1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Hướng dẫn các phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang

63 2,2K 20

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 63
Dung lượng 4,27 MB

Nội dung

TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CỌC TIẾT DIỆN NHỎ TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO...6 CHƯƠNG 2.. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CỌC TIẾT DIỆN NHỎ TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO...

Trang 1

LỜI MỞ ĐẦU 1

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI NGANG CỦA CỌC TRONG MÓNG CỌC BỆ THẤP 2

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI NGANG CỦA CỌC TRONG MÓNG CỌC BỆ THẤP 2

1.1 Khái niệm móng cọc bệ thấp 2

1.2 Kiểm tra khả năng chịu tải trọng ngang của cọc trong móng cọc bệ thấp 3

1.2.1 Nội lực ngang trục trong cọc của móng bệ thấp kiểm tra theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05 3

1.2.2 Nội lực ngang trục trong cọc của móng bệ thấp kiểm tra theo TCVN 205 -1998 4 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CỌC TIẾT DIỆN NHỎ TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO 6

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CỌC TIẾT DIỆN NHỎ TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO 6

2.1 Khái niệm móng cọc bệ cao 6

2.2 Nội lực ngang trục trong cọc của móng bệ cao 6

2.2.1 Sơ đồ tính toán và cơ sở lí thuyết 6

2.2.2 Trình tự tính toán 8

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CỌC TIẾT DIỆN LỚN TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO 13

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA CỌC TIẾT DIỆN LỚN TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO 13

3.1 Khái niệm về cọc tiết diện lớn 13

3.1.1 Ưu điểm của cọc tiết diện lớn 13

3.1.2 Phân loại cọc theo đường kính 13

3.2 Sơ đồ tính toán 13

3.3 Tính cọc dưới tác dụng đồng thời của tải trọng đứng, tải trọng ngang và mô men – Theo Phụ lục G – TCVN 205-1998 14

3.3.1 Nguyên lí tính toán 14

3.3.2 Trình tự tính toán 16

3.3.2 Kiểm toán sự ổn định của nền quanh cọc 19

Trang 2

BẾN VÀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC DƯỚI BẾN CẦU TÀU LOẠI NHỎ 21

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SAP 2000 V14 ĐỂ TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẾN VÀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC DƯỚI BẾN CẦU TÀU LOẠI NHỎ 21

4.1 Tính toán kết cấu bến cầu tàu loại nhỏ 21

4.1.1.Giải pháp kết cấu công trình 21

4.1.2 Đặc trưng vật liệu 22

4.1.3 Tính toán chiều dài cọc chịu uốn và nén của cọc 23

4.1.4 Hệ số đàn hồi theo phương đứng 24

4.1.5 Tải trọng tác dụng lên cầu tàu 25

4.1.6 Tổ hợp tải trọng 26

4.1.7 Mô hình tính toán 26

4.1.8 Các thành phần nội lực cần xác định khi giải bài toán 26

4.1.9 Các bước mô hình bài toán 26

4.1.10 Xem kết quả 35

4.1.11 Tính toán bố trí thép 39

4.1.12 Kiểm tra khả năng chịu cắt của kết cấu 42

4.1.13 Kiểm tra nứt 42

4.1.14 Tính bề rộng khe nứt theo công thức thực nghiệm (TCVN 4116 – 1985 - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép công trình thủy công ) 43

4.2 Tính toán khả năng chịu tải trọng ngang của cọc tiết diện nhỏ trong móng cọc bệ cao 44

4.2.1 Tổ hợp tải trọng 44

4.2.2 Trình tự và kết quả tính toán 45

4.3 Tính toán khả năng chịu tải trọng ngang của cọc tiết diện lớn trong móng cọc bệ cao 53

4.3.1 Tổ hợp tải trọng 53

4.3.2 Trình tự và kết quả tính toán 54

4.3.3 Kết quả tính toán 56

4.3.4 Kiểm toán khả năng chịu tải trọng ngang của cọc 61

Trang 3

LỜI MỞ ĐẦU

Cọc trong móng không những chịu lực tác dụng dọc trục mà còn có thể chịu cả những lực ngang hoặc mômen uốn ở đầu cọc

Dưới tác dụng của lực ngang, cọc có hai khả năng bị phá hoại Đối với những cọc ngắn chế tạo bằng vật liệu cứng khả năng chịu lực thường bị hạn chế do biến dạng ngang quá lớn, khi đó mặt đất ở mặt bên phía sau của cọc bị phá hoại và phồng lên Đối với những cọc dài theo kinh nghiệm tính toán thực tế cho thấy rằng cọc thường bị hỏng do ứng suất quá lớn dưới tác dụng của lực ngang trước khi đất ở mặt bên phía sau bị phá hoại

