Thi công trên biển là công việc rất phức tạp, khó khăn nhất là việc đổ các khối gia cố bê tông và xử lý nền móng xung quanh khối gia cố, chất lƣợng công trình phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố này. Vậy để đánh giá đƣợc chất lƣợng công trình thì việc mô hình hoá các mô hình tính toán thiết kế ở các điều kiện biên phù hợp là rất cần thiết.
Dựa vào việc đánh giá chất lƣợng bê tông của đoàn khảo sát năm 2002 và dựa trên hồ sơ thiết kế tác giả thiết lập 3 mô hình sau khi gia cố cho tính toán thiết kế:
Mô hình đối với trƣờng hợp khối gia cố đạt Mac bêtông 200. Trong trƣờng hợp này để có thêm những nhận xét đối với tác động của nền đối với khối gia cố tác giả đƣa ra hai mô hình:
+ Mô hình nền cứng: với giả thiết khối gia cố và liên kết nền là cứng tức là khối gia cố đã đƣợc thiết kế và thi công sao cho đối với mọi tác động của môi trƣờng cực đại vẫn trong trạng thái đứng im, đây có thể coi là mô hình lý tƣởng (được gọi là mô hình thiết kế bêtông Mac200 nền cứng).
+ Mô hình nền yếu: mô hình với khối gia cố bêtông đạt Mac200, phần liên kết giữa khối gia cố và nền móng đƣợc chỉ định là liên kết đàn hồi (được gọi là mô hình thiết kế bêtông Mac200 nền yếu).
Mô hình đối với trƣờng hợp thi công không đạt hiệu quả: thực tế trong công tác thi công của các đơn vị thi công trên biển và cùng với những khảo sát trực quan (quay video của đoàn khảo sát Viện Cơ học năm 2002) cho thấy rằng chất lƣợng của khối gia cố không đạt đƣợc bêtông Mac200. Tác giả xét đến trƣờng hợp xấu nhất khi khối gia cố chỉ là một môi trƣờng rời rạc, điều này dẫn đến khối vữa chỉ có tính chất gia tải, không có liên kết bêtông cốt thép (được gọi là mô hình thiết kế vữa rời rạc).
Hình 2.8. Mô hình DKI/9 gia cố với khối gia cố là vữa rời rạc
2.2.2.1. Mô hình tính toán thiết kế công trình DKI/9 sau khi gia cố
a) Mô hình gia cố với khối gia cố là vữa rời rạc
Lấy cơ sở là mô hình phần tử hữu hạn DKI/9 chƣa gia cố đƣợc mô tả ở phần
2.2.1.1, đƣa vào 4 chân cột phần kết cấu khung phần gia cố đƣợc mô tả bằng 48 nút và 608 phần tử dầm (Hình 2.8) (kích thƣớc và các thông số hình học, đặc trƣng đƣợc lấy trong hồ sơ thiết kế và đƣợc mô tả chi tiết phần phụ lục công trình DKI/12). Tổng trọng lƣợng khối vữa đƣợc đƣa vào trong mỗi một khối gia cố tại mỗi chân cọc là 262.6T đƣợc quy đổi về khối lƣợng tập trung tại các nút mặt đáy của kết cấu phần gia cố. Giả thiết khối gia cố đã đƣợc tính toán đảm bảo không bị dịch chuyển theo các phƣơng dƣới tác động tải cực đại, do đó tại các vị trí nút ở mặt tiếp xúc giữa nền và khối gia cố đƣợc mô tả là cố định (ngàm chặt).
b) Mô hình gia cố khối bê tông đạt Mac200 trên nền cứng
Nhƣ mô hình vữa rời rạc, lấy cơ sở là mô hình phần tử hữu hạn DKI/9 chƣa gia cố đƣợc mô tả ở phần 2.2.1.1 ghép
thêm vào phần gia cố. Ở mô hình vữa rời rạc thì phần vữa chỉ đóng vai trò gia tải, còn trong mô tả của mô hình này khối gia cố đạt bêtông Mac200 (bêtông Mac200 tức là vật liệu với môdul đàn hồi E = 2.48e+10N/m2, khối lƣợng riêng = 2400.68kg/m3, hệ số poisson = 0.2), do đó phần gia cố đƣợc mô tả ở dạng phần tử khối (Hình 2.9), mỗi khối gia cố đƣợc chia thành 8 phần tử khối. Nhƣ vậy mô hình kết cấu đƣợc mô tả bằng mô hình phần tử hữu hạn gồm 164 nút, 104 phần tử khung không gian và 32 phần tử khối.
