zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Bài giảng Nền móng công trình xây dựng - Chương 3: Mô hình hóa môi trường đất

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Báo xấu

23
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Nền móng công trình xây dựng - Chương 3: Mô hình hóa môi trường đất. Chương này cung cấp cho học viên những nội dung về: mô hình hóa môi trường đất (modeling soil media); mô hình hệ số nền (discrete soil model); mô hình cơ học vật liệu nền (soil constitutive model);... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nền móng công trình xây dựng - Chương 3: Mô hình hóa môi trường đất

MODELING SOIL MEDIA MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG ĐẤT VIỆN KỸ THUẬT Instructor: Nguyễn Tương Lai CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT Course: Nền móng CTXD
2.1. Modeling Soil Media/Mô hình hóa MT đất  Trong bài toán phân tích tương tác của kết cấu với nền đất cần mô hình hóa môi trường nền bằng các mô hình đơn giản nhưng sát thực về mặt vật lý và toán học:   Mô hình hệ số nền (mô hình rời rạc);   Mô hình vật liệu nền (mô hình liên tục).  Mô hình hóa môi trường nền cần đảm bảo mô tả sự phân bố áp lực trên bề mặt tiếp xúc của kết cấu với nền tiệm cận với thực tế.  Sự thay đổi của áp lực tương tác trên bề mặt tiếp xúc của kết cấu với nền nói chung phụ thuộc vào:  Độ cứng của kết cấu (kết cấu cứng hay mềm, phẳng hay không gian,…);  Bản chất của nền (đất dính, đất rời,… tuyến tính, phi tuyến,…);  Đặc trưng tác dụng của tải trọng (tĩnh, động; tác dụng lên KC hay MT).
2.1. Modeling Soil Media/Mô hình hóa MT đất  Từ quan điểm mô hình hóa môi trường nền cho thấy cả hai phương pháp (mô hình rời rạc hay mô hình liên tục) đều có những hạn chế nhất định. Tuy nhiên ứng xử cơ học của môi trường nền là phức tạp nên khó có thể xây dựng một mô hình toán học tổng quát phù hợp với ứng xử thực tế của mọi loại nền.  Trên quan điểm kỹ thuật thì việc đơn giản hóa các mô hình của nền đất trở thành vấn đề chính cần xem xét để có thể nhận được các kết quả hợp lý cho từng dạng bài toán.  Đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây nhằm cải thiện các phương pháp mô hình hóa môi trường nền thông qua các mô hình toán học và thí nghiệm nhằm mô phỏng gần hơn với bản chất vật lý của nền đất, từ đó giúp giải quyết bài toán tương tác chính xác hơn và hiệu quả hơn.
2.2. Discrete Soil Model/Mô hình hệ số nền 2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler  N. Phuss (1801) và K.Winkler (1867) đề xuất: thay thế liên kết kết cấu với nền bằng hệ các lò xo đàn hồi độc lập với nhau theo phương vuông góc với bề mặt nền, biến dạng của nền chỉ xảy ra ở phạm vi kết cấu tiếp xúc với nền (Hình vẽ). Lực tác dụng lên bề mặt của nền và chuyển vị của điểm tương ứng theo phương của lực tác dụng là tỷ lệ tuyến tính với nhau:r0 ( x, y ) = c1W0 ( x, y )
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler  Ý nghĩa vật lý của mô hình một hệ số nền là khi ép xuống nền một lực phân bố có độ lớn p (N/cm2, KN/m2) làm cho mặt nền bị lún xuống một đơn vị chiều dài (cm, m), khi đó hệ số nền đất có giá trị bằng p, đơn vị của hệ số nền là N/cm3, daN/cm3, kN/m3)
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler  Hạn chế của mô hình nền Winkler:  Biến dạng của nền do tải trọng từ kết cấu gây ra chỉ xảy ra trong phạm vi đặt tải Tính liên tục của nền không đảm bảo;  Chỉ xét đến độ cứng của nền nên khi áp dụng cho bài toán tương tác động lực học của kết cấu với nền thường cho kết quả không chính xác;  Không phù hợp cho bài toán tương tác khi tải trọng tác động lên nền thay vì lên kết cấu;  Giá trị của hệ số nền không chỉ phụ thuộc vào bản chất tự nhiên của nền mà còn phụ thuộc  Quan hệ giữa tải trọng và độ lún của vào kích thước của diện đặt tải; nền thường là phi tuyến, để áp dụng mô hình Winkler phải tuyến tính hóa.
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler  Hạn chế của mô hình nền Winkler:  Thực tế chứng tỏ các cột đất (các lò so) không làm việc độc lập với nhau. Áp lực từ kết cấu vào nền sẽ ảnh hưởng đến chuyển vị của lò so tại vị trí đặt lực cũng như các lò so lân cận do nền đất có áp lực ngang và luôn tồn tại ma sát giữa các phân tố đất nền;  Không thể có một giá trị hệ số nền thực sự đại diện đầy đủ cho yếu tố tương tác giữa kết cấu với nền; đặc biệt khi nền đất là môi trường rời, phân lớp, không chịu kéo (làm việc một chiều);  Sự làm việc độc lập của các lò so là nhược điểm lớn nhất của mô hình nền Winkler.
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler  Xác định hệ số nền Winkler: Theo định nghĩa, hệ số nền Winkler (Modulus of subgrade reaction or the coefficient of subgrade reaction) k là tỉ số giữa áp lực p lên mặt nền và chuyển vị của mặt nền theo phương tác dụng của áp lực gây ra bởi áp lực p: k=p s  Do độ cứng của nền là tham số duy nhất đặc trưng cho ứng xử về mặt cơ học của nền nên cần chú ý khi xác định trị số của hệ số nền để áp dụng vào các bài toán tương tác trong thực tiễn.  Hiện nay tồn tại một số phương pháp khác nhau để xác định trị số của hệ số nền (lý thuyết, thực nghiệm, thực hành); các trị số của hệ số nền nhận được khác nhau nên người dùng phải phân tích, so sánh để quyết định sử dụng cho phù hợp.
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler Phương pháp xác định hệ số nền Winkler bằng thực nghiệm  Thí nghiệm bàn nén tại hiện trường để xác định hệ số nền Winkler (hình vẽ): k =q S với: k là hệ số nền; q là áp lực của bàn nén truyền q Load xuống nền; S S là độ lún của bàn nén dưới áp 1 k lực q (chỉ xét trong giai đoạn đàn hồi) Settlement
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler Xác định hệ số nền Winkler bằng các công thức thực nghiệm  Tính hệ số nền theo công thức thực nghiệm của Vesic: 0.65 E 0 B4 E 0 k= .12 B E p I p (1-μ 2 ) với: k - hệ số nền; B - Bề rộng móng; Ip - Mô men quán tính của tiết diện móng; µ - Hệ số poát xông của đất nền (giá trị µ = 0.3 có thể xem là tương đối chính xác cho các trường hợp); E0 - Mô đun biến dạng đất nền; Ep - Mô đun đàn hồi của vật liệu móng.  Tính hệ số nền theo công thức thực nghiệm của Terzaghi: k= 24(cN c + γ DN q + 0.4γ BNγ ) với: c - lực dính của đất; γ - Trọng lượng riêng cuả đất phía trên điểm tính k; ϕ - góc ma sát trong của đất; D - chiều sâu móng; B - bề rộng móng; Các giá trị Nc, Nq, Nγ tra bảng theo ϕ.
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler Phương pháp thực hành xác định hệ số nền Winkler  Tính hệ số nền theo độ lún trực tiếp khi đặt tải của Timoshenko và Goodier được đơn giản hóa bởi Bowles: 1-μ 2 1-2μ. k= q S ; S=qB' mIs I F ; Is =I1 + .I 2 E0 1-μ  1  I1 = . M.ln ( ) 1+ M 2 +1 . M 2 +N 2 +ln ( M+ M 2 +1 . 1+N 2)   π  2 2 M(1+ M +N +1) M(1+ M 2 +N 2 +1)    N  M  I2 = .arctg   2π  N M +N +1  2 2 với: B’ - Khoảng cách từ điểm tính lún ra đến biên của móng (B’ = 0,5B tại tâm móng và B’=B tại góc); E0 - Môđun biến dạng của nền, nếu trong phạm vi chiều sâu tính lún có nhiều lớp đất thì giá trị Es được lấy trung bình; µ - Hệ số poát xông của nền; m - số các hình chữ nhật chia ra được theo phương pháp điểm góc (m=4 tại tâm móng; m=2 tại cạnh móng; m=1 tại góc); M = L/B; N = H/B’ với H là chiều sâu vùng chịu nén; IF : Hệ số tra bảng hoặc biểu đồ, dựa vào tỷ số L/B; D/B; và hệ số poát xông µ; D là chiều sâu chôn móng.
2.2.1. Winkler Model / Mô hình nền Winkler Xác định hệ số nền Winkler  Việc xác định hệ số nền thường không dễ dàng vì:  Độ lún của nền phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của diện tích chất tải (móng rộng hơn thường bị lún nhiều hơn so với móng hẹp vì đất dưới móng bị nén nhiều hơn; phân bố ứng suất dưới móng băng khác với phân bố ứng suất dưới móng hình vuông hay chữ nhật);  Độ lún của nền cũng phụ thuộc vào độ sâu đặt móng (móng đặt sâu hơn thì ứng suất do tải trọng ngoài tăng thêm so với ứng suất ban đầu ít hơn);  Đối với móng cứng hữu hạn thường có trị số độ lún khác nhau tùy theo vị trí trên mặt bằng móng;  Do bản chất lún của nền đất là quá trình lâu dài theo thời gian (cố kết, từ biến,…)  Quan hệ độ lún-tải trọng của nền đất là phi tuyến nên không tồn tại một giá trị duy nhất cho hệ số nền (hệ số nền không là hằng số)  Để khắc phục các nhược điểm của mô hình nền Winkler có thể sử dụng các mô hình nền khác
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Phương hướng xây dựng Mô hình nền hai hệ số  Do khiếm khuyết của mô hình nền Winkler trong việc mô tả sự liên tục về ứng xử của môi trường nền và do tính phức tạp về toán học của môi trường liên tục nên các nhà khoa học đã phát triển nhiều mô hình nền đơn giản khác để phục vụ tính toán tương tác kết cấu-nền đất.  Các mô hình nền hai hệ số là các mô hình được xác định bởi hai hằng số đàn hồi độc lập; các mô hình này có những thuộc tính đặc trưng của môi trường rắn biến dạng đàn hồi liên tục. Sự phát triển các mô hình này chủ yếu theo hai hướng tiếp cận sau:  Hướng tiếp cận thứ nhất xuất phát từ mô hình nền cục bộ của Winkler và khử tính không liên tục nhờ bổ sung thêm sự tương tác cơ học giữa các phần tử lò so bằng một số cách: bổ sung màng đàn hồi chịu kéo liên kết các đầu lò so; bổ sung dầm đàn hồi trên đầu các lò so hoặc bổ sung một lớp đàn hồi chỉ chịu biến dạng trượt (Filonenko-Borodich, Hetenyi, Pasternak and Kerr);  Hướng tiếp cận thứ hai xuất phát từ mô hình môi trường đàn hồi liên tục và bổ sung thêm các ràng buộc hoặc các giả thiết đơn giản hóa liên quan đến phân bố của chuyển vị và ứng suất (Reissner, Vlazov and Leontiev).
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Dầm trên nền đàn hồi hai hệ số
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Mô hình nền hai hệ số của Filonenko Borodich (1940)  Filonenko-Borodich (1940) đã phát triển một mô hình cải tiến mô hình Winkler bằng cách kết nối đầu trên của các lò xo với một màng đàn hồi bị kéo bởi một lực không đổi, T. Khi đó, độ lớn của phản lực nền được cho bởi công thức: = r ( x, y ) C.w0 ( x, y ) - T ∇ 2 w0 ( x, y ) trong đó, ∇2 là toán tử Laplace bậc 2. Tuy nhiên, tác giả không đưa ra phương pháp xác định hai hằng số C và T.
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Mô hình nền hai hệ số của Filonenko Borodich (1940)  Filonenko-Borodich (1940) đã phát triển một mô hình cải tiến mô hình Winkler bằng cách kết nối đầu trên của các lò xo với một màng đàn hồi bị kéo bởi một lực không đổi, T. Mô hình nền Tải trọng tập trung
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Mô hình nền hai hệ số của Filonenko Borodich (1940)  Filonenko-Borodich (1940) đã phát triển một mô hình cải tiến mô hình Winkler bằng cách kết nối đầu trên của các lò xo với một màng đàn hồi bị kéo bởi một lực không đổi, T. Tải tập trung trên móng cứng Tải phân bố đều trên móng mềm Như vậy, tương tác giữa các lò so được đặc trưng bởi cường độ lực kéo T xuất hiện trong màng đàn hồi
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Mô hình nền hai hệ số của Hetenyi’s  Hetenyi (1946 và 1950) đã tạo ra một sự tương tác giữa các lò xo trong nền Winkler bằng cách gắn thêm vào đầu các lò so một tấm/dầm đàn hồi chỉ chịu uốn. Theo mô hình này, độ lớn của phản lực nền được cho bởi công thức: = r ( x, y ) C.w0 ( x, y ) - D∇ 4 w0 ( x, y ) trong đó D là độ cứng kháng uốn của tấm đàn hồi. Tuy vậy, tác giả không nêu cách xác định hệ số nền.
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Mô hình nền hai hệ số của Pasternak  Pasternak (1954) cải tiến mô hình Winkler bằng cách liên kết đầu của các lò xo với một tấm, hoặc "lớp trượt" gồm các phần tử thẳng đứng không nén được mà chỉ có thể làm biến dạng bằng cách gây trượt ngang. Khi đó, phản lực nền được cho bởi: = r ( x, y ) C.w0 ( x, y ) - G∇ 2 w0 ( x, y ) trong đó G là mô đun trượt của “lớp trượt”. Tuy vậy, tác giả cũng không nêu cách xác định hệ số nền.
2.2.2. Two Parameters Soil-Model / Mô hình nền hai hệ số Mô hình nền hai hệ số của Kerr  Kerr cải tiến mô hình Winkler bằng cách bổ sung một lớp trượt với mô đun trượt G vào trong nền Winkler, độ cứng lò so của nền Winkler phía trên và phía dưới lớp trượt là khác nhau. Khi đó, phản lực nền được cho bởi:  k2  G 2 +  k  1 r ( x , y ) = ∇ r + k2 w0 ( x, y ) - G∇ 2 w0 ( x, y )  1  k1 trong đó: G là mô đun trượt của “lớp trượt”; k1 và k2 là độ cứng của lò so lớp trên và lớp dưới; wo là độ võng của lớp trên.

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.