Luận án Nghiên cứu sự làm việc của cọc chịu tải trong ngang và tải trọng động đất

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG VÀ TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

Ngành:

Kỹ thuật xây dựng dân dụng và công nghiệp

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu sự làm việc của cọc chịu tải trọng ngang và tải trọng động đất, một vấn đề cấp thiết do Việt Nam vẫn chịu ảnh hưởng từ các trận động đất mạnh và thiếu hướng dẫn chi tiết về tính toán tương tác giữa công trình và nền. Mục tiêu chính là xây dựng phương pháp lý thuyết và phần mềm tính toán để xác định trạng thái ứng suất biến dạng của cọc đơn thẳng đứng nằm trong bán không gian vô hạn đàn hồi khi chịu tải trọng tĩnh nằm ngang, tải trọng động nằm ngang và tải trọng động đất.

Phương pháp nghiên cứu dựa trên Nguyên lý cực trị Gauss (PPNLCT Gauss) kết hợp với lời giải tĩnh của bán không gian vô hạn đàn hồi (Kelvin, Mindlin) và lời giải động lực học của không gian vô hạn đàn hồi làm hệ so sánh, cùng với phương pháp phần tử hữu hạn để kiểm chứng. Luận án đã thành công trong việc xây dựng mô hình tương tác tĩnh và động lực học giữa cọc và nền đất, tự động thỏa mãn các điều kiện biên ở vô cùng, tại mặt tiếp xúc cọc-nền và mặt thoáng của khối đất mà không cần dùng các liên kết phụ như lò xo hay hộp nhớt.

Các kết quả chính đạt được bao gồm việc chuyển đổi lời giải Kelvin sang lời giải Mindlin thông qua phương pháp phần tử hữu hạn, xây dựng bài toán tương tác tĩnh và động lực học cho cọc đơn với nền đất sử dụng PPNLCT Gauss và phần tử hữu hạn 3 chiều cho đất (20 nút) và dầm cho cọc (2/3 nút). Luận án cũng đưa vào hệ số giảm chấn vật liệu (hysteretic damping) để mô tả biến dạng dẻo của nền đất khi chịu tải trọng động, khác với hệ số nhớt thông thường. Đồng thời, nghiên cứu cũng xây dựng được bài toán truyền sóng cắt (sóng Love) và bài toán tương tác động lực học của cọc dưới tác dụng của tải trọng động đất (sử dụng gia tốc đồ El Centro 1940, tích phân Duhamel và biến đổi Fourier). Các chương trình phần mềm (Mstatic1, Kstatic1, MstaticP1, KstaticP1, KstaticPLs, KdynaS, KdynaL, KdynaP, KdynaPE) đã được phát triển trên nền Matlab để hỗ trợ phân tích.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1 Đặt vấn đề
  • 2 Mục đích nghiên cứu
  • 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • 4. Nội dung nghiên cứu
  • 5 Phương pháp nghiên cứu

• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

  • 1. Ngô Quốc Trinh (2008), Nghiên cứu bài toán tương tác giữa móng nông và nền biến dạng, Tạp chí Cầu đường Việt Nam.
  • 2. Ngô Quốc Trinh, Vương Văn Thành, Trần Hữu Hà (5/2012). Nghiên cứu tương tác giữa khối đất với đất nền đàn hồi khi chịu tải trọng tĩnh nằm ngang. Tạp chí Cầu đường Việt Nam.
  • 3. Ngô Quốc Trinh, Vương Văn Thành, Trần Hữu Hà (6/2012). Nghiên cứu tương tác giữa cọc đơn và đất nền đàn hồi khi chịu tải trọng tĩnh nằm ngang. Tạp chí Cầu đường Việt Nam.
  • 4. Ngô Quốc Trinh, Vương Văn Thành, Trần Hữu Hà (11/2012), Sử dụng lời giải của Mindlin xây dựng bài toán tương tác giữa cọc và nền đất đàn hồi khi chịu tải trọng tĩnh nằm ngang, Tuyển tập Hội nghị khoa học vật liệu, kết cấu và công nghệ xây dựng 2012 (MSC2012), Đại học kiến trúc Hà Nội.
  • 5. Ngô Quốc Trinh (12/2012), Sử dụng phương pháp dùng hệ so sánh nghiên cứu bài toán tương tác giữa cọc và nền đất khi chịu tải trọng tĩnh nằm ngang, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ IX.
  • 6. Ngô Quốc Trinh (3/2013), Nghiên cứu bài toán truyền sóng Love trong nền đất khi xảy ra động đất, Tạp chí Giao thông vận tải.

• Chương 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA CỌC VÀ NỀN ĐẤT KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

• Chương 2: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT KHI CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH NẰM NGANG

  • 2.1 Các phương trình cơ bản và phương trình truyền sóng của môi trường đàn hồi.
    • 2.1.1 Các liên hệ cơ bản của môi trường đàn hồi
    • 2.1.2 Xây dựng các phương trình vi phân cân bằng và các phương trình truyền sóng theo PPNLCT Gauss
      • 2.1.2.1 Phương pháp Nguyên lý cực trị Gauss
      • 2.1.2.2 Xây dựng phương trình vi phân cân bằng
      • 2.1.2.3 Xây dựng phương trình truyền sóng
  • 2.2 Các lời giải đối với không gian vô hạn đàn hồi và nửa không gian vô hạn đàn hồi
    • 2.2.1 Lời giải không gian vô hạn đàn hồi (lời giải của Kelvin)
    • 2.2.2 Lời giải nửa không gian vô hạn đàn hồi (lời giải của Mindlin)
  • 2.3 Xây dựng bài toán tương tác giữa khối đất đàn hồi với nửa không gian vô hạn đàn hồi.
    • 2.3.1 Hệ so sánh là nửa không gian vô hạn đàn hồi
    • 2.3.2 Hệ so sánh là không gian vô hạn đàn hồi
  • 2.4 Giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn
  • 2.5 Kiểm tra kết quả và các nhận xét
    • 2.5.1 Bài toán dùng hệ so sánh là nửa không gian vô hạn đàn hồi
    • 2.5.2 Bài toán hệ so sánh là không gian vô hạn đàn hồi
  • 2.6 Kết luận chương 2

• Chương 3: NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN TƯƠNG TÁC GIỮA CỌC VỚI NỀN ĐẤT KHI CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH NẰM NGANG

  • 3.1 Lý thuyết dầm Timoshenko
  • 3.2 Xây dựng bài toán dầm chịu uốn có xét biến dạng trượt ngang theo PPNLCT Gauss
  • 3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn đối với dầm có xét đến biến dạng trượt ngang
  • 3.4 Xây dựng bài toán tương tác giữa cọc đơn với nền đất khi chịu tải trọng tĩnh nằm ngang
    • 3.4.1 Trường hợp dùng hệ so sánh là nửa không gian vô hạn đàn hồi
    • 3.4.2 Trường hợp dùng hệ so sánh là không gian vô hạn đàn hồi
  • 3.5 Khảo sát một số trường hợp kiểm tra độ tin cậy của chương trình tính
    • 3.5.1 So sánh kết quả khi cho mô đun đàn hồi của hệ so sánh khác nhau
    • 3.5.3 Khảo sát bài toán so sánh với phương pháp của Zavriev(1962) dựa trên mô hình nền biến dạng cục bộ [16]
    • 3.5.4 Khảo sát bài toán so sánh với phương pháp của Poulos (1971) dựa trên mô hình nền đàn hồi liên tục[50]
    • 3.5.5 Khảo sát bài toán so sánh với kết quả nghiên cứu của Kim dựa trên phương pháp dùng đường cong p-y [45]
  • 3.6 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến sự làm việc của cọc đơn chịu tải trọng tĩnh nằm ngang
    • 3.6.1 Khảo sát sự thay đổi chiều dài cọc trong nền đàn hồi đồng nhất.
    • 3.6.2 Khảo sát cọc đơn tựa trên lớp đá cứng
  • 3.8 Kết luận chương 3

• Chương 4: NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN TƯƠNG TÁC GIỮA CỌC VỚI NỀN ĐẤT KHI CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG NẰM NGANG VÀ TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

  • 4.1 Lời giải xung đơn vị của không gian vô hạn đàn hồi
  • 4.2 Hệ số giảm chấn vật liệu của đất
  • 4.3 Lời giải số của bài toán động lực học
    • 4.3.1 Số liệu trận động đất El Centro, 1940 và biến đổi Fourier rời rạc DFT(Discrete Fourier Transform).
    • 4.3.2 Tích phân Duhamel trong miền thời gian và miền tần số
  • 4.4 Xây dựng bài toán tương tác động lực học của cọc khi chịu tải trọng động nằm ngang
  • 4.5 Khảo sát dao động của khối đất và của cọc chịu tải trọng động nằm ngang
    • 4.5.1 Khảo sát dao động khối đất.
    • 4.5.2 Khảo sát truyền sóng cắt (sóng Love) trong nền đất
    • 4.5.3 Khảo sát dao động của cọc đơn
    • 4.5.4 Khảo sát dao động của cọc chịu tải trọng động đất
  • 4.7 Kết luận chương 4

• KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ

  • * Các kết quả chính đạt được:
  • * Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp