nghiên cứu móng cọc chịu tải trọng ngang
CọC CHịU TảI TRọNG NGANG đề ti nghiên cứu móng Cọc chịu tải trọng ngang Giảng viên Nhóm thực Mssv Mssv : TS Nguyễn Đình Tiến : Koy Wannak : 53K08XD Smach Oudom : 54K08XD • PHẦN I: cäc chịu tải trọng ngang PHN II: KT LUN V KIN NGH -1- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG PHN I: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Mục đích tính tốn: • Tính tốn kiểm tra cường độ, chuyển vị cọc • Tính tốn kiểm tra cường độ đất • Đưa cách xử ký phù hợp sau tính tốn Các đại lượng cần tính tốn: • chuyển vị ngang y(z) • chuyển vị xoay ϕ(z) • ứng suất tác dụng lên đất theo phương ngang σy • ứng suất tác dụng lên đáy cọc σz • mơmen uốn M(z) • Lực cắt Q(z) Các lý thuyết áp dụng tính tốn Nói chung việc tính tốn cọc chịu tải trọng ngang dựa vào ba lý thuyết sau: • lý thuyết cân giới hạn môi trường rời • lý thuyết biến dạng cục • lý thuyết biến dạng tổng quát I Phương pháp sơ khai X.I Belzetsky Giả thiết áp lực đất tác dụng lên móng có dạng hình sin đối xứng σy Các phương trình cân bằng: H − ∫ σ y dFb = Fb P − ∫ σ y dFd = Fd M − ∫ σ y z.dFb − ∫ σ z ydFd = Fb Fd max -2- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG T tính tải trọng ngang giới hạn theo sức chịu tải Nhận xét: • Giả thiết tải trọng áp lực đất phân bố lên cọc có dạng hình sin khơng có • Phương pháp khơng tính chuyển vị đầu cọc • Tuy nhiên phương pháp lại đơn giản tính tốn dễ ứng dụng A – TRƯỜNG HỢP MĨNG CỨNG TUYỆT ĐỐI II Phương pháp tính tốn theo lý thuyết cân giới hạn môi trường rời G.I.Giuskov Giả thiết: • Tại mặt bên mặt đáy móng xuất cường độ giới hạn • Áp lực bị động tính theo lý thuyết A.Coulomb nhân với hệ số k kể đến tốn khơng gian: E = k Ecoulomb • Có xét đến lực ma sát đất lên thân cọc Các trường hợp tính tốn: Trường hợp – tâm quay cao đáy móng: Trường hợp – tâm quay nằm đáy móng: Trường hợp – tâm quay nằm đáy móng: Trường hợp 1: Tâm xoay nằm cao đáy móng Viết phương trình cân bổ xung thêm phương kinh nghiệm: e = 0.45a tính lực ngang giới hạn: Hgh = (2θ2 – 1)[(1 +f1.f)E + 2T] – (G+P)f θ xác định từ việc giải phương trình bậc 3: N1θ3 + N2θ2 + N3θ + N4 = Trong đó: N1 = (β + 2/3).h.(E + 2T) σmax N2 = 2E(h1 + h)(1 + f1f) + 2E.e.f1 + 4T(h1 + h) – (1+β)Eh – 2(1 + β).h.T N3 = -βh(E + 2T) N4 = M – E(h1 + h)(1 + f1f) – 2.T (h1 + h) – (G + P)(h1 + h).f – (1/2)E.a.f1 – (G + P).e – E.e.f1 + βh(E+2T) β= 1 + 2θ 1+θ -3- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG Trng hp 2: Tõm xoay nằm đáy móng Trong trường hợp khơng có ma sát đáy móng, Viết phương trình cân giải ta được: H gh = (G + P)e − 0,5.γh aξf1e + 0,5.E f1a − 0,67γh 3aξf1 − 0.67 Eh − M h1 Khi tính tốn theo cộng thức phải thoả mãn điều kiện H gh = E + γh aξf1 Nếu không thoả mãn điều kiện chuyển sang trường hợp σmax Trường hợp 3: Tâm xoay nằm thấp đáy móng Trường hợp có ma sát đáy móng ngược với trường hợp đáy móng dịch chuyển ngang: H gh = (G + P)e − 0,5.γh aξf1e + 0,5.E f1a − 0,67γh 3aξf1 − 0.67 Eh + M + (G + P )hf − 0,5γh 3aff1ξ h1 Khi tính tốn theo cộng thức phải thoả mãn điều kiện H gh = E + γh aξf + (G + P) f + 0.5γh aξf f Nếu không thoả mãn điều kiện chuyển sang trường khác tính tốn lại từ đầu lựa chọn đ ược sơ đồ thích hợp Nhận xét • Phương pháp có ưu điểm tính tốn rõ ràng mạch lạc có kể đến ma sát thân cọc • Tuy nhiên phương pháp áp dụng cơng thức tính áp lực đất bị động Coulomb, mà nói chung phương pháp tính áp lực đất theo lý thuyết cân giới hạn thường cho kết dao động khoảng lớn • σmax Việc giả thiết e = 0.45a trường hp1 c -4- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG ly theo kinh nghiệm khơng có tính phổ biến • Tính theo phương pháp ta khơng tính chuyển vị đầu cọc III Phương pháp tính tốn theo lý thuyết biến dạng cục Phương pháp N.K.Xnitko đề xuất Giả thiết: • Nền đất coi mơi trường đàn hồi mà tính chất biến dạng đặc trưng hệ số thay đổi tuyết tính theo độ sâu • Bỏ qua ma sát thân cọc, móng cọc với đất • Bỏ qua phản lực đất lên đáy móng Từ rút quy luật phân bố ứng suất theo phương ngang (dạng parabol bậc 2): σy = -m.z (y0 - ω.z) Trong đó: m: số đặc trưng hệ số (có bảng tra) Viết hai phương trình cân lực theo phương y phương trình cân mômen ta được: y0 = ( H + 8H h + 12M ) mh 12 ω = (2 H h + 3M ) mh Từ kết có thê tính đại lượng sau: • Chuyển vị đầu cọc • Áp lực tác dụng lên đất từ kiểm tra sức chịu tải • Nội lực thân cọc Nhận xét • Khơng phải loại đất giả thiết cho kết khả quan Nên tùy theo kinh nghiệm thực tiễn mà người thiết kế có áp dụng phương pháp hay khơng • Giải thiết hai, ba (bỏ qua ma sát, áp lực đáy móng) việc làm đơn giản hóa tính tốn nhiên lại sai lệch với thực tế, việc giả thiết cho kết sai lệch cọc có kích thước nhỏ Phương pháp K.X Zavriev xut Gi thit: -5- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG • Nền đất coi môi trường đàn hồi mà tính chất biến dạng đặc trưng hệ số thay đổi tuyết tính theo độ sâu • Bỏ qua ma sát thân cọc, móng cọc với đất • Có kể đến ảnh hưởng phản lực đất đáy móng • Khi tính tốn phản lực mặt bên móng thi coi móng tiết diện chửa nhật (với bề rộng btt=k1k2b) Phương pháp dựa giả thiết biến dạng cục tổng quát phương pháp N.K.Xnitko đề xuất mặt sau: • Tính tốn trường hợp nhiều lớp hệ số đặc trưng hệ số quy đổi tính trung bình • Có kể đến áp lực đất lên đáy cọc • Tính tốn phản lực mặt bên móng cho trường hợp khơng phải tiết diện chử nhật (với bề rộng btt=k1k2b) Còn mặt cách tính tốn tương tự phương pháp N.K.Xnitko đề xuất B – TRƯỜNG HỢP MÓNG CÓ ĐỘ CỨNG HỮU HẠN Đặc điểm: • Đây trường hợp thực tế hay gặp nhất, trường hợp móng cứng tuyệt đối trường hợp nhỏ độ cứng cọc lớn • Phần lớn phương pháp dựa vào phương trình vi phân độ võng móng: EI d y( z) + σ y ( z) = dz IV Phương pháp dựa vào giả thiết biến dạng cục K.X Zavriev Giả thiết: • Nền đất coi môi trường đàn hồi mà tính chất biến dạng đặc trưng hệ số thay đổi tuyết tính theo độ sâu • Bỏ qua ma sát thân cọc, móng cọc với đất • Có kể đến ảnh hưởng phản lực đất đáy móng ϕ σy -6- CäC CHịU TảI TRọNG NGANG Khi tớnh toỏn phn lc mặt bên móng thi coi móng tiết diện chửa nhật (với bề rộng btt=k1k2b) • Q trình chịu uốn tiết diện móng củng luôn phẳng Biểu thức ứng suất phân bố thân cọc: σ y = btb m.z y ( z ) Thay vào phương trình vi phân độ võng: d y( z) EI + btb m.z y ( z ) = dz Để giải phương trình K.X Zavriev đề xuất chọn nghiệm dạng chuỗi: y ( z ) = y0 A1 + • H M ϕ0 B1 + C1 + D1 α α EI α EI Trong A1, B1, C1, D1 xác định Việc xác định y0 ϕ0 tùy thuộc vào điều kiện biên tốn • Sau xác định y0 ϕ0 ta hoàn tồn xác định đại lượng mơmen uốn, lực cắt, ứng suất phân bố… V Phương pháp dựa vào giả thiết biến dạng tổng quát Giả thiết: • Nền đất coi bán không gian đàn hồi tuyến tính, tính biến dạng đặc trưng môđun biến dạng E0 hệ số nở hơng η0 có trị số số • Bỏ qua ma sát móng đất • Phản lực ngang đất tác dụng lên thân móng phân bố bề rộng b • Tiết diện móng ln phẳng q trình chịu lực Cơ sở tính tốn: Dựa kết lý thuyết đàn hồi Cụ thể kết R Mindlin nghiên cứu: Biểu thức chuyển vị trục oz: ⎡ K K3 2h − 2h1 z + zξ − 2h1ξ ⎤ + u P ( z ) = K1 P ⎢ + ⎥ (2h1 − z − ξ ) ⎣ z − ξ 2h1 − z − ξ ⎦ ζ K1, K2, K3, G số phụ thuộc E0, μ Áp dụng kết R Mindlin ta tính chuyển vị điểm cọc: y( z) = h1 ⎡ K2 K3 2h12 − 2h1 z + zξ − 2h1ξ ⎤ K + + ⎥.bσ ξ dξ ∫ ⎢⎣ z − ξ 2h1 − z − ξ (2h1 − z − ξ ) h1 -7- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG Ly kết thay vào phương trình vi phân độ võng ta giải y(z) Thầy Lê Đức Thắng kiến nghị chọn nghiệm gần dạng chuỗi: σ y (ξ ) = ∑ C n ξ n n =1 Trong Cn ẩn số cần tìm n +1 phương trình Các điều kiện để xác định Cn là: điều kiện tương thích biến dạng móng (xác định n -1 phương trình) y(z) = u(z) điều kiện cân lực ngang (1 phương trình) h1 ∫σ y (ξ )dξ = H − h1 điều kiện cân mơmen (1 phương trình): h1 ∫ ξσ y (ξ )dξ = M − h1 VII Phương pháp bán thực nghiệm (p –y) • Đây phương pháp dựa giả thiết biến dạng cục bộ, tinh lọc từ phương pháp sử dụng mơ hình Winkler • Gọi phương pháp bán thực nghiệm quan hệ ứng suất biến dạng đất tìm qua thực nghiệm tùy thuộc loại đất độ sâu Quan hệ thường quan hệ phi tuyến • Việc giải tốn theo phương pháp thường áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn Hầu hết quan hệ phi tuyến ứng suất biến dạng mô tả theo dạng parabol bậc theo phương trình sau: ⎞ ⎛ p y ⎟⎟ = 0.5⎜⎜ pult y ⎝ 50 ⎠ Trong đó: Pult sức kháng giới hạn đất đơn vị dài cọc y50 độ lệch ½ ứng suất giới hạn nền, xác định phòng thí nghiệm theo cơng thức sau: y50 = Aε50D ε50 biến dạng đất thí nghiệm nén trục với ứng suất 50% ứng suất phá hoại D đường kính cọc A số biến đổi từ 0.35 n 3.0 -8- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG Mụ t phương pháp p –y PHẦN II: ẢNH HƯỞNG CỦA NHÓM CỌC I Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu ứng nhóm qua tương tác nhóm với đất Để khảo sát ảnh hưởng nhóm cọc người ta sử dụng hệ số Ge xác đinh sau: Trong đó: (Qu ) g Ge = n.(Qu ) s Ge: hệ số hiệu nhóm (Qu)g: khả chịu tải nhóm cọc (Qu)s: khả chịu tải cọc đơn n: số cọc nhóm Ta xem xét nhân tố sau: - Khoảng cách cọc nhóm - Bố trí cọc nhóm - Kích thước nhóm - Loại đất mật độ khối - Chuyển vị cọc Ta có biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng khoảng cách cọc nhóm sau : -9- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG (nh hng ca khong cách cọc nhóm) Các mơ hình thí nghiệm thí nghiệm thể hĩnh vẽ sau : -10- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG B trớ cc kích thước nhóm cọc a Bố trí cọc theo dng hp -11- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG b Cc bố trí theo đường thẳng song song với phương chịu lực: Biểu đồ bố trí cọc sau : -12- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG T kt qu trờn rỳt kết luận sau: - Trong ba trường hợp bố trí với khoảng cách trường hợp bố trí cọc theo đường thẳng vng góc với phương chịu lực có hệ số Ge lớn - Và đồ thị ta thấy với khoảng cách tim cọc lớn 3D thi Ge = khơng cần phải quan tâm đến hiệu ứng nhóm theo bố trí cọc trường hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tính tốn móng cọc – Lê Đức Thắng, 1998 Móng Cọc Trong thực tế Xây dựng (SHAMSHER PRAKASH-HARI D.SHARMA) Phương pháp số học kết cấu – Nguyễn Mạnh Yên Investigation of Resistance of Pile Caps to Lateral Loading – Robert L Mokwa,1999 Pile Foundation Design: A Student Guide (Ascalew Abebe & Dr Ian GN Smith) Pile Design and Construction Practic 4th editon(M.J.Tomlinson) PHN II: -13- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Về phương pháp tính tốn cọc chịu tải trọng ngang • Có nhiều phương pháp tính tốn nhiên khơng có phương pháp tổng quát áp dụng xác trường hợp Do đo phải lựa chọn tùy thuộc vào tốn cụ thể • Cần phân biệt cọc cứng tuyệt đối cọc có độ cứng hữu hạn để áp dụng phương pháp cho phù hợp Những vấn đề cần nghiên cứu thêm • Cần tìm hiểu thêm phương pháp tính tốn nhóm cọc • Xem xét ảnh hưởng liên kết đầu cọc đến sức chịu tải trọng ngang • Xem xét khả chịu tải trọng ngang nhóm cọc có kể đến phần tải trọng ngang đài cọc chịu bớt -14- ... cọc • Xem xét ảnh hưởng liên kết đầu cọc đến sức chịu tải trọng ngang • Xem xét khả chịu tải trọng ngang nhóm cọc có kể đến phần tải trọng ngang đài cọc chịu bớt -14- ... nhóm cọc a Bố trí cọc theo dạng hộp -11- CọC CHịU TảI TRọNG NGANG b Cc b trớ theo đường thẳng song song với phương chịu lực: Biểu đồ b trớ cc nh sau : -12- CọC CHịU TảI TRäNG NGANG Từ kết rút.. .CọC CHịU TảI TRọNG NGANG PHN I: CC PHNG PHP TÍNH TỐN CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Mục đích tính tốn: • Tính tốn kiểm tra cường độ, chuyển vị cọc • Tính tốn kiểm tra cường