Dtnc29 cach ung dung loi giai coc chiu luc ngang khi hsn pbo hinh thang
1. 1
CAÙCH ÖÙNG DUÏNG LÔØI GIAÛI
COÏC CHÒU LÖÏC NGANG TRONG TCXD 205-1998 KHI
HEÄ SOÁ NEÀN PHAÂN BOÁ DAÏNG HÌNH THANG THEO
CHIEÀU SAÂU ÑOÙNG COÏC
Ts. Phan Duõng
1. Ñaët vaán ñeà
1.1 Trong thöïc teá thieát keá ta coù theå gaëp tröôøng hôïp coïc vaø moùng coïc chòu löïc
ngang ñaët trong neàn ñaøo hoaëc neàn maø vôùi caùc lyù do coù caên cöù khoa hoïc xaùc ñaùng,
phaân boá heä soá neàn theo chieàu saâu ñoùng coïc caàn ñöôïc chaáp nhaän quy luaät hình
thang. Khi ñoù, giaù trò heä soá neàn taïi möùc maët ñaát tính toaùn khaùc khoâng vaø bieán ñoåi
tuyeán tính theo chieàu saâu ñoùng coïc.
1.2 Chuyeån vò – noäi löïc cuûa coïc chòu löïc ngang trong neàn ñaát nhö theá, GS-TS.
Leâ Ñöùc Thaéng ñaõ cho lôøi giaûi trong [1], coù theå toùm taét nhö sau:
1. Ñaët baøi toaùn:
Xeùt moät coïc khoâng coù chieàu cao töï do ( L 0 = 0), chòu löïc ngang taïi möùc
maët ñaát tính toaùn (ñieåm 0) laø ñaàu coïc thöïc: Q 0 vaø M 0 . Quy luaät phaân boá heä
soá neàn theo chieàu saâu ñoùng coïc coù daïng hình thang: taïi möùc maët ñaát (ñaàu
coïc thöïc) nhaän giaù trò k 0 , ôû chaân coïc: k L , bieán ñoåi giöõa hai giaù trò naøy theo
heä soá tyû leä cuûa heä soá neàn k ( kN / m 4 ) ghi trong baûng G.1 [2] (xem hình 1a).
Yeâu caàu tìm chuyeån vò – noäi löïc trong coïc.
2. 2
EI EI
D D
Hình 1: Sô ñoà tính coïc chòu löïc ngang khi bieåu ñoà heä soá neàn phaân boá hình thang cuûa
GS-TS. Leâ Ñöùc Thaéng
a - Sô ñoà heä coïc - ñaát thöïc (bieåu ñoà heä soá neàn hình thang).
b - Sô ñoà heä coïc - ñaát aûo (bieåu ñoà heä soá neàn hình tam giaùc).
2. Caùch giaûi cuûa GS-TS. Leâ Ñöùc Thaéng:
YÙ töôûng cuûa GS-TS. Leâ Ñöùc Thaéng veà caùch giaûi baøi toaùn naøy ñöôïc moâ
taû treân hình 1b: Neáu ta xaùc ñònh ñöôïc vò trí maët ñaát tính toaùn aûo ñeå bieåu ñoà
heä soá neàn trôû thaønh daïng tam giaùc, taïi ñoù goïi laø ñaàu coïc aûo (ñieåm O’) chòu
caùc löïc ngang aûo: Q a vaø M a , ñöôïc suy ra töø Q 0 vaø M 0 döïa treân ñieàu kieän
0 0
heä aûo töông ñöông vôùi heä thöïc, thì hoaøn toaøn coù theå söû duïng caùc coâng thöùc
tính coïc chòu löïc ngang cuûa TCXD 205:1998 ñeå xaùc ñònh chuyeån vò – noäi löïc
trong coïc cuûa heä thöïc.
1.3 Döïa treân yù töôûng cuûa GS-TS. Leâ Ñöùc Thaéng, baøi baùo naøy giôùi thieäu moät
caùch khaùc ñôn giaûn, tieän duïng vaø coù tính heä thoáng ñeå giaûi baøi toaùn coïc chòu löïc
ngang vôùi bieåu ñoà heä soá neàn hình thang cho hai tröôøng hôïp: coïc khoâng coù chieàu cao
töï do ( L 0 = 0 ) vaø coù chieàu cao töï do ( L 0 ≠ 0 ).
