Báo cáo khoa học: "Xác định vị trí điểm không trong kết cấu vỏ hầm giao thông"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong lĩnh vực tính toán thiết kế các kết cấu vỏ hầm giao thông có dạng đ-ờng cong, việc xác định chính xác vị trí điểm không (điểm không có biến dạng) hết sức quan trọng vì vị trí điểm không có ảnh h-ởng rất lớn đến việc lựa chọn sơ đồ tính cho kết cấu, mô hình hoá kết cấu, xác định các tổ hợp tải trọng tác dụng lên kết cấu vỏ hầm...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Xác định vị trí điểm không trong kết cấu vỏ hầm giao thông"

X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm kh«ng trong kÕt cÊu vá hÇm giao th«ng PGS. TS. trÇn quang vinh Ths. Lª quang h−ng Bé m«n KÕt cÊu Khoa C«ng tr×nh - Tr−êng §HGTVT Tãm t¾t: Bμi b¸o d−íi ®©y giíi thiÖu viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ ®iÓm kh«ng cña kÕt cÊu vá hÇm b»ng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. Summary:The article present to define accurate of undeformed point of tunnel by finite element method. kh¸ng ®µn håi. i. ®Æt vÊn ®Ò II. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm kh«ng b»ng Trong lÜnh vùc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c kÕt ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch cÊu vá hÇm giao th«ng cã d¹ng ®−êng cong, viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ ®iÓm kh«ng Khi kÕt cÊu vá hÇm ®−îc x©y s¸t víi v¸ch (®iÓm kh«ng cã biÕn d¹ng) hÕt søc quan träng hang, bÒ mÆt cña vá hÇm tiÕp xóc víi v¸ch v× vÞ trÝ ®iÓm kh«ng cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn hang do c¸c khe hë gi÷a v¸ch hang vµ vá viÖc lùa chän s¬ ®å tÝnh cho kÕt cÊu, m« h×nh hÇm ®−îc phun v÷a ®Ó lÊp ®Çy. Lóc ®ã, d−íi ho¸ kÕt cÊu, x¸c ®Þnh c¸c tæ hîp t¶i träng t¸c t¸c dông cña c¸c t¶i träng chñ ®éng, kÕt cÊu dông lªn kÕt cÊu vá hÇm... ViÖc x¸c ®Þnh vá hÇm sÏ ph¸t sinh ra biÕn d¹ng vµ nã cã xu chÝnh x¸c vÞ trÝ ®iÓm kh«ng lµ rÊt phøc t¹p. h−íng di chuyÓn mét phÇn vµo phÝa trong Trong c¸c ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch, ®Ó x¸c ®Þnh hÇm, mét phÇn vÒ phÝa v¸ch hang (®Þa tÇng). vÞ trÝ ®iÓm kh«ng, ng−êi tÝnh th−êng ph¶i gi¶ Do ¶nh h−ëng cña phÇn chuyÓn vÞ trong kÕt ®Þnh tr−íc vÞ trÝ ®iÓm kh«ng, s¬ ®å ph©n bè cÊu vá hÇm vÒ phÝa ®Þa tÇng mµ khi ®ã ®Þa cña lùc kh¸ng ®µn håi råi míi x¸c ®Þnh néi lùc tÇng xuÊt hiÖn hiÖn t−îng Ðp chÆt cña ®Êt ®¸. vµ biÕn d¹ng cña kÕt cÊu vá hÇm d−íi t¸c M«i tr−êng xung quanh vá hÇm cã tÝnh chÊt dông cña c¸c tæ hîp t¶i träng. Sau ®ã, qua kÕt ®µn håi cho nªn vá hÇm sÏ chÞu t¸c dông qu¶ tÝnh to¸n ®−îc sÏ hiÖu chØnh l¹i vÞ trÝ ®iÓm ng−îc l¹i cña mét thµnh phÇn