Thiết kế Tường Chắn bằng các giải pháp Cừ ván thép pptx

ƒ Giới thiệu chung về cừ ván thép ƒ Cừ ván thép – Các yêu cầu kỹ thuật và chất lượng ƒ Quy trình sản xuất cừ ván thép ƒ Các đặc trưng và tính chất cơ học đất tổng quát ƒ Áp lực ngang của

Thiết kế Tường Chắn bằng các giải pháp Cừ ván thép

Trung tâm Hội Chợ và Triển Lãm Tp.Hồ Chí Minh 05/07/2006

ƒ Giới thiệu chung về cừ ván thép

ƒ Cừ ván thép – Các yêu cầu kỹ thuật và chất lượng

ƒ Quy trình sản xuất cừ ván thép

ƒ Các đặc trưng và tính chất cơ học đất tổng quát

ƒ Áp lực ngang của đất tổng quát

ƒ Các tham số thiết kế

ƒ Các chỉ tiêu thiết kế

ƒ Các phương pháp thiết kế

ƒ Các dạng kết cấu cừ ván thép

ƒ Lựa chọn loại cừ ván thép – Tiêu chí Độ bền

ƒ Thiết kế tường cừ ván thép dùng phần mềm Prosheet 2.2

ngang Cừ ván thép có các dạng tiết diện chữ U, Z khác nhau và liên kết với nhau bằng các gờ nối ở hai biên tạo thành một chuỗi kết cấu liên tục thành một bức tường chắc chắn chịu áp lực đất và nước

Lợi ích của tường chắn cừ ván thép: là dạng kết cấu dễ xếp dỡ, vận chuyển, lắp đặt và tiết kiệm chi phí

Những lợi ích này khiến cho cừ ván thép được ứng dụng rộng rãi cho các kết cấu chắn nước, bãi đỗ xe ngầm, các hố đào, mố cầu, tường chắn, nhà máy điện, trạm bơm vv

Cừ ván thép không những có khả năng chịu tải trọng ngang và còn chịu tốt tải trọng đứng thông qua sức chống mũi cừ và ma sát bên thân cừ như những dạng cọc đứng khác

3

Tiêu chuẩn kỹ thuật:

EN 10249 – Phần 1: Các điều kiện kỹ thuật sản phẩm

EN 10249 – Phần 2: Các sai số hình dạng và kích thước Định nghĩa: Sản phẩm được định hình nguội bằng các máy uốn trục lăn; hình dạng của sản phẩm được thiết kế sao cho khi nối liên tiếp hoặc nối chồng lên nhau; thì chúng tạo thành một kết cấu tổng thể liên hoàn dạng tường chắn

Công nghệ hiện đại uốn tấm phẳng thành tấm định hình chính xác

Tiêu chuẩn kỹ thuật:

EN 10249 – Phần 1: Các điều kiện kỹ thuật sản phẩm

EN 10249 – Phần 2: Các sai số hình dạng và kích thước

Kích thước tiết diện ngang

Độ thẳng

Độ phẳng Các khuyết tật bề mặt

iv) Xoắn i) Không thẳng ii) Vồng

5

Phân tích ứng suất (PP.PTHH) mô phỏng quá trình cán uốn

Đất có khả năng chịu nén tốt

Phân bố ứng suất nén trong đất

Đất rất yếu hay không có khả năng

chịu kéo – vì thế ứng suất kéo cần

phải được truyền đến & chịu bởi

các kết cấu chịu lực – cừ ván thép

Vùng có giới hạn an toàn thấp sẽ trượt đổ nếu không kết cấu giữ đất

Đất có độ ổn định chống trượt thấp

Đất rất yếu hay không có khả năng chịu kéo – vì thế ứng suất kéo cần phải được truyền đến & chịu bởi các kết cấu chịu lực – cừ ván thép

Cơ sở lý thuyết về sự mất khả năng chịu lực của đất được diễn giải như sau:

Cường độ chống cắt : Mặt trượt khi đất chịu

Trường hợp đất

sa tích có thành phần hạt mịn

Trường hợp đất cát rời hoàn toàn

Góc nghiêng mái dốc phụ thuộc vào cường độ đất

Phân loại đất Đất rời (đất cát) Đất dính (đất sét) Đất sa tích (á cát + á sét)

Sét Mịn Vừa Thô Mịn Vừa Thô Mịn Vừa Thô

Phân loại đất theo thành phần hạt, mm – Theo tiêu chuẩn Anh (BS)

13

Tính toán cường độ đất

τ = c + σ tan φ

Khảo sát đất - BS 5930 “Quy phạm Thực hành Khảo sát Đất”

Thí nghiệm trong phòng Thí nghiệm hiện trường

- Xác định các đặc trưng cơ học (phân tích thành phần hạt, các chỉ số cơ học

- TN Xuyên tiêu chuẩn SPT

Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm

Sổ tay Công tác đất – Bộ Công Chánh Malaysia

Trường hợp đất dính (đất sét)

Cường độ nén nở hông (kPa)

Chỉ số xuyên động (PP.Mackintosh) Chỉ số SPT Trạng thái đất

0-2 Rất mềm 0-25 0-10 2-4 Mềm 25-50 10-20

8-15 Chặt 100-200 40-70 15-30 Rất chặt 200-400 70-100

15

Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm

Sổ tay Công tác đất – Bộ Công Chánh Malaysia Trường hợp đất rời (đất cát)

Cường độ nén nở hông (kPa) Chỉ số xuyên tĩnh Chỉ số SPT Trạng thái đất

Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm

BS 8004: 1986 – Quy phạm Thực hành Móng Công trình Trường hợp đất dính (đất sét)

Cường độ chịu cắt không thoát nước (Su), kPa Chỉ số SPT Trạng thái đất

Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm TESPA – Hiệp hội Kỹ thuật Cừ ván Châu Âu

Trường hợp đất rời (đất cát)

Chỉ số SPT Trạng thái đất Góc ma sát trong

0-4 Rất rời 25°

27.504-10 Rời

30010-30 Vừa

35030-50 Chặt

Xác định cường độ đất từ các kết quả thí nghiệm

Sổ tay thi công cừ ván – Hãng Arcelor, 01-2005

Áp lực chủ động (Lực phá hoại)Môment

sin1

Kp c

Kp Hp

Pp =γ * * −2* *

Áp lực chủ động

Các yếu tố xem xét thiết kế:

• Loại đất – sức chịu tải

• Chiều cao chắn giữ

• Chiều sâu ngàm giữ

• Tải trọng bề mặt

• Mực nước ngầm/mặt

• Các giải pháp ngàm/chống bổ sung

21

Loại đất – Sức chịu tải

Khi đất chắn yếu hơn thì áp lực lên tường chắn sẽ lớn hơn

Ka c

Ka Ha

Áp lực chủ động ở độ cao 3m là

Pa=6,5 kPa

Áp lực chủ động ở độ cao 3m là

Loại đất – Sức chịu tải

Khi đất ngàm tốt hơn thì áp lực thụ động cao hơn, nên cần chiều dài ngàm giữ ngắn hơn khi chịu cùng một áp lực đất chủ động

Áp lực thụ động ở độ sâu ngàm 3m là

Pa=72 kPa

Áp lực thụ động ở độ sâu ngàm 3m là

Kp Hp

23

Chiều cao chắn đất, Ha

Ka c

Ka Ha

Pa = γ * * − 2 * *

Khi Ha tăng:

Pa cũng lớn hơn, lực phá hoại tác dụng vào tường chắn sẽ lớn hơn

Chiều cao ngàm giữ, Hp

Kp c

Kp Hp

Tải trọng trên bề mặt nền - làm tăng thêm áp lực chủ động

(áp lực phá hoại) tác dụng lên tường chắn

Áp lực tải

bề mặt

Áp lực

đất Áp lực tổng cộng

Mực nước ngầm/mặt - làm tăng thêm áp lực chủ động (áp lực phá hoại) tác dụng lên tường chắn

Áp lực

đất Áp lực nước Áp lực tổng cộng

Khả năng chịu lực theo vật liệu của cừ ván thép được tính theo Tiêu chuẩn BS5950, Ứng dụng Kết cấu thép trong Xây dựng

Môment thiết kế max = khả năng chịu môment theo vật liệu của cừ ván

Lực neo

Theo BS 5950, Môment kháng uốn tiết diện:

Độ võng lớn nhất

) / ,

( 384

5

4

4

m cm

I E

WL

d =

W – tải trọng phân bố đều

Sơ đồ dầm đơn giản

L – chiều dài nhịp tính toán

E – mô đun đàn hồi của thép

I - moment quán tính tiết diện của tổng thể tường chắn/m dài

Tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm

2 9

• Lựa chọn dạng tiết diện, dựa vào:

- Hình dạng tiết diện (U, Z, HZ, )

- Chiều dài ngàm yêu cầu

- Mức biến dạng cho phép

Phương

pháp Phần mềm Mô hình đất nền Số liệu đất nền Mô hình tường chắn Kinh nghiệm yêu cầu Kết quả tính toán Ưu điểm Nhược điểm

Nhanh chóng

và đơn giản với tường chắn 1 cấp neo

Kiến thức cơ bản về địa kỹ thuật và phân tích

Chiều dài ngàm tối thiểu, tải trọng tiết diện, lực neo

Không chính xác độ võng (đặc biệt là phần conson) Blum ProSheet

Trạng thái

Dầm giới hạn γ,γ’,ϕ,δ,c’ đơn giản (Ka, Kp)

