Mặc định, khi định nghĩa đường biên của mô hình ban đầu, các thuộc tính của vật liệu đầu tiên trong hộp thoại Define Material Properties sẽ tự động được gán đến tất cả vùng của mô hình. Dù vậy, sẽ cần thiết cho người dùng để:
• Gán các thuộc tính vật liệu mong muốn đến những vùng vật liệu khác nhau của mô hình.
• Gán dãy các giai đoạn của các vùng đào. Có 2 cách gán thuộc tính vật liệu và vùng đào:
1. Assign Properties dialog/ hộp thoại gán thuộc tính – dùng để gán thuộc tính vật liệu và trạng thái của vùng đào.
2. Right-click shortcut/chuột phải – nếu kích chuột phải vào vùng vật liệu ta có thể gán các thuộc tính cho vùng vật liệu đó, menu tại chỗ sẽ cung cấp nhanh chức năng gán thuộc tính vật liệu và vùng đào.
Chú ý: chỉ có thể gán thuộc tính vật liệu sau khi đã có lưới phần tử, không giống như phiên bản 6 của Phase 2 có thể gán trước khi chia lưới.
Gán các thuộc tính vật liệu:
Để gán các thuộc tính vật liệu với hộp thoại Assign Properties:
1. Chọn Assign Properties từ thanh công cụ hoặc menu Properties.
2. Chọn chính xác vật liệu cần gán trong danh sách vật liệu của hộp thoại Assign Properties.
3. Nếu mô hình nhiều giai đoạn thì thường nên gán ở thời đoạn đầu tiên, do đó cần chọn Stage 1 sau đó tiến hành gán vật liệu.
5. Trỏ chuột vào trong một vùng vật liệu và kích chuột trái. Khi đó các phần tử hữu hạn sẽ đổi màu thành màu của vật liệu được gán.
6. Để gán cùng loại vật liệu đã chọn ở một vùng khác thì tiếp tục kích chuột như bước trên.
7. Tương tự, tiến hành gán cho các lớp vật liệu còn lại.
8. Sau khi gán xong, nhấn phím Esc hoặc kích chọn dấu X trên hộp thoại gán vật liệu.
Chú ý: một vùng vật liệu là vùng kín được định nghĩa bởi giao của vài đường biên của mô hình. Nếu vùng đó không kín ta sẽ phát hiện ra khi gán vật liệu. Nếu thế ta cần chỉnh sửa lại biên và chia lại lưới phần tử.
Gán vùng đào:
Để gán vùng đào với hộp thoại Assign Properties:
1. Trong hộp thoại Assign Properties chắc chắn vật liệu được chọn trong danh sách xổ xuống ở trên cùng của hộp thoại.
2. Chọn nút Excavate trong hộp thoại.
3. Để ý rằng Stage đang hiện ra là Stage ta muốn đào.
4. Kích chuột trong vùng muốn đào. Màu của vật liệu và phần tử sẽ bị xóa để hiển thị vùng đào.
5. Lặp lại bước 3 và 4 để đào một loạt các vùng cần đào.
Right-Click Shortcut
Để gán thuộc tính vật liệu và vùng đào sử dụng chuột phải máy tính: 1. Chọn thời đoạn cần thao tác.
2. Kích chuột phải lên vùng vật liệu của mô hình.
3. Menu tại chỗ hiện ra trong đó có menu con Assign Material. Ta có thể:
o Đào vùng ta kích chuột phải vào bằng cách chọn tùy chọn Excavate.
o Gán loại vật liệu cho vùng ta đã chọn từ danh sách vật liệu.
4. Nếu vật liệu cần gán không có trong menu con, ta có thể chọn More Properties từ menu con. Khi đó sẽ hiển thị hộp thoại Assign Properties dialog chứa những vật liệu đã có sẵn để ta có thể chọn.
Chương 13 : VÍ DỤ VỀ BÀI TOÁN TÍNH CHUYỂN VI 13.1. Bài toán:
Tính toán kiểm tra lún tại Cửa nhận nước (Đường ống áp lực) của công trình Thuỷ điện Đá Đen. 159,50 MNmax=159,05 MN min=157,15 154,00 136,50 137,00 152,10 152,90 157,50 156,40
Sơ đồ tính toán lún tại cửa nhận nước.
