Đồ án Nghiên cứu, dùng tin học tính toán móng nông dạng dầm đơn hoặc băng giao nhau trên nền đàn hồi ( Theo mô hình nền Winkler )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Độc lập – Tự do – Hạnh phỳc KHOA CễNG NGHỆ THễNG TIN ----Đ----Đ----Đ---- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tờn sinh viờn : DƯƠNG ĐỨC VIỆT Mó sinh viờn : 3294.47 Lớp : 47TH2 Ngành : Tin học xõy dựng dõn dụng và cụng nghiệp. 1. Tờn đề tài: Nghiờn cứu, dựng tin học tớnh toỏn múng nụng dạng dầm đơn hoặc băng giao nhau trờn nền đàn hồi ( Theo mụ hỡnh nền Winkler ). 2. Nội dung đề tài: - Nghiờn cứu về lý thuyết tớnh toỏn múng dầm đơn và băng giao nhau theo mụ hỡnh nền biến dạng cục bộ và việc giải bài toỏn theo phương phỏp phần tử hữu hạn. - Xõy dựng chương trỡnh tớnh toỏn múng nụng dạng dầm hoặc băng giao nhau (Theo mụ hỡnh nền Winkler) 3. Giỏo viờn hướng dẫn: - Giỏo viờn hướng dẫn phần chuyờn mụn xõy dựng : TS. NGUYỄN ĐèNH TIẾN (Bộ mụn Cơ học đất – Nền múng) - Giỏo viờn hướng dẫn phần tin học: GVC. Lấ TRỌNG HOÀ (Bộ mụn Tin học và CNPM – Khoa Cụng nghệ thụng tin) 4. Thời gian: Hà nội , ngày … thỏng… năm 2007 - Ngày giao nhiệm vụ đồ ỏn : 04/10/2006. Thực hiện : - Ngày hoàn thành nhiệm vụ đồ ỏn: 09/01/2007. S.V Dương Đức Việt XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIấN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giỏo viờn hướng dẫn chuyờn mụn Giỏo viờn hướng dẫn tin học TS. NGUYỄN ĐèNH TIẾN GVC. Lấ TRỌNG HOÀ Đồ ỏn tốt nghiệp đó được bộ mụn Đồ ỏn tốt nghiệp đó được bộ mụn Cơ đất - Nền múng thụng qua : Tin học xõy dựng thụng qua : Ngày….Thỏng….Năm 2007 Ngày….Thỏng….Năm 2007 Trưởng bộ mụn Trưởng bộ mụn Lời nói đầu ********************************** Hiện nay cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin và những ứng dụng của nó trong mọi lĩnh vực cuộc sống con người, thì các ngành kỹ thuật đòi hỏi cần có sự tự động hoá ngày càng cao để thay thế dần những công việc nặng nhọc. Ngành xây dựng cũng là một ngành kỹ thuật đòi hỏi yêu cầu cao trong tự động hoá thiết kế, thi công quản lý dự án,…Trên thế giới việc ứng dụng tin học vào kỹ thuật xây dựng đã có từ rất sớm và đạt được nhiều thành tựu to lớn, tuy nhiên ở nước ta điều này mới được chú trọng trong 1 vài năm gần đây. Đồ án được viết dựa trên cơ sở của tổng kết kiến thức đã học và tìm hiểu các phần mềm tính toán mo’ng băng của công ty CIC, Hài Hoà. Mặc dù chưa mang tính chuyên nghiệp cao, nhưng chương trình đã giải quyết được nhiều vấn đề và đồng thời mở ra một hướng đi để các sinh viên khoá sau có thể phát triển tạo thành một chương trình hoàn thiện. Chương trình được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 chạy trên nền Windows với sự hỗ trợ của Sap 2000. Giao diện đẹp dễ sử dụng đối với người dùng. Qua đây em cũng xin gửi lơì cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo Trường Đại Học Xây Dựng, Bộ môn Tin Học Xây Dựng, Bộ môn Cơ đất – Nền móng, các anh chị khoá trên và bạn bè đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp. Đặc biệt là thầy giáo T.S Nguyễn Đình Tiến đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và bồi dưỡng những kiến thức chuyên môn giúp em hoàn thành đồ án này, thầy giáo Lê Trọng Hoà đã tận tình chỉ bảo các kiến thức về tin học và đóng góp những ý kiến bổ ích. Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chương trình vẫn không tránh khỏi những thiết xót và hạn chế. Em rất mong được sự góp ý phê bình của thầy cô giáo và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, 07/01/2007 Tác giả : Dương Đức Việt PHẦN I CHUYấN MễN XÂY DỰNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MểNG NễNG I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CễNG TÁC NỀN MểNG 1. Lịch sử phỏt triển Chắc chắn múng cụng trỡnh đó được xõy dựng từ thời xa xưa. Đến tận giữa thế kỷ 19 , hầu hết cỏc múng đều làm bằng gạch đỏ xõy. Nếu như múng được xõy bằng những tấm đỏ cắt và gọt mài theo kớch thước nhất định thỡ gọi là những múng đỏ xõy cú kớch thước , ngược lại những múng đỏ cục thỡ được xõy từ những cục đỏ tảng cú kớch thước khỏc nhau bằng hồ vữa kết dớnh. Cỏc loại múng xõy đó được sử dụng thớch hợp với hầu hết cỏc cụng trỡnh trước khi phỏt triển những ngụi nhà cao tầng cú những cột chịu tải trọng lớn. Những tải trọng lớn đũi hỏi múng cú kớch thước lớn và nặng. Thời kỡ đầu, để mở rộng diện tớch đỏy múng mà khụng làm tăng trọng lượng múng, người ta xếp những thõn cõy gỗ nằm ngang rồi thi cụng múng xõy truyền thống lờn trờn. Vào năm 1891 người ta dựng thanh ray đường sắt đặt vào lớp bờ tụng thay cho lớp đỡ bằng gỗ. Loại múng này là một bước tiến quan trọng vỡ nú làm giảm được nhiều trọng lượng múng và làm tăng khoảng khụng trong tầng hầm. Trong thập kỉ tiếp theo, những thanh ray đường sắt được thay thế bằng những dầm thộp chữ I chiếm ớt khụng gian hơn 1 chỳt, nhưng kinh tế hơn nhiều. Những loại múng đan điển hỡnh sử dụng thõn cõy , ra đường sắt và dầm thộp chữ I cho trờn hỡnh : Hỡnh 1-1. Lịch sử phỏt triển của cỏc múng đan bằng gỗ Hỡnh 1-2. Lịch sử phỏt triển của cỏc múng đan bằng thanh ray đường sắt Hỡnh 1-3. Lịch sử phỏt triển của cỏc múng đan bằng dầm thộp chữ I Dầm thộp chữ I tỏ ra thớch hợp để làm những loại múng kết hợp dầm. Những loại múng này đó được sử dụng từ năm 1887 gần như đồng thời trong hai toà nhà ở Chicago. Đến thời đại bờ tụng cốt thộp ngay sau năm 1900 thỡ cỏc loại múng kể trờn hầu hết được thay thế bởi loại múng bờ tụng cốt thộp mà cho đế nay chỳng vẫn là loại múng quan trọng nhất. 2. Vai trũ và nhiệm vụ của nền múng : Như chỳng ta đều biết , hầu hết cỏc cụng trỡnh xõy dựng của loài người , từ những căn nhà thụ sơ cổ đại đến những cụng trỡnh vĩ đại nhất hiện nay đều phải dựa trờn nền đất. Vỡ nền đất cú cường độ nhỏ hơn nhiều so với vật liệu xõy dựng cụng trỡnh cho nờn phần tiếp giỏp giữa cụng trỡnh và nền đất thường được mở rộng thờm . Múng là bộ phận kết cấu dưới chõn cột khung hay tường, tiếp nhận tải trọng từ trờn xuống và truyền tải xuống nền. Kinh nghiệm thực tế cho thấy hầu hết cỏc cụng trỡnh bị hư hỏng đều do việc giải quyết chưa tốt vấn đề Nền và Múng. Chớnh vỡ lẽ đú người cỏn bộ kỹ thuật cần phải nghiờn cứu Nền và Múng cụng trỡnh một cỏch toàn diện. Phải biết tỡm cỏc biện phỏp xử lý nền múng một cỏch thớch hợp. Thiết kế cỏc cụng trỡnh núi chung và nền múng núi riờng người cỏn bộ kỹ thuật cần phải đảm bảo cỏc nguyờn tắc : Thoả món cỏc điều kiện kỹ thuật: bền, an toàn và sử dụng bỡnh thường. Thi cụng khả thi, cú khả năng cơ giới hoỏ cao , thời hạn ngắn,… Kinh tế: Chi phớ thấp khi so sỏnh nhiều phương ỏn, chọn ra phương ỏn tối ưu. Với yờu cầu thứ nhất thỡ nếu cụng trỡnh cú độ lỳn hoặc chuyển vị ngang lớn hoặc lỳn lệch quỏ nhiều cụng trỡnh khụng thể làm việc bỡnh thường được khi nú chưa bị phỏ hoại Với yờu cầu thứ hai việc chọn biện phỏp thiết kế, tớnh toỏn, xõy dựng và tổ chức thi cụng nền múng cú ảnh hưởng rất nhiều đến thời gian và tiến độ thi cụng của cụng trỡnh Muốn thoả món yờu cầu thứ ba thỡ trước hết cần phải thoả món hai yờu cầu trờn. Cỏc tài liệu tổng kết trong và ngoài nước đều cho thấy giỏ thành xõy dựng nền múng chiếm khoảng 20-30 % giỏ thành xõy dựng toàn bộ cụng trỡnh. Trong một số trường hợp đặc biệt tỷ số đú cũn lờn tới 50-60% 3. Phõn loại múng nụng và phạm vi ỏp dụng Hiện nay cú nhiều cỏch và tiờu chuẩn để phõn loại múng. Tuỳ theo phương phỏp thi cụng múng người ta phõn thành múng nụng (đào toàn bộ múng trước khi xõy múng ) và múng sõu ( khụng cần đào hố múng hoặc chỉ đào 1 phần rồi dựng một phương phỏp nào đú để đưa múng xuống chiều sõu thiết kế ). Trong nội dung đề tài này em xin đề cập đến vấn đề về múng nụng trờn nền tự nhiờn. Khi cụng trỡnh đặt lờn nền đất tự nhiờn tại độ sõu h nhỏ, ảnh hưởng của đất trờn đỏy múng tới cỏc mặt tiếp xỳc là rất nhỏ, ta núi đú là múng nụng trờn nền tự nhiờn. Trong Cơ học đất , múng cú bề rộng b, độ sõu h, nếu h/b < 0,5 ( theo Berezansev ) thỡ khi dất dưới múng bị phỏ hoại , đất bị đẩy trồi ta đú là nụng. Trong thực tế những múng cú h< 3m cú thể được coi là nụng. Túm lại , múng được coi là nụng khi tải trọng truyền tới nền đất qua mặt đỏy múng mà khụng kể phần mặt bờn múng. Tuỳ theo cỏc tỡnh hỡnh tỏc dụng của tải trọng người ta phõn múng nụng thành loại chịu tải trọng đỳng tõm , loại chịu tải lệch tõm, loại múng cỏc cụng trỡnh cao (ống khúi, thỏp nước,…) loại múng thường xuyờn chịu tỏc dụng của tải trọng ngang lớn ( múng tường chắn , múng cỏc đập dõng nước,…) múng chủ yếu chịu tải trọng thẳng đứng. Tuỳ theo múng được làm vật liệu nào mà cú thể chịu uốn với mức độ rất khỏc nhau. Múng bằng gạch đỏ xõy hoặc bằng bờtụng thỡ chịu uốn kộm hơn nhiều so với múng bằng bờ tụng cốt thộp. Do đú khi tớnh toỏn nền múng người ta cũn xột đến khả năng chịu uốn của múng, xột tới độ cứng của nú. Về mặt này người ta phõn múng thành múng cứng (ớt hoặc khụng chịu uốn) và múng mềm (chịu uốn nhiều) . Một múng được cấu tạo bởi vật liệu biến dạng đủ nhỏ đến mức cú thể bỏ qua (gọi là múng cứng) . Độ lỳn dưới một tải trọng chớnh tõm là đồng đều, cũn ứng suất của đất tiếp xỳc đuới múng là biến đổi. Một múng được cấu tạo bởi vật liệu biến dạng hoàn toàn (gọi là múng mềm). Đặc biệt là nếu tải trọng được phõn bố đồng đều thỡ ứng suất của đất nền tiếp xỳc với múng cũng phõn bố đều, cũn độ lỳn của múng lại biến đổi ở cỏc vị trớ khỏc nhau. Cấu tạo cỏc loại múng nụng thường gặp và đặc trưng ứng dụng của chỳng a. Múng đơn : Múng đơn cú kớch thước khụng lớn , cú đỏy vuụng chữ nhật hoặc trũn. Múng đơn làm bằng gạch đỏ xõy, bằng bờtụng hoặc bờtụng cốt