Nghiên cứu tính toán cọc đơn xét đến yếu tố phi tuyến vật liệu và đất nền tp hồ chí minh đhqg tp hồ chí minh đại học bách khoa, 2005 b

1 Chương : Phần Mở Đầu 1.1 Móng cọc thực tế xây dựng xu hướng phát triển : Giải móng cho công trình vấn đề phức tạp tốn Trong công phát triển kinh tế – xây dựng Chủ Nghóa Xã Hội nước ta nay, khối lượng xây dựng phát triển lớn : phải xây dựng hệ thống giao thông, công trình thủy lợi, bến cảng, công trình thềm lục địa, nhà cao tầng, nhà máy… Đặc điểm công trình có tải trọng lớn, tình hình địa chất nước ta, móng cọc giải pháp phổ biến hợp lý đáp ứng yêu cầu kinh tế – kỹ thuật, đặc biệt cọc đóng, cọc ép bêtông cốt thép, cọc khoan nhồi cọc barrette Những loại móng cọc có nhiều ưu điểm bật so với nhiều phương án móng khác : Khả chịu lực lớn chống lại tải trọng tác dụng kết cấu bên (tải trọng đứng, tải trọng ngang moment uốn); chịu biến dạng lớn đất xung quanh: trương nở, co ngót, dịch chuyển đất mái dốc; giảm độ lún lún lệch; chiều sâu hạ cọc lớn có khả xuyên qua nhiều lớp địa tầng khác ngàm cứng vào lớp đất đá rắn chắc; đa dạng phương án thi công lựa chọn loại cọc phù hợp với tải trọng công trình; khả giới hóa cao; ảnh hưởng công trình lân cận; độ an toàn cao; giá thành hạ… Với ưu điểm trên, móng cọc sử dụng rộng rãi giới nước ta, việc nghiên cứu lý thuyết tính toán phát triển nhanh nhiều vấn đề phức tạp đặt nhằm hoàn thiện vấn đề thiết thực nâng cao trình độ thiết kế xây dựng 1.2 Phân loại cọc công trình tiêu biểu có tải trọng đứng ngang tác dụng lên cọc : 1.2.1 Phân loại cọc : Dựa vào đặc điểm cấu tạo làm việc, phân loại cọc móng cọc sau : • Theo hình thức kết cấu : cọc đơn nhóm cọc • Xét đến chịu lực lớp đất đài cọc đất xung quanh cọc : móng đài cao móng đài thấp • So sánh độ cứng đài cọc cọc : đài mềm hay đài cứng • Theo đặc điểm làm việc kết cấu : tính toán móng cọc theo toán phẳng hay không gian Từ sơ đồ phân loại, sơ đồ tính toán móng cọc, nêu số nhận định sau : • Dù hình thức cấu tạo khác móng cọc hệ bao gồm kết cấu đất nền, việc tính toán phải xét cách đầy đủ, xác phản ánh vai trò kết cấu vai trò đất Cọc đơn Đài thấp Đài mềm Bài toán phẳng Đài cao Đài cứng Bài toán K.gian Móng cọc Hệ cọc Vai trò đất Sự tương tác Vai trò kết cấu • Trong mô hình tính toán học, đặc trưng vật liệu đặc trưng hình học cọc đặc tính lý học đất có ảnh hưởng định đến trạng thái nội lực – chuyển vị móng cọc Cho nên việc xem xét tham gia làm việc đất nền, đặc trưng vật liệu - đặc trưng hình học cọc cần làm rõ điều kiện làm việc khác hệ • Sự tương tác kết cấu đất thực chất làm việc cọc đơn môi trøng đất xung quanh Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng đất cọc đơn toán phục vụ cho việc tính toán móng cọc 1.2.2.Các công trình tiêu biểu có tải trọng thẳng đứng ngang tác dụng lên cọc: • Móng cọc sử dụng cho kết cấu mố trụ cầu chịu tải trọng thẳng đứng trọng lượng thân, hoạt tải xe, người tải trọng ngang hoạt tải xe, gió, áp lực đất tác dụng lên mố cầu (hình 1.1) Hình 1.1–Trụ cầu sử dụng móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng ngang • Móng cọc sử dụng cho kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng thẳng đứng trọng lượng thân, hoạt tải gây tải trọng ngang gió, động đất gây (hình 1.2) Hình 1.2– Nhà cao tầng sử dụng móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng ngang • Móng cọc sử dụng cho kết cấu công trình bến cảng chịu tải trọng ngang hoạt tải va đập tàu bè, tải trọng hàng hoá, xe cộ; tải trọng thẳng đứng trọng lượng thân, hàng hoá xe cộ (hình 1.3) Hình 1.3 - Bến cảng, đê chắn sóng sử dụng móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng ngang • Móng cọc sử dụng cho kết cấu tháp cao, trụ điện lớn chịu tải trọng ngang gió, tải trọng thẳng đứng trọng lượng thân (hình 1.4) • Móng cọc sử dụng cho kết cấu giàn khoan chịu tải trọng ngang gió, sóng nước, tàu tải trọng thẳng đứng trọng lượng thân, sàn công tác, máy móc … (hình 1.5) Hình 1.4–Trụ tháp, cột điện lớn sử dụng móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng ngang • Móng cọc sử dụng cho hố móng sâu, tường chắn đất chịu áp lực ngang đất tải trọng thẳng đứng bên (hình 1.6) Hình 1.5–Giàn khoan sử dụng móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng ngang Hình 1.6–Hố móng sâu, tường chắn đất sử dụng móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng ngang 1.3 Cơ sở nguyên nhân nghiên cứu đề tài : 1.3.1 Sơ lược phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang : Hiện giới, đặc biệt nước phát triển, tác giả nghiên cứu làm việc cọc chịu tải trọng ngang dựa phương phápsau: Phương pháp dựa vào lý thuyết cân giới hạn môi trường rời : Phương pháp dựa vào lý thuyết áp lực đất lên vật chắn, xem cọc làm việc toán phẳng, giả thiết tâm quay cọc chịu tải trọng ngang từ xác định phản lực đất xung quanh cọc theo lý thuyết áp lực đất (sự làm việc đất đạt đến giá trị cực hạn) từ xác định sức kháng bên cực hạn cọc Phương pháp xác định sức kháng bên cực hạn cọc mà không cho giá trị chuyển vị cọc Phương pháp dựa vào lý thuyết biến dạng tổng quát (Mô hình bán không gian đàn hồi) : Nền đất xem bán không gian đàn hồi xem đất môi trường biến dạng tuyến tính với hai thông số : Môđun biến dạng E hệ số nở hông µ Phương pháp xem xét tương tác đầt tải trọng: biến dạng đất không xảy vị trí đặt tải trọng mà xảy nơi đặt xa tải trọng Do tính chất phức tạp lời giải toán mô hình (lời giải R.Mindlin ) thay đổi thông số môđun biến dạng E theo chiều sâu cấp tải trọng mà toán phức tạp hơn, việc tính toán móng cọc theo mô hình hạn chế phát triển Phương pháp dựa vào lý thuyết biến dạng cục (Mô hình Winkler) : Phương pháp xem quan hệ phản lực đất xung quanh cọc chuyển vị ngang cọc quan hệ tuyến tính : (1.1) p(z) = B x Czy x y(z) Kết hợp với phương trình vi phân trục võng cọc chịu uốn : d y( z ) + p( z ) = dz d y( z) ⇒ EI + B × C zy × y ( z ) = dz EI (1.2) EI : độ cứng chống uốn cọc Czy : hệ số nền (KN/m3) y(z) : chuyển vị ngang móng B : bề rộng cọc Giải (1.2) xác định chuyển vị cọc từ xác định phản lực xung quanh cọc sức chịu tải ngang cọc Phương pháp dựa vào lý thuyết biến dạng cục bộ, phổ biến dùng giả thiết Winkler đặc trưng hệ số Czy, với mô hình biến dạng đất xảy nơi đặt tải trọng tỉ lệ bậc với tải trọng Tuy số nhược điểm : không phản ánh tính liên tục đất nền, giá trị ứng suất – biến dạng vị trí không gây ảnh hưởng đến vị trí khác đất Tuy nhiên sử dụng rộng rải tính đơn giản phương trình vi phân độ võng cọc, toán dễ dàng thực phương pháp giải tích hay chương trình tính toán kết cấu đơn giản cách đưa vào thông số hệ số 1.3.2 Sơ lược phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng thẳng đứng : Sức chịu tải cọc chịu tải trọng thẳng đứng bao gồm sức chịu tải theo vật liệu sức chịu tải theo đất nền, giá trị nhỏ sử dụng để thiết kế Sức chịu tải theo vật liệu : Cọc làm việc chịu nén tâm, lệch tâm chịu kéo sức chịu tải theo vật liệu tính toán thông qua đặc trưng vật liệu kích thước hình học cọc Sức chịu tải cực hạn dọc trục theo đất Qu bao gồm sức chịu tải cực hạn ma sát cọc đất Qs khả gánh chịu cực hạn đất mũi cọc Qp : Qu = Qsu + Qpu = As fs + Ap qp (1.3) Sức chịu tải cho phép cọc theo đất : Qa = Qs u FS s + Q pu FS p hoaëc Qa = Qu FS (1.4) Với : FS, FSp, FSs hệ số an toàn chung, an toàn cho mũi thân cọc, thường chọn từ đến tùy theo loại tổ hợp tải trọng Thông thường sức chịu tải dọc trục theo đất cho giá trị định phụ thuộc vào đặc trưng lý đất mà chưa diễn tả chế làm việc cọc đất Sự hình thành phát triển sức chịu tải ma sát mũi cọc phụ thuộc vào dịch chuyển tương đối cọc đất có khuynh hướng phát triển khác Do đó, việc tính sức chịu tải dọc trục cọc diễn tả theo trình dịch chuyển đạt đến giá trị chuyển vị cho phép (tùy theo đặc trưng công trình) cần nghiên cứu Trên sở đó, đề nghị sử dụng hệ số an toàn FS, FSp, FSs hợp lý 1.4.Tính cấp thiết đề tài : Đối với cọc chịu tải trọng thẳng đứng ngang, khả chịu tải cọc phụ thuộc vào nhiều thông số : • Sức kháng cực hạn đất thông qua đặc trưng lý đất • Các đặc trưng vật liệu E đặc trưng hình học I, A cọc • Loại tải trọng tác dụng • Chiều sâu cọc ngàm đất … Một số thông số xác định xác sử dụng thực tế, bên cạnh số thông số khác mô tả định tính, dẫn đến thiếu sót tính toán làm việc cọc chịu tải Do tính chất phức tạp toán, nhiều tác giả tiến hành thí nghiệm cọc trường để cố gắng đánh giá xác thông số đầu vào phục vụ cho việc tính toán xác thực Trước đây, làm việc móng sâu chủ yếu đánh giá thông qua khả chịu lực đầy đủ hệ số an toàn chấp nhận chống lại tác dụng bất lợi tải trọng Đặc biệt, chuyển vị tác dụng tải trọng xem bỏ qua tương tác cọc đất Tuy nhiên, xu hướng thiết kế đại thiên lý thuyết thiết kế theo trạng thái giới hạn : cường độ, chuyển vị Việc thiết kế hợp lý làm việc cọc trạng thái giới hạn khác đặt : tải trọng cho phép chấp nhận cách chia tải trọng cực hạn (tải trọng phá hoại) cho hệ số an toàn thích hợp hay tải trọng cho phép tải trọng ứng với trường hợp chuyển vị cọc có giá trị chấp nhận Giá trị nhỏ hai giá trị chấp nhận làm tải trọng thiết kế Trong mô hình tính toán, đặc trưng vật liệu hình học cọc đặc tính lý học đất có ảnh hưởng định đến trạng thái nội lực – chuyển vị cọc Trong đó, tương tác có hiệu kết hợp chặt chẽ đất cọc quan trọng thiết kế cọc Các nghiên cứu thực nghiệm bàn nén cọc chịu tải trọng trường kết luận : Quan hệ ứng suất biến dạng đất phi tuyến Vì vậy, toán cọc chịu tải trọng thẳng đứng tải trọng ngang cần phải xét rõ ràng yếu tố phi tuyến Bên cạnh đó, Bêtông vật liệu đàn hồi dẻo – Bêtông