4.4.1. Sơđồ tớnh của cụng trỡnh DKI/2 và cỏc tham số nhận dạng liờn kết múng - nền. múng - nền.
Hỡnh 4.17. Hỡnh chiếu mặt bờn của sơ đồ tớnh cụng trỡnh DKI/2
* Sơđồ tớnh của cụng trỡnh DKI/2
Sơ đồ tớnh trong bài toỏn nhận dạng liờn kết múng - nền của cụng trỡnh DKI/2 là sơ đồ khụng gian, trờn hỡnh 4. 17 thể hiện hỡnh chiếu mặt bờn của sơ đồ tớnh, theo đú:
- Cỏc khối trụ được thay bằng cỏc phần tử thanh đứng cú độ cứng bằng vụ cựng (trong tớnh toỏn của chương trỡnh, độ cứng của cỏc phần tử này cho bằng
một giỏ trị rất lớn).
- Thay liờn kết dưới đỏy cỏc khối trụ với nền bằng cỏc liờn kết đàn hồi tập trung cú độ cứng như sau:
z z x y x x y p
K =c F,K =K =c F,Kα =Kα =c J,Kα ϕ =c Jϕ , (4.1) trong đú:
z
K - độ cứng của cỏc liờn kết đàn hồi (đặc trưng cho độ cứng của nền) dưới đỏy trụ tương ứng với chuyển vị đứng theo phương trục z của trụ,
x y
K ,K - độ cứng của cỏc liờn kết đàn hồi dưới đỏy trụ tương ứng với chuyển vị ngang theo phương trục x và y của trụ,
x y
K ,Kα α - độ cứng của cỏc liờn kết đàn hồi dưới đỏy trụ tương ứng với chuyển vị xoay của đỏy trụ quanh trục ngang x và y,
Kϕ- độ cứng của cỏc liờn kết đàn hồi tương ứng với chuyển vị xoắn của đỏy trụ quanh trục z,
p
F,J,J - diện tớch, mụ men quỏn tớnh đối với trục ngang x (hoặc y) và mụ men quỏn tớnh độc cực của đỏy trụ,
z x
c ,c - hệ số nộn đều và trượt đều (tương ứng với hệ số nền Winkler loại 1 và loại 2) của nền dưới đỏy trụ theo phương đứng và ngang,
c ,cα ϕ- hệ số nộn khụng đều và trượt khụng đều của nền dưới đỏy trụ.
Theo Xavinov O.A. [21] trong trường hợp khụng cú đủ số liệu thớ nghiệm cỏc giỏ trị c ,c ,cx α ϕ cú thể lấy theo c như sau: z
x z z z
c =0,7c ,cα =2c ,cϕ =1,5c ; (4.2) - Thay liờn kết trờn mặt bờn của cọc với nền bằng cỏc liờn kết lũ xo đàn hồi theo phương tiếp tuyến dọc trục (k ), phỏp tuyến (u k , v k ) và phương chuyển w vị xoắn ( kϕ) phõn bố liờn tục trờn bề mặt tiếp xỳc cọc - nền theo toàn chiều dài cọc như trờn hỡnh 2.4 (chương 2):
u u v w v
k =c S, k =k =c b, kϕ =c .Sϕ (4.3) trong đú:
v
c - hệ số nộn đều của nền (hệ số nền Winkler loại 1) theo phương ngang,
u
c - hệ số trượt đều của nền (hệ số nền Winkler loại 2) theo phương đứng, cϕ- hệ số trượt đều (hệ số nền Winkler loại 2) theo phương chuyển vị xoắn, b - chiều rộng (đường kớnh) cọc,
S - chu vi cọc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thay liờn kết dưới chõn cọc với nền bằng cỏc liờn kết đàn hồi tập trung cú độ cứng như sau:
z z x y x x y p
K =c F,K =K =c F,Kϕ =Kϕ =c J,Kϕ ψ =c Jψ , (4.4) Cỏc ký hiệu trong (4.4) tương tự như trong (4.1), trong đú “đỏy khối trụ” được thay bằng “đỏy cọc”.
* Cỏc tham số nhận dạng liờn kết múng - nền cụng trỡnh DKI/2
Để đơn giản tớnh toỏn nhưng vẫn phự hợp với thực tế khi giải bài toỏn nhận dạng liờn kết múng - nền cụng trỡnh DKI/2 thừa nhận cỏc giả thiết sau: - Nền đất mà cọc đi qua là đồng nhất và biến dạng đàn hồi tuyến tớnh (giỏ trị của cỏc đặc trưng cơ lý của nền “đồng nhất” ở đõy được hiểu như là giỏ trị trung bỡnh của lớp nền mà cọc đi qua).
