bài giảng các giải pháp nền móng hợp lý

1 | P a g e KHOA XÂY DỰNG *** BÀI GIẢNG CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ BIÊN SOẠN: ThS. BẠCH VĂN SỸ 2 | P a g e Chuyên đề 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG MỀM I. Đặt vấn đề: Trong quá trình thit k i ct, vì gp phi lt yu (áp lc tiêu chun ca nt nhi m rng ra rt gn nhau (hình 2.1). Mt khác vì t yu, nên nt s bin dng nhia li có kh u. Trong nhng u kiy cn làm móng liên t cng l chn gii i hàng ct. 1 2 3 4 D C B A Hình 2.1 Chiu rng c nh bng cách ly di trong quá c ct (hình 2.2). 1 2 3 4 D C B A Hình 2.2  lún ci hàng ct hoàn toàn ging v  phn tính toán lún c Tính toán  ci hàng cn không ging nh tính toán   cht kt cu liên tc, trng thái ng sut bin dng bin i theo mt quy lut phc tp, không th xét m bng hoi ct. ng hoi ct ta luôn b qua bin dng ca bn thân móng (xem móng là tuyi cng) và phn lc nn tác dng lên móng hoc là 3 | P a g e phân b u (khi ti trng tác d hoc là phân b bc nht (khi ti trng tác dng i vi hàng ct nu mu  nh ni l t dm liên tc.  ng vai trò các gi ta, còn ti trng thì chính là phn lc n na xem phn lc nn phân b u v r (Hình 2.3): m tt F N r  i hàng c dm liên tc thì chng nh qua bin dng ca bn thân móng mà còn phi b qua bin dng ca công trình bên trên nói chung (có xem công trình bên trên là tuyi cng thì các chân ct mi ta c tính toán này ch   Công trình bên trên là tuyi cng  Phn lc nn là phân b u. Trong thc t, theo nhng kt qu thí nghing, quan trc thì c hai yêu cu trên không th c: công trình (tr nhc bi nhà cao trên 9 tng bao gi n dng, còn phn lc nn thì bao gi  phân b u. Móng (nht là các móng liên tc, bn thân móng có m c làm vic cùng vi công trình bên trên và cùng vi nt. Trng thái ng sut bin dng ca móng và công trình (có liên kt vi nhau) mt mt ph thuc vào trng thái bin dng ca bân thân nó, mt khác ph thuc vào trng thái bin dng ca nn. Mu  bn) ca móng và kt cu bên trên, phnh trng thái ng sut  bin dng cu kin làm vic cùng vi nt có bin dng. Chính xác  là xem móng cùng vi kt cu bên trên (là mt h kt cu gm nhiu phân t) vi nh cng, bin dnh cùng vi nt, tt c làm vic trong mt tng th thng nht. Vi tng th kt cu bên trên  móng  nn còn có nhi v mt thut toán, v  cng ca h, nc áp dng rng rãi trong thc t thit k. Hin nay còn s dng rng rãi  tính toán theo cách là tách riêng móng ra và xét s làm ving thi ca móng và nn. Ta không gi thit là b qua bin dng ca bp nhn gi thit phn lc nn phân b u. Xét móng là mt kt cu có bin dt trên n bin dng chu tác dng ca ti trnh ni lc phát sinh trong móng. Tr s ni l thuc vào bin dng ca móng, bin dng ca móng li ph thuc vào bin dng ca nn. Sau khi bit tr s ni lc ri thì vi ca móng thc hii vi kt cu bê tông cng.   nh ni ln bin dng ca bn thân móng và bin dng ca ni ta gi là tính toán các kt cu bên trên nn i hoc tính toán các móng mm) II. Sơ lược về tính toán kết cấu trên nền đàn hồi: Các công trình xây dng có th t trên nhng l t rt ct n    n lng xây dng trên nhng lt mm. Khi công trình trên t mi tác dng ca ti trng công trình, nt có bin dng ln, làm cho công trình  bin dng lc trong kt cu ca công trình. Các nt 4 | P a g e mm có bin dng li ta quen gọi là nền đàn hồi (tuy rng bin dng ca t không phi là bin di hoàn toàn). Vic tính toán trng thái ng sut bin dng ca công trình xây d u kin cùng làm vic vi nn mm (tc là cùng bin dng vi nn) vng quen g kt cu trên n  c ca kt ci ta phân thành 3 loi kt cu sau:  Dầm: là kt cu có mc (gi là chiu dài L) lu so vi hai c kia. Chiu rng b ca dm nh nên có th ng thái ng sut  bin dng ca dm không biu chiu cao h ca dm khá bé thì khi dm chu un có th chp nhn gi thit tit din phng hay tính toán theo bài toán ng sut phng.  Dải: là kt cu kéo dài vô hn theo mt din ngang và quy lut phân b ca ti tri. Khi tính toán ch cn xét bài toán bin dng phng (ct 1m dài) vì bin dn bng 0.  Tấm hay bản: là kt cc mt bng cùng mt cp ln. Trng thái ng sut  bin dng ca tm bii theo c  V mt hình thc thì có 3 loi kt cu là dm, di và t  cng ca kt c phân ra làm 3 loi khác nhau:  Kt cu mm tuyi: EJ = 0  Kt cu cng tuyi: EJ =   Kt c cng hu hn: EJ # 0 Kt cu tuyi mm thì nn bin d nào kt cn d th, mà trong kt cu không phát sinh ra ni lc. Trong thc t không có công trình nào mà 5 | P a g e mm tuyi cng công trình có th m tuyi, chng h Khi kt cu cng tuyi thì dù nn bin d nào thì kt cn dng gì. Tt nhiên trên thc t ng có công trình nào xây trên nn mm mà li không h bin du bin dng ca bn thân kt cu mà nh n mc có th b c thì kt ci cng. Bài toán tính kt cu trên ni ch yt ra cho nhng kt cu  cng hu hi ta quen gi là kt cu mm hay móng mm. i vi nhà, ta s gp nhiu kt cu kiu di hàng ct). Ni dung ca vic tính toán dm trên nnh ng sut tip xúc r (ng sut  m c ni lc trong dm: Lc c  Sc bn vt lic là khi dt trên ni (ng trình trc un ca dm là: )()( )( 4 4 xpxq dx xyd EJ  (2.1) Trong đó:  q(x)  ti trng phân b bên ngoài tác dng lên nn  p(x)  phn lc ca nn tác dng lên di trng ca dm tác dng lên dm += P q(x) P q(x) p(x) q(x)  y(x)   võng ca dm móng a 2 hàm s t là y(x) và p(x). Ch  thì không th gic bài toán. Điều đó có nghĩa là biến dạng và nội lực của kết cấu không chỉ phụ thuộc vào tải trọng ngoài và độ cứng của bản thân kết cấu mà còn phụ thuộc vào biến dạng của nền nữa. u kin tip xúc: móng và nn cùng làm vic vi nhau, luôn tip xúc vi nhau.   lún ca nn bng v võng ca dm móng). Vì vy, cn thit lp mi quan h th 2 th hi lún ca mt nn và áp ln lc nn) S(x) = F 1 [p(x)] hoc p(x) = F 2 [S(x)].  i ta phi dùng mt mô hì mô t tính bin dng ca n mô hình y, rút ra liên h gia ti trng p(x) tác dng lên nn và bin dng y(x) ca nn. III. Một số mô hình nền: Ta hãy xét xem mt s mô hình n t khác nhau có n    nào và các g trình liên h gia p và y có d nào (quan h phn lc nn và bin dng ca nn). 1. Mô hình Winkler (1867): 6 | P a g e  thit là ti mm  ma dm trên n h ti trng p t l bc nht v lún S ca n lún này b võng ca dm y ta có: )(. xycp  Trong đó: c  h s t l hay hệ số nền, tr s ca nó b ti tr lún nn bng ; th nguyên là p/chiều dài. i vi dm có chiu rng b, biu thc ca Winkler vit là: )( )( xybcxp  Hot: b.c = k thì )(.)( xykxp  Nt tuân theo gi thit ca Winkler thì gi là n dm trên nc g s nn. q(x) q(x) a) b) Hình 2.4: Mô hình nền Winkler Mô hình nn Winkler cho ta hình nh ca n cng c, c lp vi nhau (Hình 2.4a). Thiu sót ch yu ca mô hình nn Winkler là  ch nó không phc tính phân phi ct có tính dính và có ma sát trong nên khi chu ti trng cc b nó có kh ng) c t xung quanh (ngoài pht ti) vào cùng làm vic vi b phc tính i ta gi là tính phân phi (Hình 2.4b). Mô hình Winkler vì vc gi là mô hình ni bin dng cc b. Do không k ti tính phân phi ct mà có nhng sai l  Khi nng nht, ti trng phân b u và liên tc trên dm thì theo mô hình nn Winkler thì dm s u và không bi un (Hình 2 c ra trong ng hp n  ng nh     i dc theo chiu dài ca dng quan sát thy là ngay khi ti trng phân b u liên tc trên dm thì dm vn b võng  gia (Hình 2.5b). S t  gia phi làm vic nhing xung quanh nhi u. a) b) Hình 2.5  Khi móng tuyi cng, ti tri xng, móng s u. Theo mô hình Winkler thì ng sut tip xúc s phân b u. m thc t thì 7 | P a g e i nhng tm nén cu ng sut tip xúc vn phân b u, nó phân b theo quy lung cong lõm hoc li tùy theo khong tác dng ca ti trng.  