ph¶n lùc do ®Þa kh«ng råi l¹i tÝnh to¸n kÕt cÊu vá hÇm víi s¬ tÇng sinh ra ®Ó chèng l¹i thµnh phÇn chuyÓn ®å võa hiÖu chØnh. ViÖc tÝnh to¸n nh− vËy ph¶i vÞ ®ã. Thµnh phÇn ph¶n lùc ®ã ®−îc gäi lµ lùc lÆp ®i lÆp l¹i nhiÒu lÇn ®Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ kh¸ng ®µn håi. trÝ ®iÓm kh«ng thùc tÕ. Do ®ã, ®Ó x¸c ®Þnh D−íi t¸c dông cña lùc kh¸ng ®µn håi, kÕt chÝnh x¸c vÞ trÝ ®iÓm kh«ng, thay v× sö dông cÊu vá hÇm sÏ h¹n chÕ biÕn d¹ng cña nã, lµm c¸c ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch th«ng th−êng, khi t¨ng trÞ sè cña lùc däc vµ gi¶m trÞ sè m«men sö dông ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n cã thÓ uèn trong kÕt cÊu. x¸c ®Þnh ®−îc biÕn d¹ng cña kÕt cÊu vá hÇm Lùc kh¸ng ®µn håi ph¸t sinh trªn bÒ mÆt d−íi t¸c dông cña c¸c tæ hîp t¶i träng chñ ngoµi kÕt cÊu vá hÇm t¹i nh÷ng phÇn cã ®éng råi tõ c¸c biÕn d¹ng ®· biÕt ®Ó x¸c ®Þnh chuyÓn vÞ vÒ phÝa ®Þa tÇng cã d¹ng vßm hoÆc vÞ trÝ ®iÓm kh«ng vµ s¬ ®å phÇn bè cña lùc
cung trßn cã thÓ ë d¹ng q ph¸p tuyÕn σ (chèng nÐn) vµ tiÕp tuyÕn τ (chèng tr−ît). Gi¸ trÞ cña thµnh phÇn tiÕp Kδ φ φ φo tuyÕn trong lùc kh¸ng α ®µn håi cã thÓ x¸c ®Þnh K δh δh αo theo c«ng thøc : Kδ α τ = μσ μ: lµ hÖ sè ma s¸t S¬ ®å tÝnh theo ph−¬ng ph¸p cña G.G.Durabov vμ O. E. Bugaeva gi÷a vá hÇm vµ ®Þa Dùa vµo gi¶ thuyÕt cña Winkler, tÇng. G.G.Durabov vµ O.E.Bugaeva ®· ®−a ra Khi tÝnh to¸n kÕt cÊu vá hÇm d¹ng vßm ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh lùc kh¸ng ®µn håi ®èi hay d¹ng cung trßn, trong ®a sè tr−êng hîp ta víi c¸c d¹ng vá hÇm t−êng cong. Trong chØ xÐt ®Õn thµnh phÇn ph¸p tuyÕn cña lùc ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n nµy, lùc kh¸ng ®µn håi kh¸ng ®µn håi cßn thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cã ®−îc xÐt ®Õn trªn mét phÇn cña chu vi vá hÇm thÓ bá qua ®Ó dù tr÷ ®é bÒn cho kÕt cÊu. mµ khi biÕn d¹ng cã chuyÓn vÞ vÒ phÝa ®Þa tÇng. TrÞ sè lùc kh¸ng ë ®iÓm bÊt kú trªn kÕt Khi x¸c ®Þnh trÞ sè cña lùc kh¸ng ®µn håi, cÊu vá hÇm ®−îc lÊy tû lÖ víi chuyÓn vÞ δ cña ng−êi ta sö dông c¸c gi¶ thiÕt biÕn d¹ng côc ®iÓm ®ã (gi¶ thiÕt cña Winkler). H−íng cña lùc bé hoÆc lý thuyÕt cïng biÕn d¹ng (biÕn d¹ng kh¸ng lÊy theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn ®èi víi bÒ chung). mÆt vá hÇm. Trªn phÇn cã ph¸t sinh lùc Theo gi¶ thiÕt biÕn d¹ng côc bé cña kh¸ng cã xÐt ®Õn c¶ lùc ma s¸t. Winkler gi÷a øng suÊt σ vµ biÕn d¹ng δ cã sù BiÓu ®å cña ph¶n lùc kh¸ng ®µn håi ®−îc phô thuéc tuyÕn tÝnh: x¸c ®Þnh dùa trªn ba ®iÓm lµ hai ®iÓm kh«ng σ = Kδ (hai ®iÓm cã chuyÓn vÞ b»ng kh«ng) vµ ®iÓm K: lµ hÖ sè kh¸ng lùc ®µn håi cã gi¸ trÞ lín