CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ TƯỜNG TRONG ĐẤT
2.5 Tính toán nội lực và chuyển vị của tường trong đất
2.5.2 Khái niệm chung về phương pháp phần tử hữu hạn
2.5.2.1 Phân loại phương pháp phần tử hữu hạn
Hiện nay phương pháp phần tử hữu hạn được dùng tương đối phổ biến để phân tích kết cấu tường liên tục trong đất, có các dạng sau :
a- Phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh trên nền đàn hồi :
Phương pháp tử hữu hạn để hệ thanh trên nền đàn hồi là một loại phương pháp xây dựng trên mối quan hệ dựa trên tính chất đàn hồi tuyến tính của đất.
Nguyên lý tính toán là giả thiết kết cấu chắn đất từ đáy móng trở lên là phần tử dầm, phần tử từ đáy móng trở xuống là phần tử dầm trên nền đàn hồi, chống hoặc neo của phần tử gối tựa đàn hồi, tải trọng là áp lực đất hướng ngang chủ động và áp lực
LUẬN VĂN THẠC SĨ - 53 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY nước. Mặc dù giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo có chênh lệch nhất định nhưng đây là phương pháp có tính thực dụng cao ma lại đơn giản trong tính toán.
b- Phương pháp phần tử hữu hạn bản mỏng trên nền đàn hồi :
Phương pháp này thường đem phần thân tường ở lên mặt đáy mỏng lí tưởng hoá là phần tử bản mỏng chịu uốn. Phần thân tường ở trong đất xem là phần tử bản mỏng trên nền đàn hồi, phần tử bản mỏng có thể không đẳng hướng theo các chiều, cũng có thể đẳng hướng theo các chiều, chống hoặc neo có thể xem là phân tử thanh thẳng phụ thêm. Phương pháp này có thể thích hợp với việc phân tích kết cấu tổ hợp tường liên tục trong đất với dầm, bản, cột...
c- Phương pháp phán tử hữu hạn vỏ mỏng trên nền đàn hồi :
Phương pháp này đem tường liên tục trong đất và kết cấu bên trên xem là vỏ mỏng phẳng hoặc không gian hình thành bởi các phần tử bản mỏng hình tam giác, đem nền đàn hồi Winkler và các thanh khác lí tưởng hoá thành phần tử ''lò xo'' thêm nối với nút của phần tử vỏ. Phương pháp này thích ứng với công trình tường ngầm trong đất có bố trí kết cấu và điều kiện chịu lực tương đối phức tạp.
Ba loại phương pháp này đều thiết lập trên mô hình đàn hồi của đất, đơn giản, tính toán thuận tiện. Nhưng trong vùng đất yếu, đất có tính lưu biến, biến dạng của hố móng (biến dạng của thân tường, đất) sẽ tăng theo thời gian, khi phân thành từng khoảng để đào, tác dụng không gian của phần đất lưu lại có tác dụng khống chế rất tốt đối với biến dạng của hố móng. Nghĩa là hai nhân tố thời gian và không gian đồng thời phối hợp khống chế sẽ có tác dụng giảm bớt một cách hữu hiệu biến dạng của hố móng. Loại hiệu ứng này, ba phương pháp trên đây không có cách nào có thể dùng để miêu tả được, do đó cũng không thể nào thoả mãn được yêu cầu tin học hoá thi công hiện nay.
d- Phương pháp phần tử hữu hạn hai chiều :
- Lựa chọn mô hình của đất : căn cứ vào các yêu cầu của công trình thực tế và yêu cầu nghiên cứu khác nhau, quan hệ ứng suất - biến dạng của đất có thể lựa chọn là quan hệ đàn hồi, đàn dẻo, đàn nhớt, và đàn dẻo nhớt... từ đó lựa chọn ra điều kiện bền và điều kiện chảy tương ứng. Sau đó thông qua các số liệu thí nghiệm
LUẬN VĂN THẠC SĨ - 54 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY trong phòng và thực địa, số liệu thực đo ở hiện trường để lựa chọn các thông số thích hợp của đất.
Đối với thân tường, thanh chống và thanh neo, với điều kiện khống chế chuyển vị ngang của thân tường, có thể xem chúng đều làm việc trong phạm vi đàn hồi tuyến tính.
- Xác định trạng thái ban đầu : theo trạng thái thực tế của công trình trước khi bắt đầu đào hố móng, mô phỏng gia tải để tính toán một lần, thu được trường ứng suất và xem đó là trường ứng suất ban đầu.
- Điều kiện biên và phạm vi tính toán: khi hình thức kết cấu, điều kiện môi trường, phân bố tải trọng, điều kiện thi công v.v... của tường liên tục trong đất đều là đối xứng thi có thể lựa chọn một bên của trục đối xứng nghiên cứu phân tích.
Phạm vi ảnh hưởng của nó đối với biên bên lưng tường, có thể lấy ở chỗ lớn hơn một lần độ cao tường (tổng độ cao đáy tường) xem là điểm gối bất động. Đối với biên theo chiều đáy tường, khi đáy tường đặt trên tầng đất cứng rắn thì tầng đất cứng rắn sẽ là biên bất động. Khi tầng đất trong phạm vi đáy tường vẫn là tương đối mềm yếu thì biên lấy ở chỗ dưới đáy tường lớn hơn (B - D)/ 2 (B là độ rộng hố móng, D là độ sâu cắm vào trong đất) xem là điểm gối bất động.
- Phân chia phần tử và lựa chọn phần tử : khi phân chia đơn nguyên phải tuân thủ các nguyên tắc sau: trên phần tử phân chia bắt buộc phải thể hiện chính xác trạng thái của đất và hình thức kết cấu xem là đối tượng nghiên cứu cũng như trình tự thi công .., ở vùng dự tính là tập trung ứng sẽ phải chia phần tử nhỏ và mịn hơn.
Xét đến tính liên tục và tính mềm của vật kết cấu và đất, phải quyết định số lượng phần tử cần thiết với mức độ nhỏ nhất.
Khi lựa chọn phần tử, có thể đem nên đất chia thành phần tử phẳng tám nút cùng tham số; thân tường vừa có thể chia thành phần tử phẳng tám nút cùng tham số lại cũng có thể chia thành phần tử dầm; chống hoặc neo được xem là phần tử thanh, do giữa thân tường và nền đất trong quá trình biến dạng sinh ra tác động nên giữa thân tường và nền đất có thể dùng phần tử tiếp xúc (còn gọi là phần Goodman) để mô phỏng.
LUẬN VĂN THẠC SĨ - 55 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY 1- Phần tử mặt tiếp xúc; 2- Phần tử thân tường; 3- Chống giữ
Hình 2.15 : Sơ đồ phân chia phần tử
Ưu điểm của phương pháp này không những có thể kể đến tác dụng tương hỗ giữa đất với tường trong đất mà còn có thể tìm được lượng trồi lên của hố móng, độ lún xuống của mặt đất và phạm vi của vùng dẻo cũng như quá trình phát triển trong đất, khi kết hợp với lý thuyết lưu biến của đất còn có thể tìm được hiệu ứng thời gian của các tham số.