Tính toán công trình tương tác với đất nền bằng phần mềm plaxis

 Nền móng công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp: móng đơn, móng băng, móng bè, móng cọc, hố đào sâu,tường chắn, sườn dốc, công trình trên đất yếu có xử lí gia tải trước, đệm cát,

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

KHOA XÂY DỰNG

GV ĐÀO NGUYÊN VŨ

TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH TƯƠNG TÁC VỚI NỀN ĐẤT BẰNG

PHẦN MỀM PLAXIS

Trang 2

 Nền móng công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp: móng đơn, móng băng, móng bè, móng cọc, hố đào sâu,

tường chắn, sườn dốc, công trình trên đất yếu có xử lí (gia tải trước, đệm cát, cọc cát, giếng cát gia tải, bấc thấm kết hợp gia tải, vải địa kỹ thuật…v.v), … v.v;

 Nền móng công trình cầu đường: hầm bê tông cốt thép, nền đường, nền san lấp, mố trụ cầu, …v.v;

 Nền móng công trình cảng, biển: bờ kè, móng cọc đài cao, móng cọc chịu tải trọng ngang, …v.v;

 Nền móng công trình thủy lợi: đập bê tông cốt thép, hồ chứa, đập đất, …v.v;

 Nền móng các công trình đặc biệt;

1 NỘI DUNG MÔN HỌC

Trang 3

 R.B.J Brinkgreve et al.: PLAXIS - Finite Element Code for Soil and Rock Analyses A.A BALKEMA/ ROTT/ BROOKFIELD The Netherlands, 2002 (Hướng dẫn sử dụng

Trang 4

2 TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Châu Ngọc Ẩn CƠ HỌC ĐẤT Nhà xuất bản Đại Học

Trang 5

3.1 CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH

3.2 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH

Gồm có 4 modules:

 Plaxis Input (Môđun nhập dữ liệu vào)

 Plaxis Caculations (Môđun tính toán)

 Plaxis Output (Môđun biểu diễn kết quả tính toán)

 Plaxis Curves (Môđun biểu diễn mối quan hệ ứng suất và biến dạng)

3 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS

Trang 6

3.3 MỘT SỐ LỖI THƯỜNG GẶP

Tạo Spacing Grid quá mịn;

 Nhập các giá trị zero cho lực dính, c  0;

 Nhập chênh lệch hệ số thấm, k giữa các lớp đất ( < 10 -6 ).

3 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS

Trang 7

4 ĐẶC TÍNH HỮU HIỆU CỦA PLAXIS

 Mô phỏng bài toán theo quá trình thi công (Staged Construction);

 Tính toán theo thời gian (cố kết - consolidation);

 Tính toán dòng thấm;

 Tính hệ số ổn định FS bằng Phi - c Reduction.

Trang 8

 Ứng xử của đất có thể mô phỏng ở các mức độ chính xác khác nhau bằng cách ứng dụng các mô hình đất nền với mức

độ phức tạp khác nhau;

 Đất nền được giả định là bảo hoà và đẳng hướng;

 Mực nước ngầm ở trạng thái ổn định;

 Một số mô hình:

• Mô hình Mohr – Coulomb (MC)

• Mô hình Hardening – Soil (HS)

• Mô hình Soft - Soil (SS)

• Mô hình Soft – Soil – Creep (SSC)

5 CÁC MÔ HÌNH ĐẤT

Trang 9

 Mô hình này thường dùng để tính toán các ứng xử ở giai đoạn đầu của đất;

 Trong mô hình này, đất được xem là vật liệu đàn hồi –

dẻo lý tưởng (Elastic perfectly – plastic);

 Quá trình làm việc của đất:

• Trong giai đoạn ban đầu, độ lệch ứng suất q =  1 -  3 còn nhỏ, vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi;

• Khi q đạt đến một trị số nào đó (TTGH đàn hồi), sức

kháng của đất, ’ = const, biến dạng,  vẫn tiếp tục;

5.1 MÔ HÌNH MOHR - COULOMB

Trang 10

Hình 5.1 Quan hệ ứng suất, biến dạng dọc trục

Trang 11

 Theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb, các phương trình mặt giới hạn được biểu diễn:

 Các hàm trên được thể hiện bằng hình nón sáu cạnh trong không gian ứng suất chính;

0 cos

* sin

* ) ' '

(

* 2

1 '

'

* 2

1

3 2

1         c  

f

0 cos

* sin

* ) ' '

(

* 2

1 '

'

* 2

1

1 3

2         c  

f

0 cos

* sin

* ) ' '

(

* 2

1 '

'

* 2

1

2 1

f

Trang 12

Hình 5.2 Các mặt bao phá hoại MC trong không gian ứng suất chính

Trang 13

 Trên mặt bao phá hoại, xác định được ba hàm thế năng dẻo:

Với : góc giãn nở của đất, thông số này đòi hỏi xác định

biến dạng thể tích dẻo gia tăng (như thực tế quan sát thấy đối với đất chặt);

'

* 2

1

3 2

'

* 2

1

1 3

'

* 2

1

2 1

g

Trang 14

 Với c > 0, tiêu chuẩn MC cho phép đất chịu kéo Trong trường hợp này, xác định được các hàm dẻo:

Với ’ t= tension : ứng suất kéo cho phép

0 ' '

1

0 ' '

2

0 ' '

3

Trang 16

• E 0 : module biến dạng dùng cho sét cố kết trước và đá ;

• E 50 : module biến dạng dùng cho sét cố kết thường và

cát ;

 Tỷ số tiền cố kết OCR (Over Consolidation Ratio)

OCR = ’ p / ’ v0

’ p : ứng suất tiền cố kết;

’ v0 : ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất;

Trang 17

Hình 5.4 Đường cong e-log của thí nghiệm nén cố kết

Trang 18

Hình 5.5 Xác định ứng suất tiền cố kết ’

Trang 19

 E oed (oedometer): module biến dạng

E G

K

Trang 20

Hình 5.4 Xác định E ref qua thí nghiệm nén cố kết

Trang 21

• K 0 : hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh của đất NC;

Đất rời, theo Jaky: K 0 = 1 – sin’

Đối với đất dính hoặc đất loại sét thường, theo Alpan:

Trang 22

5.1.2 CÁC THÔNG SỐ NÂNG CAO

 E increment : số gia module biến dạng theo chiều sâu

(kN/m 2 /m);

 y ref: độ sâu bắt đầu xuất hiện lớp vật liệu (m);

 Module actual ở độ sâu y

E actual = E ref + (y ref - y) E increment (y < y ref)

 R inter : hệ số giảm cường độ tại bề mặt tiếp xúc

C inter = R inter C soil

tan inter = R inter tan soil

Trang 23

Trang 24

Sự tương tác giữa R inter

Cát – bê tông 0.8 ÷ 1 Sét – bê tông 0.7 ÷ 1 Đất – vải địa kỹ thuật 0.5 ÷ 0.9 Đất – lưới địa kỹ thuật 1

Bảng 5.1 Hệ số R inter

Trang 25

5.2.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN

 Đây là dạng mô hình Cam – Clay (Cambridge Clay);

 Hiểu biết tốt về điều kiện chịu nén ban đầu của đất;

 Độ cứng phụ thuộc vào ứng suất (ứng xử nén lún theo quan hệ logarit);

 Phân biệt giữa sự gia tải ban đầu, dở tải và gia tải lại;

 Ghi nhớ lại ứng suất tiền cố kết, ’ p (p p – preconsolidation stress);

 Ứng xử phá hoại theo mô hình Mohr – Coulomb;

5.2 MÔ HÌNH SOFT – SOIL (CAM – CLAY)

Trang 26

5.2.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

index), được xác định trong giai đoạn nén sơ cấp;

C c (compression index): chỉ số nén của đất;

e: hệ số rỗng trung bình trong quá trình nén hoặc có thể lấy e = e 1 ;

*



Trang 27

1



lnp'p

p o

'(

*3

Trang 28

Hình 5.2.2 Đặc tính nén lại và nén nguyên thuỷ

1 2

2 1

C

Trang 29

index), được xác định trong giai đoạn dỡ tải;

C r hoặc C s (swelling index): chỉ số nở của đất;

e: hệ số rỗng trung bình trong quá trình nén hoặc có thể lấy e = e 1 ;

2

*



Trang 30

 Lực dính c’ (cohesion);

 Góc ma sát trong ’ (friction angle) ;

 Góc giãn nở  (dilatancy angle) ;

 Hệ số Poisson khi dở tải, gia tải lại,  ur (poisson’ s ratio for unloading – reloading)

Trang 31

Hình 5.2.3 Xác định  từ quá trình gia tải – dỡ tải

0 ' '

xx p

'

0 '

0 ' 0

' 0

0 ' '

0

Trang 32

 K 0 NC : hệ số áp lực ngang trong đất cố kết thường;

K 0 NC = 1 - sin’

