(Đề tài NCKH) phương pháp thiết kế tường vây kết hợp plaxis 2d và SAP2000

Tổng quan tình hình nghiên cứu lĩnh vực đề tài

Nghiên cứu mô phỏng hố đào bằng phần mềm Plaxis đã được thực hiện nhiều, nhưng chủ yếu tập trung vào hệ tường vây, trong khi hệ chống thường chỉ được mô phỏng đơn giản Chưa có nghiên cứu nào đề cập đến thiết kế hệ thanh chống với ảnh hưởng của giai đoạn thi công Đề tài này sẽ phân tích hệ thanh chống (kingpost - shoring) bằng cách kết hợp Plaxis 2D và Sap2000, đồng thời liệt kê các nghiên cứu liên quan đến phân tích ứng xử hố đào với Plaxis 2D, Plaxis 3D và phân tích hệ thanh chống bằng Plaxis 3D.

[1] Phân tích độ tin cậy của tường chắn bằng xác xuất Imprecise (Reliability Analysis of Retaining Wall using Imprecise Probability) của tác giả Ashutosh Kumar, tháng 8 năm 2017.

The study by Chau-Hui Wu, Chang-Yu Ou, and Ningchien Tung (2010) explores the impact of corner effects on deep excavations, specifically focusing on the Taipei Basin T2 zone The authors establish a predictive model to analyze these effects, highlighting their significance in excavation practices and urban planning This research provides valuable insights into the behavior of soil and structural interactions during deep excavation processes, contributing to safer and more efficient engineering solutions.

In the article "Common Mistakes on the Application of Plaxis 2D in Analyzing Excavation Problems" by Gouw Tjie-Liong, published in January 2014, the author identifies frequent errors encountered when using Plaxis 2D for excavation analysis These mistakes can lead to inaccurate results and misinterpretations in engineering projects By understanding and addressing these common pitfalls, engineers can enhance the reliability of their analyses and ensure safer excavation practices.

[26] Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D của tác giả Vũ Tâm Lộc, tháng 9 năm 2015.

The study titled "Analysis of the Effect of Anchor Rod on the Behavior of Diaphragm Wall Using Plaxis 3D," authored by Yajnheswaran and H.S Ranjan in December 2015, investigates how anchor rods influence the performance of diaphragm walls Utilizing Plaxis 3D software, the research provides valuable insights into the structural behavior and stability of these walls under various conditions The findings highlight the significance of anchor rods in enhancing the overall effectiveness and safety of diaphragm wall systems in construction projects.

Mục tiêu đề tài

Bài viết trình bày phương pháp mô phỏng và phân tích hệ tường vây bằng phần mềm Plaxis 2D, đồng thời kết hợp với mô phỏng hệ thanh chống để đánh giá ảnh hưởng của giai đoạn thi công thông qua phần mềm SAP2000.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: Thống kê các số liệu địa chất thu được.

- Phương pháp phân tích mô phỏng: Sử dụng phần mềm Plaxis 2D, Plaxis 3D, SAP2000.

Phạm vi giới hạn đề tài

- Phương pháp thi công Bottom Up.

- Hệ chống: Hệ thanh chống.

Cấu trúc đề tài nghiên cứu

Chương 1 Cơ sở lý thuyết

Chương 2 Xây dựng bài toán phân tích bằng phần mềm Plaxis 2D, Plaxis 3D và

SAP2000 Chương 3 Đánh giá kết quả nghiên cứu

Phần kết luận và kiến nghị

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các mô hình nền và cách xác định các thông số đầu vào trong mô hình Plaxis

1.1.1.1 Mô hình thuyết đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr - Coulomb

Hình 1 1: Quan hệ ứng suất và biến dạng trong mô hình đàn dèo

Mô hình Mohr – Coulomb là một trong những mô hình đất cơ bản và phổ biến nhất, được sử dụng để mô tả ứng xử dẻo lý tưởng của đất nền Mô hình này áp dụng tiêu chuẩn phá hoại của Mohr kết hợp với đặc tính ứng xử đàn hồi của Coulomb.

Nguyên lý chủ yếu mô hình Mohr – Coulomb là biến dạng của đất nền sẽ bao gồm hai thành phần: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.

* Vòng tròn morh đánh giá ứng suất tại một điểm:

Xét 1 điểm M có ứng suất pháp σ xx , σ yy và ứng suất tiếp điểm đang xét 1 góc α sao cho ứng suất tiếp τ xy = 0 Lúc này, các τ xy Quay mặt phẳng chứa ứng suất pháp sẽ được gọi là ứng suất chính σ 1 , σ 3 Ứng suất lớn nhất có tên là ứng suất chính đại ký hiệu là σ 1 Ứng suất bé nhất có tên là ứng suất chính tiểu ký hiệu là σ 3

Vòng tròn Morh ứng suất là một tập hợp điểm nằm trên tất cả các mặt đi qua điểm tác động của ứng suất P, đồng thời vuông góc với một mặt tọa độ trục.

Hình 1 2: Quan hệ giữa các ứng suất và ứng suất chính

Dẻo là giới hạn trạng thái đàn hồi của vật liệu; khi vật liệu chuyển sang ứng xử dẻo, hiện tượng này xảy ra do các hạt đất bị gãy và bể vụn, đồng thời các hạt cũng tái cấu trúc lại.

Mặt dẻo của đất là bề mặt làm việc của đất khi ở trạng thái tới hạn hoặc trạng thái biến dạng dẻo, được xác định thông qua các đường bao sức chống cắt.

* Mặt dẻo trong mô hình Morh-Coulomb:

Hình 1 3: Vòng Mohr ứng suất trên các mặt song song với trục z

Các thông số sức chống cắt thường được xác định thông qua các thí nghiệm cắt trong phòng như thí nghiệm Casagrande, nén ba trục, nén đơn và cắt đơn Ngoài ra, các thí nghiệm hiện trường như SPT, CPT và cắt cánh cũng được sử dụng để đánh giá sức chống cắt.

Các thông số chống cắt (c') chịu ảnh hưởng bởi trạng thái ứng suất ban đầu, độ ẩm của đất, điều kiện thoát nước, và điều kiện thí nghiệm Sức chống cắt cũng phụ thuộc vào ứng suất pháp hữu hiệu của đất, được xác định theo công thức cụ thể.

* Phương trình mặt ngưỡng Morh-coulomb:

Xác định từ đường bao các vòng tròn Morh ứng suất chính:

Phương trình mặt dẻo tổng quát có dạng: f

Hình 1 4: Không gian ứng suất (mô tả đường bao ứng suất chính)

* Thế năng dẻo của đất:

Lý thuyết dẻo chủ yếu tập trung vào việc tính toán biến dạng dẻo khi ứng suất đạt đến ngưỡng dẻo f( ij ) Các lý thuyết dẻo phổ biến hiện nay, như Von Mises (1928), Melan (1938) và Hill (1950), đều dựa trên gia số biến dạng dẻo.

* Phương trình tổng quát hàm thế năng dẻo: g

* Các thông số mô hình Morh-Coulomb:

Mô hình Morh-Coulomb là mô hình nổi tiếng thường dùng để tính toán gần đúng các ứng xử ở giai đoạn đầu của đất.

Các thông số đầu vào của mô hình Morh-Coulomb như sau:

E: Modun đàn hồi của vật liệu (kN/m 2 )

+ Thông số phá hoại dẻo: φ: Góc ma sát trong (độ) c: Cường độ kháng cắt của vật liệu (lực dính) (kN/m 2 ) ψ: Góc giãn nở của vật liệu (độ)

+ Một số thông số khác: k: Hệ số thấm k (m/s)

1.1.1.2 Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil

Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil là một phương pháp nâng cao để mô phỏng hành vi của nhiều loại đất, bao gồm cả đất mềm và đất cứng, theo nghiên cứu của Schanz (1998).

Mô hình Hardening Soil khác biệt so với mô hình Mohr – Coulomb ở chỗ mặt ngưỡng dẻo không cố định mà có khả năng mở rộng theo mức độ biến dạng dẻo của đất Mô hình này tích hợp hai loại ứng xử tăng bền của đất nền, bao gồm tăng bền chống cắt và tăng bền chống nén.

Tăng bền chống cắt mô phỏng biến dạng không hồi phục của đất nền dưới ứng suất lệch, trong khi tăng bền chống nén mô phỏng biến dạng không hồi phục khi đất nền chịu tải nén 1 trục Các phương pháp này giúp hiểu rõ hơn về ứng xử của đất nền trong điều kiện khác nhau, bao gồm nén cố kết và nén đẳng hướng.

Trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước, mối quan hệ giữa biến dạng dọc trục và ứng suất lệch được mô tả bằng dạng hyperbolic (Kondner, 1963), sau này được áp dụng trong mô hình hyperbolic của Duncan và Chang (1970) Tuy nhiên, mô hình Hardening Soil đã phát triển vượt trội hơn mô hình hyperbolic nhờ vào cơ sở lý thuyết dẻo thay vì lý thuyết đàn hồi, đồng thời xem xét góc giãn nở của đất và đưa ra mặt dẻo hình chỏm.