13.2. Số liệu phục vụ tính toán:
- MN lớn nhất tại CNN : 159,10 m - MN bình thường tại CNN : 158,60 m - MN thấp nhất tại CNN : 157,15 m - Cấp công trình : cấp III
Bảng 1: Chỉ tiêu tính toán của địa chất nền công trình tính toán:
Tính chất của đất Đơn vị edQ IA1 Loại đấtIA2 IB IIA
Dung trọng (γtn/γbh) T/m3 1,93/1,96 1,9/2,0 2,45 2,7 2,69 Góc ma sát trong (ϕtn/ϕbh) độ 19/16 17/16 21,8 30,96 40,4 Cường độ kháng cắt (Ctn/Cbh) T/m2 0,024/0,022 0,027/0,023 0,03 0,1 0,35 Môđun biến dạng (đàn hồi) (Etn/Ebh) T/m2 6,4x10-7 6,2x10-7 1,95x10-6 1,3x10-6 1,04x10-6
Chỉ tiêu tính toán của BTCT M20:
- Trọng lượng riêng của bê tông γbt = 2,5 T/m3
- Môđun đàn hồi E = 2350000 T/m2
- Cường độ tính toán của bê tông M20 Rb = 1350 T/m2
13.3. Trường hợp tính toán:
Trường hợp tính toán là trường hợp cửa nhận nước làm việc bình thường, cửa van mở hoàn toàn. MNDBT = 158,60m.
Tải trọng tính toán gồm:
- Trọng lượng bản thân Cửa nhận nước và mố néo N1. - Trọng lượng các thiết bị vận hành van và cửa van. - Trọng lượng nước đè lên bản đáy và nước trong ống.
13.4. Chương trình tính toán:
Chương trình sử dụng để tính toán lún tại Cửa nhận nước là Chương trình Phase 2.
13.5. Hướng dẫn tính toán:
Khởi động chương trình Phase 2. Giao diện chương trình sau khi khởi động như hình dưới đây:
Thiết lập chung cho bài toán
Vào menu Analysis→Project settings (hoặc Ctrl + J), xuất hiện hộp thoại:
- Chọn đơn vị tính tại dòng Units là Metric, stress as tones/m2.
- Chuyển sang Tab Stages, điều chỉnh thành 3 tại ô Number of Stages hoặc gõ trực tiếp vào. Vậy bài toán ta gồm 3 thời đoạn tính toán.
- Các Tab còn lại của hộp thoại ta để mặc định của chương trình.
Nhập mô hình tính toán từ file .DXF
Vào menu File → Import → Import DXF...xuất hiện hộp thoại DXF Option, kích chọn 3 thuộc tính cần nhập vào là Excavations, External Boundary và Materials như hình dưới đây, sau đó nhấn nút Import.
Chia lưới phần tử
Vào menu Mesh → Mesh setup (hoặc kích vào biểu tượng trên thanh công cụ). Xuất hiện hộp thoại Mesh setup:
- Chọn Uniform tại mục Mesh type.
- Chọn 3 noded triangle tại mục Element type.
- Nhập 120 vào ô Approximate number of mesh elements. - Kích chọn nút Discretize tiến hành chia biên mô hình. - Kích chọn nút Mesh để chia lưới phần tử. Chọn OK - Kết quả sau khi chia lưới phần tử như hình sau:
Thiết lập điều kiện biên
Vì bề mặt của mô hình ở đây xem là tự do, do đó ta tiến hành gán cho bề mặt dạng liên kết là Free.
- Vào menu Displacements→Free, con trỏ chuột chuyển sang hình vuông cho phép chọn các biên cần gán liên kết. Kích chuột phải để đảm bảo rằng tuỳ chọn Pick by
Segments được chọn, bắt đầu chọn các biên cần gán (có thể quét vùng cửa sổ để chọn nhiều đoạn biên cùng lúc).
- Chọn xong, kích chuột phải chọn Done selection. - Mô hình lúc bấy giờ sẽ thế này:
Tương tự thao tác trên tiến hành chỉnh sửa liên kết cho 2 biên trái và phải của mô hình thành dạng liên kết chỉ cho phép chuyển vị theo phương đứng Restrain X.
- Vào menu Displacements → Restrain X
- Con trở chuột chuyển sang dạng hình vuông, chọn hai biên cần thay đổi liên kết. - Chọn xong, kích chuột phải chọn Done selection
Khai báo trường ứng suất
- Vào menu Loading → Field stress.
- Xuất hiện hộp thoại Field stress properties.
- Tại ô Field stress type, chọn Gravity và chọn ô Use actual ground surface, khai báo cho chương trình biết mặt đất tự nhiên của mô hình là cao trình thật.
- Chọn ok.
