>> StructDesignPro

structdesignpro · Site Admin

Vài suy nghỉ về bài toán dầm & bản trên nền đàn hồi và bài toán tính lún

1) Bài toán dầm và bản trên nền đàn hồi thực sự là một lớp bài toán khó và có ý nghĩa thực dụng đối với việc thiết kế bản thân kết cấu móng . Theo quan điểm cơ học , đây là dạng bài toán tiếp xúc giữa 2 vật thể : móng và đất nền , và ẩn số phải tìm là sự phân bố áp lực lên mặt đất nền ngay sát đáy móng hoặc sự phân bố phản lực do đất nền tác dụng ngược lại vào mặt đế móng , cả 2 loại lực này đều là lực mặt ( lực/ chiều dài ^2 ) và có giá trị bằng nhau theo định luật 3 Newton .

2)Tuy hiện nay có rất nhiều mô hình nền để mô phỏng sự làm việc tiếp xúc của móng và đất nền nhưng phổ biến nhất vẫn là mô hình nền Winkler ( mô hình nền biến dạng cục bộ ) với thông số duy nhất của đất được đưa vào tính toán là hệ số nền Cz ( lực/ chiều dài ^ 3 ) . Trong các phần mềm như SAP2000 cần phải quy đổi giá trị hệ số nền này về độ cứng k ( lực/ chiều dài ) của các lò xo liên kết giữa móng với đất nền tại các nút , giá trị k = Cz.Sinf trong đó Sinf (m2 ) là phần diện tích ảnh hưởng của mặt đáy móng đối với nút đang xét , theo quy tắc phân phối trung bình . Như vậy đối với bài toán dầm được chia đều thành các đoạn bằng nhau , k của 2 nút biên chỉ bằng ½ giá trị k của các nút giữa , đối với bài toán bản được chia đều ô : các nút ở góc có k chỉ bằng ¼ giá trị k của nút bên trong bản …các nút theo cạnh biên bằng ½ v.v…

3) Mô hình Winkler đã chịu nhiều sự phê phán khi chỉ dùng độc nhất 1 thông số là hệ số nền Cz ,có giá trị tuỳ thuộc vào loại đất nền và dao động khá rộng đối với từng loại đất . Việc chọn giá trị Cz cũng tùy thuộc kinh nghiệm của người thiết kế và mang tính chủ quan . Nói chung mô hình Winkler thường áp dụng cho đất yếu thể hiện tính biến dạng tại chỗ khi chịu tải , không lan truyền ra các vùng xung quanh .
Cần phải nói rõ : mô hình nền Winkler chỉ dùng để tính bản thân kết cấu móng , không dùng kết quả của bài toán để lý luận về sự lún nhiều hay lún ít của đất nền dưới móng . Một số bài viết đã sai lầm khi xem kết quả chuyển vị theo phương z của bài toán mô hình dầm & bản trên nền đàn hồi là độ lún của móng . Cơ sở lý luận như sau :
a) Bài toán kết cấu móng trên nền đàn hồi là bài toán tĩnh học không có yếu tố thời gian trong bài toán .
b) Bài toán ước lượng độ lún ( tính lún ) trong cơ học đất là một bài toán phức tạp liên quan đến nhiều quá trình cơ lý xảy ra trong đất như sự thoát nước trong các lỗ rỗng , biến dạng khung cốt đất , tính chất cố kết … và trong tính toán phải sử dụng rất nhiều thông số cơ lý của đất . Bài toán ước lượng lún nói chung không liên quan gì đến các kết quả biến dạng của kết cấu móng trên nền đàn hồi bất chấp mô hình tính toán là mô hình gì .
c) Ngoài mô hình Winkler , mô hình nền tổng biến dạng theo Boussinesq ( hoặc Flamand – bài toán 2 D ) với 2 thông số Eo và muy của đất nền cũng cần được các kỹ sư thiết kế quan tâm , nhất là để tính móng băng, bè trên nền đất có sức chịu tải trung bình hoặc tốt ( Xem sách tính dầm và bản trên nền đàn hồi theo pp Jêmoskin ) . Rất tiếc hiện nay ,mô hình này chưa được đưa vào các phần mềm phổ thông như SAP2000 mà chỉ xuất hiện ở dạng các chương trình nhỏ .