- Hệ số c tại vị trớ mặt nền (dưới đỏy trụ) cú giỏ trị cho trước. Căn cứ vào cỏc z số liệu điều tra khảo sỏt về cỏc tớnh chất cơ lý của nền san hụ [8] cú thể chọn
3 3
z
c =20KG / cm =20000T/m ,
- Cỏc hệ số c ,c ,c ,cz x ϕ ψ tại vị trớ dưới đỏy cọc cú thể lấy như sau:
z x
c =c = ∞; cϕ =cψ =0 (tương ứng với liờn kết dưới đỏy cọc là cỏc liờn kết khớp cố định).
Cỏc quan hệ (4.3), tớnh đến (4.5), cú dạng:
v w v u v k v
k = k =c b,k =kϕ =0,7Sc = β k , β =k 0,7S/b (4.6) Do cỏc giả thiết trờn và quan hệ (4.6), vộc tơ cỏc tham số nhận dạng liờn kết múng - nền cụng trỡnh DKI/2 chỉ cũn lại cỏc độ cứng của cỏc liờn trờn mặt bờn của cọc: T T T 1 2 3 4 u v w k v v v k v v [ ] =[k k k k ]ϕ [ k k k k ] = θ θ θ θ = β β = θ k . 4.4.2. Rời rạc hoỏ PTHH đối với kết cấu
Sơ đồ rời rạc hoỏ PTHH với đỏnh số nỳt và đỏnh số phần tử được kết cấu được thể hiện trờn hỡnh 4.18 và 4.19.
Hỡnh 4.19. Sơ đồ đỏnh số phần tử
4.4.3. Cỏc số liệu xuất phỏt
* Độ sõu nước trung bỡnh tại vị trớ cụng trỡnh: 17m. * Kớch thước hỡnh học cụng trỡnh DKI/2
+ Chiều cao toàn bộ cụng trỡnh: 38,06 m
+ Giàn thộp khối chõn đế
- Dạng kết cấu: giàn thộp chúp vuụng cụt - Chiều cao: 30 m
- Kớch thước mặt bằng đỏy trờn: 9mx9m
- Kớch thước mặt bằng đỏy dưới: 13,1mx13,1m - Đường kớnh ống đứng: φ812,8x20,62
+ Giàn thộp khung nối
- Dạng kết cấu: lăng trụ vuụng
- Kớch thước mặt bằng (đỏy trờn = đỏy dưới): 9mx9m - Chiều cao khung nối: 3,76 m
- Đường kớnh ống đứng: φ610x12,7
- Kớch thước mặt bằng sàn cụng tỏc: 9mx14m + Hệ thống dầm sàn (trờn đỉnh khung nối)
- Kớch thước mặt bằng hệ thống dầm sàn:16mx16m - Tiết diện dầm chớnh chịu lực: I90 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Khối thượng tầng (nhà ở + sõn bay)
- Dạng kết cấu nhà: bỏt giỏc, đường kớnh: 12,7m - Chiều cao khối nhà: 3,7m
- Kớch thước mặt bằng nhà: 11,4mx11,4m - Diện tớch sõn bay: 256m2
- Tổng trọng lượng khối thượng tầng: 86T
+ Giàn thộp mở rộng: cú dạng hỡnh chúp tam giỏc khụng gian được liờn kết vào cỏc ống đứng của khối chõn đế bằng cỏc đai ốp (đai kẹp, mỏng kẹp), đầu cuối nằm ngang của mỗi giàn liờn kết với 2 khối trụ bờ tụng hỡnh trụ trũn (mỗi cụng trỡnh DKI cú 8 khối), cỏc khối này tựa trờn nền san hụ.
+ Múng cọc chớnh (ở giữa): - Số lượng cọc: 4 cỏi
- Đường kớnh cọc: φ720x20mm - Gúc nghiờng của cọc: 5,50 - Chiều sõu đúng cọc: 22,3 - 26,6 m + Múng cọc phụ: - Số lượng cọc: 8cỏi - Đường kớnh cọc: φ720x20mm - Chiều sõu đúng cọc: ≈20m + Cỏc khối trụ trọng lực (bờ tụng):
- 04 khối giữa: cú dạng hỡnh lục giỏc, chiều cao 2,7m, đường kớnh 8,1m.
- 08 khối cũn lại (thuộc cỏc giàn tăng cường): cú dạng hỡnh trụ trũn, chiều cao 3,2m, đường kớnh 6,6m.
* Cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu
+ Mụ đun đàn hồi thộp E=2,1.108 kN/m2, trọng lượng riờng thộp:
3
/ g 78 kN/m
γ = ρ = .
+ Hệ số nền Winkler loại 1 tại vị trớ mặt nền: cz =200000 (kN/m3)
* Trị riờng đo đạc của cụng trỡnh DKI/2 tương ứng với tần số thấp nhất (đó trỡnh bày ở trờn):
2
e = λ = πe1 (2 f ) =157,75361
λ (rad2/s2).
* Sai số cho phộp khi tớnh lặp: ε =0,5%
4.4.4. Kết quả giải bài toỏn nhận dạng liờn kết múng - nền của cụng trỡnh DKI/2 DKI/2
* Kết quả tớnh toỏn
Sử dụng chương trỡnh nhận dạng liờn kết múng - nền UFEM - 2 đó lập trong chương 3 và chọn cỏc giỏ trị ban đầu:
v,0
k =50000 ( kN/m2),
trờn hỡnh 4.20. Nghiệm bài toỏn hội tụ sau 5 bước tớnh với kết quả: v k =305310kN/m2, tương ứng với cv =424041,7 kN/m3. 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 1 2 3 4 5 6 7 8 Bước tớnh Tham s ố nh ậ n d ạ ng Kv ( K N/ m 2 )
KẾT LUẬN CHUNG
I. Cỏc kết quả chớnh của luận ỏn
1. Xõy dựng thuật toỏn và chương trỡnh tớnh toỏn động lực học kết cấu hệ thanh - múng cọc khụng gian chịu tỏc dụng của tải trọng động bất kỳ cú tớnh đến sự làm việc đồng thời của hệ thanh - cọc - nền để làm cụng cụ tớnh toỏn khi giải bài toỏn nhận dạng liờn kết cọc - nền. Chương trỡnh đó lập (mang tờn
UFEM - 1) đảm bảo độ tin cậy. Nội dung được thể hiện trong cỏc cụng trỡnh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cụng bố 1, 2, 5.
2. Xõy dựng thuật toỏn và chương trỡnh nhận dạng liờn kết giữa múng cọc và nền đàn hồi đối với kết cấu hệ thanh - múng cọc khụng gian bằng phương phỏp hàm phạt. Sử dụng chương trỡnh đó lập tiến hành tớnh toỏn bằng số để kiểm tra độ tin cậy của chương trỡnh đó lập. Chương trỡnh đó lập (mang tờn
UFEM - 2) đảm bảo độ tin cậy. Nội dung được thể hiện trong cỏc cụng trỡnh
cụng bố 2, 5.
3. Thớ nghiệm động tại hiện trường trờn cụng trỡnh biển DKI/2 với tải trọng động được tạo ra bằng thiết bị gõy tải nhõn tạo và bằng súng giú tự nhiờn tỏc động lờn cụng trỡnh. Sau khi phõn tớch xử lý số liệu đo đạc theo 2 phương phỏp đó nhận được tần số dao động riờng thấp nhất của cụng trỡnh. Nội dung được thể hiện trong cỏc cụng trỡnh cụng bố 3, 4, 6.
4. Sử dụng cỏc chương trỡnh đó lập (UFEM - 1 và UFEM - 2) và tần số dao động riờng thấp nhất của cụng trỡnh nhận được bằng thớ nghiệm ở hiện trường đó tiến hành giải bài toỏn nhận dạng liờn kết múng - nền của cụng trỡnh biển DKI/2 bằng phương phỏp hàm phạt. Kết quả trờn đó được sử dụng để tham khảo khi đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật cỏc cụng trỡnh DKI. Nội dung được thể hiện trong cụng trỡnh cụng bố 4.
II. Những vấn đề cần nghiờn cứu tiếp theo
1. Trong quỏ trỡnh chịu lực phản lực đàn hồi của nền đất lờn cọc theo cỏc phương tiếp tuyến trong cỏc thời điểm khỏc nhau cú thể nhỏ hơn hoặc bằng lực ma sỏt. Lời giải của bài toỏn nhận dạng liờn kết cọc - nền của cụng trỡnh đó thực hiện trong luận ỏn chỉ mới tương ứng với trường hợp đầu, theo đú đó thừa nhận phản lực đàn hồi của nền đất lờn cọc luụn luụn nhỏ hơn lực ma sỏt trong mọi thời điểm. Cần tiếp tục nghiờn cứu phương phỏp nhận dạng liờn kết múng - nền cú tớnh đến lực ma sỏt của nền lờn cọc.
2. Nền đất trong thực tế cú thể biến dạng theo cỏc mụ hỡnh khỏc nhau: đàn hồi tuyến tớnh, đàn - dẻo, đàn - nhớt, đàn - dẻo - nhớt,…Phương phỏp giải bài toỏn nhận dạng liờn kết cọc - nền của cụng trỡnh đó thực hiện trong luận ỏn chỉ mới dừng lại ở mụ hỡnh biến dạng thứ nhất của nền. Việc nghiờn cứu cỏc phương phỏp nhận dạng liờn kết múng - nền theo cỏc mụ hỡnh đàn - dẻo, đàn - nhớt, đàn - dẻo - nhớt của nền là cỏc phương hướng nghiờn cứu tiếp theo sau luận ỏn.
DANH MỤC CÁC CễNG TRèNH
ĐÃ CễNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1. Nguyễn Văn Hợi, Nguyễn Xuõn Bàng, Phan Viết Tịnh (2008), Nhận dạng liờn kết trờn bề mặt tiếp xỳc giữa cọc và nền/ Tạp chớ Khoa học và Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quõn sự, số 124 (III-2008), trang 120 - 126. 2. Nguyễn Văn Hợi, Nguyễn Xuõn Bàng (2012), Nhận dạng liờn kết trờn bề
mặt tiếp xỳc giữa cọc và nền đàn hồi theo mụ hỡnh bài toỏn phẳng/ Tạp chớ Xõy dựng, (07 - 2012), trang 64 - 66.
3. Nguyễn Văn Hợi, Nguyễn Xuõn Bàng (2012), Ứng dụng phương phỏp giải liờn tiếp cỏc bài toỏn thuận để nhận dạng liờn kết cọc - nền của cỏc cụng trỡnh DKI/ Tập chớ Xõy dựng, (10 - 2012), trang 83 - 84.
4. Nguyễn Xuõn Bàng, Nguyễn Văn Hợi, Phan Thành Trung (2012), Nhận dạng liờn kết giữa múng và nền của cụng trỡnh DKI bằng phương phỏp hàm Penalty/ Tập chớ Xõy dựng, (11 - 2012), trang 47 - 49.
5. Nguyễn Văn Hợi, Nguyễn Xuõn Bàng (2012), Nhận dạng liờn kết cọc - nền theo mụ hỡnh bài toỏn khụng gian/ Tạp chớ Khoa học và Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quõn sự, số 151 (12 - 2012), trang 118 - 127.
6. Nguyễn Văn Hợi, Nguyễn Xuõn Bàng (2012), Khảo sỏt đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật cỏc cụng trỡnh DKI (quyển III.9) thuộc dự ỏn nhỏnh NCKH cấp nhà nước ĐTB11.3 “Điều tra, khảo sỏt và đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật của cỏc cụng trỡnh quốc phũng dưới tỏc dụng của mụi trường biển đảo và ảnh hưởng của cụng trỡnh xõy dựng đối với mụi trường sinh thỏi đảo”, Bộ Tư lệnh Cụng binh, Hà Nội.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Nguyễn Xuõn Bàng (2009), Xõy dựng chương trỡnh giải bài toỏn chẩn
đoỏn cụng trỡnh biển bỏn trọng lực trờn nền san hụ, Bỏo cỏo khoa học của
đề tài nghiờn cứu khoa học cấp trường, Học viện KTQS, Hà Nội.
[2] Bựi Đức Chớnh (2003), Áp dụng bệnh học cụng trỡnh và tin học trong
đỏnh giỏ kết cấu nhịp đơn giản cầu BTCT thường trờn đường ụ tụ,
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Viện KH&CN GTVT, Hà Nội.
[3] Bựi Huy Đường (1996), Bài toỏn ngược cơ học, Nhà xuất bản Xõy
dựng, Hà Nội.
[4] Trần Thanh Hải (2012), Chẩn đoỏn vết nứt của dầm bằng phương phỏp đo dao động, Luận ỏn tiến sĩ kỹ thuật, Viện Cơ học Việt Nam, Hà
Nội.
[5] Nguyễn Văn Hợi (2007), Bỏo cỏo kết quả khảo sỏt trạng thỏi kỹ thuật cỏc cụng trỡnh DKI sau gia cố và sửa chữa, Trung tõm Kỹ thuật cỏc cụng trỡnh đặc biệt, Hà Nội. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[6] Nguyễn Văn Hợi, Nguyễn Xuõn Bàng (2012), Khảo sỏt đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật cỏc cụng trỡnh DKI (quyển III.9) thuộc dự ỏn nhỏnh NCKH cấp nhà nước ĐTB11.3 “Điều tra, khảo sỏt và đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật của cỏc cụng trỡnh quốc phũng dưới tỏc dụng của mụi trường biển đảo và ảnh hưởng của cụng trỡnh xõy dựng đối với mụi trường sinh thỏi đảo”, Bộ Tư lệnh Cụng binh, Hà Nội.
[7] Nguyễn Văn Hợi, Phạm Đỡnh Ba (1994), Giỏo trỡnh động lực học cụng trỡnh, Học viện Kỹ thuật Quõn sự, Hà Nội.
[8] Thỏi Doón Hoa (2012), Điều tra khảo sỏt về địa chất cụng trỡnh và cỏc tớnh chất cơ lý san hụ trong vựng quần đảo Trường Sa (quyển III.2) thuộc dự ỏn nhỏnh NCKH cấp nhà nước ĐTB11.3 “Điều tra, khảo sỏt và đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật của cỏc cụng trỡnh quốc phũng dưới tỏc dụng của mụi trường biển đảo và ảnh hưởng của cụng trỡnh xõy
dựng đối với mụi trường sinh thỏi đảo”, Bộ Tư lệnh Cụng binh, Hà
Nội.
[9] Phạm Xuõn Khang (2001), Chẩn đoỏn kết cấu nhịp cầu bằng phương phỏp dao động, Luận ỏn tiến sĩ kỹ thuật, Viện KH & CN GTVT, Hà Nội.
[10] Nguyễn Tiến Khiờm, Đào Như Mai, Nguyễn Việt Khoa (1994), “Phõn tớch động lực học khung khụng gian phục vụ chẩn đoỏn kỹ thuật cụng trỡnh”, Tuyển tập bỏo cỏo Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ IV, Hà Nội.
[11] Nguyễn Tiến Khiờm và cỏc cụng sự (2002), Bỏo cỏo kết quả khảo sỏt và đỏnh giỏ cỏc cụng trỡnh DKI sau sửa chữa và cơ sở hạ tầng trờn
đảo Trường Sa, Viện Cơ học Việt Nam, Hà Nội.
[12] Nguyễn Tiến Khiờm (2008), Nhập mụn chẩn đoỏn kỹ thuật cụng trỡnh, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiờn và cụng nghệ, Hà Nội.
[13] Nguyễn Tiến Khiờm, Đào Như Mai, Nguyễn Việt Khoa, Lờ Võn Anh (1996), “Bài toỏn chẩn đoỏn hư hỏng cầu bằng cỏch đo tần số dao động riờng”, Tuyển tập cụng trỡnh khoa học Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ V, tr.303-310, Hà Nội.
[14] Nguyễn Tương Lai (2012), Điều tra khảo sỏt và nghiờn cứu về ma sỏt giữa cọc và nền san hụ trờn cỏc đảo thuộc quần đảo Trường Sa (quyển III.3) thuộc dự ỏn nhỏnh NCKH cấp nhà nước ĐTB11.3 “Điều tra, khảo sỏt và đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật của cỏc cụng trỡnh quốc phũng dưới tỏc dụng của mụi trường biển đảo và ảnh hưởng của cụng trỡnh xõy dựng đối với mụi trường sinh thỏi đảo”, Bộ Tư lệnh Cụng
binh, Hà Nội.
[15] Trần Văn Liờn (2003), Bài toỏn ngược của cơ học và một số ứng dụng, Luận ỏn tiến sĩ kỹ thuật, Viện Cơ học Việt Nam, Hà Nội.
[16] Đào Như Mai (2001), Độ nhạy cảm của cỏc đặc trưng động lực học kết cấu và ứng dụng trong chẩn đoỏn kỹ thuật cụng trỡnh, Luận ỏn tiến