Hướng Dẫn Thiết Kế Móng Băng

Móng băng PHẢI thiết kế nào? Th.s GVC Lê Anh Hoàng Móng Băng: Móng bên nhiều cột với bề rộng Bm chiều dài Lm chọn theo khoảng cách cố đònh cột với tải trọng cột là: Ni Thông thường thiết kế móng băng người ta có cách tính sau: Cách Dầm lật ngược hay gọi dầm đảo: Do trước thâïp niên 70 người ta chưa có máy tính, tính toán thủ công nên buộc người ta phải nghó đến việc: “COI MÓNG NHƯ LÀ DẦM LẬT NGƯC” để dể tính toán dùng bảng để tra… Việc tính toán theo cách hoàn toàn SAI Như móng thiết kế sau cho khoảng cách gần để tải trọng cột gần nhau… Bảng để tra lấy từ bảng tra dầm liên tục với đoạn biên=0,354 nhòp x, sau điều chỉnh 30% giảm gối tăng nhòp Sai cách LẬT NGƯC sai xem móng tuyêt đối cứng Cách Nếu ta xem móng Tuyệt đối cứng phản lực móng phân bố đường thẳng: tính pmax, pmin sau cắt tiết diện để tính toán Cơ Học Kết Cấu Cách tính toán thủ công thực theo sau: 2-1 Tính phản lực vò trí có LỰC (phân bố thẳng) N =320kN N1=280kN a N3=250kN N2=360kN b O c Phản lực vò trí 1, 3, 83kN/m 90kN/m87kN/m85kN/m 98kN/m 96kN/m 93kN/m 1,0 4,0 3,0 77kN/m 575kN/m 1,5 4,5 2-2 Tính LỰC CẮT QT, QP vò trí này, xem đoạn tải trọng N, phân bố Q đường thẳng (thực chất đường cong bậc 2) sai lệch không đáng kể để dể dàng xác đònh vò trí lực cắt Q=0 ta tính giá tri Mmax đoạn vò trí Q=0 Biểu đồ lực cắt với vò trí a,b,c có Q=0 183kN 171kN N =280kN 158kN N 2=360kN N 4=320kN N 3=250kN 114kN a b O c 92kN -97kN a=2m b=2m c=2m 189kN 1,0 4,0 206kN 3,0 4,5 1,5 2-3 Tính bổ xung phản lực vò trí Q=0, tất nội suy tuyến tính 2-4 Tính Moment tất vò trí; tải trọng lực Ni, vò trí Q=0 cách tính Cơ Học Kết Cấu cắt mặt cắt xem ngàm để tính moment Thí dụ ta có kết sơ đồ tính sau: Tinh Moment N1=280kN Tại vò trí Cột 1, Sơ đồ tính: M1=–{½ 96+⅓(98-96)}12=–48kN.m 98kN/m 96kN/m 1,0 N1=280kN Tại vò trí a, Sơ đồ tính: a M2=2802–{½ 93+⅓(98-93)}32 =127kN.m 93kN/m 98kN/m 2,0 1,0 Tại vò trí Cột 2, Sơ đồ tính: N2=360kN N1=280kN 90kN/m 98kN/m 1,0 Tại vò trí b, Sơ đồ tính: 4,0 N1=280kN N2=360kN a 87kN/m 1,0 Tại vò trí Cột 3, Sơ đồ tính: Mb=2806+3602 –{½ 87+⅓(98–87)}72 =89kN.m b 98kN/m 2,0 4,0 N1=280kN N3=250kN N2=360kN a 1,0 O M3=2807+3603 {½ 85+⅓(98–85)}82 =43kN.m 3,0 4,0 N1=280kN N2=360kN b 85kN/m 98kN/m Tại vò trí c, Sơ đồ tính: M3=2804–{½ 90+⅓(98-90)}52 =–72kN.m a N3=250kN b c Mc=2809+3605 +2502 –{½ 83+⅓(98–83)}102 =187kN.m 83kN/m 98kN/m 1,0 4,0 3,0 2,0 Tại vò trí Cột 4, Sơ đồ tính: a N 4=320kN N 3=250kN N 1=280kN N 2=360kN b c 77kN/m 98kN/m 1,0 3,0 4,0 4,5 M4=28011,5+3607,5+2504,5–{½ 77+⅓(98–77)}12,52 =–64kN.m Biểu đồ Moment: 187kN.m -127kN.m N2=360kN N 1=280kN N 4=320kN N 3=250kN 89kN.m -43kN.m a b O c -48kN.m -64kN.m -72kN.m 1,0 4,0 3,0 4,5 1,5 Về Phương pháp tính toán cách tính HOÀN TOÀN ĐÚNG theo CƠ HỌC KẾT CẤU, không sai cách tính (mà phương pháp dầm lật ngược SAI hoàn toàn lật ngược sơ đồ) Vậy cách tính có chổ không phù hợp? Cách tính không phù hợp chổ GIẢ THIẾT xem móng TUYỆT ĐỐI CỨNG Kinh nghiệm thực tế tính toán cho thấy móng cột, tối đa giả thiết TUYỆT ĐỐI CỨNG chấp nhận Cái quan làm cho giả thiết Tuyệt đối cứng sai, kết không thực tế móng băng đầu phần dôi (như móng xây chen, móng chân vòt) N M Móng chân vòt Móng băng xây chen đầu dôi Trước năm 1975 Kỹ sư Công chánh miền Nam không thiết kế móng chân vòt, móng chẻ đôi khe lún, áp lực biên móng lớn không ổn đònh không nhờ đà kiềng kéo lại Đó lý sách Mỹ Móùng phối hợp chẳng đề cập đến móng biên Giằng chân vòt mà thay vào móng móng kép (móng phối hợp), móng không thấy có sách giáo trình VN Khi tính cột biên móng phản lực biên lớn… Nhưng lại làm cho Moment đà gân móng trở nên nhỏ so với kết coi móng tuyệt đối cứng Ngược lại cách ta xác đònh phản lực (dùng pp Jemoskin) cách giải toán Cơ Học kết Cấu trình bày HOÀN TOÀN Đúng 800 682 600 499 400 407 382 310.0 306.6 296.4 208 200 0.0 0.0 0 -200 10 12 14 -173.4 -223.6 -400 -510.0 -600 Móng TUYỆT ĐỐI CỨNG phản lực đáy móng theo đường thẳng, sai lệch lớn móng dài phần dôi đầu, Tính theo Hệ số phản lực lớn biên lớn dồn đầu làm cho Moment bên nhỏ 800 682 600 499 464 400 407 382 340 310 254 219 208 200 101 -2 18 00 -149 -200 -95 -126 -117 00 10 12 14 -120 -140 -176 -212 -301 -338 -400 -510 -600 Cách 3.3 Phương pháp tính theo hệ số ĐÚNG TRONG MỌI TRƯƠNG HP có trở ngại cho khó chọn giá trò CZ, HỆ SỐ NỀN CZ giải thích không đơn giản, CZ thay đổi theo diện tích: tính 1m2 khác tính cho diện tích móng…nhưng trước mắt phải hiểu hệ số xuất MÓNG ĐÃ ỔN ĐỊNH VỀ ĐỘ LÚN (Móng lún Không có Hệ số nền) Như tính toán kết cấu móng băng theo hệ số tính điều kiện đất ổn đònh, không bò lún XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NỀN NHƯ THẾ NÀO ? Sách Liên Xô cũ không thích nói đến HỆ SỐ NỀN, Các phương pháp tính JEMOSKIN; GORBADOP BOXADOP hay XIVULIDI v.v dựa Modun biến dạng Eo toàn lập bảng tra để tính Sách phương tây sách Mỹ trung thành với Hệ Số Nền hay WINKLER… Có nhiều cách xác đònh, cho dù khó xác đònh xác chấp nhận tính cách lấy áp lực p chia cho độ lún S tính được, hay chia cho 0,5.S (như nhiều sách dòch từ sách Liên sô)…vì KHI MÓNG ĐANG LÚN KHÔNG CÓ HỆ SỐ NỀN, công thức tính lún với độ xác mang ý nghóa ước đoán Thực nghiệm thực tế cho thấy đất trung bình tối thiểu để làm móng băng (Rđất=80100kPa) CZ=10.000kN/m3 xem móng tuyệt đối cứng đất phải yếu đất BÙN SÉT NHÃO CZ từ 1.000kN/m3, ta có bảng tra sau: Loại đất CZ (kN/m3) Loại đất CZ (kn/m3) Sét mềm Sét trung bình Sét cứng Sét pha cát 12.00024.000 24.00048.000 48.00090.000 24.00048.000 Cát lẩn bột Cát rời Cát trung bình Cát chặt 32.00080.000 5.00016.000 16.00080.000 64.000128.000 Như vậy: Hệ số luôn > 10.000kN/m3 Theo FOUNDATION ANALYSIS DESIGN Bowles hệ số tính sau: Cz(kN/m3) = 40×pult(kPa) Trong đó: pult–(pghII) khả chòu tải cực hạn tính theo công thức Terzaghi Với hệ số an toàn =2,5 thì: Cz(kN/m3) = 100×pa(kPa) đó: pa– khả chòu tải an toàn (thiết kế) đất Do thiết kế thường tính với áp lực đáy móng pđ450 Trạng thái đất sét N Pa (kPa) Pult (kPa) Rất mềm Mềm Trung bình Cứng Rất cứng 15 30 32 65 130 260 520 71 142 285 570 1140 Đề xuất công thức tính sau: Cho CÁT CZ=2.650.N Cho SÉT CZ=1500,(1,7+0,017.N).N Và dùng tương quan cho chương trình tính Xác đònh CZ thay đổi theo Diện tích móng: =L/B độ sâu chôn móng =h/B Dựa theo Phương pháp PAWN, Lập sơ đồ ứng suất phân bố theo hình thang với góc nghiêng 55o: Cz    b2  p o L 55o B pz a Es0(MPa) (kN/m3) Cát chặt Sạn Cát chặt Cát rới Cát rời pha bột Cát chặt pha bột Sét nửa cứng Sét dẽo cứng Sét dẽo mềm 0 0,70 2,1 5,6—10,5 2,8—5,6 1,400—2,8 70—115 40—57,5 70-140 57,5—115 23—45 1—3 1—3 1—3 = h B h=q  Z Ez=(h+z) Ez=E Đất cát Đất sét ES(MPa) ĐẤT 0.7.z LOẠI ĐẤT L B Z b 0.7.z 0.7.z = o  0.7.z z SÉT CÁT CÁT FA SẠN SILT Trạng thái Rất mềm Mềm Tr.bình Cứng Pha cát Pha bột Rời Chặt Rời Chặt Es(MPa)  25 525 1550 50100 25250 520 1025 5080 50150 100200 220 0,45 0,42 0,35 0,30 0,27 0,3 Thí dụ: Nền sét dẻo mềm, =3 Móng diện tích 2x8m; =8/2=4 Độ sâu h=2m; =2/1=1  Tra biểu đồ: ( L / B )  1,50   1,5   Cz    b2   1.600  22   38.400kN / m Không xét đến ảnh hưởng độ sâu ,theo tác giả : CZ  ES B (1   ) log10 (12  ) Thí dụ: Sét trung bình Es=30.000kPa; =0,42; =L/B=4 CZ  30.000  10.800kN / m 2 (1  0,42 ) log10 (12 / 4) ĐÁNH GIÁ VỀ CÁCH CHỌN Cz: Rất nhiều người cảm thấy phân vân chọn HỆ SỐ NỀN, cách tốt tiến hành thí nghiệm thử tải bàn nén… SV trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Thủ Đức thực tập Thí nghiệm bàn nén •Từ thí nghiệm bàn nén: Hệsố xác đònh từ TN bàn nén, thực đo gía trò S theo p; Đường kính bàn nén =45cm;60cm; 75cm hay nhỏ 30cm p Đồ thò diễn tả quan hệ S theo p: p Hệ số Nền móng vuông cạnh B Độ Mảnh :  B   plate   Cz  Czp   2 B  Độ lú n S Hệ số Nền bàn nén CZp  p (kN / m ) S Độ mảnh  xác đònh để diễn tả độ cứng móng: CZ  B m  EI Trong đó: E – Modun đàn hồi Bêtông = 24×106 kN/m2 I – moment quán tính tiết diện ngang móng Cz – Hệ số (kN/m3) Bm– Bề rộng móng (m) 4 Tùy theo gía trò .L mà móng phân loại sau: Móng tuyệt đối cứng, ứng suất phân bố đáy móng theo quy luật đường thẳng, áp dụng hầu hết cho móng nông, có kích thước nhỏ Móng không cứng tuyệt đối, ứng suất phân bố đáy móng có dạng cong Tuy nhiên chừng mực ta xem phân bố theo đường thẵng, áp dụng cho chiều dài móng Kép, móng phối hợp cột, dủng cho móng cột dài 89 mét 19 Chiều dài móng Lớn (>9m), trở nên mềm, dể uốn phản lực có dạng phức tạp xem tuyệt đối cứng Móng giải theo dạng móng băng với hệ số Cz Do tính phức tạp hệ số nên việc lựa chọn tính toán có phần thiếu tin cậy Thực chất cho thấy chọn Hệ số có sai lêch đến 10.000 kN/m3 chia cho Eb với số sau rút bậc thi sai lệch  10% Khi tính toán móng băng, hệ số tính từ hàm Hyperbolic sai lệch 10%  không gây ảnh hưởng lớn ngoại trừ giá trò pđ=CZ.Zx ảnh hưởng trực tiếp từ sai số , Q M chòu ảnh hưởng sai số từ hàm Hyperbolic 10 CÁCH LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC MÓNG: Bđ *Chiều cao đà móng hđ TƯƠNG QUAN CHIỀU CAO ĐÀ MÓNG hđ THEO BỀ RỘNG MÓNG Bm VÀ CHIỀU DÀI Lmax GIỬA CỘT hđ hđ 1.8 hO hmm 1.6 1.4 1.2 Bm 1.0 0.8 Lmax=6m Lmax=7m Lmax=5m Lmax=4m Lmax=3m 0.6 *Bề rộng móng Bm *Bề rộng đà Bđ=Bm/5 Bề rộng móng *Chiều cao móng hO=Bđ *Chiều cao biên móng hmm=2.hO/3 *Chiều cao đà móng đơn giản lấy: hđ=(Lmax/4+0,375)m *Chiều cao đà móng hđ xác đònh từ công thức: (Có xét đến Hệ Số Nền CZ) Cz (kN/m3 ) Hđ  0,06.(Lm  1,125)  0,22Lm  0,33 10.000 0.4 0.2 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 Công thức HETENYI Dầm chiều dài L, lực tập trung N a Công thức Chuyển vò ZX Zx   N {2 cosh( x) cos( x).[sinh( .L) cos( a) cosh( b) k C  sin(.L) cosh( a) cos( b)]  [cosh( x) sin( x)  sinh( x) cos( x)] ´[sinh( .L) ´ sin( a) cosh(.b)  cos( a) sinh(.b)   sin( L) ´ sinh( a) cos( b)  cosh( a) sin(.b)]} 11 Công thức Moment MX M x   sinh(  L ) cos(  a ) cosh(  b )  P  { sinh(  x ) sin(  x )  C   sin(  L ) cosh(  a ) cos(  b )   [cosh(  x ) sin(  x )  sinh(  x ) cos(  x )]  sin(  a ) cosh(  b )    [sinh(  L )    cos(  a ) sinh(  b )   sinh(  a ) cos(  b )   ]}  sin(  L )    cosh(  a ) sin(  b )  Công thức Lực cắt QX Qx   sinh(  L) cos( a ) cosh(  b )  P  {cosh(  x ) sin(  x )  sinh(  x ) cos( x ) C   sin(  L) cosh(  a ) cos( b )   sin(  a ) cosh(  b )    sinh(  x ) sin(  x )[sinh(  L)   cos( a ) sinh(  b )   sinh(  a ) cos( b )  ]}  sin(  L)   cosh(  a ) sin(  b )  Cuối là: PHẢI thiết kế móng băng cho phù hợp với phương pháp tính ? Kết qủa tính cho trường hợp móng Băng tuyệt đối cứng 800 682 600 499 400 407 382 310.0 208 200 0.0 0 -200 306.6 296.4 0.0 -223.6 10 12 14 -173.4 -400 -510.0 -600 Do phản lực móng tuyệt đối cứng tuyến tính nên đẩy toàn Moment dồn lên phía Đây sai xem tuyệt đối cứng Vì móng dài dể uốn làm cho phản lực bò cong lớn đầu tải trọng 12 Kết qủa tính cho trường hớp móng băng CZ=32.500kN/m3 800 682 600 499 464 400 407 382 340 310 254 219 208 200 101 -2 18 0 -149 -200 -95 -126 -117 00 10 12 14 -120 -140 -176 -212 -301 -338 -400 -510 -600 Ta chọn phương pháp để tính? Chọn phương pháp tính theo móng tuyệt đối cứng không thực tế, kinh nghiệm cho thấy phương pháp chấp nhận .L< /2 tối đa 1om) Giải pháp cuối thay đổi cục độ cứng móng (móng có tiết diện thay đổi) Đây toán khó… Bằng phương pháp phần tử hửu hạn đ đưa ma trân độ cứng cho toán Đây cách giải phương pháp tính cho kết gần Chiều cao đà hđ=1,2m Chiều cao đà hđ=0,7m CZ=15000kN/m3 CZ=15000kN/m .L=2,205 (1/m) Những trường hợp này, đơn giản ta tăng chiều cao dầm móng để đưa gần toán tuyệt đối cứng (hđ=1,2m thay cho hđ=0,7 với chiều dài Lm[...]... tính theo CZ, là phù hợp nhưng kết quả cho phản lực chênh lệch rất lớn pmax, ở 2 đầu, điều này dẫn đến nguy cơ làm cho nền bò quá tải, áp lực lớn vượt quá giới hạn R đất nền Vậy thì ta phải thiết kế như thế nào? Đơn giản là: PHẢI thiết kế móng băng sao cho Khi tính ra cả hai phương pháp cho kết quả gần như nhau !!! Tăng kích thước 2 đầu móng băng, 2 phương pháp tính cho ra kết quả gần như nhau 13 Điều... -400 -412 -500 KẾT LUẬN 1 Tính toán móng băng như dầm lật ngược là hoàn toàn sai 2 Tính toán móng băng giả thuyết tuyệt đối cứng nhưng không lật ngược, chấp nhận được khi là móng phối hợp, hay móng dưới 3 cột dài không quá 9m (p dụng phương pháp tính Lực cắt, Moment sau khi có phản lực trong Cơ học kết cấu) 4 Khi móng từ 4 cột trở lên thì phải tính theo nền Winkler, và chỉ nên thiết kế dưới 8 cột (tương... CHỌN KÍCH THƯỚC MÓNG: Bđ *Chiều cao đà móng hđ TƯƠNG QUAN CHIỀU CAO ĐÀ MÓNG hđ THEO BỀ RỘNG MÓNG Bm VÀ CHIỀU DÀI Lmax GIỬA 2 CỘT hđ hđ 1.8 hO hmm 1.6 1.4 1.2 Bm 1.0 0.8 Lmax=6m Lmax=7m Lmax=5m Lmax=4m Lmax=3m 0.6 *Bề rộng móng Bm *Bề rộng đà Bđ=Bm/5 Bề rộng móng *Chiều cao bản móng hO=Bđ *Chiều cao biên móng hmm=2.hO/3 *Chiều cao đà móng đơn giản lấy: hđ=(Lmax/4+0,375)m *Chiều cao đà móng hđ được xác... là: PHẢI thiết kế móng băng như thế nào cho phù hợp với các phương pháp tính ? Kết qủa tính cho trường hợp móng Băng tuyệt đối cứng 800 682 600 499 400 407 382 310.0 208 200 0 0.0 0 0 -200 306.6 296.4 0.0 0 2 4 6 -223.6 8 10 12 14 -173.4 -400 -510.0 -600 Do phản lực nền của móng tuyệt đối cứng tuyến tính nên đẩy toàn bộ Moment dồn lên phía trên Đây là cái sai cơ bản khi xem là tuyệt đối cứng Vì móng dài... Winkler, và chỉ nên thiết kế dưới 8 cột (tương đương khoảng 30m) và có 2 đầu dôi ra để kết quả gần như tuyệt đối cứng, điều này sẽ làm giảm được nhiều sai lệch trong quá trình chọn HỆ SỐ NỀN 5 Nếu móng trên 7, 8 cột nên cắt ra thành 2 móng để tính, hay làm móng băng giao nhau để tăng độ cứng móng 17 6 Hệ số nền chỉ có được khi móng sau khi đã ổn đònh độ lún (settlement), do đó dùng độ lún tính được xảy ra... diễn biến độ lún cố kết trên nguyên lý: còn chuyển vò thì phản lực chưa đạt được giá trò cuối cùng, phản lực dưới đáy móng chưa ổn đònh khi đó móng coi như tuyệt đối cứng so với nền 8 Đối với SÉT mềm đến trung bình cứng, độ lún kéo dài theo thời gian cần phải tính móng theo cả 2: tuyệt đối cứng và Hệ số nền 9 Đối với nền cát giai đọan cố kết xem như không co,ù nên chỉ cần tính móng băng theo hệ số nền... chênh lệch nhiều (theo như móng tuyệt đối cứng) 2 Moment được Trải đều có trên và dưới và không lớn (không như trường hợp móng tuyệt đối cứng) Làm sao để đạt được điều này: 1 Điều chỉnh kích thước ở 2 đầu biên móng Kích thước 2 đầu biên nên lấy =0,25 của nhòp trong Trường hợp ranh đất có giới hạn thì không làm được điều này! 2 Thay đổi độ cứng của móng (tăng chiều cao dầm móng) để có thể đưa .L dưới... trường hợp này, đơn giản ta có thể tăng chiều cao dầm móng để đưa về gần bài toán tuyệt đối cứng (hđ=1,2m thay cho hđ=0,7 với chiều dài Lm