Đồ án Nghiên cứu, dùng tin học tính toán móng nông dạng dầm đơn hoặc băng giao nhau trên nền đàn hồi ( Theo mô hình nền Winkler )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ----§----§----§---- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : DƯƠNG ĐỨC VIỆT Mã sinh viên : 3294.47 Lớp : 47TH2 Ngành : Tin học xây dựng dân dụng và công nghiệp. 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, dùng tin học tính toán móng nông dạng dầm đơn hoặc băng giao nhau trên nền đàn hồi ( Theo mô hình nền Winkler ). 2. Nội dung đề tài: - Nghiên cứu về lý thuyết tính toán móng dầm đơn và băng giao nhau theo mô hình nền biến dạng cục bộ và việc giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn. - Xây dựng chương trình tính toán móng nông dạng dầm hoặc băng giao nhau (Theo mô hình nền Winkler) 3. Giáo viên hướng dẫn: - Giáo viên hướng dẫn phần chuyên môn xây dựng : TS. NGUYỄN ĐÌNH TIẾN (Bộ môn Cơ học đất – Nền móng) - Giáo viên hướng dẫn phần tin học: GVC. LÊ TRỌNG HOÀ (Bộ môn Tin học và CNPM – Khoa Công nghệ thông tin) 4. Thời gian: Hà nội , ngày … tháng… năm 2007 - Ngày giao nhiệm vụ đồ án : 04/10/2006. Thực hiện : - Ngày hoàn thành nhiệm vụ đồ án: 09/01/2007. S.V Dương Đức Việt XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn chuyên môn Giáo viên hướng dẫn tin học TS. NGUYỄN ĐÌNH TIẾN GVC. LÊ TRỌNG HOÀ Đồ án tốt nghiệp đã được bộ môn Đồ án tốt nghiệp đã được bộ môn Cơ đất - Nền móng thông qua : Tin học xây dựng thông qua : Ngày….Tháng….Năm 2007 Ngày….Tháng….Năm 2007 Trưởng bộ môn Trưởng bộ môn Lêi nãi ®Çu ********************************** HiÖn nay cïng víi sù ph¸t triÓn v­ît bËc cña c«ng nghÖ th«ng tin vµ nh÷ng øng dông cña nã trong mäi lÜnh vùc cuéc sèng con ng­êi, th× c¸c ngµnh kü thuËt ®ßi hái cÇn cã sù tù ®éng ho¸ ngµy cµng cao ®Ó thay thÕ dÇn nh÷ng c«ng viÖc nÆng nhäc. Ngµnh x©y dùng còng lµ mét ngµnh kü thuËt ®ßi hái yªu cÇu cao trong tù ®éng ho¸ thiÕt kÕ, thi c«ng qu¶n lý dù ¸n,…Trªn thÕ giíi viÖc øng dông tin häc vµo kü thuËt x©y dùng ®· cã tõ rÊt sím vµ ®¹t ®­îc nhiÒu thµnh tùu to lín, tuy nhiªn ë n­íc ta ®iÒu nµy míi ®­îc chó träng trong 1 vµi n¨m gÇn ®©y. §å ¸n ®­îc viÕt dùa trªn c¬ së cña tæng kÕt kiÕn thøc ®· häc vµ t×m hiÓu c¸c phÇn mÒm tÝnh to¸n mo’ng băng cña c«ng ty CIC, Hµi Hoµ. MÆc dï ch­a mang tÝnh chuyªn nghiÖp cao, nh­ng ch­¬ng tr×nh ®· gi¶i quyÕt ®­îc nhiÒu vÊn ®Ò vµ ®ång thêi më ra mét h­íng ®i ®Ó c¸c sinh viªn kho¸ sau cã thÓ ph¸t triÓn t¹o thµnh mét ch­¬ng tr×nh hoµn thiÖn. Ch­¬ng tr×nh ®­îc viÕt b»ng ng«n ng÷ Visual Basic 6.0 ch¹y trªn nÒn Windows víi sù hç trî cña Sap 2000. Giao diÖn ®Ñp dÔ sö dông ®èi víi ng­êi dïng. Qua ®©y em còng xin göi l¬× c¶m ¬n ch©n thµnh ®Õn c¸c thÇy c« gi¸o Tr­êng §¹i Häc X©y Dùng, Bé m«n Tin Häc X©y Dùng, Bé m«n C¬ ®Êt – NÒn mãng, c¸c anh chÞ kho¸ trªn vµ b¹n bÌ ®· gióp ®ì t¹o mäi ®iÒu kiÖn tèt nhÊt cho em trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ lµm ®å ¸n tèt nghiÖp. §Æc biÖt lµ thÇy gi¸o T.S NguyÔn §×nh TiÕn ®· tËn t×nh gióp ®ì, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi vµ båi d­ìng nh÷ng kiÕn thøc chuyªn m«n gióp em hoµn thµnh ®å ¸n nµy, thÇy gi¸o Lª Träng Hoµ ®· tËn t×nh chØ b¶o c¸c kiÕn thøc vÒ tin häc vµ ®ãng gãp nh÷ng ý kiÕn bæ Ých. MÆc dï ®· hÕt søc cè g¾ng nh­ng ch­¬ng tr×nh vÉn kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕt xãt vµ h¹n chÕ. Em rÊt mong ®­îc sù gãp ý phª b×nh cña thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n. Hµ Néi, 07/01/2007 T¸c gi¶ : D­¬ng §øc ViÖt PHẦN I CHUYÊN MÔN XÂY DỰNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÓNG NÔNG I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CÔNG TÁC NỀN MÓNG 1. Lịch sử phát triển Chắc chắn móng công trình đã được xây dựng từ thời xa xưa. Đến tận giữa thế kỷ 19 , hầu hết các móng đều làm bằng gạch đá xây. Nếu như móng được xây bằng những tấm đá cắt và gọt mài theo kích thước nhất định thì gọi là những móng đá xây có kích thước , ngược lại những móng đá cục thì được xây từ những cục đá tảng có kích thước khác nhau bằng hồ vữa kết dính. Các loại móng xây đã được sử dụng thích hợp với hầu hết các công trình trước khi phát triển những ngôi nhà cao tầng có những cột chịu tải trọng lớn. Những tải trọng lớn đòi hỏi móng có kích thước lớn và nặng. Thời kì đầu, để mở rộng diện tích đáy móng mà không làm tăng trọng lượng móng, người ta xếp những thân cây gỗ nằm ngang rồi thi công móng xây truyền thống lên trên. Vào năm 1891 người ta dùng thanh ray đường sắt đặt vào lớp bê tông thay cho lớp đỡ bằng gỗ. Loại móng này là một bước tiến quan trọng vì nó làm giảm được nhiều trọng lượng móng và làm tăng khoảng không trong tầng hầm. Trong thập kỉ tiếp theo, những thanh ray đường sắt được thay thế bằng những dầm thép chữ I chiếm ít không gian hơn 1 chút, nhưng kinh tế hơn nhiều. Những loại móng đan điển hình sử dụng thân cây , ra đường sắt và dầm thép chữ I cho trên hình : Hình 1-1. Lịch sử phát triển của các móng đan bằng gỗ Hình 1-2. Lịch sử phát triển của các móng đan bằng thanh ray đường sắt Hình 1-3. Lịch sử phát triển của các móng đan bằng dầm thép chữ I Dầm thép chữ I tỏ ra thích hợp để làm những loại móng kết hợp dầm. Những loại móng này đã được sử dụng từ năm 1887 gần như đồng thời trong hai toà nhà ở Chicago. Đến thời đại bê tông cốt thép ngay sau năm 1900 thì các loại móng kể trên hầu hết được thay thế bởi loại móng bê tông cốt thép mà cho đế nay chúng vẫn là loại móng quan trọng nhất. 2. Vai trò và nhiệm vụ của nền móng : Như chúng ta đều biết , hầu hết các công trình xây dựng của loài người , từ những căn nhà thô sơ cổ đại đến những công trình vĩ đại nhất hiện nay đều phải dựa trên nền đất. Vì nền đất có cường độ nhỏ hơn nhiều so với vật liệu xây dựng công trình cho nên phần tiếp giáp giữa công trình và nền đất thường được mở rộng thêm . Móng là bộ phận kết cấu dưới chân cột khung hay tường, tiếp nhận tải trọng từ trên xuống và truyền tải xuống nền. Kinh nghiệm thực tế cho thấy hầu hết các công trình bị hư hỏng đều do việc giải quyết chưa tốt vấn đề Nền và Móng. Chính vì lẽ đó người cán bộ kỹ thuật cần phải nghiên cứu Nền và Móng công trình một cách toàn diện. Phải biết tìm các biện pháp xử lý nền móng một cách thích hợp. Thiết kế các công trình nói chung và nền móng nói riêng người cán bộ kỹ thuật cần phải đảm bảo các nguyên tắc : Thoả mãn các điều kiện kỹ thuật: bền, an toàn và sử dụng bình thường. Thi công khả thi, có khả năng cơ giới hoá cao , thời hạn ngắn,… Kinh tế: Chi phí thấp khi so sánh nhiều phương án, chọn ra phương án tối ưu. Với yêu cầu thứ nhất thì nếu công trình có độ lún hoặc chuyển vị ngang lớn hoặc lún lệch quá nhiều công trình không thể làm việc bình thường được khi nó chưa bị phá hoại Với yêu cầu thứ hai việc chọn biện pháp thiết kế, tính toán, xây dựng và tổ chức thi công nền móng có ảnh hưởng rất nhiều đến thời gian và tiến độ thi công của công trình Muốn thoả mãn yêu cầu thứ ba thì trước hết cần phải thoả mãn hai yêu cầu trên. Các tài liệu tổng kết trong và ngoài nước đều cho thấy giá thành xây dựng nền móng chiếm khoảng 20-30 % giá thành xây dựng toàn bộ công trình. Trong một số trường hợp đặc biệt tỷ số đó còn lên tới 50-60% 3. Phân loại móng nông và phạm vi áp dụng Hiện nay có nhiều cách và tiêu chuẩn để phân loại móng. Tuỳ theo phương pháp thi công móng người ta phân thành móng nông (đào toàn bộ móng trước khi xây móng ) và móng sâu ( không cần đào hố móng hoặc chỉ đào 1 phần rồi dùng một phương pháp nào đó để đưa móng xuống chiều sâu thiết kế ). Trong nội dung đề tài này em xin đề cập đến vấn đề về móng nông trên nền tự nhiên. Khi công trình đặt lên nền đất tự nhiên tại độ sâu h nhỏ, ảnh hưởng của đất trên đáy móng tới các mặt tiếp xúc là rất nhỏ, ta nói đó là móng nông trên nền tự nhiên. Trong Cơ học đất , móng có bề rộng b, độ sâu h, nếu h/b < 0,5 ( theo Berezansev ) thì khi dất dưới móng bị phá hoại , đất bị đẩy trồi ta đó là nông. Trong thực tế những móng có h< 3m có thể được coi là nông. Tóm lại , móng được coi là nông khi tải trọng truyền tới nền đất qua mặt đáy móng mà không kể phần mặt bên móng. Tuỳ theo các tình hình tác dụng của tải trọng người ta phân móng nông thành loại chịu tải trọng đúng tâm , loại chịu tải lệch tâm, loại móng các công trình cao (ống khói, tháp nước,…) loại móng thường xuyên chịu tác dụng của tải trọng ngang lớn ( móng tường chắn , móng các đập dâng nước,…) móng chủ yếu chịu tải trọng thẳng đứng. Tuỳ theo móng được làm vật liệu nào mà có thể chịu uốn với mức độ rất khác nhau. Móng bằng gạch đá xây hoặc bằng bêtông thì chịu uốn kém hơn nhiều so với móng bằng bê tông cốt thép. Do đó khi tính toán nền móng người ta còn xét đến khả năng chịu uốn của móng, xét tới độ cứng của nó. Về mặt này người ta phân móng thành móng cứng (ít hoặc không chịu uốn) và móng mềm (chịu uốn nhiều) . Một móng được cấu tạo bởi vật liệu biến dạng đủ nhỏ đến mức có thể bỏ qua (gọi là móng cứng) . Độ lún dưới một tải trọng chính tâm là đồng đều, còn ứng suất của đất tiếp xúc đuới móng là biến đổi. Một móng được cấu tạo bởi vật liệu biến dạng hoàn toàn (gọi là móng mềm). Đặc biệt là nếu tải trọng được phân bố đồng đều thì ứng suất của đất nền tiếp xúc với móng cũng phân bố đều, còn độ lún của móng lại biến đổi ở các vị trí khác nhau. Cấu tạo các loại móng nông thường gặp và đặc trưng ứng dụng của chúng a. Móng đơn : Móng đơn có kích thước không lớn , có đáy vuông chữ nhật hoặc tròn. Móng đơn làm bằng gạch đá xây, bằng bêtông hoặc bêtông cốt thép. Móng đơn thường dùng cho cột nhà, cột điện, cột đỡ cầu trục, cầu máng, mố trụ cầu nhỏ… Vì phải khống chế góc mở của móng nên gặp trường hợp cần mở rộng đáy móng ta phải đồng thời tăng cả chiều dày móng (nghĩa là tăng trọng lượng móng) và cả chiều sâu chôn móng. Đó là một nhược điểm của móng cứng khi chịu tải trọng lớn hoặc lệch tâm với tình hình địa chất phức tạp không cho phép tăng thêm chiều sâu chông móng (ví dụ nước ngầm cao, tầng đất tốt không dày,…) .Trong trường hợp như thế thì dùng móng bê tông cốt thép là hợp lý hơn cả vì giảm được chiều sâu chôn móng và móng bêtông cốt thép có nhiều ưu điểm khi chịu tải trọng lệch tâm lớn. Hình 1- 4 : Móng đơn dưới cột trụ Từ những đặc điểm nói trên , khi cần thiết cũng không thể mở rộng móng đơn được nhiều nhất là đối với móng cứng, do đó cường độ áp lực đáy móng ở móng đơn tương đối lớn . Vì vậy móng đơn chỉ nên dùng trong trường hợp đất nền có sức chịu tải tốt , tải trọng ngoài không lớn lắm. b. Móng băng Móng băng là loại móng có chiều dài rất lớn so với chiều rộng của nó. Móng băng còn được gọi là móng dầm. Móng băng có thể đặt dưới hàng cột hoặc dưới tường nhà. Móng băng được dùng nhiều trong các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và công trình thuỷ lợi, ví dụ như móng dưới tường nhà, tường chắn, bệ đỡ ống dẫn nước,… Hình 1-5 : Móng băng dưới tường gạch Hình 1-6 : Móng băng dưới tường BTCT Trong công trình dân dụng và công nghiệp dãy cột thường trên những tuyến vuông góc với nhau và những móng băng đặt vuông góc với dãy cột đó được nối liền với nhau, gọi là móng băng giao nhau. Hình 1-7 : Móng băng dưới hàng cột Móng băng có thể chế tạo bằng gạch đá xây, bêtông đá hộc , bêtông hoặc bêtông cốt thép. Mặt cắt ngang móng băng có dạng giống như đối với móng đơn. Dưới hàng cột thì móng băng (hoặc móng băng giao nhau) thường chế tạo bằng bê tông cốt thép. Móng băng bằng bê tông hoặc đá hộc chỉ nên dùng trong trường hợp đất nền tương đối tốt và tải không lớn. Tuy nhiên trong điều kiện này, cần phải xem dùng móng đơn có được không? Nếu đất nền không tốt thì nên dùng loại móng mềm bằng bêtông cốt thép. Hiện nay trong các công trình dân dụng người ta cũng dùng móng lắp ghép. Các loại móng băng bằng bêtông cốt thép tính toán như dầm đặt trên nền đàn hồi. c. Móng bè Móng bè còn được gọi là móng bản là móng kết hợp nó bao phủ toàn bộ diện tích phía dưới công trình và chịu toàn bộ tải trọng của các bức tường và cột. Trong những trường hợp tải trọng quá lớn hoặc áp suất cho phép của đất nền quá nhỏ mà các móng đơn có thể phải chiếm diện tích lớn hơn khoảng một nửa diện tích công trình thì dùng móng bè có thể kinh tế hơn. Thông thường móng bè được thiết kế là