phân tích sức chịu tải đoạn cọc bên dưới ocell theo mô hình động

Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Học viên thực hiện: ĐỖ THÀNH DANH Lớp: MCON017A Ngày sinh: 13/07/1986 Nơi

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong

112Wednesday, June 12, 20246:38:17 PM6:38:17 PM112Wednesday, June 12, 20246:38:17 PM6:38:17 PM112Wednesday, June 12, 20246:38:17 PM6:38:17 PM

Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong

Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong

112Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongWednesday, June 12, 2024

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trọng Phước

Tp Hồ Chí Minh, năm 2021

Trang 3

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

GIẤY XÁC NHẬN

Tôi tên là: ĐỖ THÀNH DANH

Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã học viên:

1785802080005

Tôi đồng ý cung cấp toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ về bản quyền cho Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh sẽ kết nối toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học của Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Ký tên

ĐỖ THÀNH DANH

Trang 4

Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Học viên thực hiện: ĐỖ THÀNH DANH Lớp: MCON017A Ngày sinh: 13/07/1986 Nơi sinh: TP.HCM

Tên đề tài: PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI ĐOẠN CỌC BÊN DƯỚI O’CELL THEO MÔ

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2021

Người nhận xét

Nguyễn Trọng Phước

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “Phân tích sức chịu tải đoạn cọc bên dưới Ocell theo mô hình động ” là bài nghiên cứu của chính tôi

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2021

Đỗ Thành Danh

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 6

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Trọng Phước, người thầy hướng dẫn Luận văn này; Thầy đã tận tâm hướng dẫn, động viên và tạo điều kiện tốt để tôi thực hiện Luận văn; Những tài liệu tham khảo và kiến thức do Thầy cung cấp giúp tôi nhận định đúng đắn trong việc nghiên cứu

Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cảm ơn quý Thầy Cô giảng dạy lớp Cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại Mở Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quý giá trong chuyên ngành; đồng thời tôi cũng cảm ơn các bạn cùng khóa học đã đồng hành cùng tôi trải qua chương trình đào tạo này

Cuối cùng, tôi xin ghi nhận sự giúp đỡ của gia đình đã luôn bên cạnh động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua

Xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2021

Đỗ Thành Danh

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 7

tr Thời gian tăng tải

 Chuyển vị của hệ

 Tần số góc riêng của hệ kết cấu

Trang 8

TÓM TẮT

Móng cọc đã được dùng khá phổ biến trong các công trình xây dựng khác nhau và liên tục được cải tiến về vật liệu và phương pháp tính toán Hiện nay, có rất nhiều tiêu chuẩn với các công thức tính toán khác nhau nhằm tính sức chịu tải móng cọc Dù vậy, bài toán sức chịu tải cọc vẫn chưa có lời giải chính xác, mọi kết quả vẫn chỉ xem là dự báo Các thí nghiệm xác định sức chịu tải cọc tiêu biểu

là thí nghiệm O’cell vẫn là phương pháp khả tín để xác định xác sức chịu tải cọc

Luận văn này thiết lập mô hình động lực học phân tích chuyển vị đất nền dưới mũi cọc dưới tác dụng tải trọng xung trong thí nghiệm O’cell Mô hình động lực học được thiết lập dựa trên lý thuyết hệ một bậc tự do chịu tác động tải trọng xung, với đất nền là một lò xo, tải trọng xung do O’cell tác dụng lên thông qua đoạn cọc Từ mô hình này, lời giải lý thuyết được suy ra và có so sánh với kết quả số từ 03 thí nghiệm O’cell trong những khu vực địa chất khác nhau tại Thành Phố Hồ Chí Minh Kết quả so sánh cho thấy sự phù hợp của mô hình động lực học và cũng còn có những hạn chế nên cần có những cải tiến trong quá trình thí nghiệm mới có thể kiểm tra độ chính xác của mô hình

Trang 9

ABSTRACT

Pile foundation has been used quite commonly in different construction projects and has been continuously improved in terms of materials and calculation methods Currently, there are many standards with different calculation formulas

to calculate the pile foundation bearing capacity However, the pile bearing capacity problem still has no exact solution, all results are still considered as forecasts The tests to determine the pile load capacity, typically the O'cell test, are still a reliable method to determine the pile load capacity

This thesis establishes a dynamic model to analyze the ground displacement under the pile tip under the effect of pulsating load in the O'cell experiment The dynamic model is established based on the theory of a one-degree-of-freedom system subjected to impulse loads, with the ground ground being a spring, the impulse load exerted by O'cells through the pile segment From this model, the theoretical solution is inferred and compared with numerical results from 03 O'cell experiments in different geological areas in Ho Chi Minh City The comparison results show the suitability of the dynamic model and there are limitations, so it is necessary to improve in the experimental process to check the accuracy of the model

Trang 10

v

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Abstract iv

Mục lục v

Danh mục các chữ viết tắt vi

Danh mục các bảng biểu và hình vẽ vii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của luận văn 7