2. Caùc coâng thöùc tính ñoái vôùi coïc khoâng coù chieàu cao töï do
2.1. Caùc löïc ngang aûo
Moái quan heä giöõa Q a vaø M a ø vôùi Q 0 vaø M 0 ñöôïc xaùc laäp döïa treân caùc phöông
0 0
trình (G.17) vaø (G.18) [2] vieát laïi nhö sau:
3. 3
⎡ a ϕa C D ⎤
α EI ⎢ y 0 A 3 − 0 B 3 2 3 M a + 3 3 Q a ⎥ = M 0
2
0 0 (1)
⎢
⎣ α α EI α EI ⎥
⎦
⎡ a ϕa C D ⎤
α EI ⎢ y 0 A 4 − 0 B 4 2 4 M a + 3 4 Q a ⎥ = Q 0
3
0 0 (2)
⎢
⎣ α α EI α EI ⎥
⎦
Theá chuyeån vò naèm ngang y a vaø chuyeån vò xoay ϕ a taïi maët ñaát aûo theo caùc
0 0
coâng thöùc (G.9) ñeán (G.13) [2] vaøo (1) vaø (2) roài saép xeáp laïi seõ thu ñöôïc daïng goïn
cuûa heä phöông trình chöùa caùc löïc aûo:
A q Q a + αB q M a = Q 0
0 0 (3)
Am a
Q0 + Bm M a = M 0
0 (4)
α
ÔÛ ñaây, gioáng nhö trong [5]:
A q = A 0 A 4 − B0 B 4 + D 4 ⎫
⎪
Bq = B0 A 4 − C0 B4 + C4 ⎪
⎬ (5)
A m = A 0 A 3 − B0 B3 + D 3 ⎪
B m = B 0 A 3 − C 0 B3 + C 3 ⎪
⎭
Giaûi heä phöông trình naøy, ta coù:
B m Q 0 − αB q M 0
Qa =
0 (6)
A q Bm − A m Bq
α −1 A m Q 0 − A q M 0
Ma
0 =− (7)
A q Bm − A m Bq
2.2. Ñaàu coïc töï do:
Chuyeån vò – noäi löïc trong coïc ñöôïc tính theo trình töï sau:
Böôùc 1: Tính heä soá bieán daïng vaø chieàu saâu ñoùng coïc tính ñoåi L = α(L + h )
Böôùc 2: Tìm chieàu cao tính ñoåi cuûa maët ñaát aûo z = h = αh
Böôùc 3: Tra baûng 4 trong [5] ñeå coù giaù trò heä soá A m , B m , A q , B q khi L ≥ 5
Böôùc 4: Xaùc ñònh giaù trò löïc aûo Q a vaø M a theo (6) vaø (7).
0 0
4. 4
Böôùc 5: Tính chuyeån vò – noäi löïc trong coïc taïi tieát dieän coù ñoä saâu khaùc nhau
nhôø coâng thöùc (37) ñeán (41) trong [5] vôùi Q 0 vaø M0 ñöôïc thay baèng Q a vaø M a ø:
0 0
1 1
yz = A yQa +
0 ByMa
0 (8)
α EI
3
α EI
2
1 1
ϕz = A ϕQa +
0 Bϕ M a
0 (9)
α 2 EI αEI
1
Mz = A mQa + Bm M a
0 0 (10)
α
Q z = A m Q a + αB q M a
0 0 (11)
α α2
pz = A pQ0 +
a
Bp M a
0 (12)
d tt d tt
Caùc heä soá (A, B) y,ϕ,m,q ,p tra ôû baûng 4 öùng vôùi z ≥ αh
Chuù yù raèng ϕ z vaø p z theo (9) vaø (12) seõ coù daáu ngöôïc vôùi daáu cuûa chuùng
neáu tính theo TCXD 205-1998.
