Tiểu luận môn tường chắn đất các phương pháp thiết kế theo eurocode

I CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO EUROCODE Dựa vào biểu thức: • Hệ tác động: Ed = E { γ FFrep ; Xk / γ M ; ad } Ed = γ EE { Frep ; Xk / γ M ; ad } Hoặc: • Độ bền thiết kế: R d = R { γ FFrep ; Xk / γ M ; ad } R d = R { γ FFrep ; Xk ; a d } / γ R Hoặc: Trong đó: Ed hệ tác động thiết kế; Rd độ bền thiết kế; Fref tác động đại diện; Xk thông số đất đặc trưng; ad kích thước hình học thiết kế cấu kiện xét; F, M, R hệ số riêng cho tác động, vật liệu độ bền Các biểu thức khác cách phân phối hệ số riêng tác động, tính chất đất độ bền Từ đó, có tổ hợp khác theo biểu thức này, có nhiều cách khác để đưa hệ số riêng vào hàm số E R bất phương trình EdRd, điều dẫn đến thành lập phương pháp thiết kế (DA) sử dụng EN 1997-1 Việc lựa chọn phương pháp thiết kế (DA) tùy thuộc vào Quốc Gia Các vấn đề thiết kế khác giải phương pháp thiết kế khác Việc lựa chọn hệ số riêng theo phương pháp thiết kế (DA) tùy thuộc vào Quốc Gia Cách kết hợp hệ số riêng để rút hệ tác động thiết kế độ bền theo bất phương trình EdRd trình bày dạng ký hiệu, chẳng hạn, A1 ‘+’ M1 ‘+’ R1 Nghĩa là, hệ số riêng cho tác động F hệ tác động E trình bày ký hiệu A định phụ lục A EN 1997-1, ký hiệu ‘+’ chúng sử dụng tổ hợp với; hệ số riêng M cho thông số cường độ (vật liệu) đất (ký hiệu M), trình bày phụ lục A EN 1997-1; hệ số riêng cho độ bền (ký hiệu R) R, trình bày phụ lục A EN 1997-1 Qui trình để tổ hợp hệ số riêng mô tả ký hiệu ám tác động địa kỹ thuật, hay hệ tác động địa kỹ thuật liên quan đến hai hay nhiều hệ số riêng: An ‘+’ Mn Tương tự, độ bền địa kỹ thuật liên quan đến hai hay nhiều hệ số riêng: Mn ‘+’ Rn Tuy nhiên, vài trường hợp, hệ số riêng 1.0, chẳng hạn, M1, R1, R3 Các hệ số riêng thay đổi tùy thuộc vào phương pháp thiết kế (DA) Khi sử dụng hệ số riêng M1 ám tham số đất thiết kế với tham số đất đặc trưng Kết tác động đất thiết kế, hệ tác động thiết kế độ bền thiết kế tính toán sử dụng hệ số riêng M1 xem tính toán từ giá trị đặc trưng, chúng tính toán từ thông số đất thiết kế với hệ số riêng I.1 Phương pháp thiết kế Thiết kế kiểm tra phá hoại đất kết cấu tách biệt cách sử dụng hai tổ hợp hệ số riêng khác Các hệ số riêng áp dụng cho nguồn gốc phát sinh, chẳng hạn, cho tác động đại diện cho thông số cường độ đất đặc trưng (như c’ tan’ cu), sử dụng biểu thức Rd = R{FFrep; Xk/M; ad} Tuy nhiên, ngoại trừ thiết kế cọc neo, sử dụng hệ số riêng cho độ bền để đo tính toán theo biểu thức Rd = R{FFrep; Xk; ad}/R Các hệ số riêng thường áp dụng trực tiếp cho tác động đại diện Ed = E{FFrep; Xk/M; ad}, ngoại trừ vài trường hợp đặc biệt, hệ số riêng áp dụng cho hệ tác động sau: Ed = EE{Frep;Xk/M; ad}  Tổ hợp 1: Các hệ số riêng tổ hợp theo A1 ‘+’ M1 ‘+’ R1 Mục đích để thiết kế an toàn yếu tố bất lợi tác động, hệ tác động từ tác động đặc trưng, tính chất đất thiết kế với giá trị đặc trưng Vì thế, tác động bất lợi (hoặc hệ chúng), tính toán theo tổ hợp yêu cầu sử dụng A1 bảng A.3, phụ lục A EN 1997-1 (chẳng hạn, G = 1.35 Q = 1.5); tác động có lợi, giá trị đề nghị G = 1.0 Q = Đối với độ bền đất nền, tính toán yêu cầu sử dụng M1 bảng A.4, phụ lục A EN 1997-1 R1 bảng A.5 đến A.8 phụ lục A EN 1997-1 (chẳng hạn, M = R = 1.0) Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 1-tổ hợp  Tổ hợp 2: Các hệ số riêng tổ hợp theo A2 ‘+’ M2 ‘+’ R1 Mục đích để thiết kế an toàn theo tính chất cường độ đất đặc trưng không chắn mô hình tính toán, đó, tĩnh tải thiết kế với tĩnh tải đại diện hoạt tải bất lợi thiết kế lớn hoạt tải bất lợi đại diện Vì thế, tác động (hoặc hệ tác động), tính toán theo tổ hợp sử dụng A2 bảng A.3, phụ lục A EN 1997-1 (chẳng hạn, G = 1.0 tĩnh tải bất lợi có lợi, Q = 1.3 hoạt tải bất lợi Q = hoạt tải có lợi) Đối với độ bền đất nền, tính toán yêu cầu sử dụng M2 bảng A.4 R1 bảng A.5 đến A.8 A.12 đến A.14, phụ lục A EN 1997-1 Để thiết kế cọc neo, độ bền thiết kế tính toán sử dụng M1 bảng A.4, phụ lục A EN 1997-1 (M = 1.0) hệ số riêng R4 từ bảng A.6 đến A.8 A.12 phụ lục A, EN 1997-1 Các tác động bất lợi thiết kế lên cọc neo tính toán cách sử dụng hệ số riêng A2 M2 Trong thiết kế, lúc áp dụng tất tổ hợp Thông thường, thiết kế địa kỹ thuật dùng tổ hợp 2, thiết kế kết cấu dùng tổ hợp Vì vậy, thông thường thiết kế địa kỹ thuật, dùng tổ hợp để xác định kích thước phần tử địa kỹ thuật, sau dùng tổ hợp để kiểm tra lại kích thước Cũng tương tự, sử dụng tổ hợp để xác định cường độ phần tử kết cấu, sử dụng tổ hợp để kiểm tra lại chúng Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 1-tổ hợp I.2 Phương pháp thiết kế Trong phương pháp này, sử dụng loại tổ hợp hệ số riêng để tính toán kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn đất kết cấu Sử dụng tổ hợp hệ số riêng A1 ‘+’ M1 ‘+’ R2 Các hệ số riêng áp dụng cho tác động đất tác động kết cấu giống Các hệ số riêng áp dụng cho độ bền đất cho tác động cho hệ tác động Kết thu khác áp dụng hệ số riêng cho tác động hệ tác động Đối với phương pháp mà hệ số riêng nhân cho tác động, sử dụng hệ số riêng A1 bảng A.3, M1 bảng A.4 ( M = 1.0) R2 bảng A.5 đến A.8 A.12 đến A.14 phụ lục A, EN 1997-1 Đối với phương pháp mà hệ số riêng nhân cho hệ tác động, hệ số giống sử dụng để tính toán E R theo tác động thiết kế thông số cường độ đất thiết kế với giá trị đặc trưng chúng Trong phương pháp này, sử dụng biểu thức Ed = E.E{Frep; Xk; ad} Rd = R{Frep; Xk; ad}/R , thiết lập mối quan hệ trực tiếp hệ số an toàn tổng thể n = Rk/Ek với Ed Rd sau: E.E {Frep; Xk; ad} R{Frep; Xk; ad}/R hệ số an toàn n = E.R Chú ý rằng, E hệ số tổ hợp, phụ thuộc vào tỷ lệ tĩnh tải với hoạt tải Thừa số E.R phụ thuộc vào tỷ số này, hệ số an toàn tổng thể truyền thống n lại độc lập với chúng Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế I.3 Phương pháp thiết kế Trong phương pháp thiết kế này, sử dụng loại tổ hợp hệ số riêng để tính toán kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn đất kết cấu Sử dụng tổ hợp hệ số riêng (A1 A2) ‘+’ M2 ‘+’ R3 Các tác động đặc trưng xuất phát từ kết cấu (tác động kết cấu) nhân với hệ số A1 bảng A3 Các tác động thiết kế xuất phát từ đất thông qua đất (tác động địa kỹ thuật) sử dụng hệ số riêng cho cường độ đất M2 bảng A.4 Độ bền thiết kế đất rút cách áp dụng hệ số riêng M2 bảng A.4 cho thông số cường độ đất hệ số riêng cho độ bền R3 bảng A.5 đến A.8 A.12 đến A.14 phụ lục A, EN 1997-1 Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế I.4 Các hệ số riêng sử dụng để kiểm tra trạng thái giới hạn kết cấu (STR) đất (GEO): - Hệ số riêng cho tác động γF hệ tác động γE - Hệ số riêng cho thông số đất nền: - Hệ số độ bền riêng( II Bài tập 11.2 γR γM )cho kết cấu tường chắn: (Tường trọng lực chữ T với đất đắp khô (Phân tích thoát nước) Xác định cường độ thoát nước (trạng thái giới hạn GEO) Tiếp tục việc thiết kế tường từ Ví dụ 11.1, tập phân tích thoát nước dài hạn cho đất bên để xác minh thiết kế tường điều kiện dài hạn Tất kích thước giống ví dụ 11.1 Tuy nhiên, ví dụ này, thông số ứng suất có hiệu cho đất sét thích hợp để xem xét hành vi lâu dài tường Đề toán: Một tường trọng lực dạng chữ T đặt sét tập 11.1, 11.2 xét đến điều kiện bền vững đất bên tường Đất sét đáy φk,f dn =260 tường có đặt trương sức chống cắt: Góc ma sát đỉnh , Lực dính φcv,k,f dn =200 c 'k,f dn =5kPa có hiệu , góc ma sát khối lượng (góc ma sát cực hạn) Các thông số khác ví dụ trước ) - Bề dày thân tường: ts=250mm - Đất đắp trước tường cách đỉnh tường H=3m Bề rộng đát tường: B=2.7m Bề dày đáy tường: tb=300mm Mở rộng đáy tường đoạn x=0.5m Đáy chân tường cách mặt đất tự nhiên d=0.5m ϕk = 36o - Đất đắp có đặc trưng: - Thiết kế tiệm cận c ' = 0kPa  Tác động (tính toán từ tập 11.1) k ;  Thông số hình học: - Chiều sâu đất đắp trước thường đào thêm: γ k = 18 kN m3 ∆H = min(10%H,0.5m) = min(0.1 × 3m,0.5m) = 0.3m ∆H - Chiều cao thiết kế sau kể thêm Hd = H + ∆H = + 0.3 = 3.3m - Bề rộng chân tường trong: b = B − t s − x = 2.7 − 0.25 − 0.5 = 1.95m  Tác động: thành phần tác động thẳng đứng momen (quanh điểm - O) trọng lượng thân Trọng lượng đáy tường: WGK1 = γ ck × B × t b = 25 × 2.7 × 0.3 = 20.25 kN m - Momen gây đáy tường điểm O B 2.7 kNm MK1 = WGK1 × = 20.25 × = 27.338 2 m - Trọng lượng thân tường: WGK = γ ck ( H + d − t b ) × t s = 25 × ( + 0.5 − 0.3) = 20 - Momen gây thân tường điểm O kN m kNm t   0.25  MK = WGK ×  s + x ÷ = 20 ×  + 0.5 ÷ = 12.5 m   2  - Trọng lượng khối đất đắp sau lưng tường: WGK = γ k × b × ( H + d − t b ) × t s = 18 × 1.95 × ( + 0.5 − 0.3 ) = 112.32 kN m - Momen gây khối đất đắp sau lưng tường điểm O kNm b   1.95  MGK = WGK ×  + t s + x ÷ = 112.32 ×  + 0.25 + 0.5 ÷ = 193.752 m 2    - Tổng trọng lượng thân (đế tường + thân tường + đất đắp sau lưng tường): WGK = ∑ WGKi = WGK1 + WGK + WGK = 20.25 + 20 + 112.32 = 152.57 i=1 - Tổng momen giữ ổn định (đế tường + thân tường + đất đắp sau lưng tường): MEK ,stb = ∑ MKi = MK1 + MK + MK = 27.338 + 12.5 + 193.752 = 233.59 i=1 - kN m kN m Thành phần phụ tải (hoạt tải): QQK = qQK × ( B − x ) = 10 × ( 2.7 − 0.5 ) = 22 kN m  Ảnh hưởng tác động: -  A1  1.35   1  1.5  : γ = γ = γ = A ÷ G  ÷ G,fav 1÷ Q  1.3 ÷        2 Hệ số riêng cho tác động: Tải trọng bất lợi theo phương đứng:  1.35  1.5   239  Vd = γ G WGK + γ Q QGK =  ×152.57 +  ÷× 22 =  ÷ ÷    1.3   181.2  - Tải trọng có lợi theo phương đứng: 1 152.6  Vd,fav = γ G.fav WGK =  ÷× 152.57 =  ÷ 1 152.6  - Hệ số áp lực chủ động theo phương đứng đất đắp sau lưng tường chắn:  − sin(36o )   ÷ o − sin(ϕd )  + sin(36 ) ÷  0.26  Ka = = = ÷ + sin(ϕd )  − sin(30.2o ) ÷  0.331   o ÷  + sin(30.2 )  Trong ϕd,fdn - ϕd : góc ma sát kháng cắt đất đắp  tan ( ϕk )   36  = tan −1  = ÷  γ ÷  30.2 ÷  ϕ   Áp lực đất chủ động (gây trượt) momen gây ổn định điểm O: • Áp lực chủ động đất đắp sau lưng tường:   0.26  2 × 18 × (3 + 0.05)    ÷  K × γ × (H + d)  1.35   0.331  =  38.6  kN Pad1 = γ G × a k = ×  ÷    36.5 ÷ 2 m         Momen áp lực đất chủ động đất đắp sau lưng tường điểm O:  H + d   38.6   + 0.5   45.1  kNm Md1 = Pad1 ×  ÷=  ÷×  ÷=  ÷    36.5     42.6  m • Áp lực chủ động hoạt tải: 1.5   0.26   13.6  kN Pad2 = γ Q × K a × qQk × (H + d)  =  ÷×  × 