Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc

-1- LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian học tập với giúp đỡ vô quý báu, tận tâm thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, bạn bè đồng nghiệp với nỗ lực cố gắng học tập, tìm tịi, nghiên cứu, tích lũy kinh nghiệm thực tế thân, tơi hồn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy thời hạn với đề tài: “Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc” Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi sở 2, Phòng Đào tạo Đại học Sau đại học, khoa Cơng trình thầy tham gia giảng dạy thầy cô môn Sức bền- Kết cấu thời gian qua tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học luận văn Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lý Trường Thành trực tiếp hướng dẫn, bảo giúp tận tình, cung cấp thông tin khoa học quý báu cho suốt trình thực luận văn Do hạn chế thời gian, kiến thức lý luận chưa sâu, kinh nghiệm thực tế cịn nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp bảo tận tình thầy giáo bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -2- CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN CAM KẾT Tôi : Nguyễn Thanh Phong Học viên lớp : K18C – CS2 Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc” cơng trình nghiên cứu thân Các thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ… lấy từ nguồn khác trích dẫn nguồn đầy đủ theo quy định Nếu có sai trái tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm theo quy định nhà trường Tp HCM, tháng năm 2012 Tác giả luận văn NGUYỄN THANH PHONG Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -3- MỤC LỤC MỞ ĐẦU .8 1.Tính cấp thiết Đề tài: 2.Mục đích Đề tài: 4.Kết dự kiến đạt được: CHƯƠNG I .10 KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊTƠNG 10 1.1.Tình hình xây dựng đập bêtông giới việt nam 10 1.1.1 Tình hình xây dựng đập Bêtơng Thế giới 10 1.1.2 Tình hình xây dựng đập VIỆT NAM 12 1.2 Móng cọc…………………………………………………………………… 15 1.3 Cấu tạo cọc 17 1.3.1 Cọc gỗ 17 1.3.2 Cọc bê tông cốt thép 18 1.3.3 Cọc thép 19 1.3.4.Cọc khoan nhồi 21 1.3.5.Cọc ba rét (Barrettes) 23 CHƯƠNG II 25 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐẬP VÀ CỌC HIỆN NAY 25 2.1.Giới thiệu quy phạm tính toán đập cọc 25 2.1.1.Quy phạm tính tốn đập 25 2.3 Sức chịu tải giới hạn cọc theo điều kiện đất 27 2.4 Độ bền vật liệu làm cọc 31 2.4.1.Sức Chịu tải cọc bê tơng cốt thép tiết diện đặc, hình vng, chịu nén 31 Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -4- 2.4.2 Sức chịu tải cọc ống bê tông cốt thép, chịu nén 32 2.4.3 Xác định sức chịu tải cọc nhồi chịu nén 33 2.5 Sức chịu tải cọc đơn, theo đất 33 2.6.Sức chịu tải tiêu chuẩn cọc chống .34 2.7 Sức chịu tải chống nhổ cọc đóng 35 2.8 Sức chịu tải cọc nhồi chịu nén tâm 36 2.9 Sức chịu tải cọc nhồi chịu tải trọng nhổ .41 2.10 Tính tốn cọc chịu tác dụng đồng thời lực thẳng đứng, lực ngang momen 42 2.11 Tính tốn ổn định xung quanh cọc .46 2.12 Tính tốn lún cho nhóm cọc 49 2.12.1.Nguyên tắc chung 49 2.12.2 Tính tốn độ lún cho nhóm cọc 49 2.12.3 Kiểm tra độ lún chênh lệch móng 52 2.12.4 Một số cách xác định kích thước móng khối quy ước 52 2.13 Tính tốn độ lún cho móng băng cọc 54 2.14 Tính tốn độ lún cho móng bè cọc 56 2.15 Kết luận 57 CHƯƠNG 58 PHÂN TÍCH TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU H ẠN .58 3.1 Phân tích kết cấu Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 58 3.1.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn 58 3.1.2 Trình tự giải tốn phương pháp PTHH 58 3.1.3 Các quan hệ phần tử 60 Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -5- 3.2 Phân tích tính tốn đồng thời đập cọc .65 3.3 Mơ hình tính tốn .66 3.4 Kết luận .66 CHƯƠNG 68 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐẬP TRÊN NỀN CỌC 68 4.1 Giới thiệu phần mềm sử dụng luận văn .68 4.1.1 Xuất xứ phần mềm 68 4.1.2 Công phần mềm SAP 2000 68 4.1.3 Giao diện phần mềm 70 4.2 Giới thiệu chung thơng số tính tốn cơng trình 72 4.2.1 Tần suất thiết kế 72 4.2.2 Phân tích chọn phương án giải pháp kết cấu móng cho đập tràn 73 4.2.3 Quy mô xây dựng, thông số kỹ thuật kết cấu cơng trình tràn xả lũ theo phương lựa chọn (phương án 2) 74 4.2.4 Địa chất tuyến tràn 76 4.2.5 Các thông số trường hợp tính tốn- ứng dụng phần mềm sap 2000 80 4.2.5 Các trường hợp tính tốn 81 4.3 Mơ hình tốn kết tính tốn ứng suất, biến dạng cho đập 82 4.3.1 Mơ hình tính tốn 82 4.3.2 Kết tính tốn ứng suất – biến dạng cho cơng trình 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .104 TÀI LIỆU THAM KHẢO .105 THỐNG KÊ CÁC HÌNH Hình 1.1 Đập vịm Oymapinar (Thổ Nhĩ Kỳ) 11 Hình 1.2 Đập Grand Coulee (Mỹ) 12 Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -6- Hình 1.3 Đập Định Bình (Bình Định) 13 Hình 1.4 Đập Tân Giang (Ninh Thuận) 15 Hình 1.5 .17 Hình 1.6 Đoạn cọc đầu bêtông cốt thép 18 Hình 1.7 Đoạn cọc nối bêtơng cốt thép 19 Hình 1.8 Cọc thép 19 Hình 1.9 Cấu tạo thép cọc bêtông cốt thép 20 Hình 1.10 Thép cọc khoan nhồi 21 Hình 1.11 Cấu tạo cọc khoan nhồi 22 Hình 1.12: lồng cốt thép 24 Hình 1.13: lồng cốt thép 24 Hình 2.1 Sức chịu tải nén cọc 27 Hình 2.2 Quan hệ α - c u 30 Hình 2.3 : Quan hệ K s tanφ a φ .30 Hình 2.4: hệ số N q 31 Hình 2.5: quan hệ z c /D φ 31 Hình 2.6: Chuyển vi cọc chiu tác dụng đồng thời lực đứng, lực ngang mô men 44 Hình 2.7: Sơ đồ tính lún móng cọc .50 Hình 2.8: Xác định kích thước mống khối quy ước với đồng 53 Hình 2.9: Xác định kích thước mống khối quy ước có tầng đất yếu 53 Hình 2.11: Sơ đồ tính lún cho móng băng cọc 55 Hình 2.12 : Biểu đồ xác định δ .56 Hình 3.1 Các phần tử phương pháp PTHH 59 Hình 3.2 Vật thể đàn hồi 61 Hình 3.3: Mơ hình tính tốn tải trọng tác dụng lên cọc 66 Hình 4.1: Giao diện khởi động chương trình .70 Hình 4.2 Giao diện khai báo vật liệu 70 Hình 4.3 Giao diện khai báo đặc rưng hình học 71 Hình 4.4 Giao diện khai báo tải trọng 71 Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -7- Hình 4.5 Giao diện khai báo thuộc tính liên kết 72 Hình 4.6 Giao diện giải toán .72 Hình 4.7 Mặt cắt dọc mặt tràn 76 Hình 4.8 Mơ hình tính tốn tràng 82 Hình 4.9-4.19: Phổ ứng suất trường hợpMNDBT (TH1)khi khơng có cọc gia cố Hình 4.20-4.28: Phổ ứng suất trường hợpMNLKT (TH2) khơng có cọc gia cố Hình 4.29-4.39: Phổ ứng suất trường hợpMNDBT (TH1) có cọc gia cố Hình 4.40-4.50: Phổ ứng suất trường hợpMNLKT (TH2) có cọc gia cố Hình 4.51-4.56: Biểu đồ bội lực cọc đập làm việc MNDBT(TH1) Hình 4.57-4.62: Biểu đồ bội lực cọc đập làm việc MNLKT(TH2) THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Bảng thống kê số lượng đập châu lục 10 Bảng 1-2 Một số đập bê tông lớn xây dựng Việt Nam 12 (Giai đoạn trước năm 1945) .12 Bảng 1-3 Danh sách đập Bêtông trọng lực Việt Nam 14 đến năm 2013 14 Bảng - : Hệ số uốn dọc ϕ 32 Bảng 2.2 Các hệ số m R m f 37 Bảng 2.5 Cường độ chịu tải mũi cọc q p 40 Bảng 2.6: Trị số q p 41 Bảng 2.7 hệ số tỷ lệ K .43 Bảng 2.8 Giá trị hệ số A , B , C 46 Bảng 2-9: Hệ số tỷ lệ K .48 Bảng 2-10: Giá trị hệ số A ,B ,C l ,D ,A ,B ,C ,D ,A ,B ,C ,D 49 Bảng 2.11: Giá trị hệ số K để xác định trực tiếp ứng suất lớn tâm diện tích chịu tải…………………………………………………………………… .……51 Bảng 2.12: Trị số K 57 Bảng 4.1: Chỉ tiêu lý đất đá tuyến tràn 78 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật chủ yếu cơng trình đầu mối 80 Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -8- MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết Đề tài: Trong trình phát triển kinh tế cơng trình xây dựng thủy lợi phát triển nhiều đặc biệt cơng trình hồ chứa để điều tiết nước phục vụ nông nghiệp, phát điện dân sinh Để xây dựng hồ chứa người ta phải xây dựng cơng trình đầu mối Trong cơng trình đầu mối đập bê tơng phận Loại đập sử dụng rộng rãi tính an tồn cao, thích ứng với nhiều loại địa hình có địa chất phức tạp Hiện số cơng trình hồ chứa như: Dak-Glun, Tả Trạch, Ngàn Trươi, Đá Hàn vv… đập tràn đập BTTL xây dựng tầng đất yếu, vùng địa chất có cấu tạo phức tạp đặc biệt vùng đất đá có xen kẹp lớp đất yếu đứt gãy sinh Giải pháp xử lý dùng cọc đóng xuyên qua tầng đất yếu đến tầng đá tốt để ổn định cơng trình bên Mặc dù xây dựng tương đối nhiều quy phạm tính tốn cho loại kết cấu chưa hồn thiện cách tính tốn cịn thiên an tồn theo cách giải tốn phẳng cịn nhiều lãng phí Hiện với phát triển mạnh mẽ máy tính với phần mềm thương mại cho phép người thiết kế tính tốn tiếp cận tốt với ứng xử kết cấu làm việc kết cấu xử lý cọc Vì đề tài: “Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc” đề tài có tính cấp thiết, góp phần nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật việc tính tốn kết cấu đập bê tông làm việc cọc 2.Mục đích Đề tài: Mục tiêu đề tài phân tích ứng suất kết cấu đập cọc làm việc đồng thời sở sử dụng phần mềm phân tích ứng suất 3.Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -9- *Cách tiếp cận - Tổng hợp kết nghiên cứu từ trước đến lĩnh vực cọc làm việc đồng thời -Tổng hợp mơ hình hóa làm việc đồng thời móng cơng trình * Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp mơ hình - Phương pháp ứng dụng phần mềm - Phương pháp so sánh 4.Kết dự kiến đạt được: Đưa mơ hình mơ hợp lý, sử dụng phần mềm để phân tích ứng suất kết cấu cọc làm việc đồng thời Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -10- CHƯƠNG I KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊTƠNG 1.1.Tình hình xây dựng đập bêtơng giới việt nam 1.1.1 Tình hình xây dựng đập Bêtông Thế giới [1] Cách 4000 năm Ở Trung Quốc, Ai Cập bắt đầu xuất cơng trình Thuỷ lợi Đập xây dựng đập xây sơng Nile cao15m, dài 450m có cốt đá đổ đất sét Theo số thống kê Hội đập cao giới (ICOLD) tính đến năm 2000 giới có khoảng 45.000 đập lớn Theo cách phân loại ICOLD đập có chiều cao H = 10 ÷ 15 m có điều kiện: chiều dài L ≥ 500 m,Q x ≥ 2.000 m3/s, hồ có dung tích W ≥ 1.000.000 m3 nước xếp loại đập cao Số lượng 45.000 đập phân bố không châu lục Bảng 1-1: Bảng thống kê số lượng đập châu lục Stt Khu vực Số đập Chiếm tỷ lệ (%) Châu Á 31.340 69.6 Bắc + Trung Mỹ 8.010 17.8 Tây Âu 4.227 9.4 Đông Âu 1.203 2.7 Châu Phi 1.200 2.6 Châu Đại Dương 577 1.2 Nước có nhiều đập giới Trung Quốc với 22.000 đập, chiếm 48% số đập giới Đứng thứ hai Mỹ có 6.575 đập Đứng hàng thứ ba ấn Độ có 4.291 đập, sau Nhật Bản với 2.675 đập, tiếp đến Tây Ban Nha có 1.196 đập Việt Nam có gần 500 đập đứng thứ 16 số nước có nhiều đập Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -91- Hình 4.32 Phổ ứng suất S Hình 4.33 Phổ ứng suất đáy tràn S Hình 4.34 Phổ ứng suất S11 Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -92- Hình 4.35 Phổ ứng suất đáy tràn S11 Hình 4.36 Phổ ứng suất S22 Hình 4.37Phổ ứng suất đáy tràn S22 Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -93- Hình 4.38 Phổ ứng suất S33 Hình 4.39 Phổ ứng suất đáy tràn S33 b Trường hợp MNLKT: TH2 Hình 4.40 Chuyển vị mơ hình Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -94- Hình 4.41Phổ ứng suất S max Hình 4.42 Phổ ứng suất đáy tràn S max Hình 4.43 Phổ ứng suất S Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -95- Hình 4.44Phổ ứng suất đáy tràn S Hình 4.45 Phổ ứng suất S11 Hình 4.46 Phổ ứng suất đáy tràn S11 Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -96- Hình 4.47 Phổ ứng suất S22 Hình 4.48 Phổ ứng suất đáy tràn S22 Hình 4.49 Phổ ứng suất S33 Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -97- Hình 4.50 Phổ ứng suất đáy tràn S33 c Biểu đồ nội lực (mô men uốn, lực cắt, lực dọc theo trục tọa độ) cọc đập làm việc MNBT: TH1 Hình 4.51 Chuyển vị cọc Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -98- Hình 4.52 Biểu đồ lực dọc hệ cọc Hình 4.53.Biểu đồ lực cắt theo phương 2-2 Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -99- Hình 4.54 Biểu đồ lực cắt theo phương 3-3 Hình 4.55.Biểu đồ mơ men uốn quanh trục Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -100- Hình 4.56.Biểu đồ mơ men uốn quanh trục d Biểu đồ nội lực (mô men uốn, lực cắt, lực dọc theo trục tọa độ) cọc đập làm việc MNLKT: TH2 Hình 4.57.Chuyển vị cọc Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -101- Hình 4.58 Biểu đồ lực dọc hệ cọc Hình 4.59 Biểu đồ lực cắt theo phương 2-2 Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -102- Hình 4.60 Biểu đồ lực cắt theo phương 3-3 Hình 4.61 Biểu đồ mơ men uốn quanh trục Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -103- Hình 4.62 Biểu đồ mơ men uốn quanh trục Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -104- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn đáp ứng mục tiêu đề đề cương Bài tốn tính đập phân bố ứng suất tồn đập tốn đập làm việc đồng thời với cọc phân bố ứng suất đập, nội lực khơng gian cọc từ có giải pháp thiết kế cọc Có thể điều chỉnh nội lực đáy thông qua việc thiết kế lưới cọc phù hợp với tính chất với hai tốn ứng dụng tốt vào loại nhiều lớp lớp có độ dầy khác đặc biệt cơng trình xây dựng đất có đứt gẫy Cho phép thiết kế đập suốt chiều dài tuyến ( có đoạn sử dụng tự nhiên đoạn phải xử lý cọc ) Ý nghĩa khoa học luận văn: Tác giả ứng dụng kiến thức học kết hợp với việc sử dụng công nghệ đại tính tốn kết cấu đập, cọc Giúp người thiết kế tính tốn lưới cọc áp dụng vào loại cơng trình cụ thể, phản ảnh xác ứng xử thực cơng trình Ý nghĩa thực tiển luận văn đưa cách tính toán kết cấu đập cọc, để thiết kế cơng trình an tồn kinh tế Việc ứng dụng cơng nghệ khoa học đại vào tính toán cho phép người thiết kế tiết kiệm thời gian cơng sức góp phần giảm nhẹ cơng tác tính tốn đưa lại hiệu kinh tế kỹ thuật tính tốn thiết kế cơng trình Các tồn luận văn: Chưa xét tính cố kết đất chưa đưa sơ đồ lưới cọc hợp lý, chưa tính ảnh hưởng hàm lượng cốt thép tới nội lực cọc đập v.v… Tác giả coi tồn phát triển tiếp tương lai Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -105- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Mạo (2010), giảng cao học “Đập bê tông bê tơng cốt thép” Lê Anh Hồng (2004) “Nền Móng”, NXB Xây dựng, Hà Nội GS.TS Vũ Cơng Ngữ, Ths Nguyễn Thái (2006)“Móng cọc phân tích thiết kế”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 4.TCXD 205-1998: “Móng cọc-Tiêu chuẩn thiết kế” GS.TSKH Nguyễn văn Quảng (2007) “Nền móng nhà cao tầng”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phạm Ngọc Khánh, Nguyễn Công Thắng (2007), “ Phương pháp số”, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Lý Trường Thành (2010), “Phân tích ứng suất”, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Thành Trung (2010) “SAP 2000 V11.04 –Tính tốn cơng trình cảng cơng trình bờ biển”, NXB Xây Dựng, Hà Nội TCVN 226:1999, “Đất xây dựng, phương pháp thí nghiệm trường, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn” 10 Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 56-88, “Thiết kế đập bê tông bê tông cốt thépTiêu chuẩn thiết kế”” 11 TCXDVN 356-2005, “Kết cấu bê tông bê tông cốt thép, tiêu chuẩn thiết kế” 12 Đặng Tỉnh (2008), “Kết nối SAP2000 với Excel tính tốn khung móng làm việc đồng thời với nền”, NXB Xây Dựng Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc ... cơng, với búa loại rung hay ép Hình 1.8 Cọc thép Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -20- Hình 1.9 Cấu tạo thép cọc bêtơng cốt thép Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng. .. cứu: Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với cọc -9- *Cách tiếp cận - Tổng hợp kết nghiên cứu từ trước đến lĩnh vực cọc làm việc đồng thời -Tổng hợp mơ hình hóa làm việc đồng thời. .. pháp so sánh 4 .Kết dự kiến đạt được: Đưa mơ hình mơ hợp lý, sử dụng phần mềm để phân tích ứng suất kết cấu cọc làm việc đồng thời Phân tích kết cấu đập bê tơng làm việc đồng thời với cọc -10- CHƯƠNG