ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu tương tác giữa hệ khung nhà và móng cọc. Hiện nay, với sự phát triển của xã hội các tòa nhà cao tầng mọc lên ngày càng nhiều, gia tăng cả về kích thước mặt bằng và chiều cao phần thân lẫn phần ngầm. Theo thống kê, tòa nhà cao nhất thế giới hiện này là “Tòa Tháp Jeddah Tower” tại Ả Rập Xê Út với chiều cao lên đến 1.007 (m) gồm 228 tầng nổi và 2 tầng hầm. Tại Việt Nam, tòa nhà “Landmark 81” với chiều cao 461 (m) gồm 81 tầng nổi và 3 tầng hầm, đứng thứ 16 trong các tòa nhà cao nhất thế giới hiện nay. Sự phát triển của các tòa nhà cao tầng ngày một dày đặc, đã xuất hiện nhiều phần mềm thiết kế kết cấu phần thân và phần ngầm, thông dụng là Sap2000, Etabs, Safe, Plaxis 2D, Plaxis 3D, Solidworks, Ansys, Abaqus, Prokon, GeoSlope,... ra đời và cải tiến liên tục. Nhưng vấn đề đặt ra là ứng xử giữa kết cấu nhà bên trên và nền móng bên dưới chưa được giải quyết. Thông thường, phần lớn các kỹ sư kết cấu khi thiết kế phần bên trên thì xem công trình làm việc trên nền cứng (không biến dạng). Tải trọng của phần kết cấu bên trên được tổng hợp và chuyển sang làm dữ kiện cho việc thiết kế nền móng. Với sơ đồ tính riêng rẽ từng phần như vậy kết quả có thể sai khác đáng kể so với ứng xử thực tế của công trình trên nền đất biến dạng không đồng đều. Sở dĩ cách tính riêng rẽ từng phần đến nay vẫn được sử dụng vì việc giải quyết tính toán sự làm việc đồng thời giữa khung – móng – nền gặp nhiều khó khăn phức tạp và kết quả có thể chấp nhận được khi công trình được đặt trên nền đất tốt hoặc chênh lệch lún giữa các chân cột nhỏ. Để phản ánh đúng sự làm việc thực tế của công trình cần thiết phải phân tích bài toán móng và khung làm việc đồng thời với nền. Từ kết quả phân tích ứng xử của kết cấu bên trên và móng cọc bên dưới cũng như sự tương tác qua lại giữa các bộ phận của công trình nhằm tối ưu hóa kết cấu của công trình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA O0O ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA HỆ KHUNG NHÀ VÀ MÓNG CỌC Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 8580211 Họ tên học viên: NGUYỄN MINH TÂN Mã số học viên: 2070003 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên MSHV : 2070003 Ngày tháng năm sinh : 23/02/1997 Nơi sinh : Bình Thuận Chuyên ngành Mã số ngành : 8580211 I : NGUYỄN MINH TÂN : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA HỆ KHUNG NHÀ VÀ MÓNG CỌC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Mở đầu Chương Tổng quan phương pháp phân tích ứng xử hệ kết cấu cơng trình móng cọc – đất làm việc đồng thời Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế móng cọc Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế khung kết cấu Chương Nghiên cứu ứng xử hệ kết cấu cơng trình - móng cọc – đất làm việc đồng thời Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo II NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/12/2021 III CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Lê Bá Vinh Tp HCM, ngày tháng năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS LÊ BÁ VINH MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH - MĨNG CỌC – ĐẤT NỀN CÙNG LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI 1.1 PHƯƠNG PHÁP TÁCH RIÊNG PHẦN KẾT CẤU BÊN TRÊN VÀ NỀN MĨNG ĐỂ TÍNH TỐN 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH - MÓNG CỌC – ĐẤT NỀN CÙNG LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI 1.2.1 Cơng trình hệ thống lò xo cọc [1] 1.2.2 Cơng trình hệ thống lị xo cọc đất 1.2.3 Cơng trình