Hcmute phân tích ứng xử của móng bè cọc bằng phương pháp số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA MÓNG BÈ CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2021 - 70 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: ĐẶNG THẾ TÔN S KC 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2021 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA MĨNG BÈ CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ < SV2021-70/ KHCN-QHQT-SV > Thuộc nhóm ngành khoa học: Xây dựng SV thực hiện: Đặng Thế Tôn Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 17149CL2A, khoa chất lượng cao Năm thứ: /Số năm đào tạo:4 Ngành học: Cơng nghệ kỹ thuật cơng trình xây dựng Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tổng TP Hồ Chí Minh, 6/2021 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Phân tích ứng xử móng bè cọc phương pháp số - Chủ nhiệm đề tài: Đặng Thế Tôn - Lớp: 17149CL2A Mã số SV:17149159 Khoa: Đào tạo Chất Lượng Cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên MSSV Lớp Khoa Nguyễn Tiến Đạt 17149062 17149CL2A Đào tạo Chất Lượng Cao Nguyễn Đăng Khôi 17149093 17149CL2A Đào tạo Chất Lượng Cao Võ Quốc Tân 17149143 17149CL2A Đào tạo Chất Lượng Cao Nguyễn Ngọc Tiến 17149154 17149CL2A Đào tạo Chất Lượng Cao - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tổng Mục tiêu đề tài: - Phân tích ứng xử móng bè cọc - Đề xuất phương pháp thiết kế móng bè cọc đơn giản, tin cậy Tính sáng tạo: Đề tài nghiên cứu phân tích móng bè cọc theo phương pháp kết hợp quy định tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 TCVN 10304-2014 với mô phần mềm CSI SAFE Đây cách tiếp cận đơn giản độ tin cậy cao, cung cấp cho kỹ sư phương pháp hữu ích, tăng tốc độ tính tốn mà khơng cần sử dụng phương pháp công cụ mô phức tạp Tính sáng tạo đề tài nằm việc kết hợp cách tính giải tích thơng dụng để tính lún cho bè cọc tính tiện lợi sử dụng phần mềm mô số CSI SAFE kết có độ tin cậy cao mà việc sử dụng mô phần mềm Plaxis 3D với thao tác phức tạp cộng với địi hỏi q nhiều thơng số mơ hình theo thời gian xử lý liệu lâu, chi phí lại tăng Kết nghiên cứu: Đưa phương pháp tính tốn thiết kế đơn giản hóa sử dụng phần mềm đại thay cho phương pháp tính tay phức tạp đạt độ xác cao Luan van Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích xây dựng phương pháp đơn giản hóa mơ tính tốn móng bè cọc đất nhiều lớp đảm bảo độ xác cao Từ tiết kiệm chi phí, thời gian tính tốn thiết kế đồng thời tăng tính ứng dụng phương pháp thực tiễn thiết kế Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (Không) Ngày 21 tháng 06 năm 2021 SV chịu trách nhiệm thực đề tài Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài: Nhóm sinh viên ÿã ÿӅ xuҩt ÿѭӧc phѭѫng pháp phân tích thiӃt kӃ móng bè ÿѫn giҧn có ÿӝ tin cұy cao, hồn thành ÿѭӧc mөc tiêu nghiên cӭu ÿӅ Ngày 21 tháng 06 năm 2021 Người hướng dẫn Luan van MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC .1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố Giới thiệu chung Tình hình nghiên cứu ngồi nước Tình hình nghiên cứu nước Mục đích nghiên