Đề tài Tổng quan tường chắn hố móng

MỤC LỤC PHẦN I: XÂY DỰNG TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN HỐ MÓNG TÌNH HÌNH CHUNG Ở một số thành phố lớn của Việt Nam cũng như các thành phố lớn trên thế giới, do cần tiết kiệm đất đai và giá thành đất ngày càng tăng, nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây dựng mới các đô thị của mình với các ý tưởng chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội văn hoá môi trường và có khi cho cả phòng vệ dân sự nữa. Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ ( như nhà máy luyện kim, cán thép, làm phân bón, sản xuất vật liệu xây dựng v.v …) cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền đó nằm sâu dưới đất. Các trạm bơm lớn, công trình thuỷ lợi hay thuỷ điện cũng cần đặt sâu vào lòng đất nhiều bộ phận chức năng với diện tích đến hàng chục ngàn mét vuông và sâu đến hàng trục mét. Việc xây dựng các loại công trình nói trên theo xu thế hiện nay dẫn đến xuất hiện hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng, người thiết kế và thi công cần có những biện pháp chắn giữ bảo vệ thành vách hố móng và công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như an toàn về môi trường và không gây ra ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó. Loại công trình xây dựng hạ tầng cơ sở đô thị thường gặp hố hoặc hào đào sâu, từ đơn giản đến phức tạp, như: Hệ thống cấp thoát nước Hệ thống bể chứa và xử lí nước thải Ống góp kĩ thuật chung, trong đó đặt các đường ống cấp nước, khí đốt, điện động lực, cáp thông tin Nút vượt ngầm cho người đi bộ Bãi đậu xe, gara ô tô, kho hàng Ga và đường tàu điện ngầm, đường ô tô cao tốc Văn phòng giao dịch, cung hội nghị, khu triển lãm lớn, trung tâm thương mại Tầng hầm kĩ thuật hoặc dịch vụ dưới các nhà cao tầng Công trình phòng vệ dân sự v.v … Tong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu của tường trong đất đến trên 40m, tổng số có đến trên 10 công trình Ví dụ như Harbour View Tower ở thành phố Hồ Chí Minh gồm 19 tầng lầu và 2 tầng hầm, có hố móng sâu đến 10m, đã dùng tường trong đất sâu 42m, dày 0,6m với tổng diện tích tường đạt đến 3200m2 để vây quanh mặt bằng móng 25 x 27 m. Trụ sở Vietcombank Hà Nội cao 22 tầng và 2 tầng hầm có hố móng sâu 11m cũng dùng tường trong đất sâu 18m, dày 0,8m với tổng diện tích tường 2500m2 kết hợp với 101 chiếc neo trong đất đặt ở 2 cao trình +8,7m và +4,2m với cao trình +11m của mặt đất tự nhiên. Trong xây dựng công nghiệp như ở Nhà máy Apatit Lào Cai, Nhà máy Xi măng Bỉm Sơn hay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại đã có những kho, hầm hay tuynen vận chuyển nguyên liệu đặt sâu trong đất từ 4 – 5 mét đến trên 20 mét. PHÂN LOẠI TƯỜNG VÂY HỐ MÓNG Tường chắn giữ bằng xi măng đất trộn ở tầng sâu Trộn cưỡng bức với xi măng thành cọc xi măng đất, sau khi đóng rắn sẽ thành tường chắn có dạng bản liền kề khối đạt cường độ nhất định, dùng để đào loại hố móng có độ sâu 3 – 6 m. Cọc bản thép Dùng thép máng sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép khoá miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U và chữ Z. Dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất, sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, có thể thu hồi sử dụng lại, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3 – 10m. Cọc bản bê tông cốt thép Cọc dài 6 – 12 m, sau khi đóng cọc xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bê tông cốt thép đặt một dãy chắn giữ hoặc thanh neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu 3 – 6m. Tường chắn bằng cọc khoan nhồi Đường kính Φ600 -1000 mm, cọc dài 15 – 30m, làm tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cũng đổ dầm vòng bằng bê tông cốt thép, dùng cho loại hố móng có độ sâu 6 – 13m. Tường liên tục trong đất Sau khi đào thành hào móng thì đổ bê tông, làm thành tường chắn đất bằng bê tông cốt thép có cường độ tương đối cao, dùng cho hố móng có độ sâu 10m trở lên hoặc trong trường hợp điều kiện thi công tương đối khó khăn. MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Xuất phát từ yêu cầu thực tế, đồng thời được sự hướng dẫn TS_ Nguyễn Bảo Việt. Em quyết định xây dựng một chương trình tính toán tường chắn hố móng sâu. Trong quá trình tính toán có kể đến ảnh hưởng của chuyển vị đến sự thay đổi áp lực đất tác động lên tường chắn. Chương trình tính toán có sự hỗ trợ của Sap 2000. TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN KẾT CẤU CHẮN GIỮ CÁC DẠNG TẢI TÁC ĐỘNG VÀ PHÂN LOẠI Tải trọng tác động vào kết cấu thông thường có thể chia làm 3 loại: Tải trọng tĩnh: là tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu không biến đổi trị số, hoặc biến đổi của chúng so với trị số bình quân có thể bỏ qua không tính. Ví dụ như trọng lượng bản thân kết cấu, áp lực của đất v.v… Tải trọng động: là tải trọng mà trong thời gian sử dụng kết cấu có biến đổi trị số mà trị số biến đổi của chúng so với trị số bình quân không thể bỏ qua được. Ví dụ tải trọng động mặt sàn, cần trục hoặc tải trọng xếp đống vật liệu v.v… Tải trọng ngẫu nhiên: là tải trọng mà trong thời gian xây dựng và sử dụng kết cấu không nhất định xuất hiện, nhưng hễ có xuất hiện thì trị số rất lớn và thời gian duy trì tương đối ngắn. Ví dụ lực động đất, lực phát nổ, lực va đập v.v… Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ chủ yếu có: Áp lực đất Áp lực nước Tải trọng truyền từ móng qua môi trường đất của công trình xây dựng trong phạm vi vùng ảnh hưởng (ở gần hố móng) Tải trọng thi công: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữ tường cừ v.v … Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chủ thể thì phải kể lực động đất. Tải trọng phụ do sự biến đổi nhiệt độ và cộ gót của bê tông gây ra. Tuỳ theo kết cấu chắn giữ hố móng khác nhau cũng như điều kiện đất nền mà các loại tải trọng sẽ xuất hiện ở dạng khác nhau. ÁP LỰC ĐẤT Khi tính toán kết cấu chắn giữ, áp lực tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ với thể đất tức là áp lực đất. Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quan với các nhân tố hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chất của đất, độ cứng và độ cao của vật kết cấu chắn giữ, nhưng do việc xác định chúng khá phức tạp ngay trong trường hợp đơn giản nhất nên hiện nay vẫn dụng lý thuyết Coulomb với những hiệu chỉnh bằng số liệu thực nghiệm. Áp lực đất tĩnh (hình 2.1a). Như tường chắn đất cứng duy trì ở ví trí tĩnh tại bất động (không bị dịch chuyển) thì áp lực đất tác động vào tường gọi là áp lực đất tĩnh. Hợp lực của áp lực đất tĩnh tác động trên mỗi mét dài tường chắn đất biểu thị bằng E0 (kN/m), cường độ áp lực đất tĩnh biểu thị bằng p0 (kPa). Áp lực đất chủ động (hình 2.1b). Nếu tường chắn đất dưới tác động của áp lực đất lấp mà lưng tường dịch chuyển theo chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà giảm đi, khi thể đất ở sau tường đạt đến giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến trị nhỏ nhất, gọi là áp lực đất chủ động, biểu thị bằng EA (kN/m) và pa (kPa). Áp lực đất bị động (hình 2.1c). Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của ngoại lực di động theo chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà tăng dần lên, liên tục cho đến khi thể đất đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục, thể đất ở phía sau tường bị chèn đẩy lên. Khi đó, áp lực đất tăng với trị số lớn nhất, gọi là áp lực bị động, biểu thị bằng Ep (kN/m) và pp (kPa) Hình 2.1 Ba loại áp lực đất a) Áp lực đất tĩnh; b) Áp lực đất chủ động; c) Áp lực đất bị động Qua trình bày như trên có thể thấy, trong ba loại áp lực đất thì áp lực đất bị động lớn hơn áp lực đất tĩnh, và áp lực đất chủ động là nhỏ nhất. Từ phân tích lí luận và thử nghiệm thực tiễn cho thấy, chuyển vị cần thiết khi phía sau tường chắn đạt đến áp lực bị động lớn hơn rất nhiều áp lực đất chủ động. Hình 2.2 chỉ rõ mối quan hệ giữa áp lực đất với chuyển vị của tường chắn đất. Hình 2.2 Quan hệ giữa áp lực đất với chuyển vị tường Tính áp lực đất tĩnh Nếu tường chắn duy trì tĩnh tại bất động ở nguyên ví trí của nó thì áp lực đất tác động vào tường gọi là áp lực tĩnh. Đất ở phía sau tường chắn ở vào trạng thái cân bằng đàn hồi, áp lực đất tĩnh có thể tính theo công thức sau: P0 = (Công thức 2.1) Trong đó: p0 – cường độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính toán (kPa) γi - trọng lượng đơn vị của tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán (kN/m3) hi – độ dày tầng thứ i bên trên điểm tính toán (m) q – tải trọng phân bố đều trên mặt đất (kPa) K0 – hệ số áp lực tĩnh của đất ở tại điểm tính toán. Hệ số áp lực đất tĩnh K0 xác định bằng thí nghiệm: Lần đầu tiên vào những năm 40 Jaky đưa ra, sau đó thí nghiệm của Bishop v.v … chứng thực, với đất cố kết bình thường có thể lấy gần đúng là: K0 = 1 – sinφ’(Công thức 2.2) Trong đó: φ’ – góc ma sát trong hữu hiệu của đất, xác định bằng thí nghiệm đo áp lực nước lỗ rỗng cắt không thoát nước cắt chậm hoặc cố kết ba trục. Với đất siêu cố kết có thể lấy: K0OCR =K0(OCR)0,5(Công thức 2.3) Loại đất Đất cứng rắn Sét dẻo – dẻo cứng, đất bột, đất cát Sét dẻo – sét dẻo mềm Sét dẻo mềm Sét dẻo chảy K0 0,1 -0,4 0,4 – 0,5 0,5 – 0,6 0,6 -0,75 0,75 - 0,8 Bảng 2.1 Trị tham khảo hệ số áp lực đất tĩnh K0 Loại đất WL Ip K0 Cát tơi, bão hoà Cát chặt, bão hoà Cát chặt, khô (e =0,6) Cát tơi, khô (e =0,8) Đất nén chặt, sét tàn tích Đất nén chặt, sét tàn tích Sét bột hữu cơ, chưa bị xáo động Đất cao lanh, chưa bị xáo động Sét biển, chưa bị xáo động Sét có tính quá nhậy - - - - - - 74 61 37 34 - - - - 9 31 45 23 16 10 0,46 0,36 0,49 0,64 0,42 0,66 0,57 0,64 – 0,70 0,48 0,52 Bảng 2.2 Hệ số áp lực tĩnh K0 của đất Tên đất K0 Đá sỏi, đá cuội Đất cát Đất á cát Đất á sét Đất sét 0,2 0,25 0,35 0,45 0,55 Bảng 2.3 Hệ số áp lực tĩnh của đất nén chặt Trong đó: OCR – hệ số siêu cố kết của đất. Khi không có tài liệu thí nghiệm, có thể tham khảo ở các bảng 2.1 đến 2.3 Đối với công trình đô thị hoặc khi có yêu cầu khắt khe của công trình xây dựng ở xunh quanh đối với chuyển vị của kết cấu đất và của nền có thể tính theo áp lực đất tĩnh. Lí thuyết áp lực đất Rankine Lí thuyết cân bằng giới hạn của đất Hình 2.3, đem đường cong cường độ chống cắt và trạng thái ứng suất ở một điểm nào đó trong đất vẽ thành một hình tròn ứng suất Morh, khi vòng ứng suất O1 với đường cường độ τf = c + σtanφ tiếp xúc nhau ở điểm A thì mặt cắt qua điểm này đều ở vào trạng thái cân bằng giới hạn. Từ tam giác ABCO1, ta có: (Công thức 2.4) Từ đó: (Công thức 2.5) Bằng cách biến đổi hàm số lượng giác, ta có mối quan hệ của các trạng thái ứng suất chính khi một điểm nào đó trong đất ở trạng thái cân bằng giới hạn là: (Công thức 2.6) Hoặc: (Công thức 2.7) Trong đó: σ1 – ứng suất chính lớn nhất của 1 điểm nào đó trong đất σ3 – ứng suất chính nhỏ nhất của 1 điểm nào đó trong đất c – lực dính kết của đất φ – góc ma sát trong của đất Hình 2.3 Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn Khi điểm nào đó trong đất ở trạng thái phá huỷ cắt, thì trị α của góc kẹp giữa mặt cắt với mặt tác dụng của ứng suất chính lớn nhất O1 là: Do đó: (Công thức 2.8) Nguyên lí cơ bản của lí thuyết áp lực đất Rankine Như hình 2.4a cho thấy, nếu trong thể đất bán vô hạn lấy một mặt cắt thẳng đứng, ở độ sâu z của mặt AB lấy một phân tố nhỏ, ứng suất hướng pháp tuyến là σz, σx, vì trên mặt AB không có ứng suất cắt, nên σz và σx đều là ứng suất chính. Khi thể đất ở vào trạng thái cân bằng đàn hồi. Vòng tròn ứng suất O1 ở điểm này không tiếp xúc với đường bao cường độ chịu cắt (như hình 2.4b). Khi σz không đổi, σx giảm nhỏ dần, vòng tròn ứng suất O2 tiếp xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến cân bằng giới hạn σz và σx lần lượt là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất, khi đó ta có trạng thái chủ động Rankine, trong thể đất hai tổ mặt trượt làm thành góc kẹp 450 + φ/2 với mặt phẳng ngang (như hình 2.4c). Khi σz không đổi, σx tăng lớn dần, vòng tròn ứng suất O3 cũng tiếp xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến cân bằng giới hạn. Khi đó σz là ứng suất chính nhỏ nhất còn σx là ứng suất chính lớn nhất, trong thể đất, hai tổ hợp mặt trượt làm thành góc 450 – φ/2 với mặt phẳng nằm ngang (như hình 2.4d), khi đó ta có trạng