làm việc phi tuyến mức ứng suất kéo thấp hình thành vết nứt thể quy phạm thiết kế đại, tính toán theo trạng thái giới hạn Khi ứng suất kéo lớn xuất Bêtông cọc chịu uốn (cọc chịu tải trọng ngang), khe nứt hình thành dẫn đến giảm độ cứng cọc Vì vậy, độ cứng cọc thay đổi theo chiều dài cọc phụ thuộc vào phân phối moment thông số mặt cắt cọc Mức độ phi tuyến tiết diện cọc phụ thuộc vào cấp tải trọng việc việc sử dụng tuý giá trị số để kể đến giảm độ cứng không xác giá trị số trường hợp Qua vấn đề nêu trên, việc tính toán sức chịu tải cọc có xét đến tính phi tuyến đất nền, tính phi tuyến vật liệu cọc, cần thiết Thực điều đó, toán có tính tổng quát, trọn vẹn phản ánh đúng, xác làm việc thực cọc – đất thông qua giai đọan làm việc thực tế Phân tích vấn đề, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM ), sai phân hữu hạn (FDM) - nhằm khẳng định phương pháp tính toán đắn xác, nhanh chóng tiện lợi cho trình tự động hóa tính toán phù hợp với phát triển công nghệ tin học chương trình tính toán ứng dụng ngày Đó nội dung giải luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG VÀ TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG 2.1.Một số phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang : Khi xét làm việc cọc đơn chịu tải trọng ngang người ta thường xác định hai yếu tố sau : • Sức kháng bên cực hạn cọc Qu : giá trị lực ngang giới hạn cho phép tác dụng lên cọc • Sự phân bố phản lực đất xung quanh cọc nội lực phát sinh cọc để từ xác định lượng cốt thép bố trí cọc Để xác định sức kháng bên cực hạn Qu cọc chịu tải trọng ngang người ta thường dựa vào hai giá trị sau : • Giá trị ứng với áp lực đất xung quanh cọc đạt đến giá trị cực hạn • Giá trị ứng với chuyển vị ngang cho phép cọc 2.1.1 Xác định sức kháng bên cực hạn cọc Qu chịu tải trọng ngang theo áp lực đất cực hạn : Hình 2.1 : Sơ đồ tính sức kháng bên cực hạn cọc cứng có đầu tự chịu tải trọng ngang Lực kháng bên cực hạn chế huy động lực kháng cực hạn đất để chống lại tổ hợp lực ngang Q môment M đặt đầu cọc Lực kháng bên cực hạn Qu tương ứng moment Mu có quan hệ với sức kháng cực hạn đất pzu theo điều kiện cân sau [5][12] : Tổng lực theo phương ngang : z=x Qu − ∫ z=L p zu Bdz + z =0 Tổng moment : Qu × e + ∫p zu Bdz = (2.1) z= x z=x ∫ z=L p zu Bzdz + z =0 Trong : B : bề rộng (đường kính) cọc ∫p z=x zu Bzdz = (2.2) x : độ sâu điểm uốn so với mặt đất e : khoảng cách từ tải trọng ngang đền mặt đất L : chiều dài đoạn cọc chôn đất pzu : phản lực đất xung quanh cọc theo chiều sâu cọc Như vậy, biết phân bố sức kháng bên cực hạn pzu dọc theo chiều sâu cọc xác định giá trị x Qu từ (2.1) (2.2) Brich Hansen (1961) Brom (1964) [5][12]đã sử dụng quan điểm để xác định sức kháng bên cực hạn cọc chịu tải trọng ngang, xét riêng cho loại cọc : • Cọc ngắn cứng : • Cọc dài mềm : L L ≤ hoaëc ≤ T R (2.3) L L ≥ hoaëc ≥ 3.5 T R (2.4) Trong : T, R : hệ số độ cứng cọc, xác định sau : T =( EI ) nh R =( EI ) kh (2.5) (2.6) EI : độ cứng kháng uốn cọc nh : số môđun phản lực theo phương ngang(KN/m3) kh = nh × z : mô đun phản lực tăng tuyến tính theo chiều sâu (KN/m2) 2.1.1.1 Phương pháp Brich Hansen (1961) : Phương pháp xác định sức kháng bên cực hạn cọc ngắn cứng đầu cọc tự đồng nhiều lớp Chia cọc thành n phần tử có độ dài L , phản lực phần tử theo chiều sâu cọc xác định theo công n thức [5][12] : p zu = σ vz' × K qz + c × K cz Trong : (2.7) σ′vz : áp lực hiệu thẳng đứng c : lực dính đất Kqz , Kcz hệ số phụ thuộc vào φ z/B xác định theo biểu đồ hình vẽ 2.3 [5] Tổng moment điểm có độ sâu z = x : z=x ∑ M = ∑ p zu z =0 z=L L L (e + z ) B − ∑ p zu (e + z ) B n n z=x Xaùc định độ sâu điểm uốn x từ điều kiện ΣM = (2.8) 10 Qu Q Đầu cọc ngàm Độ cao đặt lực đầu tư Mômen Điểm ngàm ảo Lực cắt Hình 2.2 : Phương pháp Brich Hansen tính toán sức kháng bên cực hạn cọc ngắn Trong trường hợp đầu cọc có M tác động thay lực ngang Q đặt đầu cọc cách mặt đất đoạn e thoả mãn : M = Qx e Hình 2.3 – Biểu đồ xác định hệ số Kqz Kcz Khi đầu cọc ngàm cố định, tính toán trường hợp đấu cọc tự với lực ngang Q đặt vị trí e1 (hình vẽ) xác định sau : e1 = (e + z f ) (2.9) e : chiều cao từ mặt đất đến điểm đặt lực ngang Q đầu cọc tự zf : độ sâu từ mặt đất đến điểm ngàm ngàm ảo, xác định sau : zf = 1,8T hoaëc zf = 1,4R (2.10) Sau xác định độ sâu điểm uốn x, xác định sức kháng bên cực hạn cọc sau : 132 Hình 5.18 - Biểu đồ ứng suất, ma sát hông lực theo chiều sâu cọc 133 Hình 5.19 -Biểu đồ quan hệ f-w theo dịch chuyển cọc 134 Hình 5.20-Biểu đồ quan hệ phản lực chuyển vị mũi cọc (quan hệ q-w) 135 Hình 5.21 -Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị cọc (quan hệ P- S) 136 Hình 5.22 - Biểu đo àquan hệ khả chịu tải cực hạn theo chiều dài cọc 146 Hình 5.27 - Biểu đồ ứng suất, ma sát hông lực theo chiều sâu cọc 147 Hình 5.28 -Biểu đồ quan hệ f-w theo dịch chuyển cọc 148 Hình 5.29 - Biểu đồ quan hệ phản lực chuyển vị mũi cọc (quan hệ q-w) 149 Hình 5.30 -Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị cọc (quan hệ P- S) 150 Hình 5.31 - Biểu đo àquan hệ khả chịu tải cực hạn theo chiều dài cọc 151 Chương NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu tính toán toán cọc đơn chịu tải trọng ngang tải trọng thẳng đứng, bao gồm nội dung sau : 6.1.Nghiên cứu sỡ khoa học phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang xét đến yếu tố phi tuyến vật liệu đất : Nghiên cứu sỡ lý thuyết tính toán cọc đơn theo toán phẳng toán bản, làm sỡ cho việc hoàn thiện phát triển phương pháp tính toán Luận văn nghiên cứu mô hình làm việc cọc chịu tải trọng ngang sau : Mô hình phi tuyến đất thể ba phương diện : • Quan hệ phản lực chuyển vị cọc xét đến đất bị chảy dẻo quan hệ phi tuyến p-y theo Reese & Matlock cộng • Sự thay đổi hệ số phản lực theo chiều sâu • Xác định ranh giới vùng dẻo vùng đàn hồi đất Mô hình phi tuyến cọc Bêtông : nghiên cứu hiệu tăng cường ứng suất kéo giai đoạn hình thành khe nứt Luận văn khảo sát thay đổi độ cứng cọc theo tải trọng tác dụng theo hình dạng tiết diện cọc thông qua độ cứng hiệu EIe độ cứng phi tuyến gia tăng EIt Phương pháp tính toán : Luận văn trình bày phương pháp sau : • Phương pháp sai phân hữu hạn để giải toán cọc chịu tải trọng ngang xét đến yếu tố phi tuyến vật liệu đất thông qua việc giải phương trình vi phân cọc chịu chịu uốn • Phương pháp phần tử hữu hạn : Với mô hình tương thích, tác giả sử dụng hàm đa thức xấp xỉ chuyển vị để tính toán phần tử cọc chịu uốn đất (hàm xấp xỉ chuyển vị hàm bậc ba) xây dựng ma trận độ cứng phần tử cọc chịu uốn đất nền, làm sỡ tính toán cho toán cọc chịu tải trọng ngang xét đến yếu tố phi tuyến vật liệu đất 6.2.Nghiên cứu tính toán cọc chịu tải trọng thẳng đứng xét đến yếu tố phi tuyến đất (tính phi tuyến ma sát hông sức chịu mũi theo chuyển dịch cọc) : Nghiên cứu sỡ lý thuyết : Luận văn phân tích chế truyền tải trọng dọc trục cọc vào đất nền: hình thành phát triển sức kháng hông sức kháng mũi theo chuyển 152 vị cọc, sỡ tính toán sức chịu tải cọc theo chuyển vị tương ứng Trên sỡ kế thừa số nghiên cứu số tác giả kết luận đưa phương pháp xác định sức kháng hông ma sát sức kháng mũi cọc theo chuyển vị cọc hàm số phi tuyến theo chuyển vị cọc Như vậy, để tính toán sức chịu tải cọc theo phương thẳng đứng cần phải xác định chuyển vị cọc, nên việc giải phương trình vi phân cọc chịu tải trọng dọc trục vấn đề cần phải giải Phương pháp tính toán : Giải phương trình vi phân cọc chịu tải trọng dọc trục theo phương pháp : • Phương pháp giải tích : kết giải chuyển vị cọc theo chiều sâu cọc cách gần xác định chuyển vị đầu cọc theo tải trọng tác dụng đầu cọc • Lời giải không thứ nguyên tương tự Reese & Matlock: kết giải chuyển vị đầu cọc theo tải trọng tác dụng đầu cọc biểu đồ • Phương pháp phần tử hữu hạn : Với mô hình tương thích, tác giả sử dụng hàm đa thức xấp xỉ chuyển vị để tính toán phần tử cọc chịu tải trọng dọc trục đất xây dựng ma trận độ cứng phần tử cọc chịu nén đất nền, làm sỡ tính toán cho toán cọc chịu tải trọng thẳng đứng xét đến yếu tố phi tuyến đất 6.3 Nhận xét kết tính toán : Tác giả sử dụng phần mềm Allpile V.6 hãng CivilTech kết hợp phần mềm Excel để tính toán ví dụ trường hợp : • Cọc cát : toán • Cọc sét : toán • Cọc nhiều lớp : toán Qua kết tính toán, tác giả đưa nhận xét sau : 6.3.1.Đối với cọc chịu tải trọng ngang : - Tính phi tuyến đất thông qua quan hệ phản lực chuyển vị cọc, giá trị mô đun phản lực thay đổi cách đáng kể có giá trị giảm dần đến đạt đến chuyển vị tới hạn hay phản lực đất tới hạn (thông qua đường cong p-y) Điều xảy đầu cọc có chuyển vị ngang lớn làm giá trị nội lực tăng có xu hướng phát triển xuống sâu dọc theo chiều sâu cọc - Sự hình thành khe nứt diễn cấp tải trọng nhỏ dẫn đến làm việc phi tuyến vật liệu cọc bêtông, làm giảm độ cứng chống uốn cọc làm tăng giá trị chuyển vị đầu cọc từ 30% - 60%, làm phân phối lại mômen theo chiều sâu cọc, giá trị mômen lớn cọc giảm từ 15% - 45% so với cọc bêtông làm việc đàn hồi 153 nh hưởng lực dọc trục làm tăng nội lực chuyển vị cọc, nhiên ảnh hưởng ảnh hưởng đáng kể cọc có đoạn cọc tự lớn cọc chống, cọc đất mềm yếu, cọc chôn ngập hoàn toàn đất bỏ qua, điều phù hợp với Granholm [5] 6.3.2.Đối với cọc chịu tải trọng thẳng đứng: - Do thành phần ma sát cực hạn Qsu thành phần chịu mũi Qpu không đạt giá trị cực hạn đồng thời, sức chịu tải cực hạn Qu tổng hai thành phần không thực hợp lý, có phân phối tải trọng cho thành phần ma sát thành phần chịu mũi trình chịu tải cọc, điều chỉnh sai số hai thành phần cách sử dụng hệ số an toàn FSs FSp hay FS(Bảng 5.6; Bảng 5.10; Bảng 5.14) Giá trị FSs FSp biến động lúc giá trị FS ổn định thường có giá trị từ 1,1 – 2,50, cọc có chuyển vị đủ lớn : FSs có giá trị từ 1,0 – 2,0; FSp có giá trị từ 1,0 – 10 - Cơ chế truyền tải trọng cọc vào đất phụ thuộc vào chiều dài cọc tải trọng tác dụng đầu cọc, cọc dài sức kháng hông lớn sức kháng mũi phát triển chậm, sức kháng hông phát triển sớm đạt đến giá trị tới hạn Ở toán phân tích ma sát hông đạt đến giá trị cực hạn (FSs =1,0 ) sức kháng mũi đạt 23%(FSp = 4,2 toán 1), 40% (FSp = 2,5 toán 2)và 20% (FSp = 5,7 toán 3) - Việc chọn hệ số an toàn FSs = FSp = dẫn đến giá trị sức chịu tải cho phép cọc Qa có có giá nhỏ so với sức chịu tải thực tế cọc Qt, so sánh với hệ số an toàn tính toán (thể Bảng 6.1) Rõ ràng với việc lựa chọn chưa tận dụng chịu tải cọc an toàn Bảng 6.1.Bảng so sánh Qa Qt, độ lún tương ứng w FSs, FSp tính toán Bài toán Sức chịu tải cọc (KN) w(cm) tương ứng FS FSs FSp - Bài toán Bài toán Bài toaùn - Qa Qt Qa Qt Qa Qt 5216 10993 2961 5785 15134 30387 0,80 7,68 0,15 0,75 1,70 12,96 1,04 1,20 1,80 1,00 1,30 1,30 8,15 1,00 12,20 1,96 34,9 1,00 2,10 1,11 2,10 1,07 2,30 1,10 Ma sát hông sức kháng mũi cọc hàm số phi tuyến phụ thuộc vào độ lún cọc, sức chịu tải cọc phụ thuộc vào chuyển vị cọc, tính toán sức chịu tải cọc theo chuyển vị cho biết rõ thành phần chịu tải cọc ( sức kháng hông sức kháng mũi) kiểm soát chuyển vị cho phép cọc 154 Có thể sử dụng kết quan hệ tải trọng - chuyển vị( P-S), quan hệ sức kháng hông - chuyển vị (Qs -S) quan hệ sức chịu mũi - chuyển vị (Qp- S), đặc biệt quan hệ P-S kết thử tải cọc trường( nén tónh) để chọn sức chịu cực hạn Qu sức chịu tải cho phép Qa cọc Tuy nhiên, cần phải thực thí nghiệm trường để kiểm chứng kết tính toán Theo tiêu chuẩn thiết kế TCXD 190 : 1996 chọn sức chịu tải cho phép Qa cọc theo ba cách sau : - Tải trọng ứng với chuyển vị cho phép đầu cọc 8mm, chia cho 1,25 - Tải trọng ứng với chuyển vị cho phép đầu cọc 10% bề rộng cọc - Tải trọng lớn trình thử tải chia cho hệ số an toàn - Đối với cọc cát, thành phần chịu mũi chiếm 50 % thành phần ma sát hông chịu 50% sức chịu tải cọc; cọc sét thành phần ma sát chiếm 90% thành phần chịu mũi chịu 10% sức chịu tải cọc, cọc sét cọc ma sát 6.4 Một số kết luận : 6.4.1 Đối với toán cọc chịu tải trọng ngang : • Tính toán làm việc hợp lý cọc cần thiết, phù hợp với yêu cầu xu hướng thiết kế đại theo trạng thái giới hạn, đặc biệt theo trạng thái chuyển vị giới hạn Vì đó, chuyển vị nội lực đóng vai trò định Vì vậy, cần xét đến tính phi tuyến vật liệu cọc ( cọc bê tông ) đất giải toán chịu lực ngang • Khi tính toán cọc theo trạng thái giới hạn chuyển vị phải xét đến tính phi tuyến vật liệu bêtông cọc, tính toán với vật liệu bêtông cọc đàn hồi phải nhân giá trị chuyển vị tìm với hệ số xét đến tính phi tuyến vật liệu bêtông cọc FS = 1,3 – 1,6 • Khi tính toán cọc theo trạng thái giới hạn cường độ tính toán cọc với giá trị nội lực vật liệu cọc làm việc giai đoạn đàn hồi, giá trị lớn gây nguy hiểm công trình so với giá trị nội lực tính toán với vật liệu bêtông cọc làm việc phi tuyến 6.4.2 Đối với toán cọc chịu tải trọng thẳng đứng : • Tính toán hợp lý sức chịu tải cọc theo phương thẳng đứng theo xu hướng thiết kế đại thiên trạng thái giới hạn : trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới hạn chuyển vị Giá trị nhỏ chấp nhận làm tải trọng thiết kế - Theo trạng thái giới hạn cường độ : tải trọng cho phép chấp nhận cách chia tải trọng cực hạn (sức kháng hông tới hạn Qsu, sức kháng mũi tới hạn Qpu hay sức chịu tải tới hạn Qu = Qsu + Qpu) cho hệ số an toàn thích hợp FSs, FSp FS - 155 Theo trạng thái giới hạn chuyển vị : tải trọng cho phép tải trọng tương ứng với chuyển vị cọc có giá trị chấp nhận (chuyển vị cho phép) Đây toán sức chịu tải cọc theo chuyển vị cọc (quan hệ P-S) • Cơ chế truyền tải trọng cọc vào đất trình truyền tải trọng cọc vào thông qua ma sát hông sức kháng mũi của cọc Trong đó, sức kháng hông phát triển sớm đạt giá trị tới hạn cọc có chuyển vị nhỏ, sức kháng mũi phát triển chậm đạt giá trị tới hạn cọc có chuyển vị lớn Do đó, hai thành phần ma sát hông sức kháng mũi không đạt giá trị tới hạn đồng thời, sức chịu tải cực hạn Qu tổng hai thành phần không thực hợp lý, điều chỉnh sai số hai thành phần cách sử dụng hệ số an toàn FSs FSp hay FS • Việc chọn hệ số an toàn FSs = FSp = (thể quy phạm thiết kế) dẫn đến giá trị sức chịu tải cho phép cọc Qa có có giá nhỏ so với sức chịu tải thực tế cọc, thiên an toàn chưa tận dụng chịu tải cọc Do đó, để tận dụng hợp lý sức chịu tải cọc, tác giả đề nghị chọn giá trị FSs từ 1,0 – 2,0 (giá trị nhỏ tương ứng với việc tận dụng sức kháng hông tối đa); giá trị FSp biến động lớn trường hợp chuyển vị cho phép cọc lớn FSp chọn từ 1,0 –3,0; giá trị FS từ 1,1 – 2,50 (giá trị biến động, tin cậy) Còn tuỳ thuộc vào mức độ tin cậy trình khảo sát địa chất, giá trị tính toán đầu vào, phân tích rõ thành phần chịu tải cọc (ma sát hông sức kháng mũi) theo chuyển vị cọc thí nghiệm kiểm chứng cọc trường mà chọn hệ số an toàn FSs, FSp, FS thích hợp 6.3 Hướng nghiên cứu đề tài : • Trên sỡ lý thuyết tính toán cọc nghiên cứu ma trận thiết lập, viết phần mềm ứng dụng phục vụ cho công việc tính toán sức chịu tải cọc theo phương ngang phương thẳng đứng • Thí nghiệm cọc chịu tải trọng ngang trường với thiết bị đo để xác định thông số đầu vào toán so sánh với kết tính toán theo lý thuyết, từ đánh giá mô hình nghiên cứu nêu lý thuyết có phù hợp với kết thực tế để rút kiến nghị điều chỉnh • Thí nghiệm trường cọc chịu tải trọng thẳng đứng để so sánh kết tính toán theo lý thuyết để kết luận mức độ tin cậy có kiến nghị điều chỉnh - ... -0 ,891 -5 ,854 -1 5,07 A4 -0 ,005 -0 ,020 -0 ,045 -0 ,080 -0 ,125 -0 ,180 -0 ,245 -0 ,320 -0 ,404 -0 ,499 -0 ,603 -0 ,714 -0 ,838 -0 ,967 -1 ,105 -1 ,248 -1 ,396 -1 ,547 -1 ,699 -1 ,848 -2 ,125 -2 ,399 -2 ,437 -2 ,346 -1 ,969... 0 -0 ,003 -0 ,009 -0 ,021 -0 ,042 -0 ,072 -0 ,114 -0 ,171 -0 ,243 -0 ,333 -0 ,443 -0 ,575 -0 ,730 -0 ,910 -1 ,116 -1 ,350 -1 ,643 -1 ,906 -2 ,227 -2 ,578 -3 ,360 -4 ,228 -5 ,140 -6 ,023 -6 ,765 -6 ,789 -0 ,358 C4 0 -0 ,001... -0 ,011 -0 ,021 -0 ,036 -0 ,057 -0 ,085 -0 ,121 -0 ,167 -0 ,222 -0 ,287 -0 ,365 -0 ,455 -0 ,595 -0 ,676 -0 ,808 -0 ,956 -1 ,118 -1 ,295 -1 ,693 -2 ,141 -2 ,621 -3 ,103 -3 ,541 -3 ,919 -1 ,614 Các hệ số B3 C3 0 -0 ,001