cứu đề tài Ý nghĩa giá trị thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp tính lún cho móng bè ( theo TCVN 9362:2012 ) Phương pháp (PP) 1: Tính độ lún trung bình theo phương pháp lớp biến dạng tuyến tính Phương pháp (PP) 2: Tính độ lún trung bình theo phương pháp bán khơng gian đàn hồi Phương pháp tính tốn SCT cọc: Thông tin đầu vào Chọn kích thước cọc: Tính sức chịu tải theo tiêu lý đất Tính sức chịu tải theo cường độ đất nền: Xác định sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 11 Xác định trị tiêu chuẩn sức chịu tải cọc: 13 Xác định trị tính tốn sức chịu tải cọc hay sức chịu tải thiết kế 14 Tính sức chịu tải vật liệu làm cọc: 14 Phương pháp lún móng cọc 16 Tính tốn độ lún cọc đơn: 16 Tính tốn độ lún nhóm cọc từ độ lún cọc đơn 17 Tính tốn độ lún móng cọc theo mơ hình móng khối quy ước: 17 Cơ sở lý thuyết plaxis3D 18 Luan van Các thông số mơ hình MOHR-COULOMB 18 Mô đun Young(E) 19 Hệ số Poisson (v) 20 Cường độ dính (c) khơng thoát nước (Su) 21 Góc ma sát () 22 Góc pha lỗng () 23 Môđun cắt (G) 24 Mô đun Oedometer (Eoed) 24 Vận tốc sóng nén Vp 25 Vận tốc sóng cắt Vs 25 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH ỨNG XỬ MÓNG BÈ CỌC 26 Thành lập toán 26 Thông số vật liệu 26 Thông số cọc đài bè 27 Thông số địa chất: 27 Sức chịu tải vật liệu làm cọc 31 Tính tốn sức chịu tải đất 32 Tính sức chịu tải theo tiêu lý đất 32 Xác định sức chịu tải cọc theo cường độ đất 32 Xác định sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 33 Giá trị tiêu chuẩn sức chịu tải cọc: 34 Xác định trị tính tốn sức chịu tải cọc hay sức chịu tải thiết kế 34 Tính lún cho móng bè 35 Tải trọng từ cơng trình xét phân bố lực 35 Bố trí số lượng cọc cần thiết 35 Tính lún cho bè theo PP bán không gian đàn hồi 35 Tính độ lún cho bè vị trí cọc 42 Tính lún cho cọc 46 Tải trọng từ cơng trình xét 46 Tải trọng tác dụng vào cọc 46 Tính độ lún cọc đơn 46 Luan van Độ lún cọc đơn có xét ảnh hưởng nhóm cọc 49 Tính độ lún khối móng qui ước 52 Xác định khối móng qui ước 52 Biểu đồ e-p - 53 Tính độ lún cho khối móng qui ước 54 Độ lún cọc có xét ảnh hưởng độ lún khối móng qui ước 55 So sánh đánh giá độ lún bè cọc 55 Theo phương X 55 Theo phương Y 57 Xây dựng mơ hình SAFE 58 Tính tốn lị xo cho móng bè 58 Tính tốn lị xo cho cọc 59 Khai báo SAFE 59 Giá trị phản lực đáy bè cọc xuất từ SAFE 61 Đánh giá mơ hình SAFE vs phương pháp giải tích 64 CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH PLAXIS 3D 66 Các bước mơ hình plaxis 3D 66 Các bước khai báo 67 Giá trị phản lực xuất từ mơ hình Plaxis 3D 68 Đánh giá giá trị phản lực đáy bè từ PLAXIS 3D vs PP giải tích 68 Đánh giá phản lực cọc mơ hình Plaxis 3D SAFE 69 Đánh giá tải trọng tác dụng, phân bố tải Plaxis 3D vs PP giải tích 72 Đánh giá độ lún mơ hình xuất từ PLAXIS 3D phương pháp giải tích 74 So sánh độ lún phương pháp giải tích Plaxis 3D theo phương X 75 So sánh độ lún PP giải tích Plaxis 3D theo phương Y 76 Đánh giá phương pháp tính tốn 79 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 80 Kết luận 80 Kiến nghị 80 Luan van DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Danh mục chữ chữ La – tinh Kí hiệu Chú thích Ap Diện tích tiết diện ngang mũi cọc bp Đường kính cọc quy ước c Lực dính đất D Đường kính cọc E Mô đun đàn hồi EA Độ cứng thân cọc chịu nén e Hệ số rỗng đất fci Sức kháng trung bình lớp đất hạt mịn thứ i thân cọc fi Sức kháng trung bình lớp đất thứ i thân cọc fsi Sức kháng trung bình lớp đất hạt thơ thứ i thân cọc k Hệ số tỷ lệ lấy khoảng chiều dài lớp đất  Dung trọng tự nhiên đất c Hệ số điều kiện làm việc cọc cf Hệ số điều kiện làm việc đất thân cọc cf, ci Hệ số điều kiện làm việc đất hạt mịn thân cọc cf, si Hệ số điều kiện làm việc đất hạt thô thân cọc cq Hệ số điều kiện làm việc đất mũi cọc sat Dung trọng bão hịa đất  Góc ma sát đất L Độ dài cọc lci Chiều dài đoạn cọc nằm lớp đất hạt mịn thứ i li Chiều dài đoạn cọc nằm lớp đất thứ i lsi Chiều dài đoạn cọc nằm lớp đất hạt thô thứ i P Tải trọng đặt lên đầu cọc Pgh Tải trọng giới hạn đặt lên đầu cọc qp Cường độ sức kháng đất mũi cọc Rc,u Sức chịu tải cọc S Chuyển vị cọc Smax Chuyển vị lớn cọc u Chu vi tiết diện ngang thân cọc  Hệ số possion  Ứng suất Luan van CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố Giới thiệu chung Theo tiến trình phát triển cơng nghiệp xây dựng, cơng trình có quy mơ, có kích thước, chiều cao, tải trọng ngày lớn Ở thành phố Hồ Chí Minh khu vực lân cận với địa chất phức tạp, chủ yếu đất yếu giải pháp móng cho cơng trình nhà cao tầng phức tạp đòi hỏi người thiết kế phải đưa phương án móng an tồn đảm bảo khả chịu lực kinh tế.Nếu sử dụng phương pháp móng bè tải trọng cơng trình truyền xuống q lớn, sức chịu tải đất có giới hạn dẫn tới kích thước móng q lớn.Mặt khác, cơng trình cao tầng chịu tải ngang phần lớn dẫn đến dễ bị trượt lật.Vì vậy, phương án móng bè cũng có giới hạn Nếu sử dụng phương án móng cọc số lượng cọc nhiều chiều dài cọc lớn Do đó, kết hợp hai phương án móng bè móng cọc để tận dụng hết ưu điểm hai nhằm đặt hiệu kinh tế cao Tuy nhiên, việc tính tốn thiết kế móng bè cọc cịn gặp nhiều khó khăn, phương pháp tính tốn cịn phức tạp cần phải xem xét tương tác đồng thời bè – cọc – đất Do đó, luận văn nghiên cứu “Phân tích ứng xử móng bè-cọc phương pháp số” từ đưa phương pháp tính tốn thiết kế đơn giản hóa sử dụng phần mềm đại thay cho phương pháp tính tay phức tạp đạt độ xác cao Tình hình nghiên cứu nước Helen Sze Wai Chow, B.E, M.E.,M.B.A., 2007 “Analysis of piled-raft foundations with piles of different lengths and diameters” [1] phân tích làm việc hiệu móng bè cọc chịu tải cơng trình thay đổi đường kính, chiều dài cọc làm việc hiệu bè cọc tải trọng thay đổi Hạn chế tác giả chưa so sánh với kết chuẩn hay kết tác giả trước nghiên cứu công bố Reza ZIAIE_MOAYED, Meysam SAFAVIAN, 2007 “Pile raft foundation behavior with different pile diameters” [2], phân tích đánh giá làm việc đồng thời bè cọc hiệu so với bè cọc chịu tải hoàn toàn Bên cạnh đó, tác giả cũng phân tích đường kính thay đổi phân phối tải trọng khác đem lại kết tốt so với mơ hình móng bè cọc đường kính cọc khơng thay đổi Hạn chế tác giả chưa đánh giá so sánh với kết từ mơ hình chuẩn phân tích phần mềm đáng tin cậy Luan van Tình hình nghiên cứu nước Phạm Tuấn Anh (2011),” Tính tốn móng bè cọc theo mơ hình hệ số có xét tới độ tin cậy số liệu đất” [3] phân tích móng bè cọc thay đổi tăng chiều dày bè trình truyền tải lên cọc đồng đều, hiệu ứng làm việc nhóm cọc giảm khoảng cách lớn 6d ( đường kính cọc) tính tốn nội lực móng có xét đến độ tin cậy đất số lượng giá trị ngẫu nhiên đưa vào tính tốn nhiều, kết xác, hạn chế tác giả tính tốn nội lực phát sinh móng dựa vào phần mềm SAP chưa đánh giá hay so sánh với kết chuẩn Trần Quang Hộ, (2007),“ Hiệu kinh tế móng bè - cọc” [4], phân tích tính hiệu kinh tế móng bè cọc so với móng cọc khoan nhồi Hạn chế tác giả chưa kiểm tra mơ hình cách mơ móng bè cọc so với mơ hình chuẩn tính tốn Nguyễn Thanh Sơn (2013), “ Móng bè - cọc (CPRF) - giải pháp hiệu cho thiết kế nhà cao tầng siêu cao tầng Việt Nam” [5], phân tích phân phối tải trọng lên bè cọc dựa hệ số phân bố tải trọng (CPRF) Hạn chế tác giả chưa kiểm chứng lại kết phân phối tải trọng bè cọc phần mềm khác với mơ hình chuẩn để so sánh tính hiệu hệ số phân bố tải trọng ( CPRF) Mục đích nghiên cứu đề tài Phân tích ứng xử móng bè cọc Đề xuất phương pháp thiết kế móng bè cọc đơn giản, tin cậy Ý nghĩa giá trị thực tiễn đề tài Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích xây dựng phương pháp đơn giản hóa mơ tính tốn móng bè cọc đất nhiều lớp đảm bảo độ xác cao Từ tiết kiệm chi phí, thời gian tính tốn thiết kế đồng thời tăng tính ứng dụng phương pháp thực tiễn thiết kế Phương pháp nghiên cứu Để tài nghiên cứu nội dung sinh viên sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: Sử dụng lý thuyết học đất tính tốn, lựa chọn thơng số đầu vào mơ hình nền, mơ hình ứng xử đất hợp lý để xây dựng mô hình tính tốn số Ứng dụng mơ hình tính tốn số để mơ thực tế phần mềm tính tốn Sap 2000 Plaxis 3D Foundation Từ so sánh đánh giá kết thu Nội dung nghiên cứu Đề tài tập trung vào nội dung sau: a) Phân tích ứng xử móng bè cọc b) Xây dựng phương pháp tính tốn đơn giản hóa theo mơ hình đàn hồi cục có kể đến ảnh hưởng nhiều lớp Luan van Hình 4-5 Khai báo thơng số bè Hình 4-4 Vẽ bè-cọc gán tải trọng Giá trị phản lực xuất từ mơ hình Plaxis 3D Đánh giá giá trị phản lực đáy bè từ PLAXIS 3D vs PP giải tích Giá trị phản lực đáy bè xuất từ Plaxis 3D Pz,Bè = 90.540 (kN/m2) 68 Luan van Hình 4-6 Kết phản lực bè _ Tại đáy bè ta giá trị phản lực Pbè,Plaxis 3D = 90.54 (kN/m2)  gl,giải tích = 77.06 77.06 − 90.54 (kN/m2) với độ chênh lệch tương ứng % = 77.06 100 = 17.493% Nhận xét: Xuất sai số chênh lệch giá trị phản lực đáy bè so với giá trị ứng suất gây lún có từ phương pháp giải tích, nhiên chênh lệch bé (17.49%) nên đánh giá phương pháp tính tốn hợp lý  Phản lực đáy bè hợp lý với phương pháp tính tốn Đánh giá phản lực cọc mơ hình Plaxis 3D SAFE Bảng 4-1 Bảng giá trị phản lực cọc xuất từ Plaxis 3D Tên cọc Pcọc (kN) % (Safe vs Plaxis 3D) Tên cọc Pcọc (kN) % (Safe vs Plaxis 3D) A1 3861.7 42.83 B1 2374.6 15.29 A2 2233.7 4.12 B2 1126.1 44.69 A3 2127.8 0.77 B3 1027.4 44.32 A4 2155.0 7.32 B4 1231.1 30.04 69 Luan van A5 2238.0 14.48 B5 984.7 42.56 A6 2119.5 8.42 B6 1069.9 37.59 A7 2153.9 7.27 B7 1012.5 42.46 A8 2286.4 8.28 B8 1050.7 43.06 A9 2085.6 10.48 B9 977.3 52.00 A10 4048.6 49.74 B10 2395.1 14.56 C1 2209.6 0.81 D1 2207.8 0.89 C2 1133.6 39.76 D2 1109.0 41.08 C3 1036.3 38.89 D3 1020.8 39.81 C4 1032.2 37.74 D4 1022.8 38.31 C5 1039.5 35.66 D5 992.5 38.56 C6 1027.5 36.40 D6 1004.8 37.80 C7 1035.0 37.57 D7 998.4 39.78 C8 1126.3 33.59 D8 1056.3 37.71 C9 1107.8 41.15 D9 1086.4 42.28 C10 2277.3 2.22 D10 2358.7 5.88 E1 2331.7 16.82 F1 3971.2 46.88 E2 990.6 51.34 F2 2258.4 3.06 E3 1121.1 39.24 F3 2123.4 0.56 E4 1104.1 37.25 F4 2038.4 1.52 E5 1055.5 38.44 F5 2020.1 3.33 E6 965.1 43.71 F6 2028.9 3.78 E7 1089.7 38.07 F7 2231.2 11.12 E8 1144.9 37.96 F8 2117.9 0.30 E9 1185.8 41.75 F9 2153.2 7.58 E10 2349.4 16.19 F10 3915.2 44.80 70 Luan van Các biểu đồ thể giá trị phản lực cọc vị trí cọc tương ứng PP giải tích Plaxis 3D 4500 SAFE PLAXIS 3D 4500 4000 4000 3500 3500 3000 3000 2500 2500 2000 2000 1500 1500 1000 1000 500 500 PLAXIS 3D 0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 Hình 4-8 Biểu đồ thể phản lực cọc theo dãy B Hình 4-7 Biểu đồ thể phản lực cọc theo dãy A 4500 SAFE SAFE PLAXIS 3D 4500 4000 4000 3500 3500 3000 3000 2500 2500 2000 2000 1500 1500 1000 1000 500 500 SAFE PLAXIS 3D C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 Hình 4-9 Biểu đồ thể phản lực cọc theo dãy C 71 Hình 4-10 Biểu đồ thể phản lực cọc theo dãy D Luan van SAFE 4500 PLAXIS 3D 4500 4000 4000 3500 3500 3000 3000 2500 2500 2000 2000 1500 1500 1000 1000 500 500 SAFE PLAXIS 3D 0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 E9 E10 Hình 4-11 Biểu đồ thể phản lực cọc theo dãy E Hình 4-12 Biểu đồ thể phản lực cọc theo dãy F Nhận xét: • Tại đầu cọc phản lựccọc ta có giá trị lớn nhất: Pmax =4048.6 kN Ta có: Pmax = 4048.6 kN < Rc,d = 4091.32 kN  Thỏa điều kiện sức chịu tải cọc • Nhìn vào biểu đồ phía tác giá thấy phản lực cọc xuất từ Plaxis 3D có dạng phân bố phản lực cọc tương tự với phản lực cọc xuất từ Safe, tức giá trị phản lực lớn biên sau giảm dần vào bè giá trị phản lực cọc bé • Tuy có dạng phân bố phản lực xuất vài chênh lệch sai số quan sát vào biểu đồ tác giả nhận chênh lệch đó, cụ thể liệt kê bảng 4.1 với khoảng dao động từ bé 0.3% vị trí cọc F8 đến lớn 52% vị trí cọc B9 Tuy nhiên với chênh lệch không lớn đa số vị trí cọc dạng phân bố phản lực ổn định nên ta chấp nhận với phương pháp tính tốn kết có Đánh giá tải trọng tác dụng, phân bố tải Plaxis 3D vs PP giải tích Ta có: Nbè,Plaxis3D = Pbè x Abè ; Ncọc, Plaxis3D = Pcọc,i Cùng với giá trị có từ phương pháp giải tích bảng tổng hợp sau 72 Luan van Bảng 4-2 Bảng giá trị phản lực đáy bè cọc N% Plaxis Tải trọng N (kN) N (kN) Cấu kiện BÈ CỌC Plaxis 3D Giải tích 70168.50 59723.51 102638.25 110915.09 Plaxis 3D Giải tích 172806.75 170638.60 3D vs PP giải tích N% N % 17.49 7.46 1.27  N% % Plaxis 3D Giải tích 40.61 35 16.01 59.39 65 8.62 Nhận xét: • Quan sát bảng 4-2 tác giả thấy sai số chênh lệch tải trọng (N%) tác dụng kết Plaxis 3D phương pháp giải tích bé (