Trong mô hình Hardening Soil, độ cứng của đất nền được mô tả một cách chính xác hơn so với mô hình Mohr – Coulomb nhờ vào việc áp dụng ba loại độ cứng khác nhau cho đất nền.

+ Độ cứng khi chất tải trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước:

+ Độ cứng khi gia tải hoặc dở tải: E rep ur

+ Độ cứng trong thí nghiệm nén cố kết: E oed ref

- Mặt dẻo trong mô hình Hardening Soil:

-Mặt dẻo bị giới hạn bởi một mặt dạng nón được mô tả bởi các ứng suất trong quá khứ nên ứng xử giản nở bị giới hạn lại.

Hình 1 5: Không gian ứng suất (Mô hình Hardening Soil)

- Các thông số mô hình Hardening Soil:

+ Các thông số cường độ như mô hình Mohr – Coulomb: c ’ : lực dính hữu hiệu (kN/m 2 ) φ ’ : góc ma sát hữu hiệu ( o ) ψ ’ : góc giãn nỡ hữu hiệu ( o )

+ Các thông số độ cứng của đất nền:

E 50 ref : Mô đun cát tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước (kN/m

E ref oed : Mô đun tiếp tuyến trong thí nghiệm nén cố kết (kN/m 2 ) m: Hệ số mũ của ứng suất phụ thuộc độ cứng

+ Các thông số nâng cao:

E ref ur : Độ cứng khi dở tải và gia tải. ν ur: Hệ số poison khi dở tải và gia tải. p ref : Ứng suất tham chiếu của độ cứng.

K o nc : Hệ số áp lực ngang.

1.1.2 Cách xác định các thông số đầu vào trong mô hình Plaxis

1.1.2.1.1 Mô dun đàn hồi E(kN/m 2 )

Mô đun đàn hồi của một vật liệu được xác định bằng độ dốc của đường cong ứng suất- biến dạng trong vùng biến dạng đàn hồi:

E + E là mô đun đàn hồi

Ứng suất là lực gây ra biến dạng, được tính bằng cách chia lực cho diện tích mà lực đó tác động lên Biến dạng là tỷ lệ giữa sự thay đổi do ứng suất gây ra và trạng thái ban đầu của đất.

* Xác định modun đàn hồi E theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT: -

Tính mođun đàn hồi E (MPa) (Theo Tassios, Anagnostopoulos):

Trong đó: a là hệ số, được lấy bằng 40 khi N SPT >15; lấy bằng 0 khi N SPT

Pp (Plaxis 2D, 3D)

Chuyển vị ra khỏi khối đất Chuyển vị vào khối đất

Hình 3 1: Sự thay đổi áp lực ngang- c59ủa- đất theo độ chuyển dịch của tường chắn

3.1.2 Đánh giá độ tin cậy của mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D thông qua áp lực đất chủ động, bị động

* Giai đoạn 1: Thi công tường vây D600

Hình 3 2: Đánh giá độ tin cậy 2 mô hình Plaxis 2D và 3D giai đoạn 1

* Giai đoạn 3: Lắp đặt hệ chống 1 ở độ sâu -0.5m

* Giai đoạn 4: Hạ mực nước ngầm xuống độ sâu -5.5 m

Hình 3 5: Đánh giá độ tin cậy 2 mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D

Hình 3 6: Đánh giá độ tin cậy 2 mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D

* Giai đoạn 6: Lắp hệ chống 2 tại cao độ 4m

* Giai đoạn 7: Hạ mực nước ngầm xuống độ sâu -8.5m

Hình 3 8: Đánh giá độ tin cậy của 2 mô hình Plaxis 2D và 3D giai đoạn 7

* Giai đoạn 8: Đào đất đến đấy sàn tầng hầm 2 cao độ -7.5m.

Từ các biểu đồ phân tích, có thể thấy rằng giá trị lý thuyết của áp lực đất chủ động và bị động, được tính toán theo lý thuyết Mohr-Rankine, luôn nằm trong giới hạn quy định (3.1) và (3.2) ở tất cả các giai đoạn.

Hình dạng biểu đồ phân bố ứng suất áp lực chủ động và bị động, theo lý thuyết Mohr-Rankine, ở các giai đoạn đều tương đồng với biểu đồ phân bố ứng suất áp lực của mô hình Plaxis 2D và 3D.

Do đó, mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D trong bài nghiên cứu đáng tin cậy, các thông số đầu vào có thể chấp nhận được.

So sánh mức độ tương đương của mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D

Lựa chọn khảo sát 3 giai đoạn đào đất: 2, 5, 8 để so sánh vì ở các giai đoạn này chuyển vị tường vây là lớn nhất.

* Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -1 m Đ ộ sâ u (m )

Hình 3 10: Biểu đồ chuyển vị tường vây theo độ sâu giai đoạn 2

* Giai đoạn 5: Đào đất đến cao độ -4.5 m Đ ộ sâ u (m )

* Giai đoạn 8: Đào đất đến đáy sàng tầng hầm 2 ở cao độ -7.5 m Đ ộ sâ u (m )

Hình 3 13: Biểu đồ chuyển vị tường vây theo độ sâu các giai đoạn đào đất của 2 mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D

Bảng 3 1: Bảng so sánh chuyển vị tại đỉnh và chân tường vây các giai đoạn đào đất giữa hai mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D (mm)

Dựa trên bảng 3.1, các tác giả nhận thấy sự chênh lệch trong kết quả chuyển vị giữa mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D Nguyên nhân chính của sự chênh lệch này là do mô hình Plaxis 3D chịu ảnh hưởng của điều kiện biên, với tường vây ở giữa bị giới hạn bởi các tường vây biên hai bên Điều này dẫn đến việc các giá trị chuyển vị được tính toán là giá trị trung bình tại ba vị trí 1/4, 1/2 và 3/4 của tường vây.

Plaxis 2D coi tường vây là một phần tử tấm dài vô hạn, dẫn đến giá trị chuyển vị tại đỉnh tường vây trong mô hình Plaxis 2D thấp hơn so với giá trị chuyển vị của tường vây trong mô hình khác.

Plaxis 3D, và giá trị chuyển vị ở chân tường vây ở mô hình Plaxis 2D lớn hơn so với mô hình Plaxis 3D.

Lựa chọn khảo sát 3 giai đoạn đào đất: 2, 5, 8 để so sánh vì ở các giai đoạn này nội lực tường vây là lớn nhất.

* Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -1 m

Hình 3 14: Biểu đồ moment tường vây theo độ sâu giai đoạn 2

* Giai đoạn 5: Đào đất đến cao độ -4.5 m

* Giai đoạn 8: Đào đất đến đáy sàng tầng hầm 2 ở cao độ -7.5 m

Hình 3 16: Biểu đồ moment tường vây theo độ sâu giai các giai đoạn đào đất của hai mô

Bảng 3 2: Bảng so sánh moment lớn nhất của tường vây theo độ sâu các giai đoạn đào đất giữa hai mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D (kNm/m)

Dựa trên bảng 3.2, có sự chênh lệch lớn về giá trị moment giữa mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D do ảnh hưởng của điều kiện biên trong mô hình 3D Tường vây ở giữa bị giới hạn bởi các tường vây biên, dẫn đến việc giá trị moment được tính trung bình tại ba vị trí 1/4, 1/2 và 3/4 của tường vây giữa Ngược lại, trong mô hình Plaxis 2D, tường vây được coi là phần tử tấm dài vô hạn, do đó giá trị moment của mô hình này cao hơn so với mô hình Plaxis 3D.

3.2.3 Áp lực đất chủ động

* Giai đoạn 1: Thi công tường vây D600.

Hình 3 18: Biểu đồ áp lực đất chủ động theo độ sâu giai đoạn 1

* Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -1m.

* Giai đoạn 3: Lắp đặt hệ chống 1 ở độ sâu -0.5m.

* Giai đoạn 4: Hạ mực nước ngầm xuống độ sâu -5.5 m.

* Giai đoạn 5: Đào đất xuống độ sâu -4.5m.

* Giai đoạn 6: Lắp hệ chống 2 tại cao độ 4m.

* Giai đoạn 7: Hạ mực nước ngầm xuống độ sâu -8.5m.

Hình 3 25: Biểu đồ áp lực đất chủ động theo độ sâu giai đọan 8

Bảng 3 3: Bảng so sánh áp lực đất chủ động lớn nhất các giai đoạn giữa 2 mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D (kN/m 2 )

Dựa trên kết quả từ bảng 3.3, có sự khác biệt rõ rệt về giá trị áp lực đất chủ động giữa hai mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D Sự chênh lệch này xuất phát từ ảnh hưởng của điều kiện biên trong mô hình Plaxis 3D, nơi tường vây giữa bị giới hạn bởi tường vây biên ở hai bên Do tác động của điều kiện biên, các giá trị moment được tính toán là giá trị trung bình tại ba vị trí 1/4, 1/2 và 3/4 của tường vây giữa.

Plaxis 2D coi tường vây là phần tử tấm dài vô hạn, dẫn đến giá trị áp lực đất chủ động trong mô hình Plaxis 2D thấp hơn so với mô hình Plaxis 3D.

3.2.4 Áp lực đất bị động

* Giai đoạn 1: Thi công tường vây D600.

Hình 3 26: Biểu đồ áp lực đất bị động theo độ sâu giai đoạn 1

* Giai đoạn 2: Đào đất đến cao độ -1m.

* Giai đoạn 3: Lắp đặt hệ chống 1 ở độ sâu -0.5m.

* Giai đoạn 4: Hạ mực nước ngầm xuống độ sâu -5.5 m.

* Giai đoạn 5: Đào đất xuống độ sâu -4.5m.

* Giai đoạn 6: Lắp hệ chống 2 tại cao độ 4m.

-14 -16 -18 -20 Hình 3 31: Biểu đồ áp lực đất bị động theo độ sâu giai đoạn 6

* Giai đoạn 7: Hạ mực nước ngầm xuống độ sâu -8.5m.

Bảng 3 4: Bảng so sánh áp lực đất bị động lớn nhất các giai đoạn giữa 2 mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D

Dựa trên bảng 3.4, có sự chênh lệch rõ rệt về giá trị áp lực đất bị động giữa hai mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D Sự khác biệt này xuất phát từ ảnh hưởng của điều kiện biên trong mô hình Plaxis 3D, nơi tường vây giữa bị giới hạn bởi các tường vây biên hai bên Kết quả là, giá trị áp lực đất bị động trong mô hình Plaxis 3D được tính trung bình tại ba vị trí 1/4, 1/2 và 3/4 của tường vây giữa, trong khi ở mô hình Plaxis 2D, tường vây được coi là một phần tử tấm dài vô hạn, dẫn đến giá trị áp lực đất bị động thấp hơn so với mô hình Plaxis 3D.

Nhận xét chung cho thấy có sự khác biệt rõ rệt giữa kết quả thu được từ hai mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D, như đã nêu trong các mục 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3 và 3.2.4.

Hiệu ứng biên trong mô hình Plaxis 3D dẫn đến việc các kết quả thu được chỉ là giá trị trung bình Điều này chỉ ra rằng còn nhiều hạn chế giữa hai mô hình, cần được khắc phục theo các đề xuất trong nghiên cứu.

So sánh mức độ tương đương của mô hình Plaxis 3D với mô hình kết hợp giữa

Bảng 3 5: Bảng tổng hợp nội lực thanh chống từ các mô hình

- MH1: Mô hình SAP 2000 với tải trọng thanh chống xuất từ Plaxis 2D (phân tích theo giai đoạn thi công).

- MH2: Mô hình SAP 2000 với tải trọng thanh chống xuất từ Plaxis 2D (Không phân tích theo giai đoạn thi công).

- MH3: Mô hình SAP 2000 với tải trọng áp lực đất từ Plaxis 2D.

* Biểu diễn kết quả nội lực bằng đồ thị của các thanh chống trong từng giai đoạn:

(k N ) ch ốn g th an h lự c N ội

Hình 3 34 Biểu đồ nội lực thanh chống tầng chống 1 giai đoạn 5 các mô hình

Hình 3 34: Biểu đồ nội lực thanh chống tầng chống 1 giai đoạn 8 các mô hình

Hình 3 35: Biểu đồ nội lực thanh chống tầng chống 2 giai đoạn 8 các mô hình

Bảng 3 6: Bảng so sánh sai số giữa các mô hình so với Plaxis 3D

Sai số TB Sai số Max Sai số Min

* Nhận xét: Dựa vào kết quả ở Bảng 3.6, nội lực thanh chống từ các mô hình kết hợp giữa

Plaxis 2D và SAP2000 có sự tương đồng, đặc biệt giữa các mô hình MH1 và MH2 Kết quả cho thấy sự phân tán nội lực của các thanh phụ thuộc vào vị trí, trong đó MH3 được chọn dựa trên sai số trung bình, nhưng do thanh chống C4-1 và C4-2 là quan trọng, MH1 và MH2 sẽ được ưu tiên Sai số của thanh C4-1 và C4-2 ở các giai đoạn khác nhau cho thấy sự chênh lệch lớn, có thể do hiệu ứng góc ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây Mặc dù MH1 mô phỏng hiệu quả hơn với các giai đoạn thi công trong một file, MH2 yêu cầu nhiều file riêng biệt Vì kết quả của hai mô hình này tương đồng, MH1 sẽ được chọn dựa trên thời gian mô phỏng Đánh giá này cho thấy rằng sự kết hợp giữa Plaxis 2D + SAP2000 và Plaxis 3D phụ thuộc vào hiệu ứng góc trong việc xác định nội lực thanh chống.

Các tác giả đã tiến hành khảo sát để đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng này đối với sự khác biệt giữa các mô hình trong kết quả phân tích nội lực của thanh chống bên dưới.

Ảnh hưởng của hiệu ứng góc

3.4.1 Ảnh hưởng của hiệu ứng góc lên chuyển vị tường vây

Với những phương án hố đào sâu có mặt bằng đào là hình chữ nhật hoặc hình vuông thì chuyển vị tại góc là nhỏ nhất.

Hình 3 36: Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật

Hình 3 37: Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào

- Trong hình, ở hố đào hình chữ nhật biến dạng ở trung tâm cạnh dài (mặt cắt 1-1) được xem là biến dạng phẳng.

- Ở vùng trung tâm cạnh ngắn (mặt cắt 2-2), do bị ảnh hưởng của vùng góc nên chuyển vị tường vây nhỏ hơn so với mặt cắt 1-1.

- Các ứng xử tại các góc (A, B) cũng có ứng xử không gian nên chuyển vị nhỏ hơn trung tâm của tường, nhưng góc E có chuyển vị lớn hơn góc B.

- Cùng với việc nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hố móng, Chao-Hui Wu, Chang-Yu

Ou và Ningchien Tung [9] nghiên cứu và nhận thấy khi tăng chiều dài tường chính hay tường phụ, thì sự ảnh hưởng của góc là không thể kể đến.

Tường vây có độ cứng ngang cao, cho phép chúng có khả năng ứng xử không gian hiệu quả Ngược lại, các phương án tường chắn khác như soldier piles, cừ Larsen và cọc vây không đạt được hiệu ứng này do độ cứng ngang thấp.

Để đạt được kết quả chính xác trong phân tích tường vây, cần xem xét bài toán không gian và hiệu ứng góc của tường Phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ duy nhất có thể thực hiện được điều này.

Theo nghiên cứu của Chao-Hui Wu, Chang-Yu Ou và Ningchien Tung, ứng xử không gian của chuyển vị tường vây được phân tích với hiệu ứng góc thông qua tỉ số PSR, trong đó PSR là tỉ số giữa chuyển vị lớn nhất của tường vây tại vị trí cách vị trí góc d (m) và chuyển vị lớn nhất của tường vây ở chính giữa.

- Mối quan hệ giữa PSR và (B/L) và khoảng cách từ góc d thể hiện theo đồ thị sau [9]:

Hình 3 38: Đồ thị mối quan hệ giữa PSR và (B/L) và khoảng cách từ góc d

Để áp dụng kết quả nghiên cứu của Chao-Hui Wu, Chang-Yu Ou và Ningchie Tung, cần phân tích đồ thị mối quan hệ giữa PSR và khoảng cách từ góc d, có hình dạng tương tự với đồ thị được suy ra từ nghiên cứu của các tác giả trong các giai đoạn thi công đào đất.

Bảng 3 7: Hệ số PSR theo phương cạnh dài giai đoạn 2 Độ sâu CV vị

PSR Độ sâu CV vị

Bảng 3 8: Hệ số PSR theo phương cạnh ngắn giai đoạn 2 Độ sâu (m)

Trong nghiên cứu này, hố đào có kích thước B% m, chiều dài L=50 và tỷ số B/L=0.4 Dựa trên đồ thị mối quan hệ giữa PSR và tỷ số (B/L), cùng với khoảng cách từ góc d theo Chao-Hui Wu, Chang-Yu Ou và Ningchien Tung [9], chúng tôi đã xác định được đồ thị tương ứng và kết hợp với đồ thị theo các giai đoạn để đưa ra kết quả cuối cùng.

Hình 3 39: Biểu đồ quan hệ PSR và khoảng cách từ góc d giai đoạn 2

Hình dạng đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa PSR và khoảng cách từ góc d trong các giai đoạn đào đất (2, 5, 8) tương đồng với đồ thị được suy ra từ nghiên cứu của các tác giả Chao-Hui Wu, Chang-Yu Ou và Ningchien Tung [9].

3.4.2.1 Quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D theo 2 cạnh

Theo kết quả chứng minh trên, tiến hành tìm quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D theo 2 cạnh dài và ngắn ở các giai đoạn đào đất 2, 5, 8.

(Khoảng cách từ góc d)/(1/2 L) Hình 3 43: Xác định quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D theo cạnh dài (giai đoạn 2)

Hình 3 42: Xác định quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D theo cạnh ngắn (giai đoạn 2)

(Khoảng cách từ góc d)/(1/2 L)Hình 3 44: Xác định quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D theo cạnh dài (giai đoạn 5)

Hình 3 45: Xác định quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D theo cạnh ngắn (giai đoạn 5)

Hình 3 46: Xác định quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D theo cạnh dài (giai đoạn 8)

Theo các kết quả nghiên cứu, hình dạng và quy luật của các biểu đồ tương tự nhau, cho thấy tỉ số PSR không phụ thuộc vào giai đoạn đào đất hay chiều dài cạnh Từ đó, các tác giả đã đưa ra quy luật PSR xấp xỉ như sau.

(Khoảng cách từ góc d)/(1/2 Chiều dài tường vây)

Để xác định quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D cho một hố đào cụ thể, các tác giả đã sử dụng kết quả quan trắc có sẵn nhằm tìm ra quy luật PSR dựa trên quan trắc thực tế và so sánh với kết quả đã được xác định trước đó.

3.4.2.2 Quy luật PSR theo kết quả quan trắc

Tiến hành tính tỉ số PSR theo kết quả quan trắc [6] của 4 cạnh hố đào.

Hình 3 49: Các vị trí quan trắc của hố đào (lý thuyết và quan trắc)

Bảng 3 13: Xác định tỉ số PSR theo kết quả quan trắc Độ sâu ICL1

Từ bảng trên, giá trị PSR (quan trắc) của ICL1, ICL2, ICL3, ICL4 lần lượt là: 0.14781,

3.4.2.3 So sánh PSR (lý thuyết) và PSR (quan trắc)

- Tiến hành xác định giá trị tỉ số PSR (lý thuyết) theo biểu đồ ở hình 3.49.

Bảng 3 14: So sánh PSR (thuyết) và PSR (quan trắc)

Khoảng cách từ góc d (m) d/(1/2*Chiều dài tường)

Kết quả so sánh cho thấy sự chênh lệch giữa PSR (lý thuyết) và PSR (quan trắc) là dưới 5%, chứng tỏ rằng các quy luật PSR được trình bày ở mục 2.1 có độ tin cậy cao.

3.4.2.4 Xác định quy luật giữa tỉ số (Lực thanh chống tại từng vị trí/Lực thanh chống lớn nhất) từ mô hình Plaxis 3D và PSR Để xác định lực thanh chống trong bài toán mới, cần dựa vào lực thanh chống trong bài toán trước, tìm ra quy luật tương quan, từ đó xác định được thanh chống nhập vào SAP 2000.

Hình 3 50: Mặt bằng bố trí shoring

* Xét giai đoạn 5 (gồm tầng chống 1):

Bảng 3 15: Xác định mối quan hệ P/Pmax và PSR tầng chống 1 GĐ5

* Xét giai đoạn 8 (gồm tầng chống 1+ tầng chống 2):

Quy luật giữa P/Pmax và PSR từ các giai đoạn đào đất trên được xác định theo biểu đồ sau đây:

PSR Hình 3 51: Biểu đồ mối quan hệ P/Pmax và PSR

3.4.2.5 Xác định phản lực thanh chống tại các vị trí Ứng với một vị trí từ góc, tra theo biểu đồ quy luật PSR từ mô hình Plaxis 3D, tìm được giá trị PSR Từ giá trị PSR, tiếp tục tra theo biểu đồ quy luật (P/Pmax) và PSR ở các tầng chống của các giai đoạn đào đất xác định được phản lực thanh chống tại các vị trí cần tìm Từ đó, xác định được dạng biểu đồ nhập vào SAP 2000.

3.4.2.5.1 Dự đoán phản lực thanh chống lên tường vây

Bảng 3 18: Phản lực thanh chống lên tường vây tầng chống 1

Bảng 3 19: Phản lực thanh chống lên tường vây tầng chống 1

C1-1 C2-1 C3-1 C5-1 C4-1 Bảng 3 20: Phản lực thanh chống lên tường vây tầng chống 2

* Biểu đồ nhập vào SAP 2000 (tầng chống 1- giai đoạn 5, bỏ qua phản lực của những thanh chống xiên):

Hình 3 52: Phản lực thanh chống nhập vào SAP 2000 tầng chống 1 giai đoạn 5

* Biểu đồ nhập vào SAP 2000 (tầng chống 1- giai đoạn 8, bỏ qua phản lực của những thanh chống xiên):

* Biểu đồ nhập vào SAP 2000 (tầng chống 2 – giai đoạn 8, bỏ qua phản lực của những thanh chống xiên):

3.4.2.5.2 Ảnh hưởng của hiệu ứng góc lên sự khác biệt kết quả nội lực thanh chống giữa mô hình Plaxis 3D và MH1

Sau khi tiến hành nhập phản lực thanh chống lên tường vây như đề xuất ở mục

3.4.2.5.1 vào phần mềm SAP 2000, thu được kết quả nội lực thanh chống khi xét ảnh hưởng đến hiệu ứng góc được thể hiện ở các biểu đồ dưới đây.

Plaxis 3D Có kể HUG Không kể HUG Hình 3 55: So sánh nội lực thanh chống giữa Plaxis 3D và MH1 tầng chống 1 GĐ5

Có kể HUG Không kể HUG

Hình 3 56: So sánh nội lực thanh chống giữa Plaxis 3D và MH1 tầng chống 1 GĐ8

Có kể HUG Không kể HUG

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành so sánh nội lực của thanh chống giữa Plaxis 3D và MH1 ở tầng chống 2 GĐ8 Kết quả được trình bày trong Bảng 3.21, cho thấy giá trị nội lực của thanh chống khi xem xét ảnh hưởng của HUG (MH1).

Dựa vào bảng 3.21, nội lực thanh chống từ mô hình kết hợp Plaxis 2D và SAP 2000 cho thấy ảnh hưởng của hiệu ứng góc gần giống với kết quả từ mô hình Plaxis 3D Độ sai lệch kết quả phân tán theo vị trí của các thanh chống từ vị trí góc Các tác giả nhận thấy nội lực thanh chống giảm mạnh khi hiệu ứng góc được tính đến so với mô hình không có hiệu ứng góc Tuy nhiên, ở một số vị trí, kết quả lại nhỏ hơn so với mô hình Plaxis 3D, ví dụ như thanh C4-1 ở giai đoạn 5 có kết quả nhỏ hơn 27.88% so với Plaxis 3D.

Kết quả từ Plaxis 3D cho thấy giai đoạn 2 ở mức 8 nhỏ hơn 40.98% Do đó, để đảm bảo tính an toàn, cần thực hiện thêm các khảo sát nhằm xác minh quy luật hiệu ứng góc mà nghiên cứu đã phát hiện.

Các tác giả đã tiến hành khảo sát hiệu ứng góc cho mô hình MH2, và kết quả được trình bày trong phụ lục PL-4 Dữ liệu thu được cho thấy xu hướng tương tự như những nhận xét đã nêu đối với mô hình MH1.

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Qua kết quả phân tích và tính toán trên, các tác giả đưa ra những kết luận sau:

Việc kết hợp hai phần mềm Plaxis 2D và SAP 2000 để xây dựng mô hình tương đương theo các giai đoạn thi công đã cho thấy tính khả thi cao Mô hình này khắc phục được nhược điểm của Plaxis 2D trong việc mô tả ứng xử của thanh chống và SAP 2000 trong việc mô hình hóa tương tác đất – kết cấu Đề xuất mô hình kết hợp này, mặc dù đơn giản, đã thể hiện được các đặc tính và kết quả nội lực tương tự như mô hình bằng phần mềm Plaxis 3D, đồng thời mang lại lợi ích về thời gian thao tác, dễ dàng sửa lỗi và khắc phục.

Trong cùng điều kiện địa chất, hệ thanh chống và cấu trúc tường vây, việc so sánh mô hình từ phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D cho thấy sự sai khác trong kết quả Sự khác biệt này được giải thích bởi điều kiện biên và hiệu ứng ứng góc, trong đó hiệu ứng góc đóng vai trò quan trọng Nghiên cứu đã chỉ ra quy luật của hiệu ứng góc ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây, với các kết quả được chứng minh rõ ràng.

Tiêu đề	Phương Pháp Thiết Kế Tường Vây Kết Hợp Plaxis 2D Và SAP2000
Tác giả	Trần Minh Chiến, Trần Hoàng Long, Nguyễn Thị Phương
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Tổng
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Công Trình Xây Dựng
Thể loại	Công Trình Nghiên Cứu Khoa Học
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Tp Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	255
Dung lượng	8,46 MB