những bản phẳng bê tông cốt thép. Tải trọng tác dụng lên móng bè là tải trọng từ các cột hoặc từ các bức tường truyền xuống. Nếu điểm đặt tâm của tải trọng trùng với tâm của móng bè thì áp suất đáy móng được xem là phân bố đều và bằng tổng các tải trọng truyền xuống chia cho diện tích móng bè. Trọng lượng khối móng không tính vào tải trọng thiết kế của công trình bởi vì giả thiết rằng nó đã được đất nền gánh chịu. Móng bè cũng được thương sử dụng để làm giảm độ lún của các công trình đặt trên những nền đất có tính nén lún nhiều. Trong những điều kiện này chiều sâu đặt móng đôi khi quá lớn để trọng lượng của công trình cộng với trọng lượng khối móng hoàn toàn bù lại được trọng lượng khối đất bị lấy đi do đào hố móng. Lúc đó, độ lún của công trình thực tế là không đáng kể. Hình 1.8 : Móng bè phẳng Hình 1.9 : Móng bè có hệ sườn trên Hình 1.10 : Móng bè có hệ sườn dưới Để tăng cường độ chịu uốn của móng bản có khi người ta dùng móng bản kiểu vòm ngược . Đối với những công trình không lớn có thể dùng loại móng bản kiểu vòm ngược bằng gạch đá xây hoặc bêtông. Hiện nay việc sử dụng móng vòm ngược còn bị hạn chế bởi chưa có một phương pháp đáng tin cậy nào để tính toán phản lực nền và khó thi công móng liền sát chắc với nền. II. CÁC TRÌNH TỰ THIẾT KẾ NỀN MÓNG 1. Các tài liệu để thiết kế nền móng Các tài liệu về địa chất công trình và thuỷ văn : Nội dung tài liệu này gồm có : Bản đồ địa hình địa mạo nơi xây dựng công trình : Các tài liệu về cột khoan địa chất và các mặt cắt địa chất. Trong tài liệu này phải ghi rõ mô tả sơ bộ các lớp đất. Khoảng cách giữa các lỗ khoan, mực nước ngầm xuất hiện,… Các chỉ tiêu cơ học và vật lý của các lớp đất.: Thành phần hạt, dung trọng,…, tỷ trọng, độ ẩm, giới hạn chảy,… Các số liệu về công trình : Nội dung các số liệu này gồm có : Hình dáng kích thước đáy công trình : Đặc điểm của công trình ( tầng hầm, công sự, …) Các loại tải trọng có thể có : + Trọng lượng bản thân công trình + Trọng lượng các thiết bị nếu có + Áp lực tĩnh của đất và nước + Áp lực do gió + Áp lực do sóng + Áp lực do xung kích của dòng nước + Áp lực thấm + Tải trọng do xe cộ, cần trục người + Tải trọng chấn động do máy +Tải trọng do đất 2. Các bước tính toán thiết kết Chọn chiều sâu chôn móng : Việc đề xuất, so sánh phương án móng có liên quan chặt chẽ đến việc chọn chiều sâu chôn móng vì đây là khâu cơ bản trong công tác thiết kế nền móng : Chiều sâu chôn móng phụ thuộc vào các yếu tố : Điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn nơi xây dựng Trị số và đặc tính của tải trọng Các đặc điểm cấu tạo của công trình Các điều kiện và khả năng thi công móng Tình hình và đặc điểm của các công trình lân cận Đề xuất , so sánh và chọn phương án móng : Cũng như đối với bất kỳ công trình nào khác, khi thiết kế nền móng, nhiệm vụ của người thiết kế là phải chọn được phương án tốt nhất cả về kinh tế và kỹ thuật. Thông thường, với nhiệm vụ thiết kế đã cho, người ta có thể đề ra nhiều phương án nền móng khác nhau. Tuy nhiên không phải bất cứ một công trình nào cũng đề ra một số lượng đầy đủ các phương án . Do kinh nghiệm thiết kế, người ra có thể gạt bỏ ngay những phương án bất hợp lý, chỉ để lại những phương án cụ thể. Khi tính toán sơ bộ để so sánh các phương án thường ta dựa vào chỉ tiêu kinh tế để quyết định. Để làm chỉ tiêu kinh tế thường người ta dùng tổng giá thành xây dựng nền móng. Trong tổng giá thành này phải bao gồm chi phí vật liệu, chi phí lao động, chi phí thời gian và phương tiện thi công. Khi quyết định chính thức phương án nền móng thì không thể chỉ dựa vào các chỉ tiêu kinh tế mà còng phải dựa vào điều kiện kỹ thuật, điều kiện thi công và yêu cầu về thời gian thi công. Việc so sánh và lựa chọn phương án nền móng là một công việc khó khăn và là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình thiết kế nền móng. Muốn giải quyết tốt công việc này, trước hết người thiết thế phải nắm vững chắc các khái niệm cơ bản về các lý thuyết tính toán. Tuy nhiên, chỉ nắm vững lý thuyết thì chưa đủ , người thiết kế còn phải dựa vào kinh nghiệm thực tế tích luỹ được trong quá trình công tác để phục tốt cho việc chọn lựa phương án tối ưu về nền móng công trình. Trình tự thiết kế nền móng : Bước 1 : Thu thập xử lý tài liệu : Tài liệu về công trình : Mặt bằng, mặt cắt, các yêu cầu công năng, sơ đồ kết cấu, bảng tổ hợp tải trọng ( Noi, Moi, Qoi) tác dụng lên móng. ( Các loại tải trọng, tổ hợp tải trọng giống như phần kết cấu bên trên) Tài liệu về nền đất bao gồm : + Mạng lưới và phương pháp khảo sát . Mạng lưới khảo sát cố gắng ≥ 3 điểm : đơn giản : 100-150m / điểm, trung bình 50-30m/ điểm, phức tạp < 30m/ điểm Hình 1.11: Mạng lưới khảo sát + Độ sâu khảo sát : Móng băng h > 3B Móng bè h > 1,5B Móng sâu h ≥ 3m từ độ sâu đặt móng dự kiến + Phương pháp khảo sát : Gián tiếp : Đào hố khoan, lấy mẫu nguyên dạng, phá hoại , thí nghiệm trong phòng Trực tiếp : Thí nghiệm bàn nén → E: Mô đun biến dạng Thí nghiệm nén ngang → E: Môđung biến dạng theo phương ngang. Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT → q → địa tầng Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT → N → địa tầng, E, + Lát cắt địa chất : Để thấy được sự thay đổi của địa tầng : Hình 1.12 Lát cắt địa chất + Các kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu vật lý cơ học của từng lớp đất. + Địa chất thuỷ văn : cao độ nước ngầm ( hiện tại và mức nước cao nhất có thể ) , tính chất nước ngầm. + Tài liệu về công trình lân cận , môi trường xây dựng Từ đó : Đánh giá điều kiện xây dựng ( làm cơ sở cho bước 2), xác định các tiêu chuẩn xây dựng [S] , hệ số an toàn,… Bước 2 : Đề xuất phương án nền móng khả thi : “ phương án khả thi” theo nghĩa rộng : Về vật liệu Loại móng theo dạng kết cấu cơ bản, độ cứng, hình dạng móng Phương pháp thi công Độ sâu đặt móng Giải pháp gia cố Trong thực tế người thiết kế thường rất quan tâm đến các phương án về độ sâu móng ( móng nông và móng sâu) ký hiệu là H ( h) . H phụ thuộc vào : Tải trọng công trình : độ lớn, độ lệch tâm, tải ngang, động tĩnh. Nói chung công trình lớn và chịu lực phức tạp thì móng có xu hướng càng sâu. Tải trọng động cũng thường dùng móng sâu Độ quan trọng của công trình ( cấp công trình ) Công trình lân cận Đặc biệt là phải chú ý đến điều kiện địa chất khu vực xây dựng Bước 3 : Thiết kế sơ bộ các phương án khả thi Sau khi đề xuất các phương án nền móng người ta thiết kế sơ bộ các phương án đó theo các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế nói chung và nền móng nói riêng Thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật Móng : + Điều kiện cường độ + Biến dạng , nứt Nền : + Điều kiện về trượt , lật + Điều kiện về lún, lệch, nghiêng, xoay,… Thi công : có khả năng, nhanh , đơn giản Kinh tế Bước 4 : So sánh ( các chỉ tiêu kinh tế, độ tin cậy ) So sánh các chỉ tiêu kinh tế, độ tin cậy cảu các phương án sơ bộ Chọn phương án tối ưu để thiết kế kỹ thuật Bước 5 : Thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ, thi công phương án nền móng được chọn ( giới thiệu ở các phần móng nông và móng cọc,…) Bước 6 : Bản vẽ Hình 1.13: Sơ đồ trình tự thiết kế nền móng nói chung CHƯƠNG II LÝ THYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU TRÊN NỀN ĐÀN HỒI I. SƠ LƯỢC VỀ MÔ HÌNH NỀN Các công trình có thể đặt trên những lớp đất rất cứng, đất nửa đá hoặc đá. Nhưng phần lớn các công trình thường được xây dựng trên những lớp đất mềm. Khi đặt công trình trên đất mềm, dưới tác dụng của của tải trọng công trình, nền đất có biến dạng lớn thương được người ta quen gọi là nên đàn hồi ( tuy thực ra biến dạng của đất không hoàn toàn là biến dạng đàn hồi ). Tính toán trang thái ứng suất biến dạng của công trình xây dựng trong điều kiện cùng làm việc với nền mềm ( nghĩa là cùng với biến dạng nền ) vẫn được quen gọi là “ tính toán kết cấu trên nền đàn hồi”. Thuật ngữ “kết cấu” ở đây được hiểu một cách rộng rãi là : có thể đó là móng của công trình, có thể đó là bản đáy của công trình đóng vai tròn móng hoặc cũng có thể là toàn bộ công trình. Thông thường căn cứ vào các kích thước của nó người ta phân loại móng mềm như sau : Móng có tỷ lệ cạnh được gọi là móng dầm. Có các loại móng dầm sau: Móng dạng dầm đơn : dầm dài, dầm ngắn Móng dầm giao nhau : gồm băng dọc và băng ngang Móng có tỷ lệ cạnh < 7 coi như là móng bản, gồm : Bản phẳng Có sườn trên hoặc có sườn dưới. Bài toán tính kết cấu trên nền đàn hồi chủ yếu đặt ra cho những kết cấu có độ cứng hữu hạn mà người ta quen gọi là kết cấu mềm ( hay móng mềm ) Đối với nhà, ta sẽ gặp nhiều kết cấu kiểu dầm ( móng băng dưới hàng cột hoặc tổng thể nhà ). Ở đây sẽ nói đến bài toán dầm trên nền đàn hồi , sau đó sẽ nói đến bài toán bản trên nền đàn hồi cần dùng cho việc tính cường độ móng bè. Nội dung của việc tính toán dầm trên nền đàn hồi là xác định ứng suất tiếp xúc r (ứng suất ở mặt đáy móng ) và do đó xác định được các nội lực trong dầm : lực cắt Q và mômen M,… Giả sử ta xét một dầm đặt trên hai gối tựa Như ta đã biết : Trong đó : : độ cong của dầm tại tiết diện đang xét M : mômen tại tiết diện ấy Ẹ : Độ cứng chịu uốn của dầm. Nếu gọi y(x) là đường cong của trục dầm thì theo hình học vi phân ta có : ≈ y’’ , cho nên = y’’. Lấy đạo hàm đẳng thức này hai lần với M’’= q(x) ta đi đến phương trình vi phân uốn của dầm là : EJ. Tích phân phương trình trên, các hằng số tích phân xác định theo các điều kiện biên sau khi đã xác định các phản lực tựa R1, R2 ta tìm được độ võng y(x) của dầm và do đó xác định hoàn toàn nội lực ( M, Q) trong dầm theo các đạo hàm của y(x). Nếu số gối tựa tăng lên thì bài toán trở thành siêu tĩnh khi xác định phản lực tựa. Nếu đặt dầm trên nền đất thì số gối tựa xem như là nhiều vô cùng, hơn nữa , những gối tựa này lại không bất động : vì thế bài toán trở nên phức tạp hơn rất nhiều. Khi dầm đặt trên nền đất ( nền đàn hồi ) phương trình vi phân trục uốn của dầm là : EJ. Trong đó p(x) : ứng suất tiếp xúc là phản lực nền tác dụng lên dầm cũng là tải trọng tác dụng lên nền. P0 b q(x) x y p(x) y(x) p(x) Hình 2. 1 Phương trình trên chứa hai hàm số chưa biết là y(x) và p(x). Chỉ riêng với một phương trình ấy bài toán không giải được. Điều đó có nghĩa là biến dạng và nội lực của kết cấu không chỉ phụ thuộc vào tải trọng ngoài và độ cứng của bản thân kết cấu mà nó còn phụ thuộc vào tính biến dạng của nền nữa. Hiện nay có ba mô hình nền phổ biến : + Mô hình nền biến dạng cục bộ ( Mô hình Winkler ) + Mô hình nửa không gian biến dạng tổng thể + Mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể Trong đó mô hình nền Winkler phù hợp với nền đất (mềm) hơn. Về thiếu xót của mô hình này ở chỗ hệ số nền không có ý nghĩa rõ ràng, không phải là hằng số thì điều đó là tất nhiên. Vì thực chất biến dạng của đất là một hằng số, mà nó phải thay đổi, phụ thuộc độ cứng của công trình và khoảng tác dụng của tải trọng. Còn những mô hình nền khác, có thể phản ảnh gần đúng hơn quang cảnh biến dạng thực tế của nền đất, nhưng thêm thông số đặc trưng là thêm phức tạp, nhất là khi việc xác định trị số của các thông số đặc trưng ấy cũng không phải dễ dàng. Cho nên mô hình nền Winkler ( một hệ số nền) vừa gần đúng với thực tế vừa đơn giản tiện dùng trong tính toán thiết kế. * Mô hình nền biến dạng cục bộ ( Mô hình Winkler ) Năm 1867 : Winkler đã nêu ra giả thiết là tại mỗi điểm (ở mặt đáy ) của dầm trên nền đàn hồi , cường độ của tải trọng p tỷ lệ bậc nhất với độ lún s của nền . Như vậy ta có : p(x) = k.s(x) k: hệ số tỷ lệ được gọi là hệ số nền Mô hình nền Winkler được biểu diễn bằng một hệ thống lò xo đặt thẳng đứng , dài bằng nhau làm việc độc lập với nhau. Biến dạng của lò xo(đặc trưng cho độ lún của nền) tỷ lệ bậc nhất với áp lực tác dụng lên lò xo. Theo mô hình này chỉ những lò xo nằm trong phạm vi tải trọng mới có biến dạng. Hình 2. 2 Thiếu xót của mô hình nền Winkler là không phản ánh được tính phân phối của đất. Vì đất có tính dính và có ma sát trong nên khi chịu tải trọng cục bộ nó có khả năng lôi kéo( huy động ) cả vùng đất xung quanh ( ngoài phạm vi đặt tải) vào cùng làm việc với bộ phận ở ngay dưới tải trọng. Đặc tính ấy của đất người ta gọi là tính phân phối. Mô hình Winkler vì vậy còn được gọi là mô hình nền biến dạng cục bộ. Do không kể đến tính phân phối của đất mà nó có những sai lệch sau : Hình 2. 