Phân tích ứng xử nền đất bán không gian đàn nhớt chịu tải di động sử dụng phần tử phẳng Q8 chuyển động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HỒ BÁ TOÀN

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ NỀN ĐẤT BÁN KHÔNG GIAN ĐÀN NHỚT

CHỊU TẢI DI ĐỘNG SỬ DỤNG PHẦN TỬ PHẲNG Q8 CHUYỂN ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Tp.HCM, năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HỒ BÁ TOÀN

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ NỀN ĐẤT BÁN KHÔNG GIAN ĐÀN NHỚT

CHỊU TẢI DI ĐỘNG SỬ DỤNG PHẦN TỬ PHẲNG Q8 CHUYỂN ĐỘNG

Chuyên ngành: Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp

Mã số chuyên ngành: 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

PGS. TS. Lƣơng Văn Hải

TP. Hồ Chí Minh, năm 2015

ii

TÓM TẮT

Gần đây, một hình thức mới của phƣơng pháp Phần tử hữu hạn, gọi là

phƣơng pháp Phần tử chuyển động (Moving Element Method - MEM) đƣợc xây

dựng để phân tích ứng xử động của nền đất nửa không gian đàn hồi chịu tải trọng di

động với vận tốc hằng số. Nghiên cứu của luận văn này sẽ phân tích ứng xử của

nền đất nửa không gian đàn hồi khi chịu tải chuyển động thông qua việc sử dụng

phần tử phẳng Q8 chuyển động (có xét đến gia tốc của tải, cản nhớt đàn hồi, biên độ

và bƣớc sóng của bề mặt nhám của đất nền). Phƣơng trình chuyển động đƣợc xây

dựng trong một hệ tọa độ tƣơng đối gắn liền với tải chuyển động, với ý tƣởng tải

trọng đƣợc xem nhƣ cố định tại một điểm trên nền đàn hồi. Ƣu điểm chính của

phƣơng pháp này là: Thứ nhất, tải di động sẽ không đến biên vì phần tử đề xuất

luôn di chuyển và do đó các lời giải sẽ đƣợc giải quyết đơn giản hơn vì không xét

ảnh hƣởng của biên. Điểm thuận lợi thứ hai là tải chuyển động sẽ không phải chạy

từ phần tử này đến phần tử khác, do đó tránh đƣợc việc cập nhật vectơ tải trọng

hoặc vectơ chuyển vị do sự thay đổi của điểm tƣơng tác giữa các phần tử. Điểm

thuận lợi thứ ba là phƣơng pháp đề xuất này cho phép phần tử có độ dài không bằng

nhau nên có thể sử dụng việc chia lƣới phần tử không đồng đều. Từ đó, luận văn

khảo sát ứng xử động của đất nền (chuyển vị, vận tốc) khi có tải chuyển động ở

trên. Ngoài ra, ảnh hƣởng của các thông số cơ bản nhƣ: vận tốc, khối lƣợng tải

trọng, tỷ số cản độ cứng đất nền đến ứng xử động của đất nền cũng đƣợc khảo sát.

Những kết quả dự kiến đạt đƣợc nhằm cung cấp thông tin cần thiết cho việc thiết

kế, thi công, bảo dƣỡng hệ thống đƣờng ôtô, đƣờng cao tốc hiện tại và tƣơng lai.

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy

PGS.TS Lƣơng Văn Hải.

Ngoài trừ những tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn trong luận văn này, tôi cam

đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chƣa từng đƣợc công bố

hoặc đƣợc sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của ngƣời khác đƣợc sử dụng trong luận văn

này mà không đƣợc trích dẫn theo đúng quy định.

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 công việc thực hiện của mình.

Tp. HCM, ngày tháng năm 2015

Hồ Bá Toàn

iv

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................i

TÓM TẮT ĐỀ CƢƠNG..........................................................................................ii

LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .........................................................................viii

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT .............................................................................ix

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................1

1.1 Giới thiệu....................................................................................................1

1.2 Những sự cố xảy ra khi sử dụng hệ thống đƣờng cao tốc ............................4

1.3 Tình hình nghiên cứu..................................................................................6

1.3.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới............................................6

1.3.2 Các công trình nghiên cứu trong nƣớc..............................................8

1.4 Mục tiêu và hƣớng nghiên cứu.................................................................. 10

1.5 Cấu trúc của luận văn................................................................................ 10

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................... 12

2.1 Mô hình nền đất bán không gian đàn nhớt chịu tải trọng di chuyển........... 12

2.2 Mô hình phần tử phẳng Q8 chuyển động .................................................. 12

2.3 Phƣơng pháp phần tử chuyển động ........................................................... 16

2.4 Giải pháp thực hiện................................................................................... 22

2.5 Thông số đầu vào...................................................................................... 25

2.6 Giải bài toán theo dạng chuyển vị và xuất kết quả..................................... 26

2.7 Độ ổn định và hội tụ của phƣơng pháp Newmark ..................................... 26

2.8 Lập trình và lƣu đồ tính toán..................................................................... 26

CHƢƠNG 3. VÍ DỤ SỐ...................................................................................... 28

3.1 Bài toán 1: Kiểm chứng chƣơng trình Matlab ........................................... 29

3.2 Bài toán 2: Phân tích ứng xử động của nền bán không gian khi thay

đổi khối lƣợng tải...................................................................................... 31