nhÊt. ViÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c δ: lµ chuyÓn vÞ theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn ®iÓm kh«ng phÝa trªn lµ v« cïng phøc t¹p. Do vËy, trong giai ®o¹n tÝnh to¸n thiÕt kÕ víi kÕt Th−êng th× trÞ sè cña K ®−îc x¸c ®Þnh cÊu vá cã d¹ng ®−êng cong trßn b»ng c¸c b»ng thùc nghiÖm. TrÞ sè cña hÖ sè kh¸ng lùc ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch th«ng th−êng th× vÞ trÝ ®µn håi phô thuéc vµo rÊt nhiÒu nh©n tè nh− ®iÓm kh«ng nªn chän víi gãc ϕ0 = 45 ÷ 75 vµ kh¶ n¨ng biÕn d¹ng cña ®Þa tÇng, h×nh d¹ng, th−êng khi tÝnh to¸n ban ®Çu nªn chän kÝch th−íc cña mÆt tiÕp xóc, trÞ sè cña t¶i ϕ0 = 45, víi kÕt cÊu vá cã d¹ng ®−êng cong träng trªn mÆt tiÕp xóc, ®é cøng cña kÕt cÊu. Parabol, vÞ trÝ ®iÓm kh«ng nªn chän t¹i ®iÓm Khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm Ðp tÊm ph¼ng cã H = 0,7h. Sau ®ã kiÓm tra l¹i víi kÕt qu¶ cã diÖn tÝch Fm(m2) vµo khèi ®¸ th× hÖ sè ph¶n tÝnh to¸n ®Ó hiÖu chØnh l¹i råi tÝnh lÆp l¹i nhiÒu lùc ®µn håi ph¸p tuyÕn ®èi víi mÆt tiÕp xóc FK lÇn ®Ó cã ®−îc kÕt qu¶ chÝnh x¸c. §iÓm kh«ng < 10m2 ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc : phÝa d−íi lµ ®iÓm ch©n cña kÕt cÊu vá v× nh− σ Fm K= × ®· nªu ë trªn th× ®iÓm ch©n kh«ng cã chuyÓn Δ FK vÞ ngang. σ : lµ ¸p lùc lªn tÊm (T/m2) Cïng víi gi¶ thiÕt vÒ vÞ trÝ ®iÓm kh«ng, Δ : lµ ®é lón cña tÊm (m). víi ®iÓm cã trÞ sè ph¶n lùc kh¸ng ®µn håi lín
nhÊt t−¬ng øng víi ®iÓm cã chuyÓn vÞ vÒ phÝa III. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm kh«ng b»ng ®Þa tÇng lín nhÊt (δh) ta còng nªn chän ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n (H-h1) = 0,33H khi chiÒu cao cña kÕt cÊu vá Khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu vá hÇm d−íi h ≥ l ; vµ (H-h1) = 0,4H khi h < l. t¸c dông cña tæ hîp t¶i träng chÝnh, cã thÓ chia ra hai lo¹i t¶i lµ t¶i träng chñ ®éng vµ q t¶i träng bÞ ®éng. §Ó x¸c ®Þnh ®−îc vÞ trÝ ®iÓm kh«ng còng nh− s¬ ®å ph©n bè cña Kδ lùc kh¸ng ®µn håi (t¶i träng bÞ ®éng), tr−íc φ0 φ δh hÕt cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc s¬ ®å biÕn K δh d¹ng cña kÕt cÊu vá hÇm d−íi t¸c dông h H y cña t¶i träng chñ ®éng. 1 Kδ h1 β Khi x©y dùng s¬ ®å tÝnh cho kÕt cÊu vá hÇm cã thÓ gi¶ thiÕt vá hÇm cã d¹ng l cong tr¬n ®−îc thay thÕ b»ng d¹ng thanh Ta còng gi¶ thiÕt quy luËt ph©n bè cña g·y khóc (th−êng thay b»ng d¹ng ®a gi¸c cã ph¶n lùc kh¸ng ®µn håi lµ cã d¹ng parabol c¸c c¹nh b»ng nhau). Sù thay ®æi liªn tôc cña bËc hai víi trÞ sè (Kδ) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng ®é cøng trong kÕt cÊu vá ®−îc thay b»ng d¹ng bËc thang (trong ph¹m vi cña mét ®o¹n (cos ϕ )2 thanh th¼ng, ®é cøng cña kÕt cÊu vá ®−îc ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ 2 y1 K δ = K δ h ⎢1 − ⎥ = k δ h ⎢1 − ⎥ xem kh«ng thay ®æi). T¶i träng chñ ®éng vµ (cos ϕ 0 )2 (α H )2 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ t¶i träng bÞ ®éng (thµnh phÇn lùc kh¸ng ®µn thøc : håi ph¸t sinh t¹i c¸c vïng vá hÇm chuyÓn vÞ vÒ phÝa ®Þa tÇng) t¸c dông lªn kÕt cÊu vá hÇm trong ®ã: cã d¹ng ph©n bè ®−îc thay b»ng d¹ng bËc Kδh: lµ trÞ sè lín nhÊt cña biÓu ®å ph¶n thang, t¶i träng ph©n bè ®Òu trªn tõng ®o¹n lùc kh¸ng ®µn håi. thanh. V× vËy khi chia kÕt cÊu vá hÇm thµnh nhiÒu phÇn tö ®−îc liªn kÕt víi nhau th«ng y1: lµ kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm h1 ®Õn ®iÓm qua c¸c ®iÓm nót, nÕu c¸c phÇn tö ®−îc chia ®ang xÐt. cµng nhá th× bµi to¸n cµng gÇn víi c¸c gi¶ thiÕt trªn vµ kÕt qu¶ tÝnh ®−îc cµng chÝnh x¸c. H: lµ chiÒu dµi cña biÓu ®å lùc kh¸ng ®µn håi Nh− ®· biÕt, do c¸c phÇn tö ®−îc liªn kÕt víi nhau th«ng qua c¸c ®iÓm nót cho nªn c¸c α: lµ hÖ sè ®−îc lÊy theo biÓu ®å ë phÇn trÞ sè chuyÓn vÞ t¹i ®Çu cña c¸c phÇn tö còng trªn vµ phÇn d−íi ®iÓm cã trÞ sè lùc kh¸ng ®µn chÝnh lµ c¸c trÞ sè chuyÓn vÞ t¹i c¸c ®iÓm nót håi lín nhÊt. Trong vïng phÝa trªn ®−îc lÊy ®Ó ®¶m b¶o cho tÝnh liªn tôc vÒ chuyÓn vÞ khi b»ng (1/3) hoÆc (2/5), trong vïng phÝa d−íi tÝnh chuyÓn tõ phÇn tö nµy sang phÇn tö kh¸c. ®−îc lÊy b»ng (2/3) hoÆc (3/5). NÕu nh− ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c gi¸ trÞ chuyÓn vÞ t¹i c¸c ®iÓm nót th× ta sÏ x¸c ®Þnh ®−îc Lùc ma s¸t theo mÆt bªn cña kÕt cÊu vá chuyÓn vÞ cña c¸c phÇn tö qua ®ã cã thÓ x¸c hÇm trong ph¹m vÞ vïng lùc kh¸ng ®µn håi ®Þnh ®−îc tr¹ng th¸i biÕn d¹ng cña tõng phÇn còng ®−îc biÓu thÞ th«ng qua δh tö. Si = μPi = μKδi Tõ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p
phÇn tö h÷u h¹n: cÊu vá hÇm, sÏ x¸c ®Þnh ®−îc vÞ trÝ ®iÓm kh«ng vµ thµnh phÇn lùc kh¸ng ®µn håi dùa {P} = [K]{δ} vµo gi¶ thuyÕt biÕn d¹ng côc bé cña Winkler. trong ®ã: {P} lµ vÐct¬ ngo¹i lùc; IV. KÕt luËn {δ} lµ vÐct¬ chuyÓn vÞ; Khi tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u [K] lµ ma trËn ®é cøng phô thuéc vµo c¸c h¹n kh«ng bÞ giíi h¹n vÒ d¹ng cña ®−êng ®Æc tr−ng h×nh häc vµ ®Æc tr−ng c¬ häc. cong trôc vá hÇm vµ cã thÓ tÝnh ®−îc trong c¸c tr−êng hîp tiÕt diÖn còng nh− ®é cøng cña Cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc chuyÓn vÞ cña kÕt kÕt cÊu vá hÇm thay ®æi. NÕu nh− chia kÕt cÊu cÊu nÕu nh− biÕt ®−îc vÐct¬ ngo¹i lùc {P} vµ thµnh c¸c phÇn tö cã kÝch th−íc cµng nhá th× ma trËn ®é cøng [K] cña kÕt cÊu vá hÇm. kÕt qu¶ sÏ cµng chÝnh x¸c. §Ó x©y dùng ®−îc vÐct¬ ngo¹i lùc cña §Æc biÖt khi tÝnh to¸n kÕt cÊu vá hÇm phÇn tö {P} cÇn ph¶i dêi c¸c t¶i träng trung b»ng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n, ta kh«ng gian vÒ thµnh c¸c t¶i träng nót theo c¸c quy cÇn ph¶i gi¶ thiÕt ®−êng cong biÕn d¹ng cña luËt nhÊt ®Þnh. C¸c ngo¹i lùc nót ®ã ®−îc gäi kÕt cÊu vá hÇm khi chuyÓn vÞ vÒ phÝa ®Þa tÇng lµ c¸c ngo¹i lùc nót t−¬ng ®−¬ng. Cã nhiÒu vµ ®−êng cong ph©n bè cña ph¶n lùc kh¸ng c¸ch ®Ó x¸c ®Þnh ngo¹i lùc nót t−¬ng ®−¬ng, ®µn håi nh− c¸c ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch th«ng th«ng dông nhÊt lµ ph−¬ng ph¸p quy ®æi th−êng v× sau khi tÝnh to¸n ®èi víi t¶i träng t−¬ng ®−¬ng tÜnh häc hay ph−¬ng ph¸p n¨ng chñ ®éng ta ®· cã thÓ x¸c ®Þnh mét c¸ch l−îng trong m«n Søc bÒn vËt liÖu hoÆc m«n chÝnh x¸c chuyÓn vÞ t¹i tõng ®iÓm trªn kÕt cÊu C¬ häc kÕt cÊu ®Ó dêi t¶i träng trung gian vÒ vá hÇm, qua ®ã sÏ tÝnh ®−îc ph¶n lùc kh¸ng thµnh t¶i träng nót ®èi víi kÕt cÊu hÖ thanh. ®µn håi t¸c dông t¹i tõng ®iÓm trªn kÕt cÊu vá Ma trËn ®é cøng cña phÇn tö ®−îc x©y hÇm theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn vµ ph−¬ng tiÕp dùng dùa trªn nguyªn lý c«ng ¶o. Víi gi¶ thiÕt tuyÕn. ngo¹i lùc t¸c dông lªn mét vËt thÓ ®µn håi vµ Ngoµi ra, khi sö dông ph−¬ng ph¸p phÇn øng suÊt sinh ra trong vËt thÓ ®ã lu«n lu«n ë tö h÷u h¹n rÊt thuËn tiÖn cho ng−êi tÝnh x©y trong tr¹ng th¸i c©n b»ng. NÕu cho vËt thÓ dùng c¸c ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n trî gióp khi chÞu t¸c dông cña mét chuyÓn vÞ nhá th× trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu vá hÇm giao th«ng. vËt thÓ sÏ ph¸t sinh ra biÕn d¹ng ¶o. Lóc ®ã c«ng do øng suÊt sinh ra (c«ng trong Wt) sÏ Tµi liÖu tham kh¶o c©n b»ng víi c«ng do ngo¹i lùc sinh ra (c«ng ngoµi Wn). Ma trËn ®é cøng cña phÇn tö ®−îc [1]. Lª Quang H−ng. Nghiªn cøu vµ ®¸nh gi¸ sù x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ph©n bè néi lùc trong kÕt cÊu vá hÇm giao th«ng (LuËn v¨n Th¹c sü Khoa hoc). Hµ Néi, 2003. [k] = ∫∫∫[B]T[D][B]dxdydz [2]. NguyÔn ThÕ Phïng, NguyÔn Quèc Hïng. ThiÕt Trong ®ã: [D] lµ ma trËn ®µn håi cña phÇn tö kÕ c«ng tr×nh hÇm giao th«ng. Hµ Néi, 1993. [B] lµ ma trËn hÖ sè biÕn d¹ng cña [3]. TrÇn Thanh Gi¸m, T¹ TiÕn §¹t. TÝnh to¸n thiÕt phÇn tö kÕ c«ng tr×nh ngÇm. Nhµ xuÊt b¶n X©y dùng, 2002. Sau khi x©y dùng ®−îc vÐct¬ ngo¹i lùc vµ [4]. NguyÔn Xu©n Lùu. Ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u ma trËn ®é cøng cña phÇn tö sÏ x¸c ®Þnh ®−îc h¹n. Hµ Néi, 2000. vÐct¬ chuyÓn vÞ cña phÇn tö theo ph−¬ng tr×nh [5]. Динамический расчет и иптимальное ероек- c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. тирование подземных сооружений - Р.О.Бакиров ; Ф.В.Лой - Москва 2002♦ Khi ®· cã ®−îc s¬ ®å biÕn d¹ng cña kÕt