Mng hp na là khi dm tách ra khi nn gi thit ca Winkler ng sut tip xúc phi có giá tr ng suc ra dm và nn không th có ng suc.  Mt thiu sót na ca mô hình nn Winkler là h s nn c là mt thông s có tính t li vi mt lot thì h s nn i là hng s, nó bii ph thuc vào hình dc  thuc vào khong ti trng tác d 2. Mô hình nền nửa không gian đàn hồi: T nha th k 20 các nhà khoa hn mnh m lý thuyt tính toán kt cu trên nn ni.  t ni vi nh bin dng E và h s poisson  o t không phi là vt th n hi hoàn toàn nên thay có i ta dùng modul bin dng Eo là h s t l gia ng sut và bin dng toàn phn ct (bao gm bin di và bin d s  phân bit các n dng ca nn vng bin dng ca vt liu dm. Dùng kt qu ca lý thuy gia ti tr lún y ca n Trường hợp bài toán không gian (Hình 2.7a), theo li gii ca Bussines ta có: dE P y )1.( 0 2 0     (2.2) Trong đó: E 0 ,  0  modul bin dng và h s poisson ca nn. P  ti trng d  khong cách t t lc y   lún ca nn. Phu lún (dng lún ca mt ni tác dng ca ti trng hp mt lc tp trung là mng cong hypebol. P P A B a) b) Hình 2.7 ng hp bài toán phng, theo li gii c lún cm A so vi m B (Hình 2.7) là: d D E Py ln . )1(2 0 2 0      (2.3) Trong đó: 8 | P a g e E 0 ,  0  modul bin dng và h s poisson ca nn. P  ti trng d  khong cách t t lc y   lún ca nn. A, B    i tác dng ca ti trng tp trung có dng cong hàm s logarit. Mô hình nn nn tính phân phi ct (bin dng ca nn xy ra c  t ti) vì vy, mô hình này còn gi là mô hình ni bin dng tng quát. u sót ch yu c phân phi ct. Theo mô hình này thì nhm  n vô cùng (d =  ) mi tt lún. Thc t t không phi là mt vt th i, tính phân phi ca nó yu so vi vt th i. Kt qu thí nghim cho thy là, tuy ngoài pht ti nt vng ch trong phm vi nh mà thôi, ra ngoài mt vùng gii hn không ln lm, n không còn lún na.  so sánh,  Hình 2.8 trình bày mt bin dng ca nn theo mô hình Winkler (4) theo mô hình ni (2) và kt qu thí nghim (3). 4 3 2 Hình 2.8 Thii ct dn hu qu nghiêm trng là tr s ni lc trong kt cu tính theo mô hình này rt lc mt bng ca kt cu càng ln thì ng ca s i ca t càng ln. Vì mô hình nn ni và mô hình nu có thiu sót, nên  xut nhi mô t tính bin dng ca nn t cho sát vi thc t  k n mt s mô hình nu:  Mô hình nn màng: do M.M. Filonenko  Borodits nêu ra  Mô hình nn tm: ca V.G Vlaxov.  Mô hình ni vi 2 h s nn: ca P.L. Pasternak.  Mô hình li có chiu dày hu hn: ca K.E. Iêgorov  Mô hình nn ni có Eo bii   IV. Lựa chọn mô hình nền và các phương pháp tính toán dầm trên nền đàn hồi:  trên, t nh a trên mô hình nt là nn mnh m. Mô hình nng n.  kt qu công trình nghiên cu thc nghim rng ln hành th t ngoài hing vi nhng tm nén ng kính d = 500  t th nén bao gm nhiu loi khác nhau  h khp các vùng ca Liên Xô, thi gian thí nghim là c mùa xuân, mùa thu và mùa hè. Áp lc trên tng cn 0.8   kt qu thc nghiy các tác gi ng kt lun sau: 9 | P a g e   lún m t ngoài ph  t ti tt r   ng vùng có lún khong (0.3  ng kính tm nén tùy vào lot và trng thái cNhư vậy là đất có tính phân phối rất yếu.   m ca t gim  Mt bin dng ca nn khi xem ni tt quá chm so vi mt bin dng thc t ca nn quan sát thy khi thí nghim ngoài hin ng. phải đi đến kết luận cuối cùng là mô hình nền Winkler phù hợp với nền đất mềm hơn. V thiu sót ca mô hình này  ch h s n phi là hng s t nhiên. Vì thc cht bin dng ct là phi tuyn (ngay t nhng ti trng nh u tiên) cho nn dù là mô hình n hông th c n dng ct là mt hng si, ph thu cng ca công trình và khong tác dng ca ti trng. Còn nhng mô hình nn khác, chng hn mô hình 2 h s nn, có th ph quang cnh bin dng thc t ca n c tp, nht là khi vinh tr s ca các thông s i là d dàng. Cho nên mô hình nn Winkler (mt h s nn) va gi thc t, vn, tin dùng trong tính toán thit k. u kin  c ta, khi xây dng công trình  ng bng nhng bng Sông Hng và sông Cu Long s gt rt mm, cha nhia mc ngng rt cao. Nhu ki tin rng tính phân phi ct rt y nên chn mô hình nn Winkler. m trên ni hin nay có th k mt s  sau:  Dùng cho mô hình ni:  Phương pháp B.N. Jemoskin  Phương pháp Gorbunow Poxadov  Phương pháp Ximvulidi  Dùng cho mô hình nn Winkler:  Phương pháp thông số ban đầu của Krưylov  Phương pháp của L.P. Pasternak  Phương pháp thông số ban đầu cải tiến của V.A.Florin  Phương pháp phần tử hữu hạn.  ni dung bài ging này gii thiu các b n t hu hn kt hp vi phn mm tính toán kt cu Sap 2000 V15. V. Tính toán một số kết cấu móng bằng phương pháp dầm trên nền đàn hồi: 1. Móng băng một phương dưới hàng cột 1. 1 Trình tự tính toán: Bước 1: Xác định tải trọng tính móng Bước 2: Xác định kích thước sơ bộ đáy móng Bước 3: Kiểm tra nền theo TTGH I (nếu cần) 10 | P a g e Bước 4: Phân tích dầm trên nền đàn hồi Bước 5: Kiểm tra chiều cao móng Bước 6: Tính thép móng 1. 2 Xác định tải trọng tính móng        sang. 1. 3 Sử dụng các phần mềm kết cấu phân tích dầm trên nền đàn hồi a. Phương pháp hệ số nền không đổi Các ph   i =k s .A i (A i ay                     các lò xo.     s      Xác định k s theo bảng tra: Theo Das, Principles Of Foundation Engineering, 1998: Bảng 2.19 Hệ số nền k s Loại đất k s , kN/m 3   8000-25000  25000-125000  125000-375000 Cát bão hoà  10000-15000  35000-40000  130000-150000   12000-25000  25000-50000 [...]... đối và độ lún lệch giữa các chân cột liền kề Nếu điều kiện về độ lún không thoả mãn cần tăng kích thước đáy móng, tăng chiều sâu chôn móng, tăng chiều dày móng hoặc sử dụng giải pháp móng trên nền nhân tạo, móng cọc Bước 9: Với các trị số độ cứng lò xo xác định được ở bước 7, phân tích móng khi chịu tác dụng của các tải trọng tính toán (bỏ qua trọng lượng móng và đất trên các bậc móng) xác định được phân... trường hợp tải trọng) theo phương pháp hệ số nền thay đổi được tiến hành giống như đối với móng băng một phương Sự khác biệt duy nhất là ở bước xác định trị số hệ số nền ban đầu Có thể làm như sau:  Tách thành các móng băng một phương độc lập  xác định hệ số nền ban đầu  Trong các phạm vi giao nhau của móng băng dọc và móng băng ngang, hệ số nền được lấy bằng trung bình cộng của hệ số nền hai móng. .. pháp hệ số nền thay đổi trong phân tích, thiết kế móng băng và móng bè trên nền đàn hồi Nội dung của phương pháp hệ số nền thay đổi như sau: Bước 1: Chia diện tích đáy móng thành các chữ nhật nhỏ Thay thế nền đất trong phạm vi mỗi hình chữ nhật bằng 1 lò xo Chia móng càng nhỏ thì kết quả tính toán càng chính xác Bước 2: Phân tích móng theo phương pháp hệ số nền không đổi xác định được trị số các phản... dụng các phần mềm tính kết cấu phân tích móng với các trị số độ cứng lò xo mới Bước 6: Quá trình lặp được tiến hành cho đến khi trị số độ cứng lò xo ở hai bước lặp liền kề hội tụ tại mọi nút 13 | P a g e Kết quả của việc phân tích bài toán theo phương pháp hệ số nền thay đổi là xác định được độ lún, phản lực nền, nội lực trong móng có xét đến không chỉ tương tác móng -nền mà còn xét được cả tương tác nền- nền... móng 1 7 Móng bè 1.7.1 Phương pháp móng cứng Quan niệm ứng suất tiếp xúc ở đáy móng phân bố tuyến tính Bước 1: Lựa chọn cấu tạo móng bè dạng bản phẳng hoặc bản sườn và chọn sơ bộ chiều dày bản, tiết diện sườn Bước 2: Xác định hệ số nền ks sử dụng công thức thực nghiệm của Vesic hoặc theo lý thuyết tính lún trình bày ở 1.2 Bước 3: Chia bản móng bè thành các dải móng theo phương x hay phương y bằng các đường... chịu uốn  Móng bè bản phẳng được tính toán cốt thép và cấu tạo như bản sàn không dầm  Móng bè bản sườn tính toán và cấu tạo cốt thép như móng băng có sườn 1.7.2 Phương pháp hệ số nền thay đổi Trình tự phân tích móng bè theo phương pháp hệ số nền thay đổi giống như đối với móng băng một phương 30 | P a g e Bước 1: Xác định hệ số nền ks sử dụng công thức thực nghiệm của Vesic hoặc theo lý thuyết tính... thoa dưới cột Phương pháp tách thành các móng băng một phương độc lập để phân tích hay sử dụng phương pháp hệ số nền không đổi phân tích bài toán không gian dầm trên nền đàn hồi đều cho kết quả thiếu tin cậy, chỉ nên sử dụng trong thiết kế sơ bộ ở giai đoạn thiết kế cuối cùng hệ móng không gian cần được phân tích theo phương pháp hệ số nền thay đổi 27 | P a g e Trình tự phân tích móng băng giao thoa... xác định theo công thức lý thuyết k=p/S Với mục đích xác định mômen và lực cắt trong móng có thể lấy p là áp lực trung bình dưới đáy móng (p bằng tổng lực nén tiêu chuẩn tại đáy móng chia cho diện tích đáy móng) , S là độ lún trung bình của móng Không cần thiết phải tính toán độ lún của móng theo phương pháp cộng lún các lớp phân tố vì thực tế phân bố ứng suất tiếp xúc dưới đáy móng đặc biệt là theo phương... e): k e  k s   Trường hợp diện tích chia ra là hình tam giác thì độ cứng mà các lò xo thay thế tại 3 góc nhận được bằng ks nhân với 1/3 diện tích đó Bước 3: Sử dụng các phần mềm tính kết cấu, phân tích móng (chịu tác dụng của các tải trọng tiêu chuẩn) theo phương pháp hệ số nền không đổi xác định được trị số các phản lực lò xo tại các nút thay thế Bước 4: Tại mỗi nút, sử dụng lý thuyết bán không gian... Terzaghi:  Móng vuông trên nền sét: k s  k1 + b1 b k1- hệ số nền xác định từ thí nghiệm bàn nén có bề rộng tấm nén b1 , b - bề rộng móng Móng vuông trên nền cát:  b  b1  k s  k1    2b  + 2 Móng chữ nhật trên nền sét cứng hoặc cát chặt: k s  k1 m  0,5 1,5m k1 - hệ số nền xác định từ thí nghiệm bàn nén kích thước 0,3x0,3 m , m = l/b với l, b lần lượt là chiều dài và bề rộng đáy móng Theo Bowles, . KHOA XÂY DỰNG *** BÀI GIẢNG CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ BIÊN SOẠN: ThS. BẠCH VĂN SỸ 2 | P a g e Chuyên đề 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG MỀM I. Đặt vấn đề: Trong quá. ca bn thân móng và bin dng ca ni ta gi là tính toán các kt cu bên trên nn i hoc tính toán các móng mm) II. Sơ lược về tính toán kết cấu trên nền đàn hồi: Các công trình. cấu móng bằng phương pháp dầm trên nền đàn hồi: 1. Móng băng một phương dưới hàng cột 1. 1 Trình tự tính toán: Bước 1: Xác định tải trọng tính móng Bước 2: Xác định kích thước sơ bộ đáy móng