Khai báo các thuộc tính của vật liệu
Vào menu Properties → define materials, xuất hiện hộp thoại:
Khai báo vật liệu như sau:
Khai báo lớp đầu tiên là bê tông cốt thép M20
- Gõ BTCT M20 vào ô name thể hiện tên lớp vật liệu là bê tông cốt thép. - Nhập 2,5 vào ô Unit weight
- Nhập 2350000 vào ô Young’s moduls - Nhập 0,15 vào ô Poisson’s ratio - Nhập 75 vào ô Tensile strength - Nhập 45 vào ô Fric. Angle
- Nhập 75 vào ô Cohension
Khai báo lớp vật liệu thứ 2 bằng cách kích chuột chọn sang tab thứ 2. Tiến hành nhập tên vật liệu và các giá trị như hình dưới đây:
Nhập xong, chuyển sang tab thứ 3 để định nghĩa lớp vật liệu tiếp theo là IA2, nhập tên và các giá trị như hình dưới đây:
Cuối cùng là khai báo lớp IIA theo hình sau:
Xong việc khai báo vật liệu, chọn OK để kết thúc.
Gán vật liệu và gán vùng đào cho mô hình
Vào menu Properties → Assign properties. Xuất hiện hộp thoại gồm danh sách các lớp vật liệu như hình dưới đây, vật liệu mà ta đã định nghĩa ở phần trên. Tiến hành gán vật liệu theo trình tự sau:
- Chọn lớp vật liệu từ hộp thoại, di chuyển chuột đến vùng vật liệu cần gán, kích chọn vùng đó, vật liệu sẽ được gán và màu vật liệu của mô hình sẽ thay đổi như màu trong danh sách vật liệu đã định nghĩa.
- Cứ như thế, ta gán thuộc tính vật liệu cho tất cả các lớp trong mô hình.
- Giờ ta sẽ gán vùng đào cho mô hình bằng cách chọn Excavate trong hộp thoại Assign properties, di chuyển chuột và kích chọn vùng ta muốn đào. Xong, ta nhấn phím Escape để kết thúc quá trình gán vật liệu. Lúc này mô hình của ta như sau:
Vì mô hình của ta gồm 3 thời đoạn, ở thời đoạn 1 ta thể hiện quá trình đào như hình trên, giờ ta chọn sang tab stage 2 để chọn thời đoạn thứ 2. Gán vật liệu BTCT M20 cho vùng đào đã nói ở thời đoạn 1 nhằm mô phỏng quá trình đổ bê tông giếng cọc và cửa nhận nước.
Cách tiến hành như sau:
- Chọn stage 2, vào menu Properties → assign properties - Xuất hiện hộp thoại chứa danh sách các lớp vật liệu.
- Chọn lớp vật liệu BTCT M20, di chuyển chuột và kích chọn vùng đào ở thời đoạn 1, là vùng trắng như hình ở trên.
Bây giờ, kích chuột chọn sang stage 3 để tiến hành chất tải lên công trình. Giá trị của tải trọng do ta tính toán và nhập vào mô hình.
- Chọn menu Loading → Distributed loads → Add Uniform load (lực phân bố đều) - Xuất hiện hộp thoại Add distribute load
- Nhập vào các thông số như hình dưới đây, xong chọn Ok.
- Chọn các đường biên cần chất tải đã khai báo trong hộp thoại ở trên. - Chọn xong, kích chuột phải chọn Done selection.
- Kết quả sau khi khai báo tải trọng như sau:
Tương tự các bước như trên, tiến hành chất tải lên đường biên còn lại với giá trị lực phân bố là 7,5 như hình dưới đây:
Các bước cơ bản đã xong, thực hiện thao tác lưu bài toán lại với menu File → Save, chọn nơi cần lưu, đặt tên cho file tính toán, sau đó OK.
Chạy chương trình để tiến hành tính toán
Vào menu Analysis → Compute, hoặc chọn biểu tượng trên thanh công cụ. Chương trình sẽ tự động tính toán, và sau khi tính toán xong sẽ hiển thị kết quả tính dạng mô hình ở trình hiển thị kết quả Interpret.
13.6. Hiển thị kết quả tính:
Có nhiều lựa chọn hiển thị kết quả từ danh sách có trong chương trình như: - Ứng suất chính sigma 1, 3 và sigma z
- Các chuyển vị theo các phương x, y và tổng chuyển vị. - Biến dạng phẳng.
- Hệ số cường độ. - Ứng suất hiệu quả…
Trường hợp bài toán này, ta quan tâm đến chuyển vị để kiểm tra lún của công trình nên ta chọn hiển thị tổng chuyển vị Total displacement. Như hình dưới đây:
Sơ đồ và vị trí kiểm tra chuyển vị của công trình như hình dưới đây:
13.7. Kết quả tính toán chuyển vị:
Kết quả tính toán chuyển vị của công trình tại các vị trí được thể hiện ở bảng sau:
Phương án Tổng chuyển vị (cm)
Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 4 Đáy cọc 1 Đáy cọc 2 Đáy cọc 3 Cọc chống 0,06 0,052 0,048 0,016 0,00 0,00 0,00
Trên đây chỉ trình bày sơ lược các bước tiến hành giải một bài toán bằng chương trình Phase 2 và hiển thị kết quả chuyển vị của công trình để kiểm tra lún. Tùy từng công trình cụ thể mà ta quan tâm đến kết quả là gì. Để hiểu hơn về cách sử dụng chương trình, xem phần hướng dẫn chi tiết đã trình bày ở các chương từ Chương 1 đến chương 12.
Chương 14 : TÍNH TOÁN CHỐNG ĐỠ TẠM HẦM DẪN NƯỚC TĐ KRÔNG NÔ 2 - MẶT CẮT TẠI LÝ TRÌNH 1+214 14.1. Bài toán:
IIB để đưa ra biện pháp gia cố hợp lý cho mặt cắt tính toán. 14.2. Số liệu phục vụ tính toán: - Cao độ mặt đất tự nhiên : 802,24 m - Cao độ tim hầm : 594,04 m - Tỉ số ứng suất k : 0,96 - Cấp công trình : cấp III
Chỉ tiêu cơ lý của đá nền theo tiêu chuẩn Hoek – Brown cho ở bảng sau:
Đới Trọng lượng riêng g/cm3 Khối đá Độ bền nén 1 trục σi (MPa)
GSI mi D Mô đun biến
dạng (MPa) Hệ số poisson IIA 2,62 55 50 30 *0,4/0 *7000/12542 0,25 IIB 2,62 65 57 30 *0,2/0 *10000/17450 0,22 Ghi chú:
* Tử số: trong vùng ảnh hưởng nổ mìn/mẫu số: ngoài vùng ảnh hưởng nổ mìn. mi: hằng số vật liệu của khối đá.
GSI: Chỉ số độ bền địa chất.
D: hệ số ảnh hưởng kể đến ảnh hưởng của chấn động.
14.3. Trường hợp tính toán:
Trường hợp tính toán là trường hợp thi công đào hầm, bỏ qua áp lực nước ngầm bên ngoài do hầm lúc này có vai trò như là hầm thu nước. Chỉ kể đến áp lực đất đá, và giả thiết vùng ảnh hưởng của nổ mìn là 3m kể từ biên đào hầm.
14.4. Hướng dẫn tính toán:
Khởi động chương trình Phase 2. Giao diện chương trình sau khi khởi động như hình dưới đây:
Thiết lập chung cho bài toán
Vào menu Analysis→Project settings (hoặc Ctrl + J), xuất hiện hộp thoại:
Hộp thoại Project settings
- Chọn đơn vị tính tại dòng Units là Metric, ứng suất tính theo MPa.
- Chuyển sang Tab Stages, điều chỉnh thành 2 tại ô Number of Stages hoặc gõ trực tiếp vào. Vậy bài toán ta gồm 2 thời đoạn tính toán (trước và sau khi đào hầm).
- Các Tab còn lại của hộp thoại ta để mặc định của chương trình.
Nhập mô hình tính toán từ file .DXF
Vào menu File → Import → Import DXF...xuất hiện hộp thoại DXF Option, kích chọn 3 thuộc tính cần nhập vào là vùng đào (Excavations), biên ngoài (External Boundary) và biên vật liệu (Materials) như hình dưới đây, sau đó nhấn nút Import.
Chia lưới phần tử
Vào menu Mesh → Mesh setup (hoặc kích vào biểu tượng trên thanh công cụ). Xuất hiện hộp thoại Mesh setup, nhập vào các thông số như hình sau:
- Kích chọn nút Discretize tiến hành chia biên mô hình. - Kích chọn nút Mesh để chia lưới phần tử. Chọn OK - Kết quả sau khi chia lưới phần tử như hình sau:
Thiết lập điều kiện biên
Vì mô hình tính toán là mặt cắt hầm nằm sâu trong lòng đá IIB, không thể hiện mặt đất tự nhiên thật mà chỉ thể hiện mô hình tính trong phạm vi 3 lần đường kính hầm. Do đó các điều kiện biên của bài toán là mặc định như hình trên.
Khai báo trường ứng suất
- Vào menu Loading → Field stress.
- Chọn Gravity tại mục Field stress type. - Nhập cao trình mặt đất tự nhiên 802,24m - Nhập trọng lượng riêng của đá IIB: 0,0262 - Nhập tỉ số ứng suất K: 0,96
- Chọn ok.
Khai báo các thuộc tính của vật liệu
- Vào menu Properties → define materials, xuất hiện hộp thoại: