CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN MÓNG CỌC BẰNG FB PIER

Dữ liệu của cọc được xem và chỉnh sửa bằng cách bấm chuột trái vào trên cata ong đoạn tự do, ta ặt cắt cọc/ Pile Cross Section Type loại cọc H-pile/Pipe, cọc chế tạo ile Cap Data xét đế

PHỤ LỤC : CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN

I.>Ví dụ 1: Tính cọc đơn chịu lực ngang

Cho cọc đơn chịu áp lực ngang như hình vẽ Cọc được đặt trong nền đất sét bên trên lớp cát hạt trung

1> Trình tự tính toán 1.1> Thiết lập các thông số đầu vào

1.1.1> Lựa chọn kết cấu và hệ đơn vị tính toán

+Vào File-> chọn New

thoại select new problem type chọn:

+ Structure Type: (loại kết cấu) Chọn Pile and cap only: cọc làm việc độc lập

+ Units: (Hệ đơn vị) Chọn SI(KPa,m) + OK

1.1.2> Thiết lập các thông số trong quá trình tính toán

+ Cửa sổ 1 cửa sổ khai báo thuộc tính cho kết cấu + Cửa sổ 2 mô hình mặt cắt cọc

+ Cửa sổ 3 mô hình các lớp đất + Cửa sổ 4 Mô hình 3D kết cấu

1.2>Nhập số liệu cọc và bệ móng

ồm :Hệ thống đơn vị, hệ trục tọa độ

1.2.1.

ta -> Chọn Pile & Cap

Hộp thoại Pile & Cap (chọn không bệ)

1 Nhập khoảng cách giữa các cọc/ Pie

cọc và các trục

ng cách các cọc theo phương X bằng 3 lần

n :3d khoảng cách các cọc theo phương Y bằng 3 lần

Các lưu ý khi nhập số liệu bao g

Nhập số liệu cọc:

+Từ cửa sổ Model Da+Nhập thông số cho cọc

l cap Gird Geometry

X – direction: 4 Theo phương x sẽ có 5 đường lưới

Y – direction: 4 Theo phương y sẽ có 4 đường lưới Spacing : (Xem và hiệu chỉnh khoảng cách giữa các tọa độ) Spacing -> Variable

+ X- direction :3d khoảđường kính cọc

+Y – directiođường kính cọc

Để loại bỏ 3 cọc (để tạo thành 1 cọc đơn) ta thay đổi số lượng các điểm

Thay đổi chiều dày bệ về 0

lưới theo phương X và Y về 1 Hình của cọc đơn này sẽ hiện như trong hình bên Chú ý rằng số lượng cọc trong Pile Edit (phía trên bên phải)

vả 3D (phía dưới bên phải) bây giờ chỉ còn 1 cọc

Dữ liệu của cọc được xem và chỉnh sửa bằng cách bấm chuột trái vào trên c

ata ong đoạn tự do, ta

ặt cắt cọc/ Pile Cross Section Type

loại cọc H-pile/Pipe, cọc chế tạo

ile Cap Data (xét đến trọng tâm bệ cọc)

ang: Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến

ọn Edit Pile Cap để hiệu chỉnh thuộc tính bệ

ọc trong cửa sổ Pile Edit Làm như vậy sẽ hiện ra cửa sổ hội thoại với

hệ toạ độ x y Trong ví dụ này, hệ toạ độ x và y được chọn về 0 như hình dưới Thông số cọc có thể được xem lại vào bất cứ lúc nào trong quá trình làm bằng cách bấm chuột vào cọc trong cửa sổ Pile Edit

2 Chia phần tử cọc trong phần tự do/ Pile Length D

Tip Elev : Chiều sâu mũi cọc.Ta nhập số liệu -19m Nodes in Free length: Số lượng nút của phần tử trchọn là 5

3 Nhập m

Full Cross Section: dạng mặt cắt đầy đủ Edit Cross Section: hiệu chỉnh mặt cắt cọ Trong ví dụ này ta chọn Full Cross Section

4 Chọn loại cọc tiêu chuẩn / Pile Sha

ase

H-Pile /Pipe Pile : Mặt cắt dạng chữ H

Precast : Cọc chế tạo sẵn

Circular : cọc tròn đặc và cọ Mutilple: Một số loại cọc khác Trong Precast bao gồm cácsẵn(precast), cọc tròn(Circular) và nhiều loại khác (Multiple) Ta chọn cọc tiêu chuẩn 0.76 M Square DOT Standard

1.3 Nhập số liệu địa ch

p đất Cửa sổ này cho phép người dùng nhập

ác lớ

odel Data -> chọn tab Soil

p đất/ Soil Layer Data:

Trong

il Set: Nhóm đất sử dụng trong mô hình

ụng mô hình của 3 loại đất đá trong sionless: Đất cát

ại đất sử dụng cho tính toán cọc

Lớ

t riteria:

sát trong/ Internal ét: Thông số cần nhập là cường độ cắt không thoát

Cohe Cohension: Đất sét Rock: Đá

Pile: Các lo

p 1 là đất cát nên chọn Conhension + Unit Weight: Dung trọng tự nhiên của đấ

2 Nhập số liệu cơ lý của đất/ Soil Strength C

- Đối với đất cát: Thông số cần nhập là góc ma Friction Angle

- Đối với đất snước/ Undrained shear Strength

- Đối với đá: Thông số cần nhnghiệm không nở hông), xem trong tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM

i giá trị của #Cycles: Giá trị này chỉ yêu cầu đối với các mô hình t

t

Lựa đất nền/ Soil Layer Models ngang

- Đối vớương tác theo lý thuyết của Reese và Welch's Stiff Clay Above Water Table.Thường chọn giá trị là 0

3 Nhập số liệu chiều dày các lớp đất/ Elevations:

Water: Cao độ của mực nước ngầm

Top of Layer: cao độ đỉnh lớp đất Bottom of Layer: cao độ đáy lớp đấ

4 chọn mô hình tương tác giữa cọc và

Mô hình tương tác giữa lực ngang đỉnh cọc (P) và chuyển vị của cọc (Y) hay “ Mô hình P-Y”

Trong mô hình này FB_Pier cho phép sử dụng các lý thuyết sau:

Đối với đất cát:

O'Neill (1984) xây dựng mô hình đường cong p-y cho đất cát:

Trong đó : +Undrained Shear Str :cường độ chịu cắt không thoát nước

+Total unit Weight: Trọng lượng riêng của lớp đất + Subgrade Modulus : modul đàn hồi

Ngừơi dùng có thể tuỳ chọn để xem p-y,t-z… cho phần trên và phần dưới của mỗi lớp Ví dụ, biểu đồ p-y của lớp đất sét phía dưới lớp 1 sẽ như trong hình bên Ta bấm chuột vào nút Plot trong tab hội thoại Soil Bấm OK khi hoàn thành

1.3.2 Nhập số liệu lớp 2:

+ Vào Soil Type ->chọn Add layer

Chọn loại đất (Soil Type) là Cohensionless Và các mục Lateral là Sand (Reese) và Axial là Driven Pile, Torsional là Hyperbolic, Tip là Driven pile Bấm vào danh sách đổ xuống của Lateral để kích hoạt các thuộc tính của lateral Bấm vào nút Edit và nhập các giá trị như trong hình bên

Khi hoàn thành thay đổi chiều sâu của lớp là -3m, và Bottom of layer

là -20m, water table là 0m Cửa sổ Soil Edit sẽ có giá trị như trong hình

Để thay đổi bất kì thông số nào giữa các lớp đất được cho ta bấm chuột lên Soil Layer trong tab hội thoại Soil, hoặc bấm chuột trái vào lớp đất khi con chuột đang ở trong cửa sổ Soil Edit Chú ý: sẽ có 1 đừơng bao màu đen bao xung quanh lớp đất được chọn

Dữ liệu cần thiết để tiến hành phân tích ví dụ này là các tải trọng cọc, chứa trong tab hội thoại Load trong cửa sổ Model Data Dữ liệu mặc định có 2 trường hợp tải trọng, người dùng cần bấm chuột trái vào trên Load case 2

và xoá trường hợp tải trọng này bằng cách bấm vào nút Del

Trong cửa sổ 3D bay giờ chỉ có 1 là nút 1 (Node 1), bấm vào nút 1 trong danh sách và xoá tải trọng này bằng cách bấm chuột phải vào nút Del

Để thêm vào tải trọng cho nút 1, tấm chuột trái vào trên nút trong cửa sổ 3D Bấm Add và sau đó nhập giá trị 150kN cho tải trọng theo phương ngang ( lateral load X), sau đó bấm vào tab để cập nhật tải trọng Tab hội thoại sẽ giống như hình

Seft Weight dùng để nhập hệ số tải trọng ( load factor) và lực đẩy nổi, trong ví dụ này không có tải trọng bản thân (seft weight) nên ta bấm vào Self Weight và nhập giá trị là 0

Tất cả các dữ liệu đã được nhập vào (đất,cọc và tải trọng) Màn hình bây giờ

Tại đây, có 1 số tùy chọn khác nhau để xem các giá trị (lực của cọc, chuyển vị,…) Để xem chuyển vị cọc, bấm vào nút 3D Result và kết quả như hình dưới sẽ hiện ra Người dùng có thể xem chuyển vị của bất kì điểm nào trên cọc bằng cách bấm chuột vào nút trên cọc

Để xem kết quả lực, momen của cọc, tương tác giữa đất và cọc suốt theo chiều dài cọc, ta bấm vào nút Pile Result trong thanh công cụ

Ta có thể kiểm soát hình ảnh của biểu đồ bằng cách bấm vào forces/displacements of interest on or off trong cửa sổ Plot Display Control

Kết quả sẽ hiện ra như trong hình dưới

Kết quả phân tích nội lực, momen,lực dọc… dọc chiều dài của cọc

Kết quả phân tích mômen và Sức chịu tải của từng đốt (cọc)

II >Ví dụ 2 : Tính cọc có chiều dài thay đổi

Cho các cọc có kích thước hình học và đặc trưng các lớp đất như hình vẽ

2> Trình tự tính toán 2.1> Thiết lập các thông số đầu vào

2.1.1> Lựa chọn kết cấu và hệ đơn vị tính toán

+Vào File-> chọn New

Trong hộp thoại select new problem type chọn:

+ Structure Type: (loại kết cấu) Chọn Pile and cap only : cọc làm việc độc lập

+ Units: (Hệ đơn vị) Chọn hệ đơn vị của Anh + OK

2.1.2>Thiết lập các thông số cho quá trình tính toán

+ Sau khi đã chọn hệ đơn vị và loại kết cấu ,chọn Ok ,4 màn hình xuất hiện, bằng cách kích chuột phải vào từng cửa sổ người dùng có thể lựa chọn các chức năng khác nhau

+Cửa sổ 1(Model DaTa): cửa sổ khai báo thuộc tính cho kết cấu

+Cửa sổ (Pile Edit): mô hình mặt cắt cọc

+Cửa sổ 3(Soil Edit):mô hình các lớp đất

+Cửa sổ 4(3D View) Mô hình 3D kết cấu

2.2> Nhập số liệu cọc và bệ móng

Khi nhập số liệu cần chú ý đến hệ thống đơn vị và hệ trục tọa độ

¾ Từ cửa sổ Model DaTa -> chọn Pile & Cap

2.2.1> Khai báo số lượng và loại cọc

+Grid Point: Thay đổi số đường lưới theo phương X và phương Y để khai báo số lượng cọc trong bệ

+ Spacing : khoảng cách giữa các đường lưới +Tip Elevent :chiều sâu của mũi cọc

+Pile / Shaft Type :chọn loại cọc sử dụng (có thể là cọc chuẩn hoặc cọc tự định nghĩa)

+Các số liệu như hình vẽ

2.2.2> Hiệu chỉnh thuộc tính của bệ móng

+Trong Pile Cap DaTa -> chọn Edit Pile Cap + Nhập số liệu như hình

Trong đó Young’s Modulus :môdun đàn hồi của bê tông

Poissons Ratio: hệ số poat xông Thick ness :bề dày của bệ

Weight:trọng lượng riêng của bê tông

+ chọn Ok

Mô hình của kết cấu được mô tả như sau

2.2.3 > Khai báo loại cọc và hiệu chỉnh chiều dài cọc

+ Từ cửa sổ Model Data -> chọn Edit cross section để hiệu chỉnh loại cọc

+Trong ví dụ này sử dụng 2 loại cọc là cọc 24’’ có chiều dài 60 feet và cọc 30” có chiều dài 80 feet.chú ý rằng các cọc giống nhau về mặt cắt và chiều dài sẽ được khai báo theo một nhóm

+ Để khai báo cho nhóm cọc thứ 2 ,chọn vào nút Add trong Pile set info

2.2.3.1>Khai báo nhóm cọc thứ 1 (cọc 24”)

Chú ý:chương trình mặc định ban đầu sẽ khai báo cho tất cả các cọc đều thuộc nhóm 1,sau đó để thay đổi cho nhóm thứ 2 ta chọn từng cọc và tiến hành hiệu chỉnh cho từng cọc

+Chọn add để khai báo cho nhóm 1

+ Chọn loại cọc sử dụng:

-Use database section:cọc chuẩn

-Modify Curent section:cọc do người dùng tự định nghĩa,khi chọn cọc tự định nghĩa thì phải chọn loại mặt cắt cọc và khai báo các đặc trưng cho

loại cọc sử dụng như khai báo đặc trưng của vật liệu làm cọc (đặc trưng của cốt thép,bêtong làm cọc)

+Chọn vào “Set 2” từ Pile set info như hình vẽ:

+Chọn Retrieve section và chọn loại cọc là cọc 30” square FDOT Standard prestressed pile,sau đó thay đổi chiều dài cọc về 80 feet

+Hộp thoại bây giờ có dạng như sau

+ Chọn Ok để nhận khai báo trên và thoát khỏi hộp thoại

2.2.3.3> Hiệu chỉnh chiều dài cho các cọc trong móng

+Ban đầu mặc định tất cả các cọc sẽ được hiểu là cọc 24”

cần hiệu chỉnh theo thứ tự và kích chuột trái vào cọc đó.Khi đó sẽ xuất hiện hộp thoại mô tả thông tin cho cọc đó.Trong ví dụ này,các cọc có đường kính 30” là các cọc xung quanh hố móng,còn các cọc 24” nằm ở giữa

+ Ví dụ chọn cọc số1 trong cửa sổ pile edit

Hiệu chỉnh chiều dài cọc số 1 như sau:

+Làm tương tự cho các cọc còn lại ,ta có mô hình cọc trong 2D có dạng như sau

2.3> Khai báo thuộc tính cho các lớp đất

+Khai báo lớp đất 1:Model Data -> chọn Soil + Các thông số được nhập như hình

Trong đó -internal Friction Angle:góc nội ma sát

- Unit weight:trọng lượng riêng của lớp đất

- water Table : cao độ mực nước ngầm

- Top of layer :cao độ đỉnh lớp đất

- Bottom of layer :cao độ đáy lớp đất + Chọn Add layer để khai báo lớp đất thứ 2 +Nhập các thông số đặc trưng cho lớp đất

2.4> Khai báo tải trọng

+ Model Data - > chọn Load + Chon nút đặt lực tập trung từ cửa sổ 3D View

+Nhập các giá trị tải trọng theo 2 phương như hình

2.5 >Chạy chương trình ,xem và xuất kết quả bài toán

+ Chon biểu tượng để chạy chương trình

+ Xem và xuất kết quả như các ví dụ trên

III> Ví dụ 3 : Tính toán cọc xiên chịu uốn

3.1 Yêu cầu tính toán : Móng cọc bệ cao gồm có : 9 cọc vuông (loại cọc

đúc sẵn) 14x14 inch mỗi cọc dài 75 feet, cọc được bố trí theo 1 hàng ngang trong bệ với khoảng cách giữa các cọc bằng 4 lần kích thước ngang cọc, trong đó 4 cọc xiên ra theo 2 phương được bố trí như hình vẽ Bệ cọc dài 36feet, chịu 3 lực ngang tác dụng ( giá trị 30 kip) như hình vẽ, cọc đặt trong lớp đất cát với chiều dày 70 feet, góc nội ma sát trong 35 Deg, trọng lượng riêng 119 pcf

3.2 Trình tự tính toán

3.2.1 Chọn kết loại kết cấu, đơn vị tính và tên công trình : New/Select

New Problem Type + Chọn loại kết cấu cọc xiên :

Structure Type /Pile Bent

``

+ Chọn hệ đơn vị :

+ Công trình :

i Nhập thông số cọc và bệ : Model data/ Pile & Cap + Chọn loại cọc vuông đúc sẵn 14x14 inch

giữa các cọc (4d)

Mô hình cọc 2D và 3D

+ Nhập chiều dài cọc và số nút phần tử

3.2.3 Nhập thông số lớp đất : Model data/ Soil

+ Nhập lớp đất (đất cát/Cohesionless) và thông số lớp đât ( trọng lượng riêng 119 pcf, góc nội ma sát trong 35 Deg)

+ Cao độ tính toán của lớp đất :

- Cao độ mặt nước : - 100 feet

- Cao độ mặt đất : - 30 feet

- Cao độ đáy lớp đất : - 100 feet

ii Hiệu chỉnh cọc xiên tại cọc số 1,2,8,9 : trong đó cọc 1,8 và 2,9 xiên sang cùng 1 bên :

+ Bố trí cọc xiên 1 và 8 : kích đúp chuột trái vào vị trí cọc 1 và 8 xuất hiện form Pile Data Nhập vào Y Batter : -0.2

+ Bố trí cọc xiên 2 và 9 : kích đúp chuột trái vào vị trí cọc 2 và 9 xuất hiện form Pile Data Nhập vào Y Batter : 0.2

+ Mô hình cọc 2D :

+ Mô hình cọc 3D :

iii Khai báo tải trọng ngang tính toán : Model Data/ Load

Nhập tải trọng ngang tại các nút 3, 5, 7

+ Gán tải trọng ngang tại nút 3 Kích đúp chuột tại nút 3 rồi add tải trọng () trên cửa sổ Load

+ Tương tự đối với nút 5 và 7 ta được mô hình 3D về tải trọng ngang tác dụng lên bệ cọc

b Chạy chương trình

c Xem kết quả (tương tự ví dụ 1,2)

IV.Ví dụ 4: Tổ hợp tải trọng AASHTO

Cho trụ cầu với kích thước hình học và các thông số lớp đất như hình vẽ Đây là

ví dụ đặc trưng cho mức nước thông thuyền, bao gồm cả lực dọc và lực ngang

- Những loại tải trọng sau sẽ được đề cập đến:

Tĩnh tải (DC) Tĩnh tải (DW) Tải trọng động (LL1) Tải trọng va xô (IM1) Tải trọng hãm xe (BR1) Tải trọng động (LL2) Tải trọng va xô (IM2) Lực hãm xe (BR2) Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu (WS) với các góc 0, 30 và 60 độ Tải trọng gió tác dụng lên tải trọng động (WL) với các góc 0, 30 và 60 độ Lực va thuyền (CV) tại nút thứ 38 với giá trị 1000kips (lực đẩy ngang)

- Các trạng thái giới hạn LRFD sẽ được nhập gồm : I, III, STRENGTH-V, EXTREME-II

STRENGTH-2> Trình tự tính toán

Để bắt đầu, chọn Open trong menu File, chọn file đã save là Vidu2.in , xuất hiện

Phần lớn công việc tính toán trong ví dụ này liên quan đến việc nhập các loại tải trọng AASHTO Nhiều loại tải trọng được đặt tại vị trí các gối trên trụ Chương trình FB-Pier đòi hỏi những vị trí chất tải phải được xác định trước khi áp dụng bất kì các loại tải trọng tính toán của AASHTO

2.1 Xác định vị trí chất tải:

Bấm vào tab Pier trong cửa sổ Model Data Đánh dấu vào “Use Bearing Loc”, sau đó bấm vào nút “Bearing Locs” để nhập vị trí chịu tải Số liệu được nhập vào như hình

Vị trí chịu tải hiện ra trong cửa sổ 3D View như trong hình dưới đây

2.2 Chuyển sang tải trọng AASHTO:

a)Chuyển sang tải trọng AASHTO sau khi đã nhập vị trí chịu tải Bấm vào tab Analysis và đánh dấu vào hộp “AASHTO Combinations” để tạo tổ hợp tải trọng AASHTO như trong hình

tại đây, sẽ có hộp thoại như hình dưới hiện ra để cân nhấc người dùng Bấm Ok

để tiếp tục

bấm vào tab Load Khi đang chạy tải trọng AASHTO, mỗi trường hợp tải trọng đặc trưng cho mỗi loại tải trọng thiết kế khác nhau ( hiện tại có 25 loại tải trọng trong mã LRFD) Hiện nay, chỉ có 1 trường hợp tải trọng ( từ Vidu2) và nó không thể kết hợp với các loại tải trọng khác Trong ví dụ này, chỉ có tải trọng Tĩnh tải (DC) thành phần của Trụ cầu Để chuyển đổi trường hợp tải trọng hiện có thành tĩnh tải, bấm vào “Load Case 1” trong hộp Load Case và chọn loại tải trọng “DC”, như hình

b) Thay đổi các tải trọng cho ví dụ:

Đầu tiên, ta xoá tất cả các nút tải trọng Sau đó bấm vào Node 72 trong cửa

sổ 3D View Nút này sẽ có mày đỏ (ám chỉ sẽ là vị trí chịu tải) và nút ngoài cùng bên trái Bấm nút “Add” để nhập giá trị tải trọng tại nút này là 150kips cho tải trọng theo phương Z

Lặp lại quá trình tương tự cho các nút 76, 79 và 90 Sau đó bấm vào nút

“Add” để nhấp giá trị cho các nút, chú ý là giá trị tải trọng trước ( cho nút 72) giống nút 76 Kiểm tra tải trọng theo phương Z là 150kips cho 4 vị trí chịu tải Đồng thời chú ý số thứ tự chịu tải xuất hiện trong Node Applied Vị trí chịu tải là

đã được đánh số từ trái qua phải (giả sử trục trục hoành là điểm bên phải) Khi xong, tab Load như hình dưới

Bấm vào các nút để nhập tất cả tải trọng AASHTO thiết kế Nút “Table” có thể được sử dụng để nhập 1 cách nhanh chóng các tải trọng bằng cách sử dụng các

dữ liệu đầu vào dạng cột Phần còn lại của tải trọng có thể được nhập vào bằng cách này Bấm vào nút Table để xem Bảng Tải Trọng AASHTO (AASHTO Load Table)