thiết kế móng khung trục 6

luận văn về thiết kế móng khung trục 6

V THIẾT KẾ MÓNG KHUNG TRỤC 6

V.1 TÍNH MÓNG 6-E: (M2)

Tải trọng tác dụng xuống móng 6-E :

Tải Cột Nmax(T) Mtư(T.m) Qtư(T) Tính toán 6-E -225.36 16.19 5.48 Tiêu chuẩn 6-E -187.8 13.49 4.57

V.1.1 Xác định sơ bộ kích thước đài cọc

- Khoảng cách giữa các cọc là 3d = 3× 0.3= 0.9 m

- Ứng suất trung bình dưới đế đài :

2

2 ( 3 0 3 )

64 57 )

3 (

σ

×

=

=

d

P c

tb = 71.16 T/m2 (với Pc = Qa = 57.64 T)

- Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài: γtb = 2 T/m3

- Diện tích đài cọc đuợc xác định sơ bộ như sau:

×

−

=

36 225

γ

N tb

- Kích thước móng được chọn là : 1.5 x 2.4m (Fđ = 3.6 m2)

- Trọng lượng đài và đất phủ lên đài được xác định như sau :

Qđ = n Fđ γtb hm = 1.1×3.6×2× 2 = 15.84 T

V.1.2 Xác định số lượng cọc

n=μ∑ =1 4×225.3657.+6415.84

c P

N

= 5.85

- Chọn n = 6 cọc

- Không xét đến hệ số nhóm do khoảng cách giữa các cọc :3d ≤ a ≤ 6d nên ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc có thể bỏ qua (Nền và móng–Nguyễn Văn Quảng …)

- Bố trí cọc và đài như hình vẽ:

V.1.3 Cấu tạo và tính toán đài cọc

- Chọn chiều dài cọc ngàm vào đài : h1= 15 cm

- Chiều cao tối thiểu của đài : hđ = ac + h1 + h2 = 50 + 15 + 35 = 1000 cm

Với chiều cao đài giả định là hđ =1m, thì đầu cọc nằm ở phạm vi hình tháp chọc thủng nên không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng (Xem hình vẽ)

- Lực dọc tính toán xác định :

∑Ntt = 225.36+15.84= 241.2T

M tt

Q tt

N tt

±0.000

300

500

2400

300 900

900 300

6

E

I

I

II II

-2.000

650

45°

5°

- Tải tác dụng lên cọc :

Pm =

c

tt n N

2 max

i

tt

x

x M

∑

×

∑

∑Mtt = Mtt + Qtt × 2 = 16.19+5.48× 2 = 27.15 Tm

xmax =0.9 m

∑xi2 =4×0.9= 3.6 m2

⇒ Pm = 2416.2 ± 27.153.6×0.9 =40.2 ± 6.8

pmax = 47 (T)

pmin = 33.4 (T)

ptb =

2

p

pmax + min = 40.2 T

- Nhận xét : pmax≤ Pc =57.64 T, pmin > 0

-Vì tải tác dụng lên hàng cọc biên nhỏ hơn sức chịu tải của cọc, cho nên thiết kế như trên là hợp lý

Và Pmin > 0 nên không cần kiểm tra chống nhổ

V.1.4 Kiểm tra ổn định của nền nằm dưới móng khối quy ước và kiểm tra lún

- Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của khối móng quy ước, trong đó:

∑

∑

=

=

×

i i

n

i

i IIi tb

h h

1

1

ϕ ϕ

Trong đó :

hi : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua

ϕIIi : góc ma sát trong của lớp đất thứ i

- Ta có :

Lớp 1 : ϕ = 13010’ ; h = 6 m

Lớp 2 : ϕ = 11053’ ; h = 6 m

Lớp 3 : ϕ = 11032’ ; h = 6.5 m

Lớp 4 : ϕ = 29010’ ; h = 2 m

2 5 6 6 6

' 10 29 2 ' 32 11 5 6 ' 53 11 6 ' 10 13

+ + +

× +

× +

× +

×

=

tb tc

=

=

=

4

' 50 13 4

0

tb tc

ϕ

α 3028’ tgα = tg30 28’ = 0.06

- Chiều dài của đáy móng khối quy ước :