3 (a, b) II. TÍNH TOÁN MÓNG DẦM THEO MÔ HÌNH NỀN BIẾN DẠNG CỤC BỘ ( MÔ HÌNH WINKLER ) 1. Phương trình vi phân cơ bản Hệ phương trình vi phân cơ bản để tính móng dầm teo mô hình Winkler là 2 phương trình : EJ. (2-1) p(x) = k.s(x) (2-2) Trong đó : b : chiều rộng móng dầm ω (x) : chuyển vị đứng của dầm EJ : Độ cứng chống uốn k: hệ số tỷ lệ được gọi là hệ số nền Chú ý điều kiện tiếp xúc giữa mặt đáy móng và mặt nền sau khi lún là : ω(x) = s(x) (2-3) Sau một vài biến đổi, từ hai phương trình trên ta có : (2-4) Trong đó : β = a.x a = Phương trình (2-4) là phương trình vi phân để tính độ lún S ở dạng tổng quát theo biến số β. Trên những đoạn móng dầm không có tải trọng ngoài tác dụng thì phương trình (2-4) cho q(β) = 0 . Khi ấy phương trình vi phân có dạng : (2-5) Với tải trọng công trình tác dụng lên móng dầm đã biết , dựa vào điều kiện biên của bài toán, từ phương trình vi phân cơ bản ( 2-4) khi q(β) ≠ 0 hoặc (2-5) khi q(β) = 0 ta xác định được độ lún của móng dầm theo biến số β. Khi biết được độ lún thì phản lực nền được xác định theo công thức (2-2) 2. Tính toán móng dầm dài Người ta quy ước rằng nếu hai đầu mút của móng dầm ở khá xa phạm vi đặt tải trọng và không bị lún do tải trọng thì móng dầm gọi là móng dầm dài Móng dầm dài vô hạn chịu một tải trọng tập trung P Do tính chất đối xứng của bài toán và để đơn giản trong tính toán, người ta cắt móng làm đôi tại vị trí đặt lực P, rồi lấy phần trái đi thay bằng lực cắt , Mômen đặt tại đầu mút của phần tử còn lại ( H 2.4) để đảm bảo điều kiện cân bằng ban đầu của móng . Hình 2.4 Móng dầm dài vô hạn chịu lực tập trung P Trong phạm vi 0 < x < ∞ ( tức 0< β < ∞ ) không có tải trọng tác dụng, nên phương trình vi phân có dạng ( 2-5) và nghiệm tổng quát của nó có thể tìm dưới dạng : S(β) = ( cosβ + sinβ) eβ + ( cosβ + sinβ) e-β (2-6) Trong đó , , , những hằng số tích phân Để xác định các hằng số tích phân ta dựa vào các điều kiện biên sau: Tại đầu mút của móng dầm ( xa lực P) ta có : Với x = ∞ ( β = ∞) thì S(β) = 0 Do đó, từ biểu thức (2-6) ta có : == 0 bởi vì nếu ngược lại thì khi x→ ∞ ( tức β → ∞ ) S(β) cũng tiến tới ∞. Như vậy biểu thức tổng quát để tính độ lún S(β) của móng dầm dài vô hạn có dạng : S(β) = ( cosβ + sinβ) e-β (2-7) Do tính chất đối xứng của bài toán ta có : Tại x=0 độ lún có trị số cực đại , do đó : (2-8) hoặc tại β = 0 . Đạo hàm biểu thức (2-7) theo β và kết hợp điều kiện (2-8) ta có : [(- )cosβ + (+)sinβ] e-β = 0 (2-9) Từ phương trình (2-9) ta rút ra : = Và ta gọi chúng là thì biểu thức (2-7) sẽ có dạng đơn giản : S(β) = (cosβ + sinβ) e-β (2-10) Để xác định hằng số ta nhận xét rằng tại điểm đặt của lực P ( tức là x = 0) , lực cắt = . Từ môn sức bền vật liệu ta có thể viết ( tại β = 0) : Do đó ta có : = (2-11) Cuối cùng ta có : S(x) = e-ax( cosax + sinax ) (2-12) Phản lực nền sẽ tính được theo công thức (2-2) p(x) = kS(x) e-ax( cosax + sinax ) (2-13) Sau khi xác định được các phản lực nền theo (2-13) ta xác định mômen M(x) , lực cắt Q(x) theo các phương pháp thông thường hoặc tính theo biểu thức độ võng như sau : M(x) = - EJ. = e-ax(sinax - cosax ) (2-14) Q(x) = EJ. = e-axcosax (2-15) Nếu kí hiệu : ξ= e-ax( cosax + sinax ) (2-16) ξ= e-ax( sinax - cosax) (2-17) ξ= e-axcosax (2-18) Ta có S (x) = ξ (2-19) P(x) = k ξ (2-20) M(x) = ξ (2-21) Q(x) = ξ (2-22) Tra bảng PL.2-2 của phụ lục 2 tài liệu có cho các trị số của các hàm ξ, ξ, ξ khi biết β = αx. Móng dầm có độ lún lớn nhất tại diểm đặt của tải trọng P ( tức tại x =0) và có trị số : Smax = = (2-23) Phản lực nền và mômen uốn cũng có trị số lớn nhất tại x = 0 và bằng : Pmax = (2-24) M max = (2-25) Móng dầm dài vô hạn có nhiều tải trọng tập trung tác dụng : Giả dụ trên một móng dầm dài vô hạn có tác dụng các lực tập trung P , P, P cần xác định độ võng tại một điểm M tuỳ ý của dầm. Để giải bài toán này, tốt nhất là dùng phương pháp đường ảnh hưởng của móng dầm dài vô hạn. Đường ảnh hưởng của món dài vô hạn được xác định theo các biểu thức từ (2-19) đến (2-22) với P = 1. ( H 2.5) Hình 2.5 Các đường ảnh hưởng độ võng, mômen , lực cắt móng dầm dài vô hạn Hình 2.6: Xác định trị số S10 trên đường ảnh hưởng độ lún (độ võng ) Bài toán này được giải như sau : Lấy điểm tính độ võng M làm gốc toạ độ, thì các lực P , P, P có các toạ độ tương ứng là x , x, x (H 2.6) Độ lún ( võng) tại điểm M chỉ do P gây ra kí hiệu là S được xác định bằng đường ảnh hưởng lún ( H 2.6 : S = S. P. (2-26) Trong đó : S- tung độ của đường ảnh hưởng lún ( do tải trọng P =1 đặt tại điểm M ) lấy tại điểm x = x. Bằng cách tương tự ta có thể tính được độ lún tại điểm M do tải trọng P( ký hiệu là S) và tải trọng P( ký hiệu là S) gây ra : S = S. P. (2-27) S = S. P. (2-28) Trong đó : S, S tung độ của đường ảnh hưởng lún( do P =1 đặt tại điểm M) lấy tại điểm có x = xvà x = x Độ lún tại điểm M ( ký hiệu là S) do tất cả các lực P , P, P,… Pgây ra được xác định theo nguyên lý cộng tác dụng : S = (2-29) Mômen , lực cắt cũng tìm bằng đường ảnh hưởng lực cắt theo cách tương tự : M = (2-30) Q = (2-31) Trong đó : M Q - tung độ các đường ảnh hưởng tương ứng ( do P =1 đặt tại M ) tại khoảng cách = x Móng dầm dài vô hạn chịu tác dụng mômen tập trung : Mômen tập trung M làm cho móng dầm bị lún . Độ lún tại điểm M xác định theo công thức : S= (2-32) hoặc : S= (2-33) với ξ = esinax (2-34) Mômen và lực cắt xác định theo công thức : M= (2-35) Q= (2-36) Móng dầm dài chịu tải trọng phân bố cục bộ Độ lún của điểm M do phần tải trọng phân tố qdx gây ra được xác định như đối với tải trọng tập trung P = qdx : dS= Sqdx (2-37) Trong đó : S : Tung độ của đường ảnh hưởng lún lấy tại toạ độ x. Độ lún tại điểm M do toàn bộ tải trọng gây ra xác định như sau : S= (2-38) Thay biểu thức S ( biểu thức (2-7) với P = 1 ) vào biểu thức (2-38) ta được : S= [ 2 - ξ(x) - ξ(x) ] (2-39) Tính toán móng dầm dài có chiều dài hữu hạn. Việc tính toán móng dầm dài có chiều dài hữu hạn trên nền Winkler gặp nhiều khó khăn khi xác định các hằng số. Vì vậy, đến nay bài toán này còn nhiều vấn đề tồn tại và được giải gần đúng theo kết quả đã nêu ở phần trên đối với móng dầm dài vô hạn. Đối với móng dầm dài vô hạn, đường đàn hồi của dầm ( tức là đường lún của nền) có dạng hình sóng với biên độ giảm rất nhanh. Từ biểu thức tính độ lún (2-12) ta biết được chiều dài sóng bằng 2( lấy toạ độ bằng β = αx). Trong đó, toạ độ x, chiều dài sóng được xác định từ điều kiện : a( x+1) = ax + 2 (2-40) Từ đó ta có : al = 2 Và : l = = 2 (2-41) Hai đầu mút của móng dầm cách xa điểm dặt của tải trọng một khoảng cách lớn hơn chiều dài sóng tính theo công thức (2-41) thì móng dầm được coi là dài và tính theo kết quả đã nêu đối với dầm dài vô hạn. 3. Tính toán móng dầm ngắn Móng dầm được coi là ngắn nếu hai đầu mút của dầm cách điểm đặt của tải trọng một khoảng nhỏ hơn chiều dài sóng tính theo công thức (2-41). Theo cách giải đối với móng dầm dài vô hạn đã nêu ở phần trên, việc xác định các hằng số tích phân tương đối đơn giản, còn đối với móng dầm ngắn thì rất phức tạp. Do đó đối với móng dầm ngắn đặt trên nền Winkler thì dùng phương pháp thông số ban đầu của N.N. Puzưevxki ( 1923) và A. N. Krưlov (1930) là thích hợp. Dưới đây trình bày phương pháp của Krưlov. Theo Krưlov, nghiệm tổng quát của phương trình vi phân cơ bản (2-4) có thể viết dưới dạng sau đây : S = CY + CY + CY + CY + (2-42) Trong đó : C, C, C, C: là các hằng số tích phân, xác định theo điều kiện biên của bài toán. Y, Y, Y, Y: các hàm Krưlov, có dạng : Y = chβcosβ (2-43) Y = ( chβsinβ + shβcosβ ) (2-44) Y = shβsinβ (2-45) Y = ( chβsinβ – shβcosβ) (2-46) Các hàm Krưlov có quan hệ với nhau theo bảng sau đây : Yi Yi Y i Y i Y i Y -4Y -4Y -4Y -4Y Y Y -4Y -4Y -4Y Y Y Y -4Y -4Y Y Y Y Y -4Y Hình 2.7: Quan hệ giữa các hàm Krưlov Trong biểu thức (2-42) số hạng cuối cùng có dạng : = (2-47) là nghiệm riêng của phương trình vi phân (2-4) Xét các trường hợp : Trường hợp 1 : Tải trọng q phân bố đều suốt dầm ( từ x =0 đến x =1 hoặc từ β =0 đến β = λ = αl ) Trường hợp 2 : Tải trọng q phân bố không dều trong một đoạn của dầm ( từ x = a đến x = b hoặc từ β = α1 đến β = α2 ) Trường hợp 3 : Tải trọng P1 tác dụng tại điểm x = c ( hoặc β = ) Trường hợp 4 : Tại điểm x = e ( hoặc β = ) có mômen tập trung M tác dụng. Trường hợp 5 : Tải trọng phân bố đều theo quy luật bậc nhất Từ các trường hợp nêu trên ta rút ra kết luận sau đây : 1. Khi chuyển sang điểm β = α bắt đầu có tải trọng phân bố đều q tác dụng thì hàm (β) có số hạng sau : [ 1 - Y(β - α) ] (2-48) 2. Khi chuyển từ đoạn có tải trọng q sang đoạn khác (điểm β = ) thì hàm (β) có thêm số hạng : [ -1 + Y(β - ) ] (2-49) 3. Khi chuyển sang điểm có tải trọng tập trung P tác dụng ( β = ) thì hàm (β) có số hạng : (2-50) 4. Khi cần chuyển sang điểm có mômen tập trung M tác dụng ( tại β = ) thì hàm (β) có số hạng : (2-51) Tính các hằng số tích phân C, C, C và Ctheo các thông số ban đầu , M , Q Theo quy tắc của môn sức bền vật liệu , từ công thức (2-42) ta suy ra các biểu thức tính góc xoay , mômen M và lực cắt Q như sau : (β) = a[ - 4CY + CY + CY + CY + ’(β)] (2-52) M(β) = - EJa[ - 4CY - 4CY + CY + CY + ’’(β)] (2-53) Q(β) = - EJa [ - 4CY - 4CY + CY + CY + ’’’(β)] (2-54) Trong các biểu thức (2-52) – (2-53) cho tao β = 0 ta có các công thức để tính các hằng số tích phân theo thông số ban đầu của dầm : C = (2-55) C= C = C= Trong thực tế thường gặp các móng dầm chịu tải trọng ngoài phức tạp nhưng hai đầu mút của móng dầm đều tự do , nghĩa là : tại x = 0 ( β =0) M = M = 0 tại x = 1 ( β = αl ) M = 0 và Q = 0 Do đó đối với loại móng dầm này ta có : C = 0 , C= 0. Từ đó ta có hai phương trình sau đây để giải ra và : 4Y() + 4Y() = ’’ (β = ) (2-56) 4Y() + 4Y() = ’’’ (β = ) Và các công thức tính C , C như sau : C = = [ Y()’’() - Y()’’’()] (2-57) C= = [ Y()’’’() - Y()’’()] Thay (2-57) vào (2-53) và (2-54) ta có : M = EJa[ 4Y(β) + 4Y(β) - ’’(β) ] (2-58) Q = EJa[ 4Y(β) + 4Y(β) - ”’(β) ] (2-59) 4. Tính toán móng băng giao nhau: Móng băng giao nhau là một hệ các dầm trên nền đàn hồi liên kết với nhau ở các điểm nút. Rõ ràng trong việc tính toán các móng băng giao nhau có một các làm tiện lợi nhất là tách ra từng băng mà tính toán riêng. Do đó khó khăn lớn nhất ở đây là phân phối lại các tải trọng cho các băng. Hình 2.8 : Sơ đồ móng băng giao nhau Ta xét nút I (Hình 2.8) Tại các nút có tác dụng các tải trọng : lực Pi, mômen theo phương dọc Mi và theo phương ngang Mi’’ : Lực Pi được phân phối thành : Pi’ tác dụng lên băng dọc. Pi’’ tác dụng lên băng ngang. Mômen Mi’ phân phối thành : Mix’ xoắn băng ngang. Miu’ uốn băng dọc Mômen Mi’ phân phối thành : Miu’’ uốn băng ngang Mix’’ xoắn băng dọc Như vậy ở mỗi nút ta có 6 ẩn số. Nếu toàn bộ móng có n nút thì sẽ có tất cả 6n ẩn số. Cũng tại mỗi nút ta viết được 6 phương trình cân bằng : Pi = Pi’ + Pi’’ và pi’ = pi’’ ( phản lực đất nền hai băng bằng nhau ) Mi’ = Miu’ + Mix’ và góc uốn (dọc ) = góc xoắn (ngang) Mi’’ = Miu’’ + Mix’’ và góc xoắn (dọc) = góc uốn (ngang). Ta thành lập được hệ 6n phương trình để tìm 6n ẩn số. Ta thấy ngay là số lượng ẩn số quá lớn. 5. Ví dụ tính toán cụ thể Đề bài : Tính toán nội lực trong móng băng dưới hàng cột 1 nhà kiểu khung. Trong đó tải trọng tính toán tác dụng lên cột là : P = N = 36.T. Bước của cột là a = 3.3m. Kích thước của móng như hình vẽ. Chiều sâu chôn móng Hm = 1, 4m : Các chỉ tiêu cơ lý của đất như sau Tên đất Chiều dày Dung trọng TN (T/m3) Góc ma sát trong (độ) Lực dính (T/m2) Môdule đàn hồi (T/m2) Cát pha 5 1.77 12 1.5 600 Giải bài toán : Cách giải quyết bài toán như sau: Đối với với móng băng dưới cột , ta sẽ xác định nội lực trong móng theo sơ đồ đơn giản sau : lật ngược móng lên, xem nó như một dầm liên tục. Ở đây các chân cột đóng vai trò gối tựa, còn tải trọng chính là phản lực nền, hơn nữa xem phản lực nền phân bố đều với cường độ : r = ( Hình vẽ ) Mômen quán tính của tiết diện dầm : với tiết diện chữ T khi chiều rộng cánh gấp 2- 3 lần chiều rộng sườn chiều cao sườn gấp 2-3 lầ chiều cao cánh. Tính toán 1 cách gần đúng có thể dùng: J = Hệ số nền k = b.c = Tải trọng phản lực đất nền như đã nói ở trên : r = r = Độ lún S theo kết quả tính lún, có xét đến điều kiện là độ lún trong quá trình thi công không gây ra nội lực, độ lún tính toán lấy bằng 50 – 80 % độ lún tàon bộ. Giả sử ở đây có S= 2 cam , như vậy : Môđun đàn hồi của bêtông mác 200 là E = 2,3.10 kg/cm. Theo quy phạm khi tính toán biến dạng do tải trọng tác dụng lâu dài dùng : E= 0,5.E E= 0,5. 