thái bị động Rankine. Hình 2.4 Trạng thái chủ động và bị động Rankine Áp lực đất bị động lên lưng tường AB của tường chắn đất, tức là tình trạng ứng suất trên mặt AB ứng với phương chiều, độ dài lưng tường trong thể đất bán vô hạn khi đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn (hình 2.5a). Lí thuyết Rankine cho rằng có thể dùng tường chắn đất để thay thế một bộ phận của thể đất bán vô hạn mà không ảnh hưởng đến tình trạng ứng suất trong thể đất. Do đó, cân bằng giới hạn theo lí thuyết Rankine, chỉ có một điều kiện biên tức là tình trạng bề mặt của thể đất vô hạn mà không kể đến điều kiện biên trên mặt tiếp xúc lưng tường với thể đất. Hình 2.5 Lí thuyết áp lực đất Rankine Ở đây chỉ thảo luận với tình huống đơn giản nhất: lưng tường là thẳng đứng, mặt đất lấp là mặt phẳng ngang (hình 2.5b). Do đó có thể dùng quan hệ giữa ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất khi thể đất ở vào trạng thái cân bằng giới hạn [công thức 2.6, công thức 2.7] để tính toán áp lực đất tác động trên lưng tường. Tính áp lực đất chủ động Rankine Khi lưng tường là thẳng đứng, mặt đất là nằm ngang thì có thể vận dụng lí thuyết cân bằng giới hạn nói trên để tính áp lực đất chủ động, như thể hiện trong hình 2.6a nếu lưng tường AB dưới tác động của áp lực đất mà làm cho lưng tường tách khỏi đất lấp di động ra ngoài tới A’B’, khi đó thể đất sau tường đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, tức là trạng thái chủ động Rankine. Lấy một phân tố đất ở độ sâu Z chỗ lưng tường, thì ứng suất theo chiều đứng của nó σz = γz là ứng suất chính lớn nhất σ1, ứng suất theo chiều ngang σx là ứng suất chính nhỏ nhất σ3, cũng là áp lực đất chủ động cần tính toán pa. Lấy thay vào công thức 2.7 sẽ có công thức tính áp lực đất chủ động Rankine: (Công thức 2.9) Đất có tính sét: (Công thức 2.10) Trong đó: Ka – hệ số áp lực đất chủ động: γ – trọng lượng đất (kN/m3) c, φ – lực dính kết (kPa) và góc ma sát trong của đất z – độ sâu từ điểm tính toán đến mặt đất lấp (m). Hình 2.6Tính áp lực đất chủ động Rankine a) Tường chắn dịch chuyển ra ngoài; b) Đất cát; c) Đất sét Từ công thức nói trên và hình 2.6b có thể thấy , áp lực đất chủ động pa phân bố đường thẳng theo độ sâu z. Hợp lực EA của áp lực đất chủ động tác động trên lưng tường sẽ là diện tích của hình phân bố pa, ví trí của điểm tác động ở chỗ trọng tâm của hình phân bố. Khi đất có tính cát: (Công thức 2.11) EA tác động ở chỗ H/3 cách mặt đất của tường chắn đất. Đất có tính sét: Khi Z = 0, từ công thức () biết pa = -2c, tức là xuất hiện vùng lực kéo. Cho pa trong công thức 2.10 bằng 0, có thể giải được độ cao của vùng chịu kéo là: (Công thức 2.12) Vì giữa đất lấp và lưng tường không thể chịu kéo, do đó, trong phạm vi lực kéo sẽ xuất hiện khe nứt, khi tính áp lực đất chủ động trên lưng tường sẽ không xét đến tác động của vùng lực kéo, nên: (Công thức 2.13) Từ công thức 2.8 có thể biết, góc kẹp của mặt trượt BC xuất hiện trong đất sau tường với mặt nằm ngang là 450 + φ/2. Nếu sau phía sau tường là đất gồm nhiều lớp vẫn có thể theo công thức 2.9, công thức 2.10 để tính áp lực đất chủ động nhưng phải chú ý trên mặt ranh giới của các lớp đất do chỉ tiêu cường độ chịu cắt của 2 lớp đất là khác nhau, làm cho phân bố của áp lực đất có đột biến (hình 2.7). Phương pháp tính như sau: Điểm a: (Công thức 2.14) Trên điểm b (trong tầng đất thứ nhất): Dưới điểm b (trong tầng đất thứ hai): Điểm c: Trong đó: Ý nghĩa của các kí hiệu khác xem hình 2.7. Hình 2.7 Tính áp lực chủ động của đất nhiều lớp Như hình 2.8 cho thấy, khi bề mặt đất lấp phía sau tường chắn có tải trọng phân bố đều liên tục q tác động, khi tính toán có thể lấy cho ứng suất đứng σz ở độ sâu z tăng thêm một trị q, thay γz trong công thức 2.9, công thức 2.10 bằng (q+γz), sẽ có công thức tính toán áp lực đất chủ động khi có siêu tải trên mặt đất lấp: Đất tính cát: (Công thức 2.15) Đất tính sét: (Công thức 2.16) Trong đó: q – siêu tải trên mặt. Khi không có siêu tải cố định, để kế đến đến việc có thể chất tải thi công xẩy ra bất kì lúc nào ở bờ hố móng sâu, và các yếu tố như xe cộ chạy qua v.v …, thông thường có thể lấy q = 10 – 20 kPa. Hình 2.8 Tính áp lực đất chủ động khi trên đất lấp có siêu tải Tính áp lực đất bị động Rankine Hình 2.9 thể hiện một tường chắn đất có lưng tường thẳng đứng, mặt đất nằm ngang, nếu tường đẩy về phía đất lấp dưới tác động của ngoại lực, khi đất phía sau tường đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn ta sẽ có trạng thái bị động Rankine. Xét một phân tố đất ở độ sâu z của lưng tường thì ứng suất đứng σz =γz là ứng suất chính nhỏ nhất σ3, ứng suất ngang σx là ứng suất chính lớn nhất σ1, cũng tức là áp lực đất bị động pp. Cho thay vào công thức 2.6 sẽ được công thức tính áp lực đất bị động Rankine: Đất cát: (Công thức 2.17) Đất sét: (Công thức 2.18) Trong đó: Từ công thức trên có thể biết, áp lực đất bị động pp phân bố thành đường thẳng theo độ sâu z, như hình 2.9b, c. Hợp lực Ep của áp lực đất bị động tác dụng trên lưng tường có thể tìm được bằng diện tích hình phân bố của pp: Đất cát: (Công thức 2.19) Đất sét: (Công thức 2.20) Góc kẹp giữa mặt trượt BC xuất hiện trong thể đất sau tường với mặt phẳng ngang là (450 – φ/2). Nếu đất lấp thành từng lớp, trên mặt đất lấp có siêu tải thì phương pháp tính áp lực đất bị động cũng giống như tính áp lực đất chủ động nói trên. Hình 2.9 Tính áp lực đất bị động Rankine a) Tường chắn đất dịch chuyển về phía đất lấp; b) Đất cát; c) Đất sét Lí thuyết áp lực đất Coulomb Nguyên lí cơ bản Nguyên lí áp lực đất Coulomb: giả định tường chắn là cứng, đất lấp phía sau tường là đất cát đồng đều, khi lưng tường dịch chuyển tách xa thể đất hoặc đẩy về phía thể đất, thể đất phía sau tường sẽ đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, mặt trượt của nó thông qua hai tổ mặt phẳng ở chân tường B (hình 2.10), một là mặt AB men theo lưng tường, mặt nữa là mặt BC hình thành ở trong thể đất. Giả định nêm đất trượt ABC là thể cứng, căn cứ vào điều kiện cân bằng của nêm đất ABC, theo bài toán phẳng sẽ giải được áp lực đất tác dụng trên tường chắn đất. Tính áp lực đất chủ động. Tường chắn đất thể hiện như hình 2.11, lưng tường AB nghiêng lệch đi tạo thành góc kẹp ε với đường thẳng đứng, bề mặt đất lấp AC là mặt phẳng tạo thành góc kẹp với mặt phẳng ngang. Hình 2.10 Lí thuyết áp lực đất Coulomb Hình 2.11 Tính áp lực đất chủ động Coulomb Nếu tường chắn dưới tác động của áp lực đất lấp dịch chuyển ra ngoài tách rời khỏi đất lấp, thể đất sau tường đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn ( trạng thái chủ động), BC tạo thành góc kẹp α với mặt phẳng ngang, xét một đơn vị độ dài tường chắn, coi nêm đất trượt ABC được tách độc lập và xét đến điều kiện cân bằng tĩnh của nó, các lực tác động vào nêm đất trượt ABC có: Trọng lượng G của nêm đất ABC. Nếu trị α đã biết độ lớn, phương chiều, và vị trí điểm tác động của G đều đã biết. Phản lực R của thể đất tác động trên mặt trượt BC. R là hợp lực của ma sát T1 trên mặt BC với phản lực hướng pháp N1, góc kẹp của nó với pháp tuyến của mặt BC bằng góc ma sát trong φ của đất. Bởi vì nêm đất trượt ABC tương ứng với thể đất bên phải của mặt trượt BC dịch chuyển theo chiều đi xuống, nên chiều của lực ma sát T1 là đi lên, chiều tác dụng của R đã biết, độ lớn chưa biết. Lực tác dụng Q của tường chắn đất vào nêm đất. Góc kẹp của nó với pháp tuyến ơ lưng tường bằng góc ma sát δ giữa lưng tường với nêm đất. Tương tự, bởi vì nêm đất trượt ABC tương ứng với lưng tường trượt đi theo chiều đi xuống, nên lực ma sát T2 của lưng tường sinh ra ở mặt AB có chiều đi lên. Chiều tác dụng của Q đã biết, độ lớn chưa biết. Hình 2.11 trình bày tam giác lực của G, R và Q đã tính đến điều kiện cân bằng tĩnh của nêm đất trượt ABC, từ định luật Sin có: (Công thức 2.21) Trong đó: ψ = , các kí hiệu khác xem hình 2.11 Từ hình 2.11 có thể biết: G = Từ đó: Đem G thay vào công thức 2.21 ta có: Q = (Công thức 2.22) Trong đó: đều là hằng số, Q biến đổi theo góc nghiêng α của mặt trượt BC. Khi α =π/2 +ε, G = 0 thì Q = 0; khi α = φ, R và Q trùng hợp thì Q = 0; Do đó, khi α biến đổi giữa (π/2 + ε) và φ, Q sẽ có một trị cực đại, trị cực đại Qmax này tức là áp lực đất chủ động EA đang tìm. Khi muốn tính trị Qmax, có thể cho: (Công thức 2.23) Do đó, có thể dùng công thức 2.22 để tìm đạo hàm 2.23 đối với α, giải được trị α, thay vào công thức 2.22, sẽ có công thức tính áp lực đất chủ động Coulomb: (Công thức 2.24) Trong đó: Ka – hệ số áp lực chủ động, trị số của nó không giống với lí thuyết Rankine, mà là: Ka = (Công thức 2.25) Trong đó: γ, φ – trọng lượng và góc ma sát trong của đất lấp sau tường H – độ cao của tường chắn đất ε – góc kẹp giữa lưng tường với đường thẳng đứng. Lưng tường nghiêng úp xuống là dương (hình 2.11), ngược lại là âm β – góc nghiêng giữa mặt đất lấp với mặt phẳng ngang δ – góc ma sát giữa lưng tường với đất lấp Nếu mặt đất lấp nằm ngang, lưng tường đứng thẳng, mà lưng tường lại nhẵn thì ta sẽ có β = 0, ε = 0, δ = 0, do đó, từ công thức () ta được: Ka = Công thức này giống như hệ số áp lực đất chủ động Rankine đối với đất cát. Từ đó có thể thấy, trong những điều kiện xác định, kết quả thu được từ 2 loại lí thuyết áp lực đất là giống nhau. Để tính độ dài của nêm đất trượt (cũng còn gọi là lăng thể phá huỷ, tức là độ dài AC), cần phải tìm được trị góc nghiêng α của mặt trượt nguy hiểm nhất BC. Nếu mặt đất lấp BC là mặt nằm ngang, tức khi β = 0, căn cứ vào điều kiện của công thức 2.23, có thể tìm được công thức tính của α như sau: Khi lưng tường nghiêng úp xuống (tức ε > 0) (Công thức 2.26) Khi lưng tường nghiêng ngửa lên (tức ε < 0) (Công thức 2.27) Khi lưng tường đứng thẳng ( tức ε = 0): (Công thức 2.28) Tính áp lực đất bị động Nếu dưới tác động của ngoại lực mà tường chắn đất bị đẩy về phía đất lấp, thì thể đất phía sau tường đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, giả định măt trượt là thông qua hai mặt phẳng AB và BC ở chân tường, như thể hiện trong hình 2.12. Vì là thể đất trượt ABC bị đẩy trồi lên trên nên phương chiều của lực ma sát T2 và T1 trên mặt trượt AB và AC ngược với áp lực đất chủ động, sẽ đi xuống. Hình tam giác lực cân bằng tĩnh của thể đất trượt ABC có được, thể hiện trong hình 2.12, từ định luật Sin ta có: Q = G (Công thức 2.29) Hình 2.12 Tính áp lực đất bị động Coulomb Tương tự, trị Q sẽ biến đổi theo góc nghiêng α của mặt trước BC, nhưng trị áp lực đất bị động phải là trị nhỏ nhất trong các phản lực Q. Đó là vì khi tường chắn bị đẩy về phía đất lấp, trị lực chống đối Q trên mặt trượt nguy hiểm nhất định là nhỏ nhất. Khi tính Qmin, cũng tương tự như khi tính áp lực đất chủ động, có thể lấy: Từ đó có thể dẫn ra công thức tính áp lực đất bị động Coulomb Ep: (Công thức 2.30) Trong đó: Kp là hệ số áp lực đất bị động, trị số của nó lại khác với lí thuyết Rankine, mà là: (Công thức 2.31) Chiều tác dụng của Ep làm thành góc δ với pháp tuyến của lưng tường. Từ công thức 2.30 ta biết cường độ áp lực đất bị động Ep phân bố thành quy luật đường thẳng theo độ cao của thân tường. Tính áp lực đất khi có tải trọng tác dụng Tải trọng hình băng Tải trọng hình băng tức là tải trọng phân bố trên một bề rộng hữu hạn, ví dụ tải trọng của móng băng chạy song song với tường chắn, tải trọng của ô tô, đường sắt, đường đê v.v… căn cứ vào công thức Terzaghi sau khi hiệu chỉnh lại (hình 2.13) là: (Công thức 2.32) Khi trên mặt đất có tải trọng hình băng có thể dùng phương pháp tính gần đúng theo lí thuyết áp lực đất Rankine để xác định áp lực ngang của nó. Như thể hiện trên hình 2.14. ở chỗ cách đỉnh tường bằng l tác động siêu tải phân bố đều q rộng l1. Từ khởi điểm O của siêu tải vẽ một đường thẳng OC tạo với đường nằm ngang góc 450 + φ/2, và cắt lưng tường tại điểm C. Ta xem từ điểm C trở lên không kể đến tác động của siêu tải phân bố, áp lực đất chủ động của nó chỉ là do trọng lượng bản thân của đất lấp gây ra, hình phân bố áp lực đất là Aba thể hiện trên hình, từ điểm C trở xuống mới xét đến tác động của siêu tải phân bố, hình phân bố cường độ áp lực đất chủ động là Abceg. Từ điểm O’ của tải trọng phân bố đều cục bộ ta vẽ một đường thẳng nằm ngang góc 450 + φ/2, và cắt lưng tường ở điểm D. Phân bố cường độ áp lực đất chủ động do tải trọng