Giả thiết việc thiết kế khối gia cố đã đƣợc tính toán đảm bảo không bị dịch chuyển theo các phƣơng dƣớc tác động cực đại, ta đƣa các điều kiện biên là cố định (ngàm chặt) đối với các nút của phần
Hình 2.9. Mô hình DKI/9 gia cố với khối bê tông Mac200
tử khối (phần mô tả tại mặt tiếp xúc với nền).
c) Mô hình gia cố trên nền yếu
Giống nhƣ mô hình gia cố trên nền cứng, trong mô hình này giả thiết khối gia cố đạt bêtông Mac 200 (Hình 2.9). Tuy nhiên ở đây phần khối gia cố khi chịu tác động của tải trọng sẽ không còn đƣợc cố định nguyên nhƣ trƣớc nữa, ta thay thế điều kiện cố định tại mặt tiếp xúc của khối bêtông với nền bằng các liên kết đàn hồi, giá trị của các hệ số đàn hồi đƣợc xác định trên cơ sở thực nghiệm (cơ học đất đá và nền móng). Để phù hợp với mô hình phần tử hữu hạn cho tính toán kết cấu ta mô tả liên kết đàn hồi là các phần tử lò xo gồm 6 thành phần theo các phƣơng dịch chuyển với độ cứng kii = 1e+7 (i = 1,6).
2.2.2.2. Mô hình tính toán thiết kế công trình DKI/12 sau khi gia cố
a) Mô hình gia cố vữa rời rạc Từ mô hình phần tử hữu hạn DKI/12 trƣớc khi gia cố đƣợc thiết lập ở phần 2.2.1.2, gắn vào mỗi phần cọc một kết cấu phụ đƣợc mô tả bằng 44 phần tử thanh không gian với các kích thƣớc và đặc trƣng hình học đƣợc lấy từ hồ sơ hoàn công và hồ sơ thiết kế (mô tả chi tiết trong phần phụ lục công trình DKI/12), mỗi một kết cấu phụ gồm hai khối gia cố, mỗi khối gia cố có tổng trọng lƣợng là 60.3T đƣợc xem là môi trƣờng rời rạc, vì vậy nó đƣợc quy đổi thành khối lƣợng tập trung tại nút (Hình 2.10). Nhƣ vậy mô hình kết cấu đƣợc mô tả bằng mô hình phần tử
Hình 2.10. Mô hình DKI/12 sau khi gia cố với khối gia cố là vữa rời rạc
hữu hạn bao gồm 178 nút và 350 phần tử khung không gian.
Trong phần tính toán cho mô hình này các khối gia cố cũng đƣợc tính toán đảm bảo không bị chuyển dịch theo các phƣơng dƣới tác động cực đại. Điều này cho phép mô tả tại phần liên kết giữa phần tử gia cố của kết cấu phụ đƣợc cố định tại mặt tiếp xúc với nền.
b) Mô hình gia cố bê tông Mac200 nền cứng
Mô hình hoàn toàn nhƣ đối với mô hình gia cố là vữa rời rạc, tuy nhiên trong mô hình này thì khối gia cố đạt bêtông Mac200, do vậy phần trọng lƣợng của khối gia cố không quy đổi về nút nhƣ đối với mô hình vữa rời rạc mà đƣợc mô tả là các phần tử khối (Hình 2.11). Nhƣ vậy mô hình kết cấu đƣợc mô tả bằng mô hình phần tử hữu hạn bao gồm 402 nút, 350 phần tử khung không gian và 64 phần tử khối. Giả thiết khối gia cố đã đƣợc tính toán đảm bảo không bị dịch chuyển theo các phƣơng dƣớc tác động cực đại, do đó cho
phép mô tả phần liên kết của các phần tử khối này với nền đƣợc cố định (ngàm chặt).
c) Mô hình gia cố trên nền yếu
Mô hình giống với mô hình gia cố trên nền cứng, tuy nhiên ở đây phần khối gia cố phụ chịu tác động của tải trọng, ta thay thế điều kiện cố định tại mặt tiếp xúc của khối bêtông với nền bằng các liên kết đàn hồi, giá trị của các hệ số đàn hồi đƣợc xác định trên cơ sở thực nghiệm (cơ học đất đá và nền móng). Để phù hợp với mô hình phần tử hữu hạn cho tính toán kết cấu ta mô tả liên kết đàn hồi là các phần tử lò xo gồm 6 thành phần theo các phƣơng dịch
Hình 2.11. Mô hình DKI/12 sau khi gia cố với khối bêtông Mac200
chuyển với độ cứng kjj = 1e+7 (j = 1,…,6).
Với các mô hình tính toán thiết kế bằng phương pháp phần tử hữu hạn được thiết lập ở trên và ứng dụng phần mềm SAP2000 trong việc phân tích tính