Một số điều chỉnh khi tính toán nội lực trong cọc đối với móng cọc đài cao theo các tài liệu hiện hành

Bài viết trình bày tóm tắt phương pháp, sơ đồ và trình tự tính toán nội lực trong cọc đối với móng cọc đài cao. Tác giả chỉ ra những nhầm lẫn và sai sót trong các công thức tính toán theo một số tài liệu hiện hành. Từ đó điều chỉnh các công thức tính cho đúng để người dùng sử dụng tính toán cho kết quả hợp lý và chính xác.

Nguyễn Thu Hà 30 MỘT SỐ ĐIỀU CHỈNH KHI TÍNH TỐN NỘI LỰC TRONG CỌC ĐỐI VỚI MĨNG CỌC ĐÀI CAO THEO CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH SOME ADJUSTMENTS WHEN CALCULATING INTERNAL FORCE IN THE PILE FOR FLOATING PILE FOUNDATION ACCORDING TO CURRENT DOCUMENTS Nguyễn Thu Hà Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; thuhabkdn@gmail.com Tóm tắt - Bài báo trình bày tóm tắt phương pháp, sơ đồ trình tự tính tốn nội lực cọc móng cọc đài cao Tác giả nhầm lẫn sai sót cơng thức tính tốn theo số tài liệu hành Từ điều chỉnh cơng thức tính cho để người dùng sử dụng tính tốn cho kết hợp lý xác Sử dụng cơng thức sau điều chỉnh để tính tốn nội lực lên cọc móng đài cao Kết tính trình bày móng có cọc bố trí theo phương thẳng đứng trường hợp móng có cọc bố trí theo phương đứng phương xiên Bài báo tài liệu hữu ích cho sinh viên, học viên kỹ sư tư vấn thiết kế tham khảo việc tính tốn thiết kế móng cọc đài cao Abstract - The article presents a summary of the method, structural plan and calculation of internal force in the pile for floating pile foundation The author gives the error in the formula according to current documents, thereby adjusting the calculation formula so that users use the calculation for accurate results Use the formula after adjustment for the calculation of internal force in the pile for floating pile foundation Calculated results are presented for foundation with vertical piles and case foundation with vertical and oblique piles This paper is very useful for students, master students and design engineers in calculating and designing floating pile foundation Từ khóa - móng cọc đài cao, cọc xiên, nội lực lên cọc, chuyển vị đài cọc, mô men uốn Key words - floating pile foundation, oblique pile, internal force, displacement of the capping, flexural moment Đặt vấn đề Móng cọc đài cao sử dụng nhiều rộng rãi cơng trình xây dựng, đặc biệt cơng trình xây dựng Giao thơng cơng trình Cảng biển Hiện nay, tính tốn móng cọc tn theo tiêu chuẩn hành như: TCVN 10304-2014 - Móng cọc - tiêu chuẩn thiết kế; tiêu chuẩn ngành 22TCN 272-05 - Tiêu chẩn thiết kế cầu Tuy nhiên, tiêu chuẩn lại không nêu rõ ràng phương pháp cách tính tốn nội lực lên cọc móng cọc đài cao Trong số tài liệu tác giả có nói đến cụ thể cơng thức tính tốn có vài chỗ nhầm lẫn sai sót Vì vậy, có số bảng tính nơi lực cọc cơng trình xây dựng thực tế bảng tính phần mềm excel tác giả nước nghiên cứu xây dựng dựa theo tài liệu nên kết kiếm toán ngoại lực nội lực lên cọc không cân Bài báo nêu số điều chỉnh cho cơng thức tính cơng thức kiểm toán nội lực cọc dựa theo tài liệu [1] Nền móng Cơng trình Cầu Đường tác giả Bùi Anh Định, Nguyễn Ngọc Sỹ; [2] Nền Móng tác giả Lê Xuân Mai (chủ biên) 2.2 Sơ đồ tính Phương pháp, sơ đồ cơng thức tính nội lực cọc móng cọc đài cao 2.1 Phương pháp tính Theo quan điểm tĩnh học, móng cọc đài cao coi khung không gian gồm cọc đứng cọc xiên ngàm đàn hồi vào đất ngàm vào đài (đài xem ngang cứng mềm) Khung với ngang cứng dùng để tính tốn móng cọc mố, trụ cầu Khung với ngang mềm dùng để tính tốn móng cọc cơng trình bến cảng [2] Để tính tốn nội lực cọc dựa vào giả thiết [1] [2] nêu từ dùng phương pháp chuyển vị học kết cấu để tính P EJ= oo  v u O My Hx  x   x  z z Hình Sơ đồ tính tốn móng cọc đài cao Giả sử móng bố trí m cọc Khi tác dụng tải trọng lên đầu cọc, đài cọc chuyển vị biểu diễn thông qua liên kết phụ (v), (u) (ω) Trong đó, liên kết (v) chống lại chuyển vị thẳng đứng, (u) chống lại chuyển vị ngang, (ω) chống lại chuyển vị xoay Theo phương pháp chuyển vị: Tổng số phản lực sinh liên kết phụ chuyển vị chuyển vị liên kết khác ngoại lực không Phương trình tắc: rvv v + rvu u + rv  − p =  ruv v + ruu u + ru  − H x = r v + r u + r  − M = u  y  v Với rvv gọi phản lực đon vị - phản lực liên kết phụ v chuyển vị sinh ra; ruu, rww gọi phản lực đơn vị (tương tự trên); rik phản lực đơn vị liên kết hệ bản, i (chỉ số) phương phản lực Ví dụ ruw phản lực liên kết chống chuyển vị ngang (u) chuyển vị đơn vị liên kết cản trở chuyển vị xoay w gây Theo học kết cấu ta có ruw = rwu tương tự ta có ruv = rvu rvw = rwv ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển u,v,w chuyển vị ngang, chuyển vị đứng góc xoay đài tuyệt đối cứng N tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng đáy đài; Hx tổng tải trọng ngang tác dụng theo chiều ox; My tổng mômen tác dụng trục oy 2.3 Trình tự tính tốn Trình tự tính thực theo bước sau: - Chuyển sơ đồ toán khung phẳng - Chọn gốc toạ độ trọng tâm đáy đài (O) - Chuyển tất ngoại lực tác dụng lên đài điểm O ta có P, HX My a Tính chiều dài chịu nén (LN) chịu uốn (LM) b Tính hệ số phương trình tắc c Giải hệ phương trình tắc cơng thức tính chuyển vị đài v, u, ω 31 d Thay giá trị chuyển vị đài (v, u, ω) vào công thức để xác định nội lực cọc e Kiểm tra lại kết tính tốn xem có bị nhầm lẫn khơng 2.4 Cơng thức tính nội lực cọc theo tài liệu [1], [2] số điều chỉnh Về công thức tính nội lên cọc theo [1] [2] Tuy nhiên có số cơng thức chưa xác bị nhầm lẫn biên soạn Sở dĩ tác giả thấy điều q trình tính tốn phát thứ nguyên đại lượng không đồng không lý thuyết truyền thống Mặt khác tính theo cơng thức tài liệu nội lực ngoại lực không cân với Ở đây, báo nêu cơng thức chưa xác điều chỉnh lại để việc tính tốn đạt kết (nội lực ngoại lực cân bằng) Bảng Các công thức gốc điều chỉnh theo [1] TT Công thức gốc (3-88) trang 151, (3-98) trang 152, (3-118) (3- 119) trang 158 EFn v cos n + u sin n + xn cos n  LNn (1) Nn = (2) ru = ru = E  (3) (4) Công thức điều chỉnh Nn = Fn J xn sin  n cos n − 6E  n LNn LMn cos n M Tn J LN ( M y + 0,5 H x LM ) H x LM F LM = − xn J L 2m  xn2 + F LN m M M Dn J LN ( M y + 0,5 H x LM ) H x LM F LM = − xn J L  xn2 + F LN m M EFn v cos n + u sin n + xn cos n  LNn ru = ru = E  Fn J xn sin  n cos n − 6E  2n cos n LNn LMn M Tn J LN ( M y + 0,5 H x LM ) H x LM F LM = − J L 2m  xn2 + F LN m M M Dn J LN ( M y + 0,5 H x LM ) H x LM F LM =− − J L 2m  xn2 + F LN m M Bảng Các công thức điều chỉnh trường hợp móng có cọc thẳng đứng theo [2] TT Công thức gốc (3.137) trang 169, (3.164), (3.172) (3.173) trang 174 (5) M − (m.M T −  N n xn ) = Công thức điều chỉnh m m M − ( N n xn − m.M T ) = n =1 n =1 (6) ru = ru = −m (7) M Tn = ru = ru = −m 6EJ u−  LM LM M Dn = M Tn + (8) 6.EJ L3M M Tn =  LM 6.EJ L2M 6EJ 4EJ u−  LM L2M M Dn = −M Tn − 2EJ  LM Bảng Các công thức điều chỉnh trường hợp tổng quát móng có cọc xiên theo [2] Công Fn Jn 2 thức gốc ruu = E  L sin  n + 12 L3 cos  n Nn Nn 3.139 m  m Fn 2 Jn  đến r = E  xn cos  n +  3.143, n =1 LMn   n =1 LNn trang  m Fn  170   rvu = ruv = E   sin  cos  n   n =1 LNn   m F  rv = rv = E   n x n cos  n   n =1 LNn  m m Fn J xn sin  n cos n −6 2n cos n ) n =1 LNn n =1 LMn ru = ru = E ( Nguyễn Thu Hà 32 Điều chỉnh (9) (10) (11) ruu = E ( Fn J sin  n + 12 3n cos2 n ) LNn LMn m m m  m F  J J J r = E   n xn2 cos 2 n + 4 n + 12 3n xn2 sin  n + 12 2n xn sin  n  n =1 LMn n =1 LMn n =1 LMn  n =1 LNn  m  m F  J rvu = ruv = E   n sin  cos  n − 12 3n sin  cos  n  n =1 LMn  n =1 LNn  (12) m m  m F  J J rv = r v = E   n x n cos  n + 6 2n sin  n + 12 3n xn sin  n  L L L n = n = n = Nn Mn Mn   (13) ru = ru = E ( m m m Fn J J xn sin  n cos n −6 2n cos n −12 3n xn sin  n cos n ) L L L n =1 Nn n =1 Mn n =1 Mn 3.1.4 Tính phản lực đơn vị Các giá trị phản lực đơn vị khơng phụ thuộc vào vị trí cọc đài, phụ thuộc vào phương tính tốn: m x nngang n =1 m x ndoc n =1 = (3, 62 + 2, 42 + 1, 22 ).3.2 = 120,96(m2 ) = (1, 22 ).7.2 = 20,16(m2 ) xn khoảng cách từ tim bệ cọc đến tim cọc thứ n F m  ; 12.EJ ruu = m rvv = EJ    LM  J n =1 LN  m 6.EJ  F m xn2  r = EJ   + 4  ru = ru = −m LM J L L n =1 M   n=1 N Bảng 4a Phản lực đơn vị tính theo phương ngang Tính theo phương ngang rvv (T/m) rvv (Tm) 438.103 2716.103 500 Một số ví dụ tính tốn nội lực tác dụng lên cọc móng cọc đài cao 3.1 Móng có cọc bố trí theo phương thẳng đứng, đối xứng 3.1.1 Số liệu ban đầu - Cọc bê tông cốt thép, tiết diện ngang 40cmx40cm, chiều dài 23,8m Bê tông cọc loại B25 (M350), cốt thép dọc 8Φ16 (loại CII), cốt đai rời Φ8 (loại CI) Bố trí 21 cọc (m=21cọc) đài theo phương thẳng đứng, đối xứng - Chiều cao đài hđ=2m Cọc ngàm vào đài 2d=0,8m đập vỡ đầu cọc 0,6m, lại 0,2m ngàm chặt vào đài Chiều dài tính tốn cọc Ltt=23m - Kích thước đáy đài 3,4mx8,2m, đáy độ sâu 0,5m so với mặt đất tự nhiên 3400 1200 ruu (T/m) 73,458.103 ruw = rwu(T) -102,84.103 Tính theo phương dọc rvv (T/m) rvv (Tm) 438.103 613.103 500 1200 Bảng 4b Phản lực đơn vị tính theo phương dọc 500 1200 1200 1200 1200 1200 1200 500 8200 Hình Mặt bố trí cọc móng 3.1.2 Xác định chiều dài chịu nén (LN) chiều dài chịu uốn (LM) cọc - Chiều dài chịu nén LN=Ltt=23m - Chiều dài chịu uốn: Khi L1