hình băng q gây ra là cefd, hình tổng cường độ áp lực đất chủ động là Abcefda. Hình 2.13 Áp lực bên tường chắn cứng dưới tác động của tải trọng hình băng Hình 2.14 Tính áp lực đất chủ động dưới tác động của tải trọng hình băng ÁP LỰC NƯỚC Phương pháp tính áp lực nước bình thường Tải trọng tác động lên kết cấu chắn đất, ngoài áp lực đất ra còn có áp lực nước của nước ngầm dưới mặt đất. Khi tính áp lực nước, thường lấy trọng lượng nước γw = 10 kN/m3. Áp lực nước có liên quan đến các nhân tố như lượng cấp bổ sung nước ngầm sự thay đổi theo mùa, độ kín nước của tường chắn trong thời gian thi công đào hố, độ sâu của tường trong đất, phương pháp xử lí thoát nước v.v … Tính áp lực nước, đất dưới mực nước ngầm thường dùng 2 phương pháp là “ nước đất tính riêng” ( tức áp lực nước,đất lần lượt tính riêng rồi cộng lại) và “nước đất tính chung”. Đối với đất tính cát và đất bột, có thể tính theo nước đất tính riêng, tức lần lần lượt tính áp lực nước rồi áp lực đất, sau đó cộng chúng với nhau. Với đất có tính sét thì có thể căn cứ vào tình hình ở hiện trường và kinh nghiệm trong thi công để xem tính chung hoặc tính riêng. Phương pháp tính riêng áp lực nước đất Phương pháp nước đất tính riêng áp dụng trọng lượng đẩy nổi để tính áp lực đất, dùng áp lực nước tĩnh để tính áp lực nước, sau đó cộng hai loại với nhau sẽ có tổng áp lực bên (hình 2.15). Hình 2.15 Tính áp lực đất và áp lực nước Lợi dụng nguyên lí ứng suất hữu hiệu để tính áp lực đất, tính riêng áp lực nước, đất, tức là: (Công thức 2.33) (Công thức 2.34) Trong đó: γ' – trọng lượng đẩy nổi của đất của đất K’a- hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất hữu hiệu K’p- hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất hữu hiệu φ' – góc ma sát trong hữu hiệu c’ – lực dính kết hữu hiệu γw - trọng lượng của đất Khái niệm phương pháp trên đây tương đối rõ ràng nhưng trong thực tế sử dụng còn nhiều trường hợp dùng phương pháp ứng suất tổng để tính áp lực đất, rồi cộng với áp lực nước, tức là tổng ứng suất: (Công thức 2.35) (Công thức 2.36) Trong đó: Ka – hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất Kp – hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất φ – góc ma sát trong xác định theo cắt cố kết không thoát nước ( cố kết cắt nhanh) hoặc không cố kết không thoát nước c – lực dính kết xác định theo cắt cố kết không thoát nước hoặc không cố kết không thoát nước phương pháp áp lực nước đất tính chung phương pháp áp lực nước đất tính chung khi dung trọng bão hoà của đất tính tổng áp lực nước, đất, đây là phương pháp tương đối thông dụng hiện nay, đặc biệt là đối với đất tính sét thì đã tích luỹ được một số kinh nghiệm, áp dụng: (Công thức 2.37) (Công thức 2.38) Trong đó: γsat – trọng lượng bão hoà của đất, từ mực nước ngầm trở xuống có thể áp dụng gần đúng trọng lượng tự nhiên Ka – hệ số áp lực đất chủ động Ka = Kp – hệ số áp lực đất bị động φ – góc ma sát trong của đất xác định bằng cắt cố kết không thoát nước hoặc cắt không cố kết không thoát nước theo phương pháp tổng ứng suất c – lực dính kết của đất xác định bằng cắt cố kết không thoát nước hoặc cắt không cố kết không thoát nước theo phương pháp tổng ứng suất PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ TÍNH Khái niệm cơ bản phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn để tính hệ thanh trên nền đàn hồi là một loại phương pháp xây dựng trên mối quan hệ dựa trên tính chất đàn hồi tuyến tính của đất. Nguyên lí tính toán là giả thiết kết cấu chắn giữ đất từ đáy móng trở lên là phần tử dầm, phần tử từ đáy móng trở xuống là phần tử dầm trên nền đàn hồi, chống hoặc neo là phần tử gối tự đàn hồi, tải trọng là áp lực đất hướng ngang, áp lực nước và tải trên mặt đất. Do phương pháp phần tử hữu hạn của hệ thanh nên có thể đưa vào một cách hữu hạn các loại nhân tố trong quá trình đào đất. Ví dụ. thanh chống được tăng theo với độ đào sâu đào, việc thay đổi số lượng đặt chống, chuyển vị của kết cấu chắn giữ đất trước khi chống cũng đều phải được điều chỉnh dần cùng với quá trình quá trình đào đất, ảnh hưởng của lực trục tăng trước đối với sự biến đổi nội lực trong kết cấu chắn giữ v.v…, mặc dù là giữa kết quả tính toán với số liệu đo thực đo có chênh lệch nhất định nhưng đây là một phương pháp tính toán kết cấu chắn đất có tính thực dụng cao mà lại giản tiện trong tính toán. Quá trình phân tích phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh trên nền đàn hồi. Cũng giống như các phương pháp phân tích phần tử hữu hạn khác, phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh cũng trải qua một quá trình như sau: Rời rạc kết cấu => Hình thành ma trận độ cứng của phần tử => Ma trận độ cứng phần tử gộp thành ma trận độ cứng tổng => Lợi dụng phương trình cân bằng để tìm ra chuyển vị của nút Rời rạc phần tử kết cấu chắn đất. Chia theo chiều đứng kết cấu đất thành hữu hạn các phần tử, xét đến độ chính xác của việc tính toán, thường cứ cách 1 – 2 m lại chia thành một phần tử. Để giản tiện tính toán, chỗ đột biến về mặt cắt hoặc tải trọng của kết cấu, đoạn biến đổi hệ số nền của nền đàn hồi và điểm tác dụng của chống hoặc neo, đều lấy làm điểm nút. Hình 3.1 Rời rạc hữu hạn kết cấu tường chắn Hình 3.2 Sơ đồ tính phần tử dầm Xác định ma trận độ cứng của mỗi phần tử Mối quan hệ giữa tải trọng phần tử phải chịu với chuyển vị của nút phần tử được xác định bằng ma trận độ cứng của phần tử [K]e, tức: {F}e = {K}e *{δ}e Trong đó {F}e – lực nút của phần tử {K}e – chuyển vị của nút {δ}e – ma trận độ cứng phần tử Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn của hệ thanh để tính kết cấu tường chắn, thường hay dùng sơ đồ tính toán theo hai dạng khác nhau. Hình 3.3 Sơ đồ tính toán phần tử hữu hạn hệ thanh Hình 3.3 là sơ đồ tính toán thông dụng của kết cấu tường chắn phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh. Bộ phận kết cấu tường chắn từ mặt đáy hố móng trở lên áp dụng phần tử dầm, bộ phận từ mặt đáy hố móng trở xuống áp dụng phần tử dầm trên nền đàn hồi, thanh kéo là phần tử gối đàn hồi. Đối với phần tử dầm, mỗi nút có ba bậc tự do (u, v, φ), lấy đường tim của dầm làm trục x (hình 3.2), thì quan hệ giữa tải trọng phần tử phải chịu với chuyển vị nút của phần tử được biểu diễn như sau: (Công thức 3.1) Trong đó: Xi, Yj – lực trục ở nút i, j Yi, Yj – lực cắt ở nút i, j Mi, Mj – moomen ở nút i, j ui, uj – chuyển vị hướng trục ở nút i, j φi, φj – góc xoay ở nút i, j vi, vj – chuyển vị hướng ngang ở nút i, j E – mô men đàn hồi của vật liệu kết cấu tường chắn I – mô men quán tính mặt cắt kết cấu tường chắn A – diện tích mặt cắt kết cấu tường chắn l – độ dài phần tử. Đối với chống hoặc neo, mỗi nút có 1 bậc tự do, ma trận độ cứng phần tử là: [K]e = (Công thức 3.2) Trong đó: E – mô đun đàn hồi của vật liệu chống hoặc neo A – diện tích mặt cắt thanh chống hoặc neo l – độ dài chống hoặc neo. Với phần tử dầm trên nền đàn hồi, ma trận độ cứng có hai loại giả định Ở mỗi điểm nút của phần tử dầm trên nền đàn hồi đặt một thanh gối tựa đàn hồi phụ, thì độ cứng là: K = Kh*B*l (Công thức 3.3) Trong đó: Kh – hệ số nền theo hướng ngang của đất nền B – bề rộng tính toán của dầm, thường lấy 1m hoặc một đoạn tiêu chuẩn l – độ dài phần tử Trong trường hợp độ dài phần tử là tương đối nhỏ, dùng giả định này thì độ chính xác có thể đáp ứng yêu cầu Dùng phần tử dầm trên nền đàn hồi Winkler, như hình 3.4, lấy đường tim của dầm làm trục x, thì phương trình vi phân của đường cong đàn hồi là: (Công thức 3.4) Trong đó: q- cường độ tải trọng trên dầm Hình 3.4 Phần tử dầm trên nền đàn hồi Winkler Lợi dụng phương pháp thông số ban đầu có thể giải hệ thức: jj (Công thức 3.5) Trong đó: Mxi, Mxj – moomen quanh trục x ở nút i, j; Qi, Qj – lực cắt ở nút i, j Mzi, Mzj – moomen quanh trục z ở nút i, j θ zi,θzj – góc xoay quanh trục z ở nút i, j E – mô đun đàn hồi của vật liệu kết cấu chắn đất Iz – mô men quán tính mặt cắt kết cấu chắn đất l – độ dài phần tử dầm α1, α2, β1, β2, γ1, γ2 – là các hệ số tính theo công thức sau: Trong đó: λ = là đặc trưng đàn hồi của dầm Áp dụng giả định của công thức 3.5 cho kết quả tính toán chính xác hơn giả định của công thức 3.3 Căn cứ vào điều kiện chuyển vị của nút kết cấu và chuyển vị của mỗi phần tử nối liền trong cùng một nút ấy là cùng với nhau, thì ma trận độ cứng phần tử [K]. Đối với lò xo đại biểu cho hệ số đàn hồi của nền không xem là phần tử, sau khi hình thành tổng ma trận độ cứng [K], có thể căn cứ vào sơ đồ tính toán của giai đoạn thi công để xem trị K của hệ số đàn hồi chồng lên vị trí tương ứng của tống độ cứng. Khi đó cần phải chý ý là, căn cứ hệ số K đã lấy để sử dụng cần phải nhân với trị bình quân của hai cự li lò xo liền kề, tức là: ( hình 3.5) K’ = Lấy K’ thay cho K chồng lên tổng độ cứng tương ứng. Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh tải trọng bên ngoài tác động vào nút kết cấu bắt buộc phải cân bằng với tải trọng bên trong của kết cấu. Nếu tải trọng bên ngoài đã biết thì có thể tìm được chuyển vị nút của kết cấu còn đang chưa biết, khi dùng phương trình cân bằng cơ bản theo công thức sau: [K] {δ} = {R} (Công thức 3.6) Trong đó: [K] – ma trận độ cứng {δ}- ma trận chuyển vị {R}- ma trận tải trọng Hình 3.5 Cách xác định hệ đàn hồi của nền Hệ số nền Dưới tác động của tải trọng ngang, chuyển vị ngang của cọc càng lớn khi áp lực (tức là phản lực đàn hồi của đất) (σ) càng lớn, mà độ lớn của áp lực quyết định bởi: tính chất của đất, độ cứng của thân cọc, hình dạng mặt cắt của cọc, độ sâu của cọc vào trong đất v.v…, độ lớn của áp lực có thể biểu diễn bằng công thức sau đây: σ = Cx Công thức 3.7 Trong đó: C - hệ số nên theo chiều ngang của đất, là chỉ tiêu phản ánh tính đàn hồi của nền đất, biểu thị cho lực phải tác động vào để sinh ra một đơn vị biến dạng cho một đơn vị diện tích đất trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của nó có liên quan với loại đất nền, tính chất cơ lí của đất nền. Trị C có được nhờ vào các phương pháp thử nghiệm, như có thể tính ra được sau khi thực đo x và σ của cọc thử ở các loại đất khác nhau. Nhiều thử nghiệm cho thấy, độ lớn của hệ số nền C không những có liên quan với loại và tính chất của đất mà còn biến đổi theo độ sâu. Hiện nay, mấy loại sơ đồ khác nhau của quy luật phân bố hệ số nền đang áp dụng như thể hiện hình dưới Hình 3.6 Quy luật biến đổi của hệ số nền Hệ số nền C tỉ lệ thuận với độ sâu, như thể hiện hình 3.6a, tức: C = m Z (Công thức 3.8) Trong đó: m – hệ số tỉ lệ, hệ số này có được từ kết quả đo của thí nghiệm, khi không có số liệu thực đo, có thể lựa chọn để lấy theo các bảng dưới đây ( Quy trình đường bộ, Trung Quốc). Phương pháp tính nội lực của cọc dưới tác động ngoại lực theo sơ đồ này gọi tắt là phương pháp “m”. Hệ số nền C tại phía dưới điểm dịch bằng không thứ nhất hình 3.6b ( khi Z >= t) theo dạng: C = K = Hằng số (Công thức 3.9) Khi 0 < = Z < = t, C biến đổi thành đường cong theo độ sâu ( có thể giả định gần đúng là tăng lên theo đường thẳng). Phân loại đất nền m ( kN/ m4) Đất sét chảy dẻo 1000 – 2000 Đất sét dẻo mềm, đất cát bột và đất cát rời rạc 2000 – 4000 Đất sét có thể nặn, đất bột và đất cát hơi chặt – chặt vừa 4000 – 6000 Đất sét cứng, đất bột và đất cát chặt chắc 6000 – 10000 Gia cố bằng cọc trộn xi măng đất với suất quy đổi > 25 % Lượng trộn xi măng < 8 % 2000 – 4000 Lượng trộn xi măng > 12 % 4000 – 6000 Bảng 3.1 Hệ số m Ghi chú: Suất quy đổi được tính theo tỉ lệ của diện tích cọc đất xi măng/ diện tích đất gia cố. Trị số K có thể xác định bằng thực đo, khi không có số liệu thực đo có thể lựa chọn theo bảng 3.3 Phương pháp tính nội lực của cọc dưới tác động của ngoại lực theo sơ đồ này gọi tắt là phương pháp “ K” Hệ số nền C tăng theo định luật parabol với độ sâu, như hình 3.6c, tức là: C = c Z 0.5 (Công thức 3.10) Trong đó: c – hệ số tỉ lệ, có thể xác định bằng thực đo, khi không có tài liệu thực đo, có thể lấy theo bảng 3.2 Tt Phân loại đất m hoặc m0/(kN/m4) K(kN/m3) c (kN / m3) 1 Đất sét chảy dẻo lL > = 1, bùn (3 – 5) x 103 (100 – 200) x 103 (2 – 6) x 10 2 Đất sét mềm dẻo 0.5 > lL > =0.5, cát bột (5 -10) x 103 (200 – 450) x 103 (7 -11) x 103 3 Đất sét cứng dẻo 0.5 > lL > 0 cát mịn, cát trung (10 – 20) x 103 (450 – 650) x 103 (13 – 23) x 103 4 Đất sét cứng, bán cứng lL > 0, cát thô (20 – 