CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY
C. TÍNH TOÁN THỰC HÀNH
II. THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG
4. CÁC CHỨC NĂNG SỬ DỤNG CỦA PHẦN MỀM PLAXIS CHO BÀI TOÁN THI CÔNG CÔNG TRÌNH
a. Khái quát mô hình hóa phần mềm Plaxis : Đường hình học - tiếp giáp giữa các tầng đất
: Plate (tấm) - Kết cấu mỏng có độ cứng chịu uốn và pháp hướng tương đối lớn, (dùng Line) được tạo bởi các PT dầm. Ví dụ: bản, tường, vỏ (hầm).
Thông số mô hình : EI và EA
: Hinges (Bản lề) và Rotation Springs (Lò so xoay) MH nối tiếp, xoay tự do (liên tục và không liên tục) tại giao điểm các PT dầm
- : Node-To-Node Anchors. Để MH neo, cột và thanh chống.
- Phần tử đàn dẻo
- Nối hai điểm hình học - Đặt ứng suất trước.
ƢD: anchor, column, rod
: Standard fixities (ngàm chuẩn) – mô hình chuyển vị bằng 0
- Ux = 0 khi những kết cấu theo phương đứng mà tọa độ x bằng giá trị thấp nhất hoặc cao nhất trong mô hình thu đƣợc 1 tính ngàm ngang
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 215
- Ux = Uy= 0 khi những kết cấu theo phương ngang mà tọa độ y bằng giá trị thấp nhất hoặc cao nhất trong mô hình thu đƣợc 1 tính ngàm đầy đủ
: Rotation Fixities (định vị xoay) - MH gắn độ tự do xoay của một tấm quanh trục z.
: thiết lập cơ sở dữ liệu của vật liệu
: tạo lưới các mô hình PTHH 2D - Hoàn toàn tạo lưới trong mô hình hình học - Lựa chọn làm mịn tổng thể và cục bộ lưới
b. Các mô hình đất nền sử dụng trong mô hình Plaxis Mô hình Morh – Coulomb
Trong mô hìnhMorh – Coulomb, đất được xem là vật liệu đàn hồi – dẻo lý tưởng (Elastic perfectly – plastic).Tức là xem đất chỉ làm việc trong giai đoạn đàn hồi với quan hệ giữa ứng suât và biến dạng là tuyến tính, quan hệ này tuân theo định luật Hooke. Khi trạng thái đất đã vƣợt ra giai đoạn làm việc đàn hồi này thì xem nhƣ đất bị phá hoại hoàn toàn, tức là biến dạng phát triển lớn đến vô cùng trong khi ứng suất không tăng
Quá trình làm việc của đất:
Trong giai đoạn ban đầu, độ lệch ứng suất q = 1- 3tương đối nhỏ, vật liệu đất làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
Khi q đạt đến trị số trạng thái giới hạn đàn hồi (TTGH), nghĩa là sức kháng của đất không đổi ' const, tuy nhiên biến dạng vẫn tiếp tục tăng. Đường quan hệ ứng suất – biến dạng trong mô hình Morh – Coulomb có hình dạng nhƣ sau:
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 216
Đường quan hệ ứng suất – biến dạng Morh – Coulomb
Theo tiêu chuẩn phá hoại Morh – Coulomb, các phương trình mặt giới hạn được biểu diễn:
1 2 3 2 3
1 1
* ' ' * ( ' ') * sin * cos 0
2 2
f c
2 3 1 3 1
1 1
* ' ' * ( ' ') * sin * cos 0
2 2
f c
3 1 2 1 2
1 1
* ' ' * ( ' ') * sin * cos 0
2 2
f c
Các hàm trên đƣợc thể hiện bằng hình nón sáu cạnh trong không gian ứng suất chính.
Các mặt bao phá hoại MC trong không gian ứng suất chính Trên mặt bao phá hoại, xác định đƣợc ba hàm thế năng dẻo:
1 2 3 2 3
1 1
* ' ' * ( ' ') * sin
2 2
g
2 3 1 3 1
1 1
* ' ' * ( ' ') * sin
2 2
g
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 217
3 1 2 1 2
1 1
* ' ' * ( ' ') * sin
2 2
g
Với : góc giãn nở của đất, thông số này đòi hỏi xác định biến dạng thể tích dẻo gia tăng (nhƣ thực tế quan sát thấy đối với đất chặt);
Với c > 0, tiêu chuẩn MC cho phép đất chịu kéo. Trong trường hợp này, xác định được các hàm dẻo:
4 1' t' 0
f
5 2' t' 0
f
6 3' t' 0
f
Với ’t= tension : ứng suất kéo cho phép
Các thông số của mô hình Morh – Coulomb
- Mô hình Mohr-Coulomb dùng năm thông số để mô phỏng. Đó là - Mô-đun đàn hồi E.
- Hệ số Poát-xông . - Góc ma-sát - Lực dính c.
