PHẦN MỀM HVT
GIẢI PHÁP HỮU ÍCH TRONG THIẾT KẾ TƯỜNG CỪ
KS. VŨ MINH TUẤN
Bộ môn CTGTTP và CTT
Khoa Công trình
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Hiện nay, việc tính toán tường cừ chủ yếu bằng tay theo phương pháp đồ giải
trong tiêu chuẩn thiết kế Công trình bến cảng biển 22TCN 207 - 92. Trong quá trình tính toán,
thường gặp rất nhiều khó khăn như: Khối lượng tính toán rất lớn dẫn đến sai số nhiều, hơn
nữa khi thay đổi các thông số như tải trọng, các chỉ tiêu cơ lý của đất nền, cao trình thanh
neo… thì phải tính lại từ đầu, mất nhiều công sức. Đây chính là lý do để chúng tôi tiếp cận
nghiên cứu và lập trình về “ phần mềm tính toán kết cấu tường cừ”- HVT software.
Summary: Presently, the sheet pile wall is normally calculated by the graphical method
according to Vietnamese standard No 22TCN 207 - 92. This consequently poses some
problems: the more the calculation, the more errors it makes; moreover, when parameters of
load, physical - mechanical characteristics of soil and elevation of tie rods, etc. change,
calculation should start again from scratch. So as to solve such problems, sheet pile wall
structure calculation software - HVT software has been researched and programmed.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế thì mạng lưới giao thông ở
nước ta được đầu tư và phát triển. Đóng góp vào những thành tựu đó, không thể không kể đến
vai trò của hệ thống cảng Việt Nam. Nhiều cảng cũ được nâng cấp và mở rộng như Hải Phòng,
Cần Thơ, Hòn Gai, Cửa Lò, Nhà Bè… Bên cạnh đó, nhiều cảng mới được xây dựng như Dung
Quất, Lạch Huyện, Nghi Sơn, cụm cảng Cái Mép - Thị Vải, Vân Phong, Vũng Áng, Chân
Mây…
TCT2
Vì vậy, việc lập trình và phát triển các phần mềm trợ giúp cho việc tính toán công trình
cảng là rất cần thiết, nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán, tăng năng suất lao
động, hạn chế việc tính tay, đồng thời cũng phù hợp với xu hướng phát triển chung - tự động
hoá trong công tác thiết kế.
Trong bài viết này, sẽ giới thiệu một phần mềm được lập trình nhằm hoàn thiện và bước
đầu góp phần hỗ trợ công tác tính toán thiết kế kết cấu tường cừ ở Việt Nam - phần mềm HVT.
2. CÁCH GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
2.1. Cơ sở lý thuyết
Các công thức và trình tự tính toán sử dụng trong phần mềm này chủ yếu dựa trên cơ sở
tiêu chuẩn thiết kế Công trình bến cảng biển 22TCN 207 - 92 và những lý thuyết cơ bản của Cơ
học đất. HVT software đượcc viết bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao Visual Basic 6.0, chạy trên
nền Windows.
2.2. Đặc điểm của phần mềm HVT
Phần mềm này có thể hỗ trợ tính toán khá đầy đủ các dạng bài toán thiết kế công trình dạng
tường cừ, gồm:
- Tường cừ tự do;
- Tường cừ không neo;
- Tường cừ một tầng neo;
- Tường cừ phục vụ thi công hố móng.
HVT software có giao diện hài hoà và rất dễ cho người sử dụng có thể hội thoại với
chương trình (hình 2). Sau khi chạy, phần mềm đưa ra những kết quả cơ bản phục vụ cho quá
trình thiết kế, như: chiều sâu chôn cừ, nội lực của cừ, lực căng thanh neo (với bài toán có neo).
Ngoài ra, phần mềm còn có thể tự động chọn chủng loại cừ và đường kính thanh neo sao cho
phù hợp với điều kiện thực tế. Người sử dụng hội thoại trực tiếp với chương trình thông qua
bảng giao diện với các thanh công cụ hoàn toàn bằng tiếng Việt. Khi tính toán, ta chỉ cần nhập
các yếu tố đầu vào vào bảng giao diện và đợi lấy kết quả (hình 3).
Kết quả sau khi chạy chương trình được hiển thị không những dưới dạng số mà còn được
thể hiện chi tiết thông qua các hình vẽ. Người sử dụng có thể in trực tiếp hình vẽ và kẹp vào hồ
sơ thiết kế nếu cần. Điều đó sẽ giúp người sử dụng có cái nhìn trực quan hơn (hình 4, 5).
Phiên bản đầu tiên của HVT version 1.0 được hoàn thành vào tháng 5 năm 2007 với việc
chỉ tính toán tường cừ một neo. Hiện nay, phần mềm đã nâng cấp đến phiên bản 3.0 bao gồm
thêm phần tính toán tường cừ tự do, không neo, một tầng neo và cừ cho thi công hố đào. Cũng
giống như HVT version 1.0, việc lập trình HVT version 2.0, 3.0 vẫn sử dụng các công thức và
cơ sở lý thuyết dựa trên phương pháp đồ giải theo tiêu chuẩn thiết kế Công trình bến cảng biển
22TCN 207 - 92 và một số tài liệu tham khảo khác. Hiện nay, trước sự đòi hỏi của thực tế sản
xuất và giao lưu quốc tế, chúng tôi đã phát triển phần mềm HVT với phiên bản 3.0 trên nền
tiếng Anh. Việc Anh ngữ hoá HVT là một bước phát triển quan trọng đối với chương trình.
3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN SỬ DỤNG PHẦN MỀM HVT
CT 2
Tính toán với công trình kè bảo vệ bờ sử dụng kết cấu tường cừ không neo của nhà mày
nhiệt điện Phú Thọ (nằm cạnh sông Lô). Đây là tuyến kè quan trọng của nhà máy, nó không chỉ
có chức năng giữ đất mà còn góp phần ổn định dòng chảy. Khi thiết kế, các kỹ sư đã sử dụng
phương pháp đồ giải trong tiêu chuẩn 22 TCN-207-92 và thực hiện bằng tay. Một số kết quả của
phương pháp đồ giải:
t: độ sâu chôn cừ theo tính toán đồ giải, tính từ đáy bến đến giao điểm phía dưới giữa
đường khép kín với đa giác dây là:
t = t
0 + Δt = 1,1.t0 = 1,1.3,13 = 3,45 (m)
Mmax: mômen lớn nhất ở nhịp tường mặt theo tính toán đồ giải.
M
max = η. ymax = 20.1,0 = 20,1 (T.m)
Tuy nhiên, với nhiều hạn chế khi giải tay theo phương pháp đồ giải cũng như muốn rút
ngắn thời gian thiết kế, chúng tôi đã áp dụng phần mềm HVT để tính toán cho tường cừ. Dưới
đây là một số hình ảnh của bài toán.
Để thấy rõ sự tương quan của hai phương pháp, ta có bảng so sánh sau:
Bảng 1. So sánh kết của của hai phương pháp giải
Thông số tính toán Phương pháp đồ giải Phần mềm HVT Sai số (%)
Mômen lớn nhất Mmax (T.m) 20 20,4 2
Chiều sâu chôn cừ t (m) 3,45 3,29 4,64
q = 1T/m
o
2
ϕ =
30°
γ =
1,8t/m3
ϕ =
42°
γ =
2,0t/m3
c¸t san ®¾p k=0.95
®¸ héc ®æ
ϕ
1
=
42°
γ
1
=
2,0t/m3
Líp ®Êt 1
h
1
= 1,5m°
ϕ
2
=
22°
γ
2
= 1
,85t/m3
Líp ®Êt 2
h
2
= 7,1m°
ϕ
2
=
20°
γ
2
= 1
,98t/m3
Líp ®Êt 3
h
2
= 5m°
a) b)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
y = 1.0m
max
t = 3,13m
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
c) e)
1
2
3
4
0
1
1
2
3
4
4
5
0
2
5
678 910 11
67
8910 11
d)
0
d)
Hình 1. Tính toán tường cừ không neo bằng phương pháp đồ giải
a) Sơ đồ tính toán; b) Biểu đồ áp lực đất tổng hợp
c) Các lực tập trung tương đương của áp lực đất; d) Đa giác lực; e) Đa giác dây
TCT2
Hình 2. Giao diện của chương trình
Hình 3. Bảng hiển thị kết quả
Hình 4. Đa giác lực
Hình 5. Đa giác dây
CT 2
4. KẾT LUẬN
Từ kết quả thu được, ta thấy kết quả giữa hai phương pháp có sự chênh lệch không đáng kể
và nhỏ hơn 5%. Nhưng với phần mềm HVT, ta có thể rút ngắn thời gian tính toán rất nhiều,
đồng thời có thể thay đổi tuỳ ý các thông số đầu vào mà kết quả cũng tương đương với việc giải
tay theo phương pháp đồ giải.
Trong thời gian sắp tới, nhóm tác giả sẽ cố gắng nâng cấp và hoàn thiện phần mềm hơn
nữa. Để phần mềm HVT trở thành công cụ hữu ích trợ giúp cho người thiết kế công trình bến
cảng nói riêng và trong ngành xây dựng và giao thông nói chung. Hy vọng, phần mềm HVT sẽ
góp phần nhỏ bé trong việc tự động hoá thiết kế trong học tập, nghiên cứu cũng như thực tế sản
xuất.
Tài liệu tham khảo
[1]. Phạm Văn Giáp, Nguyễn Hữu Đẩu, Nguyễn Ngọc Huệ. Công trình bến cảng. Nhà xuất bản Xây
Dựng, năm 1998.
[2]. 22TCN - 207 - 92 - Tiêu chuẩn thiết kế Công trình bến cảng biển. Hà Nội, năm 1992.
[3]. 22TCN - 219 - 94 - Tiêu chuẩn thiết kế Công trình bến cảng sông. Hà Nội, năm 1994.
[4]. U.S. army corps of engineers. Design of sheet pile walls. Washington, D.C, năm 1994 ♦