 M: Thông số độ bền của đất phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất và được xác định bằng thí nghiệm nén ba trục CD;

M  3 – 2.8 K 0 NC

2 2

Trang 33

5.2 MƠ HÌNH SOFT – SOIL (CAM – CLAY)

Mặt giới hạn dẻo

1 M

Trang 34

 Có mặt dẻo không cố định trong không gian ứng suất chính;

 Mô hình này được chia thành hai loại:

• Shear hardening: dùng để mô hình hoá biến dạng không hồi phục do gia tải lệch ban đầu;

• Compression hardening: dùng để mô hình hoá biến dạng dẻo không hồi phục do tính nén ban đầu;

 Đặc tính biến dạng của đất được diễn tả qua ba thông số

độ cứng: E 50 ref , E oed ref , E ur ref ;

 Diễn tả ứng suất phụ thuộc vào độ cứng theo hàm mũ;5.3 MÔ HÌNH HARDENING SOIL

Trang 35

 Biến dạng dẻo phụ thuộc vào tính nén ban đầu và gia tải lệch ban đầu;

 Module biến dạng thay đổi khi dở tải hoặc gia tải lại;

 Ứng xử phá hoại theo mô hình Mohr – Coulomb;

 c’, ’, 

 E 50 ref : module biến dạng cát tuyến trong thí nghiệm nén

ba trục thoát nước (CD), ứng với biến dạng đạt 50%;

 E oed ref : module biến dạng tiếp tuyến trong thí nghiệm nén cố kết;

 E ur ref : module biến dạng trong điều kiện dỡ tải và gia tải lại;

5.3 MÔ HÌNH HARDENING SOIL

Trang 36

Mặc định, E oed ref = E 50 ref E ur ref = 3E 50 ref

m: năng lượng tại mức ứng suất phụ thuộc vào độ cứng;

• m = 1: cho đất sét;

• m = 0.5 cho cát và bùn;

 ur : hệ số Poisson trong điều kiện dỡ tải và gia tải lại;

 p ref : ứng suất tham chiếu theo độ cứng, p ref = 100kPa;

 R f : hệ số phá hoại,

a

f f

q q

R 

Trang 37

Hình 5.3.1 Xác định E 50 ref qua thí nghiệm ba trục thoát nước

Trang 38

Hình 5.3.2 Xác định E ref qua thí nghiệm nén cố kết

Trang 39

Thành phần Thông số Trị số Đơn vị

Trang 40

 Chiều dày tương đương, d

 Trọng lượng, w = ( concrete -  soil )*d

Trang 41

Thành phần Thông số Trị số Đơn vị

5.4 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU KHÁC

5.4.2 PHẦN TỬ ANCHORS

Bảng 5.4.2 Đặc trưng phần tử Anchors

Trang 42

MẶT PHẲNG LÀM VIỆC

WORK PLANE

Trang 43

 FLOORS

 Floors dùng mô phỏng cho các phần tử dạng tấm nằm

ngang như kết cấu móng, đài cọc;

 Floors luôn nằm trên mặt phẳng làm việc (work plane);

 WALLS

 Walls dùng mô phỏng cho các phần tử dạng tấm thẳng

đứng như kết cấu tường vây (diaphragmwall), cọc barrettes;

 Walls được định vị giữa mặt phẳng làm việc (work

plane) và mặt phẳng phía dưới (below plane);

 BEAMS

 Beams dùng mô phỏng cho các phần tử chịu uốn;

 Beams luôn nằm trên mặt phẳng làm việc (work plane);

5.5 ỨNG XỬ KẾT CẤU

Trang 44

 PILES

 Piles dùng để mô phỏng cho các phần tử cọc tiết diện

vuông hay tròn;

 Piles được định vị giữa mặt phẳng làm việc (work plane)

và mặt phẳng phía dưới (below plane);

 SPRINGS

 Springs dùng để mô phỏng liên kết một vật thể với đất

khi bỏ qua tương tác giữa vật thể với đất;

 Springs luôn nằm trên mặt phẳng làm việc (work plane);

Trang 45

5.5.1 PHẦN TỬ BEAMS (DẦM)

Hình 5.5.1 Xác định I, M, E của phần tử beams trong hệ

Trang 46

5.5.2 PHẦN TỬ WALLS - FLOORS

Hình 5.5.2 Xác định N, M, Q của phần tử walls

Trang 47

Hình 5.5.3 Xác định N, M, Q của phần tử floors

Trang 48

d: chiều dày tương đương của phần tử

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	1,43 MB