Kết luận : Bản thân SAP2000 không nói gì đến khả năng tính lún của kết cấu , vì vậy chúng ta , những người sử dụng , cũng không thể làm hơn được những gì mà những người lập trình đã sắp đặt trước .

Th. Sỹ La Văn Hiển
Chương trình EMMC Việt - Bỉ
_________________
Mời bạn đến với bách khoa toàn thư về kết cấu:.
http://vi.ketcau.wikia.com

structdesignpro · Site Admin

1) Về thí nghiệm xác định hệ số nền Cz : thường dùng bàn nén hiện trường với kích thước bàn nén nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước móng thực tế và cho thí nghiệm nén ( chất tải ) và dỡ tải liên tiếp đến khi nền đất chỉ còn phần biến dạng đàn hồi . Hệ số nền Cz = p/Sđh . Rõ ràng cách xác định Cz như vậy có những khuyết điểm sau :
(a) Dưới cùng giá trị áp lực đất nền , vùng nền bị ảnh hưởng do tải trọng ngòai dưới bàn nén nhỏ hơn vùng ảnh hưởng dưới đáy móng thực tế . Vì vậy Cz chưa phản ảnh được sự làm việc của các lớp đất nền nằm sâu hơn nhưng vẫn còn trong tầm ảnh hưởng gây lún của kết cấu móng thực tế ( móng băng, bè )
(b) Cz chỉ giữ phần hồn “ đàn hồi “ mà bỏ qua phần biến dạng dẻo của đất nền vì vậy không phản ảnh đúng bản chất của biến dạng đất bao gồm cả phần đàn hồi và phần dẻo ( vật liệu phi tuyến ) . [Trong mô hình tổng biến dạng - bài tóan Boussinesq - có xét cả 2 lọai biến dạng này .]
Trong thực tế thiết kế , ít khi chúng ta có được số liệu thí nghiệm Cz mà chỉ dùng các giá trị tham khảo ghi trong các tài liệu, sổ tay thiết kế nền móng . Việc lựa chọn giá trị Cz bao nhiêu cũng rất khó khăn và mang tính chủ quan .
Qua phân tích như trên , dễ thấy nếu dùng mô hình nền Winkler thì việc xem ( hoặc tham khảo ) các kết quả chuyển vị như là độ lún của nền dưới móng e là có độ tin cậy không cao , tính thuyết phục thấp .
2) Mô hình Winkler : Đã gọi là mô hình tính tóan thì có thể tính theo mô hình này, mô hình nọ - vấn đề là người áp dụng hiểu rõ phạm vi ứng dụng của từng mô hình mà áp dụng vào từng trường hợp thiết kế cụ thể . Mô hình khác nhau thì kết quả khác nhau , nhiều khi sự khác biệt rất lớn . Việc sử dụng không đúng mô hình đôi khi có thể mang lại sự cố công trình ( Xem sách Jêmoskin : Dầm bản trên nền đàn hồi ) . Vì vậy việc xem chuyển vị theo phương z của một mô hình tính tóan nào đó là độ lún của nền thực sự là không có cơ sở .
3) Tính ( ước lượng ) lún : Trong thực tế thiết kế công trình , để đơn giản thường chúng ta chỉ tính độ lún “ cuối cùng” S và so sánh nó với độ lún cho phép theo qui phạm [S], nhưng bản thân cụm từ “ cuối cùng “ cũng đã bao hàm ý nghĩa thời gian rồi . S cuối cùng có thể xảy ra sau 10 năm, 20 năm v.v… tức ở 1 thời điểm cụ thể ,khi đó quá trình cố kết của đất ổn định dưới tác dụng của tải trọng ngòai ( trừ trường hợp là nền chủ yếu là cát , nền cố kết nhanh ) . Theo quan điểm cơ học đất ,hiện tượng lún của nền luôn đi kèm theo các quá trình thóat nước lỗ rỗng , biến dạng khung cốt đất … và đều diễn tiến theo thời gian . Hơn nữa , khi tính lún , còn xét các lớp đất nằm sâu nhưng vẫn còn trong phạm vi ảnh hưởng của tải trọng ngòai , trong khi các mô hình tính tóan hiện nay chỉ dùng các thông số chủ yếu của lớp đất đầu tiên ngay sát đáy móng .
_________________
Mời bạn đến với bách khoa toàn thư về kết cấu:.
http://vi.ketcau.wikia.com