30) x 103 (650 – 1000) x 103 (20 – 27) x 103 5 Cát sỏi, cát sỏi gốc, đá vụn cát sỏi tròn, cuội (30 – 80) x 103 (1000 – 1300) x 103 (50 – 1000) x 103 6 Cát thô lẫn cuội chặt chắc, đá cuội trôi chặt chắc (80 – 120) x 103 (1300 – 2000) x 103 Bảng 3.2 Trị số tỉ lệ m, K, C của đất không phải nham thạch Phân loại đất nền kh (kN/ m3) Đất sét chảy dẻo 3000 – 1500 Đất sét mềm dẻo và đất bột rời rạc 1500 – 30000 Đất sét nặn được và đất bột hơi chặt, chặt vừa 30000 – 150000 Đất sét rắn dẻo và đất bột chặt chắc 150000 Đất cát rời rạc 3000 – 15000 Đất cát hơi chặt 15000 – 30000 Đất cát chặt vừa 30000 – 100000 Đất cát chặt chắc 100000 Cọc xi măng đất với suất quy đổi 25 % Lượng trộn xi măng < 8 % 1000 – 15000 Lượng trộn xi măng > 12 % 20000 - 25000 Bảng 3.3 Hệ số nền hướng ngang kh Bề rộng tính toán của cọc Khi cọc chịu lực đẩy ngang, phản lực đất sinh ra ở mặt bên của thân cọc thực tế là ở trạng thái không gian, khi thân cọc là hình chữ nhật hoặc hình tròn thì hiệu ứng của lực cũng không giống nhau. Qua thử nghiệm nhận thấy, để kể đến nhân tố nói trên, đem trạng thái chịu lực không gian quy đổi thành trạng thái chịu lực phẳng bằng cách dùng bề rộng tính toán áp lực đất b1 theo bảng 3.4 Đường kính hoặc bề rộng của cọc Cọc hình chữ nhật Cọc hình tròn b < = 1m b1 = 1,5*b + 0,5 b1 = 0,9 ( 1,5*b + 0,5) b > 1 m b1 = b + 1 b1 = 0,9 ( b + 1) Bảng 3.4 Bề rộng tính toán của cọc Với hàng cọc được tạo thành bởi n cây cọc thì bề rộng tính toán phản lực đất ở mặt bên của nó là nb1, nhưng không được lớn hơn D’ + 1( m), mà trong đó b1 phải thoả mãn b1 < = 0,5 (L1 + L2) (hình 3.7) Hình 3.7 Bề rộng tính của cọc Kết quả xây dựng sơ đồ tính Dựa vào phân tích ở trên thì sơ đồ tính của chương trình được tạo bởi Sap có dạng như hình vẽ dưới Gối đàn hồi Cọc Thanh chống Hình 3.8 Sơ đồ tính của chương trình TÍNH TOÁN Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đối với áp lực đất Khi tường chắn đất dịch chuyển về phía trước, áp lực đất dần dần giảm nhỏ đi đến trị số nhỏ nhất – áp lực đất chủ động, còn khi tường ép về phía đất lấp thì áp lực đất dần dần tăng lên cho đến trị số lớn nhất – áp lực đất bị động. Vậy thì, áp lực đất biến đổi theo chuyển vị của tường chắn đất, suy cho cùng sẽ là như thế nào ? Thí nghiệm cho thấy: khi chuyển vị ở phần đỉnh của tường bằng 0,1% -0,5% độ cao của tường, áp lực đất của đất có tính cát sẽ giảm thấp tới áp lực đất chủ động; Đất lấp tính cát muốn đạt đến áp lực đất bị động thì chuyển vị ở phần đỉnh của tường chắn đất sẽ phải lớn hơn nhiều, ước đến bằng 5% chiều cao của tường hoặc lớn hơn nữa. Ảnh hưởng của chuyển vị tường chắn đối với áp lực đất đại thể có mấy loại tình huống sau đây: Khi đỉnh tường cố định, đầu dưới tường dịch chuyển ra phía ngoài, áp lực đất có hình parabol (hình 3.9a). Khi hai đầu trên và dưới tường cố định nhưng phần giữa tường thì vồng ra phía ngoài, áp lực đất có hình yên ngựa (hình 3.9b). Khi tường dịch chuyển song song ra ngoài, áp lực đất có hình parabol (hình 3.9c). Khi tường nghiêng ra phía ngoài, quay theo trung tâm của đoạn dưới tường sẽ gây ra áp lực đất chủ động bình thường (hình 3.9d). Chỉ khi tường chắn hoàn toàn không dịch chuyển mới có thể sinh ra áp lực đất tĩnh (hình 3.9e). Hình 3.9 Biến đổi khác nhau của thân tường gây ra sự khác nhau về áp lực đất Một số kỹ sư Nhật Bản kiến nghị: nên căn cứ vào biến dạng của thân tường để tiến hành điều chỉnh tăng giảm áp lực đất tác động lên thân tường. Giả định là đất 2 bên của tường ở trạng thái biến dạng đàn hồi, rồi dùng phương pháp hệ số nền của Winkler để tính áp lực đất lên tường. Khi xem nền đất là hoàn toàn không dịch chuyển vị hình 3.10a, hai bên tường tính là áp lực đất tĩnh p0. Hình 3.10 Chuyển dịch của tường và điều chỉnh tăng giảm áp lực đất Khi tường chịu ngoại lực và sinh ra biến dạng, nếu lượng chuyển vị ngang của bất cứ một điểm nào đó của tường là δ thì áp lực đất p tác động vào m, cạnh α bị chèn ép như trong hình 3.10b ( tức cạnh bị động), sẽ tăng thêm trị số là Khδ, Kh là hệ số nền nằm ngang của nền đất của tường, vậy thì áp lực đất của cạnh này là: (Công thức 3.11) Trong đó: pa – cường độ áp lực đất hướng ngang ở vị trí tính toán tác động vào tường p0 – cường độ áp lực đất tĩnh ở cùng một vị trí tính Kh – hệ số nền nằm ngang của nền đất của tường δ – lượng chuyển vị ngang của tường ở vị trí tính toán. Ở phía cạnh, đất tơi xốp ra, tức cạnh β trong hình ( cạnh chủ động), áp lực đất sẽ giảm đi với trị số là Khδ, vậy thì áp lực đất ở cạnh này là: (Công thức 3.12) Trong đó: pβ – cường độ áp lực đất nằm ngang chủ động tác động ở vị trí tính toán trên tường. Tuỳ thuộc vào sự tăng của chuyển vị, áp lực đất bị động cũng tăng lên dần, nhưng khi đạt đến trạng thái nào đó, trị δ tăng thêm nhưng áp lực đất không tăng thêm nữa, thì áp lực đất ở trị số giới hạn này được gọi là áp lực đất bị động. Tương tự, áp lực đất nằm ngang chủ động cũng giảm nhỏ dần tuỳ thuộc vào sự tăng thêm của chuyển vị, cho đến một trị giới hạn nào đó, trị δ tuy tăng lên nhưng áp lực đất lại không giảm nhỏ đi, thì trị giới hạn này được gọi là áp lực đất chủ động, dùng công thức để thức hiện là: Cạnh bị động: (Công thức 3.13) Cạnh chủ động: Trong đó: pp – cường độ áp lực đất bị động của tường ở vị trí tính toán. pa- cường độ áp lực đất chủ động của tường ở vị trí tính toán. Áp dụng phương pháp này để hiệu chỉnh áp lực đất, thường phải tính đi tính lại nhiều lần mới có thể dần dần thu được kết quả tương đối hợp lí. Áp lực đất tĩnh giảm dần cho đến áp lực đất chủ động hoặc tăng lên cho đến áp lực đất bị động cần thiết phải có tường cứng dịch sang ngang hoặc là quay. Brich – Hansen đã kiến nghị để định lượng δ của loại chuyển vị này là: Với áp lực đất chủ động: δa = 0,001H (Công thức 3.14) Với áp lực đất bị động: δp = 0,01H Trong đó: H – chiều cao của tường. Hình 3.11 Biến dạng của thân tường khi xuất hiện áp lực chủ động và bị động a) Trạng thái ứng suất chủ động và bị động do chuyển vị ngang của thân tường gây ra b) Khi thân tường quay quanh chân tường Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị động trong đất cát và đất sét cho ở bảng Loại đất Trạng thái ứng suất Hình thức chuyển dịch Chuyển vị cần thiết Đất cát Chủ động Chủ động Bị động Bị động Song song với thân tường Quay quanh chân tường Song song với thân tường Quay quanh thân tường 0,001H 0,001H 0,05H >0,01H Đất sét Chủ động Chủ động Bị động Song song với thân tường Quay quanh chân tường 0,004H 0,004H Bảng 3.5 Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường sinh ra áp lực đất chủ động và bị động Căn cứ vào số liệu trên, với các kết cấu chắn giữ hố móng thông thường, chuyển vị thân tường cần có để đủ sinh ra áp lực đất chủ động tương đối dễ xuất hiện, còn số lượng chuyển vị để đủ sinh ra áp lực đất bị động thì tương đối lớn, thường thường là thiết kế không cho phép. Do đó, trước khi lựa chọn phương án tính toán, rất cần thiết phải tính đến tình huống về mặt biến dạng này, khi trong tính toán có tính đến cân bằng giới hạn thì điều này là cực kì quan trọng. Lí luận cùng biến dạng Lí luận cùng biến dạng xét đến ảnh hưởng của chuyển dịch thân tường chắn đối với áp lực đất, thường gọi là lí luận cùng biến dạng, do Sâm Trọng Lâm Mã của Nhật Bản đề xuất. Chuyển dịch của thân tường sẽ có ảnh hưởng làm tăng hoặc làm giảm đối với áp lực đất. Những giả thiết cơ bản của lí luận này là: Khi ở trạng thái đầu tiên, thân tường hoàn toàn không có dịch chuyển, áp lực đất (bao gồm áp lực nước) xem là áp lực đất tĩnh hình 3.12a, b Giả định thân tường, thanh chống và nền là đàn hồi Áp lực đất tác động lên tường biến đổi theo sự dịch chuyển của thân tường, tính theo công thức 3.13, nhưng trị áp lực đất chủ động nhỏ nhất của nó là pa, trị áp lực đất bị động lớn nhất pp Hệ số nền theo chiều ngang Kh, độ cứng của tường EI, hệ số lò xo của chống ngang bằng EA/l v.v … ở độ sâu khác nhau của tường, có thể căn cứ vào nền đất và tình hình của tường trong đất để phân biệt áp dụng những trị số khác nhau Giả định là chống ngang chỉ chịu lực nén chứ không chịu kéo. Áp lực đấthữu hiệu Hình 3.12 Quan hệ giữa áp lực đất lên tường với chuyển dịch của thân tường a ) Khi chưa đào; b ) Đào nhưng thân tường không chuyển dịch c ) Sau khi đào thân tường có chuyển dịch Công thức tính cơ bản Nếu chuyển dịch ngang của một điểm bất kì nào đó trên thân tường là δ thì áp lực đất của nó có thể tính theo công thức 3.13 tức: p = p0 + Kδ; pa < p < pp (Công thức 3.15) Trong đó: p0 – áp lực đất tĩnh tác động lên tường p – áp lực đất tác động lên tường K – hệ số nền theo chiều ngang của thân tường pa, pp – lần lượt là áp dụng đất chủ động, bị động Dưới tác động của áp lực đất cùng với chuyển dịch của thân tường thì phương trình cơ bản lúc đạt trạng thái cân bằng là: (Công thức 3.16) Viết lại công thức trên dưới dạng: (Công thức 3.17) Trong đó: K – Ma trận độ cứng của tường trong đất Kí hiệu α chỉ bên đào, β là bên không đào. Trong công thức 3.17 cho: Được: Công thức 3.18 Công thức 3.18 về hình thức giống như công thức cơ bản dùng để tìm ứng suất của dầm trên nền đàn hồi. Các bước tính toán Chuẩn bị tính toán Như thể hiện trong hình 3.13a, chia thân tường thành n điểm, tại các điểm này chính là vị trí chuẩn bị lắp các chống ngang và cũng là vị trí bản sàn của kết cấu chủ thể khi mà thân tường sẽ làm thành một bộ phận của kết cấu chủ thể. Tính độ cứng của tường trong đất giữa các điểm ( phần tử), hệ số lò xo theo chiều ngang của nền đất tại các điểm tựa và độ cứng của chống ngang bằng: Công thức 3.19 Trong đó: Gw – độ cứng của tường trong đất giữa hai điểm liền kề Ew – mô đun đàn hồi của thân tường I – mô men quán tính của thân tường λ – khoảng cách giữa hai điểm liền kề Hình 3.13 Sơ đồ tính toán xem tường là công – xôn khi kết thúc lần đào thứ nhất Trong đó: Kα – hệ số lò xo theo chiều ngang của nền đất ở bên phía đào đối với điểm tựa Kβ – hệ số lò xo theo chiều ngang của nền đất ở bên phía không đào đối với điểm tựa kα – hệ số nền của đất theo chiều ngang của bên phía đào kβ – hệ số nền của đất theo chiều ngang của bên không đào B – bề rộng của thân tường đang tính λ' – cự li từ giữa nhịp đến giữa nhịp của các điểm tựa Công thức 3.20 Trong đó: Ks – hệ số lò xo của chống ngang Es – mô đun đàn hồi của chống ngang A – diện tích mặt cắt của chống ngang l – chiều dài của chống ngang Tính toán khi kết thúc lần đào thứ nhất Sau lần đào thứ nhất sẽ hình thành tường trong đất kiểu công xôn không có chống, các bước tính toán như hình 3.13, tức là: Bước 1 ) Chuẩn bị tính toán các điểm liên kết và thân tường như trên hình 3.13a Bước 2 ) Trạng thái tiêu chuẩn khi kết thúc lần đào thứ nhất, như hình 3.13b Bước 3) Tính trị chuyển vị δ’1 do áp lực đất( áp lực nước) hữu hiệu sinh ra dưới trạng thái tiêu chuẩn theo công thức 3.18, như hình 3.13c Bước 4 ) Tính trị áp lực đất tác động trên thân tường theo δ’1. Bước 5 ) Hiệu chỉnh áp lực đất theo điều kiện: Bước 6 ) Tính toán lặp lại: Căn cứ áp lực đất ( áp lực nước) vừa tìm được Bước 5, tính toán lặp lại từ Bước 3 đến Bước 5, cho đến khi chênh lệch giữa áp lực đất khi bắt đầu tính với áp lực đất sau khi tính nhỏ hơn sai số cho phép thì dừng việc tính lại Bước 7 ) Tính trị chuyển dịch, áp lực đất và nội lực thân tường: Căn cứ vào chuyển dịch, áp lực đất và nội lực tìm được bằng tính lặp ở Bước 6 sẽ dùng làm trị số khi kết thúc lần đào thứ nhất Tính toán khi lắp đặt hàng chống thứ nhất và lực trục tăng trước Lấy trị chuyển dịch của thân tường, áp lực đất và nội lực khi kết thúc lần đào thứ nhất như hình 3.13 làm trạng thái tiêu chuẩn, sau đó là tình hình khi tăng lực trục ban đầu Ht cho chống ngang. Các bước tính toán ngoài sự khác nhau về trạng thái tiêu chuẩn và phải tăng thêm lực Ht áp lực đất hữu hiệu ở điểm chống ngang ra, các bước khác giống hình 3.13. Nếu như chống ngang không tăng lực trục ban đầu ( tức Ht = 0) thì không nhất thiết phải có bước tính toán này. Tính nội lực do đào đất sinh ra sau khi đặt hàng chống ngang thứ nhất Đêm kết quả tính toán ở mục trên làm trạng thái tiêu chuẩn rồi tính toán theo các bước giống hình 3.13c Giai đoạn tiếp Công việc đào đất tiếp theo và việc kiểm tra tình hình bố trí thanh chống ngang chỉ cần lặp lại các bước nói trên. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Để đơn giản thì tác giả xin lấy ví dụ gồm 2 giai đoạn thi công, tải trọng trên mặt đất phân bố đều (2 t/m). XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH Sơ đồ tính của giai đoạn 2 được tạo bởi chương trình thông qua (Sap) có dạng Spring Cọc Than chống KẾT QUẢ Biểu đồ nội lực và chuyển vị Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Biểu đồ điều áp lực đất điều chỉnh Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 PHẦN II: TIN HỌC TỔNG QUAN ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, tin học đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nước ta, tin học đã, đang và sẽ trở thành công cụ đắc lực giúp con người trong nghiên cứu, trong công việc cũng như cuộc sống hàng ngày. Với đặc thù của chuyên ngành sản xuất xây dựng, đây là một ngành có tính chất phức tạp và lại liên quan đến nhiều ngành nghề khác trong xã hội nên Việt Nam cũng như nhiều nước trong khu vực cũng như trên Thế giới đã thấy được tính cấp thiết trong việc áp dụng công nghệ hiện đại vào việc tính toán, thiết kế, cũng như quản lý các công trình xây dựng. Tuy nhiên, đội ngũ kỹ sư xây dựng có trình độ về tin học ở Việt Nam chưa cao nên thực tế chưa có nhiều phần mềm tin học được xây dựng ở nước ta. Phần lớn các phần mềm trợ giúp trong thiết kế xây dựng ở Việt Nam hiện nay đều có xuất xứ từ nước ngoài, vì vậy rất khó khăn trong việc tiếp cận cũng như sử dụng. Với đòi hỏi thực tế như vậy, trong những năm gần đây, nhà nước đã đầu tư nhiều hơn cho lĩnh vực tin học. Cụ thể là những công ty xây dựng đã có bộ phận trực tiếp xây dựng các phần mềm phục vụ thiết kế và xây dựng. Điển hình là Công ty Tin học Xây dựng – Bộ Xây Dựng, là một công ty đã cho ra đời nhiều sản phẩm phầm mềm trong lĩnh vực xây dựng. Ngoài ra, các công ty tin học thuần tuý khác như Công ty Hài Hoà, Công ty FPT… cũng đang từng bước tiếp cận với chuyên ngành xây dựng để có thể cho ra đời những sản phẩm phục vụ quá trình thiết kế và thi công xây dựng. Với thực trạng ấy, trên cơ sở phần chuyên môn xây dựng đã được đề cập và nghiên cứu, làm rõ, tiến hành xây dựng thuật toán và viết chương trình phục vụ quá trình tính toán tường chắn đất hố móng sâu có kể đến ảnh hưởng của quá trình thi công và chuyển vị của tường. Với nội dung đề tài tốt nghiệp : Nghiên cứu và dùng tin học khảo sát sự làm việc của tường chắn đất hố móng sâu. Đề tài phần tin học của đồ án là : Xây dựng chương trình tính toán tường chắn đất hố móng sâu. CÁC PHẦN MỀM LIÊN QUAN Tính toán, thiết kế tường chắn hố móng sâu là một vấn đề phức tạp. Do đó đòi hỏi người thiết kế cũng như người thi công phải có nhiều kiến thức tổng hợp về kết cấu, địa chất và đặc biệt là kinh nghiệm thực tế. Vấn đề này đã và đang được các nhà nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp khác nhau. Xuất phát từ thực tế trên một số phần mềm tin học hỗ trợ cho quá trình thiết kế thi công cho tường chắn hố móng sâu đã ra đời. Những phần mềm này chủ yếu của nước ngoài: Phần mềm Plaxis (xuất xứ Hà Lan) – phần mềm chuyên tính toán các bài toán địa kỹ thuật đặc biệt là các công trình ngầm; phần mềm ProSheet; phần mềm RIDO, Msheet. Phần mềm Plaxis Phạm vi áp dụng của Plaxis: các bài toán về mái dốc, hố đào, hầm (tunnel) cho người đi bộ, đường giao thông, đường hào kĩ thuật (collector), đường tàu điện ngầm và các dạng công trình ngầm khác. Chương trình Plaxis cho phép xác địng trạng thái ứng suất - biến dạng của bản thân kết cấu (vỏ công trình ngầm và các phần tử liên quan), đất nền xung quanh và các quá trình tương tác giữa đất nền, kết cấu bên trên và kết cấu công trình ngầm. Chương trình Plaxis có thể tính toán cho các dạng bài toán sau: Bài toán phẳng 2D; Bài toán đối xứng trục; Bài toán không gian 3D dùng cho việc mô tả trạng thái ứng suất - biến dạng trong các giai đoạn thi công thực tế theo không gian kể cả các phương pháp thi công hiện đại (Như các phương pháp đào ngầm). Các mô hình nền đa dạng có kể đến quá trình thoát nước, không thoát nước, cố kết và từ biến. Mô tả được sự hình thành các khe nứt giưa đất và kết cấu trong quá trình làm việc nhờ phần tử tiếp xúc. Bài toán động (Đóng cọc động đất và các dạng tải có chu kì khác) dùng cho bài toán phẳng Plaxis cung cấp đủ các dạng phần tử để đưa ra lời giải với độ chính xác cao cho hầu hết các bài toán địa kĩ thuật. Các phần tử một, hai và ba chiều có thể kết hợp với phần tử tiếp xúc để giải các bài toán tương tác kết cấu - đất. Phần mềm ProSheet Phương pháp tính toán: Blum Mô hình nền đất: Trạng thái giới hạn (Ka, Kp) Mô hình tường chắn: Dầm đơn giản Kết quả tính toán: Chiều dài ngàm tối thiểu, tải trọng tiết diện, lực neo Ưu điểm: Nhanh chóng đơn giản với tường một cấp neo Nhược điểm: Không chính xác độ võng (đặc biệt là phần conson) Phần mềm RIDO, Msheet Mô hình nền đất: Đàn hồi dẻo Mô hình tường chắn: Dầm cấu kiện Kết quả tính toán: Độ võng, tải trọng tiết diện, lực neo Ưu điểm: Nhanh chóng và đơn giản đủ chính xác cho thiết kế phổ thông Nhược điểm: Kiểm tra ổn định tổng thể riêng biệt NỘI DUNG THỰC HIỆN ĐỒ ÁN: Từ những phân tích ở trên thì việc áp dụng tin học trong việc giải bài toán thuộc chuyên ngành sản xuất xây dựng phải đáp ứng được một số yêu cầu sau đây: Xoá bỏ quy trình tính toán thủ công phức tạp. Nâng cao độ chính xác kết quả tính toán: Với khuôn khổ một đề tài đồ án Tốt nghiệp kỹ sư xây dựng, do thời gian cũng như kiến thức có hạn nên các thầy giáo hướng dẫn đồ án giới hạn nội dung thực hiện như sau: Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đối với áp lực đất Tính toán theo các giai đoạn thi công. Chương trình tính toán có sự hỗ trợ của Sap 2000. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH BIỂU ĐỒ USECASE Dựa trên đặc điểm của bài toán tường chắn và các chức năng của người dùng, thì chương trình có thể chia các chức năng đó thành các UseCase chính sau: Vật liệu Đất nền Cọc Thanh chống Tải trọng Thuộc tính thi công Thiết lập mở rộng Xem và xuất kết quả dạng bảng Xem biểu đồ nội lực và chuyển vị Xem áp lực đất điều chỉnh Biều đồ UseCase tổng thể Mô tả UseCase UseCase Vật liệu NameName Vât liệu Brief Description Vật liệu cho cọc( Thép và bê tông) Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Chọn một Mac bê tông từ ComboBox(cmbBeTong) 1 Hiển thị Rn, Rk, E tương ứng với Mác bê tông 2 Chọn một Nhóm thép từ ComboBox(cmbThep) 3 Hiển thị Ra, Ra’ tương ứng với nhóm thép 6 Nhấn “Nhập” 7 Nhập dữ liệu và ẩn Form Alternative Flow 0 Nhấn “Nhập” 1 Nếu chưa chọn Mac bê tông hay Nhóm thép à Báo lỗi Post-conditions UseCase Đất nền Name Đất nền Brief Description Các thông số đất nền Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Nhập dữ liệu cho trong biểu mẫu 1 2 Click “Thêm” 3 Thêm lớp đất vào Lưới MSFDat 4 Chọn một lớp trên lưới 5 Hiển thị các tính thuộc tính của lớp đất lên các TextBox 6 Sửa các thuộc tính của lớp đất chọn 7 Click “Sửa” 8 Cập nhật dữ liệu vào Lưới MSFDat 9 Chọn lớp đất từ trên lưới 10 Click “Xoá” 11 Xoá một lớp do người dùng chọn 12 Click “Nhập” 13 Nhập dữ liệu và Ẩn Form Alternative Flow 0 Khi Thêm, sửa lớp đất 1 Nếu có lỗi về dữ liệu àThông báo Post-conditions UseCase Cọc Name Cọc Brief Description Các thông số của cọc Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Nhập dữ liệu cho các TextBox, ComboBox 1 Click “Nhập” 2 Nhập dữ liệu và ẩn Form Alternative Flow 0 Nếu người dùng nhập sai dữ liệu 1 Thông báo lỗi Post-conditions UseCase Thanh chống Name Thanh chống Brief Description Các thông số của cọc Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Nhập dữ liệu cho các TextBox 1 Click “Nhập” 2 Nhập dữ liệu và ẩn Form Alternative Flow 0 Nếu người dùng nhập sai dữ liệu 1 Thông báo lỗi Post-conditions UseCase Tải trọng Name Tải trọng Brief Description Thông số tải Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Nhập dữ liệu cho các TextBox 1 Click “Nhập” 2 Nhập dữ liệu và ẩn Form Alternative Flow 0 Nếu người dùng nhập sai dữ liệu 1 Thông báo lỗi Post-conditions UseCase Thi công Name Thi công Brief Description Các thông số thi công Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Nhập dữ liệu cho trong biểu mẫu 1 2 Click “Thêm” 3 Thêm lớp đất vào MSFExecute 4 Chọn một lớp trên lưới 5 Hiển thị các tính thuộc tính của lớp đất lên các TextBox 6 Sửa các thuộc tính của lớp đất chọn 7 Click “Sửa” 8 Cập nhật dữ liệu vào MSFExecute 9 Chọn lớp đất từ trên lưới 10 Click “Xoá” 11 Xoá một lớp do người dùng chọn 12 Click “Nhập” 13 Nhập dữ liệu và Ẩn Form Alternative Flow 0 Khi Thêm, sửa giai đoạn 1 Nếu có lỗi về dữ liệu hoặc khi Cao trình đào nhỏ hơn cao trình chống à thông báo lỗi Post-conditions UseCase Thiết lập Name Thiết lập Brief Description Các thông số thiết lập trong tính toán Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Chọn RadioButton Gia Cố (optGiaCo) 1 Hiển thị TextBox để nhập hệ số gia cố(txtGiaCo) 2 Nhập dữ liệu vào txtGiaCo 3 4 Chọn RadioButton Không gia cố(optKhongGiaCo) 5 Ẩn TextBox không cho người dùng nhập 6 Chọn RadioButton Chạy Lặp(optChayLap) 7 Hiển thị TextBox để nhập Sai số cho phép (txtSaiSo) 8 Chọn RadioButton Không lặp (optKhongLap) 9 Ẩn TextBox không cho người dùng nhập 12 Click “Nhập” 13 Nhập dữ liệu và Ẩn Form Alternative Flow 0 Nếu người dùng nhập sai dữ liệu 1 Thông báo lỗi Post-conditions UseCase Xuất kết quả bảng Name Xuất kết quả bảng Brief Description Hiển thị kết quả dạng bảng ( Chuyển vị, mô men, lực cắt) và xuất kết quả Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Chọn RadioButton Chuyển vị 1 Click “Hiển thị” 2 Hiển thị bảng chuyển vị (frmTableDisplacement) 3 Click “Thoát” (frmTableDisplacement) 4 Ẩn Biểu mẫu (frmTabelDisplacement) 5 Click “Thư mục” 6 Hiển thị hộp thoại lưu file 7 Điền tên File 8 Click “OK” (CommonDialog) 9 Đóng CommonDialog 10 Click “Xuất Excel” 11 Thực thi và thông báo kết quả 12 Click “Thoát” 13 Ẩn Form Alternative Flow 0 Post-conditions UseCase Biểu đồ Name Biểu đồ Brief Description Biểu đồ nội lực và biểu đồ chuyển vị Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Chọn một giai đoạn từ ComboBox 1 Click “Hiển thị” 2 Hiển thị kết quả lên màn hình(frmDisplay) 3 Click “Thoát” 4 Ẩn Form (frmFigure) Alternative Flow 0 Không chọn giai đoạn và nhấn nút hiển thị 1 Thông báo lỗi Post-conditions UseCase Điều chỉnh áp lực Name Điều chỉnh áp lực Brief Description Hiển thị kết quả điều chỉnh áp lực đất trong các giai đoạn Preconditions Main Flow Actor Input System Response 0 Chọn một giai đoạn từ ComboBox 1 Click “Hiển thị” 2 Hiển thị kết quả lên màn hình(frmDisplay) 3 Click “Thoát” 4 Ẩn Form (frmForce) Alternative Flow 0 Không chọn giai đoạn và nhấn nút hiển thị 1 Thông báo lỗi Post-conditions Biểu đồ tuần tự Biểu đồ nhập vật liệu Biểu đồ nhập đất nền Biểu đồ nhập dữ liệu cọc Biểu đồ nhập thanh chống Biểu đồ nhập tải trọng Biểu đồ nhập thuộc tính thi công Biểu đồ thiết lập mở rộng Biểu đồ xem và xuất kết quả dạng bảng Biểu đồ kết quả nội lực và chuyển vị Biểu đồ kết quả điều chỉnh áp lực đất Biểu đồ lớp Tìm kiếm lớp Từ danh sách các đối tượngđã liệt kê, tập hợp các đối tượng cùng loại được các lớp sau: frmMain frmDisplay frmMaterial frmSoil frmPile frmSupport frmLoadForce frmExecute frmOption frmForceFigure frmFigure frmExport Biều đồ lớp Một số mối quan hệ Quan hệ giữa Module “mdlMaterial” với các biến định nghĩa trong chương trình là KieuThepCoc và KieuBeTongCoc Quan hệ giữa Module “mdlDefineVar” với các biến định nghĩa trong chương trình THIẾT KẾ GIAO DIỆN Giao diện chính Giao diện chính chính là “bộ mặt” của chương trình. Đây chính là nơi người dùng có thể thực hiện các chức năng của chương trình cũng như đáp ứng các yêu cầu của mình. Thanh trạng thái Màn hình đồ hoạ Thanh công cụ Menu Tên tệp hiện hành Giao diện chính của chương trình bao gồm các thành phần sau đây: Menu : Thực đơn đổ xuống khi người dùng kích hoạt vào tên từng menu. Thông qua những menu này, người dùng có thể thực thi các chức năng (Thể hiện ngắn gọn qua tên của nó). Cấu trúc Menu của giao diện như sau: Tính toán Nhập dữ liệu Hiển thị kết quả Têp tin Thanh công cụ: Chứa các nút có chức năng như menu giúp cho người dùng thao tác nhanh hơn trong khi thi hành. Trên thanh công cụ chỉ có nút biểu tượng nên nếu như người sử dụng không biết tên các nút thì có thể xem trong menu, bên trái tên mỗi menu có hình vẽ tương ứng như trên thanh công cụ. Màn hình đồ hoạ: Hiển thị các kết quả đồ hoạ của chương trình. Vì khi chưa có dữ liệu cũng như khi dữ liệu chưa được nhập thì người dùng không thể thực hiện phân tích kết quả cho nên khi chưa có dữ liệu đầy đủ, thì các menu phân tích và hiển thị kết quả bị vô hiệu hoá như hình trên. Khi dữ liệu đã nhập đầy đủ thì menu phân tích nội lực sẽ được kích hoạt để người dùng có thể chọn chức năng này.Và các menu của chương trình sẽ được kích hoạt hết nếu chương trình đã phân tích nội lực cho bài toán. Thanh trạng thái: Hiển thị dòng chữ nhắc người dùng xem đơn vị và trợ giúp nếu gặp vấn đề trong quá trình thao tác. Tên của tệp hiện hành sẽ hiển thị trên thanh tiêu đề của chương trình. Nếu tệp dữ liệu chưa được lưu lại trên ổ đĩa thì tên tệp sẽ là noname.exc. Giao diện nhập dữ liệu vào Tất cả dữ liệu của chương trình yêu cầu cho bài toán người dùng có thể nhập vào thông qua các form (biểu mẫu) của chương trình. Để nhập toàn bộ dữ liệu vào, người dùng sử dụng menu Nhập dữ liệu và lựa chọn loại dữ liệu muốn nhập vào. Nhập vật liệu Vật liệu chính cho cọc gồm có bê tông và cốt thép: Nên Biểu mẫu nhập Vật liệu có giao diện như sau Người dùng sẽ phải nhập vào cốt thép chịu lực cho cọc thông qua nhóm cốt thép, bêtông làm cọc và bêtông làm đài cọc thông qua mác bêtông. Tất cả những dữ liệu này người dùng đều lựa chọn trong hộp lựa chọn đổ xuống khi click chuột vào phím mũi tên trên hộp chọn nhóm cốt thép, chọn mác bêtông. Vì nhóm cốt thép cũng như mác bêtông đã được quy định theo tiêu chuẩn nên với nhóm cốt thép và mác bêtông, người dùng sẽ tra quy định được những thông số có liên quan như cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén…của vật liệu. Để giúp người dùng không phải mất công tra những thông số này, chương trình đã đưa vào thư viện vật liệu . Nghĩa là khi người dùng chọn nhóm cốt thép và mác bêtông thì lập tức dữ liệu về cường độ của các loại vật liệu này đã được gán vào chương trình. Như vậy là trên các ô nhập liệu của biểu mẫu này sẽ tự động được nhập vào các giá trị cần thiết mà người dùng không phải tự tay nhập vào. Nhập dữ liệu đất nền Nền đất của công trình sẽ được khai báo thông qua biểu mẫu “Nhập số liệu đất nền” với những tính chất cơ lý không thể thiếu của mỗi loại đất. Để khai báo các tính chất cơ lý của đất, người dùng nhập số liệu vào các ô nhập liệu có trên biểu mẫu. Sau khi đã nhập đầy đủ các dữ liệu này, người dùng nhấn nút lệnh Thêm để thêm một lớp đất cho nền. Trong quá trình nhập liệu, người dùng có thể thay đổi dữ liệu đã được nhập của nền đất. Để thay đổi các thông số của một lớp đất đã được nhập thì người dùng đưa chuột đến lớp đất đó trong bảng thống kê về đất nền và sửa đổi các thông số thông qua các ô nhập liệu ở trên rồi dùng nút lệnh Sửa để xác nhận thông tin đã được sửa. Để xoá đi một lớp đất đã nhập thừa hoặc sai sót, người dùng có thể click chuột vào lớp đất đó trên bảng thống kê đất nền và chọn nút lệnh Xoá để xóa đi lớp đất đó. Tuy nhiên, để xoá được lớp đất đó, người dùng phải xác nhận một thông điệp mà chương trình gửi đến người dùng khi họ chọn nút lệnh để xoá lớp đất. Ví dụ, khi chọn xoá lớp đất thứ 6 đã khai báo : Nhập thuộc tính cọc Nhập thông số thanh chống Nhập tải trọng Nhập thuộc tính thi công Nhập các thiết lập Giao diện tính toán Giao diện hiển thị kết quả đưa ra Xem mô hình Hiển thị và xuất kết quả bảng Bảng Chuyển vị Bảng Mô men Bảng lực cắt Kết quả biểu đồ Kết quả áp lực đất điều chỉnh THIẾT KẾ THUẬT TOÁN CÁC KÝ HIỆU QUY ƯỚC DÙNG TRONG THUẬT TOÁN 1 Khối bắt đầu và kết thúc: Khối kiểm tra (đúng hay sai): Khối nhập dữ liệu Khối thực hiện tính toán. Khối gọi chương trình con. Mũi tên chỉ hướng đi của thuật toán. Khối dùng để liên kết thuật toán. CÁC THUẬT TOÁN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH Thuật toán tổng thể Các thuật toán chi tiết Áp lực đất tĩnh bên phải tác động lên cọc Áp lực đất tĩnh bên trái tác động lên cọc Áp lực đất chủ động bên phải tác động lên cọc Áp lực đất bị động ở bên trái tác động lên cọc Chạy chương trình Điều chỉnh áp lực đất MÃ HOÁ CHƯƠNG TRÌNH CƠ SỞ CHỌN NGÔN NGỮ, PHƯƠNG THỨC LẬP TRÌNH Với yêu cầu bài toán đặt ra ở trên và phương hướng giải quyết bài toán cũng như cách phân tích thiết kế chương trình, chọn ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 (VB6.0) – phiên bản hiệu quả nhất trong bộ các ngôn ngữ lập trình Visual Studio, dùng để phát triển những ứng dụng trên nền Windows 32bits làm công cụ thể hiện chương trình. Trong khi các ngôn ngữ lập trình khác như Visual C++ là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, cần đòi hỏi nhiều thời gian tìm hiểu.Nhưng đổi lại nó giúp người lập trình can thiệp sâu vào hệ thống, có tính năng kế thừa trong lập trình. Còn VB6.0 là ngôn ngữ lập trình có cấu trúc. Với ngôn ngữ VB6.0 ta sẽ dễ dàng pháp triển ứng dụng quản lý, hầu hết các giao diện đều trực quan, dễ thiết kế, chúng cho phép thiết kế các Form hay các Control một các tiện lợi, xuất và đọc tệp văn bản một cách dễ dàng. Ngoài ra, VB6.0 được Microsoft hỗ trợ mạnh trong các sản phẩm của họ như Micrsoft Excel, Microsoft Access…Hơn nữa một phần mềm giúp xử lí đồ hoạ VDRAW rất tiện lợi cho việc tạo ra các đối tượng đồ hoạ và nó có thể được tích hợp vào VB6.0. Đây là một đối tượng hỗ trợ đồ hoạ với các phương thức và thuộc tính đơn giản, dễ hiểu … Đặc biệt hơn, nó quản lý đối tượng đồ hoạ như trong phần mềm AutoCAD của hãng Autodesk. Và cũng phải kể đến tính năng xuất sang AutoCAD của đối tượng này, đây là ưu điểm giúp cho những đối tượng đồ hoạ trong chương trình có thể được kết xuất sang môi trường AutoCAD. Mặt khác, do yêu cầu của người sử dụng thì giao diện một ứng dụng là một yếu tố quan trọng đòi hỏi người thiết kế chương trình phải có sự thiết kế hợp lý và thuận thiện. VB 6.0 cho phép người thiết kế chương trình có thể tích hợp vào trong dự án của mình những bộ công cụ khác nhau thông qua việc khai báo các thành phần OCX chẳng hạn như VSFlexGird hỗ trợ bảng tính; Vdraw hỗ trợ đồ hoạ đã nói ở trên; SmartMenuXP hỗ trợ thiết kế menu; ngoài ra còn nhiều OCX hỗ trợ khác ở trên thị trường. Tóm lại ngôn ngữ VB 6.0 được lựa chọn bởi đây là ngôn ngữ dễ đọc và dễ hiểu. CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA CHƯƠNG TRÌNH Vì chương trình được lập trình theo hướng cấu trúc nên cơ sở dữ liệu được lưu trữ trong các biến.Các loại biến dùng trong chương trình là : biến đơn, biến kiểu mảng và biến kiểu bản ghi. Dữ liệu vào Vật liệu Cọc trong chương trình là cọc khoan nhồi, nên vật liệu nhập vào là nhóm thép và mác bêtông. Ứng với mỗi giá trị nhóm thép và mác bêtông ta có các cường độ của vật liệu. Do vậy, các biến lưu giữ vật liệu trong chương trình được mô tả bởi một biến bản ghi như sau: Public Type KieuThepCoc Nhom As String ‘Nhóm thép Ra As Single ‘Cường độ chịu kéo Ra1 As Single ‘Cường độ chịu nén End Type Public Type KieuBeTongCoc Mac As String ‘Tên mác bêtông Rn As Single ‘Cường độ chịu nén của bêtông Rk As Single ‘Cường độ chịu kéo của bêtông E As Single ‘Modun đàn hồi End Type Public Type KieuVatLieu BeTong As KieuBeTongCoc Thep As KieuThepCoc End Type Đất nền Trong chương trình tính toán nền đất có nhiều lớp nên với bất kỳ một loại đất nào mà người dùng khai báo đều chứa các thông tin giống nhau về tên và tính chất cơ lý của đất. Do đó, khai báo một kiểu bản ghi như sau : Public Type KieuLopDat Lop As String ‘Tên lớp Dat As String 'Tên đất H As Double 'Chiều dày lớp đất TuNhien As Double ' Trọng lượng tự nhiên DayNoi As Double ' Trọng lượng đẩy nổi Goc As Double ' Góc ma sát trong GocCocDat As Double ' Góc ma sát giữa cọc và đất C As Double 'Lực dính E As Double ' Modul đàn hồi c0 As Double ' Hệ số tỷ lệ End Type Các biến của những lớp đất trong nền công trình được khai báo là một mảng một chiều: Public Dat(1 To 10) As KieuLopDat Thi công Khi tính toán tường chắn hố móng sâu thường thì họ chia ra làm các giai đoạn thi công. Trong mỗi giai đoạn thì cần phải xác định cao trình đào và cao trình của thanh chống hoặc neo. Do đó dữ liệu nhập vào của phần thi công như sau: Public Type KieuGiaiDoan GiaiDoan As String 'Giai đoạn thi công Dao As Double 'Cao trình đào Chong As Double ' Cao trình chống End Type Khai báo số giai đoạn thi công: Public GiaiDoan(1 To 10) As KieuGiaiDoan Dữ liệu ra Dữ liệu ra của chương trình gồm rất nhiều đại lượng liên quan đến việc tính toán như chuyển vị, mômen, lực cắt , … Chuyển vị Vì quá trình thi công theo nhiều giai đoạn. Mà mỗi giai đoạn lại cần phải lưu lại giá trị chuyển vị để phục vụ tính toán cũng như đưa ra kết quả sau này. Do đó định nghĩa một kiểu dữ liệu như sau: Public Type KieuKetQuaChuyenVi ChuyenVi(1 To 301) As KieuNut End Type Khai báo một mảng động chứa kết quả chuyển vị mà kích thước của mảng sẽ được cấp phát lúc tính toán và bằng chính số giai đoạn thi công Public KetQuaChuyenVi() As KieuKetQuaChuyenVi Nội lực Tương tự như chuyển vị thì các biến được khai đưa ra phần nội lực như sau: Public Type KieuKetQuaNoiLuc LucCat(1 To 300) As StyleThanh LucDoc(1 To 10) As StyleThanh End Type Public Type KieuKetQuaNL Momen(1 To 300) As StyleThanh End Type Trong đó kiểu định nghĩa StyleThanh biểu thị cho một phần tử của cọc gồm có nút đầu và nút cuối. Áp lực điều chỉnh Đưa ra kết quả sự thay đổi của áp lực đất thì cần định nghĩa các biến Public DatPhai() As StyleThanh ' Áp lực đất bên phải sau khi điều chỉnh Public DatTrai() As StyleThanh ' Áp lực đất bên trái sau khi điều chỉnh Dữ liệu phục vụ quá trình tính toán Dữ liệu phục vụ quá trình gọi SAP Public TenTep As String ‘Tệp chương trình Public TepSAP2000 As String ‘Tệp s2k – dữ liệu đầu vào cho Sap Public TepDoc As String ‘Tệp dữ liệu ra của Sap Public TenTepChay As String ‘Tệp chạy Sap Public MoTep As Boolean ‘Biến kiểm tra việc mở tệp dữ liệu Public ChayLap As Boolean ‘Biến kiểm tra thực hiện chương trình Public dachaynl As Boolean ‘Biến kiểm tra phân tích nội lực Public bStop as Boolean ‘Biến xác định dừng chạy lặp Dữ liệu phục vụ mô tả mô hình bài toán trong Sap2000: Vì tất cả các đối tượng trong Sap2000 đều được khai báo thông qua một đối tượng duy nhất nên để thiết lập được mô hình trong Sap, ta phải khai báo các nút, các thanh cũng như các dữ liệu khác có liên quan. Public Type KieuNut Z As Single 'x = 0, y =0 cho cọc ở gốc toạ độ H As Double 'Lực đặt vào nút Q As Double ' Dùng để truyền tải y As Double 'Chuyển vị tại nút Qx As Double ' Lực cắt My As Double ' Mô men k As Long ' Hệ số nền N As Double ' Lực dọc End Type Public Type StyleThanh D As KieuNut ' Nút đầu C As KieuNut ' Nút cuối End Type Một số biến khác Vì thời gian có hạn, nên dưới đây chỉ nêu ra một số biến Public SoGiaiDoan As Integer 'So giai doan thi cong Public intSoPhanTu As Integer ' So phan tu coc Public intSoNut As Integer 'Tong so nut cua coc = intSoPhanTu + 1 Public SoLop As Integer 'so lop dat cua nen … MÔ TẢ CÁC MODULE Với ngôn ngữ VB 6.0, người thiết kế chương trình có thể thiết kế giao diện bằng các biểu mẫu của chương trình và sử dụng Module như một công cụ để thực thi bài toán. Đặc biệt, với phương pháp lập trình hướng cấu trúc, chương trình được thiết kế bởi hai đối tượng trong VB 6.0 là Form ( biểu mẫu ) và các Module. Các Module của chương trình gồm có 9 Module và được tổ chức như sau: Module “ mdlDefineVar” Đây là module chứa toàn bộ các biến sử dụng trong chương trình với từ khoá khai báo biến Public để mô tả tầm hoạt động của biến là trong phạm vi toàn bộ chương trình. Ngoài ra, module này còn chứa các thủ tục kiểm tra dữ liệu trước khi gọi Sap phân tích nội lực cho bài toán. Đó là: Sub KiemTraDuLieuVao(): Có nhiệm vụ kiểm tra dữ liệu sau khi người dùng đã nhập đầy đủ dữ liệu cho bài toán. Mục đích của quá trình kiểm tra này là xác định lại xem dữ liệu người dùng nhập đã hợp lý chưa với hai điều kiện kiểm tra là : Chiều dày nền đất đã nhập phải lơn hơn chiều dài của. Thủ tục Main() là thủ tục đầu tiên được thi hành khi ứng dụng được kích hoạt. Nó chứa đựng các câu lệnh để khởi tạo biến cho chương trình. Module “mdlFile” Module này có nhiệm vụ xử lý tất cả các thao tác của người dùng có liên quan đến tệp dữ liệu của chương trình. Do đó, các thủ tục chính của module này như sau: Sub GhiFile(): Thủ tục làm nhiệm vụ ghi lại dữ liệu của chương trình vào một tệp văn bản có phần mở rộng là .exc. Sub MoFile(): Đọc dữ liệu ở tệp văn bản trên ổ đĩa cứng có phần mở rộng là .exc và gán giá trị vào các biến của chương trình. Sub KiemTraBien(): Thủ tục này sẽ làm nhiệm vụ kiểm tra tất cả các biến đầu vào của chương trình và gán giá trị kết quả trả về cho biến chay. Nếu giá trị của biến này mang giá trị True thì khi người dùng muốn thiết lập một bài toán mới cho chương trình thì chương trình sẽ gửi một thông điệp đến người sử dụng đòi hỏi họ xác nhận xem có muốn lưu dữ liệu đã nhập vào một tệp trên đĩa không. Sub TaoDuLieu(): Thủ tục này sẽ khởi tạo giá trị ban đầu cho chương trình và được sử dụng ở thủ tục Main() khi ứng dụng được khởi động hay bài toán mới được thiết lập. Module “mdlSap” Đây là module chứa tất cả các thủ tục liên quan tới việc gọi Sap 2000 v.7.40 thực thi chương trình. Sub TaoFileS2K(): Một tệp văn bản có phần mở rộng là s2k sẽ được thiết lập khi thủ tục này hoàn thành nhiệm vụ của nó. Thủ tục này sẽ tạo ra nội dung của tệp được mô tả giống hệt cấu trúc tệp dữ liệu vào của Sap2000 v.7.40. Sub TaoTepChay(): Đây là thủ tục tạo tệp *. bat cho dữ liệu đã được thiết lập và tệp s2k đã được tạo. Khi thủ tục này được thi hành, một tệp có phần mở rộng là bat sẽ được tạo để khi tệp này được kích hoạt, nó sẽ gọi Sap thực thi chương trình. Sub ApLucDatTrai(): Đây là thủ tục có tác dụng truyền áp lực đất tĩnh ở bên trái lên cọc (bên đào) Sub ApLucDatPhai(): Có tác dụng truyền áp lực đất tĩnh ở bên phải lên cọc. Sub GoiDanHoi(): Thủ tục này xử lý hệ số nền đất Sub FrameSupport() và JointSupport(): Xử lí trong việc đưa thanh chống vào file s2k. Sub JointRestraint(): Xử lý các liên kết của bài toán với đất Module “mdlForce” Sub Giatri_vitri(): Các giá trị trong tệp dữ liệu ra của Sap đểu được lưu dưới dạng một dòng và được phân cách bởi khoảng trống cho một đối tượng nào đó. Do vậy, thủ tục này sẽ làm nhiệm vụ cắt bỏ những khoảng trống giữa các giá trị đó và lấy một giá trị tương ứng với chỉ số mà người dùng chỉ ra Sub Laynoiluc(): Thủ tục này đọc file .out lấy kết quả của nội lực cho vào biến Sub Laychuyenvi(): Lấy chuyển vị của các nút Sub ChuyenViThanh(): Đây là thủ tục trung gian tạo thuận lợi cho tính toán sau này(Mỗi một phần tử cọc là một frame có nút đầu và nút cuối). Sub LayChuyenViSau() và LayChuyenViTruoc(): Hai thủ tục này có nhiệm vụ lấy giá trị chuyển vị trong các lần chạy lặp Sap liên tiếp. Function SaiSo(): Thủ thục này tính ra sai số trung phương của hai lần chạy liên tiếp. Thông qua hai thủ tục LayChuyenViSau() và LayChuyenViTruoc(). Module “mdlDraw” Module này để xử lý các vấn đề đồ hoạ của chương trình. Nó gồm một số hàm chính sau: Sub JoinPoint(ByRef Object As Form, ByVal x1 As Single, ByVal y1 As Single, ByVal x2 As Single, ByVal y2 As Single): Dùng để nối liền hai nút bằng một đường thẳng. Sub Displacement(ByRef Object As Form, ScaleFigure As Single): Vẽ biểu đồ chuyển vị Sub MomenForce(ByRef Object As Form, ScaleFigure As Single): Vẽ biểu đồ mô men Sub ShearForce(ByRef Object As Form, ScaleFigure As Single): Vẽ biểu đồ lực cắt Sub DrawSoil(ByRef Object As Form): Vẽ nền đất Sub ModelFigure(ByRef Object As Form): Vẽ Mô hình của bài toán Sub VeApLuc(ByRef Object As Form): Vẽ áp lực đất điều chỉnh Module “mdlCaculate” Module này chứa các hàm và thủ tục dùng để tính toán: Function BPile(): Tính bề rộng của cọc Function ChieuDayNen(): Tính chiều dày của nền Sub HeSo(): Tính hệ số áp lực đất theo Rankine hay Coulomb Sub CocPhaiChuDong(): Truyền áp lực đất chủ động bên phải lên cọc Sub CocTraiBiDong(): Truyền áp lực đất bị động bên trái lên cọc Sub DieuChinhApLucDat(): Điều chỉnh áp lực đất để tính lặp Sub ChayLapSap(): Xử lý vấn đề chạy lặp Các Module khác Ngoài 6 Module chính ra còn có một số module khác để phục vụ một số chức năng của chương trình Module “mdlHelp” Đáp ứng yêu cầu được hướng dẫn sử dụng của người dùng chương trình. Module “mdlVietNamese” Với những hàm API và những thủ tục nhằm điểu khiển cho thanh tiêu đề của tất cả các biểu mẫu trong ứng dụng có thể hiển thị tiếng Việt mà không cần dùng phông chữ tiếng Việt trong hệ thống. Module “mdlMaterial” Tạo thư viện vật liệu cho chương trình. CÁC KỸ THUẬT TIN HỌC MỚI ĐƯỢC SỬ DỤNG Các kỹ thuật Việt hoá giao diện Để người dùng thuận tiện trong sử dụng thì các thanh công cụ, tiêu đề của biểu mẫu được Việt hoá là vấn đề rất được quan tâm của các nhà lập trình. Dưới đây xin trình bày hai kỹ thuật việt hoá giao diện, đó là sử dụng phần mềm làm menu cho chương trình để có thể có được menu bằng tiếng Việt và dùng hàm API để việt hoá thanh tiêu đề cho biểu mẫu trong chương trình mà không cần phải đổi phông chữ của hệ điều hành. a. Thiết kế menu Để thiết kế menu bằng bảng mã Unicode và có thể hiển thị tiếng Việt khi chạy chương trình ta dùng công cụ soạn thảo menu, thanh công cụ của hãng Sheridan có tên là ActiveBar. Phần mềm này hỗ trợ ActiveX cho chương trình và giúp tạo menu một cách dễ dàng, có thể thêm vào bên cạnh menu là hình ảnh minh hoạ. Đặc biệt là nó hỗ trợ tiếng Việt Unicode với thuộc tính dùng phông chữ của điều khiển, không dùng phông chữ của hệ thống. Do vậy mà chương trình có thể hiển thị được tiếng Việt trên thanh menu. Với công cụ này, menu xây dựng đến đâu sẽ được hiển thị tới đó, người dùng có thể biết trước được menu của mình xây dựng sẽ ra sao. Và có thể sửa đổi nếu muốn. b. Việt hoá thanh tiêu đề của biểu mẫu Phông chữ hiển thị trên thanh tiêu đề của biểu mẫu là phông chữ của hệ thống. Do vậy, nếu dùng bất kỳ một công cụ soạn thảo nào đều không thể hiển thị tiếng Việt trên thanh tiêu đề này. Ta phải dùng hàm API can thiệp vào hệ thống để có thể hiển thị tiếng Việt trên thanh tiêu đề. Thanh tiêu đề Khi nào biểu mẫu được hiển thị trên màn hình thì hệ thống sẽ nhận được thông điệp từ chương trình thông qua các hàm API “báo” rằng phải hiển thị thanh tiêu đề ấy với phông chữ hiển thị mà chương trình chỉ ra. Public oldWndProc As Long Public Const FONT_FACE = "ABC-VBClubFont" Public Const GWL_WNDPROC = (-4&) Public Const WM_NCPAINT = &H85 Public Const WM_NCACTIVATE = &H86 Public Const SM_CYCAPTION = 4& Public Const SM_CXSMICON = 49 Public Const SM_CXFRAME = 32 Public Const SM_CYFRAME = 33 Public Const NEWTRANSPARENT = 3 Public Const DT_SINGLELINE = &H20 Public Const DT_VCENTER = &H4 Public Const DT_EXPANDTABS = &H40 Public Const COLOR_CAPTIONTEXT = 9 Public Const COLOR_INACTIVECAPTIONTEXT = 19 Public Type RECT Left As Long Top As Long Right As Long Bottom As Long End Type Public Type MEASUREITEMSTRUCT CtlType As Long CtlID As Long itemID As Long itemWidth As Long itemHeight As Long ItemData As Long End Type Public Type DRAWITEMSTRUCT CtlType As Long CtlID As Long itemID As Long itemAction As Long itemState As Long hwndItem As Long hdc As Long rcItem As RECT ItemData As Long End Type Declare Function SetBkMode Lib "gdi32" (ByVal hdc As Long, ByVal nBkMode As Long) As Long Declare Function CreateFont Lib "gdi32" Alias "CreateFontA" (ByVal H As Long, ByVal W As Long, ByVal E As Long, ByVal O As Long, ByVal W As Long, ByVal i As Long, ByVal U As Long, ByVal S As Long, ByVal C As Long, ByVal OP As Long, ByVal CP As Long, ByVal Q As Long, ByVal PAF As Long, ByVal F As String) As Long Declare Function SelectObject Lib "gdi32" (ByVal hdc As Long, ByVal hObject As Long) As Long Declare Function DeleteObject Lib "gdi32" (ByVal hObject As Long) As Long Declare Function SetTextColor Lib "gdi32" (ByVal hdc As Long, ByVal crColor As Long) As Long Declare Function DrawTextEx Lib "user32" Alias "DrawTextExA" (ByVal hdc As Long, ByVal lpsz As String, ByVal n As Long, lpRect As RECT, ByVal un As Long, lpDrawTextParams As Any) As Long Declare Function SetWindowLong Lib "user32" Alias "SetWindowLongA" (ByVal hwnd&, ByVal nIndex&, ByVal dwNewLong&) As Long Declare Function CallWindowProc Lib "user32" Alias "CallWindowProcA" (ByVal lpPrevWndFunc As Long, ByVal hwnd As Long, ByVal Msg As Long, ByVal wParam As Long, ByVal lParam As Long) As Long Declare Function GetSystemMetrics Lib "user32" (ByVal nIndex As Long) As Long Declare Function GetSysColor Lib "user32" (ByVal nIndex As Long) As Long Declare Function GetActiveWindow Lib "user32" () As Long Declare Function GetWindowDC Lib "user32" (ByVal hwnd As Long) As Long Declare Function ReleaseDC Lib "user32" (ByVal hwnd As Long, ByVal hdc As Long) As Long Function NewWndProc(ByVal hwnd As Long, ByVal uMsg As Long, ByVal wParam As Long, ByVal lParam As Long) As Long Dim hdc As Long, uRCT As RECT Dim uDIS As DRAWITEMSTRUCT, uMIS As MEASUREITEMSTRUCT Dim hBrush As Long, hPen As Long Dim hOldBrush As Long, hOldPen As Long Dim iTextColor As Long, iMenuColor As Long Dim bSelected As Boolean NewWndProc = CallWindowProc(oldWndProc, hwnd, uMsg, wParam, lParam) Select Case uMsg Case WM_NCACTIVATE, WM_NCPAINT hdc = GetWindowDC(hwnd) uRCT.Left = GetSystemMetrics(SM_CXFRAME) + GetSystemMetrics(SM_CXSMICON) + 4 uRCT.Top = GetSystemMetrics(SM_CYFRAME) uRCT.Right = uRCT.Left + 200 uRCT.Bottom = uRCT.Top + GetSystemMetrics(SM_CYCAPTION) - 1 If uMsg = WM_NCACTIVATE Then If wParam Then iTextColor = COLOR_CAPTIONTEXT Else iTextColor = COLOR_INACTIVECAPTIONTEXT Else If hwnd = GetActiveWindow() Then iTextColor = COLOR_CAPTIONTEXT Else iTextColor = COLOR_INACTIVECAPTIONTEXT End If DrawString hdc, uRCT, FORM_CAPTION, True, iTextColor ReleaseDC hwnd, hdc End Select End Function Private Sub DrawString(hdc As Long, uRCT As RECT, sText As String, bBold As Boolean, iColor As Long) Dim hFont As Long, hOldFont As Long, hOldColor As Long SetBkMode hdc, NEWTRANSPARENT hOldColor = SetTextColor(hdc, GetSysColor(iColor)) hFont = CreateFont(16, 0, 0, 0, 500 + Abs(bBold) * 200, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, FONT_FACE) hOldFont = SelectObject(hdc, hFont) DrawTextEx hdc, sText, Len(sText), uRCT, DT_SINGLELINE Or DT_VCENTER Or DT_EXPANDTABS, ByVal 0& SetTextColor hdc, hOldColor SelectObject hdc, hOldFont DeleteObject hFont End Sub Với hai kỹ thuật Việt hoá giao diện này, ta có thể hiển thị tiếng Việt cho chương trình mà không phải đổi phông chữ của hệ thống. Kỹ thuật đóng gói Đối với người lập trình, vấn đề đặt ra là để chương trình đến được đến tay người sử dụng thì cần phải đóng gói. Quá trình đóng gói phải xử lí được các vấn đề như: Đăng ký các OCX. Cài đặt phông trữ của chương trình lên hệ thống. Thêm vào các chương trình các thư mục, files. Đăng ký các thông số của chương trình vào Registry Trong khuân khổ của một đồ án, tác giả cố gắng giải quyết một số vấn đề cơ bản trong đóng gói chương trình. Chương trình dùng để đóng gói là InstallShield X. Kết quả đóng gói bằng chương trình InstallShield X đã giải quyết vấn đề: Đăng ký phông trữ của chương trình vào hệ thống; Thêm vào các files, thư mục. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ THỬ NGHIỆM HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT Chương trình StarSupport được đóng gói bằng InstallShield X và giải quyết được một số vấn đề cơ bản trong đóng gói. Do đó người dùng chỉ cần tìm đến file Setup.exe trong đĩa CD để cài đặt và làm theo từng bước của chương trình hướng dẫn. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Trình tự giải quyết một bài toán Để giải quyết một bài toán tính tường chắn của hố móng sâu bằng StarSupport, cần thực hiện đúng thứ tự các bước sau đây: Nhập dữ liệu đầy đủ và hợp lệ cho bài toán thông qua menu “Nhập dữ liệu” hoặc mở một tệp dữ liệu đã có sẵn trên đĩa cứng. Thiết lập một số thuộc tính liên quan qua menu “Thiết lập”. Ghi tệp dữ liệu. Phân tích nội lực (F5) Xem kết quả. Xuất kết quả sang các ứng dụng khác. Hướng dẫn nhập dữ liệu Thông số vật liệu Vật liệu sẽ được nhập khi người dùng gọi menu “Nhập dữ liệu” --> “ Đặc trưng vật liệu”. Hoặc click chuột trái lên biểu tượng trên thanh công cụ. Một thư viện vật liệu mẫu đã được tạo sẵn, do vậy, người dùng chỉ cần lựa chọn nhóm cốt thép và mác bêtông là dữ liệu đã được nhập đầy đủ cho phần này. Nhấn nút “Nhập” để xác nhận thông tin. Nếu không muốn nhập thì nhấn nút “Huỷ bỏ”. Thông số đất nền Biểu mẫu phục vụ quá trình nhập thông số đất nền sẽ được hiển thị khi người dùng kích hoạt menu “Đất nền” thuộc menu Nhập dữ liệu. Một cách khác, người dùng có thể lựa chọn biểu tượng trên thanh công cụ. Với từng lớp đất của nền, người dùng phải khai báo lần lượt từ trên xuống dưới theo độ sâu của lớp đất đó. Các thông số của đất nền phải được khai báo đầy đủ và đúng kiểu dữ liệu. Nếu không, chương trình sẽ yêu cầu người dùng nhập đầy đủ dữ liệu. Sau khi đã khai báo đầy đủ dữ liệu cho mỗi lớp đất, người dùng phải chọn nút “Thêm” để thêm dữ liệu vào bảng hiển thị và nhập lớp đất kế tiếp. Để người dùng thuận tiện trong việc tìm tính chất của các lớp đất, thì một số thuộc tính tham khảo được cho dưới dạng bảng trong phần “Hướng dẫn sử dụng” của chương trình. Trong quá trình nhập dữ liệu, người dùng có thể nhập sai thông số thì chương trình cho phép họ có thể sửa đổi dữ liệu bằng cách click chuột trực tiếp lên bảng hiển thị dữ liệu nhập vào, quá trình sửa dữ liệu được xác nhận khi người dùng nhấn nút lệnh “Sửa”. Tương tự như vậy cho trường hợp người dùng muốn xoá một lớp đất nào đó. Cuối cùng là xác nhận dữ liệu đã được nhập bằng nút lệnh “ Nhập dữ liệu” . Nếu không muốn nhập chọn “Huỷ bỏ “công việc. Thông số cọc Để nhập dữ liệu cho biểu mẫu Cọc người dùng có thể vào menu “Nhập dữ liệu “ à “Thông số cọc” hoặc kích vào biểu tượng Dữ liệu nhập vào phải là số không âm. Sau khi nhập xong thì chọn nút “ Nhập” còn nếu không muốn nhập thì chọn nút “ Huỷ bỏ” Thông số thanh chống Từ menu “Nhập dữ liệu” à “Thông số thanh chống” hoặc click chuột vào biểu tượng Dữ liệu nhập vào phải là số không âm. Nếu muốn nhập dữ liệu thì chọn nút “Nhập” còn không nhập thì chọn “ Huỷ bỏ” Thông số tải trọng Từ menu “Nhập dữ liệu” à “Tải trọng” hoặc click chuột vào biểu tượng Dữ liệu phải là số không âm. Nếu muốn nhập dữ liệu thì chọn nút “Nhập” còn không nhập thì chọn “ Huỷ bỏ” Thông số thi công Từ menu “Nhập dữ liệu” à “Thi công” hoặc click chuột vào biểu tượng Dữ liệu nhập vào là số không âm, đồng thời cao trình đào phải lớn hơn cao trình chống. Người dùng có thể thêm vào các giai đoạn thi công bằng click vào nút lệnh “Thêm”, sửa một giai đoạn thi công đã nhập vào bằng cách chọn vào giai đoạn thi công muốn sửa rồi sửa giá trị ở hộp textbox sau đó nhấn vào nút “ Sửa”. Đồng thời người dùng cũng có thể xoá đi một giai đoạn thi công nếu họ muốn bằng cách chọn nút “Xoá” Thông số thiết lập Từ menu “Tính toán” à” Thiết lập” hoặc click chuột vào biểu tượng . Trong biểu mẫu này người dùng có quyền lựa chọn cách tính khác nhau thông qua có nút RadioButon. Các dữ liệu của hộp TextBox phải là số không âm. Một số lưu ý: Khi chọn RadioButton Không gia cố thì cần đảm bảo các lớp đất là tốt ( hay là đất có hệ số nền ngang đủ lớn). Nếu không thoả mãn điều này chương trình khó có thể hội tụ vì lượng chuyển vị của tường là lớn sau mỗi tính lặp. Khi chọn nút RadioButton “Gia cố”: Gia cố ở đây là gia cố phía bên trong hố móng bằng cọc xi măng đất. Để có thể nhập hệ số gia cố này người dùng có thể tham khảo bảng trong phần “Hướng dẫn sử dụng” của chương trình Khi chọn nút RadioButton “Không lặp”: Tác dụng là tính ra nội lực và chuyển vị dưới tác động của áp lực đất tĩnh và tải trọng. Nếu muốn nhập dữ liệu thì chọn nút “Nhập” còn không nhập thì chọn “ Huỷ bỏ” Hướng dẫn phân tích chương trình Sau khi nhập xong dữ liệu cho các biểu mẫu và các thiết lập cho chương trình, thì StarSupport đã sẵn sàng phân tích. Để phân tích nội lực, người dùng có thể làm theo 1 trong ba cách sau: Nhấn phím F5 Chọn biểu tượng trên thanh công cụ Vào menu “Tính toán” à “Phân tích nội lực” Vì chương trình là tính lặp lên người dùng phải chờ đợi trong chốc lát. Nếu không có vấn đề gì thì chương trình sẽ phân tích xong. Còn nếu có vấn đề: Chẳng hạn như thông sai số chuyển vị quá nhỏ; Người dùng chọn RadioButton “Không gia cố” trong khi đất nền là các lớp đất yếu” thì chương trình sẽ lặp nhiều lần. Do đó sau một số lần hữu hạn chạy lặp mà kết quả không hội tụ thì StarSupport sẽ thông báo cho người dùng xem lại các dữ liệu đầu vào và dừng chạy chương trình. Hướng dẫn xem kết quả Sau khi chương trình phân tích xong thì người dùng có thể tương tác vào các biểu tượng kết quả. Người dùng có thể xem được kết quả thông qua Menu “Hiển thị kết quả” hoặc các biểu tượng tương ứng. Kết quả mô hình Đây là phần xây dựng mô hình theo các giai đoạn thi công. Chọn menu “Mô hình” hoặc biểu tượng: Với chức năng này người dùng có thể xem chi tiết mô hình từng giai đoạn thi công. Xem và xuất kết quả dạng bảng Từ Menu “Hiển thị kết quả” à “Bảng kết quả” hoặc Click vào biểu tượng:. Với chức năng này người dùng có thể xem toàn bộ giá trị chuyển vị, lực cắt, mô men trong các giai đoạn. Ngoài ra, chức năng này còn hỗ trợ người dùng xuất kết quả sang MicroSoft Excel tiện cho các công việc tính toán sau đó. Để xuất kết quả sang Excel người dùng trước tiên Click “Thư mục”, sau đó nhập tên file muốn xuất ra trong hộp thoại rồi Click vào “Xuất kết quả”. Nếu xuất file thành công chương trình sẽ thông báo tới người dùng. Nút lệnh “Thoát” dùng để đóng biểu mẫu. Biểu đồ kết quả Để xem được kết quả dưới dạng biểu đồ thì người dùng làm theo các cách sau: Kích hoạt thanh menu “Hiển thị kết quả” à “Biểu đồ kết quả”; Click vào biểu tượng Ngay lập tức một Biểu mẫu “Biểu đồ kết quả” hiện ra. Với biểu mẫu này người dùng có thể chọn các giai đoạn muốn xem. Kết quả biểu đồ được hiện lên trên màn hình. Để tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng thì biểu đồ chuyển vị, lực cắt, mô men, lực dọc( thanh chống) được hiện thị cùng trong mỗi giai đoạn. Với mỗi loại biểu đồ đều thống kê các giá trị lớn nhất trong các giai đoạn. Nhấn “Hiển thị” để xem kết quả hoặc “Huỷ bỏ” để dừng công việc. Kết quả điều chỉnh áp lực Người dùng muốn xem kết quả điều chỉnh của áp lực đất trong các giai đoạn thì làm theo các bước: Từ menu “Hiển thị kết quả” à “Điều chỉnh áp lực” hoặc Click vào biểu tượng Một Biểu mẫu được hiện lên: Để xem kết quả điều chỉnh áp lực đất giai đoạn nào thì người dùng cần chọn một giai đoạn trong danh sách. Sau đó nhấn nút “Hiển thị” còn nếu muốn thoát nhấn “Huỷ bỏ”. Hướng dẫn sử dụng trong khi chạy chương trình Trong quá trình chạy chương trình, nếu gặp vấn đề người dùng có thể gọi Hướng dẫn sử dụng của chương trình với một trong ba cách sau: Nhấn phím F1 Chọn biểu tượng trên thanh công cụ. Vào menu “Trợ giúp” à “Hướng dẫn sử dụng”. Khi đó, chương trình trợ giúp sẽ được hiển thị và người dùng có thể lựa chọn danh mục trợ giúp bên trái màn hình hoặc cũng có thể gõ vào từ cần tìm sự trợ giúp vào phần Index và Search. Các lỗi mà người dùng có thể gặp phải trong khi chạy chương trình là: Lỗi chưa nhập đủ dữ liệu Nếu khi người dùng xác nhận việc nhập dữ liệu đã hoàn tất mà gặp phải thông báo như sau: Thì người dùng nên kiểm tra lại các dữ liệu trên biểu mẫu xem đã được nhập vào đầy đủ chưa, có thể có một lý do nào đó khiến dữ liệu vừa nhập có thể bị mất đi mà người dùng không hề hay biết. Lỗi nhập sai dữ liệu Khi Người dùng đã nhập xong dữ liệu cho một biểu mẫu nào đó, nếu gặp thông báo như trên thì người dùng nên kiểm tra lại các dữ liệu mình vừa nhập vào, có thể dữ liệu vừa nhập không phải là giá trị số hoặc là một giá trị âm. Khi nhập dữ liệu cho biểu mẫu thi công ban có thể gặp phải lỗi sau: Lỗi này có nghĩa là Cao trình đào phải luôn lớn hơn cao trình chống. Khi đó người dùng cần nhập lại dữ liệu cho đúng. Còn nếu khi người dùng đã nhập đầy đủ dữ liệu cho bài toán và đi vào phân tích chương trình mà gặp phải lỗi dưới đây : Đây là lỗi hay gặp phải. Tuy nhiên, với lỗi này, khi người dùng chọn “Xác nhận” thì chương trình sẽ hiển thị ngay hộp thoại ghi tệp dữ liệu để người dùng thao tác nhanh hơn. Có nghĩa là chiều dày của các lớp đất lại nhỏ hơn chiều dài cọc. Khi đó bạn cần điều chỉnh lại dữ liệu của biểu mẫu đất nền hay biểu mẫu cọc. Đây là lỗi trong khi đang chạy chương trình vì một số lý do sau: Giá trị sai số cho phép bạn nhập vào quá nhỏ à Kết quả chạy không hội tụ được Người dùng chọn thuộc tính chạy lặp và không gia cố đất nền trong khi các lớp đất bạn nhập vào là các lớp đất yếu hoặc chọn hệ số gia cố nhỏ. Dẫn tới kết quả không hội tụ được theo yêu cầu của người dùng Dữ liệu nhập vào không đúng với tính chất của lớp đất cũng là một nguyên nhân làm cho kết quả tính toán không chính xác. Chương trình đang phân tích nội lực thì dừng lại và không cho kết quả: Để gọi được Sap chạy thì phải cung cấp cho tệp kích hoạt một đường dẫn dạng DOS. Do vậy mà đôi khi trong hệ thống có những thư mục với tên rất dài và đoạn đầu giống nhau, thế nên khi sang DOS, chúng sẽ có trùng tên mặc dù đây là hai thư mục khác nhau. Vậy, để tránh lỗi này, người dùng nên đặt thư mục chứa tệp dữ liệu với một cái tên khác hẳn với các thư mục cùng cấp khác (phần đầu) . Một lỗi hay gặp phải khi người dùng xem kết quả trong các biểu đồ kết quả là: Tức là người dùng đã không chọn một giai đoạn cụ thể mà đã nhấn nút “Hiển thị”. Để giải quyết lỗi này người dùng chỉ cần chọn một giai đoạn trong danh sách rồi Click “Hiển thị” SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VỚI PHẦN MỀM TƯƠNG TỰ Ví dụ thực tế (Sách Thiết kế và thi công hố móng sâu(Tác giả : PGS, TS Nguyễn Bá Kế) trang 170) Đại lầu Lệ Tinh Uyển, Thượng Hải, ở khu phố Loan. Kết cấu chắn giữ hố móng bằng cọc khoan nhồi Φ 1000 mm, dài 27m, dùng cọc trộn xi măng để ngăn nước. Có 3 tầng chống ngang, chống có bề rộng 1000mm, cao 800mm, xà quây rộng 1400mm, cao 800mm, đô sâu đào hố móng là 12,65m. Tình hình đất nền xem ở bảng dưới đây: Tầng thứ Tên địa tầng Độ dày (m) γ (kN.m-3) C(kPa) Φ (0) 2 Đất sét bột xám vàng 1,8 18,8 15 13,5 3 Đất bùn màu xám 4 17,8 8 14,75 4 Đất bùn màu xám 7 16,9 6 7,25 5-1 Đất sét màu xám 3,5 17,7 3,5 7,5 5-2 Đất sét bột màu xám 9 18,3 9 15 6 Đất sét bột màu xanh tối 2,4 20,2 33 13 Giai đoạn Cao trình đào Cao trình chống 1 -1,85 2 -5,65 -1,45 3 -9,6 -5,25 4 -12,45 -9,2 Thử tính nội lực, chuyển vị của tường và phản lực thanh chống. Giải: Đã áp dụng “ Phương pháp dầm trên nền đàn hồi theo chiều đứng” quy định trong quy phạm thiết kế nền móng Thượng Hải (DBJ 08 – 11 – 89) để tính nội lực của tường cọc và lực trục, chuyển vị của thanh chống. Tính toán bằng chương trình “ Ngôi sao chắn giữ” theo phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh. Khi tính toán đã kể đến việc trong hố móng đã có bơm vữa gia cố nên lấy m = 5500 kN/m4 So sánh kết quả tính của StarSupport với chương trình trong sách nêu: Giai đoạn Chương trình Xmax(mm) Mmax(T.m) Qmax(T) N(T) 1 StarSupport 6 12.23 7.21 "Ngôi sao chắn giữ" 6.5 18.3 6.4 2 StarSupport 8 16.24 19.49 N1(14.69) "Ngôi sao chắn giữ" 10.4 49.1 23.4 N1(34.4) 3 StarSupport 13 49.63 51.13 N1(19.4) N2(27.6) "Ngôi sao chắn giữ" 21.2 113.9 46 N1(30.4) N2(51.6) 4 StarSupport 24 73.35 71.85 N1(20.7) N2(60.1) N3(48.9) "Ngôi sao chắn giữ" 29.9 107.3 44.7 N1(18.54) N2(42.19) N3(44.64) Nhận xét: Do tác giả không được tiếp cận trực tiếp với chương trình “Ngôi sao chắn giữ”. Do đó thật khó biết được cách tính, các thông số nhập vào của chương trình. Vì vậy kết quả tính của hai chương trình khác hai khác nhau. Nhưng về mặt tổng quan thì dạng của biểu đồ nội lực, chuyển vị là giống nhau. ĐÁNH GIÁ NỘI DUNG THỰC HIỆN TỰ ĐÁNH GIÁ PHẦN TIN HỌC CỦA ĐỒ ÁN Ưu điểm Giao diện được Việt hoá, do đó thuận tiện cho người dùng. Dùng phần mềm Sap2000 để tính toán kết cấu nên tránh được sai sót trong quá trình tính toán bằng tay Chương trình đã giúp xoá bỏ quá trình tính toán thủ công, nhất là dùng các phương pháp tính bằng tay. Giúp người sử dụng có thể lựa chọn những thiết lập trong tính toán: Tính áp lực đất theo Rankine hay Coulomb; Tính lặp hay không lặp; Gia cố cọc xi măng đất hay không Chương trình đã giải quyết được ảnh hưởng chuyển vị của tường đến sự thay đổi áp lực của đất. Các kết quả đồ hoạ được hiển thị rõ ràng, có thể so sánh nội lực và chuyển vị giữa các giai đoạn. Đồng thời trong mỗi giai đoạn chương trình đều đưa ra giá trị lớn nhất của chuyển vị và nội lực. Người dùng có thể xem kết quả điều chỉnh áp lực đất trong các giai đoạn. Kết quả bài toán có thể xuất sang MicroSoft Excel nên thuận lợi hơn trong các công việc tính toán tiếp theo và phục vụ tốt cho in ấn, báo cáo kết quả. Chương trình được đóng gói bằng InstallShield X, nên đã giải quyết được một số