Tóm lại, khi tính toán cọc dưới tác dụng của lực ngang phải đảm bảo hai vấn đề Đầu tiên là xem xét cọc có ổn định hay không, nghĩa là áp lực truyền lên đất do lực ngang sinh ra phải nhỏ hơn áp lực ngang tính toán của đất, thứ hai là cường độ và biến dạng của cọc phải nhỏ hơn cường độ và biến dạng tính toán của cọc

Những cọc cứng thường l/d<20 (l là chiều sâu của cọc trong đất, d là đường kính của cọc tròn hay cạnh của cọc vuông) người ta cho phép giả thiết cọc là tuyệt đối cứng và tính toán cọc dưới tác dụng của các áp lực đất theo các giả thiết của tường chắn đất (Tính toán tường cừ dự ứng lực)

Những cọc có tỷ số l/d≥20 gọi là những cọc mềm thường được tính toán với giả thiết

là một dầm trên nền đàn hồi (Coi đất như một vật thể biến dạng đàn hồi, tính chất đàn hồi của đất được đặc trưng bằng hệ số nền Cz và tăng theo độ sâu)

Khi tính toán với các cọc mềm, chia làm hai trường hợp:

1 Móng cọc bệ thấp

2 Móng cọc bệ cao Có thể phân thành các trường hợp sau:

+ Móng cọc bệ cứng hay bệ mềm

+ Cọc tiết diện lớn hay tiết diện nhỏ

Trong phạm vị hướng dẫn này, sẽ trình bày các phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang trong các chương 1,2,3; chương 4 sẽ trình bày một bài toán ứng dụng phần mềm SAP2000 V14 để tính toán kết cấu và tính toán khả năng chịu tải trọng ngang của cọc dưới bến cầu tàu loại nhỏ

Tài liệu tham khảo:

1 GS.TSKH Bùi Anh Định (Chủ biên) – Nền và móng công trình cầu đường - Nhà xuất bản xây dựng, 2005

2 TCVN 205-1998 –Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc

3 Ks Vũ Minh Tuấn – Thiết kế công trình bến cảng – Nhà xuất bản xấy dựng

4 22TCN 219-94 – Công trình bến cảng sông – Tiêu chuẩn thiết kế

5 22TCN 207-92 – Công trình bến cảng biển – Tiêu chuẩn thiết kế

Trang 4

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI NGANG CỦA CỌC

TRONG MÓNG CỌC BỆ THẤP1.1 Khái niệm móng cọc bệ thấp

Móng cọc bệ thấp là loại có đáy bệ nằm thấp hơn mặt đất Trong tính toán thiết kế hiện nay thường giả định để cho an toàn là toàn bộ lực ngang tác dụng lên móng cọc sẽ được truyền cho đất ở phía sau bệ chịu

Hình 7: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bệ móng

Để đảm bảo yêu cầu này đáy bệ phải được đặt đến độ sâu nhất định, độ sâu này xác định theo công thức:

γ : Trọng lượng riêng của lớp đất từ đáy bệ trở lên.

h : Độ chôn sâu đáy bệ

a : Cạnh của đáy bệ thẳng góc với mặt phẳng tác dụng của lực

ϕ: Góc ma sát trong của lớp đất từ đáy bệ trở lên.

Từ công thức suy ra được độ sâu tối thiểu để đặt đáy bệ cọc thấp:

Trang 5

1.2 Kiểm tra khả năng chịu tải trọng ngang của cọc trong móng cọc bệ thấp

1.2.1 Nội lực ngang trục trong cọc của móng bệ thấp kiểm tra theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05.

2

m T kP

H

x tc

x ≤ +∑

Bộ Giao thông vận tải Việt Nam

Đối với cọc có đầu ngàm trong bệ: u

EJ : Độ cứng của tiết diện ngang thân cọc

β : Hệ số tính đến sức kháng của đất chung quanh cọc (Bảng 1)

3

o

l : Độ sâu mà từ đó trở xuống coi như cọc bị giữ chặt không biến dạng (Chiều dài chịu uốn của cọc bệ thấp)

Ptc : Tính theo chuyển vị ngang u của đầu cọc tùy theo yêu cầu thiết kế:

Nếu u = 1cm thì giá trị Ptc có thể lấy theo (bảng 2)

Nếu u < 1cm thì giá trị Ptc tính theo giá trị nội suy từ (bảng 2)

Nếu u > 1cm, Ptc phải xác định theo thí nghiệm tải trọng tĩnh

Trang 6

T x: Tổng số hình chiếu trên trục ngang Ox của nội lực dọc trục trong các cọc.2

m : Hệ số điều kiện làm việc (Bảng 3)

Bảng 1: Gía trị hệ số sức kháng của đất β

Loại đất (kể từ đáy bệ đến độ sâu l0) β

- Cũng loại trên nhưng nằm dưới mực nước ngầm 0,16

- Cát rời rạc, đất sét dẻo mềm thấp hơn mực nước ngầm 0,12

Bảng 2: Gía trị của l0 và PT c

Cọc bêtông

Cọc gỗ

Cọc bê tông cốt thép Cọc gỗ (d,cm) 30x30 35x35 40x4

Bảng 3: Hệ số điều kiện làm việc m 2

1.2.2 Nội lực ngang trục trong cọc của móng bệ thấp kiểm tra theo TCVN 205 -1998

Để giới hạn trị số tiêu chuẩn của tải trọng ngang Ptc

ngang tác dụng lên cọc từ công trình tại mặt đáy của đài cọc, tính toán cọc ngàm vào đài cọc và chịu tải trọng ngang theo trạng thái giới hạn thứ hai (theo biến dạng dịch chuyển)

Điều kiện cần đảm bảo là: N ngangP ngang tc

Trong đó:

tc

ngang

P : Cường độ tiêu chuẩn của cọc thẳng đứng chịu tải trọng ngang Chọn theo trị

số kinh nghiệm, xác định theo chuyển vị ngang của đầu cọc Δng = 1cm

ngang

N : Theo điều 6.1.7 TCVN 205-1998 (Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc) thì tải trong ngang tác dụng lên từng cọc trong gồm các cọc thẳng đứng và có cùng tiết diện thì được phân bố đều lên các cọc trong nhóm

P

Trang 7

Với P ngang là lực ngang lớn nhất tác dụng lên công trình.

n : Số lượng cọc trong móng

Trang 8

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA

CỌC TIẾT DIỆN NHỎ TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO

2.1 Khái niệm móng cọc bệ cao

Móng cọc bệ cao là loại có đáy bệ nằm cao hơn mặt đất Đứng về phương diện thiết

kế, móng cọc bệ cao là móng cọc có đáy bệ chôn sâu không thỏa mãn yêu cầu theo công thức:

b

H tg

f h

min

2.2 Nội lực ngang trục trong cọc của móng bệ cao

Theo điều (6.2.5) - TCVN 205 – 1998, việc phân bố tải trọng ngang giữa các cọc của móng cọc đài cao nên xác định bằng cách tính chúng như kết cấu khung

Tham khảo sách “Nền và móng công trình cầu đường” – (GS.TSKH Bùi Anh Định, PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc), tiến hành tính toán theo trình tự sau:

2.2.1 Sơ đồ tính toán và cơ sở lí thuyết

Móng cọc bệ cao là kết cấu khung không gian nhiều bậc siêu tĩnh Các cọc của khung không phải là những thanh đàn hồi đơn giản mà là những cọc cắm sâu vào trong đất, các cọc này khi chịu tải trọng không những có biến dạng đàn hồi của bản thân mà còn có những biến dạng do đất sinh ra

Trang 9

Hình 8: Mô hình móng cọc đài cao

Sơ đồ tính toán của bệ cao là sơ đồ khung phẳng có thanh ngang là tuyệt đối cứng và các cột có hai liên kết qui ước

Các giả thiết cơ bản để tính nội lực của cọc trong móng cọc đài cao có mấy điểm sau:

1.Giả thiết 1: Tính toán móng cọc đài cao theo sơ đồ phẳng

Mặt phẳng tính toán là mặt phẳng đối xứng của bệ cọc Mục đích đơn giản hóa việc tính toán nhưng kết quả không sai số nhiều

Hình 9: Mặt phẳng tính toán móng cọc đài cao

2.Giả thiết 2: Thay đất chung quanh cọc bằng 2 liên kết qui ước

Mục đích là để đơn giản hóa việc tính toán nhưng vẫn đảm bảo cho các cột của khung là những thanh đàn hồi thuần túy và biến dạng của chúng trong khung là tương đương như biến dạng của cọc trong thực tế

3.Giả thiết 3: Gỉa định bệ cọc là cứng vô cùng.

Mục đích là để đơn giản hóa việc tính toán nhưng vẫn đảm bảo phù hợp với điều kiện thực tế

Bệ cứng là bệ có kích thước của bệ rất lớn so với cọc, đồng thời kích thước các chiều của bản thân bệ cũng gần tương đương nhau Khi chịu tải thì biến dạng của bệ có thể coi là rất nhỏ Tức là, khi móng chịu tải trọng bệ chỉ có chuyển vị do các cọc biến dạng, còn bản thân bệ không biến dạng, đáy bệ vẫn là 1 mặt phẳng giữ nguyên kích thước Khi chịu tải trọng vị trí chuyển dịch của bệ được xác định bằng 3 tọa độ là: chuyển vị theo chiều thẳng đứng v, chuyển vị theo chiều ngang u, và cọc quay ω.

Trang 10

2.2.2 Trình tự tính toán

1 Xác định chiều dài chịu nén tính toán và chịu uốn của cọc:

- Chiều dài chịu nén:

Khi cọc chịu lực dọc trục có biến dạng lún ở đất và biến dạng nén đàn hồi của bản thân, trong sơ đồ tính toán cọc được thay bằng một thanh thẳng có một liên kết chốt ở đầu với chiều dài nào đó, cho biến dạng đàn hồi của nó bằng biến dạng thực của cọc

Theo qui phạm chiều dài nén này lấy bằng chiều dài thực của cọc: LN = L

Hình 10: Sơ đồ xác định chiều dài chịu nén của cọc

- Chiều dài chịu uốn:

Khi cọc chiu tải trong ngang thì có một đoạn trên của cọc chịu uốn và có chuyển vị ngang trục Gọi khoảng cách từ đáy bệ đến độ sâu mà cọc bị giữ chặt là chiều dài chịu uốn

LM, thay đất bằng một liên kết ngàm di động tại vị trí đó

Trang 11

LM – xác định theo qui ước sau:

L M = + η −

- Khi L1 ≥2ηd lấy: L M =L0 +2ηd

Trong đó:

L0 : Đoạn dài tự do từ đáy bệ đến mặt đất

L1 : Chiều dài cọc nằm trong đất

d : Đường kính cọc hay là cạnh của cọc

η: Hệ số thường lấy bằng 5 – 7 ( Đất càng chặt cứng lấy càng nhỏ) Tuy nhiên, cần

cẩn thận với giá trị này khi cọc đóng trong đất nền yếu Để an toàn, nếu cọc qua nền bùn xem như đoạn tự do

2 Tính toán nội lực trong móng cọc bệ cao:

Xét sơ đồ tính toán của móng cọc bệ cao Lấy gốc tọa độ và các trục có hướng dương quy ước như hình vẽ

Hình 12: Sơ đồ tính toán móng cọc đài cao Trong đó:

P – Tổng tải trọng theo phưng đứng tác dụng tại đáy đài (Chiều dương hướng xuống)

Hx – Tổng tải trọng ngang theo chiều Ox (Chiều dương theo chiều quay của trục

OxMy làm cho bệ quay theo chiều kim đồng hồ)

My – Tổng momen tác dụng

u, v, ω: Chuyển vị ngang, chuyển vị đứng, góc xoay của đài tuyệt đối cứng.( u

dương khi chuyển vị theo hướng Hx hay theo chiều của Ox)

Trang 12

Theo phương pháp chuyển vị trong cơ học kết cấu: Tổng số phản lực sinh ra trong một liên kết phụ do chuyển vị của chính nó, cũng như do chuyển vị của các liên kết khác và ngoại lực bằng không Vì vậy, viết được phương trình chính tắc sau:

+

=++

=++

x u

v

x u

uu uv

v vu vv

M r

u r v r

H r

u r v r

P r

u r v r

ωωω

ωω ω

ω

ω ω

Như vậy, muốn tìm các hệ số của phương trình chính tắc trên phải tìm được công

thức tính nội lực trong các cọc do nội lực sinh ra Sau đó xác định chuyển vị của hệ và xác định nội lực đầu cọc.

a Tính các phản lực đơn vị trong các liên kết:

n n

Mn

n n

n

Nn

n uu

L

J L

F E

1 3

2 1

cos12

=

n n

Mn

n n

n

n n Mn

n n

n n n

Nn

n u

J E x

L

J E x

L

F E r

rω ω sinδ cosδ 12 sinδ cosδ 6 cosδ

Mn

n n

n n

Mn n n

Mn

n n

n n

Nn

L

J E x

L

J E L

J E x

L

F E

1 2

2 2

1 31

2 2

=

n n

Mn

n n

n

Nn

n vv

L

J E L

F E

1 3

2 1

sin12

=

n n n

Mn

n n

n n

Nn

n vu

uv

L

J E L

F E r

r sinδ cosδ 12 sinδ cosδ

Mn

n n

n n

Mn

n n

n n

Nn

n v

v

L

J E x

L

J E x

L

F E r

E: Modun đàn hồi của vật liệu làm cọc (T/m2)

F: Diện tích tiết diện ngang của cọc(m2)

J: Momen quán tính của tiết diện cọc ứng với trục qua trọng tâm tiết diện cọc

Trang 13

LN, LM : Chiều dài chịu nén và chịu uốn tính toán của cọc.

xn : Tọa độ tim cọc tại cao trình đáy đài so với tâm đài

b Giải phương trình chính tắc để tìm các chuyển vị của hệ:

+

=++

=++

x u

v

x u

uu uv

v vu vv

M r

u r v r

H r

u r v r

P r

u r v r

ωωω

ωω ω

ω

ω ω

Trong đó:

rik : Phản lực đơn vị tại các liên kết của hệ cơ bản

u, v, ω: Chuyển vị ngang, chuyển vị đứng, góc xoay của đài tuyệt đối cứng.

N – Tổng tải trọng theo phưng đứng tác dụng tại đáy đài

x

M H

P

A=

u uu vu

r r r

ω ωω ω ω

r r

r

u v

v

uv vv

r r

r B

ωω ω ω

r r

r

u v

v uv vv

r r

r C

ω

=

u uu vu

r r r

ω y

x

M H P

v

uv vv

r r

r D

ω

=

u uu vu

r r r

ω ωω ω ω

r r

r

u v

cos sin

12

Mn

n n

n n n

Mn

n Dn

Tn

L

EJ x

u v

L

EJ Q

Mn

n n

n n n

Mn

n Tn

L

EJ x

u v

n n n

Mn

n Dn

L

EJ x

u v

MTn – Momen sinh ra trong cọc khi đầu cọc có chuyển vị ngang trục

QTn – Nội lực ngang trục sinh ra tại đầu cọc, khi đầu cọc có chuyển vị ngang trục

Trang 14

MDn – Momen sinh ra tại liên kết ngàm của cọc với đất.

QTn – Nội lực ngang trục sinh ra tại tại liên kết ngàm của cọc với đất

4 Kiểm toán móng cọc bệ cao theo trạng thái giới hạn:

Sau khi tính toán ra nội lực và biến dạng của cọc và bệ cao, cần kiểm tra móng cọc theo ba trạng thái giới hạn

a Theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

Kiểm toán cọc dưới tác dụng của các nội lực lớn nhất và đảm bảo yêu cầu:

datnen tt

205-b Theo trạng thái giới hạn thứ hai:(Kiểm toán cho cầu giao thông)

Đối với móng cọc bệ cao ngoài việc đảm bảo yêu cầu về độ lún thẳng đứng như đối với móng cọc bệ thấp, còn phải đảm bảo chuyển vị ngang cảu móng nhỏ hơn qui định

)(5,

0 L cm h

u

U = +ω trutru

Trong đó:

u: Chuyển vị ngang của bệ theo tính toán

ω: Góc quay theo tính toán.

tru

h : Chiều cao từ đáy bệ đến đỉnh

tru

δ : Biến dạng ngang đàn hồi của thân bệ.

L: Chiều dài nhịp ngắn gác lên trụ

c Theo trạng thái giới hạn thứ ba: Đảm bảo điều kiện chống nứt cho cọc.

Trang 15

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CỦA

CỌC TIẾT DIỆN LỚN TRONG MÓNG CỌC BỆ CAO

3.1 Khái niệm về cọc tiết diện lớn

3.1.1 Ưu điểm của cọc tiết diện lớn

- Sử dụng trong các công trình cầu, nhà cao tầng, giàn khoan… có tải trọng lớn

- Chiều dài cọc lớn, cọc có khả năng chịu lực nén, lực ngang và mômen uốn lớn

3.1.2 Phân loại cọc theo đường kính

5 , 2

Trang 16

- Tính khung phẳng ngang: Khung gồm một hàng cọc chịu tác dụng của tải trong thẳng góc với mặt phẳng của khung.

- Tính khung phẳng dọc: Khung phẳng chịu tác dụng của tải trọng nằm trong một mặt phẳng của khung

- Coi cọc là thanh có bề rộng tính toán att được đóng trong một nền đàn hồi Winkle

- Có xét đến tác dụng của đất ở chung quanh nền cọc

3.3 Tính cọc dưới tác dụng đồng thời của tải trọng đứng, tải trọng ngang và mô men – Theo Phụ lục G – TCVN 205-1998

3.3.1 Nguyên lí tính toán

Theo phụ lục G - TCVN 205-1998, tính toán cho khung phẳng ngang và giả thiết tải trọng phân đều cho các cọc trong khung, nên bài toán sẽ đưa về xét một cọc đơn

Xét một cọc chịu tác dụng của những lực ngang và mômen đặt ở ngang mặt đất ( Tất

cả các lục tác dụng ở bên trên đều chuyển về thành một hệ lực H0 và M0 tác dụng ở mặt đất)

Hình 7: Sơ đồ chịu lực của khung

Trang 17

Hình 8: Sơ đồ lực và chuyển vị của cọc

Để tìm chuyển vị và nội lực trong cọc ống do H0 và M0 , dựa vào phương trình vi phân đường cong đàn hồi của cọc như sau:

04

4

=+ma zy dz

y d

Trong đó:

y: Biến dạng ngang của cọc

z: Độ sâu của điểm đang xét

m: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của đất

EJ : Xuất phát từ nguyên lí đạo hàm bậc bốn của biến dạng thì bằng cường độ phân bố của tải trọng

0 1 2

0 1

0 1

EJ

H C EJ

M B A

y

y z

αα

α

+

Trang 18

2 3

0 2

2

0 2

0 2

EJ

H C EJ

M B A

y

z

αα

α

ϕα

3 3

0 3

2

0 3

0 3 0

EJ

H C EJ

M B A

y EJ

M z

αα

α

ϕ

4 3

0 4

2

0 4

0 4 0

EJ

H C EJ

M B A

y EJ

Q z

αα

Trang 19

1 Giá trị nhỏ của hệ số K trong bảng G.1 tương ứng với giá trị lớn của trị số sệt I L của đất sét và

hệ số rỗng e của đất cát được ghi trong dấu ngoặc đơn, còn giá trị lớn của hệ số K tương ứng với giá tri nhỏ của I L và e Đối với các đất có những đặc trưng I L và e ở khoảng trung gian thì hệ

số K được xác định bằng cách nội suy.

2 Hệ số K đối với cát chặt lấy cao hơn 30% so với giá trị lớn nhất ghi trong bảng cho loại đất dạng sét.

Hoặc tính K – Hệ số tỉ lệ (T/m4),tra bảng, hoặc xác định K theo công thức:

N , N q, Nγ - Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất

2.Chiều sâu tính đổi của tiết diện cọc trong đất:

Kb

b

c

bd

K – Hệ số tỉ lệ (Để an toàn, lấy Kmin)

Eb – Mô dun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc khi nén và kéo

J – Mô men quán tính tiết diện ngang cọc, cọc chữ nhật

Trang 20

- Khi d<0.8 thì bc = 1.5d+0.5m.

3.Các chuyển vị của cọc ở cao trình mặt đất:

Để xác định các chuyển vi y0, ϕ0cần xác định chuyển vị ngang và góc quay của hệ ở điểm O do các lực đơn vị M0 = 1 và H0 = 1 gây ra

Hình 9: Sơ đồ chuyển vị cọc ở cao trình mặt đất

Theo TCXD 205-1998, từ L ebd L- xác định chuyển vị theo công thức:

0 3

1

A J

E b

bd HH

α

δ =

0 2

1

B J

E b

bd HM MH

αδ

0

1

C J

E b

bd MM

δ - Góc xoay của tiết diện, 1/T, bởi lực H0 =1

4.Mô men uốn và lực cắt của cọc tại cao trình mặt đất:

H và M – Gía trị tính toán của lực cắt và mô men tại đầu cọc

l0 – Chiều dài đoạn cọc, bằng khoảng cách từ đáy đài cọc đến mặt đất

Trang 21

5.Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình mặt đất:

HM

HH M H

Ml J E

Hl l

y

b b

n

23

2 0

3 0 0 0

=

J E

Ml J E

Hl

b b

0

2 0 0

+

=ψψ

7 Áp lực tính toán, mô men uốn, lực cắt trong tiết diện của cọc:

I E

H C

EI

M B

A y z K

b bd

o bd

o bd

o o

e bd

ψα

3 3

3 3

2 E Iy A E I B M C H D M

bd

o o

o b bd o

b bd

4 4

4

2 4

N - Tải trọng tính toán dọc trục tại đầu cọc

3.3.2 Kiểm toán sự ổn định của nền quanh cọc

Kiểm tra theo điều kiện khống chế áp lực tính toán σzlên đất ở mặt bên của cọc theo công thức:

1 2 1

4

C tg

v

ϕηη

Trang 22

- Khi Le> 2,5: tại độ sâu z = 0,85/αbd.

ϕ , C1- Giá trị tính toán của góc ma sát trong, và lực dính của đất (T/m2);

ξ- Hệ số lấy bằng 0,6 cho cọc nhồi và cọc ống, bằng 0,3 cho các loại cọc còn lại;

v p

M M

n

M M

M - Mômen do tải trọng tạm thời (T.m);

n, hệ số, lấy bằng 2,5 trừ các trường hợp sau đây:

a) Những công trình quan trọng:

+ Khi Le≤ 2,5 lấy n= 4;

+ Khi Le≥ 5 lấy n= 2,5;

+ Khi Lenằm giữa các trị số trên thì nội suy n.

b) Móng một hàng cọc chịu tải trọng lệch tâm thẳng đứng nên lấy n= 4, không phụ thuộc vào Le.

Trang 23

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SAP 2000 V14 ĐỂ TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẾN VÀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC DƯỚI BẾN CẦU TÀU LOẠI

NHỎ

Trích dự án : Xây dựng bến cá Trần Đề 250CV – Huyện Trần Đề.

4.1 Tính toán kết cấu bến cầu tàu loại nhỏ

4.1.1.Giải pháp kết cấu công trình

- Tổng chiều dài bến: 221,16m

- Bề rộng bến kể cả đường giao thông : 13,90m

- Bản giảm tải rộng 6,60m, bằng BTCT M300 dày 25cm, bến dưới là hệ thống giằng ngang và dọc có tiết diện (60x85)cm, khoảng cách giữa các giằng ngang và dọc là 3,00m Cao trình mặt bến là +2,50m Tường chắn phía sông cao 1,80m Tại vị trí liên kết với đệm tựa tàu chiều cao tường là 4,00m

- Cao trình mặt bản giảm tải là +0,70m Bên trên bản giảm tải là lớp cát, cấp phối sỏi

đỏ dày 50cm, cấp phối đá dăm dày 20cm và bê tông dày 25cm

- Móng bến là cọc ống BTCT dự ứng lực ф400 dài 24m, bố trí 4 cọc xiên 1:6 theo phương ngang, khoảng cách các cọc theo phương ngang và dọc là 3,0m

- Tường chắn đất là cừ BTCT dự ứng lực SW400 dài 12m, lăng thể đá hộc giảm áp lực ngang lên tường cừ có kích thước hình thang 1,00x3,40x2,60m

- Bảo vệ mái (hệ số mái m = 1,50) là lớp thảm đá dày 30cm, bên dưới là lớp đá dăm dày 20cm và vải địa kỹ thuật

- Đệm lốp cao su chống va, bố trí cách 3m/1 đệm

- Dọc theo cảng là đường giao thông rộng 7,5m

Hình 10: Mặt bằng bố trí cọc cho 1 đơn nguyên bến

Trang 24

Hình 11: Mặt cắt ngang bến cầu tàu

4.1.2 Đặc trưng vật liệu

Bêtông sử dụng cho dầm và bản là BTCT M300 có các đặc trưng vật liệu:

- Modun đàn hồi của bêtông : E = 2,90x106T/m2

- Trọng lượng riêng của bêtông : γ =2,50T/m3

- Modun đàn hồi của thép : E = 2,10x107T/m2

- Trọng lượng riêng của thép : γ =7,84T/m3

Vật liệu lớp gia cố trên mặt bến:

- Trọng lượng riêng của bê tông thường: γ =2,20T/m3

- Trọng lượng riêng của đá dăm : γ =1,60T/m3

Trang 25

- Trọng lượng riêng của sỏi đỏ : γ =1,56T/m3

- Trọng lượng riêng của cát đắp : γ =1,80T/m3

Cọc BTCT ƯST PRA400, M600:

- Đường kính ngoài : D = 400mm

- Đường kính trong : d = 320mm

- Chiều dày bê rông : t = 80mm

- Môdun đàn hồi của bê tông : E = 3,80x106T/m2

4.1.3 Tính toán chiều dài cọc chịu uốn và nén của cọc

1 Mô hình tính toán:

Quan niệm về mô hình làm việc giữa cọc và đất nền: Cọc được cố định tại một điểm (điểm ngàm giả đinh) nhưng không ngăn cản chuyển cị dọc trục tại điểm ngàm giả định sẽ đặt một liên kết gối theo phương đứng

2 Chiều dài chịu uốn của cọc:

Cách 1: Chiều dài chịu uốn của cọc được xác định theo công thức MJ Tomlinsion

“Thiết kế cọc và kinh nghiệm thi công” :

f

z L z

Trong đó:

L0 : Chiều dài tự do của cọc kể từ đáy đến mặt đất tự nhiên (m)

zf : Chiều dài cố định của cọc (m), z f = 1 , 8T (m).

T : Hệ số độ cứng, thông thường với các lớp đất sét cố kết: 5

h

n

EJ

T =

E : Môdun đàn hồi của vật liệu làm cọc

J: Mômen quán tính tiết diện ngang của cọc (m4)

nh : Hệ số kể đến sự thay đổi môdun của nền đất

Với sét yếu cố kết thông thường , nh = 35÷70(T/m3)

Với bùn sét hữu cơ : nh = 15(T/m3)

Cách 2: Theo TCVN 205-1998

a Chiều dài chịu uốn của cọc

Chiều dài chịu uốn của cọc được xác định theo công thức:

bd

u L L

Trang 26

L0 : Chiều dài tự do của cọc (m).

bd

α : Hệ số biến dạng (1/m), 5

J E

b K

b

c

bd

Với: - K: Hệ số tỷ lệ (T/m4), phụ thuộc vào đất nền xung quanh cọc, tra bảng G1 –Phụ lục G – TCVN 205-1998

- bc : Chiều rộng quy ước của cọc (m) Đối với cọc ống có đường kính ngoài d < 0,8m thì bc = 1,5d + 0,5m

- Eb: Môdun biến dạng của vật liệu cọc (T/m2)

- J : Mômen quán tính tiết diện ngang cọc (m4), đối với cọc ống PRA 400:

64

4

4 d D

Bảng 5: Bảng tính hệ số biến dạng

b Chiều dài chịu nén của cọc

Tính theo công thức Zavriev:

n n

P

EF L

L = 0 +7×10−3

Trong đó:

L0: Chiều dài tự do của cọc tính đến mặt thiết kế (m)

Pn : Sức chịu tải của cọc (T)

E : Môdun biến dạng của vật liệu làm cọc (T/m2)

F : Diện tích tiết diện ngang của cọc (m2), ( )

4

2

2 d D

4.1.4 Hệ số đàn hồi theo phương đứng

Hệ số đàn hồi theo phương đứng được xác định theo công thức:

s p p

v E F L

Trong đó:

Trang 27

Ep: Môdun đàn hồi theo phương dọc của cọc (T/m2)

Fp: Diện tích mặt cắt ngang của cọc (m2)

Ls: Chiều dài giữa điểm cố định cọc và chân cọc (m), L s =LL u.

4.1.5 Tải trọng tác dụng lên cầu tàu

Đối với kết cấu cầu tàu, chịu tác dụng của các tải trong cơ bản sau:

1 Tải trọng bản thân cấu kiện

Chương trình tính toán kết cấu SAP2000 sẽ tự động tính toán tải trọng bản thân của các cấu kiện từ kích thước đã khai báo

2 Tải trọng gia cố trên mặt bến

Tải trọng lớp gia cố trên mặt bến gán phân bố đều:

2/84.240.2560,6

39,476

m T F

P q

- Thành phần lực va vuông góc với tuyến bến: N x =6,00T

- Thành phần lực va song song với tuyến bến: N y = 3 , 00T

4 Lực neo tàu

- Thành phần lực neo vuông góc với tuyến bến: S q = 4 , 137T

- Thành phần lực neo song song với tuyến bến : S n =0,551T

- Thành phần lực neo thẳng đứng : S v =7,995T

5 Tải trọng do hàng hóa: q hh = 1,00T.

6 Tải ô tô: q oto = 0,68T.

7 Lực tựa tàu: q tựatàu = 0,796T/m.

8 Áp lực do lớp gia cố tác dụng lên bản tựa:

Gán trực tiếp vào chương trình SAP2000

Trang 28

4.1.6 Tổ hợp tải trọng

Trường hợp tính toán:

- Trường hợp 1: Tàu mới cập bến có va tàu

- Trường hợp 2: Tàu đang neo đậu trong bến chưa bốc hàng

- Trường hợp 3: Tàu đang neo đậu trong bến và đang bốc hàng

Sử dụng phần mềm SAP2000 để mô hình bài toán

Mô hình kết cấu bến được xây dựng dưới dạng hệ khung không gian 3 chiều gồm các phần tử Frame và Shell làm việc chịu tác dụng đồng thời của tải trọng đứng , tải trọng ngang…

Liên kết giữa cọc và dầm là liên kết cứng, sự tương tác giữa cọc và đất nền được mô hình hóa bằng cách đưa ra điểm ngàm giả định và liên kết gối đàn hồi

4.1.8 Các thành phần nội lực cần xác định khi giải bài toán

1) Xác định chuyển vị lớn nhất trong kết cấu cầu tàu

2) Xác định nội lực trong kết cấu cầu tàu:

- Phần tử cọc ống BTCT DUWL: Pmax, min ; M2max, min ; M3max, min

- Phần tử dầm: M3max, min ; V2max, min

- Phần tử bản mặt : M11max, min ; M22max, min ; V13max, min; V23max, min

4.1.9 Các bước mô hình bài toán

1 Chọn đơn vị tính: Thông thường chọn đơn vị tính là Ton, m, C.

Rê chuột đến thanh trạng thái góc bên phải của màn hình → Click chọn đơn vị Ton,

m, C

Trang 29

2 Tạo mô hình kết cấu

Click vào File/ New Model/ Chọn Grid Only.

Dựa trên cơ sở kích thước thật của công trình, định dạng hệ lưới thích hợp tạo sự thuận lợi cho việc vẽ mô hình bài toán

Click vào Draw/ Draw Frame : để vẽ các phần từ có dạng thanh Đối với bài toán

này có các thanh dầm dọc và dầm ngang, cọc

Click vào Draw/ Draw Poly Area : để vẽ các phần tử có dạng tấm – bản Đối với bài

toán này có bản mặt bến, bản tựa tàu

Trang 30

3.Định nghĩa đặc trưng vật liệu

Click vào Menu Define/ Materials/ Conc/ Add new Material

Các kết cấu cần gán các đặc trưng vật liệu:

- Gán các đặc trưng vật liệu của BTCT M300 cho kết cấu: Dầm dọc và dầm ngang, bản mặt bến, bản tựa tàu

- Gán các đặc trưng vật liệu của BTCT M600 cho kết cấu: Cọc BTCT DƯL

Trang 31

4 Định nghĩa đặc trung hình học

Click vào Menu Define/ Sections Properties/ Frame sections/Add new Property/

Concrete / Rectangular : Để định nghĩa các phần tử dạng thanh: dầm dọc và dầm ngang.

Click vào Menu Define/ Sections Properties/ Frame sections/Add new Property/ Concrete/ Pipe : Để định nghĩa tiết diện ngang của cọc ống BTCT M600.

Ngày đăng: 29/10/2015, 19:42

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w