Kiến thức cao về địa

kỹ thuật và

cơ bản về phân tích

Nhanh chóng

và đơn giản,

đủ chính xác cho các thiết

Kiểm tra ổn định tổng thể riêng biệt

RIDO, Mô hình nền

đàn hồi dẻo

Dầm γ,γ’,ϕ,δ,c’,E

Msheet Cấu kiện

Cần trình độ chuyên sâu và hiểu biết nhiều

về các trạng thái địa chất

Phương pháp số tùy thuộc vào

mô hình đất nền

Kiến thức rất cao về địa kỹ thuật và các phương pháp

số

Độ võng, tải trọng tiết diện, lực neo, ổn định tổng thể,

độ lún

Có khả năng phân tích các địa hình phức tạp, có khả năng tính mỏi

Phần tử hữu hạn đàn hồi dẻo

Dầm

FE, FD Plaxis

Cấu kiện

31

Tường cừ ván thép thường được chia làm 2 loại:

- Tường conson (chiều cao tự do < 5m)

- Có neo giữ (cáp neo/thanh chống)

Neo giữ bằng cáp neo

Tường conson

Neo giữ bằng thanh chống

Neo giữ bằng hệ thống thanh chống

CHI TIẾT A CHI TIẾT B CHI TIẾT C CHI TIẾT D

L _ I

MẶT BẰNG Chi tiết liên kết có thể được cung cấp từ bộ phận hỗ trợ kỹ thuật của

Công ty Oriental Sheet Piling

33

Neo giữ bằng các loại cáp neo

Thanh/cáp giằng

Neo phun vữa

Có thể sử dụng nhiều dạng thanh neo khác nhau để tạo

Kiểu liên kết mép cừ bằng thanh nối Kingpost + ván cừ theo tài

liệu "Hướng dẫn thực hành của Ủy ban Kỹ thuật Kết cấu chắn

nước công trình cảng và đường thủy EAU 1996"

Tổ hợp cừ ván thép - Hệ tường chữ chi AU

Dưới đây là một tổ hợp nối gép cừ chữ U thành tiết diện chữ chi có Môment quán tính và

Mô đun mặt cắt lớn.

3 7

2/4

Có thể lắp ráp tại công trường Giảm chi phí vận chuyển !

3 9

4 1

• Có bề dày dự phòng cho ăn mòn

• Mác thép chuyên dụng cho công trình biển, ASTM A690

• Mác thép cao kéo dài tuổi thọ

• Lớp phủ bảo vệ: thổi cát, sơn lót, sơn mặt

• Lớp bảo vệ chống ăn mòn điện hóa

• Lớp phủ mạ kẽm

Phương án 1: OU 12, t=8,5mm, Z=1240cm3/m, mác thép 355 N/mm2

Mômen kháng uốn cho phép = 440 kNm/m

Khi bề dày ván giảm xuống t=4.5mm, thì môment kháng uốn cho phép = 230 kNm/m

Như vậy tuổi thọ thiết kế sẽ là: (8.5 - 4.5) / 0.05 = 80 years

Phương án 2: OU 12, t=8,5mm, Z=1240cm3/m, mác thép 275 N/mm2

Mômen kháng uốn cho phép = 341 kNm/m

Khi bề dày ván giảm xuống t=6mm, thì môment kháng uốn cho phép = 248 kNm/m

Như vậy tuổi thọ thiết kế sẽ là: (8.5 - 5) / 0.05 = 50 years

4 3

• Cho phép xác định nhanh hình dạng và kích thước tường chắn

• Thích hợp để thiết kế tốt các kết cấu đơn giản và định hình sẵn (Xem thêm mục “khả năng” của phần mềm)

• Yêu cầu có kiến thức về địa kỹ thuật và kết cấu công trình (Cơ học đất / tính toán kết cấu tường chắn)

Người thiết kế phải kiểm tra cẩn thận các kết quả tính toán bằng phần mềm này để đảm bảo mô hình tương tác đất và kết cấu được lựa chọn là chính xác

Phương pháp tính toán:

• Mô hình ngàm trong đất theo giả thuyết của Blum

• Trạng thái giới hạn áp lực-sức chịu tải nền đất, Ka / Kp (Caquot / Kerisel)

Ba dạng sơ đồ kết cấu:

• Conson

• Đầu dưới tự do đầu trên một tầng neo hoặc chống

• Đầu dưới ngàm đầu trên một tầng neo hoặc chống (Blum)

45

Hai dạng sơ đồ kết cấu

- tựa tự do trong đất - ngàm trong đất

Giả thiết với cùng một loại

đất và loại neo:

Việc lựa chọn sơ đồ kết cấu phụ thuộc vào từng giai đoạn thi công, khả năng lắp dựng vv