Lm= a1 + 2.L.tg

4

tb tc

ϕ

Lm = 2.1+ 2×19× 0.06 = 4.38 m

- Chiều rộng của đáy móng khối quy ước :

Bm= b1 + 2.L.tg

4

tb tc

ϕ

Bm = 1.2+ 2×19× 0.06 = 3.48 m

Trong đó a1 và b1 là khoảng cách giữa các mép ngoài của cọc biên theo chiều dài và chiều rộng của đài cọc

-Diện tích đáy móng khối quy ước:

Fm = 4.38 × 3.48 = 15.24 m2

- Xác định trọng lượng móng khối quy ước :

3°

3°

4380

-2.000

±0.000

N tt

Q tt M tt

Trọng lượng đất, bêtông từ đáy đài trở lên: 2× 15.24× 2= 60.96 T

Trọng lượng đất từ đáy đài trở xuống đến mực nước ngầm: Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên là 3 m

1×15.24×1.92 = 29.26 T

Trọng lượng đất từ mực nước ngầm trở xuống đến đáy khối móng qui ước:

(3.5×0.92+6×0.792+6.5×0.81+2×0.932)×15.24 = 230.14 T

Trọng lượng các cọc là: 1.1× 19× 0.3× 0.3× 6× 2.5= 28.22 T

Vậy: Qmqư = 60.69+29.26+230.14+28.22 = 348.31 T

1 Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước

Cường độ tính toán của đất dưới mũi cọc:

Công thức : Rm =

tc

K

m

m1. 2

(1,1A.Bm.γII +1,1B.Hm.γ’

II +3.D.CII)

Ktc= 1 (hệ số độ tin cậy, tiến hành khoan khảo sát ở hiện trường)

m1, m2 :hệ số điều kiện làm việc của đất nền và dạng kết cấu công trình tác động qua lại với nền đất)

m1= 1.2 (đất cát vừa và mịn)

m2=1.27 (đất cát vừa và mịn, L/H<1.87)

hm = 21m

cII = 0.029 T/m2

γII : Dung trọng đất bên dưới mũi cọc, lấy với γđn= 0.932 T/m3

γ’

II : Dung trọng trung bình của đất từ đáy móng khối qui ước trở lên

γ’

II =2×2+1.92×1+0.92×3.5+021.792×6+0.81×6.5+0.932×2

= 1.00 (T/m3)

Với ϕII = 29.16o ,Tra bảng (nội suy),ta được:A = 1.07, B = 5.28, D = 7.85

1

×

× (1.1×1.07×3.48×0.932 + 1.1× 5.28×21×1.00 + 3×7.85× 0.029) = 193 T/m2

- Ứng suất trung bình thực tế dưới đáy móng khối quy ước :

σtbtc =

m m tc

F

Q

N +

= 187.158+.24348.31= 35.18 (T/m2)

Ta có : σtb < Rm , đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu lực

- Ứng suất cực đại và cực tiểu dưới đáy móng khối qui ước:

σtc

max,min =

m m tc

F

Q

N +

6

m m

tc

L B

M

×

× = 187.158+.24348.31± 3 48 4 38 2

6 49 13

×

× = 35.18 ± 1.21 T/m2

σtc max = 35.39 T/m2 < 1.2Rm = 231.6 T/m2

σtc min = 33.97 T/m2 > 0 Vậy đất nền dưới đáy khối móng qui ước ổn định

2 Tính lún theo phương pháp phân tầng cộng lún

- Theo quy phạm Việt Nam, độ lún của móng cọc được tính cho lớp đất dưới mũi cọc ( tức là dưới đáy móng khối quy ước )

- Theo TCXD 45 -78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có: σzgl

< 0.2×σbt

- Dùng phương pháp cộng lún từng lớp :

∑

o

E

* Tính lún dưới đáy móng khối qui ước : Lm = 4.38 m , Bm = 3.48 m

- Aùp lực bản thân tại mũi cọc :

σbt = ∑(γi.hi) =1 92 × 1 + 0 92 × 3 5 + 0 792 × 6 + 0 81 × 6 5 + 0 932 × 2= 17.02 (T/m2)

- Aùp lực gây lún tại tâm diện tích đáy móng khối qui ước :

po = σtbtc - σbt = 35.18 – 17.02 = 18.16 T/m2

- Tại giữa mỗi lớp đất, ta xác định các trị số :