2.3. Caùc heä soá ñoä meàm ñaàu coïc: δ * , δ * , δ* , δ *
HH HM MH MM
1. Gaùn Q 0 = 1 vaø M 0 = 0 vaøo (3) vaø (4) seõ nhaän ñöôïc daïng môùi cuûa (6) vaø (7)
nhö sau:
a Bm
Q 0q = (13)
A q B m − A m Bq
a 1 Am
M 0q = − × (14)
α A q B m − A m Bq
Neáu theá (13) vaø (14) vaøo (8) thì y z = δ * :
HH
1 A y Bm − By A m
δ* =
HH (15)
α 3 EI A q B m − A m B q
A y Bm − By A m
Ñaët: A* =
0 (16)
A q Bm − A m Bq
Vaø vieát laïi (15):
5. 5
1
δ* =
HH A*
0 (17)
α EI
3
Töông töï nhö theá, neáu theá (13) vaø (14) vaøo (9) thì ϕ z = δ * :
HM
1 A ϕ B m − Bϕ A m
δ* =
HM (18)
α 2 EI A q B m − A m B q
A ϕ Bm − Bϕ A m
Ñaët: B* q =
0 (19)
A q Bm − A m Bq
Vaø vieát laïi (18):
1
δ* =
HM B* q
0 (20)
α EI
2
2. Gaùn Q 0 = 0 vaø M 0 = 1 vaøo (3), (4) thì caùc nghieäm (6) vaø (7) laïi trôû thaønh:
a Bq
Q 0 m = −α (21)
A q Bm − A m Bq
a Aq
M 0m = (22)
A q Bm − A m Bq
Söû duïng (21), (22) vaø laøm töông töï nhö treân ta nhaän ñöôïc keát quaû cuoái cuøng
sau:
1 B y A q − A y Bq
δ* =
MH (23)
α 2 EI A q B m − A m B q
B y A q − A y Bq
Ñaët B* m =
0 (24)
A q B m − A m Bq
1
Thì δ* =
MH B* m
0 (25)
α EI
2
Sau cuøng:
1 Bϕ A q − A ϕ Bq
δ* =
MM (26)
αEI A q B m − A m B q
Bϕ A q − A ϕ Bq
Ñaët: C* =
0 (27)
A q Bm − A m Bq
6. 6
1 *
thì: δ* =
MM C0 (28)
αEI
3. Keát luaän coâng thöùc caùc heä soá ñoä meàm:
Nhö ñaõ noùi tröôùc ñaây, vì quy öôùc daáu cuûa goùc xoay ñang tính ngöôïc daáu vôùi
TCXD 205-1998 neân caùc ñaïi löôïng B * q vaø C * seõ mang daáu aâm, vaø do vaäy δ * vaø
0 0 HM
δ * cuõng seõ laø nhöõng ñaïi löôïng coù giaù trò aâm. Muoán söû duïng keát quaû treân ñeå tính
MM
coïc chòu löïc ngang theo TCXD 205-1998, ta phaûi choïn duøng giaù trò tuyeät ñoái cuûa
chuùng. Ngoaøi ra, theo ñònh lyù Maécxoen thì:
B * q = B* m = B*
0 0 0 (29)
Vôùi nhöõng nhaän xeùt nhö theá, coâng thöùc cuoái cuøng ñeå tính caùc heä soá meàm ñaàu
coïc khi bieåu ñoà heä soá neàn coù daïng hình thang seõ laø:
1
δ* =
HH A*
0 (30)
α EI
3
1
δ* = δ* =
HM MH B*
0 (31)
α EI
2
1 *
δ* =
MM C0 (32)
αEI
Giaù trò cuûa caùc heä A * , B* , C * luoân döông, coù theå tính tröïc tieáp hoaëc tra
0 0 0
trong baûng 1, phuï thuoäc chieàu saâu choân coïc tính ñoåi z .
2.4. Ñaàu coïc ngaøm cöùng, cho pheùp chuyeån dòch naèm ngang döôùi taùc duïng cuûa löïc
ngang Q 0 :
Chuyeån vò ngang y 0 vaø goùc xoay ϕ 0 cuûa ñaàu coïc ñöôïc tính gioáng nhö
(G.9) vaø (G.10) trong [2]:
y 0 = δ* Q 0 + δ* M 0
HH HM (33)
ϕ0 = δ* Q 0 + δ* M 0
HM MM (34)
1. Momen ngaøm M ng :
Ñieàu kieän xaùc ñònh giaù trò momen ngaøm:
ϕ0 = 0 (35)