móng cọc hệ thống lị xo đất [3] & [4] 12 1.2.4 Mô phần mềm Sap 2000 với đất mô phần tử Solid 13 1.2.5 Mô số với phần mềm chun dụng có mơ hình đất 14 1.3 NHẬN XÉT VÀ CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỆ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH - MĨNG CỌC – ĐẤT NỀN CÙNG LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI 16 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÓNG CỌC 17 2.1 KHÁI NIỆM CỦA MÓNG CỌC 17 2.1.1 Định nghĩa 17 2.1.2 Các ưu điểm móng cọc 17 2.2 PHÂN TÍCH CÁC TƯƠNG TÁC TRONG MĨNG CỌC CĨ VÀ KHƠNG CĨ HỆ KẾT CẤU BÊN TRÊN 17 2.2.1 Phân tích cọc đơn theo thay đổi kích thước địa chất 18 2.2.2 Phân tích nhóm cọc theo thay đổi khoảng cách bố trí địa chất 19 2.2.3 Phân tích nhóm cọc theo thay đổi yếu tố có khơng có hệ kết cấu bên 20 2.2.4 Kết tương tác 2.3 CÁC VẤN ĐỀ XEM XÉT CHO THIẾT KẾ MÓNG CỌC 25 2.3.1 Các yêu cầu phương pháp tính tốn thiết kế móng cọc 25 2.3.2 Phương pháp giám sát 26 2.4 THIẾT KẾ MÓNG CỌC 26 2.4.1 Nguyên lý thiết kế móng cọc 26 2.4.2 Các vấn đề thiết kế 26 2.4.3 Quy trình thiết kế móng cọc 26 2.4.4 Quy trình thiết kế móng cọc cho trường hợp móng khung làm đồng thời với 26 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHUNG KẾT CẤU 27 3.1 KHÁI NIỆM CỦA KHUNG KẾT CẤU 27 3.1.1 Định nghĩa 27 3.1.2 Các ưu điểm khung kết cấu 27 3.2 PHÂN TÍCH CÁC TƯƠNG TÁC TRONG KHUNG KẾT CẤU CĨ HỆ CỌC BÊN DƯỚI 27 3.2.1 Phân tích chuyển vị ngang, độ lún xoay chân cột từ kết thực nghiệm, FEA tuyến tính FEA phi tuyến 28 3.2.2 Phân tích lực cắt khung phương pháp thơng thường, thí nghiệm, FEA tuyến tính FEA phi tuyến 32 3.2.3 Phân tích moment uốn đầu cột phương pháp thơng thường, thí nghiệm, tuyến tính FEA FEA phi tuyến 33 3.2.4 Phân tích moment uốn chân cột phương pháp thơng thường, thí nghiệm, tuyến tính FEA FEA phi tuyến 34 3.2.5 Kết tương tác 36 3.3 CÁC VẤN ĐỀ XEM XÉT CHO THIẾT KẾ KHUNG KẾT CẤU 37 3.3.1 Các yêu cầu phương pháp tính toán thiết kế khung kết cấu 37 3.3.2 Phương pháp giám sát 38 3.4 THIẾT KẾ KHUNG KẾT CẤU 38 3.4.1 Nguyên lý thiết kế khung kết cấu 38 3.4.2 Các vấn đề thiết kế 38 3.4.3 Quy trình thiết kế khung kết cấu 39 3.4.4 Quy trình thiết kế khung kết cấu cho trường hợp móng khung làm đồng thời với 39 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA HỆ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH MĨNG CỌC – ĐẤT NỀN CÙNG LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI 40 4.1 CƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG 40 4.1.1 Giới thiệu 40 4.1.2 Thông số đất 40 4.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN MĨNG CỌC 40 4.3 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM SAP 2000 41 4.3.1 Mơ hình chân cột ngàm mặt móng 41 4.3.2 Mơ hình cơng trình – móng cọc – đất làm việc 41 4.4 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PLAXIS 3D 41 4.5 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN 42 4.5.1 Nội lực khung 42 4.5.2 Nội lực biến dạng móng cọc 42 4.5.3 Độ lún móng cọc 42 4.5.4 Phân chia tải trọng cho cọc 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 KẾT LUẬN 43 KIẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, với phát triển xã hội tòa nhà cao tầng mọc lên ngày nhiều, gia tăng kích thước mặt chiều cao phần thân lẫn phần ngầm Theo thống kê, tòa nhà cao giới “Tòa Tháp Jeddah Tower” Ả Rập Xê Út với chiều cao lên đến 1.007 (m) gồm 228 tầng tầng hầm Tại Việt Nam, tòa nhà “Landmark 81” với chiều cao 461 (m) gồm 81 tầng tầng hầm, đứng thứ 16 tòa nhà cao giới Sự phát triển tòa nhà cao tầng ngày dày đặc, xuất nhiều phần mềm thiết kế kết cấu phần thân phần ngầm, thông dụng Sap2000, Etabs, Safe, Plaxis 2D, Plaxis 3D, Solidworks, Ansys, Abaqus, Prokon, GeoSlope, đời cải tiến liên tục Nhưng vấn đề đặt ứng xử kết cấu nhà bên móng bên chưa giải Thông thường, phần lớn kỹ sư kết cấu thiết kế phần bên xem cơng trình làm việc cứng (khơng biến dạng) Tải trọng phần kết cấu bên tổng hợp chuyển sang làm kiện cho việc thiết kế móng Với sơ đồ tính riêng rẽ phần kết sai khác đáng kể so với ứng xử thực tế công trình đất biến dạng khơng đồng Sở dĩ cách tính riêng rẽ phần đến sử dụng việc giải tính tốn làm việc đồng thời khung – móng – gặp nhiều khó khăn phức tạp kết chấp nhận cơng trình đặt đất tốt chênh lệch lún chân cột nhỏ Để phản ánh làm việc thực tế cơng trình cần thiết phải phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với Từ kết phân tích ứng xử kết cấu bên móng cọc bên tương tác qua lại phận công trình nhằm tối ưu hóa kết cấu cơng trình MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thiết lập quy trình tính tốn tốn móng khung làm việc đồng thời với cho phương án móng cọc; Phân tích ứng xử kết cấu bên móng cọc bên phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với nền; Phân tích ảnh hưởng tham số chiều dài cọc, cách bố trí cọc chiều dày móng đến nội lực, chuyển vị chênh lệch chân cột móng nội lực kết cấu bên trên; Phân tích phân chia tải trọng cho cọc cho trường hợp tốn móng khung làm việc đồng thời với trường hợp xét riêng phần móng bên Từ kết phân tích trên, tiến hành so sánh đánh giá sai khác việc phân chia tải trọng lên cọc cho hai trường hợp; Khảo sát nội lực kết cấu khung bên trường hợp phân tích nội lực xem chân cột ngàm cứng mặt móng trường hợp phân tích móng khung làm việc đồng thời với nền, ứng với chuyển vị chênh lệch khác chân cột Từ đánh giá sai khác nội lực hai trường hợp, ứng với chuyển vị chênh lệch khác chân cột đưa kiến nghị áp dụng toán phân tích nội lực xem chân cột ngàm cứng mặt móng, ứng với mức độ chuyển vị chênh lệch chân cột cho phép đảm bảo yêu cầu; Đánh giá kết mô phần mềm Sap 2000 với đất mô phần tử Solid dựa kết mô phần mềm Plaxis 3D PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nội dung 1: Thiết lập quy trình tính tốn tốn móng khung làm việc đồng thời với cho phương án móng cọc Mục tiêu nội dung 1: Thiết lập quy trình tính tốn tốn móng khung làm việc đồng thời với cho phương án móng cọc Phương pháp nghiên cứu: Căn vào lý thuyết tính tốn tác giả trước, để thiết lập quy trình tính tốn móng khung làm việc đồng thời với cho phương án móng cọc, dùng lý thuyết về: - Tính tốn độ lún móng cọc; - Phương pháp chọn sơ số lượng cọc chân cột Nội dung 2: Phân tích ảnh hưởng tham số chiều dài cọc, cách bố trí cọc chiều dày móng đến nội lực, chuyển vị chênh lệch chân cột đến nội lực kết cấu bên Mục tiêu nội dung 2: Để tối ưu hóa việc tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình, thể thông qua mục tiêu sau: - Nội lực cọc chuyển vị chênh lệch chân cột; - Sự ảnh hưởng tương tác hệ thống móng – cọc đến kết cấu bên nhỏ, dẫn đến nội lực kết cấu bên bé Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng công cụ PLAXIS Coupling tool Plaxis 3D 2020 để kết nối ứng dụng Plaxis 3D Sap 2000 Trong công cụ cho phép người dùng trực tiếp kết nối mơ hình kết cấu bên đất bên để phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với Nội dung 3: Phân tích phân chia tải trọng cho cọc cho trường hợp tốn móng khung làm việc đồng thời với trường hợp xét riêng phần móng bên Từ kết phân tích so sánh đánh giá sai khác việc phân chia tải trọng lên cọc cho hai trường hợp; Mục tiêu nội dung 3: So sánh đánh giá sai khác việc phân chia tải trọng lên cọc cho trường hợp phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với trường hợp xét riêng phần móng bên Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng công cụ PLAXIS Coupling tool Plaxis 3D 2017 để kết nối ứng dụng Plaxis 3D Sap 2000 Trong công cụ cho phép người dùng trực tiếp kết nối mơ hình kết cấu bên đất bên để phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với Nội dung 4: Khảo sát nội lực kết cấu khung bên trường hợp phân tích nội lực xem chân cột ngàm cứng mặt móng trường hợp phân tích móng khung làm việc đồng thời với phương án móng cọc, ứng với chuyển vị chênh lệch khác chân cột Từ đánh giá sai khác nội lực hai trường hợp, ứng với chuyển vị chênh lệch khác chân cột đưa kiến nghị áp dụng tốn phân tích nội lực xem chân cột ngàm cứng mặt móng, ứng với mức độ chuyển vị chênh lệch chân cột cho phép đảm bảo yêu cầu Mục tiêu nội dung 4: Đưa kiến nghị phạm vi áp dụng tốn phân tích nội lực xem chân cột ngàm cứng mặt móng Phương pháp nghiên cứu: Mô phần mềm Plaxis 3D, Sap 2000 kết hợp với quy định độ lún lệch cho phép theo TCVN 10304:2014 tác giả trước Nội dung 5: Đánh giá kết mô phần mềm Sap 2000 với đất mô phần tử Solid dựa kết mô phần mềm Plaxis 3D Mục tiêu nội dung 5: Đánh giá phạm vi áp dụng phần mềm Sap 2000 với đất mô phần tử Solid để phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với với phương án móng cọc Phương pháp nghiên cứu: Mơ phần mềm Sap 2000 với đất mô phần tử Solid phần mềm Plaxis 3D Căn vào kết mơ để phân tích đánh giá phạm vi áp dụng phần mềm Sap 2000, với đất mô phần tử Solid để phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với với phương án móng cọc PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ứng xử hệ kết cấu cơng trình móng cọc làm việc đồng thời cơng trình giả định, với phần kết cấu đơn giản chịu tĩnh tải hoạt tải (khơng xét đến gió động đất) Trong phân tích ứng xử hệ kết cấu cơng trình – móng cọc – đất làm việc đồng thời Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu tương tác hệ khung nhà móng cọc” giúp cho người thiết kế có thêm sở lý luận để tính tốn thiết kế kết cấu móng cơng trình làm việc đồng thời, tăng xác tính tốn thực tế đồng thời giảm chi phí cho cơng trình Là tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu ứng xử hệ kết cấu cơng trình – móng – đất làm việc đồng thời Hình 3.7 Chuyển vị xoay chân cột: (a) tải trọng tập trung (b) UDL Hình 3.8 Chuyển vị xoay chân cột: (a) đầu gần (b) đầu xa (tải trọng tập trung lệch tâm) 31 Hình 3.9 Lực cắt: (a) tải trọng tập trung giữa, (b) UDL (c) tải trọng tập trung lệch tâm 3.2.2 Phân tích lực cắt khung phương pháp thơng thường, thí nghiệm, FEA tuyến tính FEA phi tuyến Lực cắt khung tải trọng tập trung, UDL tập trung lệch tâm tải vẽ hình tương ứng Từ lý thuyết này, nhận thấy lực cắt dự đoán theo phương pháp thơng thường ln phía cao Đối với tương đối tải trọng thấp khung, lực cắt dự đoán FEA phi tuyến 32 thực nghiệm tuân theo gần với lực cắt FEA tuyến tính Lực cắt dự đốn theo phương pháp thơng thường Cao 40,2% so với FEA tuyến tính cho tất cấp tải Lực cắt thu từ thử nghiệm sai lệch 8-10% so với giá trị FEA phi tuyến đưa ra, điều mơ hình đất phi tuyến phù hợp tốt với kết thí nghiệm Lực cắt dự đốn theo phương pháp thông thường cao 54-60% so với thử nghiệm tải cao tác động lên khung Sự khác biệt lực cắt dự đoán FEA tuyến tính phi tuyến 15-25% Do đó, cách cho phép số sai số biên tính tốn lực cắt, sử dụng tuyến tính FEA để đánh giá lực cắt thay cho FEA phi tuyến nghiêm ngặt số sơ kiểu dáng Nói chung, chúng tơi theo phe bảo thủ lực cắt tối đa đưa FEA tuyến tính cao FEA phi tuyến 3.2.3 Phân tích moment uốn đầu cột phương pháp thơng thường, thí nghiệm, tuyến tính FEA FEA phi tuyến Moment uốn đầu cột khung chịu tải trọng tập trung UDL điểm cuối gần đầu xa, tương ứng khung chịu tải trọng lệch tâm Từ số liệu trên, quan sát thấy mơmen uốn dự đốn theo quy ước cao so với phương pháp phân tích khác, cho thấy phương pháp thơng thường phân tích để đạt thời điểm thiết kế không kinh tế So với thử nghiệm kết mômen uốn dự đốn theo phương pháp thơng thường cao 20-30% Điều cho thấy cần thiết phải xem xét tương tác đất việc đánh giá thông số thiết kế tòa nhà khung Các giá trị mơmen uốn dự đốn FEA phi tuyến thí nghiệm khác Chỉ 7%, mơ hình đất phi tuyến phù hợp để biểu diễn đất phi tuyến ứng xử đất Hơn nữa, mơ men uốn dự đốn theo phương pháp thông thường 10-15% cao giá trị FEA tuyến tính Vì lý trên, nhà thiết kế ưu tiên sử dụng phân tích tuyến tính liên quan đến kinh tế thiết kế FEA tuyến tính cho mơmen uốn 7-14% cao so với FEA phi tuyến, mômen uốn đánh giá tuyến tính FEA đứng phía bảo thủ Điểm cần lưu ý mômen uốn đầu cột khung dự đoán phương pháp khác phần trăm biến thiên có 33 thể khơng lớn, khác biệt đáng kể cường độ uốn khoảnh khắc bội số hàng nghìn Hinh 3.10 Moment uốn đầu cột tại: (a) tải trọng tập trung (b) UDL Hinh 3.11 Moment uốn đầu cột tại: (a) đầu gần (b) đầu xa (tải trọng tập trung lệch tâm) 3.2.4 Phân tích moment uốn chân cột phương pháp thơng thường, thí nghiệm, tuyến tính FEA FEA phi tuyến Sự biến đổi mômen uốn chân cột khung trọng tâm tải trọng tập trung UDL Những số cho thấy rằng, phương pháp thông thường FEA tuyến tính, tải trọng làm tăng moment uốn tăng theo cách tuyến tính, đường cong tải trọng dịch chuyển tuyến tính Phương pháp thơng thường cho giá trị mômen uốn cao 97% so với giá trị FEA tuyến tính lượng tải 34 khung Mơmen uốn thí nghiệm đưa phù hợp với mômen uốn FEA phi tuyến với độ dao động từ 15-25% Hơn nữa, mômen uốn gốc cột thay đổi dấu hiệu nó, tải đạt đến giá trị Điều thực tế tải trọng tương đối nhỏ lên khung, cột liên kết cứng với mũ cọc đất phạm vi tuyến tính nó hoạt động giống khung có đế cố định Khi tải trọng khung tăng lên, kết nối chân cột nắp cọc trở nên cứng phần hoạt động đất phạm vi phi tuyến, gia tăng độ quay mũ cọc cao chất uốn cột chân thay đổi dấu hiệu Phương pháp thơng thường đưa moment uốn chân cột cao 70-100% so với thực nghiệm Hinh 3.12 Moment uốn chân cột tại: (a) đầu gần (b) đầu xa (tải trọng tập trung lệch tâm) Hinh 3.13 Moment uốn chân cột tại: (a) đầu gần (b) đầu xa (tải trọng tập trung lệch tâm) 35 3.2.5 Kết tương tác Dựa kết điều tra thực nghiệm số lượng mơ hình xây dựng khung tựa nhóm cọc nhúng đất khơng dính kết, kết luận sau là: - Khi tải trọng lên khung tăng lên, hoạt động khung độ dịch chuyển xoay chân cột dự đốn FEA tuyến tính, FEA phi tuyến thử nghiệm dường tuyến tính tải tương đối nhỏ Đối với phạm vi tải cao hơn, kết thử nghiệm cho thấy biến đổi phi tuyến tính độ lệch đáng kể so với kết FEA tuyến tính; - Các chuyển vị phép quay từ kết thực nghiệm FEA phi tuyến cho thấy chênh lệch tối đa khoảng 15%, cho thấy đường cong phi tuyến sử dụng để mơ tả ứng xử đất nói chung tốt để đại diện cho phản ứng chuyển tải đất Vì khung chịu tải trọng tập trung lệch tâm, dịch chuyển bên lớn hơn, quay nhỏ lắng đọng tạo chân cột đầu xa tải Hành vi độ lún độ quay vi sai làm thay đổi mômen uốn chân cột; - Các độ lệch ước tính phân tích tuyến tính sử dụng độ cứng đất đề xuất IS: 2911- Năm 1979 cao tính tốn phân tích phi tuyến sử dụng độ cứng thực tế đất (phần tuyến tính ban đầu đường cong truyền tải trọng); - Phương pháp phân tích thơng thường cho lực cắt cao khoảng 40% so với lực cắt FEA tuyến tính lượng tải khung cao khoảng 40-60% từ kết thực nghiệm Khi tải trọng tác động lên khung tăng, phần trăm thay đổi lực cắt dự đốn phương pháp thơng thường thay đổi lực cắt kết thí nghiệm tăng lên; - Phương pháp thông thường cho mômen uốn đỉnh cột 20-30% cao so với kết thử nghiệm, khác biệt đáng kể Giá trị mơmen 36 uốn bội số hàng nghìn Mơmen uốn cuối gần khung cao đầu xa trường hợp tải trọng tập trung lệch tâm; - Phương pháp thông thường cho mômen uốn chân cột 75 - 100% cao so với kết thực nghiệm Đối với độ lệch tâm danh nghĩa đưa cho tải trọng tập trung (10% chiều dài dầm), phương pháp thông thường cho giá trị cao mômen uốn chân cột đầu xa tải trọng so với mômen uốn chân cột đầu xa tải trọng đầu gần, kết thực nghiệm cho mômen uốn đầu xa tải thấp cuối gần Điều có nghĩa uốn cong chân cột phần cuối gần phải coi tham số thiết kế quản lý Đáp ứng khung thông số thiết kế (tức mômen cắt uốn) so với phương pháp phân tích thơng thường ln phía cao mức độ 3.3 CÁC VẤN ĐỀ XEM XÉT CHO THIẾT KẾ KHUNG KẾT CẤU 3.3.1 Các u cầu phương pháp tính tốn thiết kế khung kết cấu Kết cấu có vai trị quan trọng, phận chịu lực cho cơng trình Kết cấu cơng trình gồm nhiều phận sàn, dầm, cột, vách, móng… Để đảm bảo việc thiết kế hoàn hảo đơn vị liên quan cần ý ván đề sau: - Việc thiết kế kết cấu nhà đơn giản hoá dựa kết phân tích mơ hình kết cấu đàn hồi tuyến tính Điều áp dụng giai đoạn thiết kế ban đầu nước có động đất mạnh Với việc giả thiết mơ hình kết cấu đơn giản ta hồn tồn sử dụng nguyên lý cộng tác dụng trình phân tích nội lực kết cấu, tức việc tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực khác biệt; - Nhiệm vụ người thiết kế phải tìm trường hợp bất lợi cho vị trí mặt cắt cấu kiện kết cấu tác dụng ngoại lực xảy Hay nói cách khác phải xác định yêu cấu lớn có hàm lượng thép, bố trí thép, tiết diện mặt cắt cho cấu kiện; 37 - Tác dụng dụng tải trọng thiết kế tĩnh tải, gió (gồm gió trái, phải, trước, sau), lực động đất tĩnh tương đương (theo phương từ trái, phải, trước, sau) lên cơng trình quy định có phân bố khơng thay đổi Do ta tìm trường hợp bất lợi cho loại tải trọng cách tổ hợp theo tải trọng hay theo nội lực - Đối với hoạt tải việc tác dụng có nhiều trường hợp phân bố khác nhau, thực tế ta khó xét hết tất trường hợp xảy Quy định tiêu chuẩn chung chung, cịn cụ thể cho trường hợp anh em kết cấu phải tự chủ động xử lý cho hợp lý,… 3.3.2 Phương pháp giám sát Do thực tế, thiết kế kết cấu cần tuân thủ theo tiêu chuẩn hành Trong giai đoạn xây dựng giai đoạn sử dụng, giám sát phải thực nhiệm vụ sau: - Xác minh mơ hình tính tốn thơng số sử dụng; - Phát sớm trạng thái tới hạn; - Xác minh cơng trình liên quan đến biến dạng dự đoán trước; - Bảo đảm chất lượng bảo quản chứng 3.4 THIẾT KẾ KHUNG KẾT CẤU 3.4.1 Nguyên lý thiết kế khung kết cấu Tuân theo tiêu chuẩn thiết kế hành 3.4.2 Các vấn đề thiết kế Khung kết cấu kết cấu khác, yêu cầu phải nhận xét, đánh giá kết luận số vấn đề quan trọng cho thiết kế sau: Khả giới hạn mang tải thẳng đứng, tải ngang moment; Độ ổn định khung kết cấu; Đánh giá giá trị lực cắt, moment khung kết cấu; Đánh giá giá trị moment sức chịu tải cọc thiết kế khung kết cấu 38 3.4.3 Quy trình thiết