2,3. 10= 1,15.10kg/cm = 1,15.10t/m Từ những số liệu trên ta tính đặc trưng của dầm trên nền đàn hồi. Theo biểu thức : Nếu chúng ta quy ước mới xem là dầm dài vô hạn thì dầm món này với những lực cách đầu mút đoạn mới có thể tính theo sơ đồ dâm dài vô hạn. Dưới đây với tất cả các lực đều tính theo dầm dài vô hạn , các lực đặt gần đầu mút dầm sẽ thực hiện tải trọng bù Theo biểu thức (2-33) trong tài liệu 3. Ta có : M = tm Q = t Dùng bảng 2-2 tra ra và tra tính các trị số mômen và lực cắt trong điểm dưới tác dụng của một lực. Đ Do tải trọng bù 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 1,000 27,300 1,000 -18,0 +2,6 1,65 0,54 0,2021 5,517 0,5006 -9,0 +3,8 3,30 1,09 -0,1422 -3,882 0,1462 -2,630 +2,5 4,95 1,63 -0,2068 -5,642 -0,0112 +0,200 +1,9 6,60 2,18 -0,1603 -4,376 -0,0645 +1,160 +1,2 8,25 2,27 -0,0871 -2,380 -0,0600 1,080 +0,5 9,90 3,27 -0,0329 -0,900 -0,0377 +0,680 -0,2 11,55 3,81 -0,0036 -0,098 -0,0174 +0,310 -0,39 Ta sắp xếp các trị số Mômen theo vị trí tác dụng của từng lực trên dầm như sơ đồ : Ta chỉ tính đến điểm 8, vì đến đây đã cách lực khá xa, nội lực trong dầm đã khá nhỏ đến mức có thể bỏ qua được. Đối với 4 lực đầu, đặt ở gần mút trái của dầm, ta vẫn xem dầm là dầm dài vô hạn, khi đó trị số nội lực ở đầu mút trái của dầm là : M = 2 + 4 + 6 + 8 = 5,517 – 5,642 -2,38 – 0,098 = - 2,6 tm Q= - 9,0 + 0,2 + 1,08 +0,310 = -7,4t Thực ra ở đầu mút dầm, nội lực phải bằng không, để khử nội lực dư do khi tính toán xem dầm là dài vô hạn đối với cả 4 lực đặt gần đầu dầm ta phải đặt vào đầu mút trái những tải trọng bù. Trị số tải trọng bù tra bảng 2-53 tài liệu 3. Ở đây ta có : M = - 4(-2,6) - = 55,2 tm P = 4. 0,33.(-2,6) + 4(-7,4) = -33 t Trị số của dầm dài vô hạn chịu tác dụng của lực tập trung P và Mômen tập trung M là : M = + Ở đây ta có Mômen do tải trọng bù gây ra là: : M = + = -25,0 + 27,6 tm Cuối cùng ta cộng tất cả các trị số Mômen ở mỗi điểm do tải trọng công trình và do tải trọng bù gây ra. Kết quả: Biểu đồ Mômen như sau : III. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI CẦN GIẢI QUYẾT Với nhưng cơ sở lý thuyết ở trên ta cùng với ví dụ tính toán cụ th ể ta nhận thấy còn những tồn tại trong việc tính toán móng dạng dầm hoặc băng giao nhau theo mô hình nền Winkler : + Tính toán dầm đơn trên nền đàn hồi : Việc tính dầm trên nền đàn hồi bằng tay là vô cùng phức tạp với rất nhiều các ẩn số và phương trình. Phải phân biệt ra các trường hợp : dầm dài, dầm ngắn phải dựa vào các trường hợp chất tải để tính toán,… + Tính toán móng băng giao nhau Quá trình tính tay của móng băng giao nhau: khi tách riêng từng băng, diện tích đáy móng phần giao nhau đã được xét 2 lần . Chưa xét đến độ cứng của móng được tăng lên ở phần giao nhau. Việc phải giải hệ phương trình 6n ẩn số với hệ móng có n nút là rất mất thời gian. Và dễ gây nhầm lẫn. Hơn nữa trong quá trình tìm hiểu một số chương trình tính toán móng của như MCW, MDW, MBW,…của công ty Tin Học Xây Dựng CIC, em nhận thấy còn tồn tại một số vấn đề sau: - Lý thuyết tính toán chưa được chuẩn hoá. Việc sử dụng các tiêu chuẩn chưa được thống nhất. Việc nhập dữ liêu đôi khi còn có chỗ khó khăn, chưa có hướng dẫn đầy đủ cho người sử dụng. Khi xuất kết quả tính chưa đưa ra được các số liệu so sánh độ chênh lệch giữa khả năng chịu lực và tải trọng mà nền, móng phải chịu khi làm việc để giúp người thiết kế có thể tính toán điều chỉnh số liệu đảm bảo điều kiện kinh tế mà chỉ dừng lại ở mức kiểm tra các điều kiện chịu lực. Chất lượng của bản vẽ xuất ra chưa đáp ứng được yêu cầu của một bản vẽ kỹ thuật. Kết luận : Như vậy đặt ra vấn đề là có 1 chương trình tính toán nền móng giải quyết được những vấn đề còn tồn tại trên. Sau khi tìm hiểu lý thuyết tính toán nền móng em nhận thấy lĩnh vực cơ đất , nền móng là lĩnh vực rất đa dạng và rộng lớn, trong quá trình học tập nghiên cứu tại trường em cũng đã tích luỹ được vốn kiến thức về cơ đất, nền móng. Và kết cấu công trình. Từ đó em quyết định nội dung đồ án tốt nghiệp của mình có nội dung sau : “ Tính toán móng nông dạng dầm hoặc băng giao nhau (theo mô hình nền Winkler” . PHẦN II TIN HỌC CHƯƠNG I TỔNG QUAN I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, ngành xây dựng cơ bản đang ngày một phát triển cả về quy mô lẫn chất lượng, đã phần nào đáp ứng được nhu cầu về nhà ở và cơ sở vật chất cho sản xuất; không những thế nhiều công trình có tầm vóc thế kỷ cũng được dựng lên tạo nên những điểm nhấn trong xây dựng. Để có được sự đột phá trong xây dựng như hiện nay chúng ta không thể nói tới sự hỗ trợ đắc lực của máy tính điện tử. Ngày nay có thể nói không một giai đoạn nào của công trình là không thể ứng dụng công nghệ thông tin, cụ thể: khi tiến hành khảo sát địa hình, địa chất; khi lập hồ sơ thiết kế sơ bộ, khi lập hồ sơ thiết kế thi công, khi khởi công công trình, khi đã hoàn công … Việc ứng dụng tin học trong Xây dựng ở Việt Nam đã từng được biết đến từ vài thập niên gần đây. 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. I. CÁC PHẦN MỀM TƯƠNG TỰ HOẶC LIÊN QUAN 1. Phần mềm MBW Là chương trình tự động hoá thiết kế móng băng của công ty tin học CIC bộ xây dựng. Khả năng của chương trình : Nhập số liệu đơn giản với hỗ trợ cho mô hình các dạng hệ dầm giao nhau, dầm trên nền đàn hồi theo mô hình nền Winkler. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định chuyển vị và nội lực trong kết cấu. Tổ hợp tải trọng và tính toán nội lực, thiết kế tiết diện theo TCVN – 2737 -95. Kết quả nội lực chuyển vị dưới dạng sơ đồ. Thiết kế và xuất bản vẽ sang môi trường AutoCad dạng *.dxf Một số hạn chế : Kết quả tính toán nội lực chuyển vị so với chương trình Sap2000 còn sai số lớn. Giá trị hệ số nền k còn phụ thuộc vào hình dạng, kích thước móng và nền đất, chương trình vẫn chưa tính lặp để tìm ra giá trị chính xác nhất từ đó tính ra được nội lực, chuyển vị chính xác. 2. Sap 2000 Là chương trình mạnh, chuyên tính toán , phân tích kết cấu được sử dụng phổ biến hầu hết trong các ngành kỹ thuật ở nước ta hiện nay. Trong lĩnh vực nền móng Sap 2000 có thể hỗ trợ tính toán thiết kế nhiều phương án móng khác nhau. Đặc biệt, có thể dùng Sap 2000 để tính toán nội lực, chuyển vị khi tính toán móng cọc đài cao, móng nông mềm,( băng, bè )… Tuy nhiên hiện nay các tài liệu chỉ dẫn cách sử dụng Sap 2000 để tính toán móng còn rất ít và chưa chi tiết nên việc sử dụng Sap 2000 để tính toán móng còn hạn chế. Ngoài ra ở nước ta hiện nay còn có nhiều phần mềm chuyên tính toán , hoặc hỗ trợ tính toán nền móng của các công ty trong nước. Tuy nhiên do một vài nguyên nhân: do bản quyền quá đắt,do việc sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế của nước ngoài không phù hợp với điều kiện của nước ta, hay do độ tin cậy khi tính toán… mà rất ít các chương trình tính toán thiết kế nền móng được lựa chọn rộng rãi như trong các lĩnh vực khác. III. GIỚI HẠN NỘI DUNG THỰC HIỆN CỦA ĐỒ ÁN 1. Các vấn đề tồn tại cần giải quyết Trong quá trình tìm hiểu mốt số chương trình tính toán móng của như MCW, MDW, MBW,…của công ty Tin Học Xây Dựng CIC, em nhận thấy còn tồn tại một số vấn đề sau: - Lý thuyết tính toán chưa được chuẩn hoá. Việc sử dụng các tiêu chuẩn chưa được thống nhất. Việc nhập dữ liêu đôi khi còn có chỗ khó khăn, chưa có hướng dẫn đầy đủ cho người sử dụng. Khi xuất kết quả tính chưa đưa ra được các số liệu so sánh độ chênh lệch giữa khả năng chịu lực và tải trọng mà nền, móng phải chịu khi làm việc để giúp người thiết kế có thể tính toán điều chỉnh số liệu đảm bảo điều kiện kinh tế mà chỉ dừng lại ở mức kiểm tra các điều kiện chịu lực. Chất lượng của bản vẽ xuất ra chưa đáp ứng được yêu cầu của một bản vẽ kỹ thuật. 2. Nội dung của đồ án Như vậy đặt ra vấn đề là có 1 chương trình tính toán nền móng giải quyết được những vấn đề còn tồn tại trên. Sau khi tìm hiểu lý thuyết tính toán nền móng em nhận thấy lĩnh vực cơ đất , nền móng là lĩnh vực rất đa dạng và rộng lớn, trong quá trình học tập nghiên cứu tại trường em cũng đã tích luỹ được vốn kiến thức về cơ đất, nền móng. Và kết cấu công trình. Từ đó em quyết định nội dung đồ án tốt nghiệp của mình có nội dung sau : “ Tính toán móng nông dạng dầm hoặc băng giao nhau (theo mô hình nền Winkler” CHƯƠNG II THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH I. GIỚI THIỆU VỀ UML Thiết kế là bước đầu tiên trong giai đoạn phát triển đối với bất kỳ sản phẩm hay hệ thống công nghệ nào. Mục tiêu của thiết kế là để tạo ra một mô hình hay biểu diễn một thực thể mà sau này sẽ được xây dựng. Thiết kế là một quá trình sáng tạo , đòi hỏi kinh nghiệm và sự tinh nhanh của người thiết kế. Thiết kế phần mềm là một tiến trình chuyển hoá các yêu cầu thành một biểu diễn phần mềm. Bước đầu biểu diễn mô tả toàn bộ phần mềm. Việc làm mịn tiếp sau dẫn tới một biểu diễn thiết kế rất gần với chương trình gốc. Tầm quan trọng của thiết kế phần mềm có thể được phát biểu bằng một từ - Chất lượng. Thiết kế là nơi chất lượng được nuôi dưỡng trong việc phát triển phần mềm. Thiết kế cung cấp cách biểu diễn phần mềm có thể được xác nhận về chất lượng, là cách duy nhất mà chúng ta có thể chuyển hoá một cách chính xác yêu cầu thành sản phẩm hay hệ thống phần mềm cuối cùng. Ngôn ngữ mô hình hợp nhất UML ( Unified Modeling Language ) là một ngôn ngữ trực quan cung cấp cho các nhà phân tích thiết kế các hệ thống hướng đối tượng một cách hình dung ra các hệ thống phần mềm, mô hình hoá các tổ chức nghiệp vụ sử dụng các hệ thống phấn mềm này, cũng như xây dựng chúng và làm tài liệu về chúng. Công ty phần mềm Rational và OMG ( Object Management Group ) đã cùng nhau đưa ra ba biểu đồ các ký hiệu đối tượng có ý nghĩa, kết hợp với các khía cạnh của nhiều ký hiệu khác, tạo ra một ngôn ngữ mô hình chuẩn nhằm biểu diễn cách thực hành tốt nhất trong ngành công nghiệp phát triển phần mềm. UML vẫn đang tiến triển như là một chuẩn, và trở thành một chuẩn quốc tế được tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO chấp nhận. UML là ngôn ngữ trực quan được dùng trong qui trình phát triển các hệ thống phần mềm. Nó là một ngôn ngữ đặc tả hình thức . Ngôn ngữ ở đây không phải là ngôn ngữ giống với ngôn ngữ tự nhiên của con người hay ngôn ngữ lập trình. Tuy nhiên, nó cũng có một tập các quy luật xác định cách sử dụng. Các ngôn ngữ lập trình có một tập các phần tử và một tập các quy luật cho phép chúng ta tổ chức các phần tử lại với nhau để tạo ra các chương trình hợp lệ. Các ngôn ngữ đặc tả hình thức giống như UML cũng có một tập các phần tử và một tập các qui luật riêng. Với UML, hầu hết các phần tử của nó là các đối tượng đồ hoạ như đường thẳng, hình chữ nhật, hình oval,… Chúng thường được đặt nhãn để cung cấp thêm thông tin. Để có thể xây dựng nên những mô hình – những bản thiết kế phần mềm, người phát triển phần mềm ngoài việc nắm vững UML còn phải có kiến thức xây dựng mô hình đối tượng và kỹ năng về phân tích và thiết kế một hệ thống phần mềm. Để hình thành mô hình UML , chúng ta cần có ba khối : Biểu đồ, phần tử, quan hệ. II. PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH BẰNG UML 1. Biểu đồ ngữ cảnh Hệ thống mà ta cần xây dựng tác động không ngừng với môi trường của nó. Trong giai đoạn đầu tiên của sự phân tích, có thể cho rằng hệ thống được xem xét như một hộp đen phản ứng lại các yêu cầu và những thông điệp từ môi trường. Môi trường gồm vài tác nhân. Mỗi tác nhân tương tác với hệ thống với mục đích khác nhau để trao đổi một tập hợp các thông điệp khác nhau. Biểu đồ mức ngữ cảnh được thể hiện dưới đây cho thấy tất cả các nhân tố có tương tác với hệ thống. Hệ thống tính toán móng băng giao nhau nói riêng cũng như một hệ thống phân tích kết cấu nói chung nhận dạng duy nhất một tác nhân: đó là người dùng hệ thống. Người dùng là tác nhân duy nhất làm việc trực tiếp với hệ thống thông qua giao diện người dùng để đạt tới mục đích của mình. Biểu đồ mức ngữ cảnh (H 2.1): Hình 2.1: Biểu đồ mức ngữ cảnh Hệ thống tính toán băng giao nhau là một hệ thống trợ giúp người làm kết cấu trong quá trình tính toán. Đây là bài toán đặc thù của chuyên ngành sản xuất Xây dựng cho nên, để tương tác được với hệ thống này thì chỉ có duy nhất người sử dụng hệ thống, là người làm kết cấu hoặc kiểm tra, thẩm định kết cấu – là người phải hiểu rõ thấu đáo chuyên ngành của mình, biết được rõ bản chất của vấn đề cũng như lý thuyết có liên quan đến móng băng. Khi công việc của người làm kết cấu đòi hỏi việc tính toán móng băng thì việc tiếp xúc, làm việc với hệ thống là một điều thuận lợi, giúp cho quá trình tính toán kết cấu nhanh hơn. Người làm kết cấu với tư cách là người tiếp xúc trực tiếp với hệ thống cần có những dữ liệu liên quan cần thiết cho việc giải quyết bài toán. Hệ thống yêu cầu nhập dữ liệu để thực hiện quá trình tính toán buộc người dùng phải nhập đầy đủ dữ liệu. Công việc tính toán sẽ được thực hiện nếu người dùng có yêu cầu phân tích kết quả (phân tích nội lực). Sau khi nhận lệnh, hệ thống sẽ làm nhiệm vụ tính toán theo thuật toán đã được lập trình sẵn trong hệ thống và hiển thị kết quả tìm được theo yêu cầu cụ thể của người dùng. Một thực tế là thông thường người làm kết cấu lại không phải là người viết lên chương trình tính toán này nên nếu những người dùng lần đầu tiên tiếp xúc với chương trình hoặc sử dụng chương trình chưa thành thạo thì người dùng cần có hướng dẫn sử dụng chương trình để tránh khỏi những thao tác dẫn đến sai kết quả. Việc tính toán kết cấu mà cho kết quả sai thì dẫn đến hậu quả rất lớn. Do vậy, người dùng sẽ có yêu cầu trợ giúp đòi hỏi hệ thống đáp ứng yêu cầu của mình. Căn cứ vào vấn đề mà người dùng đòi hỏi trợ giúp, hệ thống sẽ hiển thị sự trợ giúp tới người dùng. 2. Biểu đồ Use Case Use case cung cấp một bức tranh toàn cảnh về những gì đang xảy ra trong hệ thống hiện tại hoặc những gì sẽ xảy ra trong hệ thống mới. Biểu đồ Use Case (use case diagram) rất đơn giản với rất ít ký hiệu. Đây là một phương tiện giao tiếp hữu hiệu với người dùng về hệ thống. Về những gì hệ thống được dự định sẽ làm. Biểu đồ Use Case đưa ra các Use Case (tình huống sử dụng), các actor (tác nhân) và các association (quan hệ kết hợp giữa chúng). Use Case biểu diễn chuỗi hành động mà hệ thống thực hiện, actor biểu diễn người hoặc hệ thống khác tương tác với hệ thống đang được mô hình hoá. Use case mô tả một chuỗi các hành động mà hệ thống sẽ thực hiện để đạt được kết quả có ý nghĩa đối với một tác nhân. Hình vẽ dưới đây là biểu đồ Use Case cho thấy các chức năng chính của hệ thống cần xây dựng (H 2.2) Hình 2.2: Biểu đồ Use Case của hệ thống - Nhập dữ liệu bài toán : Người dùng nhập tất cả các dữ liệu của bài toán. Ví dụ : Nhập sơ đồ mặt bằng, nhập số liệu địa chất và tải trọng, nhập vật liệu và tiết diện móng, nhập hệ số nền đất,… - Chạy Sap2000 : Sau khi nhập số liệu mặt bằng, tải trọng, vật liệu, tiết diện cho Sap 2000. Gán liên kết Restrain tại một nút theo phương x, y ( theo phương z chỉ có spring ). Sau đó chạy Sap2000 tìm ra nội lực trong móng. - Tính toán : Tìm được nội lực và độ lún của nền đất từ đó hệ thống kiểm tra các trạng thái giới hạn và tính toán cốt thép theo yêu cầu. - Hiển thị dữ liệu : Hệ thống phải hiển thị dữ liệu đúng như người dùng yêu cầu , xuất sang file *dfx, in ra bản báo cáo, … - Hiển thị trợ giúp : Yêu cầu hệ thống phải hiển thị đầy đủ các thông tin cần thiết phục vụ cho quá trình sử dụng . - Hiển thị dữ liệu đưa vào: Hệ thống phải hiển thị dữ liệu mà người dùng đã nhập vào trước đó, việc này cần thiết khi người dùng kiểm tra lại dữ liệu đã nhập. 3. Biểu đồ lớp ( Class Diagram ) Biểu đồ lớp mô tả các lớp , là các viên gạch để xây dựng bất kỳ hệ thống hướng đối tượng nào. Khả năng cộng tác giữa chúng, bằng cách truyền thông điệp, chỉ ra trong các mối quan hệ giữa chúng. Biểu đồ lớp được sử dụng khắp nơi trong quy trình phát triển. Nó biểu diễn cấu trúc tĩnh của các lớp tạo nên hệ thống hoặc hệ thống con. Cấu trúc tĩnh của các lớp bao gồm các lớp đang xem xét cùng các đặc trưng của chúng, là thuộc tính và thao tác. Chúng sẽ cung cấp các khả năng để thực hiện một phần các yêu cầu chức năng hệ thống. Biểu đồ lớp không chỉ ra các thành phần của mô hình lớp tương tác với nhau. Đó là kỹ thuật của biểu đồ tuần tự hoặc của biểu đồ cộng tác. Hệ thống gồm có 5 lớp chính : Dữ liệu đất: Mô tả các thông tin về nền đất của công trình. Gồm có các trường : Tên đất, trạng thái, độ sệt, chiều dày lớp đất, dung trọng tự nhiên, dung trọng riêng, góc ma sát trong, lực dính, hệ số nở hông, độ ẩm tự nhiên, môđun biến dạng. Tải trọng: Mô tả các giá trị của các loại tải trọng tác dụng lên móng. Gồm có các trường: Tải trọng nút, tên trường hợp tải, lực theo phương X, lực theo phương Y, lực theo phương Z, mômen theo phương X, mômen theo phương Y, tải trọng phần tử, tải tập trung, tải phân bố. Vật liệu: Mô tả vật liệu dùng trong móng. Gồm có các trường: Mác bêtông, cường độ chịu kéo Rn, cường độ chịu nén Rk, môđun đàn hồi, nhóm cốt thép, cường độ kéo Ra, cường độ kéo Ra’. Móng : Mô tả các thông tin về móng. Nó gồm có các trường: Tên tiết diện, hình dáng tiết diện, kích thước tiết diện, chiều dày của lớp bảo vệ, kích thước tiết diện cột, chiều sâu chôn móng, kích thước cột, cốt thép chịu lực, cốt thép đai, số lượng cốt thép, đường kính cốt thép, khoảng cách cốt thép. Toạ độ : Gồm có các trường: Toạ độ theo phương X, toạ độ theo phương Y, toạ độ theo phương Z. Năm lớp trên đều là các lớp của đối tượng dữ liệu được người dùng nhập vào, do vậy chúng có chung ba phương thức là : Nhập(), Sửa(), Xoá() để thao tác với dữ liệu đưa vào. Biểu đồ lớp của hệ thống (H 2.3): Hình 2.3 : Biểu đồ lớp của hệ thống 4. Biểu đồ tuần tự Là phương tiện biểu diễn tương tác dưới dạng hình ảnh, biểu đồ cộng tác có hai đặc điểm chính: Mô tả các mối quan hệ cấu trúc, giữa các vai trò lớp hoặc giữa các đối tượng dưới dạng vai trò kết hợp hoặc liên kết nhằm phản ánh cấu trúc của biểu đồ lớp, và mô tả thứ tự của tương tác bằng cách đánh số thứ tự các thông điệp. Các biểu đồ tuần tự biểu diễn một số thông tin tương tự, nhưng không phải tất cả. Chúng biểu diễn các thể hiện đóng vai trò được định nghĩa trong cộng tác, chúng không biểu diễn các quan hệ cấu trúc giữa các đối tượng mà biểu diễn thứ tự của tương tác một cách trực quan bằng cách dùng trục đứng của biểu đồ để biểu diễn thời gian. a. Các đối tượng của biểu đồ tuần tự Form nhập dữ liệu cho chương trình: Form nhập sơ đồ mặt bằng: Tạo hệ lưới mô tả sơ đồ hình học Form nhập dữ liệu địa chất: dùng cho người sử dụng nhập số liệu địa chất các hố khoan Form khai báo vật liệu: Nhập tên vật liệu các thông số của bê tông, cốt thép như cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi,… Form khai báo kiểu tiết diện và gán tiết diện cho vật liệu : Nhập kích thước tiết diện móng và gán vật liệu cho nó. Form nhập tải trọng công trình : Định nghĩa các trường hợp tải trọng, nhập tải trọng cho các nút, các phần tử thanh. Form khai báo hệ số nền: Giúp cho người sử dụng định nghĩa hệ số nền đất K . Gán hệ số nền cho các nút được chọn Các module tính toán: Module khởi tạo: Chứa các biến chung phục vụ quá trình nhập, xuất dữ liệu. Chứa thủ thục khởi tại giá trị ban đầu cho các biến cần thiết. Module đất nền: Chứa dữ liệu là các chỉ tiêu cơ lý của các hố khoan địa chất, sử lý các dữ liệu đất nền nhập và tính toán các số liệu phục vụ cho việc tính toán kiểm tra cường độ đất nền, tính lún,… Module vật liệu: Tạo thư viện vật liệu, chứa các biến số chung phục vụ cho quá trình nhập vật liệu. Module kiểm tra nhập: Chứa các hàm, các thủ tục phục vụ cho quá trình nhập dữ liệu. Module xử lý tải trọng: Chứa các hàm, các thủ tục liên quan đến nhập tải trọng và sử lý các số liệu tải trọng trong quá trình tính toán. Module tính toán : Chứa toàn bộ các hàm, thủ tục điều khiển quá trình tính toán móng băng. Module đồ hoạ: Chứa các hàm, thủ tục khởi tạo đồ hoạ, xử lý số liệu đồ hoạ, kết xuất bản vẽ ra các Form. Các Form xem kết quả: Form biểu đồ chuyển vị nút: Đưa ra biểu đồ chuyển vị của móng băng . Form biểu đồ lực cắt: Đưa ra biểu đồ lực cắt của móng băng. Form biểu đồ mômen: Đưa ra biểu đồ mômen của móng băng Form kiểm tra độ lún: Kiểm tra độ lún của móng băng. Form bản vẽ địa chất: Bản vẽ cấu tạo lát cắt địa chất. Form lập báo cáo: Báo cáo kết quả tính móng dưới dạng văn bản. b. Sơ đồ tương tác của biểu đồ tuần tự Biểu đồ tuần tự quá trình nhập dữ liệu trong chương trình (H 2.4): Hình 2.4 : Biểu đồ tuần tự quá trình nhập dữ liệu cho chương trình Biểu đồ tuần tự quá trình tính toán trong chương trình (H 2.5): Hình 2.5 : Biểu đồ tuần tự quá trình tính toán chương trình Biểu đồ tuần tự xem kết quả của chương trình (H 2.6): Hình 2.6: Biểu đồ tuần tự kết quả xem chương trình 5. Biểu đồ cộng tác Trong các hệ thống hướng đối tượng, các đối tượng phối hợp hoạt động với nhau tạo ra chức năng mà người sử dụng yêu cầu. Mỗi đối tượng độc lập chỉ cung cấp một phần nhỏ của chức năng, khi phối hợp hoạt động sẽ tạo ra chức năng ở mức cao mà con người có thể sử dụng. Để phối hợp hoạt động, các đối tượng cần giao tiếp với nhau bằng cách gửi các thông điệp. Hoạt động phối hợp như vậy, nhằm đưa ra một kết quả hữu ích nào đó, được gọi là cộng tác (collaboration). Biểu đồ cộng tác được dùng trong quá trình phác thảo thỉ mỉ biểu đồ lớp nhằm giúp người phân tích hiểu được các nhóm đối tượng tham gia hiện thực một use case. Biểu đồ cộng tác được sử dụng khi biểu đồ lớp không diễn đạt được hết ý nghĩa tương tác giữa các đối tượng. Biểu đồ cộng tác được dùng trong các giai đoạn đầu của dự án để xác định các đối tượng tham gia vào một use case. Mỗi cộng tác biểu diễn một góc nhìn của biểu đồ lớp, và được tổ hợp trong mô hình của toàn bộ hệ thống. Ngoài ra, biểu đồ cộng tác còn được dùng để xác định các đối tượng có liên quan trong các thao tác. Với công cụ hỗ trợ cho ngôn ngữ UML, phần mềm Rational Rose cung cấp cho người dùng một biểu đồ cộng tác từ biểu đồ tuần tự với phím F5: Biểu đồ cộng tác quá trình nhập dữ liệu trong chương trình (H 2.7): Hình 2.7 : Biểu đồ cộng tác quá trình nhập dữ liệu cho chương trình Biểu đồ cộng tác quá trình tính toán của chương trình (H 2.8) Hình 2.8 Biểu đồ cộng tác quá trình tính toán của chương trình Biểu đồ cộng tác quá trình xem kết quả của chương trình ( H 2.9) Hình 2.9: Biểu đồ cộng tác quá trình xem kết quả chương trình 6. Biểu đồ trạng thái Biểu đồ trạng thái( statechart diagram) là phương tiện mô tả hành vi của các phần tử của mô hình động.Ví dụ , máy điện thoại có thể có các trạng thái: Đang gác máy, đang quay số, máy bận, bị ngắt kết nối. Chúng ta có thể dùng một biểu đồ trạng thái để liên kết các trạng thái với nhau và xác định các dòng hợp lệ trong hệ thống. Khi mộ phần tử đang ở một trạng thái nào đó, công việc có thể được tiến hành hoặc không. Các trạng thái là các nhìn logic của một thực thể. Biểu đồ trạng thái thường được dùng để mô tả hành vi của các lớp, tuy nhiên chúng cũng được dùng để mô tả hành vi của các phần tử khác. Xét đối tượng Dữ liệu đất, đại diện cho các đối tượng lưu dữ liệu do người dùng nhập vào (H 2. 