Bài giảng Bê tông cốt thép 2: Kết cấu tường chắn - Nguyễn Hữu Anh Tuấn

Bài giảng Bài giảng Bê tông cốt thép 2: Kết cấu tường chắn - Nguyễn Hữu Anh Tuấn cung cấp cho người học các kiến thức: Khát quát, các yêu cầu thiết kế tường chắn bê tông cốt thép, biện pháp tăng ổn định tường chắn,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TÓM TẮT BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT 2

KẾT CẤU TƯỜNG CHẮN

NGUYỄN HỮU ANH TUẤN

Thời lượng: 5 tiết

tuannguyen@swin.edu.au

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

Leet, K and Bernal, D (1997) Reinforced concrete design, 3rd edn.,

McGraw-Hill

Mosley, W H and Bungey, J H (1987) Reinforced concrete design, 3rd edn., Macmillan Education.

Nilson, A., Darwin, D and Dolan, C (2010) Design of concrete structures, McGraw-Hill.

Pillai, S and Menon, D (2005) Reinforced Concrete Design, 5th edn.,

McGraw-Hill

Warner, R F., Rangan, B., Hall, A and Faulkes, K (1998) Concrete structures, Longman.

Tường chắn được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đất hoặc có thể là vật liệu khác bằng cách giữ không cho chúng bị trượt khỏi cung trượt tự nhiên của chúng

KHÁI QUÁT

KHÁI QUÁT Phân loại

- Tường chắn trọng lực: gạch đá, bê tông; hình khối lớn, dùng trọng

lượng bản thân tường để đảm bảo ổn định; chủ yếu chịu nén; chiều cao thường không vượt 3m, không có cốt thép hoặc có ít cốt thép chịu co ngót

và nhiệt độ

- Tường chắn BTCT dạng mềm chịu nén uốn: bản thành và bản

móng BTCT khá mỏng nên trọng lượng bản thân của tường không lớn

Độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên bản móng

KHÁI QUÁT

Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn

- Tường công-xon không sườn: 2,5-6m; phổ biến, kinh tế, thi công đơn giản

- Tường có sườn đứng: cao 6-7,5m; sườn đứng làm tăng độ cứng của thành tường và giúp thành tường làm việc như những ô bản liên tục

KHÁI QUÁT

Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn

KHÁI QUÁT

Xác định sơ bộ các kích thước chính

BẢN MÓNG

b= (0,4-0,7)h ; phần móng trước (mũi) rộng = (0,3-0,4)b

bgiảm khi móng tựa lên nền đất tốt và khi khối đất cần chắn là cát hoặc sỏi;

btăng khi nền đất dưới đáy móng và lớp đất cần chắn có chất lượng thấp, hoặc khi có hoạt tải tác dụng trên mặt đất gần đỉnh tường

l

KHÁI QUÁT

Xác định sơ bộ các kích thước chính

Bố trí chốt chống trượt

Chiều dày bản móng:

- Tường không sườn: (1/12-1/8) h

- Tường có sườn: h/30

Có thể bố trí chốt chống trượt để tăng áp lực bị động

KHÁI QUÁT

Xác định sơ bộ các kích thước chính

BẢN THÀNH Chiều dày thành tường tại đáy thường lớn hơn chiều dày ở đỉnh

tường Khi h ≤ 3m có thể không thay đổi chiều dày bản thành.

• Tường công-xon : dày (1/14 -1/10)h ở đáy; ≥ 200mm ở đỉnh.

• Tường có sườn đứng: chiều dày bản thành ≈ h/40.

l = 0 ÷ , 8 1 , 2

SƯỜN ĐỨNG

l ≈ h/2

Khoảng cách Chiều dày ≈ l/10

Các yêu cầu thiết kế tường chắn BTCT

Áp lực tiêu chuẩn dưới đáy móng không vượt quá cường độ tiêu chuẩn của nền đất;

Ổn định về lật do áp lực tính toán gây ra;

Ổn định về trượt do áp lực tính toán gây ra

Đảm bảo điều kiện cường độ cho các bộ phận của tường chắn

Thoát nước: bố trí các lỗ thoát nước đường kính 100mm phân bố cách khoảng từ 1,5 đến 3m trên mặt thành tường, và ống tiêu nước có đường kính 150-200mm chạy dọc theo đáy tường có sỏi bao quanh

• Tĩnh tải: trọng lượng tường, trọng lượng đất đắp trên bản đáy.