kế khung kết cấu Trình bày quy trình thiết kế khung kết cấu 3.4.4 Quy trình thiết kế khung kết cấu cho trường hợp móng khung làm đồng thời với Trình bày quy trình thiết kế khung kết cấu cho trường hợp móng khung làm đồng thời với 39 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA HỆ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH MĨNG CỌC – ĐẤT NỀN CÙNG LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI 4.1 CƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG 4.1.1 Giới thiệu Cơng trình để nghiên cứu có 19 tầng cao tầng hầm, mặt tầng điển hình thể hình 5.1 Hình 5.1 Mặt tầng điển hình 4.1.2 Thơng số đất Các thơng số đất lấy theo cơng trình Chung cư Nhà xã hội An Phú Thịnh, địa 170 Lê Hồng Phong, Thành phố Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định 4.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN MĨNG CỌC Trong mục tính tốn thơng số sau: 40 - Sức chịu tải cọc đơn, nhóm cọc sức chịu tải móng cọc; - Độ lún móng cọc; - Chọn chiều dày đài móng; - Chọn số lượng kích thước cọc 4.3 MƠ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM SAP 2000 4.3.1 Mơ hình chân cột ngàm mặt móng Phân tích nội lực theo phương pháp truyền thống xem chân cột ngàm mặt móng cơng trình chịu tĩnh tải hoạt tải (không xét đến gió động đất) 4.3.2 Mơ hình cơng trình – móng cọc – đất làm việc Trên hình 5.3 minh họa cách mô phỏng, áp dụng phần mềm Sap 2000 với đất mô phần tử Solid để phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với với phương án móng cọc Tương tự mục 4.3.1 xét trường hợp cơng trình chịu tĩnh tải hoạt tải (khơng xét đến gió động đất) Hình 5.2 Mơ móng – cơng trình – đất phần mềm sap 2000 4.4 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PLAXIS 3D Sử dụng công cụ PLAXIS Coupling tool Plaxis 3D để kết nối ứng dụng Plaxis 3D Sap 2000 Trong công cụ cho phép người dùng trực tiếp kết nối mơ hình kết cấu bên đất bên để phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với 41 Hình 5.3 Phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với nền, sử dụng công cụ PLAXIS Coupling tool Plaxis 3D 4.5 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN 4.5.1 Nội lực khung So sánh đánh giá nội lực khung theo phương pháp phân tích nội lực mục 4.3.1, 4.3.2 4.4 4.5.2 Nội lực biến dạng móng cọc So sánh nội lực biến dạng móng cọc theo mơ hình phân tích sap 2000 Plaxis 3D, ứng với trường hợp phân tích móng khung làm việc đồng thời với nền, trường hợp xét phần móng cọc – đất 4.5.3 Độ lún móng cọc So sánh độ lún móng theo phương pháp giải tích trình bày chương mô phần mềm Sap 2000 plaxis 3D, ứng với trường hợp phân tích móng khung làm việc đồng thời với nền, trường hợp xét phần móng cọc – đất 4.5.4 Phân chia tải trọng cho cọc So sánh phân chia tải cho cọc theo phương pháp giải tích trình bày chương mô phần mềm Sap 2000 plaxis 3D, ứng với trường hợp phân tích móng khung làm việc đồng thời với nền, trường hợp xét phần móng cọc – đất 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Dự kiến đưa kết luận sau: - Khả áp dụng phần mềm Sap 2000 việc phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với nền; - Cách bố trí cọc để nội lực cọc kết cấu bên nhỏ nhất; - Giá trị độ lún lệch giới hạn cho phép chân cột phân tích nội lực theo phương pháp truyền thống xem chân cột ngàm mặt móng; - Về phân chia tải cho cọc; - Phương pháp tính lún thích hợp cho móng cọc; KIẾN NGHỊ Dự kiến đưa kiến nghị sau: - Áp dụng phần mềm Sap 2000 việc phân tích tốn móng khung làm việc đồng thời với nền; - Cách bố trí cọc để