thộp. Múng đơn thường dựng cho cột nhà, cột điện, cột đỡ cầu trục, cầu mỏng, mố trụ cầu nhỏ… Vỡ phải khống chế gúc mở của múng nờn gặp trường hợp cần mở rộng đỏy múng ta phải đồng thời tăng cả chiều dày múng (nghĩa là tăng trọng lượng múng) và cả chiều sõu chụn múng. Đú là một nhược điểm của múng cứng khi chịu tải trọng lớn hoặc lệch tõm với tỡnh hỡnh địa chất phức tạp khụng cho phộp tăng thờm chiều sõu chụng múng (vớ dụ nước ngầm cao, tầng đất tốt khụng dày,…) .Trong trường hợp như thế thỡ dựng múng bờ tụng cốt thộp là hợp lý hơn cả vỡ giảm được chiều sõu chụn múng và múng bờtụng cốt thộp cú nhiều ưu điểm khi chịu tải trọng lệch tõm lớn. Hỡnh 1- 4 : Múng đơn dưới cột trụ Từ những đặc điểm núi trờn , khi cần thiết cũng khụng thể mở rộng múng đơn được nhiều nhất là đối với múng cứng, do đú cường độ ỏp lực đỏy múng ở múng đơn tương đối lớn . Vỡ vậy múng đơn chỉ nờn dựng trong trường hợp đất nền cú sức chịu tải tốt , tải trọng ngoài khụng lớn lắm. b. Múng băng Múng băng là loại múng cú chiều dài rất lớn so với chiều rộng của nú. Múng băng cũn được gọi là múng dầm. Múng băng cú thể đặt dưới hàng cột hoặc dưới tường nhà. Múng băng được dựng nhiều trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng dõn dụng, cụng nghiệp và cụng trỡnh thuỷ lợi, vớ dụ như múng dưới tường nhà, tường chắn, bệ đỡ ống dẫn nước,… Hỡnh 1-5 : Múng băng dưới tường gạch Hỡnh 1-6 : Múng băng dưới tường BTCT Trong cụng trỡnh dõn dụng và cụng nghiệp dóy cột thường trờn những tuyến vuụng gúc với nhau và những múng băng đặt vuụng gúc với dóy cột đú được nối liền với nhau, gọi là múng băng giao nhau. Hỡnh 1-7 : Múng băng dưới hàng cột Múng băng cú thể chế tạo bằng gạch đỏ xõy, bờtụng đỏ hộc , bờtụng hoặc bờtụng cốt thộp. Mặt cắt ngang múng băng cú dạng giống như đối với múng đơn. Dưới hàng cột thỡ múng băng (hoặc múng băng giao nhau) thường chế tạo bằng bờ tụng cốt thộp. Múng băng bằng bờ tụng hoặc đỏ hộc chỉ nờn dựng trong trường hợp đất nền tương đối tốt và tải khụng lớn. Tuy nhiờn trong điều kiện này, cần phải xem dựng múng đơn cú được khụng? Nếu đất nền khụng tốt thỡ nờn dựng loại múng mềm bằng bờtụng cốt thộp. Hiện nay trong cỏc cụng trỡnh dõn dụng người ta cũng dựng múng lắp ghộp. Cỏc loại múng băng bằng bờtụng cốt thộp tớnh toỏn như dầm đặt trờn nền đàn hồi. c. Múng bố Múng bố cũn được gọi là múng bản là múng kết hợp nú bao phủ toàn bộ diện tớch phớa dưới cụng trỡnh và chịu toàn bộ tải trọng của cỏc bức tường và cột. Trong những trường hợp tải trọng quỏ lớn hoặc ỏp suất cho phộp của đất nền quỏ nhỏ mà cỏc múng đơn cú thể phải chiếm diện tớch lớn hơn khoảng một nửa diện tớch cụng trỡnh thỡ dựng múng bố cú thể kinh tế hơn. Thụng thường múng bố được thiết kế là những bản phẳng bờ tụng cốt thộp. Tải trọng tỏc dụng lờn múng bố là tải trọng từ cỏc cột hoặc từ cỏc bức tường truyền xuống. Nếu điểm đặt tõm của tải trọng trựng với tõm của múng bố thỡ ỏp suất đỏy múng được xem là phõn bố đều và bằng tổng cỏc tải trọng truyền xuống chia cho diện tớch múng bố. Trọng lượng khối múng khụng tớnh vào tải trọng thiết kế của cụng trỡnh bởi vỡ giả thiết rằng nú đó được đất nền gỏnh chịu. Múng bố cũng được thương sử dụng để làm giảm độ lỳn của cỏc cụng trỡnh đặt trờn những nền đất cú tớnh nộn lỳn nhiều. Trong những điều kiện này chiều sõu đặt múng đụi khi quỏ lớn để trọng lượng của cụng trỡnh cộng với trọng lượng khối múng hoàn toàn bự lại được trọng lượng khối đất bị lấy đi do đào hố múng. Lỳc đú, độ lỳn của cụng trỡnh thực tế là khụng đỏng kể. Hỡnh 1.8 : Múng bố phẳng Hỡnh 1.9 : Múng bố cú hệ sườn trờn Hỡnh 1.10 : Múng bố cú hệ sườn dưới Để tăng cường độ chịu uốn của múng bản cú khi người ta dựng múng bản kiểu vũm ngược . Đối với những cụng trỡnh khụng lớn cú thể dựng loại múng bản kiểu vũm ngược bằng gạch đỏ xõy hoặc bờtụng. Hiện nay việc sử dụng múng vũm ngược cũn bị hạn chế bởi chưa cú một phương phỏp đỏng tin cậy nào để tớnh toỏn phản lực nền và khú thi cụng múng liền sỏt chắc với nền. II. CÁC TRèNH TỰ THIẾT KẾ NỀN MểNG 1. Cỏc tài liệu để thiết kế nền múng Cỏc tài liệu về địa chất cụng trỡnh và thuỷ văn : Nội dung tài liệu này gồm cú : Bản đồ địa hỡnh địa mạo nơi xõy dựng cụng trỡnh : Cỏc tài liệu về cột khoan địa chất và cỏc mặt cắt địa chất. Trong tài liệu này phải ghi rừ mụ tả sơ bộ cỏc lớp đất. Khoảng cỏch giữa cỏc lỗ khoan, mực nước ngầm xuất hiện,… Cỏc chỉ tiờu cơ học và vật lý của cỏc lớp đất.: Thành phần hạt, dung trọng,…, tỷ trọng, độ ẩm, giới hạn chảy,… Cỏc số liệu về cụng trỡnh : Nội dung cỏc số liệu này gồm cú : Hỡnh dỏng kớch thước đỏy cụng trỡnh : Đặc điểm của cụng trỡnh ( tầng hầm, cụng sự, …) Cỏc loại tải trọng cú thể cú : + Trọng lượng bản thõn cụng trỡnh + Trọng lượng cỏc thiết bị nếu cú + Áp lực tĩnh của đất và nước + Áp lực do giú + Áp lực do súng + Áp lực do xung kớch của dũng nước + Áp lực thấm + Tải trọng do xe cộ, cần trục người + Tải trọng chấn động do mỏy +Tải trọng do đất 2. Cỏc bước tớnh toỏn thiết kết Chọn chiều sõu chụn múng : Việc đề xuất, so sỏnh phương ỏn múng cú liờn quan chặt chẽ đến việc chọn chiều sõu chụn múng vỡ đõy là khõu cơ bản trong cụng tỏc thiết kế nền múng : Chiều sõu chụn múng phụ thuộc vào cỏc yếu tố : Điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn nơi xõy dựng Trị số và đặc tớnh của tải trọng Cỏc đặc điểm cấu tạo của cụng trỡnh Cỏc điều kiện và khả năng thi cụng múng Tỡnh hỡnh và đặc điểm của cỏc cụng trỡnh lõn cận Đề xuất , so sỏnh và chọn phương ỏn múng : Cũng như đối với bất kỳ cụng trỡnh nào khỏc, khi thiết kế nền múng, nhiệm vụ của người thiết kế là phải chọn được phương ỏn tốt nhất cả về kinh tế và kỹ thuật. Thụng thường, với nhiệm vụ thiết kế đó cho, người ta cú thể đề ra nhiều phương ỏn nền múng khỏc nhau. Tuy nhiờn khụng phải bất cứ một cụng trỡnh nào cũng đề ra một số lượng đầy đủ cỏc phương ỏn . Do kinh nghiệm thiết kế, người ra cú thể gạt bỏ ngay những phương ỏn bất hợp lý, chỉ để lại những phương ỏn cụ thể. Khi tớnh toỏn sơ bộ để so sỏnh cỏc phương ỏn thường ta dựa vào chỉ tiờu kinh tế để quyết định. Để làm chỉ tiờu kinh tế thường người ta dựng tổng giỏ thành xõy dựng nền múng. Trong tổng giỏ thành này phải bao gồm chi phớ vật liệu, chi phớ lao động, chi phớ thời gian và phương tiện thi cụng. Khi quyết định chớnh thức phương ỏn nền múng thỡ khụng thể chỉ dựa vào cỏc chỉ tiờu kinh tế mà cũng phải dựa vào điều kiện kỹ thuật, điều kiện thi cụng và yờu cầu về thời gian thi cụng. Việc so sỏnh và lựa chọn phương ỏn nền múng là một cụng việc khú khăn và là giai đoạn quan trọng nhất trong quỏ trỡnh thiết kế nền múng. Muốn giải quyết tốt cụng việc này, trước hết người thiết thế phải nắm vững chắc cỏc khỏi niệm cơ bản về cỏc lý thuyết tớnh toỏn. Tuy nhiờn, chỉ nắm vững lý thuyết thỡ chưa đủ , người thiết kế cũn phải dựa vào kinh nghiệm thực tế tớch luỹ được trong quỏ trỡnh cụng tỏc để phục tốt cho việc chọn lựa phương ỏn tối ưu về nền múng cụng trỡnh. Trỡnh tự thiết kế nền múng : Bước 1 : Thu thập xử lý tài liệu : Tài liệu về cụng trỡnh : Mặt bằng, mặt cắt, cỏc yờu cầu cụng năng, sơ đồ kết cấu, bảng tổ hợp tải trọng ( Noi, Moi, Qoi) tỏc dụng lờn múng. ( Cỏc loại tải trọng, tổ hợp tải trọng giống như phần kết cấu bờn trờn) Tài liệu về nền đất bao gồm : + Mạng lưới và phương phỏp khảo sỏt . Mạng lưới khảo sỏt cố gắng ≥ 3 điểm : đơn giản : 100-150m / điểm, trung bỡnh 50-30m/ điểm, phức tạp < 30m/ điểm Hỡnh 1.11: Mạng lưới khảo sỏt + Độ sõu khảo sỏt : Múng băng h > 3B Múng bố h > 1,5B Múng sõu h ≥ 3m từ độ sõu đặt múng dự kiến + Phương phỏp khảo sỏt : Giỏn tiếp : Đào hố khoan, lấy mẫu nguyờn dạng, phỏ hoại , thớ nghiệm trong phũng Trực tiếp : Thớ nghiệm bàn nộn → E: Mụ đun biến dạng Thớ nghiệm nộn ngang → E: Mụđung biến dạng theo phương ngang. Thớ nghiệm xuyờn tĩnh CPT → q → địa tầng Thớ nghiệm xuyờn tiờu chuẩn SPT → N → địa tầng, E, + Lỏt cắt địa chất : Để thấy được sự thay đổi của địa tầng : Hỡnh 1.12 Lỏt cắt địa chất + Cỏc kết quả thớ nghiệm về cỏc chỉ tiờu vật lý cơ học của từng lớp đất. + Địa chất thuỷ văn : cao độ nước ngầm ( hiện tại và mức nước cao nhất cú thể ) , tớnh chất nước ngầm. + Tài liệu về cụng trỡnh lõn cận , mụi trường xõy dựng Từ đú : Đỏnh giỏ điều kiện xõy dựng ( làm cơ sở cho bước 2), xỏc định cỏc tiờu chuẩn xõy dựng [S] , hệ số an toàn,… Bước 2 : Đề xuất phương ỏn nền múng khả thi : “ phương ỏn khả thi” theo nghĩa rộng : Về vật liệu Loại múng theo dạng kết cấu cơ bản, độ cứng, hỡnh dạng múng Phương phỏp thi cụng Độ sõu đặt múng Giải phỏp gia cố Trong thực tế người thiết kế thường rất quan tõm đến cỏc phương ỏn về độ sõu múng ( múng nụng và múng sõu) ký hiệu là H ( h) . H phụ thuộc vào : Tải trọng cụng trỡnh : độ lớn, độ lệch tõm, tải ngang, động tĩnh. Núi chung cụng trỡnh lớn và chịu lực phức tạp thỡ múng cú xu hướng càng sõu. Tải trọng động cũng thường dựng múng sõu Độ quan trọng của cụng trỡnh ( cấp cụng trỡnh ) Cụng trỡnh lõn cận Đặc biệt là phải chỳ ý đến điều kiện địa chất khu vực xõy dựng Bước 3 : Thiết kế sơ bộ cỏc phương ỏn khả thi Sau khi đề xuất cỏc phương ỏn nền múng người ta thiết kế sơ bộ cỏc phương ỏn đú theo cỏc nguyờn tắc cơ bản trong thiết kế núi chung và nền múng núi riờng Thỏa món cỏc điều kiện kỹ thuật Múng : + Điều kiện cường độ + Biến dạng , nứt Nền : + Điều kiện về trượt , lật + Điều kiện về lỳn, lệch, nghiờng, xoay,… Thi cụng : cú khả năng, nhanh , đơn giản Kinh tế Bước 4 : So sỏnh ( cỏc chỉ tiờu kinh tế, độ tin cậy ) So sỏnh cỏc chỉ tiờu kinh tế, độ tin cậy cảu cỏc phương ỏn sơ bộ Chọn phương ỏn tối ưu để thiết kế kỹ thuật Bước 5 : Thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ, thi cụng phương ỏn nền múng được chọn ( giới thiệu ở cỏc phần múng nụng và múng cọc,…) Bước 6 : Bản vẽ Hỡnh 1.13: Sơ đồ trỡnh tự thiết kế nền múng núi chung CHƯƠNG II Lí THYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU TRấN NỀN ĐÀN HỒI I. SƠ LƯỢC VỀ Mễ HèNH NỀN Cỏc cụng trỡnh cú thể đặt trờn những lớp đất rất cứng, đất nửa đỏ hoặc đỏ. Nhưng phần lớn cỏc cụng trỡnh thường được xõy dựng trờn những lớp đất mềm. Khi đặt cụng trỡnh trờn đất mềm, dưới tỏc dụng của của tải trọng cụng trỡnh, nền đất cú biến dạng lớn thương được người ta quen gọi là nờn đàn hồi ( tuy thực ra biến dạng của đất khụng hoàn toàn là biến dạng đàn hồi ). Tớnh toỏn trang thỏi ứng suất biến dạng của cụng trỡnh xõy dựng trong điều kiện cựng làm việc với nền mềm ( nghĩa là cựng với biến dạng nền ) vẫn được quen gọi là “ tớnh toỏn kết cấu trờn nền đàn hồi”. Thuật ngữ “kết cấu” ở đõy được hiểu một cỏch rộng rói là : cú thể đú là múng của cụng trỡnh, cú thể đú là bản đỏy của cụng trỡnh đúng vai trũn múng hoặc cũng cú thể là toàn bộ cụng trỡnh. Thụng thường căn cứ vào cỏc kớch thước của nú người ta phõn loại múng mềm như sau : Múng cú tỷ lệ cạnh được gọi là múng dầm. Cú cỏc loại múng dầm sau: Múng dạng dầm đơn : dầm dài, dầm ngắn Múng dầm giao nhau : gồm băng dọc và băng ngang Múng cú tỷ lệ cạnh < 7 coi như là múng bản, gồm : Bản phẳng Cú sườn trờn hoặc cú sườn dưới. Bài toỏn tớnh kết cấu trờn nền đàn hồi chủ yếu đặt ra cho những kết cấu cú độ cứng hữu hạn mà người ta quen gọi là kết cấu mềm ( hay múng mềm ) Đối với nhà, ta sẽ gặp nhiều kết cấu kiểu dầm ( múng băng dưới hàng cột hoặc tổng thể nhà ). Ở đõy sẽ núi đến bài toỏn dầm trờn nền đàn hồi , sau đú sẽ núi đến bài toỏn bản trờn nền đàn hồi cần dựng cho việc tớnh cường độ múng bố. Nội dung của việc tớnh toỏn dầm trờn nền đàn hồi là xỏc định ứng suất tiếp xỳc r (ứng suất ở mặt đỏy múng ) và do đú xỏc định được cỏc nội lực trong dầm : lực cắt Q và mụmen M,… Giả sử ta xột một dầm đặt trờn hai gối tựa Như ta đó biết : Trong đú : : độ cong của dầm tại tiết diện đang xột M : mụmen tại tiết diện ấy Ẹ : Độ cứng chịu uốn của dầm. Nếu gọi y(x) là đường cong của trục dầm thỡ theo hỡnh học vi phõn ta cú : ≈ y’’ , cho nờn = y’’. Lấy đạo hàm đẳng thức này hai lần với M’’= q(x) ta đi đến phương trỡnh vi phõn uốn của dầm là : EJ. Tớch phõn phương trỡnh trờn, cỏc hằng số tớch phõn xỏc định theo cỏc điều kiện biờn sau khi đó xỏc định cỏc phản lực tựa R1, R2 ta tỡm được độ vừng y(x) của dầm và do đú xỏc định hoàn toàn nội lực ( M, Q) trong dầm theo cỏc đạo hàm của y(x). Nếu số gối tựa tăng lờn thỡ bài toỏn trở thành siờu tĩnh khi xỏc định phản lực tựa. Nếu đặt dầm trờn nền đất thỡ số gối tựa xem như là nhiều vụ cựng, hơn nữa , những gối tựa này lại khụng bất động : vỡ thế bài toỏn trở nờn phức tạp hơn rất nhiều. Khi dầm đặt trờn nền đất ( nền đàn hồi ) phương trỡnh vi phõn trục uốn của dầm là : EJ. Trong đú p(x) : ứng suất tiếp xỳc là phản lực nền tỏc dụng lờn dầm cũng là tải trọng tỏc dụng lờn nền. P0 b q(x) x y p(x) y(x) p(x) Hỡnh 2. 1 Phương trỡnh trờn chứa hai hàm số chưa biết là y(x) và p(x). Chỉ riờng với một phương trỡnh ấy bài toỏn khụng giải được. Điều đú cú nghĩa là biến dạng và nội lực của kết cấu khụng chỉ phụ thuộc vào tải trọng ngoài và độ cứng của bản thõn kết cấu mà nú cũn phụ thuộc vào tớnh biến dạng của nền nữa. Hiện nay cú ba mụ hỡnh nền phổ biến : + Mụ hỡnh nền biến dạng cục bộ ( Mụ hỡnh Winkler ) + Mụ hỡnh nửa khụng gian biến dạng tổng thể + Mụ hỡnh lớp khụng gian biến dạng tổng thể Trong đú mụ hỡnh nền Winkler phự hợp với nền đất (mềm) hơn. Về thiếu xút của mụ hỡnh này ở chỗ hệ số nền khụng cú ý nghĩa rừ ràng, khụng phải là hằng số thỡ điều đú là tất nhiờn. Vỡ thực chất biến dạng của đất là một hằng số, mà nú phải thay đổi, phụ thuộc độ cứng của cụng trỡnh và khoảng tỏc dụng của tải trọng. Cũn những mụ hỡnh nền khỏc, cú thể phản ảnh gần đỳng hơn quang cảnh biến dạng thực tế của nền đất, nhưng thờm thụng số đặc trưng là thờm phức tạp, nhất là khi việc xỏc định trị số của cỏc thụng số đặc trưng ấy cũng khụng phải dễ dàng. Cho nờn mụ hỡnh nền Winkler ( một hệ số nền) vừa gần đỳng với thực tế vừa đơn giản tiện dựng trong tớnh toỏn thiết kế. * Mụ hỡnh nền biến dạng cục bộ ( Mụ hỡnh Winkler ) Năm 1867 : Winkler đó nờu ra giả thiết là tại mỗi điểm (ở mặt đỏy ) của dầm trờn nền đàn hồi , cường độ của tải trọng p tỷ lệ bậc nhất với độ lỳn s của nền . Như vậy ta cú : p(x) = k.s(x) k: hệ số tỷ lệ được gọi là hệ số nền Mụ hỡnh nền Winkler được biểu diễn bằng một hệ thống lũ xo đặt thẳng đứng , dài bằng nhau làm việc độc lập với nhau. Biến dạng của lũ xo(đặc trưng cho độ lỳn của nền) tỷ lệ bậc nhất với ỏp lực tỏc dụng lờn lũ xo. Theo mụ hỡnh này chỉ những lũ xo nằm trong phạm vi tải trọng mới cú biến dạng. Hỡnh 2. 2 Thiếu xút của mụ hỡnh nền Winkler là khụng phản ỏnh được tớnh phõn phối của đất. Vỡ đất cú tớnh dớnh và cú ma sỏt trong nờn khi chịu tải trọng cục bộ nú cú khả năng lụi kộo( huy động ) cả vựng đất xung quanh ( ngoài phạm vi đặt tải) vào cựng làm việc với bộ phận ở ngay dưới tải trọng. Đặc tớnh ấy của đất người ta gọi là tớnh phõn phối. Mụ hỡnh Winkler vỡ vậy cũn được gọi là mụ hỡnh nền biến dạng cục bộ. Do khụng kể đến tớnh phõn phối của đất mà nú cú những sai lệch sau : Hỡnh 2. 3 (a, b) II. TÍNH TOÁN MểNG DẦM THEO Mễ HèNH NỀN BIẾN DẠNG CỤC BỘ ( Mễ HèNH WINKLER ) 1. Phương trỡnh vi phõn cơ bản Hệ phương trỡnh vi phõn cơ bản để tớnh múng dầm teo mụ hỡnh Winkler là 2 phương trỡnh : EJ. (2-1) p(x) = k.s(x) (2-2) Trong đú : b : chiều rộng múng dầm ω (x) : chuyển vị đứng của dầm EJ : Độ cứng chống uốn k: hệ số tỷ lệ được gọi là hệ số nền Chỳ ý điều kiện tiếp xỳc giữa mặt đỏy múng và mặt nền sau khi lỳn là : ω(x) = s(x) (2-3) Sau một vài biến đổi, từ hai phương trỡnh trờn ta cú : (2-4) Trong đú : β = a.x a = Phương trỡnh (2-4) là phương trỡnh vi phõn để tớnh độ lỳn S ở dạng tổng quỏt theo biến số β. Trờn những đoạn múng dầm khụng cú tải trọng ngoài tỏc dụng thỡ phương trỡnh (2-4) cho q(β) = 0 . Khi ấy phương trỡnh vi phõn cú dạng : (2-5) Với tải trọng cụng trỡnh tỏc dụng lờn múng dầm đó biết , dựa vào điều kiện biờn của bài toỏn, từ phương trỡnh vi phõn cơ bản ( 2-4) khi q(β) ≠ 0 hoặc (2-5) khi q(β) = 0 ta xỏc định được độ lỳn của múng dầm theo biến số β. Khi biết được độ lỳn