- Góc nở Mô-đun đàn hồi E
Khi xác định mô-đun đàn hồi của đất, do đặc điểm của quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, cần chú ý đến các gia trị mô-đun đàn hồi sau.
E0: giá trị mô-đun đàn hồi ứng với độ dốc đầu tiên của đường cong quan hệ ứng suất biến dạng.
E50: giá trị mô-đun đàn hồi ứng với độ dốc đường thẳng đi qua điểm mà ứng suất lệch đạt 50% giá trị ứng suất lệch tối đa.
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 218
Đối với vật liệu có biến dạng đàn hồi lớn thì có thể dùng E0, tuy nhiên đối với đất thì E50 đƣợc sử dụng rộng rãi.
Hệ số Poát-xông
Hệ số Poát-xông đặc trƣng cho mối liên hệ giữa biến dạng dọc trục và biến dạng ngang của vật liệu khi chịu tải dọc trục. Đối với đất, tùy theo trạng thái làm việc mà có một giá trị
thích hợp.
Đất dưới tác dụng của tải trọng = 0,3 ÷ 0,4 Đất có xét đến việc chất tải / dở tải =0,15 ÷ 0,25 Đất bão hòa,đất không thoát nước = 0,49 ÷ 0,50 Góc nở (0)
Góc nở đƣợc xác định nhờ vào các thí ngiệm hộp cắt. Tuy nhiên, trong thực nghiệm, vì góc nở có ảnh hưởng không lớn lắm và chỉ xuất hiện ở đất cát và đất sét quá cố kêt, cho nên , để đơn giản, người ta đưa ra cách xác định góc nở như sau.: = – 300.
Đối với những loại đất có < 300, thì góc =0 Nhận xét:
Mô hình Morh – Coulomb có các ƣu điểm sau:
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 219
- Mô hình đơn giản và rõ ràng
- Phù hợp với các ứng xử của đất ở giai đoạn ban đầu - Phù hợp với các chương trình tính toán
- Các thông số hữu hạn và trực quan
- Có thể phân tích các bài toán đất chịu kéo Mô hình Morh – Coulomb có các khuyết điểm sau:
- Mô hình quan niệm đất là đồng nhất và đẳng hướng - Đất làm việc nhƣ vật liệu đàn hồi
- Không có sự phân biệt giữa gia tải ban đầu, dở tải và gia tải lại - Đất chịu kéo mãi mãi mà không có tải trọng cự hạn
- Ứng xử không thoát nước không đúng trong mọi trường hợp - Không xét đến các bài toán liên quan đến thời gian và độ cố kết Mô hình Haderning - Soil
Mô hình Haderning – Soil là mô hình đường đàn dẻo loại Hyperbolic được sử dụng để mô tả mối quan hệ phi tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng.Nó mô tả chính xác bản chất của đất hơn mô hình Morh – Columb vì nó xét đến ba loại độ cứng đầu vào khác nhau ,xác định dựa trên thí nghiệm nén 3 trục có thoát nước, thí nghiệm 1 trục,quá trình gia tải và dở tải .Mô hình đƣợc sử dụng cho nhiều loại vật liệu nhƣ cát,sỏi và lớp cố kết bên trên lớp sét
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 220
Các thông số của đất theo mô hình Haderning – Soil Mô hình này sử dụng sáu thông số chính đó là:
- 𝐸50𝑟𝑒𝑓: độ cứng thứ cấp trong thí nghiệm nén ba trục có thoát nước - 𝐸𝑜𝑒𝑑𝑟𝑒𝑓 : độ cƣ́ng thƣ́ cấp trong thí nghiệm nén một trục
- m : hệ số đất mềm = 1, cƣ́ng = 0,5 - φ :Góc ma-sát,
- c:Lực dính - ψ:Góc nở
Các thông số lực dính, góc ma sát, và góc nở đã đƣợc trình bày ở mô hình Mohr-Coulomb, mô hình Haderning – Soil giữ nguyên các thông số đầu vào này, chỉ có khác các hệ số sau Độ cứng thứ cấp trong thí nghiệm nén một trục𝑬𝒐𝒆𝒅𝒓𝒆𝒇 :
* ref ref oed
E p
Trong đó :
pref : ứng suất tham chiếu của độ cứng
*
(1 eo)
Độ cứng thứ cấp trong thí nghiệm nén ba trục có thoát nước 𝐸50𝑟𝑒𝑓 Hệ số đất :
Đất cứng m=0,5 Đất mềm m=1.0
Bên cạnh các thông số cơ bản, mô hình Haderning-Soil còn có các thông số nâng cao Độ cứng khi gia tải / dỡ tải :Eurref 3E50ref
Hệ số poisson khi gia tải/dỡ tải : vur = 2 Ko ở điều kiện cố kết bình thường :K0NC
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 221
Hệ số phá hoại Rf : f f
a
R q
q = 0.9 Cường độ chịu kéo :𝑜𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛=0
Số gia cường độ khang cắt của vật liệu theo chiều sâu : 𝐶𝑖𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 0 Nhận xét
Ƣu điểm mô hình Haderning-Soil
Định nghĩa độ cứng chính xác hơn so với mô hình Mohr-Coulomb Xem xét tính trương nở của đất
Hàm dẻo mở rộng do biến dạng dẻo Khuyết điểm mô hình Haderning-Soil Chi phí tính toán tăng
Các đặc tính đàn hồi ở mức biến dạng nhỏ Biến dạng dẻo khi dở tải
Mô hình Soft – Soil
Mặt biến dạng của mô hình SS trong mp(q, p’)
Mô hình Soft Soil đƣợc sử dụng để nhằm mô phỏng các loại đất yếu, có hệ số nén lớn.
