Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng xử của hệ kết cấu công trình - móng bè cọc - đất nền cùng làm việc đồng thời

Bởi vì, khi sử dụng phương án móng bè — cọc sẽ làm giảm số lượngcọc, tăng kha năng chịu tải của đất nên, giảm lún và lún lệch cho công trình.Dé giải quyết các van dé từ giai đoạn thiết k

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỎ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

OO NGUYÊN VĂN NHÂN

Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNGMã số: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019

Công trình được hoàn thành tại: Trường dai học Bách khoa — ĐHQG — Tp.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LE BA VINH

Cán bộ cham nhận xét 1: TS LE TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS PHAM VĂN HUNG

Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI DONG CHAM BẢO VỆ LUẬNVĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày tháng 01 năm

2019.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1.GS.TSKH NGUYEN VĂN THƠ

2 PGS.TS NGUYÊN THÀNH ĐẠT3 TS LE TRONG NGHĨA

4 TS PHAM VĂN HÙNG5 PGS.TS VÕ NGỌC HÀ

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

GS.TSKH NGUYÊN VĂN THƠ TS LÊ ANH TUẦN

TRU NGĐ IH CB CHKHOATP.HCM C NGHOAX H ICH NGH AVI TNAM

PHÒNG DAOT OSDH D cl p—T do-H nhph c

NHI MVULU NVANTH CSH v tênh cviên :NGUYEN VAN NHÂN MSHV : 1670654

Ng y th ng năm sinh: 10/12/1988 Noi sinh : Bình Dinh

Chuyên ng nh :ĐỊA KỸ THU TXÂY DỰNG M s ngnh :60.5802.11I TEND TÀI:

NGHIÊN CUU UNG XU C AH KET CẤU CÔNG TRÌNH -MONGBEC C-—DATN NCUNGLAMVI CDONGTH I

Il NHI MVUVAN IDUNG:Mở dau

Chương 1 Tổng quan về c c phương pháp phân tích ứng xử của hệ kết câu công

trình - móng bè c c — dat nên cùng làm việc đông thờiChương 2 Nguyên lý làm việc của móng bè —c cChương 3 Nghiên cứu ứng xử tải tr ng — độ lún của móng bè c cChương 4 Nghiên cứu đ nh gi c c phương ph p tính to n độ lún của móng bèChương 5 Phân tích ứng xử chia tai của móng bè c c

Chương 6 Nghiên cứu d nh gi phần mềm sap 2000 trong phân tích ứng xử của hệ

kêt câu công trình-móng bè c c-dat nên cùng làm việc đông thờiChương 7 Nghiên cứu anh hưởng của chiều dày bè và cáchb_ tric c trong bè đếnứng xử của hệ khung — bec cv dat nên

Chương 8 Nghiên cứu ảnh hưởng của tầng ham đến ứng xử của hệ khung -tường

vây —béc cv đât nênChương 9 Nghiên cứu ứng xử của hệ khung — bè c c và dat nền dưới tác dụng củađộng đât

Kết luận và kiến nghịTài liệu tham khảo

II NGÀY GIAO NHI M VU: 15/01/2018IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M VU: 02/12/2018V CÁNB HƯ NGD N:PGS.TS Lê Bá Vinh

TS LÊ ANH TUẦN

LỜI CÁM ƠNTrong thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành khoá học, ngoài nỗ lựcbản thân còn có sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, đồng nghiệp bạn

bè và gia đình.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Bá Vinh, là người Thầy đãtận tình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận án,và chân thành tri ân sâu sắc đến các Thay trong bộ môn Dia Co Nén Mong đã trựctiếp giảng dạy trong thời gian học tập tại trường

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm động viên và giúp đỡ của bạn bè

và đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt để tôi hoàn thành khoá học.Cuối cùng xin gửi đến Cha Mẹ và gia đình lòng biết ơn vô hạn vì đã luôn động

viên cho con trong thời gian học tậpXin chân thành cảm on!

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018

Học viên

NGUYEN VĂN NHÂN

TÓM TẮTĐối với các tòa nhà cao tang và siêu cao tầng phương án móng bẻ - cọc thườngđược lựa chọn Bởi vì, khi sử dụng phương án móng bè — cọc sẽ làm giảm số lượngcọc, tăng kha năng chịu tải của đất nên, giảm lún và lún lệch cho công trình.

Dé giải quyết các van dé từ giai đoạn thiết kế sơ bộ đến mô phỏng ứng xử củahệ khung — bè cọc và đất nền, trong Luận Văn này, Học Viên thực hiện các nghiên

cứu sau: Nghiên cứu nguyên lý làm việc của móng bè — cọc; nghiên cứu ứng xử tảitrọng — độ lún của móng bè cọc; nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính toán độ

lún của móng bè; nghiên cứu đánh giá phần mềm sap 2000 trong phân tích ứng xửcủa hệ kết cau công trình-móng bè cọc-đất nền cùng làm việc đồng thời, dựa trênkết quả mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D; nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dàybè và cách bố trí cọc trong bè đến ứng xử của hệ khung — bè cọc và đất nên: nghiêncứu ảnh hưởng của số tầng hầm, chiều dải và chiều dày tường vây đến ứng xử củahệ khung -tường vây — bè cọc và đất nền; nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài cọc,chiều dày bè và cách bố trí cọc trong bè đến ứng xử của hệ khung — bè cọc và đấtnền dưới tác dụng của động đất

Kết quả nghiên cứu giúp cho người thiết kế có những định hướng trong thiết kếkết cấu bên trên, bè — cọc, tường vây, và mô phỏng ứng xử của hệ kết cầu côngtrình - móng bè cọc — đất nền cùng làm việc đồng thời Ngoài ra, trong dé tài naycũng nêu lên sự cần thiết phân tích ứng xử của hệ kết cau công trình - móng bè cọc— đất nền cùng làm việc đồng thời, đặc biệt trong trường hợp công trình có tang hamhoặc công trình chịu động đất

ABSTRACTFor tall buildings and Super High-Rise Buildings, the piled raft foundation isusually selected Because, using the piled raft foundation will reduce the number ofpiles, increase the load capacity of the ground, reduce the foundation settlement anddifferential settlement.

To solve problems from the preliminary design stage to simulate the behavior offrame - piled raft and soil systems In this thesis, The author performs the followingresearch: Study the working principle of the piled raft foundation; Study on loadbehavior - the settlement of the piled raft foundation; Research on methods ofcalculating the settlement of raft foundation; Sap 2000 software evaluation in theanalysis of the behavior of frame - piled raft and soil systems based on simulationresults on Plaxis 3D software; study on effect of raft thickness and pile layout inrafts to the behavior of frame - piled raft and soil systems; Study on the effect ofbasement number, length and thickness of diaphragm wall on the behavior of frame-diaphragm wall-piled raft and soil systems; study on effects of pile length, raftthickness and pile layout in rafts to the behavior of frame - piled raft and soilsystems under the effects of earthquakes.

The results of the study help the designers to orient themselves in the design ofthe upper structure, piled raft foundation, diaphragm wall, and simulation of thebehavior of frame - piled raft and soil systems In addition, this thesis alsodemonstrates the need to analyze the behavior of frame - piled raft and soil systems,especially in the case of buildings with basements or buildings subject toearthquakes.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng

dẫn của Thầy PGS.TS LÊ BÁ VINH Các kết quả đạt được trong Luận văn này làđúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm

vê kêt quả thực hiện của mình.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018

Học viên

NGUYEN VĂN NHÂN

MỤC LỤC

9067.0077 11 TINH CAP THIET CUA DE TAL ooieeececccceccsecscscssescsscscsscscsesscecsscsesecsessseansecevsssssesacevees |2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU CUA DE TÀI -©+2SE+E+EEE+E£EE2ESEEEEEErrerkrkerrred |3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - - 2+2 SE+E2E£2E9EEEESEE 12157121511 212221 1E xe 24 PHAM VI NGHIÊN CU + 2© 2222192121551 212E212111211121115 0111111111111 55 Ý NGHĨA KHOA HOC CUA DE TAL ¿+52 S292 2ESEE2E2E2212E1121E121E 11211 xe 5CHUONG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH UNG XU CUAHE KET CẤU CONG TRINH - MONG BE COC - DAT NEN CUNG LAM VIỆCDONG THOL cccssccossscossscosssccsssccsssccsssccessccsssccssscccsscccsscccsscscsscscssccsssccesscccsssccsssccees 6

1.1 PHUONG PHÁP TÁCH RIENG PHAN KET CẤU BEN TREN VA NEN

1.2 CÁC PHƯƠNG PHAP PHAN TÍCH UNG XU CUA HE KET CÂU CONGTRÌNH - MONG BE COC — DAT NEN CUNG LAM VIỆC DONG THỜI

1.2.1 Công trình — bè trên hệ thống lò xo cọc [ ] - ¿+5 =22+++secezszxzseezxd1.2.2 Công trình — bè trên hệ thống lò xo cọc và đất cccnc nctn se ngay eseg1.2.3 Công trình — bè - cọc trên hệ thống lò xo dat [3] & [4] -5¿1.2.4 Mô phỏng bang phan mềm Sap 2000 với dat nén mô phỏng băng phan tử Solid.

1.2.5 Mô phỏng số với các phần mềm chuyên dụng có các mô hình đất nên 13 NHẬN XÉT VÀ CHỌN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH UNG XỬ CUAHỆ KET CẤU CONG TRÌNH - MONG BE COC — DAT NEN CUNG LAM VIỆCDONG THO oo.cceccceccccscsecscscsscscssesesscscsucscsusscsvsscscsscsesecsesusscsnsassesacscsucsvssscsesecsvsuescaeaseeeesCHUONG 2 NGUYEN LY LAM VIỆC CUA MONG BE — CỌC «<52.1 KHÁI NIỆM CUA MONG BE — CỌC 5c tt E2 2E1111 1121221112111 ce

2.1.1 Định nghĩa G Gv kà2.1.2 Cac tương tác trong móng bE — CỌC - - c SH SH kà

2.1.3 Các ưu điểm của móng bè — CỌC 5-5: 221 1ESE 2E E212121121 211211111.2.2 UNG XU CUA MONG BE - COC CHO NHÀ CAO TẢNG 2.3 PHAN TICH CAC TƯƠNG TAC TRONG MONG BÈ - CỌC

2.3.1 Tương tác gitta cọc và Đè HH HH HH ng nà

23.2 Ảnh hưởng tương tác bè — cọc va cọc — cọc lên ứng xử của móng bè cọc 27

2.3.3 Kết quả của tương tác - Sc St 1 12212121121 11112111010121 110101211 30

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU UNG XU TAI TRỌNG - ĐỘ LUN CUA MONG BE

0, 0Ô Ô 31

3.1 ĐỘ LÚN CUA MONG BÈ — CỌC - 5-52 s22 221212112121212111 2011 En te 31

3.1.1 Phurong phap ¿an aaa 3l3.1.2 Phuong 0 oi 000i nw e 1ä 33

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LUN MONG BE 25c ccccsczcsrrre 34

3.2.1 Phương pháp lớp biến dạng tuyến tính - + 25s +E£E+E£Ee£crEzxerrxrxee 343.2.2 Phương pháp cộng lún các lớp phân tỐ ¿- 5+ 2 22E+EEE+E£E£EEEzEcrrerree 36

3.3 ĐỘ LÚN CUA COC DON 5 21 12 12122121211 01212112121111 210120 2r re 383.4 ĐỘ LÚN CUA NHÓM CỌCC - 5+ 121 E1 122121511 21212712111 2111111101112 cre 39

3.4.1 Phuong pháp tý số độ lún - 5-5221 3E 12191212151 1121111111101 cce 393.4.2 Phuong pháp trụ tương ưƠơng - - - - c1 12H ng ng kg tre 4]

CHUONG 4 NGHIEN CUU DANH GIA CAC PHUONG PHAP TINH TOAN DOLUN 00.00001007 43

4.1 ĐẶT VAN ĐẺ 2 c2 HT HH 11211 211121211111121 11211121 rr re 434.2 TÍNH TOÁN ĐỘ LUN CUA MONG THEO CÁC PHƯƠNG PHAP KHAC

II 44

43 ĐỘ LÚN THAY ĐÔI THEO CHIEU SÂU DAT BE 255 5s: 4844 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ CHƯƠNG - + 2 252 2S+£+2E+Ec£zxerrkered 49CHUONG 5 PHAN TÍCH UNG XỬ CHIA TAI CUA MONG BE CỌC 515.1 ĐẶT VAN DE oceecccccccccscsssssssescsscscsscscsecscsesscssecsssucscsussssvsucsvsesscsesscansesansacseseseeeeees 515.2 UNG XU MANG TAI CUA MONG BE COC o.eeescccsecsccecsssseseeseseseesesecseeeseeees 525.3 PHAN TÍCH CÁC THAM SO CUA MONG BE CỌC - 5c cccccs¿ 55

5.3.1 Mô hình phan tử hữu han oo ccc ccs csesccscscscseescscssseesessssssesesesessesssneeees 55

53.2 Các thông số đất nền cho phân tích phan tử hữu hạn 5- 5255-52 5654 KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN - ST 1 12 1115151111111 1111 111111112 57

S4.1 Phan chia ri 0vlaiiiÄỒA 5754.2 Cac hệ số hiệu chỉnh độ 2007 61

5.5 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ CHƯƠNG -.- 2 2c S E322 E 1352152555 EEsEsxd 63

CHƯƠNG 6 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIA PHAN MEM SAP 2000 TRONG PHANTÍCH UNG XU CUA HE KET CẤU CÔNG TRINH-MONG BE CỌC-ĐẤT NENCUNG LAM VIỆC DONG TTIHỜII -° 2° << se 9s xxeseesesesesevee 64

6.1 ĐẶT VAN ĐẼ c St TT TỰ 1212112111122 2111111210 11 xe 646.2 CÁC ĐẶC TÍNH CUA CÔNG TRÌNH XEM XÉT 2 2-52 522csczssccre2 646.3 DIEU KIỆN DIA CHAT CÔNG TRINH - 25-5522 2EcEzESErErrrree 666.4 MÔ PHONG SO HE KET CÂU - MONG - DAT NẺN 5-52ccccccs2 676.5 KET QUA VA THẢO LUẬN - ST 1E 11151511111111 11111111111 67

6.5.1 _ Chuyển vị ngang công trinh oo cece ccccscsescsscsescsesscsescsesscsesssesesesessesssnenees 676.5.2 D6 lún (chuyền vị đứng) của móng csesesscsescsssesescssssesesesseseeessees 686.5.3 ` 000i vo e ä111.1.áá 5a 69

6.6 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ CHƯƠNG - 5-5-2 cty 70CHƯƠNG 7 NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA CHIEU DAY BE VÀ CÁCH BOTRI COC TRONG BE DEN UNG XU CUA HE KHUNG - BE COC VÀ DAT NEN

71

7.1 ĐẶT VAN ĐẺ Ặ.c 2c HT HH H111 1111211121121 re 7I72 CÁC ĐẶC TINH CUA CONG TRÌNH XEM XÉT - 5: 25s+sscs+xszccee 7373 CÁC THONG SỐ ĐẤT NEN CHO PHAN TÍCH PHAN TỬ HỮU HAN 757.4 MÔ PHỎNG SO CUA HỆ KET CÂU — MONG — DAT NẺN - 767.5 KET QUA VA THẢO LUAN 5c c1 1 1 12121111112121121111111 Ea 76

7.5.1 _ Chuyển vị ngang công trình ¿2+ 92+ 22123 2121121121211 2E cce 767.5.2 DO lún trung bình và lún lệch . - +2 2211113332251 3335555115151 ere 777.5.3 NOLIUC TONG ác ồỒẦẢ 78TSA NOLL trong DO ee 817.5.5 _ Nội lực trong khung - c1 11v SH ng ng ng kh 83

7.6 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ CHUONG oo.eccccccccccccsccscsscsescscssesesesscscsseseseeseees 87CHUONG 8 NGHIEN CUU ANH HUONG CUA TANG HAM DEN UNG XU CUAHỆ KHUNG -TƯỜNG VAY — BE COC VA DAT NÈN <5cscscscscseesesesee 90

8.1 ĐẶT VAN DE ccccccccccccscsssscssescsscscsscscsesscssscssecsesuescsussssvsucsvsesscssecsnsessnsacsssessseeees 908.2 CÁC ĐẶC TINH CUA CONG TRÌNH ĐƯỢC XEM XÉT - 908.3 CÁC THONG SO DAT NEN CHO PHAN TÍCH PHAN TỬ HỮU HẠN 938.4 MÔ PHONG SO CUA HE KET CAU-MONG-TUONG VAY-DAT NEN 94

8.5 KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN - ST 1 1E 111212111111111211111111 xe 94

8.5.1 Anh hưởng của số tầng hằm 5: +52 2SSSESE 2E EEE12121 1121211211212 EEe ce 948.5.2 Anh hưởng của chiều dai tường - 5252 S 2 2E2E£E2E2ESEEEkrkerrrrrred 97

8.5.3 Sự thay đổi áp lực đất theo chiều cao của công trình -5- cess 100

8.5.4 Ảnh hưởng của chiều dày tường vây 5-55 c2 E2 re 101

8.6 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ CHUONG 0oecccceccccccccccesscecssesessesesesesesseesssesens 107CHƯƠNG 9 NGHIÊN CỨU UNG XU CUA HỆ KHUNG - BE COC VÀ DAT NENDƯỚI TÁC DUNG CUA ĐỘNG DAT - < 5< o6 sư sec emeseeeeseseseszee 108

9.1 ĐẶT VAN ĐẼ c- C1 t2 HT 1211112111121 11112111210 111g 1089.2 CÁC ĐẶC TÍNH CUA CÔNG TRÌNH XEM XÉT - 22-52 52+cscezeece2 10893 CÁC THONG SỐ DAT NEN CHO PHAN TICH PHAN TỬ HỮU HẠN 109.4 MÔ PHONG SO CUA HE KET CÂU — MONG — DAT NÉN 1119.5 KET QUÁ VA THẢO LUẬN iececccccscscsssssscsscsssesesseeesvessecsvsvsssecsvsusatevsvsesseevanees 112

9.5.1 Ảnh hưởng của chiều dai COC cccccccccsccscscssssesesesscsescsesscsescsscsesesessescsessescscanees 1129.5.2 Anh hưởng của chiều day b@ w cccccceccccccccscseseescsescsesscsescessscscssesescseseseseanees 114

9.5.3 Ảnh hưởng của cách bố tri cọc trong DG eececeeccccesesscscsesessesesesseseseseesesesnens 1169.6 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ CHUONG occccccccccccccccccscsessesessescssssesesseecsseseens 119KET LUẬN VÀ KIÊN NGH I u ccscscssssssssscssssssssssssesscsssssssscsssesssscsssessssssssessssssssssssssesees 121KET LUẬN -. - 25c 1 122121211212 12121101211 0121211112112 211111111111 21011 210121 ca 121KIÊN NGHỊ - 5-5221 S21 E5 1211121111 11215 0121211111121 21211 210111111 010111 21112112 ke 126

Danh mục các công trình khoa NOC .ccccccccccccsssesssssssssccessessssssssssssssssessssssssssscsssoees 128

TÀI LIEU THAM KHẢOO - 5 5° 5 5£ << 2£ 8s Es£E£ 9eseEsEsesseseEeEseretsesersesee 129

Hình 2.1 Sự biệt giữa móng bè, móng nhóm cọc, và móng ĐÈ — CỌC «ccc++<<<x +3 15

Hình 2.2 Móng bè cọc cho nhà CA0 tang vvcccccccscsevevsvssssvsvsvsvssssesssvsvsvsnsssassvavsvevensasavsvavevsenes 15Hình 2.3 Lin của bè — cọc như một hàm số theo ĐÈ — COC Osecrscscsscsessvscsecscscsecacsecscsecseseees 16Hình 2.4 Các thành phần chính của móng Be COC eevcscscessscsvevssesssssssvsvevssesssssvsvsvesneaeaveveen 17Hình 2.5 Sự phân bố ứng suất và độ cứng theo chiều sâu cho móng nông va sự chuyên tải

J4/1-814/1-8//19)/1-9259 20 T8

Hình 2.6 Nhà cao tang ở Frankfurt am ÀÁQÌH - - - + kt tk SkekéEekeEeEeErrkekerrrrrreeo 19Hình 2.7 Ung xử lún của các nhà cao tang ở Frankfurt, CeFIAHJ sec: 19Hình 2.8 Dia tang nhiêu lớp vùng Frankfurt am MÍAÌH - te srEecekekekererrreeo 20

Hình 2.9 Công trình Messeturm building, FAHÍ[UTI Ăn ven 21

Hình 2.10 Mặt bằng và mặt đứng của móng DE — COC srvecescsvevsvssssssssvsvevssesvsesvsvsvessensaeseaee 22Hình 2.11 Bồ trí các thiết bị do đạc trong móng bè cọc: a) mặt bằng móng: b) các vị tríđặt strain gauges doc thân cọc; e) chỉ tiét siTAdÏH Ø@ŒHĐ€A c- - ctettctcrkekekererrreeo 22Hình 2.12 Kết quả do hin cho công trình: a) độ lún theo phương ngang: b) độ lún theophương đứng; c) các đường lún (mm): d) độ lún của móng theo các mặt cắt A-A, B-B 23

Hình 2.13 Quan sát ứng xứ của móng bè — cọc: a) lực doc trục va ma sát don vị trung

bình; b) áp lực tiếp xúc; c) đường cong tải trọng — lún; d) chia tải trọng cho bè và cọc 24

Hình 2.14 Các mô hình khảo sát tương tác bè — coc: a) cọc đơn; b) bè — coc don vị 25

Hình 2.15 Ảnh hưởng tương tác bè — cọc lên sự phan bố lực dọc và sức kháng bên đơn vị

doc theo thân cọc: A) cọc đơn; b) ĐÈ — COC MON VỊ SE vn ve rre 26

Hình 2.16 Ảnh hưởng tương tác bè — cọc lên áp lực tiếp xúc giữa bè và đất 27Hình 2.17 Mô hình sử dụng nghiên cứu số: a) mô hình M1 có 64 cọc: b) mô hình M2 có

7.1 Ẽ8ẺẼ ha na 27

Hình 2.18 Kết quả mô phỏng số: a) đường cong tải trọng — lún cho mô hình M1; b) đường

cong tải trong — lun cho mô hình M2; c) chia tai giữa các cọc và bè cho mô hình MI và

Hình 2.19 Các đường cong tải trọng — lun cho các cọc trong mô hình MII - 29Hình 2.20 Các đường cong tải trọng — lún cho cọc đơn độc lập và cọc bên trong của môhình MI và ÌMồỒ cv KT TH TH HH TH HH TH TH kệ 30

Hình 3.1 Sơ đồ của móng bè — CỌC tt EEEETTEE E1 TT 111111 T111 ru 32

Hình 3.2 Đường cong tải trọng - lun đơn giản cho phân tích sơ ĐỘ -+<<<<<s +3 32

Hình 3.3 Các điểm tính Win Của HÓNG, 5c sStCtkSt kề SĐT TT iu 33Hình 3.4 Sơ đồ tính độ lún trung bình CỦA HHÓNg ST nEetetetrrrrrrrkerre 37Hình 3.5 Giả định mô dun cắt của dat thay 187/110Ề:(Ẽ::RRRRRNMAIAiiii 39Hình 3.6 Sự gia tăng ty số độ lún nhóm Rs theo số lượng cọc trong nhóm - 40Hình 3.7 Nhóm cọc được thay thé bằng trụ tương đẪưƠN - cccìccccercreetekererrreeo 4]Hình 4.1 a) Mô hình tính toán Plaxis 3D; b) Phổ biến dang theo phương đứng của nênLe 44Hình 4.2 Quan hệ giữa độ lún và bê rộng của bè ứng với các tải trọng phân bố đếu: a) p

= 150 (kN/m’); b) p=220( kN/m?) I-theo B.L Dalmatov; 2-theo S¡ = 0; 3-theo Plaxis 3D;

4-theo K.E Egorov; 5-theo diéu kién (3.15) ; 6-theo JGJ6-99; 7-theo TCVN 9362 46Hình 4.3 Quan hệ giữa độ lún và tải trọng ứng với các bê rộng móng: a) B = 10m; b) B =

20m T-theo B.L Dalmatov; 2-theo S; = 0; 3-theo Plaxis 3D; 4-theo K.E Egorov; 5-theo

điêu kiện (3.15) ; 6-theo JGI6-99; 7-theo TCVN 9362 viccccccscssssssssvsssssssssscsvsvstsssessavevseee 46Hình 4.4 Quan hệ giữa độ lún và tải trọng ứng với các bê rộng móng: a) B = 30m; b) B =

40m T-theo B.L Dalmatov; 2-theo S; = 0; 3-theo Plaxis 3D; 4-theo K.E Egorov; 5-theo

điêu kiện (3.15) ; 6-theo JGI6-99; 7-theo TCVN 9362 viccccccscssssssssvsssssssssscsvsvstsssessavevseee 47

Hình 4.5 Sự giảm độ lún cua mong theo độ sâu đặt mong; b) Sự tang độ cứng của mong7/208:i083⁄7:78-/218//19)/-000nnẺnẺn8 :.1A.a 48

Hình 5.1 Các thành phần chính của móng bè cọc và các loại tương tác trong móng bè-cọc

¬ 53Hình 5.2 Các loại móng được sứ dụng trong phan tích: a) Bè cọc; b) Nhóm cọc; c) Bè/719/580321s00157/77Ẽ7Ẽ7Ẽ7Ẽ787Ề87 ôn a4 55

Hình 5.3 Mô hình phân tử hữu hạn cho móng be COC .ccecscsssevsssssssssvsvsvsesssssvsvsvevsesaeseaee 55

Hình 5.4 Định nghĩa của Eo, Eso và Ew cho kết quả thí nghiệm ba trục thoát nước 56Hình 5.5 Phân chia tai cho bè theo độ lún: a) Nhóm cọc 2x2;b) Nhóm cọc 4x4 57Hình 5.6 Phân chia tai cho bè theo độ lún: a) Nhóm coc 6x6;b) Nhóm cọc 8X8 57

Hình 5.7 Phân chia tải cho bè theo độ lún của nhóm coc 10x10: a) Theo phần tram (%);

7W ÿ,'255:7.s/.3 0P 58Hình 5.8 Phân chia tai cho bè theo khoảng cách cọc: a) Độ lún 2cm ;b) Độ lún 4cm 59Hình 5.9 Phân chia tai cho bè theo khoảng cách cọc: a) Độ lún 6cm ;b) Độ lún Scm 59

Hình 5.10 a) Tổng tải trọng tác dụng lên bè — cọc theo độ lún: b) Ảnh hưởng của D, đến

Hình 6.2 Mô hình phân tích trong Sap 20 . c1 1v SE S11 1 11 111k xà ó6

Hình 6.3 Chuyển vị ngang cua công trình theo chiều cao tang với chiéu day bè t,„ = 2.5m

Hình 7.2 Chuyển vị ngang của công trình theo chiéu cao tan.icecccccccececscssssveversvsseesvsveee 76

Hình 7.3 a) Độ lún tăng theo chiêu day bè của phương án 2;b) Quan hệ giữa độ lún lệchtương doi lớn nhất của 2 phương án móng theo chiéu đày bè - 5c Sex cxeetsree 77Hình 7.4 Sự thay đổi lực doc trong cọc theo chiều day bè cho trường hop công trình chịu

tinh tai và hoạt tải: a) Phương án 1; b) PhưƠHG GN Ê Ăn vs kvvrre 76

Hình 7.5 Sự thay đổi nội lực trong cọc thuộc trục C theo chiéu day bè của phương an 1chịu tác dung tĩnh tai, hoạt tải và gió: a) Biểu đồ mô men; b) Biéu đô lực cắt 79Hình 7.6 Sự thay đổi nội lực trong cọc thuộc trục C theo chiéu day bè của phương an 2chịu tác dung tĩnh tai, hoạt tải và gió: a) Biểu đồ mô men; b) Biéu đô lực cắt 79Hình 7.7 T: ong giá tri nội lực ddu cọc theo chiêu day bè cho công trình chịu tinh tai vahoạt tải: a) Biểu đồ mô men; b) Biểu đô WC CẮT 5T tr ngegrưyu 60Hình 7.6 T: ong giá tri nội lực ddu cọc theo chiêu day bè cho công trình chịu tinh tải, hoạttải và gió: a) Biéu đô mô men; b) Biểu AO MC Clit ececccccecscccsevsvsssssssevsvevesssssvsvsveeneneasevsvevenens 8]Hình 7.9 Biểu dé mô men của bè thuộc trục C với bê rộng dai 4 m dưới tác dung cua tĩnh

tai và hoạt tải: a) Phương Gn 1; b) PhưƠHG GN 2 c9 ve rra 8]

Hình 7.10 Biểu đô lực cắt của bè thuộc trục C với bê rộng dai 4 m dưới tác dụng cua tĩnh

tai và hoạt tải: A) PAL; b) PÄ2 TT ST TH KH TT ven 82

Hình 7.11 Biéu đồ mô men của bè thuộc trục C với bê rộng dai 4 m dưới tac dụng cua tĩnh

tai, hoạt tai và gió: a) Phương Gn 1; b) PhưƠHg GN 2 - cv vvvvvrei 82

Hình 7.12 Biéu đô lực cắt của bè thuộc trục C với bê rộng dai 4 m dưới tac dụng của tinh

tai, hoạt tai và gió: a) Phương án 1; b) PhHưƠng GN 2 - cv kkvvvvvere 82

Hinh 7.13 Su thay đổi nội lực lớn nhất của bè thuộc trục C theo chiéu day be: a) Giả trimo men lớn, b) Gia tri luc Cắt lớn NGL cecccccccccccccccecscscvsceccscsssscsescsessvassecscseacsesavsecscsecavseees 83Hình 7.14 Sơ đồ kết cấu: a) Mặt bằng bố trí cột và lõi; b) Khung trục C - 84Hình 7.15 Biéu đô nội luc cua cột 14 dưới tác dụng của tĩnh tải, hoạt tải và gió: q) Biểuđồ mô men; b) Biểu đồ WW AOC cecccsecccscsccscsevscsssscscsesessustsssscsesavssvscssvscsesavsevacsesavseacsevacseesens 55Hình 7.16 Biéu đô nội luc cua cột 16 dưới tác dụng của tĩnh tải, hoạt tải và gió: q) Biểuđồ mô men; b) Biểu đồ WW AOC cecccsecccscsccscsevscsssscscsesessustsssscsesavssvscssvscsesavsevacsesavseacsevacseesens 56Hình 8.1 a) Mô hình phân tích trong Plaxis 3D và mặt bằng bồ tri cọc cho công trình 0tâng hâm; b) Mô hình phân tích trong Plaxis 3D và mặt bằng bố trí cọc cho công trình 27, ERRERRRRRRRRERRRRRR 9]Hình 8.2 Sơ đồ kết cấu của công trình 2 tang ham: a) Mặt bằng bố trí cột và lõi: b) Khung

Hình 8.3 Chia tải cho bè theo số tang NGM tk tềtSE TT HT gu 9⁄4Hình 8.4 Chia tải cho bè theo số tâng NGM tk EETEkEE kg grggrrgriyt 95Hình 8.5 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục A theo số tang ham: a) Công

trình chịu tinh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tải, hoạt tải và giõ 095

Hình 8.6 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục B theo số tang ham: a) Công

trình chịu tinh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tải, hoạt tải và giõ 96

Hình 8.7 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục C theo số tang ham: a) Công

trình chịu tinh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tải, hoạt tải và giõ 96

Hình 8.8 Tổng gid trị mô men và lực cắt dau cọc theo số tang ham cho công trình chịutinh tải, hoạt tải và gió (TT + HT + GIO): a) Biểu đồ mô men; b) Biéu đô lực cắt 97Hình 8.9 Thay đổi độ lún theo chiếu đài twONG VÂÌy - Sen cEévtetrrrrrrrkerre 97Hình 8.10 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục A theo chiếu dai tường: a)

Công trình chịu tĩnh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tai, hoạt tải và gi 96

Hình 8.11 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục B theo chiếu dài tường: a)

Công trình chịu tinh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tai, hoạt tải và giỏ 96

Hình 8.12 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục C theo chiêu dai tường: a)

Công trình chịu tĩnh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tải, hoạt tải và giỏ 99

Hình 8.13 Tổng giá trị mô men và lực cắt dau coc theo chiếu dài tường cho công trìnhchịu tĩnh tải, hoạt tải và gió (TT + HT + GIO): a) Biểu đồ mô men; b) Biểu đồ lực cắt 99Hình 8.14 Ấp lực đất tác dụng lên tường vây: a) Theo phương dọc tường; b) Theo phương

ngang tường Ở AG SGU OM, Gv HT vn vn kí 100

Hình 8.15 Ấp lực đất tác dụng lên tường ứng với công trình chịu: a) Công trình chịu tĩnh

tai và hoạt tai; b) Công trình chịu tĩnh tải, hoạt tải Và giÓ .- s5 << s+ 101

Hình 8.16 Ap lực dat tác dụng lên tường ở độ sâu 6m ứng với công trình chị tinh tải,

/1/z0/70128-4// 0700070707877 .=ad ÓÕ-34ÔAỐO ố ne 101

Hình 8.17 Biéu đồ bao mô men cua tường vây theo chiêu dày tường: a) Công trình chịu

tinh tai và hoạt tải; b) Công trình chịu tĩnh tai, hoạt tải Và gi .«-5 5-55 <<<< 5+ 102

Hình 8.18 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục A theo chiếu dày tường: a)

Công trình chịu tĩnh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tai, hoạt tải và giỏ 103

Hình 8.19 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục B theo chiếu day tường: a)

Công trình chịu tĩnh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tải, hoạt tai và gió 103

Hình 8.20 Sự thay doi mô men trong cọc thuộc khung trục C theo chiêu day tường: a)

Công trình chịu tĩnh tai và hoạt tải, b) Công trình chịu tĩnh tai, hoạt tải và giỏ 104

Hình 8.21 Tổng giá trị mô men và lực cắt dau cọc theo chiếu dày tường cho công trìnhchịu tĩnh tải, hoạt tải và gió (TT + HT + GIO): a) Biểu đô mô men; b) Biểu đồ lực cắt 104Hình 8.22 Biểu đồ mô men của bè thuộc trục C dưới tác dung cua: a) Tĩnh tai và hoạt tai;

b) Tĩnh tải, HOA ti VÀ SIG .eececccccccsecccccesencceecesesaeseesesseeeeesessaeeescneesaaeescssessaesseseeseeescneesaaes 105

Hình 8.23 Biéu đô Lực cắt của bè thuộc trục C dưới tác dung cua: a) Tinh tai và hoạt tai;

b) Tĩnh tải, hOẠI ti VÀ SiO .c 110v 1v kg TH 1v ng 1 kg reg 105

Hình 8.24 Biểu đô bao mô men trong cột tang ham 1 và 2 của công trình chịu tác dụng

tĩnh tải, hoạt tai và gió: A) CỘI 14; b) COt HỐ cv E99 vn re 106

Hình 8.25 Biéu đô bao mô men trong dam tang ham 1 và 2 của công trình chịu tác dungtĩnh tải, hoạt tải và gió: a) Dâm 1; b) Dâm 2 St kề TT Hee 106Hình 9.1 a) Mô hình phân tích trong Plaxis 3D; b) Mặt bằng bố trí cọc PA1; c) Mặt bằngbố trí cọc PA2; d) Mat bang bố trí coc PA3; e) Mat bang bố trí cột và lỗi 109Hình 9.2 Bảng ghi gia tốc của trận động đất Kocaeli Earthquake c-ccccsce sec: 110Hình 9.3 a) Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh của công trình theo chiêu dai cọc; b) Giatốc lớn nhất tại đỉnh của công trình theo Chiêu AGI COC vecsecscscsecscsscscsevscscsevsssecscsecsesevscsees 112Hình 9.4 Biểu đồ mô men a) Cột 13; b) COt Ì4 ác tt TT kg gi 113Hình 9.5 a) Biểu đồ mô men của bè thuộc trục C; b) Biểu đồ luc cắt của bè thuộc trục C

¬ 114

Hình 9.7 a) Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh của công trình theo chiều day bè; b) Giatoc lớn nhất tại đỉnh của công trình theo chiếu đày bè .- c5 StckeeteEsEererrkseeree 114Hình 9.8 Biểu đồ mô men a) Cột 13; b) COt Ì4 Sát tt TT gu 115Hinh 9.9 a) Biểu đồ mô men của bè thuộc trục C; b) Biểu đồ luc cắt của bè thuộc trục C

Hình 9.11 a) Chuyến vị ngang lớn nhất tại đỉnh của công trình theo các phương dn mong;b) Gia tốc lớn nhất tại đỉnh của công trình theo các phương GN HỎng c5: 117Hình 9.12 Biểu đô mô men a) Cột 13; b) COt 14 cecceccsssssecsssssssscsesvevstsesssvsvscstssensseavseee 118

Hình 9.13 a) Biểu đồ mô men cua bè thuộc trục C; b) Biểu đồ lực cắt của bè thuộc trục C.

MO ĐẦU1 TÍNH CAP THIET CUA DE TÀI

Ngày nay, do sự phát triển nhanh chóng của các thành phố trên toàn thé giới đãdẫn đến sự tăng lên nhanh chóng về số lượng và chiều cao của tòa nha cao tang vàsiêu cao tầng Đối với các tòa nhà nay phương án móng bè - cọc thường được lựachọn Bởi vì, khi sử dụng phương án móng bè — cọc sẽ làm giảm số lượng cọc, tăngkhả năng chịu tải của đất nên, giảm lún và lún lệch cho công trình

Theo nhiều nhà nghiên cứu, việc bỏ qua ảnh hưởng của độ lún không đều củanên đất trong tính toán kết cau khung bên trên, sẽ dẫn tới giá trị nội lực trong khungsai khác nhiều so với ứng xử thật của công trình Điều này làm giảm độ tin cậy củacông trình và chất lượng khai thác công trình

Thông thường, phan lớn các kỹ sư kết câu khi thiết kế phần bên trên thì xemcông trình làm việc trên nên cứng (không biến dạng) Tải trọng của phần kết cấubên trên được tong hợp va chuyển sang làm dữ kiện cho việc thiết kế nền móng.Với so đồ tính riêng rẽ từng phần như vậy kết quả có thể sai khác đáng ké so vớiứng xử thực tế của công trình trên nên đất biến dạng không đồng đều

Sở dĩ cách tính riêng rẽ từng phần đến nay vẫn được sử dụng vì việc giải quyếttính toán sự làm việc đồng thời giữa khung — móng — nền gặp nhiều khó khăn phứctạp va kết quả có thé chap nhận được khi công trình được dat trên nên đất tốt hoặc

chênh lệch lún giữa các chân cột trong bè bé.

Đề phản ánh đúng sự làm việc thực tế của công trình cần thiết phải phân tích bàitoán móng và khung làm việc đồng thời với nền Từ kết quả phân tích ứng xử củakết cầu bên trên và móng bè — cọc bên dưới cũng như sự tương tác qua lại giữa cácbộ phận của công trình nhằm tối ưu hóa kết cấu của công trình

2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU CUA DE TÀIDé giải quyết các van dé từ giai đoạn thiết kế sơ bộ đến mô phỏng ứng xử củahệ khung — bè cọc và đất nên Trong Luận Văn này, Học Viên thực hiện các mục

tiêu nghiên cứu sau:- Nghiên cứu nguyên lý làm việc của móng bè — coc;

- Nghiên cứu ứng xử tải trọng — độ lún của móng bè cọc;- Nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính toán độ lún của móng bè;- Nghiên cứu ứng xử chia tải của móng bè cọc;

- Nghiên cứu đánh giá phần mềm sap 2000 trong phân tích ứng xử của hệ kếtcầu công trình-móng bè cọc-đất nền cùng làm việc đồng thời, dựa trên kết quả môphỏng trên phần mềm Plaxis 3D:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày bè và cách bố trí cọc trong bè đến ứngxử của hệ khung — bè cọc và đất nền Khảo sát nội lực của khung bên trên trong

trường hợp phân tích nội lực xem chân cột được ngàm cứng tại mặt móng và trường

hợp phân tích móng và khung làm việc đồng thời với nền, ứng với các chuyền vịchênh lệch khác nhau của các chân cột trong bè Từ đó kiến nghị giá trị độ lún lệchtương đối gới hạn cho trường hợp phân tích nội lực xem chân cột được ngàm cứng

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Nghiên cứu nguyên lý làm việc của móng bè — cọc.

Mục tiêu nội dung 1: Dé hiểu rõ nguyên lý làm việc của móng kết hop Từ đó

có những định hướng đúng trong việc mô phỏng ứng xử của móng bè — cọc, cũng

như mô phỏng ứng xử của hệ khung — bè cọc và đất nên

Phương pháp nghiên cứu: Căn cứ vào các tài liệu của các tác giả đi trước.Nội dung 2: Nghiên cứu ứng xử tải trọng — độ lún của móng bè cọc.

Mục tiêu nội dung 2: Dé hiểu rõ ứng xử tải trọng — độ lún của móng bè cọc, và

sự huy động độ cứng của bè và nhóm cọc trong móng bè — cọc theo các giai đoạnchịu tải.

Phương pháp nghiên cứu: Căn cứ vào các tài liệu của các tác giả đi trước.Nội dung 3: Nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính toán độ lún của móngbè.

Mục tiêu nội dung 3: Chọn phương pháp tính lún và cách xác định phạm vi

vùng chịu nén phù hợp cho móng bè để phục vụ việc tính lún móng bè — cọc và sự

phân chia tải cho bè và nhóm cọc.Phương pháp nghiên cứu: Khảo sát độ lún của móng bè theo các phương pháp

tính lún trong các tài liệu, tiêu chuẩn và kết hợp mô phỏng số, kích thước móng vàtải trọng tác dụng lên móng được thay đổi trong quá trình khảo sát Từ đó kiến nghị

phương pháp tính lún và cách xác định phạm vi vùng chịu nén phù hợp.Nội dung 4: Nghiên cứu ứng xử chia tải của móng bè cọc.

Mục tiêu nội dung 4: Khảo sát sự ảnh hưởng của độ lún, độ sâu đặt bè, sốlượng cọc, kích thước cọc và khoảng cách giữa các cọc đến sự phân chia tải cho bè

va các cọc, và sự suy giảm độ cứng của bè và nhóm cọc khi chúng làm việc trong hệ

bè-cọc Kết quả nghiên cứu này giúp cho người thiết kế có những định hướng trongviệc lựa chọn kích thước cọc, số lượng cọc, khoảng cách giữa các cọc và độ lún củabè-cọc để tải trọng được mang bởi bè là lớn nhất Ngoài ra, trong thiết kế sơ bộ độcứng của bẻ-cọc có thể ước tính từ độ cứng bè không cọc và nhóm cọc thông quacác hệ số hiệu chỉnh độ cứng

Phương pháp nghiên cứu: Các mô phỏng số được thực hiện trên các móngkhác nhau về: Loại mong; độ sâu đặt be; số lượng cọc; kích thước cọc và khoảng

cách giữa các cọc.

Nội dung 5: Nghiên cứu đánh giá phần mềm sap 2000 trong phân tích ứng xửcủa hệ kết câu công trình-móng bè cọc-đất nền cùng làm việc đồng thời, dựa trênkết quả mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D

Mục tiêu nội dung 5: Đánh giá kết quả mô phỏng trên phần mềm Sap 2000 vớiđất nền được mô phỏng băng phan tử Solid dựa trên kết quả mô phỏng trên phầnmém Plaxis 3D Và đánh giá phạm vi áp dụng phần mém Sap 2000 với đất nềnđược mô phỏng bang phan tử Solid dé phân tích bài toán móng và khung làm việcđồng thời với nền với phương án móng bè — cọc Mặt khác, đưa ra các định hướngnghiên cứu dé nâng cao kha năng ứng dụng của phần mém Sap 2000

Phương pháp nghiên cứu: Các mô phỏng số được thực hiện trên phần mềmSap 2000 và Plaxis 3D để mô phỏng bài toán khung — móng bè cọc — đất nền làmviệc đồng thời.

Nội dung 6: Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày bè va cách bố trí cọc trongbè đến ứng xử của hệ khung — bè cọc và đất nền Khảo sát nội lực của khung bên

trên trong trường hợp phân tích nội lực xem chân cột được ngàm cứng tại mặt móng

và trường hợp phân tích móng và khung làm việc đồng thời với nên, ứng với cácchuyền vị chênh lệch khác nhau của các chân cột trong bè Từ đó kiến nghị giá trịđộ lún lệch tương đối gới hạn cho trường hợp phân tích nội lực xem chân cột được

Phương pháp nghiên cứu: Các mô phỏng số được thực hiện trên phần mềmPlaxis 3D để mô phỏng bài toán khung — móng bè cọc — tường vây — đất nền làmviệc đồng thời

Nội dung 8: Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dai cọc, chiều day bè va cách bốtrí cọc trong bè đến ứng xử của hệ khung — bè cọc và đất nền dưới tác dụng củađộng đất

Mục tiêu nội dung 8: Khảo sát sự ảnh hưởng của chiều dai cọc, chiều dày bè

và cách bô trí cọc trong bè đên nội lực của kêt câu, chuyên vị và gia tôc theo

phương ngang của công trình Kết quả nghiên cứu này giúp cho các kỹ sư có nhữngđịnh hướng thiết kế tỗi ưu, và cho thay sự cần thiết phân tích bài toán khung — móng— đất nền làm việc đồng thời.

Phương pháp nghiên cứu: Các mô phỏng số được thực hiện trên phần mềmPlaxis 3D để mô phỏng bài toán khung — móng bè cọc — đất nền làm việc đồng thờidưới tác dụng của động đất

4 PHAM VI NGHIÊN CUUNghiên cứu ứng xử của hệ kết cau công trình — móng bè cọc — đất nền cùng làmviệc đồng thời trên công trình giả định Trong phân tích ứng xử của hệ kết cầu côngtrình — móng bè cọc — đất nền cùng làm việc đồng thời chỉ xét trong điều kiện đấtnên đã lún 6n định

5 Ý NGHĨA KHOA HOC CUA DE TÀIDé tài “nghiên cứu ứng xử của hệ kết cau công trình - móng bè cọc — đấtnền cùng làm việc đồng thời” giúp cho người thiết kế có những định hướng trongthiết kế kết cấu bên trên, bè — cọc, tường vây, và mô phỏng ứng xử của hệ kết caucông trình - móng bè cọc — đất nên cùng làm việc đồng thời Ngoài ra, trong dé tainày cũng nêu lên sự cần thiết phân tích ứng xử của hệ kết cấu công trình - móng bècọc — đất nền cùng làm việc đồng thời, đặc biệt trong trường hợp công trình có tầnghầm hoặc công trình chịu động đất

Lam tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu về ứng xử của hệ kết cau công trình— móng — đất nền cùng làm việc đồng thời dưới tác dụng của tải trọng tĩnh hoặcđộng đất, độ lún lệch tương đối giới hạn AS„n của công trình, độ lún cua móng bè —

cọc, sự phân chia tải cho bè và cọc trong móng bè — cọc.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÁC PHƯƠNG PHAP PHAN TÍCH UNGXU CUA HE KET CÂU CONG TRÌNH - MONG BE COC - DAT NEN

CUNG LAM VIỆC DONG THỜI1.1 PHƯƠNG PHÁP TÁCH RIENG PHAN KET CÂU BEN TREN VANEN MONG DE TINH TOAN

Hiện nay việc tính toán thiết kế kết cấu bên trên, nền móng bên dưới thườngđược thực hiện một cách riêng rẽ từng phần Đây là phương pháp tính toán cơ bản

được trình bày trong các giáo trình và tiêu chuân.

_=—-*'——- ƒ——— 4 - —.

Hình 1.1 Sơ đô tính toán kết cấu bên trênDé tính toán kết cau bên trên, người thiết kế coi kết câu bên trên tựa vững chắclên móng theo liên kết ngàm hoặc khớp ở tại chân cột (hoặc chân tường) Với sơ dékết cầu này, tính toán nội lực trong hệ kết cầu bên trên dưới tác dụng của tải trọngcông trình Tải trọng của phan kết cau bên trên (nội lực chân cột) được tông hợp vàchuyền sang làm dữ kiện cho việc thiết kế nền móng Với sơ đồ tính riêng rẽ từngphân như vậy cho kết quả có thé sai khác đáng ké so với ứng xử thực tế của côngtrình 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 quyếttính toán sự làm việc đồng thời giữa khung — móng — nền gặp nhiều khó khăn phức

tạp va kết quả có thé chap nhận được khi công trình được dat trên nên đất tốt hoặc

chênh lệch lún giữa các chân cột trong bè bé.

Hình 1.2 Nên móng được tính toán độc láp với các tải trọng tác dụng lên

Bảng 1.1 Độ lún lệch tương đối gới hạn

Loại công trình L/H A/L

Cong trinh cao tang va <3 0.0003 (cho cat); 0,0004 (cho sét)

nhà ở dan dụng >5 | 0/0005 (cho cat); 0.0007 (cho sét)

Nhà sản suất một tầng 0.0011.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH UNG XU CUA HE KET CÂUCONG TRINH - MONG BE COC —- DAT NEN CUNG LAM VIỆC DONGTHỜI

Hiện nay khi tính toán thiết kế công trình xét đến sự làm việc chung của móngbè - cọc và công trình cùng làm việc với nên, thì tồn tại một số phương pháp cơ bản

sau:

1.2.1 Công trình — bè trên hệ thống lò xo cọc [1]Phương pháp nay được dùng phổ biến trong thiết kế thực tế Trong phươngpháp này sự làm việc của đất dưới bè, sự tương tac g1ữa cọc với coc va sự tương tac

giữa cọc với bè được bỏ qua.Thông thường, giá trị độ cứng lò xo cọc được xác định dựa vào đường cong

quan hệ độ lún và tải trọng từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc Khi không có kết quảthí nghiệm, giá trị Kp có thé lấy theo công thức thực nghiệm Kp = 2EA/L (E —modulus đàn hồi của cọc, A diện tích tiết diện ngang của cọc, và L chiều dài coc)

Dựa trên phân tích các kết quả thí nghiệm nén tinh cọc của 237 cọc ở Bangkok,Kiattivisanchai (2001) tổng kết giá trị Kp của cọc nhéi nằm trong khoảng từ0.5EA/L đến 4EA/L với giá trị trung bình là Kp = 2EA/L

ˆ 2,000 sẽ es

= 1,500 - <3°% 1,000 - :

Hình 1.4 Quan hệ giữa độ cứng doc trục và độ cứng thang đứng lò xo của

cọc nhôi1.2.2 Công trình — bè trên hệ thống lò xo cọc và đất

1.2.2.1 Không xét đến tương tác giữa cọc với cọc và giữa cọc với bè [1]Phân tích tương tự phương pháp trên, nhưng còn có các lò xo đất giữa các cọc.Gia tri độ cứng lò xo đất được xác định thông qua bàn nén hiện trường hoặc ước

lượng thông qua các công thức thực nghiệm Công thức thực nghiệm xác định k;

được nhiều tác giả đánh giá cao là công thức của Vesic:

E,

k, = Bd) (14)Trong đó:

Es - môđun biên dạng trung bình của nên dat trong phạm vi chịu nén của nên;v - hệ sô nở hông (hệ sô poisson) của nên.

KR KPHình 1.5 Sơ đồ phân tích nội lực trong khung và bè1.2.2.2 Xét đến tương tác giữa cọc với cọc và giữa cọc với bè [2]Trong phương pháp này, độ cứng của lò xo cọc và đất có xét đến sự ảnh hưởngtương hỗ giữa đất và kết cầu Có bốn ảnh hưởng sau: Sự tương tác giữa cọc va đất;sự tương tác giữa cọc và cọc; sự tương tác giữa đất và móng bè; sự tương tác giữa

Tương tác giữa cọc va dat+ È n

(2) Tương tác giữa cọc với cọc3) Tương tác giữa bè với dat(4 Tương tác giữa cọc với bè

Hình 1.6 Các loại tương tac trong hệ thong móng bè - cọc

1.2.3 Công trình — bè — coc trên hệ thong lò xo dat [3] & [4]Đối với phương pháp nay, độ cứng lò xo bè — nền trong nên đất đồng nhất theophương đứng K*va theo phương năm ngang K*, K , được xác định từ Mukix ?

năm ngang K?”, K””, cũng được xác định theo các biêu thức trên.

Cae Ree eR) TU

Syxk X

P

¬ `^ KP Rxp

Kya or aBoM gat

Hình 1.7 So đô phân tích nội luc trong khung và bè — cocĐộ cứng của lò xo nên dọc thân cọc theo phương đứng K # trong nền đồng nhất

xác định theo Radolph & Wroth như sau:

K? = 22G,AL

° Tin (1.7)

m„ ={0.25+¿[2.5ød—u,)—0.25]}LĐộ cứng của lò xo cọc — nên doc thân cọc theo phương ngang (x,y) được xác

định theo lời giải của Midlin, như sau:

K?=K? =£E.AL (1.8)

ễ = pD! pE,1.2.4 Mô phỏng bằng phan mềm Sap 2000 với đất nền mô phỏng bằng phan

tứ Solid

Trong phương pháp nay, đất nên được mô phỏng băng phan tử Solid, các nútliên kết với các phan tu Solid khac va cac mat dinh nghia cua phan tử được thé hiệntrên hình 1.9 Trong phần mềm Sap 2000 có hai loại mô hình vật liệu: linear elasticmaterials và nonlinear materials Đối với mô hình vật liệu linear elastic materials,các thông số khai báo vật liệu đó là: Mô đun đàn hồi E; hệ số Poisson v và trọng

lượng riêng của vật liệu y.

> 4

ˆ y+

t% re ase or aeao es ++

e-4 ° ; “8hal ~ Se oe a eae "5H Sa ee ` eee

+4 eat’ mm Coes gare r1

bathed alta ealt eee eaeese esaee> s aon ro es oa sbên ee s nhh ry ce eas— Ses es? etn,seeee

bả Gee aes aes r4 esse,wee ates ess Soe

> ° 7==m ¬e

ứ 4 Z ¬ a

j8-® §

Hình 1.9 Phan tử Solid và các thành phan ứng suất

1.2.5 Mô phỏng số với các phần mềm chuyên dụng có các mô hình đất nềnTrên thực tế khi thiết kế các công trình, để mô phỏng đúng sự làm việc củacông trình người ta thường dùng các phần mềm chuyên dụng (phần mém Plaxis 3D,ABAQUS, Midas GTX NX, ANSYS ) Trong các phần mềm này cho phép môphỏng cả kết cấu bên trên và nền đất bên dưới công trình, khi đó ta sẽ phân tíchđược bải toán tổng quát móng và công trình làm việc đồng thời với nền Do đó, nóphản ánh đúng bản chất làm việc của công trình Để mô phỏng đất nên, trong cácphân mềm này có các mô hình đất như: Mô hình Mohr-Coulomb; Mô hình

Hardening-Soil;

DISPLACEMENTTOTAL T, mm

Hình 1.11 Mô hình trong phan mém Midas GTX NX

1.3 NHẬN XÉT VÀ CHỌN CÁC PHƯƠNG PHAP PHAN TÍCH UNG XUCUA HE KET CẤU CONG TRÌNH - MONG BE COC —- DAT NEN CÙNGLAM VIỆC DONG THỜI

Móng bè-cọc là loại móng kết hợp, va do tính chất kết hop nên các tương tacgiữa bè và các cọc xảy ra Sự tương tác của bé-coc xảy ra là do sự chồng chất ứngsuất, chuyển vị của bè và các cọc dưới tác dụng của tải trọng Do ảnh hưởng của cáctương tác, khả năng mang tải của bè và các cọc khi liên kết thành bè-cọc trở nên

khác với khả năng mang tải của bè không cọc và nhóm cọc, va độ cứng cua bè va

các cọc khi liên kết thành bè-cọc trở nên nhỏ hơn độ cứng của bè không cọc vànhóm coc Vì vậy van dé tương tác trong móng bè-cọc cần được quan tâm một cáchthích đáng trong thiết kế móng bé-coc, và phân tích ứng xử của hệ kết cau côngtrình - móng bè cọc — đất nên cùng làm việc đồng thời

Đối với các phương pháp thay đất nền bang các lò xo đã tồn tại các giả thiếtkhông hợp lý như: Áp lực dưới đáy bè phân bố đều; cọc tuyệt đối cứng: sức khángthành cọc phân bố đều hoặc theo hình tam giác; độ cứng của lò xo không thayđôi: Ngoài ra, các hệ số tương tác giữa các cọc được thiết lập cho nên đất đồngnhất

Trên thực tế khi thiết kế các công trình, để mô phỏng đúng sự làm việc củacông trình người ta thường dùng các phần mềm như: Sap2000; Plaxis 3D;ABAQUS; Midas GTX NX; ANSYS Trong các phần mềm này cho phép môphỏng cả kết cau bên trên, nên đất bên dưới công trình va đặc biệt là mô phỏng

được các ảnh hưởng của tương tác trong hệ móng bè-cọc, khi đó ta sẽ phân tích ứng

xử của hệ kết cau công trình - móng bè cọc — đất nên cùng làm việc đồng thời và nóphản ánh đúng bản chất làm việc của công trình

Trong phạm vi giới hạn của dé tài, phần mềm Plaxis 3D và Sap2000 được sửdụng để phân tích ứng xử của hệ kết cấu công trình - móng bè cọc — đất nền cùng

làm việc đông thời.

CHƯƠNG 2 NGUYEN LY LAM VIỆC CUA MONG BE - COC

2.1 KHÁI NIỆM CUA MONG BE - COC

2.1.1 Dinh nghia

Móng bè — coc là một hệ thống móng kết hợp bao gồm các cọc, bè và đất nên

Nó là loại móng trung gian giữa móng bè và móng nhóm cọc như hình 2.1 Sự khácbiệt giữa móng bè cọc và móng nhóm cọc (pile — group foudation) là:

- Trong tính toán móng nhóm cọc, sự đóng góp của đài cọc hoặc bè được bỏ

qua Nhưng trái lại, nó là thành phần mang tải quan trọng của móng bè — cọc

- Móng bè — cọc có ít cọc hơn và các cọc đài thì tập trung dưới tâm bè, còn các

cọc ngăn hơn được bố trí theo chu vi bè Ly do là lún của móng bè có hình dangnhư một cái đĩa, xu hướng lún ở tâm móng là lớn hơn rất nhiều so với mép móng.Vậy, đặt nhiều cọc hơn dưới tâm và ít cọc hơn theo chu vi bè để giảm lún lệch vàmô men uốn trong bè

Mat Combined pile Pile -group

foundation raft foundation foundation

Pal

Hinh 2.2 Mong bé coc cho nha cao tang

Móng bè — cọc sinh ra sức kháng cự kết hợp khi chịu tải trọng công trình baogồm sức kháng mũi cọc Rạ¡, sức kháng bên Rg, va sức kháng của móng bè Ry Hệ sốbè — cọc “ơi” được định nghĩa là tỷ số giữa tải trọng được mang bởi n cọc chia chotong tải trọng được mang bởi bè — cọc, theo công thức:

Hệ số bè — cọc ơi = 0 ứng với trường hợp của móng bè, và aL = 1 ứng với móngcọc không có áp lực tiếp xúc dưới móng bè Đối với móng bè cọc thì 0 < ar < 1,theo đó móng bè và móng cọc truyền thống là trường hợp giới hạn của móng bè —cọc Ở một mức độ nào đó, thì mọi móng cọc hoạt động như móng bè — cọc, trừtrường hợp giữa bè và đất không có áp lực tiếp xúc, ví dụ như móng cọc cho cáccông trình biển

Piled raft foundationAm |

Shallow Fully piled foundationfoundation without contact pressure

0 Piled raft coefficient 1

cọc, kích thước các cọc và bè Ở cùng điều kiện địa chất và cùng diện tích bè, hệ sốbè — cọc là một hàm số phụ thuộc vào kích thước cọc, số lượng cọc và độ lún củamóng, như thể hiện trên hình 2.3.

Tiêu chí chính chi phối việc thiết kế của móng bé — cọc liên quan đến hệ số bè —cọc a, và hệ số hiệu quả của cọc thêm vào chồng lún cho móng as Hệ số aL nămgiữa 0.3 và 0.9 đã được thực hiện trong thiết kế Nhưng liên quan đến các khía cạnhkỹ thuật và kinh tế, hệ số aL năm giữa 0.5 và 0.7 có thé được coi là tối ưu

thuộc vào sự dịch chuyên của đât nên xung quanh các cọc và dưới bè Vì lý do này,

cách tốt nhất dé dự đoán ứng xử của móng bè cọc là thông qua phương pháp phantử hữu hạn Cách tiếp cận điển hình theo các bước sau:

- Tiến hành kiểm tra tải với hiệu ứng nhóm nếu có thể;- Hiệu chỉnh mô hình FEM dé phi hợp với các kết quả kiểm tra tải;- Sử dụng mô hình được hiệu chuẩn dé dự đoán ứng xử của móng bè — cọc hoàn

- Giảm lún và lún lệch cua mong be;

- Theo cách kinh tế, giảm ứng suất và mô men uốn trong bè bang việc bồ trí tối

ưu các cọc dưới bè;- Cải thiện kha năng chịu tai của móng be;

- Giảm sự dịch chuyển đất bên trong và bên ngoài hố đào trong suốt quá trìnhthi công tang ham:

- Cho các móng bè chịu tải không đối xứng, tập trung sức kháng của móng bang

cách bô trí các cọc bên dưới khu vực chịu tải lệch tâm của móng bè.

———T— | L T— fs ox, 50 E.(MN/m?)

20+404 40;£ Ơ(z)

S=} E(z) ce 60+ 6† -~~~~~~~~~~~~

† †

z (m) z (m)

Hình 2.5 Sự phân bố ứng suất và độ cứng theo chiều sâu cho móng nông và

sự chuyển tải trọng trong móng bè - cọc

Các ưu điểm trên dẫn đến một phương án móng kinh tế Theo kết quả đo lúncác nhà cao tầng trong vùng Frankfurt có 60 — 80 % độ lún của móng bè là trong đấtsét yêu Lớp đất sét yếu này chiếm 1/3 chiều sâu gây lún đáng kế của móng Trongvùng nảy, ứng suất gây lún lớn đồng thời mô đun biến dạng lại nhỏ dẫn đến độ lúncủa móng lớn (hình 2.5) Trong trường hợp này, phương án móng bè — cọc dẫn đếnđộ lún nhỏ, bởi vì các cọc chuyển một phân tải trọng công trình xuống lớp đất sâuhơn và có mô đun biến dạng lớn hơn Hình 2.6 và hình 2.7 cho thay sự thành công

của giải pháp móng bè — cọc đê giảm lún cho công trình so với móng bè truyềnthông.

Raft Piled raft ‡ Pile foundation

H-(12) ¡ (10) (11) (13) (14) (5) } (16)

Hinh 2.6 Nha cao tang o Frankfurt am Main

00 02 04 06 08 Wg Traditional raft foundationP iS, ®@ | = Commerz Bank (old)

| bee “1X7 +, @ 2 = Dresdner Bank (old)

5 ans 5X4 and : ®3 = SGZ Bank

10 ` X “ @4 = Marriot Hotel (Plaza)

Bis Xx,” Piled raftfoundation

35 Piled raft — + X5 = Kastor/Pollux

X6 = Congress Center Messe

Conventional raft | Conventional piled X7 = Main Towerfoundation foundation X8 = Eurotheum

ở a shang Traditional piled foundation

I Total load * | = Commertz Bank (new)

Hình 2.7 Ung xử lún của các nhà cao tang ở Frankfurt, Germany

2.2 UNG XU CUA MONG BE - COC CHO NHÀ CAO TANGNhu cau cần thêm không gian văn phòng tai các trung tâm của các thành phốlớn (ví dụ như Frankfurt), dẫn đến sự gia tăng nhu cầu về các tòa nhà cao tầng dothiếu các nơi xây dựng Frankfurt là nơi xây dựng không thuận lợi do lớp đất sét dẻocao quá cô kết năm ngay bên dưới lớp bề mặt (Breth 1970), dẫn đến lún tương đốilớn cho công trình xây dựng Giải pháp móng bè — cọc được phát triển và áp dụngrộng rãi đã đạt được yêu cầu về kinh tế, sự 6n định cũng như về khả năng sử dụng

Công trình Messeturm có 60 tầng với chiều cao là 256m, tong trọng lượng côngtrình 1900MN Mat cắt ngang của phan thân công trình là 41 x 41m? và bè có diệntích 58.8 x 58.8m? Độ cứng của công trình đạt được yêu cau bởi kết cấu lõi Vì lún

của móng bè khoảng 400mm, nên phương án móng bè — cọc được chọn và độ lúncủa phương án này giảm hơn một nửa.

trong khu vực móng bè, độ võng của bè và độ nghiêng của công trình.