ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

LÊ ĐỖ PHƢƠNG AN

PHÂN TÍCH BÀI TỐN TƢƠNG TÁC TẤM MINDLIN
TRÊN NỀN ĐÀN NHỚT ĐƢỢC GIA CƢỜNG TOP BASE
CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG
Chun ngành : Xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số ngành

: 60 58 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, 6 - 2014


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hƣớng dẫn khoa học:
Cán bộ hƣớng dẫn 1: TS. Lƣơng Văn Hải
Cán bộ hƣớng dẫn 2: PGS.TS. Nguyễn Thời Trung
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Đỗ Kiến Quốc
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Trọng Phƣớc
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
vào ngày 30 tháng 08 năm 2014.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:

1. TS. Nguyễn Sỹ Lâm

-

Chủ tịch Hội đồng

2. PGS.TS. Nguyễn Xuân Hùng

-

Thƣ ký

3. PGS.TS. Đỗ Kiến Quốc

-

Ủy viên (Phản biện 1)

4. TS. Nguyễn Trọng Phƣớc

-

Ủy viên (Phản biện 2)

5. TS. Lƣơng Văn Hải

-

Ủy viên


CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. Nguyễn Sỹ Lâm


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ ĐỖ PHƢƠNG AN

MSHV: 11210228

Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1982

Nơi sinh: Bình Thuận

Chun ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 605820

I. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích bài tốn tấm Mindlin trên nền đàn nhớt đƣợc gia

cƣờng Top Base chịu tải trọng di động
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Tìm hiểu cơng nghệ xử lý nền bằng Top Base và hiệu quả của việc sử dụng của
cơng nghệ này.
2. Phân tích ứng xử động lực học kết cấu tấm Mindlin trên nền có tải trọng tĩnh và
động tác dụng khi có xét/khơng xét đến nền có gia cƣờng Top Base.
3. Phát triển thuật toán, xây dựng chƣơng trình tính bằng ngơn ngữ lập trình Matlab
để giải phƣơng trình động lực học của tấm. So sánh ứng xử của tấm khi có xét và
khơng xét ảnh hƣởng của nền có gia cƣờng Top Base.
4. Khảo sát các ví dụ số minh họa ảnh hƣởng nền có gia cƣờng Top Base đến ứng
xử của tấm khi thay đổi đặc trƣng của tấm (độ cứng, kích thƣớc, chiều dày,...),
vận tốc tải, số lớp Top Base gia cƣờng, và đặc tính đất nền tự nhiên.
III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 10/02/2014

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: 20/06/2014

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

: TS. Lƣơng Văn Hải
PGS.TS. Nguyễn Thời Trung
Tp. HCM, ngày... tháng... năm 2014

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

TS. Lƣơng Văn Hải


CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. Nguyễn Thời Trung
TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


i

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Lƣơng
Văn Hải và Thầy PGS.TS Nguyễn Thời Trung đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt
những kiến thức bổ ích, cung cấp nguồn tài liệu có giá trị và hƣớng dẫn tơi làm
quen từ công việc nghiên cứu khoa học đến việc hoàn thành một Luận văn Thạc
sĩ. Hai Thầy đã cho tôi những lời khuyên quý báu và hƣớng dẫn tôi rất nhiều trong
cách nhận định đúng đắn các vấn đề trong việc nghiên cứu đề tài Luận văn. Ngồi
ra, tơi còn học hỏi đƣợc ở hai Thầy những kỹ năng cần thiết trong cuộc sống,
những bài học về sự thành công trong công việc cũng nhƣ trong cuộc sống. Hai
Thầy đã để lại trong tơi những hình ảnh tốt đẹp về một ngƣời Thầy ln tận tụy,
nhiệt tình và đáng kính.
Tơi chân thành cảm ơn q Thầy Cơ Khoa Kỹ thuật Xây dựng trƣờng Đại học
Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt và bổ sung kiến thức cho tơi
trong suốt khóa Cao học vừa qua.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Phùng Văn Phúc, CN. Đặng Trung
Hậu đã có nhiều đóng góp trao đổi giúp tôi hiểu rõ hơn về bản chất đề tài.
Tôi chân thành cảm ơn đến các tác giả đã có rất nhiều cống hiến trong việc
nghiên cứu và viết nhiều bài báo khoa học, nhiều sách tham khảo có giá trị, đó
chính là sự hỗ trợ rất nhiều về mặt kiến thức để tơi có thể hồn thành Luận văn
này.
Trong q trình nghiên cứu bản thân tơi đã có cố gắng trau dồi và cập nhật
kiến thức, tuy nhiên vẫn khơng thể khơng có những thiếu sót nhất định. Kính

mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để Luận văn của tơi đƣợc hồn thiện hơn.
Xin trân trọng cảm ơn q Thầy Cô.
Tp. HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

Lê Đỗ Phƣơng An


ii

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn nhằm phân tích động lực học kết cấu tấm Mindlin chịu tác dụng
của tải trọng di động có xét đến tƣơng tác với đất nền đƣợc gia cƣờng lớp Top
Base. Việc phân tích ứng xử của tấm Mindlin chịu tải trọng của tác dụng tĩnh và
tải trọng xe di chuyển với vận tốc không đổi theo thời gian đƣợc thực hiện bằng
phần tử tam giác Minlin 3 nút đƣợc làm trơn CS-MIN3. Tấm Mindlin đƣợc giả sử
đặt trực tiếp trên nền với các lị xo có độ cứng Ks và độ cản Cs. Sau khi phƣơng
trình chuyển động của hệ đƣợc thiết lập bằng phƣơng trình Lagrange, phƣơng
pháp tích phân Newmark đƣợc sử dụng để giải bài toán động lực học kết cấu theo
thời gian. Luận văn sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab để xây dựng chƣơng trình
tính tốn và phân tích kết quả.
Các ví dụ số đƣợc trình bày nhằm phân tích động lực học kết cấu tấm
Mindlin trên nền chịu tải trọng di động, trong đó đất nền đƣợc khảo sát với hai
trƣờng hợp có gia cƣờng Top Base và khơng có gia cƣờng Top Base. Ngồi ra,
ảnh hƣởng của bề dày tấm, độ cứng tấm, vận tốc xe di chuyển đến ứng xử của tấm
cũng đƣợc khảo sát trong Luận văn này. Các kết quả trong Luận văn sẽ cho thấy
sự tin cậy và chính xác của phƣơng pháp CS-MIN3 khi so sánh với các kết quả đã
đƣợc công bố trƣớc đó. Ngồi ra, các kết quả cũng cho thấy sự hiệu quả của việc
gia cƣờng Top Base khi khảo sát ảnh hƣởng tƣơng tác giữa kết cấu tấm Mindlin và
đất nền, và xu hƣớng ứng xử đúng đắn của tấm trên nền khi khảo sát sự thay đổi
của các hệ số khác nhau tác động lên ứng xử động lực học của tấm Mindlin.



iii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tơi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn
của Thầy TS. Lƣơng Văn Hải và Thầy PGS.TS. Nguyễn Thời Trung.
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chƣa đƣợc công bố ở các nghiên
cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về cơng việc thực hiện của mình.
Tp. HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

Lê Đỗ Phƣơng An


iv

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ........................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .............................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................... x
MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT................................................................................xii
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu.......................................................................................................... 1
1.2 Tổng quan về phƣơng pháp Top Base ............................................................. 2
1.2.1 Cấu tạo ..................................................................................................2

1.2.2 Tính ƣu việt của phƣơng pháp Top Base ..............................................3
1.2.3 Phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp Top Base ....................................3
1.3 Sơ lƣợc về sự tƣơng tác giữa kết cấu tấm và nền ............................................ 8
1.4 Tình hình nghiên cứu ....................................................................................... 8
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................8
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .......................................................11
1.5 Mục tiêu và hƣớng nghiên cứu ...................................................................... 11
1.6 Luận văn ......................................................................................................... 12
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP TOP BASE ............................................................ 14
2.1 Giới thiệu chung về Top Base ........................................................................ 14
2.1.1 Tóm tắt về phƣơng pháp Top Base .....................................................14
2.1.2 Đặc điểm của Top Base ......................................................................14
2.1.3 Đặc điểm cơ lý của phƣơng pháp Top Base .......................................16
2.2 Tính tốn khả năng chịu lực của Top Base .................................................... 19
2.3 Tính tốn độ lún Top Base ............................................................................. 22
2.4 Phƣơng pháp thi công Top Base .................................................................... 23


v
2.5 Phân tích ảnh hƣởng của nền đàn nhớt có gia cƣờng Top Base đối với
kết cấu chịu tải trọng động ..................................................................................... 27
2.5.1 Hệ số Poisson của đất s .....................................................................28
2.5.2 Nền với nhiều lớp đất khác nhau ........................................................28
2.5.3 Hệ số độ cứng đàn hồi của nền Ks ......................................................32
2.5.4 Hệ số cản của nền Cs ...........................................................................33
CHƢƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẤM MINDLIN ............................................. 34
3.1 Phƣơng trình dạng yếu của tấm Reissner Mindlin trên nền đàn nhớt............ 34
3.2 Thiết lập phƣơng trình phần tử hữu hạn cho tấm Reissner Mindlin trên
nền đàn nhớt ........................................................................................................... 36
3.3 Thiết lập ma trận độ cứng của phần tử CS-MIN3 cho tấm Reissner

Mindlin trên nền đàn nhớt ...................................................................................... 38
3.3.1 Thiết lập ma trận độ cứng của phần tử MIN3 cho tấm Reissner
Mindlin trên nền đàn nhớt ......................................................................................38
3.3.2 Thiết lập ma trận độ cứng của phần tử CS-MIN3 cho tấm
Reissner Mindlin trên nền đàn nhớt .......................................................................41
3.4 Qui tải di động thành tải đặt tại các nút và phân tích động lực học ............... 45
3.4.1 Qui tải trọng xe thành tải tập trung tại bốn bánh xe ...........................45
3.4.2 Qui tải tập trung tại bánh xe thành tải tại các nút của phần tử............47
3.5 Phƣơng pháp tích phân Newmark .................................................................. 48
3.6 Thuật toán sử dụng trong Luận văn ............................................................... 48
3.7 Lập trình và qui trình tính tốn ...................................................................... 50
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ............................................................... 52
4.1 Kiểm chứng chƣơng trình tính ....................................................................... 54
4.1.1 Ví dụ 1: Phân tích dao động tự do của tấm trên nền đàn hồi ..............54
4.1.2 Ví dụ 2: Phân tích bài tốn tấm chịu tác dụng tải tĩnh trên nền
đàn hồi

.............................................................................................................58

4.2 Phân tích ứng xử động lực học của tấm trên nền đàn nhớt chịu tải
trọng di chuyển ....................................................................................................... 61


vi
4.2.1 Ví dụ 3: Khảo sát ứng xử động lực học của tấm khi tải trọng
của xe đƣợc quy về một tải trọng tập trung tại trọng tâm của xe và bốn tải
tập trung tại bốn bánh xe ........................................................................................62
4.2.2 Ví dụ 4: Khảo sát ứng xử động lực học của tấm trên nền đàn
nhớt chịu tải trọng di động khi hệ số độ cứng Ks thay đổi .....................................67
4.2.3 Ví dụ 5: Khảo sát ứng xử động lực học của tấm trên nền đàn

nhớt chịu tải trọng di động khi hệ số cản Cs thay đổi ............................................68
4.2.4 Ví dụ 6: Khảo sát ứng xử động lực học của tấm trên nền đàn
nhớt chịu tải trọng di động khi hệ số cản v thay đổi .............................................70
4.3 Phân tích ứng xử động lực học của tấm trên nền đàn nhớt có gia
cƣờng Top Base chịu tải trọng của xe di chuyển ................................................... 71
4.3.1 Ví dụ 7: Khảo sát ứng xử động lực học của tấm đặt trên nền
khơng gia cƣờng và có gia cƣờng 1 lớp Top Base chịu tải trọng xe di
chuyển với vận tốc khơng đổi ................................................................................73
4.3.2 Ví dụ 8: Khảo sát ứng xử động lực học của tấm trên nền đàn
nhớt có gia cƣờng 1 lớp Top Base khi chiều dày tấm thay đổi ..............................75
4.3.3 Ví dụ 9: Khảo sát ứng xử động lực học của tấm trên nền đàn
nhớt có gia cƣờng số lớp Top Base khác nhau chịu tải trọng xe di chuyển
với vận tốc không đổi .............................................................................................76
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 80
5.1. Kết luận .......................................................................................................... 80
5.2. Kiến nghị ........................................................................................................ 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 82
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 87
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ....................................................................................... 95


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1.

Top block bê tơng đúc sẵn. ................................................................ 2

Hình 1.2.


Cấu tạo nền Top Base. ....................................................................... 2

Hình 1.3.

Cơng trình High Palace Officetel, Seoul. .......................................... 5

Hình 1.4.

Cơng trình Jeongeon Skyvil Aparterment, Seoul. ............................. 5

Hình 1.5.

Cơng trình Ssangyoung Park-Regency Bldg. Daejeon. ..................... 5

Hình 1.6.

Tồ nhà South Building, 60 Trƣờng Sơn, Tp.HCM. ......................... 6

Hình 1.7.

Nhà ở Xã hội Hƣng Lộc, Vinh, Nghệ An. ........................................ 7

Hình 1.8.

Khách sạn 5 sao An Thịnh, Hịa Bình. .............................................. 7

Hình 1.9.

Hình ảnh những trận động đất ở Chibahien, Nhật Bản. ..................... 9


Hình 2.1.

Top block bê tơng. ........................................................................... 14

Hình 2.2.

Mặt cắt Top Base. ............................................................................ 15

Hình 2.3.

Mặt bằng Top Base. ......................................................................... 15

Hình 2.4.

Bánh xích dạng Top shape của máy ủi. ........................................... 16

Hình 2.6.

Phân bố ứng suất của các loại móng khác nhau sau khi lún dài
hạn. ................................................................................................... 18

Hình 2.7.

Phân bố ứng suất trong đất yếu. ....................................................... 18

Hình 2.8.

Phân bố ứng suất trong đất trung bình. ............................................ 18


Hình 2.9.

Xác định hệ số phân bố ứng suất. .................................................... 20

Hình 2.10.

Phƣơng pháp lựa chọn hệ số K2. ...................................................... 20

Hình 2.11.

Đào các hố móng để đặt Top Base................................................... 23

Hình 2.12.

Liên kết các Top block. .................................................................... 24

Hình 2.13.

Đổ bê tơng tại chỗ cho các Top block. ............................................ 25

Hình 2.14.

Chèn đá dăm và tiến hành đằm chặt. ............................................... 26

Hình 2.15.

Liên kết khóa đỉnh bằng các thanh thép trên. .................................. 27

Hình 2.16.


Đổ bê tơng lót bảo vệ lớp thép trên của Top Base. .......................... 27

Hình 2.17.

Nền với nhiều lớp đất khác nhau khơng gia cƣờng Top Base. ........ 29

Hình 2.18.

Nền với nhiều lớp khác nhau có gia cƣờng Top Base. .................... 29


viii
Hình 2.19.

Quy đổi từ mơ hình 3D sang mơ hình 2D của Top block. ............... 30

Hình 3.1.

Mơ hình tấm Reissner Mindlin trên nền đàn nhớt. .......................... 34

Hình 3.2.

Qui ƣớc chiều dƣơng của chuyển vị w và hai chuyển vị xoay βx,
βy của tấm Reissner Mindlin trên nền đàn nhớt. .............................. 35

Hình 3.3.

Tọa độ địa phƣơng và tọa độ tự nhiên cho phần tử tấm tam giác 3
nút MIN3. ......................................................................................... 40


Hình 3.5.

Mặt cắt dọc phân bố tải trọng của xe xuống bốn bánh xe. .............. 45

Hình 3.6.

Mặt cắt ngang phân bố tải trọng của xe xuống bốn bánh xe. .......... 46

Hình 3.7.

Tọa độ của khối lƣợng di chuyển qua các phần tử tam giác............ 47

Hình 3.8.

Mặt cắt dọc của Top Base ................................................................ 50

Hình 3.9.

Qui trình tính tốn ............................................................................ 51

Hình 4.1.

Đặc trƣng đất nền qua các lớp địa chất khác nhau. ......................... 52

Hình 4.4.

Hình dạng 5 mode dao động đầu tiên của tấm trên nền đàn hồi. ..... 58

Hình 4.5.


Tấm trên nền đàn hồi có tải tập trung tại trọng tâm tấm.................. 59

Hình 4.6.

Phân bố chuyển vị chính giữa tấm w  wD PB 2 trong Luận

 

văn. ................................................................................................... 60
Hình 4.7.

 

Phân bố chuyển vị chính giữa tấm w  wD PB 2 của Huang và
Thambiratnam (2001) [45]. .............................................................. 60

Hình 4.8.

Tấm trên nền đàn nhớt có tải xe di chuyển giữa tấm dọc theo
phƣơng x........................................................................................... 62

Hình 4.9.

Chuyển vị của tấm khi xe di chuyển đến vị trí 1/4 tấm. .................. 63

Hình 4.10.

Chuyển vị của tấm khi xe di chuyển đến vị trí 1/2 tấm. .................. 63

Hình 4.11.


Chuyển vị của tấm khi xe di chuyển đến vị trí 3/4 tấm. .................. 64

Hình 4.12.

Hình dạng chuyển vị của tấm khi xe di chuyển đến vị trí 1/4 tấm;
(a) ứng với tải đặt tại trọng tâm xe; (b) ứng với tải đặt tại bốn
bánh xe. ............................................................................................ 65

Hình 4.13.

Hình dạng chuyển vị của tấm khi xe di chuyển đến vị trí 1/2 tấm;
(a) ứng với tải đặt tại trọng tâm xe; (b) ứng với tải đặt tại bốn
bánh xe. ............................................................................................ 66


ix
Hình 4.14.

Hình dạng chuyển vị của tấm khi xe di chuyển đến vị trí 3/4 tấm;
(a) ứng với tải đặt tại trọng tâm xe; (b) ứng với tải đặt tại bốn
bánh xe. ............................................................................................ 67

Hình 4.15.

Chuyển vị tại vị trí các bánh xe theo phƣơng dọc tấm khi hệ số
độ cứng của nền thay đổi. ................................................................ 68

Hình 4.16.


Chuyển vị tại vị trí các bánh xe theo phƣơng dọc tấm khi hệ số
cản của nền thay đổi. ........................................................................ 69

Hình 4.17.

Chuyển vị tại vị trí các bánh xe dọc theo chiều dài tấm khi vận
tốc xe thay đổi. ................................................................................. 70

Hình 4.18.

Tấm trên nền đàn nhớt có gia cƣờng Top Base chịu tải xe di
chuyển giữa tấm dọc theo phƣơng x. ............................................... 72

Hình 4.19.

Cấu tạo lớp Top Base gia cƣờng nền. .............................................. 73

Hình 4.21.

Hình dạng chuyển vị của tấm khi xe di chuyển đến vị trí giữa tấm
cho cả hai trƣờng hợp: (a) Khơng gia cƣờng Top Base; (b) Có gia
cƣờng Top Base. .............................................................................. 74

Hình 4.23.

So sánh chuyển vị tại vị trí các bánh xe khi xe di chuyển đến vị
trí giữa tấm với nền khơng gia cƣờng và nền có gia cƣờng 1 lớp,
2 lớp và 3 lớp Top Base. .................................................................. 77

Hình 4.24.


Biểu đồ so sánh chuyển vị của tấm Mindlin tƣơng ứng với vị trí
các bánh xe khi số lớp Top Base thay đổi. ...................................... 78


x

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1.

Hệ số khả năng chịu tải trọng của nền đất tự nhiên và nền có gia
cƣờng Top Base ............................................................................... 21

Bảng 2.2.

Hệ số Poisson ứng với từng loại đất. ............................................... 28

Bảng 3.1.

Cấu hình nút ban đầu (khơng chịu ràng buộc cắt) và cấu hình nút
lúc sau (đã chịu ràng buộc cắt) trong phần tử tấm MIN3 ................ 39

Bảng 3.2.

Thông số xe ...................................................................................... 50

Bảng 3.3.

Thông số tấm và nền ........................................................................ 50


Bảng 3.4.

Thông số Top Base .......................................................................... 50

Bảng 4.1.

Thông số xe tải ................................................................................. 53

Bảng 4.2.

Thông số tấm Mindlin ...................................................................... 53

Bảng 4.3.

Thông số đất nền .............................................................................. 53

Bảng 4.5.

So sánh độ chênh lệch giữa Luận văn và Huang và
Thambiratnam (2001) [45] ............................................................... 60

Bảng 4.6.

So sánh chuyển vị của tấm khi hệ số độ cứng của nền thay đổi. ..... 68

Bảng 4.7.

So sánh chuyển vị của tấm khi hệ số cản của nền thay đổi. ............ 69


Bảng 4.8.

So sánh chuyển vị của tấm khi vận tốc xe thay đổi. ........................ 71

Bảng 4.9.

So sánh chuyển vị giữa SSI không gia cƣờng và có gia cƣờng 1
lớp Top Base. ................................................................................... 74

Bảng 4.10.

So sánh chuyển vị tại vị trí các bánh xe khi xe di chuyển đến vị
trí giữa tấm (x = 10m) với chiều dày tấm thay đổi khi nền có gia
cƣờng 1 lớp Top Base ...................................................................... 76

Bảng B.1.

Dữ liệu đất nền chƣa gia cƣờng Top Base ....................................... 92

Bảng B.2.

Hệ số độ cứng của nền thay đổi khi đất nền không gia cƣờng Top
Base .................................................................................................. 92

Bảng B.3.

Hệ số độ cản của nền thay đổi khi đất nền không gia cƣờng Top
Base .................................................................................................. 92

Bảng B.4.


Các thông số của lớp Top Base tƣơng đƣơng .................................. 92


xi
Bảng B.5.

Dữ liệu đất nền có gia cƣờng 1 lớp Top Base.................................. 93

Bảng B.6.

Hệ số độ cứng và hệ số độ cản nền khi gia cƣờng 1 lớp Top Base . 93

Bảng B.7.

Dữ liệu đất nền có gia cƣờng 2 lớp Top Base.................................. 93

Bảng B.8.

Hệ số độ cứng và hệ số độ cản nền khi gia cƣờng 2 lớp Top Base . 94

Bảng B.9.

Dữ liệu đất nền có gia cƣờng 3 lớp Top Base.................................. 94

Bảng B.10.

Hệ số độ cứng và hệ số độ cản nền khi gia cƣờng 3 lớp Top Base . 94



xii

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
FEM

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)

CS-MIN3

Cell-based smoothed Mindlin three nodes plate element

DOF

Bậc tự do (Degree of Freedom)

SSI

Tƣơng tác giữa kết cấu bên trên và đất nền bên dƣới (Soil-Structure
Interaction)

DSSI

Tƣơng tác động giữa kết cấu và đất nền (Dynamic Soil-Structure
Interaction)

Ma trận và vectơ
u

Vectơ chuyển vị tại một điểm bất kỳ của tấm


M

Ma trận khối lƣợng tổng thể

K

Ma trận độ cứng tổng thể

F

Vectơ lực

C

Ma trận cản tổng thể

Me

Ma trận khối lƣợng phần tử

Ce

Ma trận cản phần tử

K eMIN3

Ma trận độ cứng phần tử MIN3

Db


Ma trận vật liệu liên quan đến biến dạng uốn

Ds

Ma trận vật liệu liên quan đến biến dạng cắt



Ma trận biến dạng uốn



Ma trận biến dang cắt

κe

Ma trận biến dạng uốn trơn của phần tử CS-MIN3

γe

Ma trận biến dạng cắt trơn của phần tử CS-MIN3

Ke

Ma trận độ cứng phần tử CS-MIN3

K

Ma trận độ cứng tổng thể trơn khi sử dụng phần tử CS-MIN3



xiii
Ký hiệu

L

Chiều dài tấm

B

Chiều rộng tấm

h

Chiều dày tấm

E

Module đàn hồi Young của vật liệu làm nên tấm




Hệ số Poisson của tấm

s

Trọng lƣợng riêng của đất


rz

Bán kính quy đổi móng chữ nhật thành móng trịn theo phƣơng đứng

Ks

Hệ số độ cứng nền

Cs

Hệ số cản nền

Es

Module biến dạng của đất nền

s

Hệ số Poisson của đất

Gs

Module kháng cắt của đất

Eblock

Module đàn hồi của Top block

Vblock


Thể tích của một Top block

block

Trọng lƣợng riêng của Top block

block

Hệ số Poisson của Top block

Edd

Module đàn hồi của đá dăm 1x2

Vdd

Thể tích của đá dăm 1x2 trong khối Top block qui đổi

dd

Trọng lƣợng riêng của đá dăm 1x2

dd

Hệ số Poisson của đá dăm 1x2

Etd

Module biến dạng tƣơng đƣơng của lớp Top Base và đá dăm


Gtd

Module kháng cắt tƣơng đƣơng của lớp Top Base và đá dăm

 td

Hệ số Poisson tƣơng đƣơng của lớp Top Base và đá dăm

 td

Trọng lƣợng riêng tƣơng đƣơng của lớp Top Base và đá dăm

Trọng lƣợng riêng của tấm


xiv
Ký hiệu
Es - av

Module biến dạng trung bình qua các lớp đất (không gia cƣờng Top
Base)

Gs - av

Module kháng cắt trung bình qua các lớp đất (khơng gia cƣờng Top
Base)

 s - av

Hệ số Poisson trung bình qua các lớp đất (không gia cƣờng Top

Base)

 s - av

Trọng lƣợng riêng trung bình qua các lớp đất (khơng gia cƣờng Top
Base)

ETB
s - av

Module biến dạng trung bình qua các lớp đất (có gia cƣờng Top
Base)

GTB
s - av

Module kháng cắt trung bình qua các lớp đất (có gia cƣờng Top
Base)

TB
s - av

Hệ số Poisson trung bình qua các lớp đất (có gia cƣờng Top Base)

 TB
s-av

Trọng lƣợng riêng trung bình qua các lớp đất (có gia cƣờng Top
Base)


Pr

Tải trọng tập trung ở hai bánh xe sau

Prl

Tải trọng tập trung ở bánh xe sau bên trái

Prr

Tải trọng tập trung ở bánh xe sau bên phải

Pf

Tải trọng tập trung ở hai bánh xe trƣớc

Pfl

Tải trọng tập trung ở bánh xe trƣớc bên trái

Pfr

Tải trọng tập trung ở bánh xe trƣớc bên phải


Tổng quan

1

CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN
1.1

Giới thiệu

Trong xu thế phát triển của thế giới hiện nay, vấn đề ứng dụng công nghệ mới vào
đời sống luôn đƣợc con ngƣời quan tâm và phát triển ở nhiều lĩnh vực khác nhau.
Đặc biệt đối với ngành xây dựng, việc ứng dụng công nghệ mới có ý nghĩa hết sức
quan trọng, ảnh hƣởng đến chất lƣợng và giá thành của kết cấu. Một số công nghệ
mới đƣợc ứng dụng trong ngành xây dựng có thể kể đến nhƣ: giải pháp thiết kế sàn
Bubble Deck, sàn Hollow Core; các giải pháp xử lý nền nhƣ Top Base (Móng
phễu), cọc xi măng đất, phun vữa áp lực cao,...v.v. Trong đó, giải pháp xử lý nền
Top Base nổi lên nhƣ một giải pháp thay thế đầy triển vọng cho các phƣơng pháp
xử lý nền truyền thống. Chính vì vậy, hƣớng nghiên cứu về ứng xử của kết cấu đặt
trên nền đƣợc gia cƣờng Top Base đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà
nghiên cứu trên thế giới.
Công nghệ nền Top Base đƣợc sử dụng khá rộng rãi ở các cơng trình xây dựng
ở Nhật Bản và Hàn Quốc. Tuy nhiên, ở Việt Nam công nghệ này chỉ mới bƣớc đầu
đƣợc chuyển giao và triển khai thực hiện cho một số cơng trình nhỏ. Vì vậy, vẫn
chƣa có các tiêu chuẩn thiết kế dành riêng cho loại móng này, và do đó cũng góp
phần làm hạn chế việc phổ biến rộng rãi phƣơng pháp xử lý nền này. Một số ƣu
điểm nổi bật của phƣơng pháp Top Base có thể kể đến nhƣ: (1) đảm bảo an tồn cho
cơng trình trên nền đất yếu; (2) thi công thuận lợi; (3) thời gian thi công ngắn và chi
phí thấp,…v.v. Đây là những yếu tố mà các nhà đầu tƣ đặc biệt quan tâm trong tình
hình kinh tế khó khăn hiện nay. Thực tế nhiều cơng trình ở Nhật Bản, Hàn Quốc và
Việt Nam có sử dụng phƣơng pháp móng Top Base đã cho thấy tính hiệu quả và
kinh tế cao.


Tổng quan

1.2

2

Tổng quan về phƣơng pháp Top Base

1.2.1 Cấu tạo
Top Base là phƣơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cách xếp các khối bê tơng hình
phễu (hay cịn gọi là Top block) lên bề mặt của nền đất nguyên dạng, sau đó chèn và
đằm đá dăm lấp đầy vào khe trống giữa các Top block tạo thành kết cấu nền cho
móng nhƣ trong Hình 1.1 và Hình 1.2.

Hình 1.1. Top block bê tơng đúc sẵn.

Hình 1.2. Cấu tạo nền Top Base.


Tổng quan

3

Các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm của Banseok (2007) [1] cho thấy
phƣơng pháp Top Base làm cho độ lún cố kết giảm từ 1/2 ÷ 1/3 hoặc nhiều hơn,
đồng thời làm tăng khả năng chịu tải của nền từ 50% - 100% hoặc nhiều hơn so với
nền đất ban đầu chƣa đƣợc xử lý.
Phƣơng pháp này sử dụng rất nhiều trong kết cấu móng nơng trên nền đất yếu,
phƣơng pháp này có tác dụng tăng cƣờng khả năng chịu tải và giảm độ lún, vì vậy
có thể coi đây là một trong những phƣơng pháp cải tạo nền đất có hiệu quả cao.
Cơng nghệ Top Base vốn đƣợc coi là một bƣớc đột phá về công nghệ xây dựng,
đã đƣợc hồn thiện và áp dụng thành cơng trên nền đất yếu hơn 20 năm qua ở Nhật

Bản và Hàn Quốc. Có hai phƣơng pháp thi cơng Top Base, đó là thi cơng chủ yếu
tại nhà máy (Cơng nghệ Nhật Bản) và thi công đổ bê tông tại chỗ (Cơng nghệ Hàn
Quốc).
1.2.2 Tính ƣu việt của phƣơng pháp Top Base
 Đảm bảo an toàn cho tải trọng đặt trên nền đất yếu.
 Giảm độ lún tổng thể và lún lệch của cơng trình, đồng thời tăng khả năng chịu
tải của nền ban đầu.
 Khả năng chống động đất tốt với khả năng hấp thu rung động và chống rung
hiệu quả.
 Hoàn toàn loại bỏ đƣợc ảnh hƣởng xấu đến việc xây dựng do tiếng ồn và chấn
động gây ra.
 Có khả năng thi cơng ở nơi chật hẹp ngay cả trong cơng trình đã xây dựng.
 Thi cơng tiện lợi không cần thiết bị đặc biệt.
 Giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng.
 Thân thiện với môi trƣờng.
1.2.3 Phạm vi ứng dụng của phƣơng pháp Top Base
Phƣơng pháp Top Base đƣợc áp dụng rộng rãi để xử lý nền cho các cơng trình dân
dụng và cơng nghiệp, các cơng trình giao thơng vận tải và thơng tin liên lạc nhƣ:
 Cơng trình liên quan đến bảo vệ môi trƣờng: bãi san lấp chất thải, nơi xử lý
chất thải.
 Nhà dân dụng bao gồm nhà thấp tầng và nhà nhiều tầng.


Tổng quan

4

 Nhà công nghiệp.
 Bể chứa, bồn chứa và các cơng trình xử lý nƣớc thải.
 Các cơng trình giao thông và thông tin liên lạc nhƣ: đƣờng và các cơng trình

liên quan,…


Tổng quan


5

Một số cơng trình thực tế ở nƣớc ngồi:

Một số cơng trình thực tế đã đƣợc thi cơng ở nƣớc ngồi, ví dụ nhƣ: cơng trình High
Palace Officetel, Seoul (Hình 1.3); cơng trình Jeongeon Skyvil Aparterment, Seoul
(Hình 1.4); cơng trình Ssangyoung Park-Regency Bldg. Daejeon (Hình 1.5); …v.v.

Hình 1.3. Cơng trình High Palace Officetel, Seoul.

Hình 1.4. Cơng trình Jeongeon Skyvil Aparterment, Seoul.

Hình 1.5. Cơng trình Ssangyoung Park-Regency Bldg. Daejeon.


Tổng quan


6

Một số cơng trình thực tế ở Việt Nam:

Ở Việt Nam cũng đã ứng dụng công nghệ gia cố nền bằng Top Base vào các cơng
trình thực tế nhƣ: tồ nhà South Building, 60 Trƣờng Sơn, Tp.HCM (Hình 1.6); nhà

ở Xã hội Hƣng Lộc, Vinh, Nghệ An (Hình 1.7); khách sạn 5 sao An Thịnh, Hịa
Bình (Hình 1.8); …v.v.

Hình 1.6. Toà nhà South Building, 60 Trƣờng Sơn, Tp.HCM.


Tổng quan

7

Hình 1.7. Nhà ở Xã hội Hƣng Lộc, Vinh, Nghệ An.

Hình 1.8. Khách sạn 5 sao An Thịnh, Hịa Bình.


Tổng quan
1.3

8

Sơ lƣợc về sự tƣơng tác giữa kết cấu tấm và nền

Trong nhiều thiết kế liên quan đến kết cấu khung, phần kết cấu khung bên trên và
phần nền bên dƣới (móng) sẽ đƣợc tính tốn riêng. Các kỹ sƣ sẽ phân tích ứng xử
của kết cấu khung bên trên và tính tốn nội lực tại chân kết cấu bên trên, sau đó
truyền lực xuống và tính cho phần nền bên dƣới. Nhƣng đối với kết cấu tấm đặt trên
nền thì việc phân tích thiết kế thƣờng đƣợc xem xét đồng thời giữa cả tấm và móng
trên nền, do chúng có sự tƣơng tác lẫn nhau. Khi các kết cấu tấm dao động dƣới các
tác nhân của ngoại lực, sẽ làm phát sinh dịch chuyển ở đáy móng đặt trên nền, sự
dịch chuyển này tạo ra sự trao đổi năng lƣợng và tƣơng tác giữa kết cấu bên trên và

phần nền bên dƣới (Soil-Structure Interaction, viết tắt là SSI). Ngoài ra, tƣơng tác
giữa kết cấu tấm bên trên và nền bên dƣới không chỉ phụ thuộc vào độ cứng của nền
bên dƣới mà còn phụ thuộc vào độ cứng và khối lƣợng của kết cấu tấm bên trên.
Nhƣ vậy, để việc phân tích ứng xử của kết cấu tấm trên nền đƣợc chính xác hơn,
địi hỏi ngƣời thiết kế phải sử dụng các phƣơng pháp phân tích phù hợp, và xem xét
cả kết cấu tấm và móng trên nền là một hệ duy nhất.
1.4

Tình hình nghiên cứu

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Phƣơng pháp Top Base đƣợc sử dụng lần đầu tiên tại Nhật Bản vào những năm 80
của thế kỷ XX. Tuy nhiên, trong thời gian đó phƣơng pháp này chƣa đƣợc quan tâm
nghiên cứu và phát triển.
Sau những trận động đất lớn ở Chibahien vào năm 1987 (Hình 1.9), ngƣời Nhật
mới nhận thấy sự bền vững của những cơng trình đƣợc gia cố nền bằng phƣơng
pháp Top Base. Từ đó họ bắt đầu tập trung nghiên cứu và phát triển chúng. Nhờ
vậy, ngày nay phƣơng pháp này trở nên phổ biến trên toàn thế giới.