+ σbt = ∑(γi.hi) : Aùp lực bản thân

+ σzgl = ko.po : Aùp lực gây lún

+ σztb = (σzigl + σzi+1gl)/2

Trị số ko tra bảng ứng với 2z/B và tỷ số : 1 3

48 3

38

=

B L

(z tính từ đáy móng khối qui ước)

- Chia nền đất dưới mũi cọc thành các lớp có chiều dày :

hi≤ L4m

4

38 4

= , lấy hi = 1 m

- Chia nền thành các lớp dày 1 m , lập bảng tính như sau :

STT Độsâu 2z/B k0 σgl σbt σZtb

1795 1888

2075 2168 2261 2354 2448

1982

ƯÙng s

át gây

luùn

ƯÙng s

át bản

thân

z

8 7 6 5 4 3 2 1 0

M tt

Q tt

N tt

±0.000

-2.000

-21.000 1816

1658 1229 867 602 431 320 245 194

z (m) (T/m2) (T/m2) (T/m2)

Tại độ sâu z=5m dưới đáy móng khối qui ước có:

σzgl =4.31 (T/m2) < 0.2×σbt = 0.2×21.68= 4.34(T/m2)

* Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp:

-Modul biến dạng của lớp đất 4 được thống kê trong xử lý địa chất:

E = 2013 T/m2

β = 0.8

- Độ lún được tính bởi công thức:

S=

0

tb

E

β ∑σ × = ( 17 49 18 42 19 35 20 28 21 21 ) 1 0 038m

2013

8 0

=

× +

+ +

+

×

Như vậy: S = 3.8 cm < [Sgh ]= 8 cm (Thoả yêu cầu biến dạng)

V.1.5 Tính đài cọc và bố trí thép cho đài

1 Kiểm tra điều kiện xuyên thủng

- Kiểm tra theo điều kiện chọc thủng : Pxt≤ 0.75Rkuxtho

Khi vẽ tháp chọc thủng thì các cọc đều nằm trong tháp, do đó không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng

2 Tính cốt thép

- Tải trọng tác dụng lên mỗi cọc trong móng :

Pm =

c

tt n N

2

i i tt

x

x M

∑

×

∑

⇒ Pm = 2256.36 ± 16.193.6×0.9 =37.56 ± 4.05

- Xem đài cọc làm việc như công-xôn ngàm vào cột tại mép cột

- Mômen uốn tương ứng do lực P = ∑Pm gây ra tại mặt ngàm I-I và II-II xác định theo công thức:

MI = ∑Pi× Li1

MII = ∑Pi× Li2

Trong đó: Li1= xi

-2

c h

= xi -02.5 ; Li2= yi

-2

c b

= yi -0.225 Bảng kết quả tính toán:

Pi(T) xi(m) Li1(m) MI(T.m) Pi(T) yi(m) Li2(m) MII(T.m)

-Cốt thép theo phương X, chịu MI :

0 9

0 R h

M

a

I

, h0 =100-15=85cm

aI

F = 0.961×.36001×10×585= 22.19 cm2

Chọn 16φ14 (Fa =24.62 cm2 ) Bố trí

- Thép theo phương Y, chịu MII :

aII

F = 0.329×.573600×10×585=7.88cm2

Chọn 8φ14( Fa = 12.31 cm2) Bố trí

V.1.6 Tính toán cọc chịu tác dụng của tải ngang

- Giả sử đầu cọc được ngàm vào đài do đó đầu cọc chỉ chuyển vị ngang, không có chuyển vị xoay

- Mômen quán tính tiết diện ngang của cọc:

12

1

bh = 0 3 0 3 3

12

1 × × =67.5× 10-5 m4

- Độ cứng tiết diện ngang của cọc :

Eb.I = 290× 104× 67.5× 10-5 =1957.5 Tm2

- Chiều rộng quy ước bc :

Theo TCXD 205-1998 :

+ d ≥ 0.8 m ⇒ bc = d+1

+ d ≤ 0.8 m ⇒ bc = 1.5d+0.5=1.5× 0.3 + 0.5 = 0.95 m

- Hệ số tỷ lệ k trong công thức: Cz = k.z

- Chiều dài ảnh hưởng: lah =2(d+1)=2x(0.3+1) = 2.6 m

- Chiều dài ảnh hưởng nằm trong lớp đất thứ 1 là lớp đất sét lẫn bột, trạng thái dẻo cứng, tra bảng ta được hệ số tỷ lệ là: k = 598 T/m4

- Hệ số biến dạng :

αbd = 5

I E

b k

b

c

×

× = 5

5 1957

95 0

598 × = 0.78 m-1

- Chiều dài tính đổi của phần cọc trong đất :

Le = αbd.L = 0.78×19= 14.82

ah =2

1đv

Cát mịn lẫn bột trạng thái chặt vừa

4

3

Á sét màu xám xanh trạng thái dẻo mềm

2

Đất sét pha cát

Đất sét lẫn bột trạng thái dẻo cứng

1

z

- Các chuyển vị δHH, δHM, δMH, δMM của cọc ở cao trình đáy đài do các ứng lực đơn vị đặt tại cao trình đáy đài

δHH : chuyển vị ngang của tiết diện (m/T) bởi Ho = 1(T)

δHM : chuyển vị ngang của tiết diện (1/T) bởi Mo = 1(Tm)

δMH : góc xoay của tiết diện (1/T) bởi Ho = 1(T)

δMM : góc xoay của tiết diện (1/Tm) bởi Mo = 1(Tm)

Le = 14.82 m > 4m, cọc tựa lên đất ⇒ Ao = 2.441;Bo = 1.621;Co = 1.751

- Công thức tính :

b bd

A I

E ×

×

× 3

1

α = 0.783 ×11957.5× 2.441 = 26×10-4 (m/T)

b bd

B I

E ×

×

× 2

1

α = 0.782 ×11957.5× 1.621 = 14×10-4 (1/T)

b bd

C I

×

× α

1

= 0.78×11957.5× 1.751 = 11×10-4 (1/Tm)

- Lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài:

Qtt= 5.48 T (đối với 6 cọc)⇒ Hf =5.48/6= 0.913 T

- Vì đầu cọc bị ngàm cứng vào đài dưới tác dụng của lực ngang, trên đầu cọc có xuất hiện momen gọi là momen ngàm:

b MM

b MM

MH

H I

E L

I E

L L

0

2 0 0

2

+

+ +

−

δ

δ

δ

10 11

913 0 10 14

4

4

−

=

×

×

×

- Chuyển vị ngang yo(m) tại cao trình đáy đài:

+ yo = Hf.δHH + Mf.δHM

= 0.913×26×10-4 –1.162 ×14×10-4= 0.00075 m

yo< [Sgh] = 1cm

- Mômen uốn Mz(Tm) trong các tiết diện của cọc :

Mz = αbd2EbIyoA3 - αbdEbIψoB3 + MfC3 +

bd f H

α D3

Với : Chiều sâu tính đổi ze = αbd.z

Mô men uốn M z dọc thân cọc:

0.256 0.2 -0.001 0.000 1.000 0.200 -0.929

0.513 0.4 -0.011 -0.002 1.000 0.400 -0.704

0.769 0.6 -0.036 -0.011 0.998 0.600 -0.490

1.282 1.0 -0.167 -0.083 0.975 0.994 -0.119

1.923 1.5 -0.559 -0.420 0.881 1.437 0.159

2.564 2.0 -1.295 -1.314 0.207 1.646 0.529

3.077 2.4 -2.141 -2.663 -0.941 1.352 0.764

3.590 2.8 -3.103 -4.718 -3.408 0.197 1.419

4.487 3.5 -3.919 -9.544 -10.340 -5.854 1.662

5.128 4.0 -1.614 -11.731 -17.919 -15.076 1.734

- Môment uốn lớn nhất trong cọc: Mmax =1.734Tm

- Diện tích cốt thép trong cọc:

Fa =

a R h

M

0

9

0 =0.91(.30734−×310)36005 =1.98 cm² Chọn 4Þ16 có Fa = 8.04 cm² >1.98cm²

* Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang

- Điều kiện không phá hỏng cọc khi chịu áp lực ngang:

σz<= σgh

σz: Aùp lực tính toán tại độ sâu Z

σz =

bd

K

α ze(yo.A1 -

bd

α

ψ0

B1 +

I E

M

b bd

f

2

α C1 +

I E

H

b bd

f

3

α D1)

Vì Le = 14.82 >2.5 Ta kiểm tra điều kiện này tại vị trí:

Z=0.85/αbd=0.85/0.78 =1.09 m

Ze=αbd*z=0.78*1.09=0.85 m Các giá trị A1, B1, C1, D1 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998

Với Ze = 0.85 m, tra bảng ta được như sau:

A1= 0.996; B1= 0.849; C1= 0.363; D1= 0.103

σz =0598.78x 0.85x (0.00075x0.996-0+0.7821×.1621957.5

−

x0.363+0.7803.×9131957.5 x 0.103)

=0.595 T/m2

σgh: Aùp lực giới hạn tại độï sâu Z=1.09 m

Trong đó:

η1=1

η2: Hệ số, kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, tính

theo công thức:

Mdh: Momen tải trọng thường xuyên; Mdh=11.27 Tm M: Momen tải trọng tạm thời; M =4.9 Tm

)

*

*

* (

* cos

4

*

* 2

1

I

c tg

γ ϕ η

η

M M

M M

dh

dh

+

+

=

* 5 2 2 η

50 0 9 4 27 11 5 2

9 4 27 11

+

×

+

= η

Mmax=0.043qL 2

a=0.207L

Cẩu cọc F

L=10m

2.07m 2.07m

0.086q L

2

a=0.29 4L

F

Dựng cọc để ép

2.94m

Với cọc BTCT: ζ= 0.3

Đầu cọc nằm trong lớp đất thứ 4 nên ta có các tính chất cơ lý sau:

γΙ= 1.87 T/m3

cΙ= 0.025 T/m2

ϕΙ=28.030

=> σz=0.595 T/m2 < σgh=1.765 T/m2

Vậy: Nền đất quanh cọc không bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang

IV.1.7 Kiểm tra cọc trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp

1 Khi vận chuyển cọc

Trọng lượng cọc trên 1m dài :

q = 1.1× 0.3× 0.3× 2.5 = 0.248(T/m2)

Mmax = 0.043qL2 = 0.043× 0.248× 102 = 1.07(Tm)

Chiều dày lớp bảo vệ a = 3cm

o

R

M

×

27 30 130

10 07 1

×

×

× = 0.038

γ = 0.5×(1+ 1 − 2A) = 0.981

Fa =

o

R

M

×

×

27 3600 981

0

10 07

×

×

× =1.12(cm2)

Fa = 1.12 cm2 < 8.04 cm2 =4 φ16

2 Khi cẩu lắp

2 0

0

gh ( 1 87 1 096 ( 28 03 ) 0 3 0 025 ) 1 765 /

) 03 28 cos(

4 50

0

=

Mmax = 0.086qL2 = 0.086x0.248x102 = 2.13 (Tm)

A = 0.075 ⇒γ = 0.961

Fa =

o

R

M

×

×

27 3600 961

0

10 13

×

×

× = 2.28 cm2 < 8.04 cm2 = 4φ16 Vậy cốt thép trong cọc đã thoả mãn điều kiện về cẩu lắp và vận chuyển

3 Tính thép làm móc treo

Lực do 1 thanh thép chịu khi cẩu lắp :

P = × 1.2× q× L = × 1.2× 0.248× 10 = 0.744 T

Fa =

k R

P

= 0.7443600×103 = 0.21 cm2

Chọn thép φ16 ( fa = 2.01 cm2)

4 Tính đoạn thép móc treo neo vào trong cọc

Lneo =

k R u

P

× =05..744024××10103 = 14.8 cm (u = πd = 3.14 × 1.6 = 5.024 cm)

Chọn lneo = 30d = 30× 1.6 = 48 cm > 14.8 cm

IV.1.8 Kiểm tra sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

Qvl = ϕ ( Rb Fb + Ra Fa )

Trong đó:

Qvl : Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

ϕ =1 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc, cọc không xuyên qua bùn, than bùn

Rb = 130 kG/cm2 : Cường độ chịu nén của bê tông mác 300

Fb = 30× 30= 900 cm2 : Diện tích tiết diện ngang của cọc

Ra =3600 kG/cm2

Fa = 8.04 cm2 :Diện tích tiết diện ngang của cốt thép

Qvl = 1× (130×900 + 8.04×3600 ) = 145.9 T

Vậy: Qvl = 145.9> 1.4Qa=1.4x57.64=80.7T ⇒ Cọc ép không bị vỡ.