Trong thực tế, các loại đất này thường là đất sét, đất bùn ở trạng thái cố kết bình thường bão hòa nước.
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 222
Mô hình Soft Soil dựa trên đồng thời cả hai mô hình Mohr-Coulomb và mô hình Cam-Clay.
Tuy nhiên, mô hình này có hiệu chỉnh so với các hai mô hình mà nó dựa vào.
Các thông số của đất theo mô hình Soft-Soil
Mô hình này sử dụng năm thông số chính đó là - λ*: chỉ số nén đã hiệu chỉnh.
- κ*: chỉ số nở đã hiệu chỉnh.
- c: lực dính (kN/m2) - φ: góc má sát (0).
- ψ: góc nở (0).
Bên cạnh đó, còn có ba thông số nâng cao.
- νur: hệ số Poát-xông đối với gia tải và chất tải - K : hệ số áp lực ngang của đất cố kết thường. nc0 - M: thông số quan hệ với K nc0
Các thông số lực dính, góc ma sát, và góc nở đã đƣợc trình bày ở mô hình Mohr-Coulomb, mô hình Soft Soil giữ nguyên các thông số đầu vào này, chỉ có khác các hệ số sau.
CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
Chỉ số nén hiệu chỉnh của đất * :đƣợc xác định trong giai đoạn nén sơ cấp;
*
2.3 1 Cc
e
Trong đó :
Cc :chỉ số nén của đất;
e : hệ số rỗng trung bình trong quá trình nén hoặc có thể lấy e = e1; Chỉ số nở hiệu chỉnh của đất *: đƣợc xác định trong giai đoạn dỡ tải;
* 2
2.3 1 Cr
e
Trong đó :
Cr hoặc Cs :chỉ số nở của đất;
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 223
e: hệ số rỗng trung bình trong quá trình nén hoặc có thể lấy e = e1;
*/ * = 37
CÁC THÔNG SỐ NÂNG CAO
Hệ số Poisson khi dở tải, gia tải lại, ur
ur = (0.1 ÷ 0.2)
ur = 0.15 '
1 '
ur xx
ur yy
Hệ số áp lực ngang trong đất cố kết thường; K0NC: K0NC = 1 - sin’
Thông số độ bền của đất phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất và đƣợc xác định bằng thí nghiệm nén ba trục CD; M:
2 nc
nc 0 ur
0
nc 2 nc nc
0 0 ur 0 ur
1-K 1-2ν λ*-1
1-K κ*
M 3 +
1+2K 1+2K 1-2ν λ*- 1-K 1+ν
κ*
=> M 3 – 2.8 K0 NC
Nhận xét
Mô hình Soft Soil mô phỏng sự làm việc của đất ở trạng thái cố kết thường và có hệ số nén lún lớn. Loại đất này thường là đất bão hòa, do đó sẽ có lực dính, vậy nên, nó sẽ chịu được một lực kéo nhất định. Điều này đã đƣợc kể đến trong sự mô phỏng sự làm việc của vật liệu.
Đường bao phá hoại của mô hình này có sử dụng tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb là rất phù hợp trong sự mô phỏng sự làm việc của đất cố kết thường. Đất quá cố kết sẽ có trạng thái ứng suất vƣợt qua giá trị giới hạn rồi sau đó mới trở về giá trị giới hạn này, còn đất cố kết thường thì trạng thái ứng suất chỉ lên đến giá trị giới hạn mà thôi.
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 224
Đường cong chảy dẻo trong mô hình Soft Soil gần giống với chảy dẻo thực tế của đất, chỉ khác là vì sử dụng đường tiêu chuẩn Mohr-Coulomb nên khi trạng thái ứng suất của đất vượt qua đường này thì không xảy ra sự tăng bền mà dẫn đến phá hoại tức thì. Tuy nhiên, điều này là thiên về an toàn nên là chấp nhận đƣợc.
Nhƣ đã trình bày ở trên, vì mục đích của mô hình Soft Soil là mô phỏng đất yếu cho nên nó chỉ thích hợp với các loại đất này. Các loại đất cát hoặc đất sét chặt thì không phù hợp nếu sử dụng mô hình này để mô phỏng.
GVHDKC: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN GVHDTC: THẦY NGUYỄN AN NINH
SVTH: NGUYỄN DUY LINH – LỚP: XD07A1 225