a. Phương phỏp tra bảng.
2.3.4Tớnh toỏn tường theo cỏc giai đoạn thi cụng: [5]
2.3.4.1Tớnh toỏn tường theo phương phỏp Sachipana (nhật bản)
phương phỏp này dựa trờn kết quả đo đạc nội lực và biến dạng thực của tường làm căn cứ, cụ thể cỏc giả thiết như sau:
- Sau khi đặt tầng chống/neo dưới, lực dọc trục của tầng chống/neo trờn hầu như khụng đổi, hoặc thay đổi khụng đỏng kể;
- Chuyển dịch của thõn tường từ điểm chống/neo dưới trở lờn, phần lớn đĩ xảy ra trước khi lắp đặt tầng chống/neo dưới (xem hỡnh 5.26);
- Gớa trị mụmen uốn trong thõn tường do cỏc điểm chống/neo trờn gõy nờn chỉ là phần dư lại từ trước khi lắp đặt tầng chống/neo dưới;
2,3) chuyển dịch thõn tường sau lần đào 2,3 a.b.c) quỏ trỡnh đào
Hỡnh 2.23. Sơ đồ quan hệ của chống với chuyển dịch của thõn tường trong quỏ trỡnh đào đất
- Trờn cơ sở cỏc kết quả đo thức tế này, Sachipana đưa ra phương phỏp tớnh lực dọc trục thanh chống/neo và mụmen thõn tường trong quỏ trỡnh đào đất với những giả thiết cơ bản như sau (hỡnh 2.23)
- Trong đất dớnh, thõn tường xem là đàn hồi dài vụ hạn;
- Áp lực đất thõn tường từ mặt đào trở lờn phõn bố hỡnh tam giỏc, từ mặt đào trở xuống phõn bố theo hỡnh chữ nhật (do đĩ triệt tiờu ỏp lực đất tĩnh ở bờn phớa đất đào);
- Phản lực hướng ngang của đất bờn dưới mặt đào chia thành hai vựng: vựng dẻo đạt tới ỏp lực đất bị động cú chiều cao l và vựng đàn hồi cú quan hệ đường thẳng với biến dạng của thõn tường;
- Điểm chống được coi là bất động sau khi lắp thanh chống/neo;
- Sau khi lắp đặt tầng chống/neo dưới thỡ trị số lực dọc trục của tầng chống trờn khụng đổi. 1) vựng dẻo 2) vựng đàn hồi o H2.24. Sơ đồ tớnh toỏn chớnh xỏc theo phương phỏp sachipana. [20]
- Theo chiều cao tồn bộ tường cú thể chia thành ba vựng: vựng từ hàng chống thứ k cho đến mặt đào, vựng dẻo và vựng đàn hồi từ mặt đào trở xuống, từ đú lập được phương trỡnh vi phõn đàn hồi cho trục tường. căn cứ vào điệu kiện biờn và điều kiện liờn tục ta cú thể tỡm được cụng thức tớnh lực dọc trục nk của tầng chống thứ k, cũng như cụng thức tớnh nội lực và chuyển vị của nú. với những lập luận và giả thiết trờn, kết quả tớnh toỏn nhận được khỏ chớnh xỏc, nhưng do cụng thức cú chứa hàm bậc 5 nờn tớnh toỏn phức tạp.
- Để đơn giản tớnh toỏn, sau khi nghiờn cứu Sachipana đĩ đưa ra phương phỏp gần đỳng nhưng đơn giải hơn với cỏc giả thiết cơ bản sau (h. 2.25)
H2.25 - sơ đồ tớnh toỏn gần đỳng theo phương phỏp Sachipana [20]
- Trong tầng đất sột, thõn tường xem là thể đàn hồi dài hữu hạn đầu dưới đỏy tự do;
- Giống phương phỏp giải chớnh xỏc;
- Phản lực chống hướng ngang của đất lấy bằng ỏp lực đất bị động, trong đú (ξx+ ζ) là trị số ỏp lực bị động sau khi trừ đi ỏp lực đất tĩnh
- Điểm mụmen uốn thõn tường bờn dưới mặt đào m=0 xem là một khớp và bỏ qua lực cắt trờn thõn tường từ khớp ấy trở xuống.
- Phương phỏp giải gần đỳng chỉ cần dựng hai phương trỡnh cõn bằng tĩnh: - ∑y=0; ∑ma=0 do ∑y=0, nờn: nk= + −∑−1 − − 1 2 2 2 1 2 1 k m m i m ok ok h x N x x h η ζ ξ η (1)
do ∑ma=0 và từ cụng thức (5.110), sau khi đơn giản ta cú:
( ) ( ) 1 1 3 2 2 1 1 1 1 1 1 0 3 2 2 2 k k m ok kk m ok kk m i ik kk i ok kk ok x h x h h x N h h N h h h ξì − η − −ζ ξ − η −ζ − − − − + η − ữ= ∑ ∑ (2)
Cỏc bước tớnh toỏn của phương phỏp giải gần đỳng này như sau:
- Ở giai đoạn đào thứ nhất, kớ hiệu dưới chõn của cụng thức (1) và cụng thức (2) lấy k=1, cũn n1 lấy bằng khụng, từ cụng thức (2) tỡm ra xm sau đú thay vào cụng thức (1) để tỡm ra n1.
- Ở sau giai đoạn đào thứ hai, kớ hiệu dưới chõn của cụng thức (1) và cụng thức (2) lấy k=2, cũn n1 chỉ cú một n1là số đĩ biết, từ cụng thức (2) tỡm ra xm sau đú thay vào cụng thức (1) tỡm ra n2.
- Ơ sau giai đoạn đào thứ ba, k =3, cú hai ni , tức n1, n2 là số đĩ biết, từ cụng thức (2) tỡm ra xm, sau đú thay vào cụng thức (1) tỡm được n3
- Tiếp tục như vậy, sau khi tỡm được lực dọc trục của cỏc tầng thanh chống, nội lực thõn tường cũng sẽ dễ dàng xỏc định.
- Mụ men thõn tường trong phương phỏp giải gần đỳng (trừ phần mụmen õm ra), cú hỡnh dạng tương tự như phương phỏp giải chớnh xỏc, trị số mụmen lớn nhất lớn hơn phương phỏp giải chớnh xỏc khoảng trờn 10%, tức là thiờn về an tồn.
* Một số nhận xột về phương phỏp Sachipana
Tớnh toỏn tương đối đơn giản nhưng độ chớnh xỏc khụng cao do: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Dựa trờn nhiều giả thiết chung chung chung chưa xột đầy đủ tớnh đặc thự của mỗi cụng trỡnh cụ thể.
- Tường bị dịch chuyển dưới tỏc đồng tổng hợp của ỏp lực đất theo phương ngang, phản lực thanh chống và phản lực đàn hồi của đất. Phương phỏp này mới chỉ đề cập được một cỏch rất sơ lược đến những yếu tố mang tớnh quyết định này.
+ Để phự hợp với với giả thuyết tớnh- ỏp lực đất thõn tường từ mặt đào trở lờn phõn bố theo hỡnh tam giỏc, cần coi cỏc lớp đất mà tường xuyờn qua là đồng nhất, tức cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất làm giỏ trị đầu vào là trị trung bỡnh của cỏc lớp đất. Điều này làm giảm đỏng kể độ tin cậy của phương phỏp.
+ Giả tuyết của phương phỏp coi thanh chống là tuyệt đối cứng thực tế điểm nghiệm cho thấy độ cứng của thanh chống ảnh hưởng khỏ nhiều đến ổn định của tường chắn trong quỏ trỡnh đào.
+ Độ lớn phản lực đàn hồi của đất quyết định bởi tớnh chất của đất, độ cứng thõn tường, hỡnh dạng mặt cắt tường, độ sõu của cọc trong đất. Với giả thiết nền đất đồng nhất, thõn tường tuyệt đối cứng nhằm đợn giản tớnh toỏn nhưng cũng làm giảm độ chớnh xỏc của phương phỏp.
- Nội lực thõn tường thực tế cũn phỏt triển đến hết chiều sõu tường ngàm trong đất, nhưng phương phỏp này chỉ cho nội lực từ tầng chống cuối cựng trở lờn, do vậy khụng cú căn cứ nào để thiết kế phần tường ngàm vào đất. Mặc dự cú những nhược điểm nờu trờn phương phỏp Sachipana khỏ đơn giản trong tớnh toỏn nờn phự hợp với điều kiện đại chất đơn giản cú thể sử
dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ cho những tường barrette cú chiều sõu vừa phải (từ 2-3 tầng hầm)
2.3.4.2 Tớnh toỏn tường theo phương phỏp phần tử hữu hạn
Phương phỏp phần tử hữa hạn được dựng phổ biến để phõn tớnh kết cấu tường Barrette cú cỏc loại như sau:
- Phương phỏp phần tử hữu hạn hệ thanh trờn nền đàn hồi - Phương phỏp phần tử hữu hạn bản mỏng trờn nền đàn hồi
Phương phỏp này thường đem phần thõn tường trờn mặt đỏy múng lý tưởng húa là phần tử bản mỏng chịu uốn. Đem phần thõn tường ở trong đất xem là phần tử bản mỏng trờn nền đàn hồi Winkler, phần tử bản mỏng cú thể khụng đẳng hướng theo cỏc chiều, cũng cú thể đẳng hướng theo cỏc chiều, chống hoặc neo cú thể xem là phần tử thanh thẳng phụ thờm. Phương phỏp này cú thể thớch dụng với cụng trỡnh từơng Barrette trong đất với dầm bản cột.
- Phương phỏp phần tử hữu hạn vỏ mỏng trờn nền đàn hồi.
Phương phỏp này đem tường trong đất và kết cấu bờn trờn xem là vỏ mỏng phẳng hoặc khụng gian thành bởi cỏc phần tử bản mỏng hỡnh tam giỏc, đem nền đàn hồi Winkler thành cỏc thanh khỏc lý tưởng húa thành phần tử “lũ xo” phụ thờm nối với nỳt của phần tử vỏ. Phương phỏp này thớch dụng với cụng trỡnh ngầm trong đất cú bố trớ kết cấu và điều kiện chịu lực tương đối phước tạp.
Ba loại phương phỏp này đều thiết lập trờn mụ hỡnh đàn hồi của đất, chỳng tỏ ra đơn giản, tớnh toỏn tương đối thuận tiện. Nhưng mà trong vựng đất yếu, đất cú tớnh lưu biến, biến dạng của hố múng (biến dạng của thõn tường, đất) sẽ tăng theo thời gian, khi phõn thành từng khoảng đào, tỏc dụng khụng gian của phần đất lưu lại cú tỏc dụng khống chế rất tốt đối với
biến dạng của hố múng. Cũng tức là núi hai nhõn tố khụng gian và thời gian đồng thời phối hợp khống chế sẽ cú tỏc dụng giảm bớt một cỏh hữu hiệu biến dạng của hố múng. Loại hiệu ứng thời gian và khụng gian này, ba phương phỏp trờn đõy khụng cú cỏch nào cú thể dựng để miờu tả được.
Hiện nay phương phỏp phần tử hữu hạn hai chiều (2D) và phương phỏp phần tử hữu hạn ba chiều (3D) phỏt triển rất nhanh nờn cần ỳng dụng vào thực tế để miờu tả sự biến dạng của hố múng, tường biến dạng theo thời gian và khụng gian.
- Phương phỏp phần tử hữu hạn hai chiều:
+Lựa chọn mụ hỡnh của đất: Căn cứ vào cỏc tài liệu yờu cầu thực tế và yờu cầu nghiờn cứu khỏc nhau, quan hệ ứng suất biến dạng của đất cú thể lựa chọn là quan hệ đàn hồi, đàn hồi dẻo, đàn nhớt, và đàn dẻo nhớt . . . từ đú chọn ra điều kiện bền và điều kiện chảy tương ứng. Sau đú thụng qua cỏc số liệu thớ nghiệm trong phũng và ngồi thực địa, số liệu thực đo ở hiện trường để lựa chọn cỏc thụng số thớch đỏng của đất.
- Đối vơi thõn tường thanh chống và thanh neo với cỏc điều kiện khống chế chuyển vị ngang của thõn tường, cú thể xem chỳng đều làm việc trong phạm vi đàn hồi tuyến tớnh
- Xỏc định trạng thỏi ban đầu: theo trạng thỏi thực tế của cụng trỡnh trước khi bắt đầu đào hố múng, mụ phỏng gia tải để tớnh toỏn một lần, thu được trường ứng suất và xem đú là trường ướng suất ban đầu.
- Điều kiện biờn và phạm vi tớnh toỏn: khi hỡnh thức kết cấu , điều kiện mụi trường, phõn bố tải trọng, điều kiện thi cụng v.v.. của tường là đối xứng thỡ cú thể lựa chọn mộ bờn của trục đối xứng làm đối tượng nghiờn cứu phõn tớch. Phạm vi ảnh hưởng của nú đối với biờn lưng tường cú thể lấy ở chỗ lớn hơn một lần độ cao tường (tổng độ cao tới đỏy tường)xem là
điểm gối bất động; Đối với biờn theo chiều của đỏy tường khi đỏy tường đạt trờn nền đất cứng thỡ tầng đất cứng rắn sẽ là biờn bất động. Khi tầng đất trong phạm vi đỏy tường vẫn là tương đối mềm yếu thỡ biờn lấy ở chỗ dưới đỏy tường lớn hơn (B D− ) / 2 (B là độ rộng hố múng, D là độ sõu tường cắm vào trong đất) xem là điểm gối bất động.
- Phõn chia phần tử và lựa chọn phần tử : khi phõn chia đơn nguyờn phải phục tựng cỏc qui định sau: trờn phần tử phõn chia bắt buộc phải thể hiện chớnh xỏc trạng thỏi của đất và hỡnh thức kết cấu xem là đối tượng nghiờn cứu cũng như trỡnh tự thi cụng. . .; ở vựng dự tớnh là tập trung ứng suất phải chia phần tử nhỏ và mau hơn; xột đến tớnh liờn tục và tớnh mềm của vật kết cấuvà đất, phải quyết định số phần tử cần thiết với mức độ thấp nhất.
- Ưu điểm của phương phỏp này là cú thể kể đến sự tương hỗ giữa đất và tường và cú thể tỡm được lượng trồi lờn của hố múng, độ lỳn của mặt đất, phạm vi vựng dẻo cũng như quỏ trỡnh phỏt triển trong đất, khi kết hợp với lý thuyết lưu biến của đấtcú thể tỡm được hiệu ứng thời gian của cỏc tham số.
2.3.4.3 Phương phỏp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm Plaxis [10]
- Plaxis là một phần mềm được phỏt triển dựa trờn cơ sở thuật toỏn phần tử hữu hạn đẻ phõn tớch sự biến dạng và ổn định trong lĩnh vực địa chất cụng trỡnh. Thủ tục đồ họa nhập vào đơn giản cho phộp tạo mụ hỡnh phần tử hữu hạn phức tạp tớnh năng được cải thiện cho phộp cung cấp chi tiết những kết quả tớnh toỏn. Chức năng tớnh toỏn hồn tồn tự động và dự trờn thủ tục số húa mạnh mẽ.
- Cỏc bài toỏn địa kỹ thuật yờu cầu tiến tới xõy dựng cỏc mụ hỡnh và mụ phỏng ứng xử theo thời gian của cỏc loại đất đỏ. Do đất là vật liệu nhiều
pha, cỏc quỏ trỡnh đặc biệt yờu cầu phải giải quyết cựng với ỏp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh và khụng phải thủy tĩnh trong đất. Mụ hỡnh húa đất đỏ là một vấn đề quan trọng do đú nhiều cụng trỡnh địa kỹ thuật đĩ quan tõm đến việc mụ hỡnh húa cỏc kết cấu và tương tỏc giữa kết cấu và đất. Plaxis được trang bị những tớnh năng đặc biệt để giải quyết một số khớa cạnh của kết cấu địa kỹ thuật phức tạp.
- Quan trọng hơn là việc ứng dụng chương trỡnh Plaxis giỳp chỳng ta nhận biết được sự làm việc của kết cấu ứng với từng giai đoạn thi cụng cú ảnh hưởng đến nú. Cụ thể ở đõy thi cụng đào đất tầng hầm kết hợp kết cấu chắn giữ tường Barette để chắn giữ hố đào. Khi thiết kế tớnh toỏn lựa chọn chiều dày tường barette, thỡ phải tớnh toỏn kiểm tra ứng suất, biến dạng của tường trong cỏc giai đoạn thi cụng hố đào từ đú lựa chọn chiều dày phự hợp
Chương trỡnh này cú những ưu điểm: Khắc phục được những nhược điểm của cỏc phương phỏp khỏc (đĩ giới thiệu phần chương 2). Phản ảnh sự làm việc của kết cấu gần hơn với thực tế. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xột đến sự biến đổi địa chất phức tạp của nền đất với nhiều lớp đất cú chỉ tiờu cơ lý khỏc nhau. Áp lực chủ động của đất phõn bố khụng hồn tồn là dạng tam giỏc mà cú bước nhảy tại mặt phõn cỏch giữa cỏc lớp đất, khụng hẳn là giỏ trị ỏp lực đất tăng liờn tục theo chiều sõu. Cỏc lớp đất khỏc nhau cú giỏ trị hệ số nền khỏc nhau nờn phản lực đàn hồi của đất được xột một cỏch cụ thể.
Thanh chống/ neo được mụ phỏng bằng liờn kết lũ xo, độc ứng, chiều dài thanh chống đều được xột đến thụng qua độ cứng của liờn kết lũ xo.
Thõn tường chắn được mụ tả bằng phần tử dầm, độ cứng của tường chắn là hữu hạn (khụng phải là tuyệt đối cứng) thụng qua khai bỏo về vật liệu cho phần tử thanh dầm trong Plaxis.
Trờn thực tế nội lực và biến dạng của tường Barette cú nhiều tầng chống biến đổi theo quỏ trỡnh đào đất. Phương phỏp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis đĩ kể đầy đủ quỏ trỡnh này, tức là kể đến ảnh hưởng của quỏ trỡnh đào đất đến phản lực của thanh chống,nội lực chuyển vị theo từng bước đào. Quỏ trỡnh tớnh xỏc định được chuyển dịch ban đầu của tường tại vị trớ dự kiến sẽ chống của giai đoạn đào tiếp sau. Lấy chuyển dịch ở cỏc vị trớ chống của tường tớnh được giai đoạn cuối cựng trừ đi dịch chuyển ban đầu tương ứng ta xỏc định được giỏ trị biến dạng thực tế của thanh chống và nhờ vậy tớnh ra được phản lực của thanh chống, cuối cựng tỡm ra được nội lực và biến dạng tại cỏc mặt cắt thõn tường. Nội lực cuối cựng đưa vào thiết kế là tổ hợp bao của cỏc giai đoạn đào- biến đổi phức tạp trờn suốt chiều sõu tường.