ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------- NGÔ TẤN SANH TƯƠNG TÁC GIỮA KHUNG VÀ MÓNG SỬ DỤNG MÔ HÌNH MÓNG VỚI LÝ THUYẾT CHẢY DẺO NHIỀU MẶT Chuyên ngành: Xây Dựng Dân dụng và Công nghiệp Mã số ngành : 60-58-20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Sỹ Lâm . Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS Nguyễn Văn Yên . Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Nguyễn Hồng Ân . Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 01 tháng 02 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS,TS Nguyễn Văn Yên 2. Nguyễn Sỹ Lâm 3. Nguyễn Hồng Ân 4. Ngô Hữu Cường 5. Hồ Hữu Chỉnh 6. Lê Văn Phước Nhân Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--- Tp. HCM, ngày tháng . năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: NGÔ TẤN SANH Phái: Nam Sinh ngày 18 tháng 09 năm 1977 Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh Chuyên ngành: xậy dựng dân dựng và công nghiệp Mã số ngành : 60-58-20 1- TÊN ĐỀ TÀI: TƯƠNG TÁC GIỮA KHUNG VÀ MÓNG SỬ DỤNG MÔ HÌNH MÓNG VỚI LÝ THUYẾT CHẢY DẺO NHIỀU MẶT 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: 2.1 Xây dựng thủ tục tương tác giữa ISIS (mô hình phân tích móng) với SOS_3D (mô hình phân tích khung).2 Phân tích tương tác trong trường hợp mô hình không xét đến móng và có xét đến móng sử dụng mô hình móng với lý thuyết chảy dẻo một mặt và nhiều mặt.3 So sánh kết quả, rút ra nhận xét và kiến nghị. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/07/2011. 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/02/2012 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN SỸ LÂM Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. Nguyễn Sỹ Lâm Lời Cảm Ơn LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành bày tỏ lòng biết ơn của mình đến Thầy hướng dẫn TS. Nguyễn Sỹ Lâm, người đã khuyên bảo và gợi ý định hướng cho tôi về ý tưởng trong những vấn đề nghiên cứu của đề tài và sự hướng dẫn tận tình, những lời khuyên quý báu, những phương pháp nghiên cứu hiệu quả và nguồn tài liệu giá trị trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM, Phòng Đào tạo Sau Đại học và các thầy cô quản lý chương trình đào tạo Sau Đại học, các thầy cô trực tiếp tham gia giảng dạy đã truyền đạt những kiến thức và phương pháp học tập, nghiên cứu mới. Tôi chân thành cảm ơn đến các bạn bè, các anh chị học viên trong khoá 2010 đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn. Tôi chân thành cám 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 tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Công ty TNHH MTV Quản lý Khai thác Dịch vụ Thủy lợi Thành phố Hồ Chí Minh, Ban Giám đốc Ban Quản lý Dự án Đầu tư xây dựng Công trình và anh chị em đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi được học, được nghiên cứu, hỗ trợ công việc, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện luận văn này. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến vợ tôi, Phan Hồng Thịnh, người luôn động viên tôi, thay mặt tôi chăm sóc gia đình và các con tôi trong suốt thời gian tôi tham dự khóa học sau đại học và thực hiện hoàn thành luận văn này. Và cuối cùng tôi muốn gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, cha mẹ, các anh chị đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện luận văn.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 Ngô Tấn Sanh - i- Tóm tắt TÓM TẮT Mục đích của đề tài luận văn thạc sĩ này là xây dựng thủ tục tương tác giữa móng và khung. Mô hình móng sử dụng lý thuyết chảy dẻo nhiều mặt (Houlsby và Puzrin (2000)) [1], gọi là ISIS, đã được phát triển bởi (Lam Nguyen-Sy and Houlsby, 2005) [2] cùng với việc áp dụng kiểu phần tử vĩ mô (macro-element) mô tả trực tiếp mối quan hệ lực – chuyển vị thông qua một điểm đại diện. Đây là mô hình phân tích các loại móng nông làm việc dưới nước (offshore) với ưu điểm : giảm tổng số bậc tự do; tiết kiệm thời gian xử lý; ít cần kinh nghiệm trong lập trình phần tử hữu hạn và mô phỏng được ảnh hưởng tải trọng tuần hoàn. Mô hình khung sử dụng lý thuyết phần tử hữu hạn có xét đến các hiệu ứng P- Delta và bao gồm cả phân tích động lực học trong quá trình tính toán. Chương trình phân tích FEM cho Mô hình khung sử dụng trong luận án này lấy cơ sở từ chương trình SOS_3D (Simulation of Offshore Structures complete with their foundations and invironmental loading in 3 Dimensions) (Bienen and Cassidy, 2006) [3] Mô phỏng kết cấu khung ngoài khơi chịu tải trọng môi trường 3 chiều. Ở thời điểm hiện tại, ISIS và SOS_3D đang tồn tại như những mô đun riêng biệt. Để có thể xem xét sự ảnh hưởng qua lại giữa kết cấu khung và nền móng trong các kết cấu ngoài khơi (ví dụ như giàn khoan, turbin điện gió, …) sử dụng móng nông, việc xây dựng thủ tục kết nối hai chương trình phân tích nói trên (ISIS cho nền móng và SOS_3D cho kết cấu khung bên trên) trở thành nhiệm vụ cấp thiết và cũng là nhiệm vụ chính của Luận văn này. Các dữ liệu đầu vào như tải trọng gió, kích thước giàn khoan… của ví dụ minh họa được lấy từ tư liệu nghiên cứu của Trung tâm nền móng công trình ngoài khơi thuộc Đại học Tây Úc (Centre of Offshore Foundation Systems – University of Western Australia, Australia) và nghiên cứu của (Bienen and Cassidy, 2006) [3]. Ngôn ngữ lập trình FORTRAN được sử dụng để xây thủ tục tương tác này. - ii- Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện. Các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được cônng bố ở các nghiên cứu khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 Ngô Tấn Sanh - iii- Mục lục MỤC LỤC 1. GIỚI THIỆU CHUNG . ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU . PHẠM VI NGHIÊN CỨU. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN . GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH SOS_3D . MÔ HÌNH KẾT CẤU . Ma trận độ cứng tuyến tính. Ma trận độ cứng phi tuyến :.1 Dầm cột 2 phương .2 Mở rộng ảnh hưởng đến biến dạng cắt (2D) .3 Dầm cột 3 phương .4 Mở rộng xét đến ảnh hưởng biến dạng cắt (3D). Ma trận khối lượng. Ma trận cản . MÔ HÌNH MÓNG (ISIS) . Mặt chảy dẻo . Ứng xử đàn hồi . Quy luật củng cố. Quy luật chảy dẻo. Mô hình ISIS.1 Mô hình 1 mặt chảy dẻo.1 Hàm năng lượng và việc xác định biến trạng thái bên trong cho móng sử dụng khái niệm “macro – element” . 37 - ii- Mục lục 2.2 Hàm chảy dẻo :.1 Hàm chảy dẻo cho móng tròn nông và spudcan .2 Hàm chảy dẻo cho móng caisson.3 Quy luật chảy dẻo .4 Ứng xử gia số ứng suất biến dạng .1 Ứng xử đàn hồi :.2 Ứng xử dẻo :.2 Mô hình nhiều mặt chảy dẻo (ISIS) – công thức rời rạc hóa.1 Rời rạc hóa các hàm năng lượng tự do và các hàm nội biến .2 Hàm chảy dẻo :.3 Điều chỉnh các hàm chảy dẻo .4 Quy luật chảy dẻo và ứng xử gia số sử dụng lời giải độc lập với tốc độ (độc lập với tốc độ chảy dẻo).5 Quy luật chảy dẻo và ứng xử gia số sử dụng lời giải phụ thuộc tốc độ. HỆ TƯƠNG TÁC KẾT CẤU – MÓNG. Phân tích mô hình móng chảy dẻo - Tương tác giữa SOS_3D và ISIS . Những nhận xét . PHƯƠNG PHÁP GIẢI . Phân tích tĩnh học .1 Phân tích tĩnh học tuyến tính.2 Phân tích tĩnh học phi tuyến. Phân tích động học.1 Phân tích động học tuyến tính .2 Phân tích động học phi tuyến . MÔ HÌNH ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TƯƠNG TÁC. TÓM TẮT CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ LÝ THUYẾT NỀN : . 74 - iii- Mục lục 3. Chương trình PTHH SOS_3D (Simulation of Offshore Structures complete with their foundations and environmental loading in 3 Dimensions) (Bienen and Cassidy, 2006) :. Mô hình ISIS, Cơ sở lý thuyết chảy dẻo móng, được thiết lập bởi Houlsby và Puzrin (2000), đã được phát triển bởi Lam Nguyen-Sy và Houlsby (2005) [2] .1 Phân tích móng nông: .2 Ưu điểm của mô hình: . MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU : . Giới hạn nghiên cứu : . Các lưu đồ của thuật toán chủ yếu: . Xây dựng mô hình tương tác ISIS với SOS_3D :. VÍ DỤ TÍNH TOÁN . VÍ DỤ SỐ VÀ MÔ HÌNH TOÁN . TRƯỜNG HỢP CÓ XÉT MÓNG VỚI MÔ HÌNH NHIỀU MẶT CHẢY DẺO . SO SÁNH GIỮA MÔ HÌNH MỘT MẶT CHẢY DẺO VÀ MÔ HÌNH NHIỀU MẶT CHẢY DẺO : . TRƯỜNG HỢP KHÔNG XÉT MÓNG :. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN . TÓM TẮT CÔNG VIỆC ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC . HƯỚNG PHÁT TRIỂN .94 - iv- Danh mục bảng biểu DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ kích thước và tải trọng của tuabin gió ngoài khơi và mô hình giàn khoan di động, Byrne and Houlsby (2003) [30] . Lắp đặt caisson bằng cách hút nước [3](Lam Nguyen Sy – 2005) . Móng Caisson cho tuabin gió [3] (Lam Nguyen Sy – 2005). Hình dạng móng [3] . Sơ đồ kết cấu giàn khoan và mô hình số . Hệ tọa độ tổng quát và ký hiệu. Minh họa góc xoay (after Smith and Griffith (1998)) . Lực và chuyển vi dầm cột trong tọa độ tổng thể (2D) . Lực và chuyển vị dầm cột trong tọa độ phần tử (2D) . Các lực dầm cột trong hệ tọa độ tổng thể (3D) . Quan hệ chuyển vị và lực tương ứng phần tử . Quy tắc dấu ISIS . Hình nón tương đương (Martin (1994))[21] . Mặt chảy dẻo của mô hình C trong không gian (Cassidy (1999))[12] .10 Hình chiếu của hàm chảy dẻo trong không gian lực chính .
