mặt và cấu kiện neo, sự phát sinh áp lực nước và sử dụng nhiều mặt cắt tắnh toán phức tạp.Những ựặc trưng mới sẽ ựược diễn tả trong các trường hợp cụ thể. Do ựó, khuyến nghị rằng chương I nên hoàn thành trước khi thực hiện thử chương nàỵ
Chương này quan tâm tới kết cấu của hố ựào ựóng gần một con sông. Hố ựào ựược thi công ựể mà xây dựng một ựường hầm bởi sự lắp ựặt từng ựoạn ống ựươc ựúc sẵn. Hố ựào rộng 30m và sâu 20m. Nó kéo dài trong phương chiều dọc cho một khoảng cách rộng, ựể một mẫu thẳng có thể ứng dụng ựược. Các thành bên của hố ựào ựược chống ựỡ bởi tường ngăn dài 30m, mà ựược tăng cường bởi các thanh giằng ngang tại các khoảng cách nhau 5m. Dọc theo hố ựào, một bề mặt tải trọng ựược ựưa vào tắnh toán. Tải trọng ựược dặt cách tường chắn 2m ựến cách tường chắn 7m và có ựộ lớn 5 KN/m2/m.
Trên 20m của tầng ựất chắnh bao gồm nhiều lớp ựất dẻo, mà ựược mô hình như một lớp ựất sét ựồng nhất, ở phắa dưới lớp ựất sét ựó là một lớp ựất cứng, mà kéo dài tới một ựộ sâu rất lớn. Do bởi sự giới hạn của bản giới thiệu, tất cả các lớp ựất sẽ ựược mô hình hoá sử dụng cùng bộ nguồn vật liệu như nhaụ
Hình 3.1: Mẫu hình học của trường hợp một hố ựào ngập
đáy của bài toán ựể phân tắch ựược lấy tại ựộ sâu 40m dưới mặt ựất. Vì hình dạng là ựối xứng nên chỉ một nửa (phắa bên trái) ựược ựề cập trong phân tắch. Quá trình ựào ựược mô phỏng trong ba giai ựoạn hố ựào riêng biệt. Tường chắn
ựược mô hình hoá giống một tấm, như sử dựng cho kết cấu ngàm trong chương tiếp theọ Sự tương tác giửa tường và ựất ựược mô phỏng trong tất cả các bên như là mạt phân giớị Các bề mặt kể ựến chi tiết của sự giảm ma sát tường so với ma sát trong ựất. Thanh giằng ựược mô phỏng như là một cấu kiện ựàn hồi mà tắnh chất cứng thông thường là một thông số yêu cầu ựầu vàọ
Thông tin cơ sở trên những ựối tượng mới này xem trong phần tham khảọ
3.1. HÌNH DẠNG
để tạo mẫu hình dạng, theo những bước sau ựây: Thiết lập tổng thể
Ớ Khởi ựộng chương trình ựầu vào và lựa chọn New project từ hộp thoại Create/ open project.
Ớ Trong trình ựơn Project của cửa sổ General settings, ựiền một tiêu ựề thắch hợp và ựảm bảo rằng Model ựược thiết lập với Plane strain và rằng Elements ựược thiết lập với 15-nodẹ
Ớ Trong trình ựơn Dimensions, giữ mặc ựịnh các ựơn vị (chiều dài = m; lực = kN; thời gian = Day) và nhập kắch thước ngang (Left,Right) theo thứ tự là 0.0 và 45.0 và kắch thước dọc (Bottom, Top) là 0.0 và 40.0. Giữ mặc ựịnh giá trị cho lưới khoảng cách (Spacing = 1m; bước nhảy của khoảng cách Interval = 1)
Ớ Kắch vào nút OK sau khi bảng công tác xuất hiện. đường bao hình dạng, các lớp ựất và kết cấu
đường bao hình dạng: Chọn nút Geometry line từ thanh công cụ (ựiều này , trên thực tế ựã ựược lựa chọn cho một bài toán mới). Di chuyển con trỏ từ gốc (0.0; 0.0) và kắch phắm trái chuột. Di chuyển 45m tới ựiểm bên phải (45.0; 0.0) và kắch lại một lần nữạ Di chuyển 40m lên ựiểm (45.0; 40.0) và kắch chuột lai một lần nữạ Di chuyển 45m tới ựiểm bên trái (0.0; 40.0) và kắch chuột lai một lần nữạ Cuối cùng, di chuyển con trỏ về gốc toạ ựộ và kắch chuột lại lần nữạ Một nhóm các ựiểm ựã hiện rạ Kắch chuột phải ựể kết thúc việc vẽ.
Ớ Sự ngăn cách giữa hai lớp ựất: Nút Geometry line vẫn ựược lựa chọn. Di chuyển con trỏ tới vị trắ (0.0; 20.0). Kắch vào ựường thẳng ựứng hiện tạị Một ựiểm mới (4) sẽ ựược giới thiệu bây giờ. Di chuyển 45m tới ựiểm bên phải (45.0; 20.0) và kắch vào ựường thẳng ựứng hiện có khác.Một diểm khác (5) ựược giới thiệu và bây giờ hai nhóm ựiểm hình thành.
Tường chắn: Chọn nút Plate từ thanh công cụ. Di chuyển con trỏ tới vị trắ (30.0; 40.0) tại phắa trên ựường thẳng nằm ngang và kắch. Di chuyển 30m xuống (30.0;10.0) và kắch chuột. Ngoài ra, tới ựiểm tại chân tường, ựiểm khác ựược giới thiệu tại nơi giao nhau với trung ựiểm của ựường thẳng nằm ngang (lớp ựất ngăn cách). Kắch chuột phải ựể kết thúc việc vẽ.
Sự ngăn cách của các tầng hố ựào: Chọn nút Geometry line một lần nữạ Di chuyển con trỏ tới vị trắ (30.0; 38.0) tại tường và kắch. Di chuyển con trỏ 15m tới ựiểm bên phải (45.0; 38.0) và kắch lần nữạ Kắch phắm chuột phải ựể kết thúc việc vẽ lớp hố ựào ựầu tiên. Bây giờ, di chuyển con trỏ tới vị trắ (30.0;30.0) và kắch chuột. Di chuyển tới (45.0;30.0) và kắch chuột lần nữạ Kắch chuột phải ựể kết thúc việc vẽ tầng hố ựào thứ 2.
Chú ý: Trong phạm vi kiểu nhập hình dạng ựầu vào, không hoàn toàn cần thiết
ựể chọn nút trên thanh công cụ ựể chúng xuất hiện từ trái ựến phảị Trong trường hợp này, rất thuận tiện ựể tạo ra tường ựầu tiên và sau ựó nhập các tầng ngăn cách hố ựào giống như Geometry line.
Ớ Khi tạo một ựiểm rất gần một ựường thẳng, ựiểm ựó thường ựược bắt vào ựường thẳng, bởi vì lưới tự sinh không thể ựiều khiển các ựiểm và ựường thẳng không trùng hợp tại khoảng cách rất nhỏ. Qui trình nhập các ựiểm cũng ựơn giản mà dự ựịnh ựặt chắnh xác trên một ựường thẳng hiện có.
Ớ Nếu con trỏ ựược không ựược ựặt về căn bản và thay cho việc bắt vào một ựiểm hiện có hay ựường thẳng thì một ựiểm mới riêng biệt sẽ ựược tạo ra, ựiểm này có thể ựược kéo (và bắt) vào ựiểm hiện có hoặc ựường thẳng bằng việc sử dụng nút Selection.
Ớ Nói chung, chỉ một ựiểm có thể tồn tại tại một sự kết hợp chắc chắn và chỉ một ựường thẳng có thể tồn tại giữa hai ựiểm. Sự trùng hợp giữa các ựiểm hoặc ựường thẳng sẽ ựược tự ựộng bắt phải thành các ựiểm riêng biệt hay các ựường thẳng. Quá trình ựể kéo các ựiểm lên trên các ựiểm hiện có có thể ựược sử dụng ựể loại trừ các ựiểm hay các ựường thẳng thừạ
Bề mặt: Kắch vào nút Interface trên thanh công cụ hay chọn biểu tượng Interface từ thực ựơn Geometry. Con trỏ sẽ biến thành hình dấu + với một mũi tên nằm ở các góc phần tư. Mũi tên cho biết hướng mà tại ựó bề mặt sẽ ựược sinh ra khi con trỏ ựược di chuyển theo một phương nhất ựịnh.
Ớ Di chuyển con trỏ (trung tâm của dấu + xác ựịnh vị trắ con trỏ) tới ựỉnh của tường (30.0;40.0) và kắch phắm trái chuột. Di chuyển tới ựáy của tường (30.0;10.0) và kắch lần nữạ Theo vị trắ mũi tên xuống của con trỏ, một bề mặt ựược sinh ra tại phắa trái của tường. Tương tự, mũi tên lên ựược ựặt tại phắa phải của con trỏ, vì vậy khi di chuyển lên tới ựỉnh của tường cừ và kắch một lần nữa, một bề mặt ựược tạo ra phắa tay phải của tường. Di chuyển về ựiểm (30.0;40.0) và kắch lần nữạ Kắch phắm chuột phải ựể kết thúc việc vẽ.
Chú ý: Sự lựa chọn của một bề mặt ựược thực hiện bởi việc chọn tương ứng hình
dạng ựường thẳng và về căn bản sự lựa chọn bề mặt tương ứng(chắc chắn hay không chắc chắn) từ hộp thoại Select.
Chú ý: Bề mặt ựược cho biết như các ựường thẳng chấm giữa dọc theo hình dạng
ựường thẳng. để nhận biết bề mặt tại hướng này hay hướng kia của một hình dạng ựường thẳng, một ký hiệu dương (⊕) hay kắ hiệu âm (Θ)ựược thêm vàọ Kắ hiệu này không phải liên quan ựến vật lý hay ảnh hưởng ựến kết quả.
Thanh liên kết: Kắch vào nút Fixed-end anchor trên thanh công cụ hay chọn mục Fixed-end anchor từ thực ựơn Geometry. Di chuyển con trỏ 1m tới một vị trắ dưới ựiểm 6(30.0;39.0) và kắch phắm trái chuột. Một cửa sổ ựặc tắnh xuất hiện trong ựó hướng góc và chiều dài tương ựương của liên kết có thể ựược nhập vàọ Nhập vào mục Equivalent length một khoảng 15m(bằng một nửa chiều rộng của hố ựào) và kắch vào nút OK(hướng góc vẫn giữ nguyên là 00)
Chú ý: Một thanh giằng ựược miêu tả bởi một chữ T xoay với một kắch thước tỷ
lệ. đối tượng này thực chất là một liên kết một ựầu nối với lưới và một ựầu khác ựược cố ựịnh. Hướng góc và chiều dài tương ựương phải ựược nhập vào trong cửa sổ ựặc tắnh. Chiều dài tương ựương là khoảng cách giữa ựiểm nối và vị trắ trong hướng của thanh liên kết nơi mà chuyển vị bằng không.Theo mặc ựịnh, chiều dài tương ựương là 1 ựơn vị và góc là 00(tức là những ựiểm liên kết hoàn toàn trong phương X ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ớ Kắch vào giữa chữ T ựể lựa chọn một liên kết hiện hành.
Tải trọng phân bố: Kắch vào Distributed load - load system A. Di chuyển con trỏ tới (23.0;40.0) và kắch chuột. Di chuyển con trỏ sang phải 5m tới ựiểm (28.0;40.0) và kắch lần nữạ Kắch chuột phải kết thúc việc vẽ. Kắch vào thanh công cụ Selection và kắch ựúp chuột vào tải trọng phân bố và lựa chọn
Distributed Load (System A) từ danh mục. Nhập vào mục giá trị trục Y giá trị - 5kN/m2.
Các ựiều kiện giới hạn
để tạo các ựiều kiện giới hạn, kắch vào nút Standard fixities trên thanh công cụ. Kết quả là: chương trình sẽ sinh hoàn toàn cố ựịnh tại ựáy và trục lăn thẳng ựứng tại phương ựứng. Các ựiều kiện giới hạn là trong các trường hợp thắch hợp ựể tạo các ựiều kiện ựối xứng tại giới hạn phải (ựường thẳng ựối xứng của hố ựào). Hình dạng mẫu trường hợp này ựược thể hiện trong hình 3.2.
Hình 3.2: Hình dạng mẫu trong cửa sổ ựầu vào
Tắnh chất của vật liệu
Sau khi nhập các ựiều kiện giới hạn, tắnh chất vật liệu của các tầng ựất và các ựối tượng hình học khác ựược nhập trong bộ dữ liệụ Tắnh chất bề mặt ựược bao gồm trong bộ dữ liệu cho ựất. Thông thường, hai bộ dữ liệu sẽ ựược tạo ra; một cho lớp ựất trên và một cho lớp dướị Nhờ có sự giới hạn của bản giới thiệu, chúng sẽ ựược tổ hợp như một vật liệu riêng biệt trong bộ dự liệụ Ngoài ra, một bộ dự liệu của loại Plate ựược tạo cho tường chắn và một bộ dữ liệu của loại Anchor ựược tạo ra cho thanh liên kết. để tạo những bộ dữ liệu, theo các bước sau:
Kắch vào nút Material sets trên thanh công cụ. Chọn Soil & interfaces như Set type. Kắch vào nút New ựể tạo một bộ dữ liệu mớị
Ớ đại diện cho lớp ựất sét, nhập ỘSoilỢ cho mục Identification và chọn Mohr - Coulomb như là Material model. Từ ựây, chỉ có tác ựộng dài hạn của hố ựào ựược tắnh ựến, chúng tôi sẽ không kể ựến tác ựộng của nước ngầm. Do ựó, loại vật liệu ựược thiết lập là Drained.
Ớ Nhập các ựặc trưng của ựất, như trong bảng 3.1, các hộp sắp xếp tương ứng của trình ựơn General and Parameters.
Ớ Kắch vào mục Interfaces. Trong hộp Strength, chọn nút Manual. Nhập một giá trị 0.5 cho thông số Rinter. Thông số thể hiện mối quan hệ giữa cường ựộ ựất với cường ựộ bề mặt, tắnh theo công thức sau:
soil er
erface R tg
tgϕint = int . ϕ và cinter =Rintercsoil với cref =csoil (xem bảng 3.1)
Kể từ ựây, sử dụng giá trị Rinter ựã nhập cho sự giảm ma sát bề mặt và lực dắnh bề mặt (lực dắnh) ựể so sánh với góc ma sát và lực dắnh trong lớp ựất liền kề.
Bảng 3.1: đặc trưng vật liệu của ựất và bề mặt
Thông số Ký hiệu Loại ựất đơn vị
Mẫu vật liêụ Model M - C -
Loại vật liệu tác ựộng Type Drained - Khối lượng ựơn vị ựất trên mực nước ngầm γunsat 16 kN/m3 Khối lượng ựơn vị ựất dưới mực nước ngầm γsat 20 kN/m3 Hệ số thấm theo phương ngang kx 0.001 m/day Hệ số thấm theo phương dọc ky 0.001 m/day Mô ựun ựàn hồi(không ựổi) Eref 10000 kN/m2
Hệ số Poisson ν 0.35 -
Lực dắnh (không ựổi) cref 5.0 kN/m2
Góc ma sát trong ϕ 25 0
Góc trương nở ψ 0.0 0
Hệ số giảm cường ựộ Rinter 0.67 -
Ớ Kéo bộ dữ liệu ỘSoilỢ tới nhóm ựất thấp hơn và ựể nó ở ựó.Cũng kéo bộ dữ liệu tới 4 nhóm còn lại (nằm trên 20m). theo mặc ựịnh, bề mặt tự ựộng ựược ấn ựịnh bộ dữ liệu của nhóm liền kề.
Chú ý: Thay vì việc chấp nhận mặc ựịnh bộ dữ liệu của bề mặt, các bộ dữ liệu có thể ựược ấn ựịnh tới bề mặt trong cửa sổ ựặc trưng của chúng. Cửa sổ này xuất hiện sau khi kắch ựúp chuột vào ựường thẳng hình dạng tương ứng và chọn bề mặt thắch hợp từ hộp thoại Select. Kắch vào nút Change sau thông số Material set, bộ dữ liệu thắch hợp có thể ựược chọn từ cây hiển thị.
Ớ Ngoài thông số Material set trong cửa sổ ựặc trưng, Virtual thickness factor có thể ựược nhập vàọ đó là một giá trị hoàn toàn bằng số, mà có thể ựược sử dụng ựể ựánh giá trực quan sự biểu hiện số học của bề mặt. Người sử dụng không có kinh nghiệm ựược khuyến cáo không nên thay ựổi giá trị mặc ựịnh. Ngoài ra, nhiều thông tin về tắnh chất bề mặt xem trong Reference Manual. Ớ Thiết lập thông số trong cửa sổ Material sets từ Plates và kắch vào nút New.
Nhập ỘDiaphragm wallỢ như một sự nhận dạng của bộ dữ liệu và nhập ựặc trưng như thể hiện trong bảng 3.2. Kắch vào nút OK ựể ựóng bộ dữ liệụ
Ớ Kéo bộ dữ liệu Diaphragm wall tới tường trong hình và ựặt nó ngay khi con trỏ cho biểt rằng việc ựặt có thể. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.2: đặc trưng vật liệu của tường chắn (tấm)
Thông số Ký hiệu Giá trị đơn vị
Loại tác ựộng Material type Elastic
độ cứng khi nén EA 7,5.106 kN/m
độ cứng khi uốn EI 1,0.106 kNm2/m
Bề dày tương ựương d 1.265 M
Trọng lượng W 10.0 kN/m/m
Hệ số Poisson ν 0.0 -
Chú ý: Nút Rigid trong hộp thoại Strenght là một phương của bề mặt với tắnh
chất cường ựộ như của ựất (Rinter =1.0)
Ớ Thiết lập thông số Set type trong cửa sổ Material sets tới Anchors và kắch vào nút New. Nhập ỘstrutỢ như một sự xác minh của bộ dự liệu và nhập các ựặc trưng như trong bảng 3.3. Kắch nút OK ựể ựóng bộ dữ liệụ
Ớ Kéo bộ dữ liệu Rigid tới liên kết trong hình và ựặt nó ngay khi con trỏ cho biết rằng việc ựặt có thể. đóng cửa sổ Material sets.
Bảng 3.3: đặc trưng vật liệu của thanh giằng (thanh neo)
Thông số Kắ hiệu Giá trị đơn vị
Loại tác ựộng Material type Elastic
độ cứng khi nén EA 2.106 kN
Khoảng cách giữa các thanh Ls 5.0 m
Lực lớn nhất Fmax,comp 1.1015 kN
Fmax,tens 1.1015 kN Sự phát sinh lưới
Trong bài toán này, một vài quá trình chọn lọc lưới ựơn giản ựược sử dụng. ngoài ra, ựể lọc lưới toàn bộ trực tiếp, ựó là khả năng ựơn giản nhất cho lọc cục bộ bên trong một lớp, trên một ựường thẳng hay quanh một ựiểm. Những sự lựa chọn có thể thực hiện ựược từ thực ựơn Mesh. để phát sinh lưới dự ựịnh, theo các bước sau:
Ớ Kắch vào nút Generate mesh trên thanh công cụ. Một vài giây sau, một lưới thô ựược giới thiệu trong cửa sổ Output. Kắch vào nút Update ựể quay trở lại ựầu vào hình dạng.
Ớ Từ thực ựơn Mesh, chọn mục Global coarseness. Hộp kết hợp Element distribution ựược thiết lập là Coarse, mà nó là thiết lập mặc ựịnh. để làm min toàn bộ, có thể chọn mục tiếp theo từ hộp kết hợp(Medium) và kắch vào nút Generatẹ Như một sự lựa chọn, mục Refine global từ thực ựơn Mesh có thể ựược lựa chọn. Kết quả là, một lưới tốt hơn ựược giới thiệu trong cửa sổ Output. Kắch vào nút Update ựể quay trở lạị
Ớ Những ựiểm góc của các phần tử kết cấu có thể là nguyên nhân ựộ dốc dịch chuyển lớn. Do vậy, nó rất tốt ựể tạo ra các diện tắch tốt hơn các phần của hình