CẤU CHỊU ĐỘNG ĐẤT
4.3 KIỂM CHỨNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH
4.4.1 Ứng xử của hệ kết cấu – đất khi vận tốc sóng cắt V s thay đổi
Độ cứng của đất nền được đặc trưng bằng vận tốc sóng cắt Vs, khi vận tốc sóng cắt tăng thì độ cứng của đất nền cũng tăng. Vận tốc sóng cắt Vs =100m s (đối với bùn yếu), Vs =300m s (đối với cát chặt hay sét quá cố kết), Vs =600m s (đối với đất rất cứng hay đá). Để xem xét ứng xử động của kết cấu khi xét đến ảnh hưởng của SSI thì sẽ cho vận tốc sóng cắt Vs tăng dần, khi đó kết quả của bài toán sẽ hội tụ dần về kết quả khi xem liên kết ngàm.
Các đặc trưng của hệ kết cấu – đất
ắ Kết cấu: ζ =5%; N =5; mi =15(kN s m. 2 ); ki =36000(kN m)
3 ( ) hi = ×i m
ắ Múng trũn: mf =30(kN s m. 2 ); r=2( )m ; e=2( )m
ắ Đất nền: v=0.5; γ =20(kN m3); Vs =100 600ữ (m s) Ghi chú: Chuyển vị liên kết ngàm có đơn vị tính là cm.
Chuyển vị SSI so với móng (B): là chuyển vị của tầng thứ n so với móng ( ) NSSI
q B =q . Đơn vị tính là cm.
Chuyển vị SSI so với ban đầu (C): là tổng chuyển vị của tầng thứ n và chuyển vị của móng q C( )=qSSIN +q0+θhN. Đơn vị tính là cm.
Chuyển vị, vận tốc và gia tốc được xem xét ở tất cả phần sau là chuyển vị vận tốc và gia tốc của tầng trên cùng.
Ý nghĩa các số liệu ghi ở trong bảng từ 4.3 đến 4.10
Thời điểm qmax/min(A) qmax/min(B) qmax/min(C) Sai số
Liên kết ngàm (A) t1 A1 B1 C1
SSI so với móng (B) t2 A2 B2 C2 S2
SSI so với ban đầu (C) t3 A3 B3 C3 S3
• qmax/min(A) - Chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất của kết cấu ứng với trường hợp khi xem kết cấu liên kết ngàm.
• qmax/min(B) - Chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất của kết cấu ứng với trường hợp khi xét đến ảnh hưởng SSI so với móng.
• qmax/min(C) - Chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất của kết cấu ứng với trường hợp khi xét đến ảnh hưởng SSI so với vị trí ban đầu.
• t1, A1 - tương ứng là thời điểm xảy ra và giá trị chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất khi xem kết cấu liên kết ngàm; B1, C1 – giá trị chuyển vị tương ứng tại thời điểm t1 của kết cấu khi xét đến ảnh hưởng SSI so với móng và so với vị trí ban đầu.
• t2, B2 - tương ứng là thời điểm xảy ra và giá trị chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất khi xét ảnh hưởng SSI so với móng; A2, C2 – giá trị chuyển vị tương ứng tại thời điểm t2 của kết cấu khi xem kết cấu liên kết ngàm và khi xét đến ảnh hưởng SSI so với vị trí ban đầu.
• t3, C3 - tương ứng là thời điểm xảy ra và giá trị chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất khi xét ảnh hưởng SSI so với vị trí ban đầu; A3, B3 – giá trị chuyển vị tương ứng tại thời điểm t3 của kết cấu khi xem kết cấu liên kết ngàm và khi xét đến ảnh hưởng SSI so với móng.
• 2 2 1
1
B A 100%
S A
= − × - sai số chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất của kết cấu khi xét
ảnh hưởng SSI so với móng đối với khi xem kết cấu liên kết ngàm.
• 3 3 1
1
C A 100%
S A
= − × - sai số chuyển vị lớn nhất/nhỏ nhất của kết cấu khi xét
ảnh hưởng SSI so với vị trí ban đầu đối với khi xem kết cấu liên kết ngàm.
Thời điểm qmax(A) qmax(B) qmax(C) Sai số Thời điểm qmin(A) qmin(B) qmin(C) Sai số Liên kết ngàm (A) 2.74 5.30 -2.61 -5.36 2.50 -4.38 4.66 9.30 SSI so với móng (B) 2.48 -4.10 4.71 9.47 -11 2.18 -0.22 -5.22 -10.46 19 SSI so với ban đầu (C) 2.48 -4.10 4.71 9.47 79 2.18 -0.22 -5.54 -10.46 139
4.4.1.2 Chuyển vị hệ kết cấu - đất khi Vs =150m s
Bảng 4.4. So sánh chuyển vị max/min (cm) của tầng trên cùng khi Vs=150m/s
Thời điểm qmax(A) qmax(B) qmax(C) Sai số Thời điểm qmin(A) qmin(B) qmin(C) Sai số Liên kết ngàm (A) 2.74 5.30 -0.38 -0.37 2.50 -4.38 0.22 0.12 SSI so với móng (B) 2.36 3.45 6.42 9.30 21 2.12 -2.97 -5.66 -8.18 29 SSI so với ban đầu (C) 2.36 3.45 6.42 9.30 75 2.12 -2.97 -5.66 -8.18 87
Liên kết ngàm (A) 2.74 5.30 3.47 4.44 2.50 -4.38 -2.84 -3.64 SSI so với móng (B) 2.34 4.42 6.27 7.84 18 2.10 -3.48 -5.08 -6.35 16 SSI so với ban đầu (C) 2.34 4.42 6.27 7.84 48 2.10 -3.48 -5.08 -6.35 45
4.4.1.4 Chuyển vị hệ kết cấu - đất khi Vs =250m s
Bảng 4.6. So sánh chuyển vị max/min (cm) của tầng trên cùng khi Vs=250m/s
Thời điểm qmax(A) qmax(B) qmax(C) Sai số Thời điểm qmin(A) qmin(B) qmin(C) Sai số Liên kết ngàm (A) 2.47 5.30 4.78 5.59 2.50 -4.38 -3.82 -4.47 SSI so với móng (B) 2.32 4.99 5.95 6.91 12 2.08 -3.77 -4.69 -5.44 7 SSI so với ban đầu (C) 2.32 4.99 5.95 6.91 30 2.08 -3.77 -4.69 -5.44 24
Liên kết ngàm (A) 2.74 5.30 5.25 5.80 2.50 -4.38 -4.15 -4.64 SSI so với móng (B) 2.32 4.99 5.73 6.36 8 4.88 -2.97 -4.67 -5.20 7 SSI so với ban đầu (C) 2.32 4.99 5.73 6.36 20 4.88 -2.97 -4.67 -5.20 19
4.4.1.6 Chuyển vị hệ kết cấu - đất khi Vs =400m s
Bảng 4.8. So sánh chuyển vị max/min (cm) của tầng trên cùng khi Vs=400m/s
Thời điểm qmax(A) qmax(B) qmax(C) Sai số Thời điểm qmin(A) qmin(B) qmin(C) Sai số Liên kết ngàm (A) 2.74 5.30 5.39 5.73 2.50 -4.38 -4.34 -4.62 SSI so với móng (B) 2.32 4.99 5.43 5.77 2 2.52 -4.26 -4.48 -4.76 2 SSI so với ban đầu (C) 2.30 5.13 5.42 5.77 9 2.52 -4.26 -4.48 -4.76 9
Liên kết ngàm (A) 2.74 5.30 5.40 5.62 2.50 -4.38 -4.38 -4.56 SSI so với móng (B) 2.74 5.30 5.40 5.62 2 2.52 -4.26 -4.42 -4.60 1 SSI so với ban đầu (C) 2.74 5.30 5.40 5.62 6 2.52 -4.26 -4.42 -4.60 5
4.4.1.8 Chuyển vị hệ kết cấu - đất khi Vs =600m s
Bảng 4.10. So sánh chuyển vị max/min (cm) của tầng trên cùng khi Vs=600m/s
Thời điểm qmax(A) qmax(B) qmax(C) Sai số Thời điểm qmin(A) qmin(B) qmin(C) Sai số Liên kết ngàm (A) 2.74 5.30 5.38 5.54 2.50 -4.38 -4.39 -4.51 SSI so với móng (B) 2.74 5.30 5.38 5.54 2 2.50 -4.38 -4.39 -4.51 0 SSI so với ban đầu (C) 2.74 5.30 5.40 5.54 4 2.50 -4.38 -4.39 -4.51 3
chuyển vị kết cấu khi liên kết ngàm. Bảng giá trị xem phần phụ lục 2.