1.3 Đối tượng nghiên cứu 8

1.4 Cấu trúc luận văn 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 8

2.1 Mở đầu 8

2.2 Một số nghiên cứu trong nước 9

2.3 Một số nghiên cứu nước ngoài 12

2.3.1 Mô hình động lực học tương tác cọc – đất theo Novak 12

2.3.2 Mô hình Lumped Mass (mô hình Novak cải tiến) 13

2.3.3 Mô hình Beam On Dynamic Winkler 15

2.4 Nhật xét 17

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐẤT NỀN 18

3.1 Mở đầu 18

3.2 Cơ sờ lý thuyết động lực học 18

3.2.1 Thông số vật lý và phương trình chủ đạo 18

3.2.2 Lời giải với tải trọng xung 19

Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong

Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong

Trang 11

vi

3.3 Thí nghiệm O’cell 25

3.3.1 Giới thiệu thí nghiệm O’cell 25

3.3.2 Quy trình và một số kết quả trong thí nghiệm O’cell 25

3.4 Áp dụng kết quả thí nghiệm O’cell 30

3.4.1 Thời gian gia tải và chuyển vị 30

3.4.2 Tải trọng gia tải và độ cứng danh nghĩa 31

3.5 Kết luận chương 31

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ SỐ 32

4.1 Mở đầu 32

4.2 Giới thiệu kết quả thí nghiệm O’cell 32

4.3 Các thông số liệu ghi nhận lại từ kết quả thí nghiệm O’cell 38

4.3.1 Số liệu của thí nghiệm O’cell công trình chung cư Sunrise city 38

4.3.2 Số liệu của thí nghiệm O’cell công trình M&C Tower Quận 1 42

4.3.3 Số liệu của thí nghiệm O’cell công trình cầu Bình Lợi 46

4.4 Mô hình động lực học mô tả ứng xử đất nền dưới tác dụng tải trọng O’cell 49

4.4.1 Ứng xử đất nền chịu tải trọng O’cell bên dưới mũi cọc TBP1 49

4.4.2 Ứng xử đất nền chịu tải trọng O’cell bên dưới mũi cọc BP146 54

CHƯƠNG 5 NHẬN XÉT KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74

5.1 Nhận xét 74

5.2 Kết quả thu được 74

5.3 Kiến nghị 75

5.4 Hạn chế của đề tài 75

5.5 Hướng phát triển 75

Trang 12

vii

Trang 13

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 Thời gian tăng tải và gia tải tại các chu kỳ gia tải cọc TPB1 31

Bảng 4.2 Chuyển vị của hệ trong các chu kỳ gia tải cọc TBP1 40

Bảng 4.3 Thời gian tăng tải và gia tải tại các chu kỳ gia tải cọc BP146 44

Bảng 4.4 Áp lực gia tải cọc PB146 44

Bảng 4.5 Chuyển vị đoạn cọc bên dưới O’cell cọc BP146 44

Bảng 4.6 Thời gian tăng tải và gia tải tại các chu kỳ cọc COCD2000 48

Bảng 4.7 Áp lực po cọc COCD2000 48

Bảng 4.8 Chuyển vị đoạn cọc bên dưới O’cell cọc COCD2000 48

Bảng 4.9 Đường kính và đặc điểm cơ lý đất nên dưới mũi cọc 72

Bảng 4.10 Tỷ số po/k quá trình gia tải thí nghiệm O’cell 74

Trang 14

ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Báo cáo tổng kết quả sức chịu tải cực hạn cọc 2

