Chiều dài và tiết diện cọc ảnh hưởng rất lớn đến sự chuyển vị và phá hoại của cọc chịu tải trọng ngang. Vì vậy, nghiên cứu về vấn đề này là rất cần thiết trong phân tích và thiết kế. Bài viết đã phân tích và tính toán cho trường hợp tải trọng ngang tác dụng ở đỉnh cọc.
KHOA HC & CôNG NGHê nh hng ca chiu di tiết diện đến làm việc cọc chịu tải trọng ngang The effect of length and section on behavior of laterally loaded piles Vương Văn Thành, Nguyễn Tiến Dũng Tóm tắt Chiều dài tiết diện cọc ảnh hưởng lớn đến chuyển vị phá hoại cọc chịu tải trọng ngang Vì vậy, nghiên cứu vấn đề cần thiết phân tích thiết kế Bài báo phân tích tính tốn cho trường hợp tải trọng ngang tác dụng đỉnh cọc Từ khóa: Cọc chịu tải trọng ngang Abstract The length and section of the pile effect on displacement and failure modes of laterally loaded piles enormously Thus, to research this problem is necessary for analysis and design This paper analysed and calculated case in which the external horizontal loads act at the pile head (i.e., at the top section of the pile) Key words: laterally loaded piles, laterally loaded single piles Đặt vấn đề Hiện nay, việc sử dụng cọc cơng trình chịu tải trọng ngang lớn phổ biến Do đặc điểm công trình địa chất khu vực khác mà việc sử dụng cọc cơng trình khác Kết là, cơng trình thường sử dụng một vài loại cọc có tiết diện chiều dài định Nhiều tài liệu ngồi nước nghiên cứu tốn cọc chịu tải trọng ngang [1,3,4,5 ], nhiên chưa có tài liệu đưa dẫn kỹ thuật cụ thể ảnh hưởng chiều dài tiết diện cọc đến làm việc cọc chịu tải trọng ngang Dựa kết nghiên cứu phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang [2], báo sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xem xét vấn đề Từ đó, đưa dẫn phục vụ cho việc dự báo tính tốn thực hành Ảnh hưởng chiều dài tiết diện cọc đến làm việc cọc chịu tải trọng ngang 2.1 Ảnh hưởng chiều dài cọc Khi cọc chịu tải trọng ngang, cọc bị xoay, bị uốn di chuyển Nếu cọc ngắn cứng khơng uốn nhiều xoay chí di chuyển (hình 1) Những cọc gọi cọc cứng (rigid piles) Nếu cọc dài mảnh chịu tải trọng ngang bị uốn (hình 2) Những cọc gọi cọc mềm (flexible piles) Như vậy, chiều dài cọc ảnh hưởng nhiều đến chế dịch chuyển phá hoại cọc 2.2 Ảnh hưởng tiết diện cọc PGS TS Vương Văn Thành Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng ĐT: 0902066955 ThS Nguyễn Tiến Dũng Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng ĐT: 0988120252 Email: nguyentiendungkta@gmail.com Ngày nhận bài: 28/10/2016 Ngày sửa bài: 02/11/2016 Ngày duyệt đăng: 05/7/2018 50 Khi cọc chịu tải trọng ngang, cọc ứng xử dầm chịu tải trọng truyền lên Hình Chuyển vị cọc cng TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Chúng truyền tải trọng ngang cho đất xung quanh cách sử dụng sức kháng ngang đất (hình 3) Cọc ép khối đất phía trước (khối đất nằm hướng tải trọng tác dụng), sinh ứng suất nén ứng suất cắt (ở mặt bên cọc) khối đất, ứng suất chống lại dịch chuyển cọc Sức kháng đất sức kháng thân cọc cho phép thỏa mãn cân với tải trọng ngang tác dụng lên cọc Hai thành phần sức kháng phụ thuộc nhiều hình dạng kích thước tiết diện cọc 2.3 Ví dụ tính tốn Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation đại diện cho phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ảnh hưởng chiều dài tiết diện cọc đến làm việc cọc chịu tải trọng ngang điều kiện đất Cọc vuông bê tông cốt thép đúc sẵn hạ vào đất phương pháp ép Nền đất có số liệu bảng 1, mực nước ngầm bắt đầu độ sâu -1.5m cọc Bài toán 1: Ảnh hưởng chiều dài Cọc vng có tiết diện d= 500mm, chịu lực ngang tập trung đỉnh H=49,5kN Khảo sát làm việc cọc với chiều dài L= 25, 20, 10, 8, 5, m cọc Bài tốn 2: Ảnh hưởng tiết diện Cọc vng có chiều dài L= 20m, chịu lực ngang tập trung đỉnh H=49,5kN Khảo sát làm việc cọc với tiết diện d= 500, 400,300,200mm Nhận xét kết tính tốn: Kết phân tích tốn toán thể hình Hình Chuyển vị cọc mềm hình Kết tính tốn kiểm chứng đáng tin cậy, phù hợp với thí nghiệm nén ngang trường [2] Trong toán khảo sát này, tầng đất phía lớp đất tốt nên kết luận phù hợp cho trường hợp đất thuộc dạng Trường hợp tầng đất phía lớp đất yếu, phân tích lý thuyết cho thấy, xu hướng làm việc cọc giống trường hợp khác nhiều mặt trị số kết chuyển vị nội lực cọc; trường hợp cần nghiên cứu thêm để đưa số liệu dự báo cụ thể, hy vọng sớm trình bày báo Kết luận Khi tầng đất phía lớp đất tốt, mặt đất nằm ngang, chiều dài cọc ngàm đất lớp khoảng 10d cọc ứng xử cọc mềm Đối với cọc mềm, chiều dài cọc thay đổi gần không ảnh hưởng đến chuyển vị đỉnh cọc (y) nội lực (M, Q) cọc Khi tầng đất phía lớp đất tốt, mặt đất nằm ngang, chiều dài cọc ngàm đất nhỏ khoảng 10d cọc ứng xử cọc cứng Đối với cọc cứng, chiều dài cọc thay đổi làm thay đổi đáng kể tới chuyển vị nội lực cọc Cụ thể, L giảm y tăng Mmax giảm Tiết diện cọc ảnh hưởng lớn đến chuyển vị nội lực cọc, cụ thể: - Khi d giảm cọc có xu hướng bị phá hủy gần mặt đất - Khi d giảm y tăng Mmax giảm./ Hình Cơ chế truyền tải trọng cọc chịu tải trọng ngang Hình Ảnh hưởng chiều dài cọc Bảng Bảng tiêu lý lớp đất STT Tên lớp đất γ hi m zi m kN/m3 Δ e c γđn kN/m3 kPa φ độ W % Ip % IL % E0 kPa Cát cấp phối (SP-SM) 3,8 3,8 19,50 2,68 0,663 10,10 26,77 21,44 - - 23.800 Sét vô nâu vàng (CH-CL) 1,4 5,2 18,86 2,7 0,85 26 17,12 28,29 25 0,3 9.230 9,19 Sét béo xanh xám (CH-CL) 11,3 16,5 18,70 2,7 0,864 9,12 18 12,10 28,80 20 0,6 7.210 Sét xám xanh (CL) 4,6 21,1 19,09 2,69 0,845 9,16 23 18,20 27,18 25 0,3 6.470 Sét nâu vàng (CL) 13,1 34,2 19,76 2,71 0,686 10,14 36 18,53 22,86 30 0,1 11.880 Cát pha sét (SC) 3,6 37,8 19,49 2,69 0,66 10,18 21 22,17 20,18 - Sét nâu vàng (CL) 5,5 43,3 19,76 2,71 0,686 10,14 36 18,53 22,86 30 0,1 11.880 Sét lẫn cát (CL) 16,7 60 19,43 2,71 0,745 36 21,37 27,75 27 0,2 9,80 - S¬ 31 - 2018 10.660 9.090 51 KHOA HC & CôNG NGHê Hỡnh nh hưởng tiết diện cọc Barry J Meyer and Lymon C Reese (1979), Analysic of single piles under lateral loading T¿i lièu tham khÀo Lê Đức Thắng (1998), Tính tốn móng cọc, NXB xây dựng Federal Highway Administration FHWA NHI-05-042 (April 2006), Design and Construction of Driven Pile Foundations, section 9.82116 Nguyễn Tiến Dũng (2016), Nghiên cứu phương pháp tính tốn cọc chịu tải trọng ngang, luận văn Thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Plaxis 3D Foundation Version 1.5 Manual TCVN 10304-2014: Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc, NXB Xây dựng, Hà Nội Poulos, H.G (1971a), Behavior of laterally loaded piles: Part ISingle piles, ASCE Journal of the Soil Mechanics of the Foundation Division, 97(SM5),711-731 TCXD 205-1998: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội Thiết kế dầm công xơn ngắn mơ hình chống - giằng (tiếp theo trang 49) mơ hình chống-giằng tối ưu (mơ hình mà số lượng giằng chiều dài ngắn nhất) Các công thức xác định nội lực chống; giằng cho mơ hình chống-giằng thiết lập Từ nội lực tính ta xác định bề rộng chống; kiểm tra nút tính cốt thép giằng cốt thép đai khống chế vết nứt Thơng qua khảo sát ví dụ tính tốn dầm cao cơng xơn ngắn với giá trị chiều cao dầm khác nhau, tác giả kiến nghị thiết kế dầm nên chọn tỷ lệ chiều cao khoảng đặt lực phù hợp để dầm làm việc hợp lý Với thông số ví dụ khảo sát mục giá trị d hợp lý nên lấy khoảng d=(2÷ 3)av Tác giả khảo sát thêm hai tốn với thơng số giữ nguyên ví dụ mục 3, thay đổi giá trị Vu=100kN; 500kN Trên Hình 12 thể hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo tính tốn (ρ1; ρ2; ρ3) tương ứng với giá trị lực Vu=(100; 300; 500)kN ρmin tính theo (37) Khi giữ nguyên giá trị đại lượng ví dụ mục mà cho Vu=100kN hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo ρ1 ρmin tương ứng d = (300÷700) mm, chiều cao dầm hợp lý nên lấy d=(2÷4,6)av Để thiết kế dầm hợp lý cần chọn chiều cao 52 (h), bề rộng (b) dầm cấp độ bền bê tông nhóm cốt thép hợp lý Với cơng thức thiết lập mục ta hồn tồn tìm dầm thiết kế phù hợp để chịu lực Vu cho trước./ T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG T¿i lièu tham khÀo ACI Committee 318 (2011) Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-11) American Concrete Institute, Farmington Hills, MI 2011, 509pp B.S.Tanarath (2010) Reinforced concrete design of tall buildings, CRC press Schlaich, J., Schafer, K and Jennewin, M., “Toward a Consistent Design of Structural Concrete”, PCI Journal, May-June 1987, pp 75-146 Nguyễn Viết Trung (2000) Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép đại theo tiêu chuẩn ACI Nhà xuất Giao thông vận tải TCVN 5574-2012 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế Ngô Thế Phong (2006) Kết cấu bê tông cốt thép phần kết cấu nhà cửa Nhà xuất Khoa học kỹ thuật ... mặt đất nằm ngang, chiều dài cọc ngàm đất lớp khoảng 10d cọc ứng xử cọc mềm Đối với cọc mềm, chiều dài cọc thay đổi gần không ảnh hưởng đến chuyển vị đỉnh cọc (y) nội lực (M, Q) cọc Khi tầng... ngang, chiều dài cọc ngàm đất nhỏ khoảng 10d cọc ứng xử cọc cứng Đối với cọc cứng, chiều dài cọc thay đổi làm thay đổi đáng kể tới chuyển vị nội lực cọc Cụ thể, L giảm y tăng Mmax giảm Tiết diện. .. diện cọc ảnh hưởng lớn đến chuyển vị nội lực cọc, cụ thể: - Khi d giảm cọc có xu hướng bị phá hủy gần mặt đất - Khi d giảm y tăng Mmax giảm./ Hình Cơ chế truyền tải trọng cọc chịu tải trọng ngang