Chênh lệch chuyển vị của tầng trên cùng khi Vs thay đổi tại t = 2.74 giây
0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Vận tốc sóng cắt của đất Vs (m/s)
Chênh lệch chuyển vị (số lần)
Liên kết ngàm SSI so với móng SSI so với ban đầu
Hình 4.13. Chênh lệch chuyển vị của tầng trên cùng khi Vsthay đổi tại t = 2.74 giây
Chênh lệch chuyển vị của tầng trên cùng khi Vs thay đổi tại t = 2.50 giây
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Vận tốc sóng cắt của đất Vs (m/s)
Chênh lệch chuyển vị (số lần)
Liên kết ngàm SSI so với móng SSI so với ban đầu
Hình 4.14. Chênh lệch chuyển vị của tầng trên cùng khi Vsthay đổi tại t = 2.50 giây
4.4.1.10 Nhận xét
Nhìn vào đồ thị 4.5 đến 4.12 và bảng từ 4.3 đến 4.10 có thể rút ra một số nhận xét:
1) Khi xét ảnh hưởng của SSI thì nền đất sẽ không tuyệt đối cứng, do đó chuyển vị SSI sẽ lớn hơn chuyển vị khi xem kết cấu là ngàm. Khi Vs tăng lên (đất cứng dần lên) thì chuyển vị của hệ kết cấu - đất sẽ hội tụ dần (độ lớn và thời điểm xảy ra) về chuyển vị khi xem kết cấu liên kết ngàm (hình 4.13 và 4.14). Khi Vs rất lớn thì nền đất sẽ là tuyệt đối cứng và bài toán sẽ quay về trường hợp liên kết ngàm. Điều này có thể thấy bài toán có xét đến ảnh hưởng SSI có độ tin cậy cao.
2) Khi Vs tăng, những nơi mà chuyển vị lớn thì khi xét ảnh hưởng SSI sẽ hội tụ về liên kết ngàm nhanh hơn là những nơi có chuyển vị nhỏ vì những nơi có chuyển vị lớn sẽ chịu ảnh hưởng của độ cứng nền nhiều hơn.
3) Khi Vs ≤150m s đất nền lúc này được xem như là bùn yếu, chuyển vị của kết cấu chủ yếu là do chuyển vị của móng. Chuyển vị của kết cấu khi xét đến ảnh hưởng của SSI lớn hơn nhiều lần so với chuyển vị khi xem kết cấu liên kết cứng. Chuyển vị không tuân theo quy luật nào nên gọi là vùng
“nhiễu động”.
4) Khi Vs =400m s thì sai số giữa 2 chuyển vị lớn nhất và nhỏ nhất của kết cấu khi xét và không xét ảnh hưởng SSI là 9% (nhỏ) tuy nhiên đồ thị chuyển vị của 2 trường hợp này vẫn có sự sai lệch. Sở dĩ có hiện tượng này là vì nền đất lúc này cũng chưa đủ cứng.
5) Khi Vs =600m s thì cả 3 đồ thì gần trùng nhau, nhưng chuyển vị khi xét ảnh hưởng của SSI thì vẫn lớn hơn (5% và 3%) so với khi liên kết cứng.
Bởi vì, còn những thông số khác ảnh hưởng nên 2 lời giải chưa thể trung nhau.
Để xem xét ảnh hưởng của độ cứng nền đến vận tốc và gia tốc của kết cấu, 2 trường hợp Vs =100m s và Vs =600m s được chọn để so sánh.
Thời điểm qmax (A) qmax (B) Sai số giá trị max Thời điểm qmin (A) qmin (B) Sai số giá trị min Liên kết ngàm (A) 2.64 0.66 0.57 2.40 -0.80 0.28 Ảnh hưởng SSI (B) 2.30 0.03 0.57 -14 2.06 -0.02 -0.50 -38
4.4.1.12 Vận tốc hệ kết cấu - đất khi Vs =600m s
Bảng 4.12. Giá trị vận tốc max/min (m/s) của tầng trên cùng khi Vs=600m/s
Thời điểm qmax (A) qmax (B) Sai số giá trị max Thời điểm qmin (A) qmin (B) Sai số giá trị min Liên kết ngàm (A) 2.64 0.66 0.68 2.40 -0.80 -0.81
Ảnh hưởng SSI (B) 2.64 0.66 0.68 3 2.40 -0.80 -0.81 1
Liên kết ngàm (A) 2.48 10.82 0.01 2.74 -11.34 1.08 Ảnh hưởng SSI (B) 2.20 0.61 6.99 -35 2.40 -0.80 -5.05 -55
4.4.1.14 Gia tốc hệ kết cấu - đất khi Vs =600m s
Bảng 4.14. Giá trị gia tốc max/min (m/s2) của tầng trên cùng khi Vs=600m/s
Thời điểm qmax (A) qmax (B) Sai số giá trị max Thời điểm qmin (A) qmin (B) Sai số giá trị min Liên kết ngàm (A) 2.48 10.82 -0.30 2.74 -11.34 -11.31 Ảnh hưởng SSI (B) 2.48 -0.24 10.46 -3 2.74 -0.06 -11.31 0
tăng dần).