Báo cáo khoa học TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT

Bài báo này trình bày việc đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng của nền móng với tính toán tương tác của hệ “móng – nền” dưới tác dụng của tải trọng động đất. Đây là một trong những bài toán quan trọng khi xây dựng các công trình trong vùng động đất. Dưới tác dụng của động đất, trong nền xuất hiện trạng thái ứng suất biến dạng (TTƯSBD) phức tạp. Phụ thuộc vào cường độ động đất, tần số dao động riêng, cấu trúc địa chất và thế nằm của nền mà trong nó có thể tạo...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học " TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT " TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC DỤNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TS. TRẦN HUY TẤN Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bài báo này trình bày việc đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng của nền móng với tính toán tương tác của hệ “móng – nền” dưới tác dụng của tải trọng động đất. Đây là một trong những bài toán quan trọng khi xây dựng các công trình trong vùng động đất. Dưới tác dụng của động đất, trong nền xuất hiện trạng thái ứng suất biến dạng (TTƯSBD) phức tạp. Phụ thuộc vào cường độ động đất, tần số dao động riêng, cấu trúc địa chất và thế nằm của nền mà trong nó có thể tạo ra các vùng cân bằng giới hạn có kích thước và dạng khác nhau. Các vùng này có thể dẫn tới biến dạng dư hay mất ổn định cho nền và công trình. 1. Đặt vấn đề Tính xác thực và độ chính xác tính toán TTƯSBD trong nền đất dưới tác dụng của động đất chủ yếu phụ thuộc vào mô hình nền và sơ đồ tính. Để miêu tả được TTƯSBD của nền người ta đã nghiên cứu đưa ra mô hình tuyến tính và mô hình đàn dẻo phi tuyến (hình 1) [1]. (a) (b) Hình 1. a - Dưới sự thay đổi thể tích; b – Dưới sự thay đổi hình dáng 1- Mô hình nền tuyến tính; 2 - Mô hình nền phi tuyến e 0 G , G là mô đun biến dạng cắt đàn hồi và biến dạng tổng Ứng xử phi tuyến giữa ứng suất và biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng động được mô tả chính xác hơn bởi mô hình phi tuyến chu kỳ [10], thể hiện qua công thức: Gmax F bb ( )  (1) 1  (Gmax /  max )  Trên hình 2 là dạng mô hình tương đương tuyến tính, đây là mô hình hay được sử dụng cho tính toán bài toán động. Độ cứng của đất miêu tả qua mô đun tiếp tuyến Gtan với đường cong và giá trị trung bình của Gtan bằng mô đun cát tuyến Gsec = τc/γc, trong đó τc, γc là biên độ của ứng suất và biến dạng trượt. Bề rộng của đồ thị thể hiện mức tổn hao năng lượng qua hệ số cản ξ: 1 Aloop  . 2 (2) 2 G  sec c Trong đó Aloop là diện tích giới hạn bởi đường cong. Mô đun cát tuyến Gsec thay đổi theo tải trọng chu kỳ, dưới biến dạng nhỏ Gsec có giá trị lớn và ngược lại (hình 2b). (a) (b) Hình 2. a - Mô đun cát tuyến và mô đun tiếp tuyến; b – Mô hình chu kỳ phi tuyến Quá trình tác dụng của tải trọng động dẫn đến một loạt ứng xử chất tải - dỡ tải, giảm độ cứng và các hiệu ứng khác. Hình 3 là mô hình Masing mở rộng [10]. Mô hình này miêu tả quan hệ tải trọng – biến dạng dưới tải trọng chu kỳ. Giả thiết tải chu kỳ bắt đầu ở điểm A (hình 3a) và đường ứng suất biến dạng ban đầu là đoạn AB (hình 3b), tại B quá trình gia tải đảo chiều và chất tải từ B, quá trình chất tải qua điểm C và kéo dài đến điểm D. Đến D lại tương tự như trên cho đến điểm E, rồi tiếp tục qua điểm F và đảo chiều. Quá trình lặp lại cho hết phần còn lại. (a) (b) Hình 3. a - Sự thay đổi của ứng suất theo thời gian; b – Ứng sử của ứng suất - biến dạng Mô hình nền và sơ đồ tính [3] cho phép xem xét việc chọn điều kiện ban đầu và điều kiện biên của bài toán. Khi sử dụng mô hình nền tuyến tính và mô hình phi tuyến, so sánh trạng thái ứng suất biến dạng theo 2 mô hình này cho phép xác định biến dạng dư [1]. Nếu tính toán với mô đun đàn hồi vượt quá 5 ÷ 10 lần mô đun biến dạng tổng [2] thì biến dạng dư có thể đạt tới độ chính xác xác định theo kết quả đàn dẻo. Biến dạng tổng của đất ε bao gồm biến dạng đàn hồi εe và biến dạng dư εp [7]. e p ε=ε +ε (3) Biến dạng thể tích đàn hồi tuyến tính được đặc trưng bởi mô đun đàn hồi Ee và hệ số poát xông νe. Biến e e 0 0 dạng trượt được miêu tả theo mô hình tuyến tính G , ν gần với dạng phi tuyến G , ν được miêu tả bởi sự phụ thuộc: d  ijp   (g /  ij )c (4) Trong đó:  là hằng số; g là thế năng dẻo; đối với trường hợp đàn hồi  = 0. Để tính toán TTƯSBD của nền đất, trong các ví dụ dưới đây đã chọn mô hình đàn hồi tuyến tính (Linear Elastic) và tương đương tuyến tính (Equivalen line). Với bài toán ổn định được lựa chọn tính theo mô hình Mohr-Coulumb. 2. TTƯSBD và ổn định của mái dốc dưới tác dụng của động đất Trong thực tế, phần lớn các ảnh hưởng của tác dụng động đất thường xảy ra với các sườn và mái dốc [4]. Đây là dạng nền mà trong nó có sự tập trung ứng suất. Ngoài ra, với điều kiện địa hình tự nhiên trong vùng sườn và mái dốc thường có ứng suất tiếp lớn hơn, và là nguyên nhân khiến nền đất đạt đến trạng thái giới hạn. Tác dụng của động đất trên sườn và mái dốc sẽ làm tăng khả năng dẫn tới trạng thái mất cân bằng giới hạn và có thể là nguyên nhân chính dẫn tới thảm họa lở đất, mức độ nhẹ hơn có thể xuất hiện biến dạng dư hay vết nứt trong nền [9]. Vì vậy, việc dự báo TTƯSBD trong nền đất của sườn và mái dốc với việc xác định biến dạng dư và hệ số ổn định [5] là một trong những bài toán quan trọng trong việc xây dựng công trình trong vùng động đất. Ngày nay người ta đã dựa trên cơ sở của phương pháp số để xác định TTƯSBD của nền có kích thước và hình dạng giới hạn dưới tác dụng của động đất với tính toán theo mô hình nền tuyến tính và phi tuyến. Kết quả tính toán TTƯSBD của mái dốc cho phép xác định biến dạng dư và điều ...