Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế Eurocode & áp dụng phân tích - tính toán cọc khoan nhồi nhà cao tầng tại Việt Nam

Dé tạo một tiếng nóichung trong thiết kế, thâm định và thi công các dự án sử dụng phương án móng cọcnói chung và móng cọc nhoi nói riêng giữa các Quốc Gia với nhau, bộ tiêu chuẩnEurocode

LAM VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU TIỂU CHUAN THIẾT KE EUROCODE &

AP DUNG PHAN TÍCH - TÍNH TOÁN COC KHOAN

NHỎI NHÀ CAO TANG TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNGMã số : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011

ĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINHCán bộ hướng dẫn khoa hoc: TS Trần Tuan Anh

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai hoc Bách Khoa, DHQG Tp HCM

Chú tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

NGHIEN CUU TIEU CHUAN THIET KE EUROCODE & AP DUNG PHAN

TÍCH - TÍNH TOÁN COC KHOAN NHỎI NHÀ CAO TANG TẠI VIET NAM2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :

Chương I : Tổng quan về Eurocode.Chương II : Tác động, tổ hợp tác động va độ bên thiết kế.Chương II : Khao sát địa chất và xử lý số liệu

Chương IV : Kiểm tra theo cường độ - biến dạng.Chương V : Móng cọc khoan nhỏi

Chương VỊ : Vi dụ tính toán sức chịu tải cọc khoan nhi.Phan kết luận & kiến nghị

3 NGÀY GIAO NHIỆM VU: 01/7/20114 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/12/20115 CAN BỘ HƯỚNG DAN

Nội dung va dé cương Luận van thạc si đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS TRAN TUẦN ANH PGS.TS VÕ PHÁN

Qua thời gian học tập và nghiên cứu kết hợp với kiến thức thực tiễn, em thấy mìnhtrưởng thành hơn về hiểu biết các van dé trong ngành xây dung, đặc biệt là các van déliên quan đến địa kỹ thuật Đó là những vấn đề rất cần thiết cho sự phát triển chuyênmôn và nghề nghiệp.

Em xin gửi lời tri ân đến toàn bộ thay cô trong trường Đại Hoc Bách Khoa TP.HCM,các thầy cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng những lời tốt đẹp nhất Những kiến thứcmà em có được ngày hôm nay, cũng nhờ vào sự tận tình chỉ bảo của các thây cô trong

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng.

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến thầy TS Trần Tuấn Anh và TS Huỳnh QuốcVũ, là những người ảnh hưởng rất lớn đến nội dung và thành công của Luận Văn nảy.Luận văn này là kết quả của một quá trình làm việc hop tác giữa em, thay TS TranTuấn Anh và TS Huynh Quốc Vũ Toàn bộ nội dụng Luận Văn này là tâm huyết củaem sau nhiều tháng miệt mài tìm toi, hoc hỏi và nghiên cứu từ tiêu chuẩn, sách vo, báochí và ý kiến góp ý của các thay

Qua đây, tôi xin gửi lời cám ơn đến công ty Công Chính A.C đã tạo điều kiện cho tôihọc tập trong suốt thời gian học Cao Học và thời gian làm Luận Văn này

Xin gửi lời cám ơn đến gia đình và bạn bè đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi hoànthành tốt Luận Văn Cao Học này

Học viên

Lâm Văn Đức

Hiện nay, móng cọc được sử dụng rất pho bién trong ngành xây dựng, đặc biệt làmóng cọc nhỏi Việc đưa ra một quy trình đánh giá chung về sức chịu tải cọc là mộtyêu cầu cấp thiết, để có thể tạo ra một tiếng nói chung trong ngành xây dựng, tạo sựthong nhất giữa thiết kế - thi công - thấm tra công trình Dé tạo được mối tương quanđó cũng như có một tiếng nói chung giữa các Quốc Gia, sử dụng tiêu chuẩn Eurocodelà giải pháp hữu hiệu nhất Tiêu chuẩn Eurocode không những giải quyết được tất cảcác van dé liên quan đến nền móng, mà còn các van dé liên quan đến kết cấu công

trình, cũng như loại vật liệu sử dụng trong ngành xây dựng.

Việc đánh giá sức chịu tải cọc còn mang nhiều quan niệm cá nhân, để hạn chế đượccác sai sót có thé mắc phải thì Eurocode cho phép đánh giá được những sai lệch nàymột cách hiệu quả và khách quan, có tính thuyết phục cao trong khoa học, cũng như dễdàng sử dụng khi áp dụng vào thiết kế thực tiễn

Eurocode đưa ra 3 phương pháp thiết kế (DA 1, DA 2 và DA 3), mỗi phương phápthiết kế đều có những đặc điểm riêng và mức độ sử dụng pho biến khác nhau ở ChâuAu Các phương pháp thiết kế nay đều sử dụng độ tin cậy trong thiết kế thông qua giátrị của các hệ số riêng

Tiêu chuân Eurocode là tiêu chuẩn “mở”, cho phép người thiết kế có thể sử dụng cácgiả thiết đánh giá sức chịu tải cọc khác nhau, nhưng sau đó phải sử dụng những qui tắcvà nguyên tắc riêng của Eurocode dé đánh giá và kiểm tra lại tính xác thực của nhữnggiả thiết này Chính vì đặc điểm này, mà tiêu chuẩn Eurocode rất phù hợp để áp dụngcho những giả thiết tính toán sức chịu tải cọc hiện nay và trong tương lai

Trong thiết kế móng coc, Eurocode 7 luôn nhẫn mạnh tam quan trọng của thử tải tĩnhcọc, là phương pháp hữu hiệu nhất dé đánh giá và kiểm tra kết quả dự đoán sức chịutải cọc theo các giả thiết và phương pháp tính khác Tuy nhiên, phương pháp này cònhạn chế là kinh phí thí nghiệm cao và thời gian thí nghiệm lâu Nhưng kết quả lại phảnánh rất chính xác về ứng xử làm việc của đất nên với cọc

Luận văn này nhằm giới thiệu và hướng dẫn kết hợp với việc phân tích những đặcđiểm chính trong tiêu chuẩn Eurocode nói chung, Eurocode 7 nói riêng dé áp dụngchính xác trong thiết kế móng cọc khoan nhôi ở Việt Nam

At present, pile foundation is used very popular in the building and civil engineering,especially bored pile foundation It is necessary to provide a general assessment of pileload capacity, to create the same concept in the construction, to unify the design-construction-verification work To meet these requirements and have the same ideawith the Nation together, using Eurocode is the best choice Eurocode not only solvesall the problems related to geotechnical property, but also all the problems related tostructures, as well as using materials in construction.

The evaluation of pile bearing capacity is personal concept, to limit these errors - usingEurocode is effective and objective, easy-to-use for practical design.

Eurocode has three Design Approaches (DA 1, DA 2 and DA 3), each design methodhas its own features and is used of different popular in Europe The design methodsuse the reliability through the value of the partial factors.

Eurocode is the "open" standard, it allows the designer to use the different assumptionsto predict the pile load capacity, but then must use the rules and principles of Eurocodeto evaluate and verify these assumptions Because of these features, nowadays and inthe future, Eurocode is correspondent to apply to design assumptions of pile loadcapacity.

The design of pile foundation, Eurocode 7 emphasizes the importance of static pileload test, it is the most effective method to evaluate and test results of the pile loadcapacity when the assumptions and calculation methods are used However, thismethod has the high cost and long duration experiment But the results (pile resistanceand settlement) reflect very accurately the behavior of the ground with pile.

This thesis introduces, guides and analyses the main features of the general Eurocodeand Eurocode 7, it is applied to design bored pile foundation in Vietnam.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các sô liệutrong luận văn là trung thực và có nguôn gôc rõ ràng Cac kêt quả của luận văn chưatừng được công bô trong bât cứ công trình khoa học nào Tác giả hoàn toàn chịutrách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.

Học viên

Lâm Văn Đức

MỞ ĐẦUU 2 <G- Go << S9 999 8 9 5 4983.593 eEesSeeseSessesssse Vill

Chương Ì c << < << S S S S 6 6 9 99999999 9.9 0000 600000004.94.0 00 6666688890000009949696666006666608 1

TONG QUAN VE EUROCODDE 5-5 5 5 S5 5 9999 ưư 3 3 699 996552 1Td KET CÂU EUROCODDE SG E11 11191 1 1 9111112111 121211 reo |L2 © NGUYEN LÝ THIẾT KE THEO EUROCODDE 2 5c + sEsesxsee: |13 NHỮNG YÊU CÂU THIET KE THEO EUROCODE 5 5 5s: 314 CÁC TINH HUONG THIẾT KE THEO EUROCODE - 5-5555: 41.5 CAC TRẠNG THÁI GIỚI HAN THIET KE THEO EUROCODE 5

I5.1 Trang thái giới hạn cực hạn (ULS) TS 1 he, 515.2 Trang thái giới hạn sử dụng (SLŠ) - HH re 6

L6 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIET KE NEN MONG THEO EUROCODE 81.5.1 Phuong pháp thiết KẾ Liccccccccccscesescscscssesescssscssescscsssssesssesesssssvseees 9[.5.1.I TỔ hợp Lt ceccccccccccccsccscsscscscscscsssscscscsssscscscscssssssescsvsssssscscsssssesscssssseseees 9[.5.1.⁄2 TỔ hợp 2: - - 2S 1 1 1211 12111112111111111111111101 111110111 0tr 91.5.2 Phuong pháp thiét KẾ 2 ¿+ SE EE2EEE9E5EEEE21E1515E1 21111112 ce 101.5.3 Phuong pháp thiết Kế 3 -¿¿- + SE SE2EEE2 E1 1211151121111 111k 111.7 NHẬN XÉT QC th 1119111 1H11 ng ng cet 11

Chương Ï[, G6 6 6 G G5 55999999 9 9.996 0099999000099 66680099999090000949666606606666 68 12

TÁC DONG, TO HỢP TÁC ĐỘNG VA ĐỘ BEN THIET KE 12II — TÁC ĐỘNG Q11 1 SE 111151111 111111111 ng net 12II.1.I Tống quan về tác dOng cececccccccscssssssessesssessssesesscsssessesesessesesesseseseseesese 1211.1.2 Tac động thuộc VE đất nỀN - G ca 112 111912111 E51 81 51 11 xreree 1411.1.3 Phan biệt giữa tác động có lợi với tác động bất (0) 16

[LI.⁄4 Tae động đặc trưng Ăn re 16H.I.5 — Hoạt tải đại điện - << << G1111 n1 xe 18

II.1.6 Tác động thiét ké c ccc cccccccscscscsscscscscssscsescscsssscscscssssssssssessessesees 20II.1⁄77 Hé quả tác động thiết KẾ occ ccs + 25222 E131 E1 E211 EEerkred 20I2 TO HỢP TÁC ĐỘNG tt 19191 1E 111115111 E111 xnxx ree 23

W.2.1 Trang thái giới hạn cực hạn UƯ - - S933 kvrreeeee 24

I1.2.1.1 Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời (tổ hợp

I3 DO BEN THIET KKẾ - ssEEE9E SE E328 vs ree 32I4 NHẬN XÉT SG G11 1919191 111115111 11g11 ng cee 34

Churong 00 35

KHAO SAT DIA CHAT VÀ XU LY SO LIỆU 2-5- 5 5 s2 5 sssssesss 35II.I KHAO SAT DIA CHẤTT 5 s33 9E 2S SE S391 SE EvcvE gvgxgeseree 35III.I.I TOng quan - 5256 2E+S£SE2E£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrkrrrrrrreo 35III.I.2 Khoảng cách điểm khảo sát + 2 525222232 SESEEEEEEEErkrkrered 36III.1.3 BO sâu điểm khảo sát - - G2 SE 53128 E111 vkvsegereered 37I2 XU LÝ SỐ LIỆU G- G5319 E E311 1E E319 xnxx se ree 37II.2.I Qui trình đánh giá các thông số địa kỹ thuật - 2 2 555552 37

IH.2.2 Gi trỊ đặc ftrưng - c1 1n vn 38

II2.3 Thong kê số liệu địa chất - + c5 E3 2 SE 1 151 1212111 1 xe 39III2.3.1 Thống kê đất nền theo phương ngang: 5- - 2 + s+s+szs+240III2.3.2 Thống kê đất nền theo phương đứng: - 2 - 2525525524411.2.4 Giá trị thiết kế của các đại lượng địa kỹ thuat 0.0 45III3 NHẬN XÉT G111 1E 11919191 3E 111115111 E111 ng cee 45

Chương ÏỶV d << œ << s SG 6 00999 0006000000900 666888090900000499966660660666668 46

KIEM TRA THEO CƯỜNG ĐỘ - BIEN DẠNG 5.5-5c5scscsesesssseseseee 46IV.I KIEM TRA THEO CƯỜNG ĐỘ - G-cSscn k1 ST gen evskg 46IV.1.I Cos thiết KẾ SG CC 1 15 5151511111111 1111111111111 1x0 46

IV.I.2 Hệ quả tác động HH re 46

IV.I.3 DO bền G11 2H T 1H12 TT HT TH cười 47IV.1.4 Đưa độ tin cậy vào trong thiét KẾ ¿- 5-5252 S2 2xcE+EEEEckrkekerrsred 48

IV.I.4.I Tác động và hệ quả tác động - -G Ăn nh nk, 49

IV.14.2 Cường độ vật liệu và độ bền - ¿+22 E+E+k+k+keEeEeEeEeEerrerees 50

IV.I.4.3 Kích thước hình học << << c1 111111 vn 11 và 51

IV.1.4⁄4 Kiểm tra ceccccccccscscscsesssscscscscscscscscscsssssesesssesssscscsessevetsvstsesssesesen 51IV.1.5 Gia trị các hệ số riêng -¿-¿- - + Sẻ S123 1 E2 1 121115151111 11 11111 te 52IV.1.6 Cac phương pháp thiết kế + + 2 +6+E+E2EESE£E£ESEEEEEEEEEEeErrkrerkred 52IV.1.6.1 Phương pháp thiết kế 1 (DA I) - + 252 52+£+E+£c£zsceseerrsred 57IV.1.6.2 Phương pháp thiết kế 2 (DA 2) 5+ 252 SE£E+E+EcErkrkrrerrsred 60IV.1.6.3 Phương pháp thiết kế 3 (DA 3) - 5-5252 S<2E+E2EErErkreerrered 61IV.1.6.4 Lựa chọn phương pháp thiết kế theo từng Quốc Gia 62IV.2 KIEM TRA THEO BIEN DẠNG G5 +5 262 EsESESESEEEsEseseseseree 64IV.2.I Co sở thiết KẾ -G CS H112 5 5131311111111 111111111111 11111111 1x0 64

IV.2.2 Hệ quả tác động HH re 65

IV.2.3 Tiêu chuẩn giới hạn sử dụng ¿+ +52 +s+x+c++x+teErerrrrererrrrees 66IV.24 Đưa độ tin cậy vào trong thiết kế (kiểm tra biễn dạng) - 67IV.2.5 Kiểm tra biến dạng bằng phương pháp don giản (phương pháp khác) 69IV.3 NHAN XÉT G1122 111911 TT g1 TH ngu net 71

CHUONG 2 72

MONG COC KHOAN NHỎI - 2° S2 S9 E9 9 o5 s5 se 72V.1 CAC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC 5 s5 se £sesesesesecee 72V.2 THI NGHIỆM THU TAI TĨNH CỌC 66s sE vs £EsEseseseseree 74V.3 THI NGHIỆM TAI TRỌNG DONG CỌCC c-c 5s xe sEsEseseseseree 75V4 BÁO CÁO KET QUA THÍ NGHIEM CỌC 5 2 + se s£s£sEsesesecxe 75V.5 COC CHIU TAI DỌC TRỤCC s6 EESESE SE ESEsEeEeEsEEeEsereseree 76V.5.I TONG quát - 62-52 SE E22 3E E121 1211112111111 76V.5.2 Dua độ tin cậy vào trong thiẾt KẾ CỌC - cv SE EsEskekskseree 76V.5.2.1 Phương pháp thiết kế 1 (DA ]) - - + 252 SE+E+E+£cEcereseerrered 78V.5.2.2 Phương pháp thiết kế 2 (DA 2) 5+ 252 SE£E+ESEErkrkerererered 81V.5.2.3 Phương pháp thiết kế 3 (DA 3) 5-5252 E2E+ESEErkrkererrered 83V.5.24 So sánh các phương pháp thiết kế (DA) dùng tính toán sức chịu tảiCỌC S5V.5.3 _ Độ bền chịu nén của đất nền (UL/S) -¿c s s xxx £eEsEsEeesesersesed 86=5 i7 8 :::‹-1 86

V.5.3.2 Độ bên chịu nén cực hạn từ thi nghiệm thử tải tinh cọc 87

V.5.3.3 Độ bên chịu nén cực hạn từ thí nghiệm dat - +: 89

V.5.34 Độ bên chịu nén cực hạn từ kết quả thử tải động -. - 95

V.5.4 Dé bền chịu kéo của đất nỀn c s + xxx EsE E82 se skeksereed 97V.5.4.1 Những yêu cau chung - ¿26 SE +E+EEE+ESEEEEESErkrkererererrees 97V54.2 Độ bên chịu kéo của COC ỔƠï G-G- + E362 ESE SE vEsegerkes 97V5.5 Phá hoại khối của nhóm CỌC -.- + E2 EEsESESESESEEsEsEseekeereed 98V.5.6 _ Kiểm tra chuyển Vi móng COC eeceeccssssessssessesssessesesesscsesesscsesessessseeseseeeeees 99V6 COC CHIU TAI NGANG G1123 1E 111915113 E111 xnxx ree 99V6.1 TONG quan - 565252 SE 3E E321 1211112111111 99V.6.2 D6 bên tải ngang từ thí nghiệm thử tải tĩnh - 55552: 100V.6.3 Độ bên tải ngang từ kết quả thí nghiệm đất nền và các thông số cườngđộ cọc 100V.6.4 _ Chuyến Vi ngang 5c t2 St SE 2191121111111 21111 11111 101V.7 COC LAM VIỆC TRONG NHOM cccccccscscscscssccscececscscecscecececececececeesevees 101V8 THIẾT KE KET CÂU CỌỌC - SE xxx S111 xxx ree 104V9 NHAN XÉT SG S11 111191 1112111 11g11 ng rkg 104Chương V] d << œ s6 SG 6 6 6999.99.9009 6660899000004.0909049660660666668 105VI DỤ TÍNH TOÁN SỨC CHIU TAI COC KHOAN NHỎI 105

VIL LY TUYET TÍNH TOÁN -G G11 S1 SE ng rke 105VI.I.I Đánh giá sức chịu tải cọc từ thí nghiệm nén tinh - 105

VI.I.I.I Cách xác định sức chịu tải cực hạn cọc từ thí nghiệm nén tĩnh 105

VI.1.1.2 Cách xác định sức chịu tải thiết kế cọc từ thí nghiệm nén tĩnh I I0VỊ.1.2 Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SP T 113

VỊ.I.2.1 Theo Curocode 7 1111110001000 002222 1111111111111 1 1n vớ 113VI.I.2.2 Theo Meyerhof (1956): [12] & [19] <<<<<<<5«+ 120VI.1.2.3 Theo Nhật Bản: [12] & [13] -⁄ <5 555 ***‡*s++++sssseeseeeeess2 120VI.1.2.⁄4 Theo TCXD 195: Óƒ7, 11H ng 1 nh 121

VI.2 KET QUA ÁP DUNG Wooeeecceccccsceccscesecscscecsecevscsceceesevevscaceceesevarsceavavarseneeees 121VỊ.2.1 Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết qua thí nghiệm nén tinh cọc 122

VỊ.2.I.I Sức chịu tải cực hạn COC -cccnnnnS S11 1 1 1 111 re 124

VỊ.2.1.2 Sức chịu tải thiết KẾ CỌC 6 St 112v 11v gvgvgvgereed 124VỊI.2.2 Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SP T 125;79I9010:70:108.0217277 128KET LUẬN & KIÊN NG HỊ|, -° << << << se sex sesesesese 139TÀI LIEU THAM KHÁOO 5 ° < s2 S294 s94 #94 3s 9s 141

¬ ae 65

Hình IV 9: Hình minh họa độ võng tương đối (A) và tỷ số độ võng (A/L) 66Hình IV 10: Hình minh hoa góc nghiêng (@) và góc xoay tương đối (B) 66Hinh IV 11: Qui trinh kiém tra kha năng sử dụng [4] - 5-3355 1k2 68

Hình VI 1: Phương pháp xác định Q, theo công thức (VÏ.Ï) - «+2 106Hình VI 2: Phương pháp xác định Q, theo công thức (VI.3) - «+ 106Hình VỊ 3: Ví du cách xác định tải cực han coc Q, theo phương pháp Davisson [16]¬ ằằằ ad Ảnh 108Hình VỊ 4: Ví dụ xác định tải cực han cọc Q, theo phương pháp De Beer [16] 109

Hình VI 5: So đồ đánh gia sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tinh theo Eurocode 7.ITIHình VI 6: Biểu đồ tải trọng - chuyền vị theo DIN 4014 ¿-5- 5 +cscscscs¿ 117Hình VI 7: Sơ đồ đánh giá độ bên cọc từ kết quả thí nghiệm SPT theo Eurocode 7 119

DANH MỤC BANG

Bảng II 1: Áp dụng hệ số w cho hoạt tải đầu tiên và hoạt tải tiếp theo của trạng thái

giới hạn cực hạn và trạng thái giới hạn sử dung [Ï]| - - - << << << << eeeeeess 19

Bang III 1: Khoảng cách điểm khảo sát theo EN 1997-2 cccccccsscssssesessssesessessseseseseees 36Bang III 2: Hé số biến động dx (COV) của các vật liệu địa kỹ thuật và vật liệu nhân

9 ằằằŠẽ ốỐ.ỐốỐốố n 4I

Bảng IV 1: Bang giá trị hệ số riêng được dé nghị bởi Brinch Hansen [4] 53Bang IV 2: Bang giá trị hệ số riêng được sử dụng trong phương pháp LRFD [4] 54Bảng IV 3: Bảng giá trị hệ số riêng được sử dung trong DA 2 -555¿ 54Bảng IV 4: Bảng tổ hop cho từng phương pháp thiết kế (DA) [4] . - 56Bảng IV 5: Bảng tổng hợp thành phần chính được nhân hệ số trong phương pháp thiếtkế theo Eurocode 7 [4] -:-c se se E38 E3 S881 9858115158 E1E5158 1111151111511 11581111511 57Bảng IV 6: Giá trị chuyển vị cho phép theo phụ lục H của EN 1997-1 67

Bang VI 2: Độ bền mii coc trong đất rời theo độ bền mũi xuyên CPT 113Bang VI 3: Độ bền thân cọc trong dat rời theo độ bền mũi xuyên CPT 114Bang VI 4: Độ bên mũi cọc trong đất dính theo cường độ kháng cắt không thoát nước

Bang VI 5: Độ bền thân cọc trong đất dính theo cường độ kháng cắt không thoát nướcBang VI 6: Hệ số qui doi giữa chỉ số SPT với độ bền xuyên mũi CPT 115Bang VI 7: Quan hệ giữa chỉ số SPT với cường độ kháng cắt không thoát nước cụ 116

Giải thích một số định nghĩa được sử dụng trong Eurocode và được đưa vào

trong Luận Văn này như sau:

Tình huong thiét ké: la diéu kién (tinh huống) giả định như là điều kiện thật xảy ratrong một khoảng thời gian trong tudi thọ công trình, điều kiện này phải được kiểm tra

không đượt vượt qua trạng thái giới hạn tương ứng.

Tình huong thiết kế tạm thoi: là tình huống xảy ra trong một khoảng thời gian ngắnhơn tuổi thọ công trình và xảy ra với xác suất lớn

Tình huong thiết kế lâu dai: là tình huống xảy ra thường xuyên trong suốt tudi thọ của

Trạng thái giới hạn sử dụng: là những trạng thái tương ứng với những điều kiện mànếu vượt qua thì những yêu cau về công năng sử dụng cho kết cấu hoặc phan tử kếtcầu sẽ không còn đáp ứng nữa

Trạng thái giới hạn sử dung không phục hôi: là trạng thái giới hạn sử dụng khi hệ quatác động vượt qua những yêu cầu công năng nhất định mà vẫn còn ton tại khi đã bỏ

những tác động đó.

Trạng thái giới han sử dụng phục hoi: là trang thái giới hạn sử dụng khi hệ quả tácđộng vượt qua những yêu cầu công năng nhất định sẽ không còn tôn tại nữa khi đã bỏ

những tác động đó.

Độ bên: là khả năng chịu tác động của một phân tử hoặc một câu kiện, hoặc tiét diệncủa một phân tử hoặc của câu kiện của một kêt câu mà không xảy ra cơ chê phá hoại.Chăng hạn, khả năng chịu uôn, khả năng chịu uôn dọc hay khả năng chịu kéo.

Tác động (F): tác động có thé là:- Luc (tải trọng) tac dụng lên kết cầu (tác động trực tiếp);- Biến dạng cưỡng bức hoặc gia tốc (dao động) do sự thay đổi độ âm, lún lệch

hoặc động đất (tác động gián tiếp).Hệ qua tác động (E): là những hệ qua của tác động trong phần tử kết cầu (chăng hạn,nội lực, moment, ứng suất, biễn dạng) hoặc toàn bộ kết cầu (chăng hạn, độ võng, góc

MO ĐẦU

1 GIỚI THIEUMột trong những yếu tô dé đánh giá sự phát triển của một khu vực hay một quốc gia làđánh giá vào sự phát triển của cở sở hạ tầng Sự phát triển kinh tế xã hội kéo theo sựphát triển của ngành xây dựng cơ sở hạ tầng Một quốc gia vững mạnh khi nên kinh tếvững mạnh, đồng nghĩa với việc cơ sở hạ tầng cũng vững mạnh

Trong những năm trở lại day, sự phát triển về mật độ xây dựng rất nhanh, được ví như“nam mọc sau mưa”, đặc biệt là các khu chung cư cao tầng, các cao ốc chọc trời, cácloại cầu dây văng nhịp lớn, các công trình thủy lợi, thủy điện qui mô đồ sé, các côngtrình ngầm phát triển ngày càng phức tạp Các nước trên thé giới nói chung, Việt

Nam nói riêng, luôn đòi hỏi cho việc phân tích và lựa chọn giải pháp móng cho các

công trình xây dựng vừa kinh tế và vừa bền vững Một trong những giải pháp hữu hiệucho các công trình lớn là phương án thiết kế móng cọc

Trong thiết kế nền móng, có thé chia làm hai loại là móng nông (shallow foundations)

va móng sâu (hay, móng cọc) (deep foundations hay pile foundations).

Móng nông được sử dụng cho lớp đất gần mặt đất, nơi xuất hiện ứng suất tương đốilớn, đủ chịu được tác động của kết cấu bên trên mà không xảy ra ứng suất phá hoạicho kết cau do lún Trường hợp này, thường chỉ sử dụng cho những công trình có tácđộng tương đối nhỏ Đối với những công trình có tác động lớn (như nhà cao tầng, trụcầu ) hay những vùng đất có lớp đất bên trên tương đối yếu, thì phương án móngcọc là hữu hiệu, vì cần lớp đất “tốt” hơn dé chịu tác động lớn

Tác động của kết câu bên trên truyền xuống lớp đất “tốt” sâu bên dưới thông qua cọc.Cọc là loại cột dài, độ mãnh lớn (long slender columns) Cọc có nhiều loại, tuy nhiên ởViệt Nam thường pho bién những loại sau: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhôi Vật liệulàm cọc có thé là: bê tông, bê tông cốt thép, thép, g6, Với các hình thức thi công như:dong, ép, khoan nhôi,

Cọc truyền tải vào đất thông qua hai hình thức: tải phân bố dọc theo thân cọc (pileshaft), hoặc trực tiếp truyền tải lên lớp đất bên dưới thông qua mũi coc (pile point) Tảiđứng phân bố dọc theo thân cọc là ma sát cọc (pile shaft resistance) và tải truyén thuctiép thông qua mũi coc là sức chịu tải mỗi cọc (pile base resistance)

Cọc chịu tác động đứng (ví dụ, phần lớn các công trình dân dụng như nhà cao tầng cósử dựng coc, ), hoặc tác động ngang (ví dụ, các công trình bến cảng, tải ngang là tácđộng do nước, sóng tau, ), hoặc kết hợp giữa tác động đứng với tác động ngang (vídụ, cọc dưới chân trụ cầu, vừa chịu tải đứng do tác động giao thông bên trên, vừa chịu

tác động ngang do nước, ) Ngoài ra, cọc còn được thiết kế dé chống lật (chong nhé)cho nha cao tang, do xuất hiện lực xô ngang tác dụng lên công trình như gió, động đất.Do nhu cầu phát triển của xã hội, trên một phạm vi diện tích nhất định mà có thé chịuđược tải trọng lớn của các kết cầu công trình bên trên, giải pháp móng cọc khoan nhôi(bored pile) là hữu hiệu va được sử dụng phổ biến nhất hiện nay Dé tạo một tiếng nóichung trong thiết kế, thâm định và thi công các dự án sử dụng phương án móng cọcnói chung và móng cọc nhoi nói riêng giữa các Quốc Gia với nhau, bộ tiêu chuẩnEurocode cũng như Eurocode 7 - Thiết kế địa kỹ thuật sẽ giải quyết được van đề này.Nhăm để hiểu rõ hơn về tiêu chuẩn Eurocode và việc áp dụng vào thiết kế móng, luậnvăn nay sẽ được trình bày “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Ap DungPhân Tích - Tính Toán Coc Khoan Nhôi Nhà Cao Tang Tai Việt Nam”.

Việc thiết kế cọc vừa mang tính nghệ thuật (art) vừa mang tính khoa học (science).Tính nghệ thuật được thé hiện thông qua việc lựa chọn loại cọc, phương pháp thi côngcọc sao cho phù hợp nhất tương ứng với điều kiện đất nền và tác động công trình Tínhkhoa học thể hiện ở người kỹ sư - đánh giá ứng xử của cọc khi cọc nằm trong đất vàđang làm việc Phương pháp thi công cọc ảnh hưởng rất lớn đến ứng xử của cọc, cácứng xử này thì không thể được đánh giá chính xác thông qua những tính chất cơ lý củacọc và của đất nền nguyên dạng Cần hiểu biết rất rỏ về loại cọc và phương pháp thicông cọc để có thể đánh giá một cách khao học về ứng xử của cọc

2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨUHiện nay, việc dự đoán sức chịu tải cọc còn mang tính chủ quan, do đó rất khó cho kỹsư thiết kế chưa có kinh nghiệm nhiều trong lĩnh vực thiết kế cọc và cũng gây ra nhiềutranh luận về quan niệm tính cọc khi thầm định và phê duyệt đồ án

Bộ tiêu chuẩn Eurocode nói chung, Eurocode 7 nói riêng được sử dụng rộng rãi ở cácnước Châu Âu, đặc biệt là các quốc gia thuộc khối CEN (Anh, Pháp, Đức) Trongtương lai, Eurocode có thé được sử dụng chung cho cả thé giới dé thé hiện tính thốngnhất hóa và toàn cầu hóa Trong xu hướng mở cửa phát triển với thế giới , Việt Namđã - đang - và sẽ có rất nhiều đối tác Châu Âu sang kinh doanh và hợp tác kinh tế, thìviệc khuyến khích và đưa tiêu chuẩn Eurocode vào trong tiêu chuẩn Việt Nam là rấtphù hợp, rất có lợi cho ta và có thé tạo được tiếng nói chung với thé giới

Bởi nhận ra tầm quan trọng của nó, năm 2006 Bộ Xây Dựng ban hành bộ tiêu chuẩnThiết Kế Công Trình Chịu Động Dat - TCXDVN 375 : 2006, do Viện Khoa Học CôngNghệ Xây Dựng biên soạn Thực chất được chuyển ngữ từ Eurocode 8: Design ofStructures for Earthquake - Resistance và có bỗ sung hoặc thay thé các phần mang

tính đặc thù Việt Nam.

Tang Tại Việt Nam” được ra đời Với mục đích, giúp kỹ sư thiết kế hiểu rõ thêm vềtiêu chuẩn Eurocode và ứng dụng vào trong thiết kế móng cọc ở Việt Nam.

3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆNNghiên cứu va phân tích tiêu chuẩn Eurocode và cụ thé là Eurocode 7 dé sử dụng đánhgiá và dự đoán sức chịu tải (độ bên) cọc khoan nhỏi theo các phương pháp lý thuyết(sử dụng các thông số đất nên như: c, „, y, ), phương pháp bán thực nghiệm ngoàihiện trường (như: thí nghiệm SPT, CPT, ) kết hợp với thí nghiệm thử tải tĩnh cọc.So sánh kết quả tính từ các phương pháp được sử dụng phố biến ở Việt Nam và đượcđề cập trong TCXDVN với kết quả đánh giá từ Eurocode

4 PHAM VINGHIÊN CỨU

Sử dụng tiêu chuân Eurocode đê đánh gia sức chịu tải của các kêt cau nên móng nóichung và móng cọc nhôi nói riêng.

Kết hợp và so sánh với các lý thuyết tính toán khác.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC & GIÁ TRỊ THỰC TIỀNĐề tài “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - TínhToán Coc Khoan Nhôi Nhà Cao Tang Tai Việt Nam” mang ý nghĩa khoa học cao vì:

- Mang tính thực dụng trong thiết kế.- Phi hợp với phương châm thông nhất hóa và toàn cau hóa trong thiết kế xây

dựng.

- _ Có thể hạn chế bớt những sai sót trong quá trình khảo sát địa chất và thiết kế nền

móng.

TONG QUAN VE EUROCODE

LI1 KET CÂU EUROCODEBộ Eurocode gồm 10 tiêu chuẩn sử dụng thiết kế nhà va các công trình dân dung khác.Bộ tiêu chuẩn này được chia thành 58 phần và các phụ lục kèm theo của các quốc giasử dụng Eurocode Nội dung tong quan về bộ Eurocode có liên quan đến thiết kế móngcọc nhéi bao gồm:

Eurocode — Cơ sở thiết kế kết cau (EN 1990): bao gồm những nguyên tac và nhữngyêu cau về sự an toàn, khả năng sử dụng và tuổi tho của kết cau; cung cấp những yêucầu co bản dé thiết kế và kiểm tra; đưa ra những chi dẫn về độ tin cậy của công trình.Eurocode 0 này là nên tảng cho toàn bộ Eurocode

Eurocode 1 — Tác động lên kết cấu (EN 1991): tiêu chuẩn này hướng dan sử dụng tácđộng trong thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác, bao gồm những công trìnhliên quan đến đất nên

Eurocode 2 — Thiết kế kết cấu bê fông (EN 1992): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kếbê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực cho công trình nhà và các công trình dân dụng

tông, thép, và các loại vật liệu khác.

L2 NGUYEN LÝ THIET KE THEO EUROCODENguyên ly thiết kế nhà và các công trình dân dung theo Eurocode là thiết kế theo trangthái giới hạn, là sự tách biệt giữa thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) vàtrạng thái giới hạn sử dụng (SLS) Quan niệm nên tảng của trạng thái giới hạn là xác

định hoặc là an toàn (mức độ đủ an toàn, còn sử dụng được) hoặc là không an toàn(phá hoại, không còn sử dụng được) Sự tách biệt giữa trạng thái an toàn và không an

toàn của kết cầu được gọi là trạng thái giới hạn Nói cách khác, trạng thái giới hạn làsự lý tưởng hóa các hiện tượng hoặc sự việc không mong muốn xảy ra Nói chung,trạng thái giới hạn là trang thái mà kết cau không còn đủ độ an toàn theo tiêu chuẩn

Trạng thái giới hạn cực hạn ULS liên quan đến sự an toàn của con người và kết cấu.Theo Eurocode 7, trạng thái giới hạn cực hạn bao gồm sự mất cân băng, biến dạng dư,sự đứt gãy, mat ôn định và phá hoại do mỏi.

Trạng thái giới han sử dụng SLS liên quan đến công năng của kết cau trong quá trình

sử dụng bình thường và mức độ tiện nghi cho con người Trạng thái giới hạn sử dụng

có thé là phục hồi được (chăng hạn, độ võng) hoặc không phục hồi được (chăng hạn,khi kết câu đạt đến giới hạn chảy của vật liệu)

Thiết kế theo trạng thái giới hạn là kiểm tra cả mức độ an toàn và khả năng sử dụngcủa công trình theo hai trạng thái giới hạn trên Có hai điểm khác biệt chính giữa thiếtkế theo trạng thái giới hạn cực hạn với trạng thái giới hạn sử dụng là: [5]

- Nếu vi phạm trạng thái giới hạn cực hạn thì sẽ dẫn đến phá hoại kết cau và phải dỡbỏ công trình hoặc sửa chữa kết cầu công trình; nếu vi phạm trạng thái giới hạn sửdụng thì thường không phải phá bỏ công trình, mà có thể tiếp tục sử dụng lại nếubỏ những tác động gây ra sự vi phạm này Tuy nhiên, cũng cần phải xác định rõgiữa trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi và không phục hồi

- _ Tiêu chuẩn trang thái giới hạn cực hạn liên quan đến những thông số của kết cau vanhững tác động có liên quan; trong khi đó tiêu chuẩn trạng thái giới hạn sử dụng lạiphụ thuộc vào những yêu cau của khách hàng và người sử dụng (có thể mang tinhchất chủ quan), cũng như những yêu cầu về thiết bị thi công hoặc những phần tửphi kết cau (như tường bao che, bồn nước mái, ống khói, hệ thống đường ống

nuoc, ).

Tuy nhiên, không phải bat kỳ hiện tượng hay sự kiện nào cũng dé dang phân loại theotrạng thái giới hạn cực hạn hay trạng thái giới hạn sử dụng Chăng hạn, mức độ daođộng sàn nhà của nhà cao tầng khi chịu tác động gió: hiện tượng này rat dễ gây bat lợiđến sức khỏe của con người khi dang làm việc trong tòa nha và kế cả những vat dụngtrong nhà, nhưng van không gây ra phá hoại kết cau công trình

Ngoài ra, trong cùng một hiện tượng hay sự kiện xảy ra, người thiết kế phải kiểm tratrạng thái giới hạn sử dụng cho cau kiện nay và cũng phải kiểm tra trạng thái giới hạncực hạn cho cầu kiện khác Chăng hạn, khi xảy ra hiện tượng lún móng công trình khivượt qua giới hạn cho phép, người thiết kế phải kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụngcho kết cau móng và cũng phải kiểm tra lại trạng thái giới hạn cực hạn cho kết cầu bêntrên cũng như kết câu móng bên dưới, bởi vì khi lún rất dễ gây ra nứt của phần tử kếtcau công trình

chạm ), sự ảnh hưởng của môi trường và tính chất của kết cau xảy ra trong suốt quátrình tổn tại của công trình cũng phải được xem xét vào thiết kế bang cách lựa chọntình huống thiết kế phù hợp (chăng hạn như: tình huống lâu dài, tình huống tức thời,tình huống đặc biệt và tình huống động đất), các tình huống này đại diện cho mộtkhoảng thời gian nhất định mà có thé xảy ra trong suốt tuổi thọ công trình Nếu hai haynhiều tác động độc lập cùng xảy ra đồng thời, thì tổ hợp của chúng can phải xem xéttrong quá trình thiết kế Trong mỗi trường hợp t6 hợp tác động, cần giả định mức độvà trình tự ảnh hưởng của từng tác động thông qua việc sắp xếp thứ tự tác động củachúng, với mục đích thiết lập đường bao hệ quả tác động (là kết quả của tác dụng tảitrọng như: lực dọc, lực cắt, moment, ứng suất, biễn dạng) cần xem xét trong quá trình

thiệt kê.

Nếu các trạng thái giới hạn (được xem xét trong thiết kế) phụ thuộc vào thời gian(như: sự thay đổi của tác động và độ bên), thì khi kiểm tra kết cau phải xét đến yếu tốtuổi thọ công trình Điều nay nói lên rang, hệ quả tác động (theo thời gian, như: trangthái mỏi của kết cau) được xem như là một giá tri đặc trưng, giá tri nay được tích lũytheo thời gian trong tudi thọ công trình và cần được xem xét vào trong thiết kế

Dé tránh hoặc hạn chế xảy ra trạng thái giới hạn thì người thiết kế cần kiểm tra trạngthái giới han theo một hoặc nhiều phương pháp sau:

- Phuong pháp quan sat.

13 NHỮNG YÊU CAU THIẾT KE THEO EUROCODECó 4 yêu cau co bản khi thiết kế công trình theo tiêu chuân Eurocode như sau:

1 Một công trình khi được thiết kế và thi công để sử dung trong tuổi thọ công trìnhvới một mức độ tin cậy nhất định và kinh tế, thì phải đáp ứng được 2 yêu câu sau:- _ Phải chịu được tác động và những ảnh hưởng của tác động trong suốt quá trình sử

dụng và thi công (điều nảy liên quan đến những yêu cầu vẻ thiết kế theo trạng thái

giới hạn cực hạn ULS);

thái giới han sử dung SLS).

2 Thiết kế một công trình phải đảm bảo phù hợp với độ bền kết cấu (khả năng chịulực của kết cầu), công năng sử dụng và tuổi thọ công trình

3 Trong trường hợp cháy, độ bền kết cau (khả năng chịu lực của kết câu) phải đảmbảo những yêu câu trong một khoảng thời gian nhất định Yêu cầu này nhằm đảmbảo độ an toàn cho người sử dụng, kết cau phải đảm bảo an toàn trong một khoảngthời gian nhất định để con người có thể thoát ra khỏi công trình mà không ảnhhưởng đến sức khỏe

4 Công trình sẽ được thiết kế và thi công nhằm đảm bảo không bị phá hoại khi chịutác động của nỗ, va chạm và những ảnh hưởng khác do con người, yêu cau này liênquan đến độ cứng của kết cấu

Ngoài ra, khi thiết kế công trình phải tránh hoặc hạn chế những phá hoại tiềm an chocông trình thông qua một trong những điều kiện sau:

- _ Tránh, khử hoặc làm giảm đi những bat lợi cho kết cau khi làm việc;- _ Lựa chọn loại kết cấu ít nhạy với những tác động bat loi;

- _ Lựa chọn loại kết câu và cách thức thiết kế phù hợp để đảm bảo phần tử kết cầu saukhi đã bỏ những tác động bất lợi thì vẫn làm việc bình thường hoặc có thể bị pháhoại cục bộ trong phạm vi chấp nhận được;

- Không sử dụng những hệ thống kết cấu có thé bị sụp đồ mà không có cảnh báo

trước khi chịu những tác động:

- Cần kết nối các phân tử kết cầu lại với nhau, để có thé làm tăng độ cứng ôn địnhtong thé cho công trình

Dé dam ứng được những yêu câu trên thì cân phải:

- Lua chọn loại vật liệu phù hợp;

- _ Thiết kế phù hợp;- _ Phải có qui trình kiểm soát riêng biệt trong quá trình thiết kế, sản xuất, thi công va

sử dụng cho một dự án nhất định.L4 CÁC TINH HUONG THIET KE THEO EUROCODE

Trong thiệt kê, các tác động, su anh hưởng của môi trường và tinh chat của két cầu séthay đôi theo thời gian trong suôt quá trình tôn tại của công trình nên được xem xét

Theo Eurocode, có 4 tình huống thiết kế được phân loại như sau:(1) Tình huống lâu dài Tình huỗng này xảy ra trong điều kiện sử dụng thông thường

của kết cau Tình huống này có liên quan đến tuổi thọ thiết kế của công trình Tinhhuống này bao gồm các tác động như: tĩnh tai, gió, hoạt tai sử dụng,

(2) Tình huong tam thoi Tinh huống này xảy ra trong điều kiện tạm thời của kết cấu,chăng hạn như trong suốt quá trình thi công và sửa chữa công trình Trường hợpnày, người thiết kế cần phải xác định giá trị tác động đại diện

(3) Tình huống đặc biệt Tình huỗng này xảy ra trong các trường hợp không mongmuốn của kết cấu, chắng hạn: cháy, nỗ, va chạm đột ngột và phá hoại cục bộ Tìnhhuống này xảy ra trong một khoảng thời gian tương đối ngăn, nhưng không phải là

không xác định được.

(4) Tình huong động dat Tình huỗng này xảy ra khi công trình tổn tại trong khu vựccó xảy ra động đất Những tác động do tình huống này đều gây rất bat lợi đến sựlàm việc của kết cau công trình, có thé làm thay đổi ứng xử của các phan tử kết cầu

công trình.

Những tình huống thiết kế này nên được lựa chọn để bao gém tất cả các trường hợp,các nguyên nhân có thể đoán trước được, hoặc sẽ xảy ra trong suốt quá trình thi côngvà sử dụng kết cau Thông thường, tình huống thiết kế tam thời sử dụng mức độ tincậy thấp hơn thông qua sử dụng giá trị hệ số riêng nhỏ hơn so với tình huống thiết kế

trạng thái giới hạn cực hạn ULS và trạng thái giới hạn su dụng SLS.

1.5.1 Trang thái giới hạn cực hạn (ULS)

Trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đền sự sụp đô và những hình thức phá hoại kêtcâu tương tự khác, trạng thái này cũng liên quan đên độ an toàn của con người và củakêt cầu.

Trạng thái giới hạn STR bao gom pha hoại nội tại hay chuyển vị lớn của kết cấu hoặcphan tử kết cấu, khi đó cường độ của vật liệu kết cầu đóng vai trò quan trọng dé chốnglại STR Dé trạng thái giới hạn STR không xảy ra thì hệ quả tác động thiết kế Eg phảinhỏ hơn hoặc bằng độ bên thiết kế tương ứng Rụ:

E,<R, (1.1)

Trái ngược với thiết kế kết cau, những tác động địa kỹ thuật và độ bên đất nền khôngthé tách biệt được: thường thi tác động địa kỹ thuật phụ thuộc vao độ bền đất nên,chang han, ap luc dat chu dong, và cũng có khi độ bền đất nên lại phụ thuộc vào tácđộng, chăng hạn, khả năng chịu tải của móng nông phụ thuộc vào tác động lên móng.Có nhiều cách khác nhau để xét đến mối tương quan giữa các tác động đất nền với độbên Do đó, EN 1997-1 dé nghị 3 phương pháp thiết kế (DA) để kiểm tra phá hoạitrong đất (GEO) và trong kết cau (STR)

1.5.2 Trang thái giới han sw dụng (SLS)

Trạng thái giới han sử dụng liên quan đến điều kiện str dụng thông thường của côngtrình Đặc biệt, chúng liên quan đến công năng của công trình hoặc phan tử kết cấu,

mức độ tiện nghi cho người sử dụng và phương thức thi công Trang thái này có xét

đến hệ quả tác động theo thời gian, do đó cần phải phân biệt giữa hai loại trạng thái

giới hạn sử dụng sau:

(1) Trạng thái giới hạn sử dụng không phục hồi, là những trạng thái giới hạn tồn tạilâu dài ngay cả khi đã gỡ bỏ những tác động gây ra trạng thái đó, chang hạn: sự pháhoại cục bộ lâu dài hoặc chuyền vị bat lợi lâu dài

(2) Trạng thái giới hạn sử dụng phục hoi, là những trạng thái giới hạn sẽ không còntồn tại nữa khi những tác động gây ra chúng được gỡ bỏ, chang hạn: vết nứt trongnhững cầu kiện dự ứng lực, độ võng tạm thời, hoặc độ dao động

Những yêu cau về kha năng sử dụng của kết cau can xét đến yếu tổ mức độ vi phạm,tần xuất vi phạm và khoảng thời gian xảy ra vi phạm trạng thái giới hạn Nói chung, cóba loại trạng thái giới hạn cần áp dụng là:

(1) Không chấp nhận xảy ra vi phạm;(2) Chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn va tần xuất nhất định:(3) Chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài

Những tiêu chuẩn về khả năng sử dụng (SLS) cần kết hợp với những tác động tương

ứng với giá tri tác động đặc trưng, giá tri tac động thường xuyên va giá tri tac động tựa

hạn bên trên như sau:

(1) Té hop dac trung, néu nhu khong chap nhan vi pham xay ra;(2) Tổ hợp thường xuyên, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn va tan

xuất nhất định;(3) Tổ hợp tựa tĩnh, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài.Các trạng thái giới hạn sử dụng này ảnh hưởng đến hình dạng hoặc hiệu quả sử dụngcông trình, do đó can phải xem xét trong thiết kế, có thé tóm tắt như sau:

(1) Biến dạng lớn, chuyển vi, lún và nghiêng đều ảnh hưởng đến hình dạng của côngtrình, mức độ tiện nghi cho người sử dụng va công năng của công trình, và có thégây bat lợi cho các cau kiện hoàn thiện và các phân tử phi kết cau;

(2) Dao động (bao gom: gia tốc, biên độ và tần số) đều có thể gây ra bat tiện cho conngười và ảnh hưởng đến công năng của công trình

(3) Phá hoại (bao gồm: phá hoại cục bộ và nứt) ảnh hưởng đến hình dạng, tuổi thọ

hoặc công năng công trình.

Khi thiết kế theo trạng thái giới hạn thì có nghĩa là sẽ cho phép xảy ra trạng thái giớihạn sử dụng với giá trị đủ nhỏ Khi đó, trạng thái giới hạn sử dụng có thể được kiểm

tra theo 2 cách như sau:

(1) Bang cách tính toán hệ số tác động thiết kế Ey (như: biến dạng, lún lệch, daođộng ) và sau đó so sánh với các giá tri giới hạn Cụ theo bat phuong trinh sau:

E, <C, (1.2)

(2) Băng phương pháp đơn giản, dựa trên kinh nghiệm tương quan.Các giá tri thiết kế của tác động và tính chất vật liệu thường băng với giá tri đặc trưngkhi sử dụng để kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng SLS Trong trường hợp lúnlệch, phải sử dụng Module biến dạng đặc trưng cận trên và cận dưới để xem xét cácbiến đổi cục bộ trong đất

VỀ mặt lý thuyết, các giá tri biến dạng giới hạn sẽ được chỉ định như là các yêu cầuthiết kế cho mỗi kết câu móng và tiêu chuẩn sẽ liệt kê các thành phần liên quan khithiết lập các chuyển vị giới han Các giá trị giới hạn cũng có thé được điều chỉnh déphù hợp với thực tế và kinh tế hơn cho từng loại công trình

Có thể thay thế việc kiểm tra khả năng sử dụng băng tính toán, ta có thé sử dụng mộtphương pháp đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo răng cường độ đất nền được huy động đủ

tương tự Phương pháp này thường áp dụng cho các loại công trình thông thường và

loại móng thông thường trong các điều kiện đất nền tương đối ít phức tạp.L6 CÁC PHƯƠNG PHAP THIET KE NEN MONG THEO EUROCODEDua vào các biéu thức:

Các biểu thức trên khác nhau về cách phân phối hệ số riêng giữa tác động, tính chấtđất nền và độ bên Từ đó, sẽ có các t6 hợp khác nhau theo biểu thức nay, do đó cũngcó nhiều cách khác nhau để đưa hệ số riêng vào hàm số E và R của bất phương trìnhEq < Rg, điều này dẫn đến thành lập 3 phương pháp thiết kế (DA) được sử dụng trongEN 1997-1 Việc lựa chọn phương pháp thiết kế (DA) còn tùy thuộc vào từng QuốcGia Các van dé thiết kế khác nhau sẽ được giải quyết bằng các phương pháp thiết kếkhác nhau Việc lựa chọn hệ số riêng theo từng phương pháp thiết kế (DA) cũng tùythuộc vào từng Quốc Gia

Cách kết hợp các hệ số riêng để rút ra hệ quả tác động thiết kế và độ bên theo bấtphương trình Ea< Ra sẽ được trình bày dưới dang ký hiệu, chắng hạn, AI + MI +R1 Nghia là, hệ SỐ riêng cho tác động yp hoặc hệ qua tác động yg được trình bay bởiký hiệu A va được chỉ định trong phụ lục A của EN 1997-1, ký hiệu + chi rằngchúng được sử dụng tổ hợp với; hệ SỐ riêng yy cho các thông SỐ cường độ (vật liệu)

Khi sử dụng hệ số riêng M1 thì ám chi rằng những thông số đất nên thiết kế bằng vớithông số đất nền đặc trưng Kết quả là các tác động đất nên thiết kế, hệ quả tác độngthiết kế và độ bên thiết kế déu tính toán sử dụng hệ số riêng MI thì được xem như làtính toán từ các giá tri đặc trưng, vì chúng được tính toán từ các thông số đất nên thiếtkế với hệ số riêng bằng 1.0.

1.5.1 Phương pháp thiết kế 1Thiết kế sẽ kiếm tra phá hoại trong đất và trong kết cau tách biệt băng cách sử dụnghai tô hợp hệ số riêng khác nhau

Các hệ số riêng được áp dụng cho nguồn gốc phát sinh, chăng han, cho tác động đạidiện và cho các thông số cường độ đất nền đặc trưng (như c và tan hoặc c,), sửdụng biểu thức Ry = RyrEiep: Xx/ym; 4a} Tuy nhiên, ngoại trừ thiết kế cọc va neo, cóthể sử dụng hệ SỐ riêng cho độ bền dé đo hoặc tính toán theo biểu thức Ry = RyrEiep:

1.5.1.2 Tổ hợp2:Các hệ số riêng được tổ hợp theo A2 + M2 + RI Mục đích là dé thiết kế an toàntheo các tính chất cường độ đất nên đặc trưng và sự không chắc chăn trong mô hìnhtính toán, trong khi đó, tĩnh tải thiết kế bang với tĩnh tải đại diện và hoạt tải bất lợithiết kế lớn hơn hoạt tải bất lợi đại diện Vì thế, đối với tác động (hoặc hệ quả tácđộng), khi tính toán theo tô hop 2 thì sử dụng A2 của bảng A.3, phụ lục A trong EN

1997-1 (chăng han, yc = 1.0 đối với tinh tải bất lợi và có lợi, yo = 1.3 đối với hoạt tảibat lợi và yo = 0 đối với hoạt tải có lợi) Đối với độ bền đất nên, tính toán yêu cầu sửdụng M2 của bảng A.4 và R1 của bang A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14, phụ luc A

trong EN 1997-1.

Dé thiết kế coc và neo, độ bên thiết kế được tinh toán sử dung M1 của bảng A.4, phụlục A của EN 1997-1 (yy = 1.0) và hệ số riêng R4 từ bảng A.6 đến A.8 hoặc A.12 củaphụ lục A, EN 1997-1 Các tác động bat lợi thiết kế lên coc và neo cũng được tínhtoán băng cách sử dụng hệ số riêng A2 và M2

Trong thiết kế, không phải lúc nào cũng áp dung tat cả các tổ hợp Thông thường, khithiết kế địa kỹ thuật thì dùng tổ hợp 2, thiết kế kết câu dùng tổ hợp 1 Vì vậy, thôngthường trong thiết kế địa kỹ thuật, dùng tổ hợp 2 để xác định kích thước của các phầntử địa kỹ thuật, sau đó dùng tô hợp 1 để kiểm tra lại các kích thước này Cũng tươngtự, sử dụng tổ hợp 2 để xác định cường độ phan tử kết cầu, và sử dụng tổ hợp 1 đểkiểm tra lại chúng

1.5.2 Phương pháp thiết kế 2Trong phương pháp nay, chi sử dung một loại t6 hop các hệ số riêng dé tính toán kiểmtra trạng thái giới hạn cực hạn trong đất và trong kết cầu Sử dụng tổ hợp các hệ SỐriêng AI + MI + R2 Các hệ số riêng áp dụng cho tác động đất nên và tác động kếtcầu đều giống nhau Các hệ số riêng áp dụng cho độ bên đất nên và hoặc cho tác độnghoặc cho hệ quả tác động Kết quả thu được sẽ khác nhau khi áp dụng hệ số riêng cho

Chú ý rang, yg là hệ số tổ hợp, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa tĩnh tải với hoạt tải Thừa sốYr-Ya cũng phụ thuộc vào tỷ số này, nhưng hệ số an toàn tong thé truyền thống | lại

độc lập với chúng.

1.5.3 Phương pháp thiết kế 3Trong phương pháp thiết kế này, chỉ sử dụng một loại tổ hợp hệ SỐ riêng dé tính toánkiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn trong đất và trong kết cầu Sử dụng tổ hợp các hệsố riêng (Al hoặc A2) + M2 + R3 Các tác động đặc trưng xuất phát từ kết cau (tácđộng kết câu) sẽ được nhân với hệ số Al trong bảng A3 Các tác động thiết kế xuấtphát từ đất nền hoặc thông qua đất nền (tác động địa kỹ thuật) sử dụng hệ SỐ riêng chocường độ đất nền M2 trong bảng A.4 Độ bên thiết kế của đất nên được rút ra bằngcách áp dụng hệ số riêng M2 trong bảng A.4 cho các thông số cường độ đất nên và hệsố riêng cho độ bền R3 trong bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14 của phụ luc A, EN

1997-].

L7 NHẬN XÉTChương I này trình bày những đặc điểm chủ yếu và trọng tâm về các van dé cần phảixem xét khi thiết kế công trình theo tiêu chuẩn Eurocode Đây là những yêu cầu cơbản, người thiết kế phải năm rõ dé vận dụng Tat cả các yêu cầu này đều được dé cậpcụ thể trong tiêu chuẩn Eurocode 0

Chương H

TAC DONG, TO HỢP TÁC ĐỘNG VA ĐỘ BEN THIẾT KE

H.1 TÁC ĐỘNGLL1.1 Tổng quan về tác độngEurocode định nghĩa tải trọng là tác động, tô hợp tải trọng chính là tô hợp tác động

Theo Decoding Eurocode 7 cua Adrew Bond & Adrew Haris, việc su dụng từ “tác

động” dé mô tả tải trong (và những dai lượng khác gây ra tải trọng) xuất phát từ định

luật III Newton: [4]

“Với môi tác động luôn luôn có một phản lực tương ứng”

Trong Eurocode, thành phần “phản lực” nay chính là hệ quả tác động Do đó, cácthành phan liên quan đến tải trọng theo Eurocode bao gồm: tác động, to hop tác động

và hệ quả tác động.

Phân loại tác động theo EN 1990 nhằm cung cấp các mô hình tác động cơ bản và cóthể kiểm soát được mức độ tin cậy của kết cầu Mục đích của sự phân loại này là xácđịnh sự giống nhau và khác nhau giữa các tác động đặc trưng để từ đó có thể sử dụngcác mô hình tác động lý thuyết và các yếu t6 độ tin cậy vào trong thiết kế Một môhình tác động hoàn thiện có thể mô tả một vài tính chất của tác động như: độ lớn, dấu,phương chiều và thời gian tồn tại

Việc phân loại tác động và những ảnh hưởng của môi trường có xét đên các yêu tô

sau:

(1) Sự biến đổi theo thời gian;(2) Hình thức tác động (trực tiếp hay gián tiếp);(3) Sự biến đối theo không gian (có định hay tự do);(4) Bản chất của kết cầu (tĩnh và động)

Phân loại tac động dua vào sự bién đổi theo thời gian:(1) Tinh tai G, la tai trong tac dung suốt công trình, giá tri biến đôi độ lớn của tác động

theo thời gian có thể bỏ qua, sự biến đổi phương tác dụng là giống nhau (đănghướng) cho đến khi đạt đến giá tri cực hạn của tác động Chăng hạn, trọng lượngbản thân kết cấu hoặc trọng lượng thiết bị cố định hay mặt đường: bao gom canhững tác động gián tiếp gây co ngót bê tông hoặc lún lệch

(2) Hoạt tải Q, là tải trọng có thé thay đối cả về độ lớn lẫn phương chiều tác dụng.Chang hạn, tải tác dụng lên sàn nhà hoặc bản mặt cau, tải gió

(3) Tải đặc biệt A, là tải trọng xảy ra tương đối ngắn nhưng giá trị rất lớn, tác độngngẫu nhiên lên kết cau trong quá trình tồn tại của công trình Chang hạn, cháy, nỗhay va chạm đột ngột Tác động do động đất cũng được xem là tác động đặc biệt,

ký hiệu Ag.

Việc phân loại này rất hữu dụng để thiết lập tổ hợp tác động Tuy nhiên, những cáchphân loại khác cũng đóng vai trò quan trọng dé đánh giá giá trị đặc trưng của tác động.Trong nhiều trường hợp, những quyết định của kỹ sư là rất cần thiết để xác định bảnchất của một vài tác động, chang han, trọng lượng ban thân cầu trục là tĩnh tải, nhưngtải trọng nâng có thể là hoạt tải Việc này rất quan trọng khi lựa chọn hệ số riêng trongtổ hợp tác động

Phân loại dua vào hình thức tac động:

Nhăm phân biệt giữa tác động trực tiếp với tác động gián tiếp, tác động trực tiếp thì tácdụng trực tiếp lên kết cau và thường được sử dụng để xác định những tính chất độc lậpcủa kết cầu hoặc ứng xử của kết cấu Hiện tượng co ngót trong bê tông là một loại tácđộng gián tiếp, nhưng hiện tượng từ biến trong bê tông không là tác động bởi vì từbiến là hệ quả của tác động Lún lệch cũng được xem là tác động gián tiếp

Phân loại theo sự biến đổi không gian:Bao gdm tac dong tu do va tac dong cố định Tác động tự do là tác động mà có thê tácdụng lên bat ky vi trí nao cua kết cầu trong một phạm vi nhất định, chăng hạn như tảitrọng giao thông trên đường và cầu Trái ngược với tác động tự do là tác động cô định,chung chỉ tác dung tại một vị trí cô định đã được chỉ định sẵn như trọng lượng của cácthiết bị cố định: cầu trục cố định

Phân loại dựa trên bản chất tác động hoặc ung xu cua kết cấu: được chia thành 2 loại

Thông thường, hệ qua của tải trọng động được xem như là tac động tựa tinh vì lam

tăng thêm hoặc tạo ra thêm tải trọng tĩnh lên kết cầu Một vài loại hoạt tải (tinh hoặc

động) đã tạo nên ứng suât biên thiên làm xuât hiện hiện tượng mỏi trong vật liệu kêt

cấu.EN 1990 cũng xem xét đến những ảnh hưởng của môi trường xung quanh kết cau như

hóa học, lý học và sinh học như là một nhóm tác động riêng biệt Những ảnh hưởng

này thông thường là những tác động cơ học; đặc biệt chúng có thé được phân loại theomức độ thay đối theo thời gian như tĩnh tải (chăng hạn, tác dụng của hóa chất), hoạt tải(chăng hạn, ảnh hưởng của nhiệt độ và độ âm) và tải trọng đặc biệt (chăng hạn, hiệntượng lan rộng xâm thực của hóa chất) Nói chung, những tác động của môi trường cóthé gây ra hiện tượng lão hóa của vật liệu theo thời gian và có thé làm giảm mức độ tincậy dan dan của kết cấu

Trong thiết kế địa kỹ thuật, một điều rất quan trọng mà người thiết kế cần xác định rõlà phải xác định chính xác tác động thuộc về đất nên hay tác động thuộc về kết cau Vìnguồn gốc của mỗi loại tác động sẽ quyết định đến hệ số riêng được áp dụng chochúng khi xét hệ quả tác động Chính vì vậy, trong thiết kế nền móng, ta phải xác địnhđược nguôn gốc của tác động đất nên

11.1.2 Tac động thuộc về đất nềnTrong thiết kế địa kỹ thuật, các tác động sau cần xem xét: dung trọng đất, đá và nước;ứng suất trong đất; áp lực đất; áp lực nước tự do, bao gồm cả áp lực sóng nước; áp lựcnước ngâm; áp lực thấm; tĩnh tải và hoạt tải do kết cấu bên trên; tải phân bố mặt đất:lực neo; dở tải đất, bao gồm cả đào đất; tải giao thông: tải trọng do khai thác khoángsản, công trình ngâm; trương nở và co ngót do sự thay đối của khí hậu hoặc độ âm:chuyển vị do trượt hoặc lún của khối đất; chuyên vị do phong hóa, phân tán, nén lại vàgiản nở; chuyến vị và gia tốc do động đất, nỗ, dao động và tải trọng động; ảnh hưởngcủa nhiệt độ, bao gồm cả tác động gây đóng băng: ứng lực trước của neo và giằngtrong đất; ma sát âm

Trong thiết kế móng cọc, tĩnh tải và hoạt tải từ kết câu bên trên, tai phân bó bề mặt vàtải giao thông, chuyển vị của đất nền là những tác động thường xuyên cần được xemxét trong thiết kế Thông thường, trong thiết kế móng cọc có sự tách biệt giữa thiết kế

cọc chịu tải đứng với cọc chịu tải ngang.

Những tác động do chuyển vị của đất nên:Những tác động gây ra do chuyền vị của đất nền déu ảnh hưởng đến móng cọc, vàthường dẫn đến sự tương tác giữa đất với kết cau móng Các loại chuyển vị đất nênđiển hình cần xem xét như: lún do ma sát âm (chăng hạn, ma sát âm dọc theo thâncọc); hiện tượng trồi lên của dat do đây trồi; chuyển vị ngang của dat do tải ngang

Các phương pháp thiết kế cọc thường xem các chuyển vị này là tác động tác dụngthêm lên cọc Để đảm bảo an toàn, các thông số độ cứng và độ bên của đất nên phảilay gia tri can trén That vay, chon gia tri can trén để tính toán sẽ là trường hợp an toànnhất để đánh giá những ảnh hưởng bất lợi của chuyển vị đất nên đến cọc.

Eurocode 7 yêu cầu phải sử dụng một trong hai phương pháp sau dé thiết kế móng cọcchịu tải do chuyển vị ngang của đất nên:

(1) Hoặc xem chuyển vị đất nền như là một tác động được đưa vào tính toán thiết kếthông qua phân tích tương tác giữa đất nền với cọc; đây là phương pháp phân tíchdựa vào đường cong í-z và p-y (trong đó, z và y là chuyển vị tương đối của cọc sovới đất nên; f là thời gian; p là tải trọng tác dụng)

(2) Hoặc xem chuyển vị đất nền như là một tác động tac dụng thêm lên coc Gia trinày phải lấy giá trị cận dưới của tác động đặc trưng

Ma sát âm:

Thông thường khi thiết kế cọc chịu ma sát âm là đánh giá giá trị lớn nhất của ma sátâm Tuy nhiên, việc xác định gia tri lớn nhất có thể của lực ma sát âm là hơi phi lý, đặcbiệt khi độ lún của đất nên nhỏ hoặc chiều dày của lớp đất gây ma sát âm tương đốimỏng Trong những tình huống này, cần phân tích tương tác giữa đất nên xung quanhvới cọc Mục đích của sự phân tích nay là xác định điểm trung hòa trong lớp đất cóxảy ra ma sát âm, là vi trí mà tại đó độ lún cua đất nền băng với độ lún của cọc, nghĩalà lực tương tác giữa đất nền với thân cọc từ lực ma sát âm làm cọc lún thêm chuyểnthành lực ma sát dương chống lại độ lún của cọc Phương pháp này sử dụng đườngcong í-z dé phân tích lực ma sát âm

Cần đánh giá thận trọng giá trị cận trên của các thông SỐ cường độ đất nền khi xácđịnh tác động tiêm An tác dụng lên cọc do ma sát âm Trong trường hợp này, cường độđất nên sẽ làm tăng thêm tải trọng tác dụng lên cọc Do đó, khi thiết kế cần xem xét giátrị cận trên của cường độ đất nền khi xác định tác động thiết kế và giá tri cận dưới cuacường độ đất nền khi xác định độ bên

Tải ngang:

Trường hợp này cũng thường xảy ra khi cọc chịu tải ngang do chuyền vị ngang của đấtnên Các tình huống thiết kế sau cần được xem xét khi cọc chịu tải ngang như sau: sựchênh lệch về sự phân bồ tải bề mặt xung quanh cọc (chăng hạn, móng cọc gan khéidat dap): dao dat gan móng coc (chang hạn, móng cọc gan mặt trượt); móng cọc đượcthi công gần mái dốc; cọc nghiêng; cọc trong vùng có động đất Trường hợp này rấtpho biến đối với móng cọc ở mồ trụ cầu Eurocode 7 yêu cau phân tích tương tác giữa

đất với cọc khi coc chịu tải ngang Sử dung ly thuyết dam kê trên những lò xo đàn hồiđược đặc trưng bởi module đàn hồi ngang của phản lực đất nên.

11.1.3 Phan biệt giữa tác động có lợi với tác động bat lợiEurocode nhấn mạnh cần phân biệt giữa tác động có lợi (ôn định) và tác động bat lợi(mất ôn định), được phản ánh thông qua hệ số riêng yp áp dụng cho từng tác động.Những tác động bat lợi (gây mat ôn định) sẽ được tăng lên thông qua hệ số riêng(chăng hạn, yg> 1) và những tác động có lợi (ôn định) được giảm xuống hoặc khôngđổi (chang hạn, y;< 1) Các giá trị hệ số riêng này được trình bay trong phan Bang tra

hệ so.

LL1.4 Tác động đặc trưng

Tắt cả các tác động (bao gồm các ảnh hưởng của môi trường) đều được đưa vào trongtính toán thiết kế dưới dạng tác động đại diện Hầu hết các tác động đại diện F;¿„ đềuxuất phát từ tác động đặc trưng F, Các giá tri này phụ thuộc vào dữ liệu có san hoặckinh nghiệm, các giá tri đặc trưng đều được chỉ định trong các tiều chuẩn Eurocode là

những giá tri trung bình, giá tri cận trên hoặc cận dưới hoặc giá tri danh định (giá tri

danh định là giá trị không phải được xác định từ phương pháp xác suất thống kê, lànhững giá trị được chỉ định trong tiêu chuẩn thiết kế, hoặc trong những qui định thiếtkế, hoặc trong những chỉ định thiết kế riêng cho một dự án đặc biệt nào đó, các tácđộng loại này thường được sử dụng trong tình huống thiết kế đặc biệt) Ngoại trừ mộtvai tác động được chỉ định riêng trong thiết kế hoặc do cấp có thâm quyên chỉ định,còn phan lớn các tác động đều được hướng dẫn trong EN 1990 va EN 1991

Tĩnh tải:

Liên quan đến việc xác định tĩnh tải G, đặc biệt là xác định trọng lượng bản thân củacác loại vật liệu truyền thống, thì có thể sử dụng dữ liệu thống kê để xác định Nếumức độ biến động của tĩnh tải là nhỏ, thì có thể sử dụng một giá trị tĩnh tải đặc trưng

G, Thường thi G, là giá tri trung bình.

Khi độ biên động của tinh tải lớn, thi có thê sử dung hai giá tri của tinh tải: giá tri cậntrên Gx sụp và giá trị cận dưới Gyine.

Độ biến động của tĩnh tải được giả định là nhỏ nếu hệ số biến động trong suốt quátrình tồn tại (tuổi thọ thiết kế) của công trình là không được lớn hơn 0.05+0.1 và phụthuộc vào loại kết cầu Giá trị biến động này áp dụng cho trọng lượng bản thân kết cầucủa các công trình dân dụng Đối với công trình cầu, đặc biệt là cầu nhịp lớn, hệ SỐbiến động cho trọng lượng bản thân có thé lớn hơn, chắng hạn 0.02+0.05

Tuy nhiên, nêu két cau rat nhạy với độ biên động cua tinh tải (chăng han, kêt câu bêtông dự ứng lực), thì cần xem xét đên hai giá tri của tĩnh tải (cận trên và cận dưới),thậm chí nêu hệ sô biên động là nhỏ thì cũng phải xem xét cả hai giá trị này.

Đối với trọng lượng ban than, chỉ sử dụng một giá tri, Œ¡ được giả định là giá tri trungbình uc, tính toán dựa trên kích thước danh định và khối lượng riêng trung bình,những giá trị tĩnh tải được cung cấp trong EN 1991-1-1 — Dung trọng, khối lượng

riêng và hoạt tai tac dụng lên công trình nhà Trong các trường hợp khác, thì sử dụng

hai giá trị: giá tri cận dưới Gx inp và giá tri cận trên sụ; tương ứng với điểm phân vi5% và 95% Trọng lượng bản thân được xác định theo biểu dé phân bố chuẩn Gause

Hình IT 1: Xác định giá trị đặc trưng cận dưới (Xx inr) và cận trên (Xx sup) dựa trên

phân bô chuân [6]

Đối với tĩnh tải, các giá trị cận trên Gx sup và cận dưới Gx ing được xác định như sau:

Gy ing = Hg—l.640, = Ug (1-1.64V, )

Gy uy = Mgt 640, = Ug (1+1.64V, )k,sup

(11.1)

Trong đó, tig — giá trị trung bình của tĩnh tai; Vg — hệ số biến động, đối với tinh tải

thường chọn Vg = 0.1, nghĩa là tĩnh tải Gx ing và Ốt sup sẽ nhỏ hơn và lớn hơn 16.4% sovới giá tri trung bình hạ.

Trong một vài trường hợp đặc biệt (chăng hạn, kiểm tra 6n định lật và kiểm tra Cườngđộ của tường chan) thì sử dung cả hai giá trị cận dưới Gr¡„r và cận trên Gxsup để thiếtTải dự ứng lực là loại tải đặc biệt và được xem như là một tĩnh tải Tĩnh tải do ứng suấttrước P có thé là kiểm soát về lực (chăng hạn, ứng lực do kéo cáp ứng suất trước) hoặckiểm soát về biến dạng (chăng hạn, ứng suất trước do chuyển vi cưỡng but tại gối tựa).Tuy nhiên, về mặt hình thức, thì ứng lực P là một loại tác động phụ thuộc vào thời

gian (đơn điệu) và giá trị đặc trưng cũng phụ thuộc vào thời gian.

Hoạt tai:

Hau hết các hoạt tải đặc trưng Q, được xác định thông qua phương pháp xác suấtthống kê Trong một vai trường hop, giá trị đặc trưng này có thé là giá trị danh định.Theo phương pháp thống kê, hoạt tai đặc trưng Q, có thé là giá trị cận trên (phổ biếnnhất), hoặc là giá trị cận dưới

Tác động đặc biỆt:

Các dữ liệu thống kê cho tác động đặc biệt thì rất ít so với tĩnh tải và hoạt tải Giá trịthiết kế Ay nên được chỉ định cho từng dự án; đối với tác động động đất được chỉ địnhtrong EN 1998 — Thiết kế công trình chịu động đất Chú ý rang:

- Tac động động đất được chỉ định trong EN 1998 — Thiết kế công trình chịu độngđất

- Tai trọng đặc biệt do cháy được chỉ định trong EN 1991-1-2 — Tác động lên kết cầu

do cháy.

- N6 hay va chạm được chỉ định trong EN 1991-1-7 — Tac động đặc biệt do va chạm

và nồ.

H.I.5 — Hoạt tải đại diện

Bên cạnh tác động đặc trưng, EN 1990 cũng đưa ra hoạt tải đại diện Có 3 loại hoạt tải

đại diện thường được sử dụng: giá trị tổ hợp woQy, giá trị thường xuyên w¡Qy và giá trịtựa tinh woQ, Các hệ SỐ Wo, W¡ và Wo là những hệ SỐ giảm hoạt tải đặc trưng, nhưng có

thiết kế đặc biệt của trạng thái giới hạn cực hạn và các tổ hợp của trạng thái giới hạnsử dụng), thì các hoạt tải đầu tiên và các hoạt tải tiếp theo đều sử dụng hệ SỐ VW Néugặp khó khăn trong việc quyết định đâu là tac động đầu tiên thì người thiết kế cần phải

so sánh tương quan giữa chúng với nhau.

Các giá trị của 3 hệ số riêng Wo, wị và Wo cho công trình dân dung được đưa ra trongphân Bảng tra hệ số

Việc áp dụng các hệ sỐ này để kiểm tra các trạng thái giới hạn cực hạn và trạng tháigiới hạn sử dụng được tóm tắt trong bảng sau:

Bang II 1: Ap dung hé SỐ wy cho hoạt tải đầu tiên và hoạt tải tiếp theo của trạng thái

giới hạn cực han va trang thái giới han sử dụng [6]

Trạng thái | Tình huống thiết

giới hạn | kế hoặc tổ hợp ‘Yo Vi W2

Lâu dài và tạm thoi] tiếp theo " NI dau tiên) và

-Cuc han |Đặc biệt - (dau tién) ( )tiếp theo

Động dat - - tat ca hoat taiDac trung tiép theo - -

Su dụng [Thường xuyên - đầu tiên tiếp theo

Tựa tĩnh - - tat ca hoat taiGiá trị tổ hợp woQ, kết hợp với tô hợp tác động theo trang thái giới han sử dung khôngphục hồi (như: nứt trong kết cau bê tông, lún, chuyên vị ngang, góc xoay, ) và trangthái giới hạn cực hạn để làm giảm xác suất Xảy ra đồng thời của một vài tác động độclập bat lợi Đối với công trình dân dung, thông thường lấy yo = 0.7 cho một vài tác

động.

Giá trị thường xuyên w¡Q, kết hop với tổ hợp thường xuyên trong trạng thái giới hansử dụng và cũng được sử dụng để kiểm tra tình huống thiết kế đặc biệt theo trạng tháigiới hạn cực hạn Cả hai trường hợp trên, hệ số giảm Vị đều nhân cho hoạt tải đầu tiên.Mục đích chính của giá tri tựa tĩnh w2Q, là để đánh giá hiệu ứng dài hạn, chăng hạnhiệu ứng từ biến trong kết cau cau bê tông dự ứng lực Tuy nhiên, chúng cũng được sửdụng như là những hoạt tải đại diện trong tổ hợp tác động đặc biệt và động đất (trạngthái giới hạn cực hạn) va dé kiểm tra những tổ hợp thường xuyên và tựa tĩnh (hiệu ứngdài hạn) của trạng thái giới hạn sử dụng Thông thường, hệ SỐ yo tuong đối nhỏ, changhạn, đối với công trình văn phòng thì giá tri yo = 0.7, ự¡ = 0.5 va wo = 0.3

Giá tri đại diện WoQk, WiQk và W2Q, và các giá trị đặc trưng khác sẽ được sử dụng đểxác định giá trị thiết kế của tác động và tổ hợp tác động Việc áp dụng chúng để kiểm

tra các trạng thái giới hạn cực hạn và các trạng thái giới hạn sử dụng đã được trình bàybền trên.

11.1.6 Tac động thiết kếGiá trị thiết kế Fy của một tác động F được trình bày như sau:

F,=7; Fy (11.2)

Tác động dai diện EF;¿; sẽ được su dụng trong tô hợp tác động Đó có thé là tác độngđặc trưng F, (chăng hạn, giá trị đại diện chính), giá tri tổ hợp WoF,, giá tri thườngxuyên hoặc giá tri tựa tinh (w¡Fx, woF,) Do đó, EN 1990 chấp nhận ký hiệu giá trị đại

diện như sau:

F,, =WF, (13)Trong đó, y = 1 hoặc wo, w; hoặc wo: y; là hệ số riêng cho tác động có xét đến yếu tốbat lợi của tác động từ tác động đại diện

Một hệ thống các yếu tố an toàn (bao gom: hệ số y, hệ SỐ w và tác động đặc trưng F,)

chỉ áp dụng cho các trạng thái giới hạn khi giá tri tải trọng là dang tin cậy (tác động

một chiêu) Khi tác động là đa chiều thì chúng phải bao gồm nhiều thông số (chănghạn, các thong số về độ bền mỏi, độ lệch ứng suất Aơ, số chu kyN và hăng số độ dốccủa đường cong cường độ m), khi hệ quả của những thông số này là phi tuyến (chănghạn, XJAo;"N;), cả hai tác động đại diện và tác động thiết kế đều phụ thuộc vào cáchmà các thông số này ảnh hưởng như thế nào đến các trạng thái giới hạn Tùy thuộc vàotừng trường hop cu thé mà những nguyên lý chi tiết sẽ được chỉ dẫn trong Eurocode 1đến Eurocode 9

Trong một vải trường hợp, tác động thiết kế còn xét đến ứng xử của kết cầu Trong cáctrường hợp khác, chăng hạn như tác động động đất hoặc trường hợp tương tác giữa đấtnên với kết cấu thì tác động thiết kế nên phụ thuộc vào những thông số ứng xử của kếtcau

11.1.7 Hé qua tác động thiết kếHệ quả tác động E là ứng xử của phan tử kết cau (chăng hạn, nội lực, moment, ứngsuất hoặc biến dạng) hoặc toàn bộ kết cầu (chăng hạn, độ võng và góc xoay) khi tácđộng tác dụng lên kết cấu, khi đó ứng xử của kết cấu đối với các tác động sẽ tương

ứng với từng trạng thái giới hạn Hệ quả tác động E phụ thuộc vào tác động F, những

tính chất hình hoc a va có thé có tính chat vật liệu X Vi dụ, hệ qua tác động E dai diệncho moment uốn của một tiết diện phan tử kết cầu: moment uốn này do trọng lượngbản thân, hoạt tải, tải gió tác dụng lên kết cấu.

Khi không xét đến tính chat vật liệu, thì hệ quả tác động thiết kế Ea là một hàm số baogôm:

E,=yuEÄz,Fu„a,} vớii> | (L4)Trong đó, sq là hệ số riêng cho sự không chắc chắn của mô hình (mô hình hệ quả tácđộng hoặc mô hình tác động); ay là kích thước hình học thiết kế

Đối với thiết kế kết cau thông thường, nghĩa là mối tương quan giữa tac động với hệquả tác động là tuyến tính (đây là dang pho biến trong kết cau), thì phương trình trên

được rút gọn lại như sau:

E, =E\y;,F,rep,i?a,} voii>1 (11.5)Vol, Vr iV sal pi

Việc tách biểu thức yp = ysa.y; là rất quan trọng khi hệ số thiết kế riêng được thay thébởi việc mô phỏng bằng số của tác động và hệ quả tác động Chăng hạn, mô phỏng gióđộng ảnh hưởng đến công trình nhà, khi đó khối lượng của tinh tải và hoạt tải phải kết

hợp với gid, trong trường hợp nay thì chỉ áp dung yy.

Hệ số riêng yr¡ áp dụng cho toàn bộ hệ quả tổ hợp tác động khi tác động được nhânvới các hệ số tương ứng, thì có thể sử dụng phương trình sau:

E,= fob Tay với i> L6)

liPhương trình sử dụng hệ số thiết kế riêng trên được sử dụng trong phân tích phần tửhữu hạn hoặc cho một vài bài toán địa kỹ thuật, chang hạn dé tinh toán mái vomđường ham

Eurocode yêu cầu cần phân biệt giữa tinh tải có loi với tinh tải bat lợi: từ “có lợi” và“bất loi” nên dựa trên hệ quả tác động của chúng Nếu các tĩnh tải xuất phát từ cácnguồn gốc khác nhau thì chúng sẽ được nhân với các hệ số riêng khác nhau: YG sụp Chotĩnh tai bat lợi và yc inr cho tĩnh tải có lợi

Đối với thiết kế địa kỹ thuật:

Hệ quả tác động là một hàm số bao gồm trọng lượng bản thân, tính chat đất nền vàkích thước hình học Hai công thức sau là hai công thức tính toán hệ quả tác động thiếtkế khác nhau, phụ thuộc vào phương pháp áp dụng hệ số riêng Hệ số riêng áp dụng

cho tác động:

e Hoặc cho tác động đại diện Fre,:

e Hoặc cho hệ quả tac động E(F):

Ey = gE \ Foy X,! Via} (II.8)Trong đó, yp là hệ số riêng cho tác động: yy là hệ số riêng cho tính chat vật liệu; yp làhệ số riêng cho hệ quả tác động: ag là kích thước hình học thiết kế Thành phần X./ywđược đưa vào tính toán hệ quả tác động thuộc về đất nên, chăng hạn như áp lực đất

EN 1997-1:2004, phụ lục B giải thích việc sử dụng hai công thức trên tùy thuộc vào

từng phương pháp thiết kế như sau:Trong phương pháp thiết kế 1, yêu cầu kiểm tra hai t6 hợp riêng biệt với hai loại hệ sốriêng khác nhau Trong tổ hợp 1, các hệ số áp dụng cho tác động luôn luôn khác 1,trong khi đó hệ số áp dụng cho hệ quả tác động là băng 1 Do vậy, yr# 1 và ye = 1 sẽáp dụng cho cả hai phương trình trên Trong trường hợp đặc biệt (ví dụ, bề chứa chấtlỏng với mực nước cô định) thì yp = 1 và yg # 1 Trong tô hợp 2, yg luôn luôn bang 1,ve # 1 đối với hoạt tải (đối với tĩnh tải yp = 1) Do đó, ngoại trừ trường hợp đặc biệt,thì phương pháp thiết kế 1 chỉ sử dụng phương trình:

Ey = EY pF i XV ia} (II.9)

Trong phương pháp thiết kế 2, chỉ có một cách tính toán, các hệ số riêng có thé áp

dụng hoặc cho tác động hoặc cho hệ quả tác động, tùy thuộc vào cách tính toán và

từng Quốc Gia Khi đó, hoặc Ye# Ì và yp = Ì hoặc yg# 1 và yg = 1 Do yyy = I nên cóthé sử dụng một trong hai phương trình sau:

E,=ElyrF,„„:ÄX,:4„} (11.10)rep?

Hoặc, E, = 7 gE {Frys X 34a} (11.11)rep?

Trong phương pháp thiết kế 3, chi có một cách tinh toán Tuy nhiên, trong phươngpháp thiết kế này có một sự khác nhau giữa tác động Frep tu kết cau va tác động từ

hoặc thông qua đất nền X, Khi đó, vg# Ì và y:= 1 hoặc yg = 1 và yg# 1 Do đó, có thé

su dung mot trong hai phuong trinh sau:

E„, = E|rF,„„:X, lu ia} (II.12)rep?

Hoặc, E,=7yEtE„,:X,l7Zw:4„} (11.13)rep?

Trong đó,

Ea là hệ quả tác động thiết kế;

Fier là tác động đại diện;

X, là thông số đất nền đặc trưng:ay là kích thước hình học thiết kế:vp là hệ số riêng cho hệ quả tác động:yu là hệ số riêng cho thông số đất nên.H.2 TỎ HỢP TÁC ĐỘNG

Một công trình bình thường, khi làm việc sẽ chịu sự tác dụng của nhiều tác động, cáctác động này có thé tác dụng đồng thời hay cũng tác dụng xen kẽ, tác dụng phụ thuộchay tác dụng độc lập Do vậy, để xét được những tác động của chúng ảnh hưởng nhưthế nào đến sự làm việc của công trình, thì ta cần xét đến sự tương tác đồng thời hay

riêng lẻ giữa các tác động với nhau Mặc khác, các tác động này cũng gây ra những

ứng xử khác nhau của kết cau hay từng phan tử kết cau, từ đó ảnh hưởng đến kha năng

chịu lực hay công năng sử dụng của công trình Chính vì lẻ đó, tùy theo từng tình

huống thiết kế và loại tổ hợp tác động, tùy theo mục đích thiết kế mà ta có thể xétchúng thuộc loại tổ hợp theo trạng thái giới hạn cực hạn ULS hay trạng thái giới hạn

sử dụng SLS.

Ví dụ:

Dé minh họa rõ hơn về từng tổ hop theo ULS và SLS, ta xét một công trình dân dụng(nhà cao tầng), chịu tác dụng của tĩnh tải công trình, hoạt tải sử dụng, tải gió và tảiđộng đất

Để thuận tiện cho thiết kế cả phần kết cau và móng, ta sử dụng bảng A1.2(B) - tácđộng thiết kế (STR/GEO) để tô hợp tác động