• Hoạt tải dài hạn: áp lực ngang của đất và nước khi bão hòa nước

• Hoạt tải ngắn hạn: xe cộ, hàng hóa, người và máy móc thiết bị, vv…

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang

ϕ

ϕ

sin 1 sin 1 +

−

=

a

2

1 2

1

h nk h p

n = 1,1-1,2 là hệ số độ tin cậy

Lớn hơn thực tế, không an toàn

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

Áp lực chủ động khi mặt đất nằm nghiêng

















− +

−

−

=

ϕ δ

δ

ϕ δ

δ δ

2 2

2 2

cos cos

cos

cos cos

cos cos

a

k

H a = P acosδ

TẢI TRỌNG

khi có hoạt tải trên mặt đất

Áp lực đất lên tường chắn

γ

p

hs =

h nk

pa1 = aγ

2 1

2

1

h nk

Ha = aγ

p nk h nk

pas = aγ s = a

s a as

TẢI TRỌNG

khi có hoạt tải trên mặt đất

Áp lực đất lên tường chắn







 +

= +

H

2

2

s a

h h

hh h z

2 3 3 2 +

+

=

Nếu hoạt tải tác dụng cách đỉnh tường một khoảng:

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

Áp lực bị động

ϕ

ϕ

sin 1

sin 1

−

+

=

p

k

'

h k

pp = pγ

2

' 2

1 ' 2

1

h k h p

Hp = p = pγ

ỔN ĐỊNH LẬT

∑

cl G x M

- Moment chống lật

- Moment gây lật

a a

M =

l l

cl

k M

M

≥

- Điều kiện để tường không bị lật

-Lưu ý:

• Có thể dùng điểm lật O1thay cho O

• Có thể lấy n = 0,9 cho G và 1,1-1,2 cho H a

• K lkhông nhỏ hơn 1,5

ỔN ĐỊNH LẬT Xét ổn định về lật từ điều kiện ổn định giới hạn, có kể đến hệ số nền của nền đất dưới móng tường chắn:

N

M

e0 =

4 4 1

1e G e G G e G

z H

M = a a+ + − + s

s

G G G G G

N= 1+ 2+ 3+ 4+

















−

0

12 2

1

k

Nz b

e gh

N

z G z G z G z G z G

= 1 1 2 2 3 3 4 4 0

gh e

e0 ≤ 0

ỔN ĐỊNH TRƯỢT

p

H fN

- Lực chống trượt

- Điều kiện để tường không bị trượt

tr a

k H

F

≥

f là hệ số ma sát giữa đáy tường và đất

K trkhông nhỏ hơn 1,3

ỔN ĐỊNH NỀN













±

=

b

e b

Nc

min max,

6 1

σ

c đ c

R

≤

max

σ

0

minc ≥

σ 6 /

0 b

e ≤ b / 3 ≤ a ≤ 2 b / 3

Chọn kích thước móng sao cho điểm đặt hợp lực C nằm trong khoảng 1/3 giữa chiều rộng móng

hay

Một số biện pháp tăng ổn định tường chắn

- Thay đổi loại đất đắp sau tường: tốt nhất là sử dụng loại đất rời có góc ma sát trong lớn nhằm giảm áp lực ngang

- Tăng cường biện pháp thoát nước cho đất phía sau tường: bố trí rãnh thoát nước trên mặt, hệ thống thoát nước ngầm

- Bổ sung các sườn ngang có thể đỡ thêm các khối đất nằm ngoài phạm vi móng tường

- Tạo mặt gồ ghề cho bản đáy tường chắn, bố trí đáy nghiêng về phía mặt sau tường hoặc bổ sung mấu (gờ, trụ, cọc ngắn) để tận dụng lực dính của đất nền ngay dưới bản đáy nhằm tăng khả năng chống trượt phẳng, chống lật cho tường chắn

- Sử dụng neo trong đất

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN

Tính bản thành dạng công-xon

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN

Tính bản móng dạng công-xon

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN

Ví dụ bố trí cốt thép

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Tính sườn đứng

Xem mỗi sườn đứng là một công-xon được ngàm tại mặt móng, chịu tải

trọng ngang (p a × l) với p alà áp lực đất

chủ động và l là

khoảng cách sườn

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Tính sườn đứng

Khi tính cốt thép dọc cho sườn, có thể kể một phần bản thành đóng vai trò cánh chịu nén và tham gia chịu lực cùng với sườn, tức là sườn đứng được tính như cấu kiện có tiết diện chữ T

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Tính bản thành

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Bản móng

- Bản móng chịu tác dụng của phản lực đất nền cùng với trọng lượng đất đắp và hoạt tải bên trên

- Bản móng trước (I): tính như công-xon ngàm vào mép bản thành

- Bản móng sau: phần (II) tính như bản hai phương ngàm ba cạnh vào bản thành và các sườn đứng; phần (III) chủ yếu chịu uốn theo phương dọc chiều dài tường, có thể được tính như một dầm liên tục gối lên các sườn đứng

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Thiết kế một phương án tường chắn bê tông cốt thép nằm giữa hai cao trình đất chênh lệch nhau khoảng 3,5 m

Trên mặt đất có hoạt tải do trọng lượng của hàng hóa là p = 9 kPa, với

phạm vi tác dụng kéo dài đến đỉnh tường Hệ số ma sát giữa đáy

móng và đất là f = 0,5 Đất có trọng lượng riêngγ=18 kN/m3, góc ma sát trongϕ=300

Nền đất dưới móng có cường độ tiêu chuẩn là 100 kPa và hệ số nền

là 8000 kN/m3

Đề bài

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Giải tóm tắt

Dự kiến dùng tường chắn BTCT dạng công-xon như hình vẽ

{SV cần trình bày cụ thể cách chọn sơ bộ kích thước các bộ phận của tường chắn}

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Giải tóm tắt

Tải trọng tác dụng

Xét một đoạn tường điển hình dài 1m, bỏ qua ảnh hưởng của lớp đất mỏng nằm phía trước ngực tường (bị động)

G 1 = 26,25 kN; x 1 = 1,05 m; z 1 = 2,05 m

G 2 = 22,5 kN; x 2 = 1,5 m; z 2 = 0,15 m

G 3 = 113,4 kN; x 3 = 2,1 m; z 3 = 2,05 m

G 4 = 16,2 kN; x s = 2,1 m; z s = 3,8 m

ΣG i= 178,35 kN;

k a= 1/3

H a= 54,72 kN

z a= 1,40 m

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Giải tóm tắt Kiểm tra ổn định trượt

N = 0,9 ΣG i= 160,52 kN

F = fN = 80,26 kN

H a= 60,19 kN (tải tính toán)

ktr= 1,33  Đạt

Kiểm tra ổn định lật

(i) Thuần túy cơ học

M cl = 0,9 ΣG ixi = 300,13 kNm

M l = H a z a = 84,27 kN (tính với n =1,1)

kl= 3,56  Đạt

VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt

Kiểm tra ổn định lật

(ii) Độ lệch tâm giới hạn

a = 1,34 m

e 0= 0,16 m

e 0gh= 1,10 m

e 0 < e 0gh (n =1,1 cho H a và = 0,9 cho G i)

VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt

Kiểm tra ổn định nền đất dưới móng tường

(Dùng tải trọng tiêu chuẩn; n =1 cho G i và H a)

a = 1,44 m

e 0 = 0,06 m < b/6

kPa 3 , 52

minc =

σ

kPa 6 , 66

maxc =

σ

VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt

Tính thành tường

Moment tiêu chuẩn

kNm 25 , 61

2

1 6

1 3

1

=

+

= k h k ph

M = 67,38 kNm

A s≈ 830 mm2

(h 0= 250 mm; thép AIII)

- Chọn thép

- Cắt thép nếu cần thiết (cần tính điểm cắt lý thuyết & điểm cắt thực tế)

gh a

a z k pz M k

z











+

×

2

1 6

1 1 , 1 )

VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt

Tính móng tường

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Tác dụng của tường chắn? Mô tả các loại tường chắn phổ biến bằng BTCT?

2 Ảnh hưởng của hoạt tải trên mặt đất đến áp lực ngang tác dụng lên tường chắn?

3 Các yêu cầu cơ bản trong thiết kế tường chắn?

4 Trình bày ngắn gọn về cách tính toán theo cường độ các bộ phận của tường chắn bê tông cốt thép không sườn?

5 Làm lại bài tập thiết kế ở phần ví dụ, theo hướng giảm bề rộng bản móng và bố trí thêm chốt chống trượt.