Hình 1.2 Phân bổ tải trọng dọc theo thành cọc O’cell test cọc TBP1 3

Hình 1.3 Phân bổ tải trọng dọc theo thành cọc O’cell test cọc TBP2 3

Hình 2.1 Hình 2.1 Mật độ phân phối xác xuất giá trị tính toán sức chịu tải

cọc với COV=10% và COV = 20% 9

Hình 2.2 Hình 2.2: Sức chống cắt từ thí nghiệm cắt trực tiếp của đất nền

xung quanh và dưới mũi cọc trước và sau khi ép cọc 11

Hình 2.3 Biểu đồ nén tĩnh cọc có đường kính khác nhau 12

Hình 2.4 Mô hình Novak 13

Hình 2.5 Mô hình Lumped Mass (Novak cải tiến) 15

Hình 2.6 Các hệ số Lumped Mass (Novak cải tiến) 17

Hình 2.7 Cơ chế vật lý tương tác cọc – đất 17

Hình 3.1 Mô hình SDOF Single Degree Of Freedom System 22

Hình 3.2 Mô hình SDF chịu tải xung (Single Degree Freedom) 23

Hình 3.3 Mô hình đoạn cọc bên dưới Ocell khi tiến hành gia tải 24

Hình 3.4 Mô hình thí nghiệm Ocell 29

Hình 3.5 Quy trình thực hiện thí nghiệm O’cell 30

Hình 3.6 Sức kháng dọc thành cọc 30

Hình 3.7 Biểu đồ tải trọng - chuyển vị 32

Hình 3.8 Biểu đồ tải trọng – thời gian gia tải 32

Hình 3.9 Mô hình quá trình gia tải cọc 32

Hình 3.10 Bảng dữ liệu thời gian, tải trọng, chuyển vị 32

Trang 15

x

Hình 4.1 Dự án sunrise City 33

Hình 4.2 Tòa nhà M&C Tower Quận 1 33

Hình 4.3 Công trình cầu Bình Lợi 34

Hình 4.4 Mặt cắt dọc trục cọc TBP1 35

Hình 4.5 Mặt cắt dọc trục cọc BP146 36

Hình 4.6 Mặt cắt dọc trục cọc COCD200 37

Hình 4.7 Kết quả thí nghiệm chu kỳ từ 1L-0 tới 1L-1 O’cell test cọc TBP1……… 38

Hình 4.8 Lộ trình gia tải O’cell test cọc TBP1 39

Hình 4.9 Vị trí cảm biến cọc TBP1 40

Hình 4.10 Độ cứng danh nghĩa đất nền bên dưới cọc TBP1 41

Hình 4.11 Kết quả thí nghiệm O’cell test cọc BP146 trong chu kỳ 1L0,1L1l,1L2 43

Hình 4.12 Lộ trình gia tải O’cell test cọc BP146 43

Hình 4.13 Độ cứng danh nghĩa đất nền bên dưới cọc BP146 45

Hình 4.14 Kết quả thí nghiệm O’cell test cọc COCD2000 trong chu kỳ 1L1l,1L2,1L3 47

Hình 4.15 Lộ trình gia tải O’cell test cọc COCD2000 47

Hình 4.16 Độ cứng danh nghĩa đất nền bên dưới cọc COCD2000 49

Hình 4.17 Kết quả quan trắc mối liên hệ tải trọng - chuyển vị - thời gian chu kỳ 1L-1 -1L-2 50

Hình 4.18 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong trong chu kỳ 1L1-1L2 TBP1 51

Hình 4.19 So sánh kết quả quan trắc-tính toán chuyển vị chu kỳ 1L-1 đến 1L-2 51

Hình 4.20 Tần số góc các chu kỳ gia tải cọc TBP1 52

Hình 4.21 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong trong chu kỳ 1L2-1L3 TBP1 52

Trang 16

xi

Hình 4.22 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong trong chu kỳ

1L3-1L4 TBP1 53 Hình 4.23 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong trong chu kỳ

1L7-1L8 TBP1 55 Hình 4.27 So sánh kết quả chuyển vị quan trắc – tính toán đất dưới mũi cọc

TBP1 55 Hình 4.28 Kết quả quan trắc tải trọng, chuyển vị, thời gian chu kỳ 1L-1 - 1L-

2 BP146 56 Hình 4.29 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian chu kỳ 1L1-1L2

BP146 57 Hình 4.30 So sánh kết quả quan trắc-tính toán chuyển vị chu kỳ 1L-1-1L-2

BP146 57 Hình 4.31 Tần số góc ω nền đất dưới mũi cọc BP14 trong mỗi chu kỳ gia

tải 58 Hình 4.32 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian chu kỳ 1L2-1L3

BP146 58

BP146 59 Hình 4.34 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian chu kỳ 1L4-1L5

BP146 60

Trang 17

xii

Hình 4.36 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian chu kỳ 1L6-1L7

BP146 63 Hình 4.42 So sánh kết quả chuyển vị quan trắc – tính toán đất dưới mũi cọc

BP146 63

Hình 4.43 Kết quả quan trắc tải trọng, chuyển vị, thời gian chu kỳ 1L-1-1L-2 COCD2000 64 Hình 4.44 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L1-1L2 COCD2000 65 Hình 4.45 So sánh kết quả quan trắc-tính toán chuyển vị chu kỳ 1L-1-1L-2

COCD2000 65 Hình 4.46 Giá trị tần số góc ω nền đất dưới mũi cọc COCD2000 66 Hình 4.47 Kết quả quan trắc tải trọng, chuyển vị, thời gian chu kỳ

1L-2-1L-3 COCD2000 66 Hình 4.48 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L3-1L4 COCD2000 67 Hình 4.49 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L4-1L5 COCD2000 67

Trang 18

xiii

Hình 4.50 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L5-1L6 COCD2000 68 Hình 4.51 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L6-1L7 COCD2000 68 Hình 4.52 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L7-1L8 COCD2000 69 Hình 4.53 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L8-1L9 COCD2000 69 Hình 4.54 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L9-1L10 COCD2000 70 Hình 4.55 Chuyển vị nền đất dưới mũi cọc theo thời gian trong chu kỳ 1L10-1L11 COCD2000 70 Hình 4.56 Kết quả quan trắc tải trọng, chuyển vị, thời gian chu kỳ

1L-11-1L-12 COCD2000 71

dưới mũi cọc COCD2000 71

COCD2000 73

COCD2000 74

Trang 19

là rất quan trọng đối với các kỹ sư xây dựng và những nhà tư vấn, đầu tư xây dựng

và của cả các bên liên quan Dù vậy, việc tính toán để xác định được sức chịu tải cọc khoan nhồi còn rất nhiều khó khăn hạn chế cả về lý thuyết, thực tiễn và các giải pháp thí nghiệm hiện trường để dự đoán giá trị sức chịu tải này

Sức chịu tải của cọc khoan nhồi được phân tích gồm hai thành phần: sức kháng hông và sức kháng mũi, cả hai đều được tính chủ yếu dựa trên hai thông số địa chất góc ma trong và lực dính của đất tương ứng với vị trí có hiện diện của cọc, chúng được xác định dựa trên thí nghiệm cắt trực tiếp hoặc thí nghiệm nén ba trục của đất được lấy từ hiện trường Thông thường, hai thông số này được lấy từ các báo cáo khoan thăm dò địa chất do các đơn vị tư vấn cung cấp dịch vụ hoặc do chủ đầu tư tự tiến hành Các báo cáo này chứa nhiều yếu tố chủ quan lẫn khách quan nên thường có độ tin cậy chưa cao với các kỹ sư thiết kế dẫn đến khó khăn khi sử dụng để tính toán sức chịu tải của cọc và vì vậy các bài toán tính toán sức chịu tải cọc theo lý thuyết thường có hệ số an toàn rất cao, khoảng từ 2 đến 3 lần

Vào tháng 5-2011 giáo sư Bengt H Fellenius (Canada) đã tổ chức một hội thảo với sự tham gia của hơn 40 chuyên gia trong lĩnh vực địa kỹ thuật đến từ rất

Trang 20

nhiều nước trên thế giới trong đó có Mỹ (18 người), Canada (3 người), Việt Nam (7 người) Các chuyên gia được yêu cầu tính toán sức chịu tải cực hạn và chuyển vị tương ứng cho cọc đường kính 400mm, chiều dài 19m cọc cùng với các thông số

địa chất cần thiết kết quả được tổng kết trong Hình 1.1 Hình này cho thấy số liệu

của kết quả thu được rất khác nhau từ các chuyên gia

Qua báo cáo cho thấy kết quả tính toán của hội nghị rất phân tán, độ chênh lệch giữa kết quả lớn nhất gấp 5 lần kết quả nhỏ nhất dù kết quả được tính bởi các chuyên gia đầu ngành trong lĩnh vực địa kỹ thuật Điều đó cho thấy rằng mặc dù móng cọc đã được con người sử dụng từ rất lâu nhưng bài toán tính toán sức chịu tải cọc vẫn là một bài toán gây rất nhiều khó khăn cho ngành xây dựng, kết quả tính toán sức chịu tải cọc chỉ được xem là một dự báo Vì vậy, trong hầu hết các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc ở các nước đều có phần thực nghiệm tại hiện trường đề xác định lại sức chịu tải của cọc Công việc này thường phức tạp, tốn kém nhiều tiền của và qui trình, thiết bị, số lượng cọc phải thử tải thực nghiệm để thực hiện được cũng rất khác nhau Thực tế các kỹ sư khi thiết kế cọc sử dụng kết quả thí nghiệm

Hình 1.1 Báo cáo tổng kết quả sức chịu tải cực hạn cọc

Trang 21

hiện trường thử tải như PDA, nén tĩnh, Ocell và kết quả thí nghiệm này được so sánh với lý thuyết và tham khảo thêm để từ đó quyết định sức chịu tải của cọc trong thiết kế công trình

Trong các dạng thí nghiệm này, thí nghiệm nén tĩnh và Ocell là hai mô hình được sử dụng rãi nhất vì có những ưu điểm nhất định và có độ tin cậy cao Trong quá trình thí nghiệm, hai mô hình này có xét đầy đủ sự tương tác cọc và các lớp đất xung quanh và bên dưới mũi cọc trong mỗi mô hình và ghi nhận số liệu đầy đủ nên

có vẻ rất gần với thực tế Mô hình cả hai thí nghiệm này xác định sức chịu tải cọc bằng cách tăng dần tuyến tính trong một khoảng thời gian nhất định của tải trọng đã biết trước lên đầu cọc và đồng thời quan trắc chuyển vị (độ lún) của cọc ngay thời điểm đó và diễn biến sau khi dừng tải một khoảng thời gian nhất định Từ đó, sức chịu tải cực hạn của cọc đơn là tải trọng đã làm cọc phá họai, hoặc cọc lún đột ngột, hay cọc lún đến một giá trị mà đơn vị thiết kế đề nghị Một ví dụ để mô tả thí nghiệm tiến hành thí nghiệm O’cell để xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi đường kính lần lượt là 1500mm và 2000mm tại công trình Sunrice City quận 7 đơn vị thi

công đã thu lại được kết quả được thể hiện Hình 1.2 và Hình 1.3

Hình 1.2 Phân bổ tải trọng dọc theo thành cọc O’cell test cọc TBP1

Trang 22

Hai cọc TBP1 và TBP2 được thi công trong cùng một khu vực địa chất có bề dày các lớp đất và tính chất cơ lý gần giống nhau, vì khá gần nhau; tuy vậy, kết quả thí nghiệm cho thấy sức kháng mũi cọc đường kính 2000mm lại chỉ bằng một nửa

so với sức kháng mũi cọc có đường kính 1500mm Có thể có những nhận xét chưa đầy đủ xảy ra trong khi thi công cọc, chất lượng vật liệu cọc và cả đất nền tại khu vực hay kể cả tiến hành thí nghiệm hiện trường chưa tin cậy cao của thiết bị dẫn đến kết quả này Điều này cho thấy rằng việc xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi dựa vào thực nghiệm bằng qui trình chất tải tăng dần và quan trắc độ lúc đầu cọc còn khá nhiều vấn đề cần làm rõ từ các sai số của mô hình thực nghiệm và ngay

cả nhìn nhận ứng xử của mô hình cũng cần thiết làm rõ hơn

Thí nghiệm Ocell đã, đang và sẽ được dùng nhiều trong bài toán sức chịu tải

củ cọc trong thiết kế công trình Sự tiện lợi của nó đủ để thuyết phục các kỹ sư hay các nhà nghiên cứu quan tâm và chấp nhận Qui trình thí nghiệm này cũng đã được phát triển phù hợp và vận hành trơn tru với tính linh hoạt cao, có khả năng áp dụng trong một phạm vi lớn của cọc khoan nhồi Chi phí tương đối đắt nhưng có khuynh hướng giảm dần trong giai đoạn sắp tới vì tính phổ biến của nó Rất nhiều dự án lớn

Hình 1.3 Phân bổ tải trọng dọc theo thành cọc O’cell test cọc TBP2

Trang 23

ở Việt nam và cả trên thế giới đã sử dụng và sẽ sử dụng nhiều Tuy vậy, mô hình

lý thuyết và hiểu rõ hơn bản chất của ứng xử tất cả các yếu tố liên quan như cọc, đất nền xung quanh cũng còn giới hạn Tiếp tục phát triển mô hình thí nghiệm Ocell này hơn nữa là cần thiết và Luận văn này cũng đề xuất một mô hình để giải thích rõ hơn ứng xử của hệ trong thí nghiệm Ocell

1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

Mục tiêu của luận văn này là đề xuất một mô hình mới là mô hình động lực học để phân tích ứng xử của nền đất dưới mũi cọc trong thí nghiệm Ocell xác định sức chịu tải của cọc khoa nhồi, với các nội dung thực hiện như sau:

- Thu thập số liệu chi tiết từ thí nghiệm Ocell của 03 công trình, thông số cọc, đất nền và kết quả tải trọng, độ lún

- Mô hình động lực học của hệ gồm có khối lượng dao động của đất dưới mũi cọc, độ cứng được qui đổi của đất, tải trọng tác dụng theo thời gian dựa trên thí nghiệm Ocell

- Thiết lập mô hình, xây dựng phương trình chuyển động của hệ chịu tải tăng dần theo thời gian do thí nghiệm Ocell

- Phân tích kết quả chuyển vị của hệ theo thời gian theo mô hình mới này, so sánh với độ lún ghi nhận từ các thí nghiệm Ocell thực tế rút ra các nhận xét và đánh giá mô hình đề xuất

Đối tượng nghiên cứu là nền đất dưới mũi cọc chịu tác dụng tải trọng biến thiên theo thời gian của thí nghiệm Ocell được truyền xuống thông qua đoạn cọc bên dưới O’cell, mô tả tải trọng xung được thiết lập trong mỗi chu kỳ gia tải của thí

Trang 24

nghiệm O’cell Mô hình động lực học được đề xuất xem xét dao động nền đất dưới mũi cọc tác động tải trọng xung chấp nhận các giả thiết sau đây:

- Cọc bê tông cốt thép được xem tuyệt đối cứng không biến dạng trong toàn

bộ các chu kỳ gia tải

- Tải trọng đo được gần sát mũi cọc được xem là tải trọng tác dụng lên nền đất dưới mũi cọc

- Đất là vật liệu bán đàn hồi mô phỏng vĩ mô thành một lo xo có độ cứng thay đổi tùy theo tải trọng tác dụng lên lò xo

- Tải trọng xung truyền xuống nền đất có khối lượng xác định tại thời điểm

đó lò xo chịu tác động tải trọng xung, khối lượng bao gồm cả khối lượng đoạn cọc bên dưới O’cell

Phương pháp thực hiện luận văn này là lý thuyết kết hợp thực nghiệm Lý thuyết đề xuất mô hình động lực học, lập phương trình chuyển động, tìm lời giải bài toán chịu tải trọng xung Thực nghiệm từ các giá trị chuyển vị đã có ở 03 công trình khác nhau để suy ra những thông số qui đổi cần thiết trong mô hình Cuối cùng là

so sánh kết quả để đánh giá mô hình

Nghiên cứu này được trình bày trong 05 chương, sơ lược hơn như sau:

- Chương 1: Giới thiệu sơ lược các vấn đề, từ đó hình thành mục tiêu nghiên cứu, phương pháp luận để thực hiện nghiên cứu

- Chương 2: Giới thiệu tổng quan một số công trình có nghiên cứu liên quan trước đó từ trong và ngoài nước

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết mô hình, lập biểu thức dao động đất nền dưới tác dụng tải trọng và điều kiện áp dụng biểu thức

Trang 25

- Chương 4: Dựa trên số liệu thí nghiệm O’cell lập mô hình động lực học mô

tả ứng xử của đất nền dưới tác dụng tải trọng xung

- Chương 5: Nêu các kết quả và hướng phát triển trong nghiên cứu

- Phụ lục: Nêu các kết quả và hướng phát triển trong nghiên cứu

- Cuối cùng, danh mục tài liệu tham khảo cũng được trình bày

Trang 26

có những đóng góp rất lớn trong bài toán này cả về lý thuyết và học thuật Tuy vậy, cũng có khá nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra hạn chế khách quan rất khó có thể khắc phục được trong việc xác định chính xác giá trị các thông số trên Các nghiên cứu được trình bày dạng tổng quan trong chương này liên quan đến những hạn chế đó và làm cơ sở để thiết lập mô hình động lực học trong luận văn

Sức chịu tải của cọc dựa trên đặc tính cơ lý của các lớp đất và đặc điểm kích thước cọc như chiều dài và đường kính cọc Việc tính toán dựa trên hai yếu tố trên

có những hạn chế nhất định được thể hiện trong những nghiên cứu sau Một số nghiên cứu gần đây cho thấy rằng góc ma sát trong  và lực dính c - hai đại lượng chính để tính toán sức chịu tải cọc, độ nhạy của hai đại lượng này ảnh hưởng rất lớn đến kết quả tính toán sức chịu tải cọc Năm 2017, Trần Ngọc Tuấn sử dụng phương pháp đánh giá độ tin cậy, mô phỏng Monte Carlo viết tắt là MCS, với biến ngẫu nhiên là khảo sát hai thông số sức chống cắt đất nền là COV = 10% và COV = 20% (giá trị góc ma sát trong  và lực dính c thay đổi lần lượt hơn kém 10% và 20%) thì giá trị sức chịu tải thay đổi rất lớn Kết quả được thể hiện như trên Hình 2.1 bên dưới

Trang 27

Hình 2.1 Mật độ phân phối xác suất giá trị tính toán sức chịu tải cọc với COV=10%

Trang 28

Tên công trình Học viện

Quốc Tế

SEABank

Đà Nẵng

Trung Tâm HCQG (TP2)

Bệnh Viện Nhi Trung Ương

Hình 2.2 Sức chống cắt từ thí nghiệm cắt trực tiếp của đất nền xung

quanh và dưới mũi cọc trước và sau khi ép cọc

Trang 29

Các kết quả thu được cho thấy sức kháng hông chiếm tỷ trọng rất nhỏ so với sức kháng mũi, trong thực tế các thí nghiệm có gắn cảm biến dọc thân trục nhằm xác định được sức kháng hông và kháng mũi đều chỉ ra rằng sức kháng mũi luôn chiếm tỷ lệ lớn Do đó việc tính toán sức chịu tải cọc dựa vào kích thước cọc như hiện nay cần được nghiên cứu thêm

Hình 2.3 Biểu đồ nén tĩnh cọc có đường kính khác nhau

Trang 30

Hình 2.4 Mô hình Novak

Trong thực tế để xác định sức chịu tải hai cọc có đường kính khác nhau trong cùng khu vực địa chất không thể thử tải một cọc mà phải tiến hành thử hai cọc riêng biệt rất tốn kém chi phí Qua những nghiên cứu trên cho thấy mô hình tính toán sức chịu tải cọc dựa trên đặc điểm cơ lý cũng như kích thước cọc đang có những hạn chế, việc tính toán sức chịu tải cọc chỉ đóng vai trò dự báo sức chịu tải cọc sử dụng trong thiết kế phải được lấy từ các thí nghiệm thực tế ngoài hiện trường

Các nghiên cứu của các nhà khoa học động lực học đất đã đưa ra một số mô hình toán học mô phỏng quá trình tương tác cọc trong môi trường đất Dù có rất nhiều mô hình được xây dựng nhưng vẫn chưa có được sự đồng thuận rộng rãi do các mô hình lý tưởng hóa trạng thái đất bỏ qua rất nhiều cơ chế vật lý quan trọng trong đất

2.3.1 Mô hình động lực học tương tác cọc - đất theo Novak

Trang 31

Novak (1974) đã trình bày một biểu thức phân tích gần đúng cho độ cứng động của cọc dựa trên độ đàn hồi tuyến tính Các lớp đất được coi là đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính Cọc được giả định là thẳng đứng, hình trụ và chuyển động như một vật cứng (một giả thuyết phù hợp với lý thuyết dầm Navier-Bernoulli) Đĩa tròn cứng không khối lượng biểu thị mặt cắt ngang của cọc được coi

là dao động điều hòa

Bản chất ba chiều của hệ thống cọc-đất dưới các dao động ngang giờ đây có thể được đơn giản hóa thành mô hình phẳng, sử dụng các phần tử dầm để đại diện cho cọc và lò xo tuyến tính với độ cứng động ku để đại diện cho đất, như được thể

hiện dưới dạng giản đồ trong Hình 2.4 Độ cứng ngang của đất phụ thuộc chiều dài

của cọc, ku, (hoặc phản lực của đất trên một đơn vị chiều dài cọc) được cho bởi công thức sau:

G lần lượt là phần thực và phần ảo của môđun đàn hồi

Mô hình này được đánh giá là tốt và phù hợp trong khá nhiều tình huống

Các nghiên cứu dựa vào mô hình Novak cũng được tiếp tục phát triển và đến nay cũng có nhiều nghiên cứu theo mô hình này ; tuy vậy việc xác định các thông số cũng khó khăn

2.3.2 Mô hình Novak cải tiến

Trang 32

Hình 2.5 Mô hình Lumped Mass (Novak cải tiến)

Mô hình Winkler-Novak được sử dụng rộng rãi nhất để phân tích cọc dưới tải trọng bên, cọc được mô hình hóa dưới dạng các phần tử dầm và đất được biểu diễn bằng các lò xo bị tách rời, tập phân bố đều dọc trục cọc Các tài liệu cho thấy rằng đối với các phân tích động lực học của cọc, độ cứng của đất và các đặc tính giảm chấn có thể được đưa vào đầy đủ thông qua các lò xo có cản (giảm chấn)

Dựa trên cơ sở đó năm 2008 tại hội thảo khoa học The 14th World Conference on Earthquake Engineering tổ chức tại Trung Quốc Gustavo Pacheco, Luis E Suárez, và Miguel Pando đã trình bày một mô hình mà phương pháp luận được đề xuất dựa trên một mô hình gộp phù hợp với đề xuất của Winkler Trong cách tiếp cận được đề xuất, tương tác giữa cọc và đất được tính bởi ba yếu tố độc lập: một lò xo có độ cứng ka, một khối lượng ma và lực cản có hệ số ca Hệ số lò xo-khối lượng-lực cản đại diện cho đất được xác định bằng các phương trình đơn giản

Các tác giả đề xuất thay hệ lò xo có độ cứng phi tuyến ku dọc thân cọc bằng một hệ thống dao động một bậc tự do (SDOF) bao gồm một vật cứng có khối lượng ma bị hạn chế chuyển động dọc theo một trục và được gắn vào một giá đỡ cố định bằng một lò xo độ cứng ka và lực cản ca được xác định như sau: k a Gk, Phan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dongPhan tich suc chiu tai doan coc ben duoi OCELL theo mo hinh dong

Trang 33

Hình 2.6 Các hệ số Lumped Mass (Novak cải tiến)

2

m    r , c a r V o scgiá trị mk cđược xác định dựa trên hệ số Poission

trong Hình 2.6

Mô hình Novak cải tiến được trình bày có những ưu điểm sau:

- Các hệ số ka, ma và ca nhận được bằng các biểu thức độc lập đơn giản, các

hệ số không phụ thuộc vào tần số, cho phép người dùng thực hiện các phân tích trong miền thời gian

- Mô hình này dễ dàng lập trình trong phần mềm của người dùng và nó cũng có thể được sử dụng với phần mềm FEM cho mục đích chung, mô hình có thể được mở rộng để thực hiện phân tích động phi tuyến của hệ thống đất cọc, bằng cách thay thế hằng số lò xo bằng phản ứng đất tĩnh phi tuyến

- Có các biểu thức độc lập cho hệ số độ cứng (ka), hệ số cản (ca) và khối lượng (ma), thay vì một phương trình biến phức tạp, cho phép thực hiện phân tích

độ nhạy, để đánh giá tác động của sự biến thiên của từng hệ số trong hệ

Trang 34

2.3.3 Mô hình Beam On Dynamic Winkler

Năm 2018 ba nhà khoa học Chao Zhang, Peng Denga, Wenhai Kec đã cho rằng ứng suất cắt trong đất ảnh hưởng đáng kể tương tác cọc - đất do đó đã đề xuất

mô hình Beam on Dynamic Pasternak Foundation Tác giả đã liệt kê các yếu tố vật

lý ảnh hưởng đến tương tác cọc - đất thể hiện trong phương trình và hình 2.7 như sau đây

Phương trình cân bằng động giữa cọc và đất:

cơ chế vật lý phụ thuộc nhiều vào tần số

Đối với việc lý tưởng hóa hệ thống cọc trong đất, các kết quả tính toán cho thấy: cơ chế tác động vật lý gây uốn cọc, mô đun Winkler và ứng suất cắt trong đất chiếm ưu thế trong cân bằng động và do đó không thể bỏ qua, quán tính của đất có thể được bỏ qua

Trang 35

Hình 2.7 Các cơ chế vật lý tương tác cọc – đất

Trang 36

2.4 NHẬN XÉT

Để tính toán sức chịu tải cọc cơ học đất xây dựng mô hình tương tác cọc - đất thành hai thành phần sức kháng hông xung quanh cọc và sức kháng mũi bên dưới mũi cọc, hai thành phần này được tính dựa trên góc ma sát trong và lực dính

Tuy nhiên thực tế cho thấy rằng việc tính toán theo mô hình cơ đất còn có rất nhiều hạn chế để khắc phục những hạn chế đó ngày càng có nhiều nghiên cứu thiết lập mô hình động lực học thể hiện tương tác cọc - đất, nhằm phát triển thêm các mô hình cơ học đất đang được sử dụng Một số nghiên cứu liên quan đã được tổng quan trong chương này, cũng mới trong giai đoạn gần đây; qua đó cho thấy rằng đây là vấn đề cũng được quan tâm nhiều, có ý nghĩa cả khoa học và thực tiễn

Trang 37

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐẤT NỀN

3.1 MỞ ĐẦU

Chương này trình bày một mô hình động lực học của đoạn cọc nằm dưới thiết

bị O’cell Trước hết, cơ sở lý thuyết liên quan đến mô hình này được mô tả chi tiết gồm có những thông số liên quan vật lý và lời giải của chuyển vị trong bài toán phân tích động lực học Tiếp theo đó, quy trình và sự ghi nhận kết quả của thí nghiệm Ocell thông thường cũng được giới thiệu trong Luận văn Cuối chương, sự thiếp lập mô hình động lực học của đoạn cọc bên dưới thiết bị O’cell cũng được suy ra làm cơ sở cho phân tích số ở chương tiếp theo

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG LỰC HỌC 3.2.1 Thông số vật lý và phương trình chủ đạo

Xét hệ một bậc tự do động lực học như trên hình 3.1 Hệ gồm vật nặng có khối

lượng m, lò xo có độ cứng k, và thiết bị tiêu tán (cản) c, chịu tác động bởi ngoại lực

bậc nhất và bậc hai của chuyển vị ( )t theo thời gian

Phương trình chuyển động được thiết lập theo nguyên lý D’Alembert với kết quả là một phương trình vi phân thường như sau

Trang 38

3.2.2 Lời giải với tải trọng xung

Hệ chịu tác dụng một tải trọng tăng dần từ 0 - p o sau đó tải trọng được giữ

nguyên trong khoảng thời gian t, khi đó hệ dao động tự do chịu tác dụng tải xung như

trên hình 3.2 Quá trình chuyển động của hệ được chia làm hai pha dao động: pha 1

hệ dao động trong khoảng thời gian t < t r, pha 2 hệ dao động trong khoảng thời gian

phương trình vi phân (3.1) có được kết quả sau đây

Phương trình dao động pha 1

Từ phương trình (3.2) và (3.3) cho thấy dao động của hệ ở hai pha không giống

nhau, biên độ dao động của hệ phụ thuộc vào 4 đại lượng độ cứng k (N/m), tải trọng

p o (N), tần số góc  (rad/s), thời gian t (s)

p(t)

m

Vị trí cân bằng

Hình 3.1 Mô hình SDOF Single Degree of Freedom System

Trang 39

3.2.3 Bài toán động lực học trong thí nghiệm O’cell

Trong bài toán tìm ứng xử của hệ kết cấu, quá trình phân tích tĩnh đôi khi không đủ để suy ra được phản ứng thực chất của hệ; lúc này sự phân tích động lực học là cần thiết Thực tế, ít có tải trọng nào tác dụng lên hệ là thực sự tĩnh Nếu thời gian tác dụng của tải trọng hoặc sự biến thiên của nó là tương đối nhanh hoặc cùng bậc so với chu kỳ dao động của hệ dẫn đến lực quán tính và lực cản xuất hiện đáng

kể thì sự phân tích động lực học phải được thực hiện để thu được kết quả chính xác hơn

Thí nghiệm O’cell sẽ tạo ra hai lực truyền vào đoạn cọc bên trên và bên dưới O’cell, trong quá trình gia lực cọc đặt trong nền đất sẽ huy động sức kháng hông dọc thân cọc và sức kháng mũi tại mũi cọc Trong nghiên cứu của đề tài chỉ xét lực tác

dụng bên dưới O’cell với p = po(t) được gia tăng tuyến tính (từng cấp tải trọng) trong

khoảng thời gian xác định Đất nền bên dưới O’cell được mô phỏng thành hệ lò xo

có độ cứng k, khi tiến hành gia tải sẽ xuất hiện sức kháng hông dọc trục F s và sức

kháng mũi P m

Hình 3.2 Mô hình SDOF chịu tải xung (Single Degree of Freedom)

Trang 40

đất bên dưới có khối lượng m Khối đất bên dưới mũi đoạn cọc có sinh ra một phản lực P m cản trở sự di chuyển của đoạn cọc xem như một lò xo có độ cứng K, lớp đất

xung quanh thân cọc bó sát cọc tương ứng với lực cản c

Với các thông số: p(t) tác dụng lên đoạn cọc, độ cứng k đất nền, lực cản c do lớp đất xung quanh đoạn cọc, mc và mtương ứng khối lượng đoạn cọc và khối lượng đất nền bên dưới chịu tác dụng của đoạn cọc

F

ĐOẠN CỌC DƯỚI OCELL

OCELL

Hình 3.3 Mô hình đoạn cọc bên dưới Ocell khi tiến hành gia tải

Tiêu đề	Phân tích sức chịu tải đoạn cọc bên dưới O’CELL theo mô hình động
Tác giả	Đỗ Thành Danh
Trường học	Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật Xây dựng
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	18,75 MB