nội lực cọc kết cấu bên nhỏ nhất; - Giá trị độ lún lệch giới hạn cho phép chân cột phân tích nội lực theo phương pháp truyền thống xem chân cột ngàm mặt móng; - Phương pháp tính lún cho móng cọc; - Quy trình tính tốn tốn móng khung làm việc đồng thời với 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Soil-Structure Interaction of Space Frame Supported on Pile Foundation Embedded in Cohesionless Soil H S Chore – V A Sawant [2] Experimental study of a modeled building frame supported by pile groups embedded in cohesionless soil C Ravi Kumar Reddy and T.D Gunneswara Rao [3] Interaction of Building Frame with Pile Foundation Varnika Srivastava, H S Chore, P A Dode [4] Nonlinear three-dimensional analysis of pile group supported columns considering pile cap flexibility Jinoh Won, Sang-Yong Ahn, Sangseom Jeong, Jinhyung Lee, Seo-Yong Jang [5] Dynamic soil-structure interaction analysis in time domain based on a modified version of perfectly matched discrete layers Dong Van Nguyen, Dookie Kim [6] Butterfield R, Banerjee PK (1971) The elastic analysis of compressible piles and pile groups Ge´otechnique 21(1):43–60 [7] O’Neill M, Ghazzaly WOI, Ha HB (1977) Analysis of threedimensional pile groups with nonlinear soil response and pilesoil-pile interaction In: Offshore technology conference, 245–256 [8] Randolph MF, Wroth CP (1979) An analysis of the vertical deformation of pile groups Ge´otechnique 29(4):423–439 [9] Desai CS, Alameddine AR, Kuppusamy T (1981) Pile cap–pile group–soil interaction J Struct Div 107(5):817–834 [10] Heydinger AG, O’Neill MW (1986) Analysis of axial pile–soil interaction in clay Int J Numer Anal Methods Geo-Mech 10(4):367–381 44 [11] Muqtadir A, Desai CS (1986) Three-dimensional analysis of a pile-group foundation Int J Numer Anal Methods Geo-Mech 10(1):41–58 [12] Chow YK (1987) Iterative analysis of pile–soil–pile interaction Ge´otechnique 37(3):321–333 [13] Chen L, Poulos HG (1993) Analysis of pile–soil interaction under lateral loading using infinite and finite elements Comput Geotech 15(4):189–220 [14] Mandolini A, Viggiani C (1997) Settlement of piled foundations Ge´otechnique 47(4):791–816 [15] Desai CS, Kuppusamy T, Allameddine AR (1981) Pile cap-pile group-soil interaction J Struct Eng ASCE 107(ST-5):817–834 [16] Chore HS, Ingle RK, Sawant VA (2010) Parametric study of pile groups subjected to lateral loads Struct Eng Mech 26(2):243–246 [17] Chore HS, Ingle RK, Sawant VA (2012) Non-linear analysis of pile groups subjected to lateral loads using p–y curves Interact Multi-scale Mech 5(1):57–73 [18] Polous HG (1968) Analysis of settlement of pile Geotechnique 18(4):449– 471 [19] ] Zhang HH, Small JC Analysis of capped pile groups subjected to horizontal and vertical loads Comput Geotech 2000;26:1–21 [20] Zhang L, McVay MC, Lai P Numerical analysis of laterally loaded · to · pile groups in sands J Geotech Eng, ASCE 1999;125(11):936–46 [21] McVay MC, Shang T, Casper R Centrifuge testing of fixed-head laterally loaded battered and plumb pile groups in sand Geotech Test J, ASTM 1996;19(3):41–50 45 ... CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên MSHV : 2070003 Ngày tháng năm sinh : 23/02/1997 Nơi sinh : Bình Thuận... ngành : 8580211 I : NGUYỄN MINH TÂN : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA HỆ KHUNG NHÀ VÀ MÓNG CỌC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Mở đầu Chương Tổng quan phương pháp phân tích ứng xử hệ... 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN