18 nên móng công trình xây dựng

nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng nên móng công trình xây dựng

FOUNDATION ENGINEERING NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG VIỆN KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT Instructor: Nguyễn Tương Lai Course: Nền móng công trình Xây dựng  Móng phần mở rộng công trình với chức tiếp nhận tải trọng từ phần thân truyền xuống đất phía xung quanh móng Nền môi trường đất đá bên xung quanh móng, trực tiếp nhận tải trọng từ công trình truyền xuống qua móng Phần ngầm  Mọi kết cấu công trình, dù nhà, cầu, mặt đường, cầu cảng, gồm có phần thân (phía mặt đất) phần móng (phía mặt đất) Phần móng  Phần thân 1.1 Khái niệm móng 1.2 Yêu cầu thiết kế móng Rational Design of Foundations / Thiết kế hợp lý móng   Nhiệm vụ thiết kế móng đảm bảo phần công trình gồm phần thân móng bị cố dạng (về độ bền, ổn định, biến dạng) trình chịu tải Các yêu cầu thiết kế – móng công trình:       Đảm bảo bền vững toàn công trình phận;  Đảm bảo điều kiện khai thác bình thường công trình;  Đảm bảo tính khả thi xây dựng;  Hiệu kinh tế (chi phí xây dựng khai thác, bảo trì) Các để thiết kế – móng:    Các tài liệu đầu vào: số liệu khảo sát địa kỹ thuật, đặc điểm CT, khu vực XD,… Phương pháp tính toán, thiết kế Công nghệ thiết bị thi công 1.2 Yêu cầu thiết kế móng Rational Design of Foundations / Thiết kế hợp lý móng Việc thiết kế móng thường gồm hai phần Các phần đề cập đến là: Thiết kế địa kỹ thuật (TKĐKT) Thiết kế kết cấu (TKKC)  Mục tiêu chủ yếu TKĐKT nhằm xác định độ sâu đặt móng kích thước mặt móng thỏa mãn yêu cầu thiết kế đất đá khả chịu tải (độ bền, độ ổn định) điều kiện biến dạng  TKKC triển khai sau hoàn thành nội dung TKĐKT Mục tiêu chủ yếu TKKC nhằm xác định kích thước chiều cao móng chi tiết cốt thép gia cường vị trí móng nhằm đảm bảo điều kiện bền biến dạng kết cấu móng Tuy nhiên, việc thiết kế móng cần phải tuân thủ tiêu chuẩn hành phải vào lực xây lắp để đảm bảo tính khả thi  1.2 Yêu cầu thiết kế móng The Problem of Constructability / Về tính khả thi xây dựng “The successful transfer of design objectives into construction is accomplished by consideration of construction operations during the design phase In recent years the amount of coordination between design and construction has steadily decreased; primarily due to graduate engineers who specialize in design and who are never exposed to construction operations In past years, engineers either began their careers in construction and advanced into design, or were assigned the design and construction responsibilities for projects Present lack of coordination stemming from inexperience with field operations can result in a technically superior set of construction plans and specifications which cannot be built Rational construction control is vital to assure a safe, cost-effective foundation and to avoid unnecessary court of claims actions” (Chaney & Chassie, Soils and Foundations Workshop Manual, FHWA HI-88-009) 1.3 Phân loại móng 1.3.1 Phân loại  Theo cấu tạo: tự nhiên nhân tạo  Theo vật liệu: đất đá 1.3.2 Phân loại móng  Theo cấu tạo: móng đơn, móng băng, móng bè, móng cọc, móng giếng, móng hộp,…  Theo vật liệu: móng gạch, móng đá, móng bê tông, móng BTCT Theo phương pháp xây dựng: móng toàn khối, móng lắp ghép  Theo đặc điểm thi công làm việc: móng nông, móng sâu   Theo đặc điểm tải trọng: móng chịu tải trọng tĩnh, móng chịu tải trọng động 1.3 Phân loại móng 1.3.2 Phân loại móng Móng băng tường Móng đơn cột MÓNG NÔNG 1.3 Phân loại móng 1.3.2 Phân loại móng Móng đơn cột Móng băng tường 1.3 Phân loại móng 1.3.2 Phân loại móng Móng bè (móng hợp khối) Móng băng giật cấp (tối thiểu 2H:1V) 1.3 Phân loại móng 1.3.2 Phân loại móng Móng có sườn Các loại móng nông nhà thấp tầng 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.1 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt:  Nghiệm tổng quát phương trình dao động riêng (2) có dạng x= ( t ) A.e s1t + B.e s2t Xét bốn trường hợp xảy ra:  TH2: có cản nhỏ, < 𝑐𝑐𝑥𝑥2 < 4𝑘𝑘𝑥𝑥𝑚𝑚 , ta có 𝑠𝑠1 = 𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 −𝐷𝐷 + 𝑖𝑖 − 𝐷𝐷2 , 𝑠𝑠2 = 𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 −𝐷𝐷 − 𝑖𝑖 − 𝐷𝐷2 ; áp dụng công thức Eurler (𝑒𝑒±𝑖𝑖𝑖𝑖 = cos𝜃𝜃 ± 𝑖𝑖sin𝜃𝜃) biến đổi để nhận biểu thức chuyển vị móng có dạng = x (t ) e − D ωn x t X sin (ωd xt + φ ) (6) Với X φ xác định từ điều kiện ban đầu  TH3: có cản tới hạn, 𝑐𝑐𝑥𝑥2 = 4𝑘𝑘𝑥𝑥𝑚𝑚, ta có 𝑠𝑠1 = 𝑠𝑠2 = −𝑐𝑐𝑥𝑥⁄2𝑚𝑚, biểu thức chuyển vị móng có dạng −ω t { } x (t ) = x0 + ( v0 ωn x ) + x0  ωn xt e  nx (7) TH4: có cản lớn, 𝑐𝑐𝑥𝑥2 > 4𝑘𝑘𝑥𝑥𝑚𝑚, ta có 𝑠𝑠1 = −𝐷𝐷𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 ± 𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝐷𝐷2 − 1, biểu thức chuyển vị móng có dạng (− D+ = x ( t ) Ae ) D −1 ωn x t (− D− + Be ) D −1 ωn x t (8) 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.1 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt:   Dao động theo phương ngang: bỏ qua ảnh hưởng đất từ đáy móng trở lên Phương trình vi phân dao động cưỡng có cản: m. x ( t ) + cx x ( t ) + k x x ( t ) = Px ( t )  (9) Khi 𝑃𝑃𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑃𝑃0𝑥𝑥 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝜔𝜔 , nghiệm riêng (9) có dạng = x ( t ) A1 sin ωt + A2 cos ωt (10) Lấy đạo hàm (10) thay vào (9) ta có: ( k x − mω ) A1 − cxω A2  sin ωt + cxω A1 + ( k x − mω ) A2  cos ωt = P0 x sin ωt (11) Cân số hạng chứa sin cos (11) hệ phương trình để xác định A1 A2, giải số A1 A2 vào (10) nhận biểu thức chuyển vị: = xz ( t ) Với: X= P0 x p P0 x ( k x − mω ) sin ωt − P0 x cxωcosωt = X p sin (ωt − φ p ) 2 ( k x − mω ) + ( cxω ) (k − mω ) + ( cxω ) ; φ= tan −1 cxω ( k x − mω )  x p 2 (12) (13) 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.1 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt: Dao động ngang xoay mặt phẳng X0Z: bỏ qua ảnh hưởng đất từ đáy móng trở lên   P(t) z m Phương trình vi phân dao động cưỡng có cản: mx + cx x + k x x − Hcxφ − Hk xφ = Px ( t ) M φ + ( cφ + H 2cx ) φ + ( kφ + H k x − WH ) φ − My(t) (14) M0 mô men quán tính khối lượng móng lấy với trục 0Y; kφ hệ số nén không đều; cφ hệ số cản nén không nền; H cao độ trọng tâm móng so với đáy móng; W trọng lượng móng; Mc mô men quán tính khối lượng móng lấy với trục qua trọng tâm đáy móng song song với trục 0Y: M = M + mH x W − Hcx x − Hk x x = M y (t ) c P(t) x z P(t) z kx m My(t) P(t) x W cx z cØ kØ cz kz x 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.1 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt: Dao động ngang xoay mặt phẳng X0Z: bỏ qua ảnh hưởng đất từ đáy móng trở lên   Tần số dao động riêng không cản xác định từ phương trình (15) ωn2x + ωn2φ ωn2xωn2φ = ω − ωn + γ γ n ⇒ ω= n1, n  2γ  2 ωn x + ωnφ ± (ω 2 (15) ωn= k x m ; ωn= x φ nx ( k WH ) φ Mc ; = γ M0 Mc  + ωn2φ ) − 4γ ωn2x ωn2φ   Chuyển vị móng chịu tải kích thích 𝑃𝑃𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑃𝑃0𝑥𝑥𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝜔𝜔, nghiệm riêng không cản có dạng: γω − (ωn2x + ωn2φ )ω + ωn2xωn2φ  ω   ω  x= Ax sin ω t ; φ= Aφ sin ω t ; ∆= = 1 −  1 −  ωn2xωn2φ  ωn1   ωn  ωn2x ωn2x ω  H ω2 H + (1 − φ ) 1 +  − γ 1− + ⋅ ωn φ ωn φ H + h0 ωnφ ωn x P0 x P0 x ( H + h0 )  h0  ⋅ Ax = kx ∆ ⋅ ; Aφ = kφ ∆ 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.1 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt:   Dao động ngang xoay mặt phẳng X0Z: … Chuyển vị móng chịu tải kích thích 𝑀𝑀𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑀𝑀0𝑦𝑦𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝜔𝜔, nghiệm riêng không cản có dạng: x Ax sin ω t ; = φ Aφ sin ω t ; A= = x M y h0 ∆kφ ω2 ;A = ⋅1 − φ ωn x ∆kφ M0y γω − (ωn2x + ωn2φ )ω + ωn2xωn2φ  ω   ω  ∆= = 1 −  1 −  ωn2xωn2φ  ωn1   ωn  Dao động xoay quanh trục thẳng đứng 0Z: tương tự dao động đứng  + cψ ψ + kψ ψ =  Phương trình vi phân dao động cưỡng có cản: M m z ψ M z ei ω t (16)   𝑐𝑐𝜓𝜓 , 𝑘𝑘𝜓𝜓 - hệ số cản hệ số trượt đàn hồi không đều; 𝑀𝑀𝑚𝑚𝑚𝑚 mô men quán tính độc cực khối lượng móng trục Z; 𝜓𝜓 góc quay móng quanh trục Z Tần số vòng dao động riêng không cản biên độ dao động cưỡng có cản xác định: ωnψ = kψ M m z M ; Aψ = z η ; η = kψ  ω2 1 −  ωnψ   ω   +  2ξψ  ω nψ    6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.1 Tính ĐLH móng khối đàn hồi, đàn nhớt:  Xác định hệ số theo mô hình bán không gian đàn hồi: Cz = f1 E E E ⋅ ; C = f ⋅ ; C = f ⋅ φ x 1− µ F 1− µ F − µ f3 (1 + µ ) F = = Cφ 2= Cz ; Cx 0, 7C 1,5Cx (Theo Barkan) z ; Cψ  Xác định hệ số theo mô hình Filonenko-Boroditch :  (a + b)   ( a + 3b)  Cz C0 1 + Cφ C0 1 + ; ∆ 1, 0m −1 =  P P0 ; =  P P0 = ∆F  ∆F     (a + b)  E Cx = D0 1 + P P ; C 1, = ⋅10−3 ( KG / cm3 ) ; D0 ≈ 0, 7C0  0 1− µ ∆F   𝐶𝐶𝑧𝑧 - hệ số nén đàn hồi theo phương đứng; 𝐶𝐶𝑥𝑥 - hệ số trượt đàn hồi theo phương ngang; 𝐶𝐶𝜑𝜑 - hệ số nén đàn hồi không theo phương đứng; 𝐶𝐶𝜓𝜓 - hệ số trượt đàn hồi không theo phương ngang; 𝐹𝐹 = 𝑎𝑎 𝑏𝑏 - diện tích đáy móng ; 𝐽𝐽 - mô men quán tính diện tích đáy móng lấy với trục qua trọng tâm đáy móng song song với 0Y; 𝐽𝐽𝑧𝑧 - mô men quán tính độc cực diện tích đáy móng lấy với trục 0Z ; 𝑃𝑃 - cường độ tải trọng tĩnh đáy móng; 𝑃𝑃0- cường độ tải trọng tĩnh đáy bàn nén thí nghiệm 𝐷𝐷0 𝐶𝐶0 = k z F= Cz ; k x F= C x ; kφ JCφ= z ; kψ J z Cψ 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.2 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:  Các giả thiết:  Móng tuyệt đối cứng;  Nền bán không gian đàn hồi nhớt có trọng lượng  Mô hình tính: hệ rời rạc bậc tự hay hệ rời rạc hai bậc tự  Phương pháp phân tích: phân tích miền tần số 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.2 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:  Phương trình chuyển động móng theo mô hình  (1DOF):  K − ω M + iωC  u (ω ) P (ω ) = S (ω ) u (ω ) = (17) Tần số dao động riêng không cản 𝜔𝜔0 tỉ số cản ζ𝑣𝑣 hệ bậc tự do: = ω0 ( = K / M ; ζ v C KM ) Biểu diễn độ cứng động lực qua độ cứng tĩnh K hệ số độ cứng động: S (ω ) = K − ω M + iωC = K  k (ω ) + i.ω.c (ω )  k (ω ) = − ω M K = − ω ω02 ; c (ω ) = C K= ζ v ω0 a a2 Biểu diễn C M= qua K: C = Kγ ; M = K µ ; cs G ρ cs cs 𝑐𝑐𝑠𝑠 tốc độ truyền sóng cắt nền; G, ρ tương ứng mô đun trượt khối lượng riêng vật liệu nền; γ, µ tương ứng hệ số độ cứng động không thứ nguyên 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.2 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:  Phương trình chuyển động móng theo mô hình  (2DOF) :   M1 ω M1 K ω 2M C0   ω M1 K P (ω ) = K 1 − − + iω  +   u0 ( ω ) 2 2 2 + ω M C K C + ω M C K  1  1  Biểu thức độ cứng động:   M1 ω M1 K ω 2M C0   ω M1 K S (ω ) = K 1 − − + i ω +   2 2 2 + ω M C K C + ω M C K 1  1   Biểu diễn tham số mô hình qua độ cứng tĩnh hệ số độ cứng động không thứ nguyên: a a a2 a2 = C0 = K γ ; C1 = Kγ1 ; M = K µ0 ; M K µ1 cs cs cs2 cs2 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.2 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:   Tính động lực học móng cứng hình chữ nhật đặt ngập nền: Sơ đồ móng ký hiệu thành phần chuyển vị móng dao động hình vẽ z z x y  x y Biểu thức độ cứng tĩnh dao động theo phương trục Z móng chôn nền: Gb   l  = Kv 3.1  1− v   b   0.75 0.8   0.25b   e   + 1.6  1 +  0.25 +    l   b      f= f= f= f= Kx Ky Cx Cy e 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.2 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:   Tính động lực học móng cứng hình chữ nhật đặt ngập nền: (tiếp theo) Biểu thức độ cứng tĩnh dao động theo phương trục X, Y móng chôn nền: Gb   = K hx 6.8  2−v   Gb   = K hy 6.8  2−v   0.8      1.34 e + 2.4  1 +  0.33 +    + l b  b       0.65 0.8   l  l 1.34  e    + 0.8 + 1.6  1 +  0.33 +    b b + l b  b       l   b 0.65 f= f= f= Độ lệch tâm phản lực tương ứng chuyển vị ngang: f= K K C C x  y x y e Biểu thức độ cứng tĩnh dao động quay quanh trục Z móng chôn nền: 2.45 0.9         l 1.32 b e  K t Gb  4.25   + 4.06  1 +  1.3 + =    l  b   b      6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.2 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:   Tính động lực học móng cứng hình chữ nhật đặt ngập nền: (tiếp theo) Biểu thức độ cứng tĩnh dao động quay quanh trục X, Y móng chôn nền:  e  Gb3  l e 1.6 = K rx    3.2 + 0.8 1 + + 1− v  b b 0.35 + l b    b     2.4 2   l    Gb3  e 1.6 e  = K ry 3.73   + 0.27  1 + +    1− v  b b b       l    0.35 +     b  Khi thay 𝑒𝑒 = vào biểu thức tính độ cứng tĩnh móng chôn nêu trên, ta nhận biểu thức tính độ cứng tĩnh tương ứng với trường hợp móng đặt mặt 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.2 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:   Tính động lực học móng cứng hình chữ nhật đặt ngập nền: (tiếp theo) Hệ số độ cứng động không thứ nguyên móng đặt bán không gian đàn hồi T.phần c.vị Đứng (v) 𝜸𝜸𝟎𝟎 0.9 + 0.4 𝑙𝑙⁄𝑏𝑏 − 2⁄3 Ngang (ℎ𝒙𝒙 , ℎ𝒚𝒚 ) 0.75 + 0.2 𝑙𝑙⁄𝑏𝑏 − Xoay (𝑟𝑟𝒙𝒙 ) - Xoắn (𝑡𝑡𝒛𝒛 ) - Xoay (𝑟𝑟𝒚𝒚 )  - 𝜸𝜸𝟏𝟏 𝝁𝝁𝟎𝟎 𝝁𝝁𝟏𝟏 0.45 - 0.34 0.3 - 0.45 + 0.23  𝑙𝑙 ⁄𝑏𝑏 − 0.35 + 0.12 𝑙𝑙 ⁄𝑏𝑏 − - - - 0.14 - 0.34 + 0.55 𝑙𝑙 ⁄𝑏𝑏 − 0.28 + 0.63 𝑙𝑙 ⁄𝑏𝑏 − Trường hợp đàn nhớt (kế đến sức cản nhớt nền): thay giá trị mô đun trượt (𝐺𝐺) đàn hồi mô đun trượt phức (𝐺𝐺 ∗ ) đàn nhớt: G* =G (1 + 2ζ a0i ) ; ζ =(ζ v cs ) (ω0 a ) ; γ 0ζ =γ + 2ζ ; γ 1ζ =γ ; µ0ζ =µ0 + ( γ + γ ) ζ ; µ1ζ =µ1 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.3 Tính ĐLH móng khối đàn hồi nhớt có gối giảm chấn liên kết móng với máy:   Để giảm rung, liên kết máy với móng thường bố trí liên kết đàn hồi (lò so, đệm đàn hồi,…) dẫn đến máy có chuyển động tương đối so với móng , làm giảm lực động xuống móng Các giả thiết:  Móng tuyệt đối cứng;  Nền bán không gian đàn hồi nhớt không trọng lượng  Mô hình tính: hệ rời rạc với hai khối lượng tập trung (xem hình vẽ)  Phương pháp phân tích: phân tích miền thời gian miền tần số 6.4 Tính toán động lực học móng máy 6.4.4 Tính ĐLH móng máy kiểu khung: Các giả thiết: Chuyển vị biến dạng bé, hệ có ứng xử đàn hồi (phi tuyến hay tuyến tính) đàn nhớt biến dạng cục  Mô hình tính: hệ rời rạc với nhiều bậc tự theo mô hình khối lượng tập trung, sử dụng phương pháp PTHH (xem hình vẽ)   Phương pháp phân tích: phân tích theo dạng riêng tích phân trực tiếp  Công cụ phân tích: phần mềm phân tích kết cấu thông dụng (SAP, ETABs,…) ... CHƯƠNG II: MÓNG NÔNG VIỆN KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT Instructor: Nguyễn Tương Lai Course: Nền móng công trình Xây dựng 2.1 Định nghĩa phân loại móng nông Móng nông móng xây dựng hố móng lộ thiên... liệu: móng gạch, móng đá, móng bê tông, móng BTCT Theo phương pháp xây dựng: móng toàn khối, móng lắp ghép  Theo đặc điểm thi công làm việc: móng nông, móng sâu   Theo đặc điểm tải trọng: móng. .. tĩnh, móng chịu tải trọng động 1.3 Phân loại móng 1.3.2 Phân loại móng Móng băng tường Móng đơn cột MÓNG NÔNG 1.3 Phân loại móng 1.3.2 Phân loại móng Móng đơn cột Móng băng tường 1.3 Phân loại móng