10): Hình 2.10 : Biểu đồ trạng thái Ban đầu khi ứng dụng được khởi động, đối tượng ở trạng thái rỗng vì người dùng chưa nhập dữ liệu liên quan. Sau khi người dùng nhập dữ liệu hoặc gọi tệp đã có sẵn trên đĩa, đối tượng chuyển sạng trạng thái chứa dữ liệu. Lúc này các trường của đối tượng đã mang các giá trị cụ thể và phục vụ cho quá trình chạy chương trình. Và trạng thái này sẽ duy trì cho đến khi người dùng kết thúc ứng dụng. Trong quá trình thao tác với hệ thống, người dùng có thể tạo mới một tệp khác ứng với một trường hợp khác thì đối tượng lại quay trở về trạng thái rỗng như lúc ứng dụng được khởi động và lặp lại những trạng thái tất yếu của nó. 7. Biểu đồ hoạt động Biểu đồ hoạt động ( activity diagram) là một phương tiện mô tả các dòng công việc và được dùng theo nhiều cách khác nhau. Như một công cụ phân tích, nó mô tả các dòng nghiệp vụ với nhiều mức độ chi tiết, mô tả các dòng phức tạp bên trong use case hoặc giữa các use case. Ở mức thiết kế, biểu đồ hoạt động được dùng để mô tả chi tiết bên trong một thao tác. Ngoài ra trước khi xác định use case, nó còn được dùng để xác định các yêu cầu nghiệp vụ ở mức cao, một phương tiện mô tả use case và các hành vi phức tạp bên trong đối tượng. Các biểu đồ hoạt động bổ sung cho các biểu đồ tương tác, và có quan hệ mật thiết với biểu đồ trạng thái. Biểu đồ hoạt động của hệ thống (H 2.11) : H 2.11: Biểu đồ hoạt động của hệ thống III. THIẾT KẾ GIAO DIỆN 1. Giao diện chính Giao diện đã được Việt hoá hoàn toàn, rất thân thiện với người sử dụng. Ngoài ra với hệ thống thanh công cụ phong phú và hệ thống nút tắt sẽ giúp người dùng có thể thực hiện công việc một cách nhanh chóng và thuận tiện (H 2.12) a. Giao diện chính của chương trình : Hình 2.12 : Giao diện của chương trình b. Thanh công cụ của chương trình: 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 bằng cách chỉ lại gần nút đó . Chương trình sẽ tự động đưa ra tên và tác dụng của nút. Chương trình có 2 thanh công cụ là : Standard phục vụ cho quá trình : Quản lý tệp tin, Kết xuất bản vẽ, Phóng to thu nhỏ cửa sổ đồ hoạ.(H 2.13). Và thanh công cụ Nhập sơ đồ cho phép người dùng quan sát theo từng mặt phẳng, chọn phần tử, …( H 2.14) Quản lý tệp tin Chạy chương trình In và kết xuất bản vẽ Phóng to thu nhỏ cửa sổ đồ hoạ. Hình 2.13 : Thanh công cụ Standard Quan sát theo mặt phẳng Tạo sơ đồ mặt bằng Chọn phần tử Hình 2.14 : Thanh công cụ nhập sơ đồ móng băng c. Màn hình đồ hoạ: Hiển thị các kết quả đồ hoạ của chương trình. Ví dụ: Hình vẽ minh hoạ cột địa chất. Hình vẽ các biểu đồ kết quả nôị lưc sau khi chạy chương trình. …. Màn hình đồ hoạ này chỉ xuất hiện khi người dùng nhập dữ liệu cho chương trình. 2. Giao diện nhập dữ liệu vào a. Nhập sơ đồ mặt bằng: Trong trường hợp người thiết kế có một sơ đồ mặt bằng móng cần nhập vào chương trình để tính toán phương án móng hoặc muốn thể hiện sơ đồ mặt bằng móng, chương trình cung cấp các chức năng mô tả đồ hoạ để mô hình hoá kết cấu và tạo số liệu cho việc tính toán móng . Các chức năng chủ yếu là : Tạo hệ lưới, thư viện kết cấu, thêm phần tử, chia nhỏ phần tử, xoá phần tử thanh. (H 2.15) Hình 2.15: Menu Sơ đồ + Thư viện kết cấu : Chương trình sẽ tự động tạo một sơ đồ kết cấu theo hai phương X và Y. Khi chọn Thư viện kết cấu, chương trình sẽ hiện hộp thoại (H 2.16) : Hình 2.16 : Giao diện nhập sơ đồ mặt bằng móng Lựa chọn theo phương ( X hoặc Y ) mà cần tạo ra nhập tổng khoảng các các điểm lưới trên phương đó, sau đó ấn nút Thêm. Trong quá trình nhập có thể sửa lại giá trị bằng nút Xoá. Bấm Đồng ý để hoàn thất việc nhập + Thêm phần tử thanh : Click chuột vào hai nút hoặc điểm lưới trên sơ đồ kết cấu, chương trình tạo ra phần tử thanh trên hai nút hoặc hoặc điểm vừa chọn. Trong quá trình nhập phần tử thanh nếu sau khi trỏ 1 điểm và bấm phím phải chuột thì chương trình thoát khỏi câu lệnh thêm phần tử. + Xoá phần tử : Để xoá phần tử thanh, chọn thanh cần xoá phần tử sau đó chọn Xoá phần tử thanh. b. Nhập dữ liệu địa chất Sau khi nhập sơ đồ mặt bằng thì bước tiếp theo của quá trình thiết kết là bạn phải nhập số liệu địa chất ( H 2.17). Hình 2.17 : Menu Nhập dữ liệu địa chất Chương trình cho phép nhập hố khoan địa chất trên một lát cắt địa chất. Trong Module Khởi tạo của chương trình đã có sẵn 1 hố khoan địa chất. Click chuột vào bảng hố khoan địa chất để chọn hố khoan địa chất đó, sau đó Click Sửa để sửa chữa thay đổi số liệu các chỉ tiêu cơ lý đã được nhập từ trước của hố khoan đó.(H 2.18) Hình 2.18: Giao diện nhập số liệu địa chất Khi Click Sửa. Chương trình sẽ hiện sẽ hiện lên hộp thoại như hình 2.19 Bạn có thể nhập vào các chỉ tiêu cơ lý của đất. Các nút lệnh Thêm, Xoá , Sửa trong biểu mẫu để thêm , thay đổi thay xoá một lớp đất. Các số liệu nhập là: Chiều dày lớp đất, Dung trọng tự nhiên, dung trọng riêng, lực dính, góc ma sát, độ ẩm, hệ số nở hông, môđun biến dạng của các lớp đất. Các số hiệu này tương ứng với ba loại đất ở ba hộp chọn :” Đất rời “ “Đất hạt mịn” “Đất khác”. Nếu có số liệu về thí nghiệm nén ép đất ( Theo thí nghiệm nén ép một trục không nở hông ) Bạn Click chuột vào lựa chọn “Kết quả thí nghiệm nén ép” để nhập các thông số cần thiết. Sau khi nhập xong số liệu Click chuột vào nút Đồng ý để lưu các giá trị vừa nhập. Click Huỷ bỏ để không lựa chọn việc thay đổ hay nhập thêm số hiệu cơ lý. Sau đó trở về hộp thoại ban đầu. : Hình 2.19 Giao diện nhập các chỉ tiêu cơ lý của đất c. Nhập dữ liệu tính toán móng băng : Hình 2.20: Giao diện định nghĩa vật liệu Vật liệu : Chương trình cho phép nhập nhiều kiểu vật liệu cho một công trình. Khi chọn mục này sẽ xuất hiện hộp thoại như hình 2.20. Click vào Thêm, Sửa, Xoá để thêm , sửa , xoá một loại vật liệu nào đó. Khi Click chuột vào Đồng ý để xác nhận. Click Huỷ bỏ để không thực hiện lệnh chọn và thoát ra ngoài. - Tiết diện : Chương trình cho phép nhập nhiều kiểu tiết diện cho một công trình người dùng có thể gán các loại tiết diện khác nhau cho từng phần tử thanh sau khi đã chọn phần tử này. Click chuột vào Thêm, Sửa, Xoá để thêm , sửa, xoá một kiểu tiết diện nào đó. Khi Click chuột vào Đồng ý thì các phần tử được chọn sẽ được gán cho kiểu tiết diện đã được đánh dấu từ danh sách tiết diện. Click Huỷ bỏ để không thực hiện câu lệnh chọn và thoát ra ngoài. Khi Click Sửa kiểu tiết diện sẽ hiện ra hộp thoại (H 2.21): Hình 2.21: Giao diện nhập các thông số của tiết diện - Định nghĩa tải trọng : Chương trình cho phép người dùng nhập vào các trường hợp tải trọng ( H 2.2) Hình 2.22: Giao diện định nghĩa các trường hợp tải Sau khi đã nhập các trường hợp tải người sử dụng phải chọn trường hợp tải trọng hiện thời là một trong các trường hợp tải vừa nhập. Các trường hợp tải này xuất hiện ở bên trái cửa sổ. - Tải trọng nút : Nhập giá trị tải trọng vào các ô .(H 2.23) Chú ý đến chiều của lực tác dụng. Nếu chọn Thêm tải trọng thì chương trình sẽ cộng thêm tải trọng phân bố vào trường hợp tải hiện thời. Nếu Click chọn Thay thế tải trọng cũ, chương trình sẽ chèn tải tọng phân bố lên giá trị tải trọng cũ. Click chọn Xoá tải trọng cũ để xoá tất cả các tải trọng trong trường hợp tải trọng hiện thời Hình 2.23 : Giao diện nhập tải trọng nút - Tải trong thanh : Nhập giá trị tải trọng phân bố vào các ô . Nếu Click chọn Thêm tải trọng thì chương trình sẽ cộng thêm tải trọng phân bố vào trường hợp tải hiện thời. Nếu chọn Thay thế tải trọng cũ, chương trình sẽ chèn tải tọng phân bố lên giá trị tải trọng cũ. Chọn Xoá tải trọng cũ để xoá tất cả các tải trọng trong trường hợp tải trọng hiện thời. ( H 2.24) Hình 2.24: Giao diện nhập tải trọng cho phần tử Hệ số nền: Sau khi đã chia nhỏ các thanh thành các phần tử nhỏ ta gán hệ số nền cho nút bằng cách chọn các nút định gán sau đó chọn : Hệ số nền Người dùng chọn một trong số các loại hệ số nền trong danh sách sau đó click Đồng ý để gán hệ số nền cho nút. Người dùng Click Thêm hoặc Sửa để định nghĩa thêm hoặc thay đổi kiểu hệ số nền .( H 2.25) Hình 2.25 : Giao diện định nghĩa hệ số nền 3. Giao diện tính toán : Sau khi đã nhập đủ các số liệu chương trình sẽ phân tích, xử lý số liệu vào tính toán các phương án móng đã chọn. Quá trình tính toán, phân tích nội lực của chương trình là một quá trình vô cùng phức tạp và được hỗ trợ bởi phần mềm chuyên về kết cấu Sap2000 v.7.40. Do vậy, khi bài toán được phân tích thì chương trình sẽ làm nhiệm vụ kích hoạt Sap2000 phân tích nội lực và lấy kết quả từ Sap. Quá trình này mất khá nhiều thời gian của hệ thống vì chương trình phải thực hiện rất nhiều thủ tục trước khi kích hoạt Sap2000 chạy cũng như đọc kết quả mà Sap đã tính toán được. Vì thế biểu mẫu “Quá trình phân tích tính toán” được thiết kế với mục đích để chương trình trở nên “động” trong quá trình thực thi các công việc này, và cũng giúp tránh được cảm giác chờ đợi nơi người dùng (H . 26). Hình 2.26: Giao diên thể hiện quá trình tính toán Chương trình thực hiện công việc nào thì trên biểu mẫu sẽ thông báo tương ứng. Ví dụ : Tạo tệp s2k… 4. Giao diện cho dữ liệu ra Sau khi chạy chương trình sẽ đọc kết quả nội lực từ tệp *.Out của Sap 2000 và đưa ra kết quả biểu đồ nội lực của m óng. Và sau khi tìm được nội lực trong móng thì ta sẽ tính toán cốt thép theo yêu cầu. Như vậy đầu ra của bài toán chi làm hai phần rõ rệt : Phần đồ hoạ và phần số liệu kết quả Phần đồ hoạ : Cột địa chất : Chương trình đưa ra kết quả cột địa chất kèm theo các chỉ tiêu cơ lý mà người dùng đã nhập vào trước đó. Ngoài ra chương trình còn cho phép người dùng có thể dễ dàng xuất bản vẽ sang file *.dwg của AutoCad để chỉnh sửa khi cần thiết. (H 2.27) Hình 2.27: Bản vẽ trụ địa chất Biểu đồ nội lực: Màn hình đồ hoạ của giao diện chính sẽ là nơi hiển thị kết quả đồ hoạ của bài toán. Để hiển thị kết quả đồ hoạ của bài toán, người dùng phải kích hoạt menu Kết quả tính móngà Kết quả nội lực trên giao diện chính rồi lựa chọn loại biểu đồ muốn hiển thị . Có ba loại biểu đồ hiển thị là Biểu đồ Mômen, Biểu đồ lực cắt và Biểu đồ chuyển vị. (H 2.28) Hình 2.28: menu xem kết quả nội lực Khi người dùng muốn xem biểu đồ nào chương trình sẽ đưa ra một biểu mẫu có các lựa chọn về thuộc tính đồ hoạ cho nó. (H 2.29) Hình 2.29: Lựa chọn xem biểu đồ nội lực Với lựa chọn tỉ lệ cho biểu đồ, người dùng có thể nhập vào đó tỉ lệ hiện thị tuỳ ý, hoặc nếu không chương trình sẽ tự động điều chỉnh tỉ lệ của biểu đồ sao cho hiển thị trên màn hình đồ hoạ không bị chồng chéo hoặc cũng không bé quá để dễ dàng quan sát hơn. Và kết quả sẽ được hiển thị trên màn hình đồ hoạ như sau: + Biểu đồ Mômen (H 2.30): Hình 2.30 : Biểu đồ Mômen +Biểu đồ Lực cắt (H 2.31) : Hình 2.31: Biểu đồ lực cắt +Biểu đồ chuyển vị nút (H 2.32): Hình 2.32 : Biểu đồ chuyển vị b. Các Form kết quả đầu ra + Thiết kế cốt thép : Người dùng chọn vào mục Thiết kếà Thiết kế cốt thép này để tính ra hàm lượng cốt thép yêu cầu cho từng dầm móng. Hình 2.33 : Giao diện xem nội lực các dầm H ình 2.34: Giao diện bố trí cốt thép Sau đó người dùng nhập vào kích thước các cột. Chương trình sẽ tự động tìm ra giá trị nội lực lớn nhất của dầm móng theo giá trị biểu đồ bao nội lực từ đó tính toán cốt thép cho từng dầm móng theo giá trị Max đó.(H 2.33) Người dùng có thể chỉnh sửa cốt thép khi chọn Thiết kế à Bố trí cốt thép. Từ From bố trí cốt thép (H 2.34) người dùng Click chọn Đk thép dưới và Đk thép trên từ đó chương trình sẽ tính ra số thép bố trí theo phương dọc dầm cho các dầm móng tương ứng. + Kiểm tra độ biến dạng của đất nền : Khi người dùng Click chọn : Kiểm tra chịu lực à Kiểm tra độ biến dạng trên giao diện chính (H 2.35) Hình 2.35: Menu kiểm tra chịu lực Chương trình đưa ra độ lún lớn nhất của đất nền ở các dầm dọc và ngang. Cùng với thông báo và kết luận khả năng chịu lún của đất nền dưới đáy móng (H 2.36) Hình 2.36: Giao diện xem kết quả tính lún + Kiểm tra kết quả chọc thủng: Khi người dùng Click chọn : Kiểm tra chịu lực à Kiểm tra chọc thủng móng. Chương trình sẽ đưa ra kết quả kiểm tra chọc thủng ở cột có vị trí nguy hiểm nhất (H 2.37) : Hình 2.37: Giao diện kiểm tra chọc thủng ở cột có vị trí nguy hiểm nhất 5. Giao diện trợ giúp người dùng Như đã trình bày trong phần Thiết kế chương trình, phần trợ giúp người sử dụng trong quá trình thực thi chương trình là một phần rất quan trọng của bất kỳ một phần mềm nào.Trong quá trình thực thi chương trình : “Tính toán nông dạng dầm hoặc móng băng giao nhau “, nếu người dùng có yêu cầu hỗ trợ giúp đỡ, họ có thể kích hoạt chức năng này thông qua menu Trợ giúp à Trợ giúp theo nội dung. (H 2.38) Hình 2.38 : Trợ giúp chương trình Hoặc cũng có thể kích hoạt chức năng này bằng việc nhấn phím F1. Ngoài chức năng trợ giúp người sử dụng về cách sử dụng chương trình, menu Trợ giúp còn cho người dùng có thể xem thông tin về chương trình và tác giả thông qua Menu Thông tin về chương trình. CHƯƠNG III CỞ SỞ LÝ THYẾT TÍNH TOÁN I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element method – FEM, phương pháp PTHH) là một phương pháp đặc biệt có hiệu quả để tìm dạng gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác định của nó. Phương pháp PTHH ra đời từ thực tiễn phân tích kết cấu, sau đó được phát triển một cách chặt chẽ và tổng quát như phương pháp biến phân hay số dư có trọng số để giải quyết những bài toán vật lý khác nhau. Tuy nhiên khác với phương pháp biến phân số dư có trọng số cổ điển như Ritz hay Galerkin, phương pháp PTHH không tìm dạng xấp xỉ của hàm trong toàn miền xác định mà chỉ trong từng miền con (phần tử) thuộc miền xác định đó. Do vậy phương pháp PTHH rất thích hợp với các bài toán vật lý và kỹ thuật, nhất là các bài toán kết cấu, trong đó hàm cần tìm được xác định trên những miền phức tạp bao gồm nhiều miền nhỏ có tính chất khác nhau. Trong phương pháp PTHH, miền tính toán được thay thế bởi các miền con gọi là phần tử, và các phần tử xem như chỉ được nối kết với nhau qua ở một số điểm xác định trên biên của nó gọi là điểm nút. Trong phạm vi mỗi phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ theo dạng phân bố xác định nào đó, chẳng hạn với bài toán kết cấu, đại lượng cần tìm là chuyển vị hay ứng suất nhưng nó cũng có thể được xấp xỉ hoá bằng một dạng phân bố xác định nào đó. Các hệ số của hàm xấp xỉ được gọi là các thông số hay các toạ độ tổng quát. Tuy nhiên, các thông số này lại được biểu diễn qua trị số của hàm và có thể cả trị số đạo hàm của nó tại các điểm nút của phần tử. Như vậy các hệ số của hàm xấp xỉ có ý nghĩa vật lý xác định, do vậy nó rất dễ thoả mãn điều kiện biên của bài toán, đây cũng là một ưu điểm nổi bật của phương pháp PTHH so với các phương pháp xấp xỉ khác. Tuỳ theo ý nghĩa hàm xấp xỉ trong bài toán kết cấu, người ta chia ra làm ba mô hình sau: Mô hình tương thích: biểu diễn dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử, ẩn số là các chuyển vị và đạo hàm của nó được xác định từ hệ phương trình thành lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange hoặc định lý dừng của thế năng toàn phần. Mô hình cân bằng: biểu diễn một cách gần đúng dạng gần đúng của ứng suất hoặc nội lực trong phần tử. Ẩn số là các lực tại nút và được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano hoặc định lý dừng của năng lượng bù toàn phần. Mô hình hỗn hợp: biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cả chuyển vị và ứng suất trong phần tử, Coi chuyển vị và ứng suất là hai yếu tố độc lập riêng biệt, các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thành lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Reisner-Helinge. Trong ba mô hình trên thì mô hình tương thích được sử dụng rộng rãi hơn cả, hai mô hình còn lại chỉ sử dụng có hiệu quả trong một số bài toán. Như vậy, thực chất của phương pháp PTHH là chia vật thể biến dạng thành nhiều phần tử có kích thước hữu hạn gọi là Phần tử hữu hạn. Các phần tử này được liên kết với nhau bằng các điểm gọi là nút hoặc điểm nút.Tuỳ theo hình dạng sự làm việc của từng bộ phận kết cấu mà người ta xây dựng những phần tử thích hợp để đảm bảo các yêu cầu về sự tương thích, và sự mô tả quá trình làm việc một cách gần chính xác của các bộ phận. Vì thế, người ta phân loại các phần tử như sau: * Theo hình học: - Phần tử 1 chiều: thanh dàn, dầm , cáp… - Phần tử 2 chiều: tấm chịu uốn, ứng suất phẳng , biến dạng phẳng, vỏ… - Phần tử 3 chiều: phần tử khối… * Theo tính chất làm việc: thanh dàn, dầm, cáp, tấm vỏ, phẳng, khối, phần tiếp xúc… II. GIỚI THIỆU VỀ SAP 2000 Sap2000 là một phiên bản trong bộ Sap phục vụ việc tính toán kết cấu, là một phần mềm nổi tiếng Thế giới, điểm ưu việt của nó là khả năng tính toán rất mạnh, dễ sử dụng và được xem là một công cụ tính toán chính trong xây dựng ngày nay. Sap2000 đã tích hợp các chức năng phân tích kết cấu bằng phương pháp PTHH và tính năng thiết kế kết cấu thành một. Ngoài khả năng phân tích bài toán thường gặp của kết cấu công trình, Sap2000 đã bổ sung thêm các loại phần thử mẫu và tính năng phân tích kết cấu phi tuyến. Khả năng của Sap2000 là rất lớn trong việc giải quyết các bài toán kết cấu. Đây là một phần mềm dễ sử dụng, cung cấp nhiều tính năng mạnh để mô tả lớp các bài toán kết cấu phổ biến trong thực tế kỹ thuật, bao gồm: cầu, đập chắn, bồn chứa, các toà nhà…Thư viện phần tử mẫu gồm có: thanh dàn, dầm (Frame, Truss), tấm vỏ - màng (Shell/Plate), phần tử hai chiều - ứng suất phẳng biến dạng phẳng, đối xứng trục (Plane/Asolid), phần tử khối (Solid) cho tới phần tử phi tuyến (Nllink). Sap2000 cung cấp cho người dùng chức năng khai báo vật liệu có thể là tuyến tính đẳng hướng hoặc trực hướng và phi tuyến. Bên cạnh đó, các liên kết trong Sap2000 rất phong phú: liên kết cứng, liên kết đàn hồi, liên kết cục bộ khử bớt các thành phần phản lực. Ngoài ra, ta còn phải kể đến khả năng tính toán đa hệ tọa độ trong Sap, nghĩa là có thể dùng nhiều hệ toạ độ để mô hình hoá từng phần tử của kết cấu; nhiều cách thức ràng buộc các phần khác nhau của kết cấu; tải trọng tác dụng có thể là lực tập trung, lực phân bố, áp lực lên phần tử, tải trọng phổ gia tốc, ảnh hưởng do nhiệt, tải trọng điều hoà và tải trọng di động…Những tải trọng này có thể đặt tại nút, phân bố đều, hình thang…Và cuối cùng là khả năng giải quyết những bài toán lớn không hạn chế số ẩn số, giải thuật ổn định và hiệu suất cao. Chương trình Sap được cấu trúc dược dạng tệp thực thi chưong trình chính, nó sẽ gọi lần lượt các tệp chính và các tệp phụ trợ khác (*.dll) trong quá trình thực hiện.Tệp dữ liệu của Sap có phần mở rộng là *.sdb và tệp *.s2k chứa các dữ liệu vào của chương trình. Người dùng có thể dùng các phần mềm soạn thảo thông thường để sửa chữa. Các tệp kết quả bao gồm *.eko chứa các thông tin về dữ liệu nhập nào và tệp *.out chứa tất cả các kết quả được xuất ra. Trên cơ sở đã tìm hiểu về phần mềm Sap2000, đồ án chọn Sap2000 v.7.40 để hỗ trợ cho quá trình tính toán. Biết được cấu trúc chương trình Sap2000 ta tiến hành thiết lập mô hình đầu vào cho Sap và kích hoạt Sap phân tích bài toán. Sau khi quá trình phân tích hoàn thành, tiến hành lấy dữ liệu của bài toán thông qua tệp dữ liệu của Sap. III. GIẢI BÀI TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Đồ án dùng Sap 2000 cho việc tính toán móng loại dầm, bản như : khi đó có thể kể đến sự thay đổi hệ số nền kđ và độ cứng EJ của các phần tử kết cấu móng . Khi phân tích móng mềm chủ yếu sử dụng mô hình nền Winkler vì đơn giản và phù hợp với một số loại đất thông dụng. Để mô hình hoá kết cấu khi tính toán ta chia nhỏ kết cấu móng ( dầm, bản) thành các phần tử nhở đất nền được thay bởi các lò xo nằm phân bố dưới đáy móng, độ cứng của lò xo Ku được xác định từ hệ số nền k của đất dưới đáy móng. Hệ số nền k của đất được xác định theo các công thức thực nghiệm, có thể lấy kinh nghiệm theo bảng sau (H 3.1) : Bảng hệ số nền k Đặc tính chung của nền Tên đất K(kg/cm) Đất ít chặt Đất chảy, cát mới lấp, sét ướt nhuyễn 0,1 -0,5 Đất chặt vừa Cát đã đắp từ lâu , sỏi đắp, sét ẩm 0,5 -5 Đất chặt Cát chặt đắp từ lâu, sỏi chặt đắp từ lâu, cuội , sét ít ẩm 5-10 Đất rất chặt Cát sét được nén nhân tạo, sét cứng 10-20 Đất cứng Đá mềm, nứt nẻ, đá vôi, sa thạch 20-100 Đất đá Đá cứng tốt 100-1500 Nền nhân tạo Nền cọc 5-15 Hình 3.1 : Bảng hệ số nền Do hệ số nền của đất dưới đáy móng được xác định theo công thức thực nghiệm hay lấy theo kinh nghiệm nên cần phải tính lặp nhiều lần để tìm ra giá trị hệ số nền gần chính xác nhất từ đó xác định được nội lực của móng được chính xác hơn. Các bước khi tính toán nội lực theo phương pháp lặp hệ số nền của đất sử dụng Sap2000 : Nhập số liệu sơ đồ mặt bằng, tải trọng, vật liệu, tiết diện cho Sap2000 Gán liên kết Restrain tại một nút theo phương x, y ( theo phương z chỉ có spring ) Chia nhỏ phần tử kết cấu dầm thành các phần tử dạng thanh ( Frame) bản thành phần tử dạng tấm phẳng (plane ) Tính sơ bộ độ cứng của lò xo Ku theo các bước sau: Từ tải trọng và kích thước móng tính áp lực r dưới đáy móng coi r là phân bố tuyến tính. Lưu ý kích thước móng được lấy theo kích thước của một phân tố chia nhỏ ax b Tính lún của phân tố cụ thể mỗi lò xo chịu tải trọng một móng đơn có kích thước ax b, từ điều kiện nền đất và áp lực đáy móng r tính ra độ lún s của móng khi đó k = Tính độ cứng của lò so theo công thức Ku = k. a.b= . a.b Nhập Ku cho các nút bằng liên kết vào Sap2000 Chạy chương trình Kiểm tra Ku: Sau khi đã có kết qủa phân tích Sap2000 tìm được Ru ( là phản lực lò xo) và u ( chuyển vị tại nút ). Từ Ru và điều kiện nền đất tính lại độ lún s và u nếu nằm trong giới hạn chênh lệch cho phép ( thường lấy < 10%) thì chấp nhận được , nếu vượt qua giới hạn cho phép tính lại hệ số nền k = v à độ cứng của lò xo Ku theo : Ku = k. a.b sau đó nhập Ku vào Sap2000 để tính lại . Thông thường việc tính lặp chỉ chọn một số nút để tính IV. THIẾT KẾ TIẾT DIỆN, TÍNH TOÁN CỐT THÉP Sau khi tìm được nội lực trong móng M, Q và độ lún của nền đất từ đó tính toán cốt thép theo yêu cầu : 1. Theo phương ngang : Coi như tính như móng băng cứng dưới tường ( coi bản móng là bản conson ngàm tại tiết diện mép sườn dưới hàng cột hay mép cột ) Hình 3.2 : Sơ đồ kiểm tra chiều cao làm việc của móng Chiều cao h của móng băng được xác định theo hai điều kiện : Theo tiết diện nghiêng 45o ( theo phương của ứng suất chính ) Q. c k. R. h Trong đó : : Ứng suất trung bình gây đâm thủng tại đáy móng = R : Cường độ chịu kéo của bê tông. h h = h + a Tiết diện thẳng đứng ở mép tường, cốt thép chịu lực ( theo phương ngang được tính theo mômen uốn M = Diện tích cốt thép yêu cầu : F Chọn số thanh và đường kính thép sao cho khoảng cách thép a = 100 – 200. 2. Theo phương dọc Tính nội lực của của móng và cấu tạo móng theo sơ đồ dầm liên tục. Có thể tính gần dúng áp dụng trong thiết kế sơ bộ khi độ cứng công trình bên trên lớn theo cách sau : Coi móng dầm là cứng áp lực dưới đáy móng băng dưới hàng cột : p= Trong đó : N : Tải trọng tại chân cột F : Diện tích đáy móng được xác định như sau : F= b.l ( b: bề rộng móng băng, l khoảng cách giữa các cột ) Khi dó coi móng băng là dầm liên tục gối lên các cột vào chịu tải p từ đó tính được mômen M và lực cắt Q trong dầm tính ra cốt thép chịu lực. Hình 3. 3 : Sơ đồ tính cốt thép móng dầm V. NGUỒN TÀI LIỆU 1. Bài giảng nền và móng. Tác giả : T.S Nguyễn Đình Tiến Trường Đại Học Xây Dựng 2.Hướng dẫn Đồ án nền móng Tác giả: - T.S Nguyễn Đình Tiến Trường Đại Học Xây Dựng 3.Thiết kế và tính toán móng nông Tác giả: - GS.TS Vũ Công Ngữ Trường Đại Học Xây Dựng. 4. Kỹ thuật nền móng Tác giả: - Palph B.Peck - Walter E.Hanson - Thomas H.Thornburn Nhà xuất bản giáo dục. 5.Cơ học đất Tác giả: - GS.TS Vũ Công Ngữ - TS Nguyễn Văn Dũng NXB Khoa học kỹ thuật CHƯƠNG IV THUẬT TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH Với lý thuyết của bài toán tính toán móng cọc chịu tải trọng ngang và phương hướng giải quyết bài toán bằng phần mềm Sap2000 v.7.40 đã được đề cập ở trên, ta xây dựng thuật toán của chương trình phục vụ cho việc xây dựng chương trình. Các ký hiệu quy ước được sử dụng như sau: 1 Khối bắt đầu và kết thúc: Khối kiểm tra (đúng hay sai): Khối nhập dữ liệu Khối thực hiện tính toán. Mũi tên chỉ hướng đi của thuật toán Khối dùng để liên kết thuật toán I. THUẬT TOÁN TỔNG THỂ Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán tổng thể II. THUẬT TOÁN CHI TIẾT 1. Quá trình phân tích nội lực Hình 4.2 : Sơ đồ thuật toán quá trình phân tích nội lực 2. Tính lún một phân tố coi kích thước móng bằng chiều dài phần tử được chọn: Hình 4.3 : Sơ đồ thuật toán tính lún của 1 phân tố 3. Tính nội lực của dầm để thiết kế cốt thép: Hình 4.4: Sơ đồ thuật toán tính nội lực của dầm 4. Thủ tục tính cốt thép cho các dầm dọc và dầm ngang móng : Hình 4.5: Sơ đồ thuật toán tính cốt thép CHƯƠNG V Mà HOÁ CHƯƠNG TRÌNH I. 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 đã nêu, chọn ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 (VB6.0) . Dùng VB6 là cách nhanh và tốt nhất để lập trình cho Microsoft Windows. Cho dù bạn là chuyên nghiệp hay mới mẻ đối với chương trình Windows, VB6 sẽ cung cấp cho bạn một bộ công cụ hoàn chỉnh để đơn giản hóa việc triển khai lập trình ứng dụng cho MSWindows. Trong khi các ngôn ngữ lập trình khác như Visual C++ và Visual J++ là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng thì 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…Thêm vào đó, phải kể đến sự hỗ trợ đồ hoạ cực mạnh của VB6.0 thông qua đối tượng hiển thị đồ hoạ VDRAW. 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 giúp cho những lập trình viên khoa công nghệ thông tin trường đại học Xây Dựng càng cảm thấy dễ dàng hơn trong việc sử dụng nó. 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, phục vụ người kỹ sư kết cấu những công việc khác mà chương trình chưa làm được , chẳng hạn như chèn ảnh, in ấn, chèn thư viện mẫu… Mặt khác, giao diện của bất kỳ một ứng dụng nào đều là một yếu tố rất quan trọng đòi hỏi người thiết kế chương trình phải có sự thiết kế hợp lý, bố cục vừa mắt và thân thiện với người sử dụng. 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, giúp cho việc thiết kế giao diện chương trình đơn giản hơn mà mang lại hiệu quả cao hơn. Một yếu tố nữa khiến VB 6.0 được lựa chọn là ngôn ngữ viết chương trình vì trong quá trình thiết kế, người dùng có thể sử dụng font (phông chữ) của hệ thống hoặc của các công cụ trong VB 6.0 để hiển thị ngôn ngữ, và do đó, ngôn ngữ tiếng Việt của chúng ta cũng sẽ được áp dụng trong việc thiết kế các ứng dụng trên nền VB 6.0. Cuối cùng, ngôn ngữ VB 6.0 được lựa chọn bởi đây là ngôn ngữ dễ đọc và dễ hiểu với các từ khoá tiếng Anh thông dụng, giúp cho quá trình tiếp thu phương thức lập trình cũng đơn giản hơn, thuận lợi hơn. Các lý do trên, tựu chung lại làm nên lý do chọn ngôn ngữ VB 6.0 làm ngôn ngữ lập trình xây dựng nên chương trình đã được định trước. II. CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA CHƯƠNG TRÌNH 1. Dữ liệu vào a. Vật liệu: Móng băng mà ta đang xét là móng bêtông cốt thép cho nên dữ 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: Type Kieu_thep nhom As String ‘ Tên cường độ cốt thép Ra As Single ‘ Cường độ chịu kéo Rac As Single ‘ Cường độ chịu nén End Type Type Kieu_be_tong Mac As String ‘ Tên mác bê tông Rbn As Single ‘ Cường độ chịu nén bêtông Rbk As Single ‘ Cường độ chịu kéo của bêtông Eb As Single ‘ Module đàn hồi của bêtông End Type Để chương trình có một thư viện về vật liệu như đã trình bày ở trên thì ta phải tạo một cơ sở dữ liệu lưu các giá trị đó. - Khai báo : Public bThep(0 To 5) As Kieu_thep Public bBetong(0 To 5) As Kieu_be_tong Public Sub Vatlieu() ‘ Dùng để nạp thư viện vật liệu With bBetong(0) .Mac = "200" .Rbn = 900 .Rbk = 75 .Eb = 240000 End With With bBetong(1) .Mac = "250" .Rbn = 1100 .Rbk = 88 .Eb = 265000 End With With bBetong(2) .Mac = "300" .Rbn = 1300 .Rbk = 100 .Eb = 290000 End With With bBetong(3) .Mac = "400" .Rbn = 1700 .Rbk = 120 .Eb = 330000 End With With bBetong(4) .Mac = "500" .Rbn = 2150 .Rbk = 134 .Eb = 360000 End With With bBetong(5) .Mac = "600" .Rbn = 2500 .Rbk = 145 .Eb = 380000 End With With bThep(0) .nhom = "AI" .Ra = 23000 .Rac = 18000 End With With bThep(1) .nhom = "AII" .Ra = 28000 .Rac = 22000 End With With bThep(2) .nhom = "AIII" .Ra = 36000 .Rac = 28000 End With With bThep(3) .nhom = "CI" .Ra = 20000 .Rac = 16000 End With With bThep(4) .nhom = "CII" .Ra = 26000 .Rac = 21000 End With With bThep(5) .nhom = "CIII" .Ra = 34000 .Rac = 27000 End With End Sub b. Đất nền: Vì chương trình tính toán trong nền 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 So_lieu_dat ‘ Dữ liệu đất nền s_Ten_lop As String si_Chieuday As Single ‘ Chiều dày mỗi lớp đất si_DosauTB As Single ‘ Độ sâu trung bình si_Htren As Single ‘ Độ sâu cận trên si_Hduoi As Single ‘ Độ sâu cận dưới b_Loaidat As ‘ Loại đất s_tdat As String ‘ Tên đất s_Trangthai As String ‘ Trạng thái của đất si_Dosetdat As Single ‘ Độ sệt của si_Dungtrongdat As Single ‘ Dung trọng tự nhiên si_Dungtrongriengdat As Single‘ Dung trọng riêng si_doam As Single ‘ Độ ẩm si_gocmasat As Single ‘ Góc ma sát trong si_Xtinh As Single ‘ Kết quả xuyên tĩnh si_Xtchuan As Single ‘ Kết quả xuyên tiêu chuẩn si_LucdinhC As Single ‘ Lực dính E As Single ‘ Môđun đàn hồi si_hesonohong As Single ‘ Hệ số nở hông si_beta As Single ‘ Hệ số điều chỉnh eo As Single ‘ Hệ số rỗng ở trạng thái tự nhiên ei(1 To 4) As Single ‘ Giá trị hệ số rỗng Pe(1 To 4) As Single si_gamadaynoi As Single ‘ Dung trọng đẩy nổi si_doanngapnc As Single ‘ Đoạn ngập nước Gamatt As Single ‘ Dung trọng tính toán Ti As Single ‘ Lực ma sát đơn vị Ri As Single ‘ Lực chống đơng vị Rtc As Single ‘ Cường độ tiêu chuẩn của đất nền si_xichmaMax As Single ‘ Các giá trị ứng suất si_xichmaMin As Single si_xichmaTB As Single si_xichmaBT As Single si_xichmaGL As Single End Type Và các biên các lớp đất trong nền công trình được khai báo là một mảng một chiều: Lopdat(1 To 100) As So_lieu_dat c. Tiết diện móng băng Type Tiet_dien_mong_bang b_loai_tiet_dien As Byte ten As String ‘ Tên vật liệu loaivl As String ‘ Loại vật liệu tương ứng a As Single ‘ Các chỉ số về kích thước b As Single h As Single bb As Single b1 As Single b2 As Single h1 As Single h2 As Single Hm As Single ‘ Độ sâu chôn móng F As Single ‘ Diện tích tiết diện móng ix As Single ‘ Mômen quán tính theo trục x iy As Single ‘ Mômen quán tính theo trục y Wx As Single ‘ Mômen chống uốn theo trục x Wy As Single ‘ Mômen chống uốn theo trục y Sx As Single ‘ Mômen tính theo trục x Sy As Single ‘ Mômen tính theo trục y End Type d. Tải trọng: Bài toán gồm 2 loại tải trọng: Tải trọng nút và tải trọng phần tử được khai báo như sau : Type Tai_Nut_Mong_Bang ‘ Tải tập trung tại nút nut As Long ‘ Tên nút Mx As Single ‘ Mômen xoay quanh trục X Qx As Single ‘ Lực cắt mY As Single ‘ Mômen xoay quanh trục Y Qy As Single ‘ Lực cắt Pz As Single ‘ Lực tập trung tại nút End Type Type Tai_Phan_Tu ‘ Tải phần tử tenpt As Long ‘ Tên phần tử si_momen_phan_bo As Single ‘ Mômen phân bố si_tai_phan_bo As Single ‘ Tải trọng phân bố End Type Type Tai_Mong_Bang TenTh As String Tai_Trong_Nut(1 To 1000) As Tai_Nut_Mong_Bang Tai_Trong_PTu(1 To 1000) As Tai_Phan_Tu End Type 2. Dữ liệu ra: Dữ liệu ra của chương trình gồm rất nhiều đại lượng liên quan đến việc tính toán như mômen, lực cắt , chuyển vị …cọc. Ngoài ra còn là các dữ liệu liên quan đến ổn định móng và tính toán cốt thép chịu lực cho móng. Dữ liệu ra được lưu trữ vào các biến như sau: Type Kieu_dam_don ‘ Định nghĩa kiểu dầm dơn theo 1 phương s_ten_dam As String ‘ Tên dầm l_so_pt_chia As Integer ‘ Số phần tử trên cùng 1 trục tenpt(1 To 200) As Integer‘ Tên các phần tử Mmax As Single ‘ Mômen lớn nhất Mmin As Single ‘ Mômen nhỏ nhất Qmax As Single ‘ Lực cắt lớn nhất Mmaxi(1 To 200) As Single Mmini(1 To 200) As Qmaxi(1 To 200) As Single nd As diem nc As diem Rzmax As Single ‘ Giá trị phản lực lò xo là lớn nhất sothanh As Long tenthanh(1 To 20) As Integer Fxyc1 As Single ‘ Diện tích thép chịu Mômen dương Fxyc2 As Single ‘ Diện tích thép chịu Mômen âm Fxchon1 As Single ‘ Diện tích thép chọn theo phương x Fxchon2 As Single ‘ Diện tích thép chọn theo phương y dxt As Single ‘ Đường kính thép trên dxd As Single ‘ Đường kính thép dưới nxt As Long ‘ Số thanh thép trên nxd As Long ‘ Số thanh thép dưới Qx As Single lx As Single ‘ Chiều dài thép ‘Cốt thép dưới bản móng ‘Cốt thép theo phương ngang chủ yếu là cốt thép cấu tạo Fyyc As Single ‘ Diện tích theo phương y Fychon As Single ‘ Diện tích chọn theo phương y dy As Single ‘ Đường kính cốt thép phương y ny As Long ‘ Số thanh theo phương y ay As Single ‘ Khoảng cách cốt thép phương y ly As Single ‘ Chiều dài thép Qy As Single ptcoMmax As Integer ‘ Tên phần tử có Mmax ptcoMmin As Integer ‘ Tên phần tử có Mmin End Type 3. Dữ liệu phục vụ quá trình tính toán: a. Dữ liệu phục vụ quá trình gọi SAP Public TepSAP2000 As String ‘ Tệp s2K - dữ liệu đầu vào cho Sap Public s_ten_tep_run As String ‘ Tệp tệp chạy chương trình Public TentepCT As String ‘ Tệp dữ liệu ra của Sap Public b_darun As Boolean ‘ Kiểm tra việc chạy chương trình Public b_phantichrun As Boolean ‘Kiểm tra phân tích nội lực b. 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 phần tử cũng như các dữ liệu khác có liên quan: Type diem ‘ Khai báo điểm X As Double ‘ Toạ độ x Y As Double ‘ Toạ độ y End Type Type knut ‘ Khai báo kiểu nút i_ten_nut As Integer ‘ Tên nút td As diem ‘ Toạ độ k As Long ‘ Hệ số nền U As Single ‘ Chuyển vị nút Chon As Boolean ‘ Có chọn nút hay ko? b_vua_chon As Boolean ‘ Vừa chọn xong l_ten_hkhoan As Long ‘ Vị trí địa chất l_vi_tri_mong As Long ‘Vị trí mặt bằng End Type End Type Type Kieu_Phan_Tu ten As Integer ‘ Tên phần tử nd As knut ‘ Nút đầu nc As knut ‘ Nút cuối cd As Single Tietdien As Tiet_dien_mong_bang ‘ Tiết diện phần tử vl As Vat_lieu_mong_bang ‘ Vật liệu phần tử Taitrong(1 To 10) As Tai_Phan_Tu ‘ Tải trọng phần tử Chon As Boolean ‘ Chọn hay không? b_vua_chon As Boolean ‘ Vừa chọn End Type Public Nnut As Integer ‘ Số nút Public Npt As Integer ‘ Số phần tử Public Pt(1 To 1000) As Kieu_Phan_Tu ‘ Kiểu phần tử chọn Public nut(1 To 1000) As knut ‘ Kiểu nút chọn III. 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 tính toán. Các module của chương trình gồm có 7 module và được tổ chức như sau: 1. Module “ ModuleXulyTep” 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_Open_File ():Đọc dữ liệu ở tệp văn bản trên ổ đĩa cứng có phần mở rộng là *.ddv và gán giá trị vào các biến của chương trình - sub_Save_File ():Thủ tục làm nhiệm vụ ghi lại dữ liệu của chương trình vào một tệp văn bản có phần mở rộng là *.ddv. - sub_SaveFileNew():Thủ tục làm nhiệm vụ ghi lại dữ liệu của chương trình đè vào một tệp văn bản có phần mở rộng là *.ddv. Ngoài ra ModuleXulytep còn chứa các 1 hàm tính toán khác được sử dụng trong chương trình trong quá trình nội suy tìm nội lực theo biểu đồ bao đó là hàm nội suy đơn sub_Noi_suy_don() 2. Module “ModuleSolieu” Module này chứa các dữ liệu mô tả số liệu tính toán phương án móng mềm (dầm, băng ). Chứa các thủ tục phục vụ quá trình tạo sơ đồ mặt bằng, mô hình hoá kết cấu, tạo ra các số liệu để tính toán. Các thủ tục chính của ModuleSolieu : - sub_Vephantu(): Thủ tục vẽ ra sơ đồ của hệ móng gồm có các nút và các phần tử khi người dùng click chọn menu Thư viện móng băng giao nhau. - sub_Veluoimatbang():Thủ tục tạo lưới khi người dùng click chọn menu Tạo hệ lưới - sub_hien_thi_tai_trong_nut(): Cho phép người dùng có thể kiểm tra các tải trọng tại nút mà mình đã nhập vào trước khi hoặc sau khi phân tích tính toán. - sub_hien_thi_tai_trong_pt(): Tương tự như trên với việc kiểm tra tải tác dụng vào phần tử. - sub_hien_thi_spring(): Khi ta gán hệ số nền thủ tục này cho phép người dụng quan sát được vị trí các điểm gán Spring - sub_chia_phan_tu(): Thủ tục chia phần tử, người dùng lựa chọn khoảng các chia. Thường sử dụng trong quá trình gán hệ số nền, vì khi càng chia n - sub_chon_tat_ca(): Cho phép người dùng chọn tất cả các nút các thanh trên sơ đồ mặt bằng. - sub_chon_lai_doi_tuong_vua_chon(): Thủ tục chọn lại các đối tượng vừa chọn trước đó. - sub_huy_lua_chon(): Nếu người dùng lựa chọn sai đối tượng thủ tục sẽ giúp huỷ tất cả các lựa chọn. 3. Module “ModuleTinhmong” Đây là module chứa tất cả các thủ tục liên quan tới việc gọi Sap 2000 v.7.40 thực thi chương trình. Cũng như các hàm điều khiển quá trình phân tích tính toán móng băng. - sub_tao_file_du_lieu_sap(): 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_nhap_dl_Sap(): Thủ tục này dữ liệu vào chương trình từ tệp *.s2k của Sap2000 - sub_run_Sap(): 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_doc_noi_luc(): Nội lực tại mặt cắt của từng phần tử trong bài toán, sẽ được thủ tục này đọc từ tệp dữ liệu ra của Sap và gán vào các biến tương ứng trong chương trình. - sub_chuyen_vi_nut(): Thủ tục đọc chuyển vị nút từ file *.out của Sap. - sub_xac_dinh_noi_cot_thep_dam() : Thủ tục tính ra cốt thép dầm móng sau đó đưa ra các phương án bố trí cố thép cho người dùng tự chọn. - Fun_tinh_lun() : Đây là hàm tính lún của một phân tố coi kích thước móng bằng chiều dài của một phần tử được chọn. Dùng trong quá trình kiểm tra độ lún của móng và chuyển vị của móng. 4. Module “ModuleDohoa” Chứa các hàm khởi tạo đồ hoạ, xử lý đồ hoạ, kết xuất bản vẽ ra các Form : - Sub Khoitao(): Hàm này có tác dụng khởi tạo bản vẽ. Tất cả các Form có liên quan đến thủ tục đồ hoạ trước khi vẽ đều phải thực hiện thủ tục này. Nguyên tắc của nó là mở File Template.dwg của AutoCaD đã tạo sẵn các layer, màu sắc , kiểu chữ, các block,… để phục vụ cho quá trình vẽ. - Sub Ve_cot_dia_chat() : Thủ tục để đưa ra cột địa chất cùng các chỉ tiêu cơ lý của