10 × (3 + 0.5)  =  ÷ ÷  1.3   0.331   15.1  m • Momen hoạt tải gây điểm O:  H + d  13.6   + 0.5   23.9  kNm Md2 = Pad2 ×  ÷=  ÷×  ÷=  ÷    15.1     26.4  m •  38.6  13.6   52.3  HEd = ∑ Padi =  ÷+  ÷=  ÷ i=1  36.5   15.1   51.6  • • Tổng lực gây trượt: Tổng momen gây ổn định:  45.1   23.9   68.9  kNm MEd,dst =  + = ( ) ÷ ÷ ÷  42.6   26.4   69  m  Đặc trưng vật liệu - Các hệ số riêng cho thông số đất  M1      γc =   M ÷: γ ϕ =  ÷ ÷  1.25   1.25   2 - Góc ma sát kháng cắt thiết kế đất đắp:  tan ( ϕk )   36  ϕd,fdn = tan −1  = ÷  γ ÷  30.2 ÷  ϕ   - Góc ma sát kháng cắt thiết kế đất đáy tường:  tan ( ϕk ,fdn ) ϕd,fdn = tan −1   γϕ  -    ÷  −1  tan ( 26 ) ÷  26  = ÷ = tan ÷    ÷  21.3 ÷     ÷ ÷  1.25   Lực dính hữu hiệu đất đáy tường: c 'd,fdn = c 'k ,fdn 5 = =  ÷kPa γc    4 1.25 ÷   ϕcv ,d - Eurocode -1 cho phép lựa chọn cách lấy nhỏ ϕd ϕcv ,k ,fdn ϕcv ,k tức  20  = min(ϕd,fdn , ϕcv ,k ,fdn ) =  ÷  20  δ d,fdn = k.ϕcv ,k ,fdn Góc ma sát cho bề mặt bê tông (k=1)  Sức kháng trượt:  R1  1 : γ =  R ÷ Rh  ÷ 1  2 - Hệ số độ bền riêng: -  20   20  = 1×  ÷ =  ÷  20   20  - Sức kháng trượt theo thiết kế: HRd   152.6   20   × tan   20 ÷÷ 55.5  Vd,fav tan(δ d , fdn)    152.6 ÷  kN    ÷ = ÷=   ÷ 55.5 ÷ γ Rh 1 m    ÷ 1÷      Khả chịu tải: - Yếu tố khả chịu lực thoát nước:  (π tan(ϕ ))   o ϕd,fdn    d , fdn Nq = e  tan  45 + ÷÷            26      π tan  26     21.3 ÷÷÷ 11.9  ÷   ÷÷ =    21.3    = e tan 45 +   ÷    ÷÷  7.3     ÷÷ ÷       11.9    26    22.3  Nc = ( Nq − 1) cot ( ϕd,fdn )  =   − 1÷× cot  ÷ ÷ =  16.1 ÷ 21.3   7.3          11.9    26    10.59  Nγ =  ( Nq − 1) tan ( ϕd,fdn )  =    − × tan ÷ ÷  ÷ =  ÷    7.3    21.3    4.91  - Độ nghiêng gây tải trọng (chiều dài B'    + ÷  2 L'  mB =  = ÷  B'   2 1 + ÷  L'  L=∞ Hệ số mũ:    HEd iq = 1 −  ÷  ÷   Vd + A '.c'd,fdn cot(ϕ d,fdn )     ( − iq ) ÷ ic = iq −    Nc tan(ϕd,fdn ) ÷   mB mB  0.61  = ÷  0.49   0.64  = ÷  0.56  )    HEd iq = 1 −  ÷  ÷   Vd + A '.c'd,fdn cot(ϕd,fdn )   - mB +1  0.52  = ÷  0.42  Khả chịu tải thoát nước • Ứng suất có hiệu đáy tường σ 'vk ,b = γ k ,fdn (d − ∆H) = 22 × ( 0.5 − 0.3 ) = 4.4 kPa Ứng suất TLBT đất đắp sau lưng tường:  11.9   0.64   33.6  qult1 = ( Nq iq σ 'vk ,b ) =  × × 4.4 =  ÷ ÷ ÷kPa  7.3   0.56   18  • • qult • qult Từ lực dính đất:  22.3   0.61     68  = ( Nc ic c'd,fdn ) =  ÷×  ÷×  ÷ =  ÷kPa  16.1   0.49     31.7  Trọng lượng thân tường: B '  11.9   0.52  2.504  83.5   =  Nγ iγ ( γ k ,fdn − γ w ) ÷ =  × × ( 22 − 10 ) = ÷ ÷ ÷kPa   7.3   0.42    29.2  Tổng khả chịu tải:  33.6   68   83.5   185.1 qult = ∑ qulti =  ÷+  ÷+  ÷=  ÷kPa i=1  18   31.7   29.2   78.8  • Sức chịu tải thiết kế:  185.1  ÷ qult  78.8  185.1 = = = ÷kPa γ Rγ 1  78.8  1÷   • qRd  Sức kháng lật: - Momen kháng lật:  1  233.6  kNm MEd,stb = γ G,fav MEk ,stb =  ÷× 233 =  ÷  1  233.6  m  Kiểm tra: - Trượt thoát nước:  52.3  kN HEd =  ÷  51.6  m  55.5  kN HRd =  ÷  55.5  m Λ GEO,1 = - - Mức độ sử dụng: Sức chịu tải thoát nước: HEd  94  =  ÷% HRd  93   239   ÷ Vd 181.2   95.4  qEd = = = ÷kPa B' 2.504  78  185.1 qult =  ÷kPa  78.8  Λ GEO,1 = - - - qEd  52  =  ÷% qRd  99  Mức độ sử dụng:  68.9  kNm  233.6  kNm MEd,stb =  MEd,stb =  ÷ ÷  69  m  233.6  m Lật: M  30  Λ GEO,1 = Ed,dst =  ÷% MEd,stb  30  Mức độ sử dụng: [...]... Đặc trưng vật liệu - Các hệ số riêng cho thông số đất nền  M1   1   1  γc =   M ÷: γ ϕ =  ÷ ÷  1.25   1.25   2 - Góc ma sát kháng cắt thiết kế của đất đắp:  tan ( ϕk )   36  ϕd,fdn = tan −1  = ÷  γ ÷  30.2 ÷  ϕ   - Góc ma sát kháng cắt thiết kế của đất dưới đáy tường:  tan ( ϕk ,fdn ) ϕd,fdn = tan −1   γϕ  -    ÷  −1 ... hiệu tại đáy tường σ 'vk ,b = γ k ,fdn (d − ∆H) = 22 × ( 0.5 − 0.3 ) = 4.4 kPa Ứng suất do TLBT đất đắp sau lưng tường:  11.9   0.64   33.6  qult1 = ( Nq iq σ 'vk ,b ) =  × × 4.4 =  ÷ ÷ ÷kPa  7.3   0.56   18  • • qult 2 • qult 3 Từ lực dính của đất:  22.3   0.61   5   68  = ( Nc ic c'd,fdn ) =  ÷×  ÷×  ÷ =  ÷kPa  16.1   0.49   4   31.7  Trọng lượng bản thân tường: B '... ϕd,fdn = tan −1   γϕ  -    ÷  −1  tan ( 26 ) ÷  26  = ÷ = tan ÷   1  ÷  21.3 ÷     ÷ ÷  1.25   Lực dính hữu hiệu của đất dưới đáy tường: c 'd,fdn = c 'k ,fdn 5 5 = =  ÷kPa γc  1   4 1.25 ÷   ϕcv ,d - Eurocode 7 -1 cho phép lựa chọn bằng cách lấy nhỏ hơn ϕd và 0 ϕcv ,k ,fdn ϕcv ,k tức là  20  = min(ϕd,fdn , ϕcv ,k ,fdn ) =  ÷  20  0 δ d,fdn = k.ϕcv ,k ,fdn Góc ma sát... k.ϕcv ,k ,fdn Góc ma sát cho bề mặt bê tông (k=1)  Sức kháng trượt:  R1  1 : γ =  R ÷ Rh  ÷ 1  2 - Hệ số độ bền riêng: - 0  20   20  = 1×  ÷ =  ÷  20   20  - Sức kháng trượt theo thiết kế: HRd   152.6   20   × tan   20 ÷÷ 55.5  Vd,fav tan(δ d , fdn)    152.6 ÷  kN    ÷ = ÷=   ÷ 55.5 ÷ γ Rh 1 m    ÷ 1÷      Khả năng chịu tải: - Yếu tố khả năng chịu... = ÷ ÷ ÷kPa 2   7.3   0.42  2   29.2  Tổng khả năng chịu tải: 3  33.6   68   83.5   185.1 qult = ∑ qulti =  ÷+  ÷+  ÷=  ÷kPa i=1  18   31.7   29.2   78.8  • Sức chịu tải thiết kế:  185.1  ÷ qult  78.8  185.1 = = = ÷kPa γ Rγ 1  78.8  1÷   • qRd  Sức kháng lật: - Momen kháng lật:  1  233.6  kNm MEd,stb = γ G,fav MEk ,stb =  ÷× 233 =  ÷  1  233.6  m