Phân tích ảnh hưởng độ cứng sàn đến chuyển vị và nội lực hệ tường vây tính toán theo phương pháp thi công top down

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN VIẾT ANH PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG SÀN ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC HỆ TƯỜNG VÂY TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP-DOWN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGHÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN VIẾT ANH PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG SÀN ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC HỆ TƯỜNG VÂY TÍNH TỐN THEO PHƯƠ NG PHÁP THI CÔNG TOP-DOWN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Ngọc Thắng HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Nguyễn Viết Anh i LỜI CÁM ƠN Tác giả xin trân trọng cám ơn thầy, cô trường Đại học Thủy lợi đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Thắng tận tình hướng dẫn tơi để hồn thành luận văn thạc sĩ ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết để tài Ý nghĩa thực tiễn, khoa học đề tài kết dự kiến đạt Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TẦNG HẦM 1.1 Giới thiệu chung .3 1.2 Giải pháp tường chắn đất tầng hầm nhà cao tầng 1.2.1 Tường cừ thép kết hợp hệ chống đỡ thép hình 1.2.2 Tường cừ thép sử dụng công nghệ neo đất 1.2.3 Tường cọc xi măng đất cọc nhồi bê tơng cốt thép đường kính nhỏ 10 1.2.4 Tường vây bê tông cốt thép 14 1.3 Công nghệ thi công tầng hầm giới Việt Nam .18 1.3.1 Công nghệ thi công Bottom up .18 1.3.2 Công nghệ thi công Top- Down 22 1.3.3 Thi công theo phương pháp hỗn hợp 26 Kết luận chương 28 CHƯƠNG : CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN TƯỜNG VÂY BÊ TƠNG CỐT THÉP 29 2.1 Tổng quan lựa chọn phương pháp tính tường vây bê tông cốt thép 29 2.2 Nguyên tắc thiết kế nhân tố ảnh hưởng đến ổn định chuyển vị ngang tường vây 29 2.2.1 Nhóm nhân tố cố hữu 31 2.2.2 Nhóm nhân tố liêm quan đến vấn đề thiết kế 32 2.2.3 Nhóm nhân tố liêm quan đến vấn đề thi công 32 2.3 Các phương pháp xác định áp lực lên tường 33 2.4 Phương pháp tính tốn kết cấu ổn định hố đào sâu tường vây 37 2.4.1 Phương pháp Sachipana ( Nhật) 37 2.4.2 Phương pháp đàn hồi 38 iii 2.4.3 Phương pháp tính lực trục chống, nội lực thân tường biến đổi theo q trình đào móng 39 2.5 Cơ sở lý thuyết Plaxis 40 2.5.1 Mơ hình vật liệu 43 2.5.2 Các thông số Plaxis 48 Kết luận chương 52 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG SÀN ĐẾN NỘI LỰC VÀ CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 53 3.1 Thiết lập tốn tính tốn kết cấu tường vây 53 3.2 Phân tích tham số mơ hình tính phần mềm Plaxis 8.5 có xét đến độ cứng sàn tầng hầm 61 3.3 Phân tích nội lực chuyển vị tường vây với ảnh hưởng tham số độ cứng sàn- với lỗ mở sàn chiếm 24,38 % diện tích sàn 71 3.4 Phân tích nội lực chuyển vị tường vây với ảnh hưởng tham số độ cứng sàn- với sàn có lỗ mở chiếm 33,91% diện tích sàn 77 3.5 Nhận xét đánh giá 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cơng trình sử dụng ép cừ larsen kết hợp văng chống .4 Hình 1.2 Một số tiết diện cừ Larsen Hình 1.3 Mặt cắt ngang thi công tường cừ thép sử dụng công nghệ neo đất Hình 1.4 Cơng trình sử dụng ép cừ larsen kết hợp neo đất Hình 1.5 Cơng trình sử dụng ép cừ larsen kết hợp neo đất Hình 1.6 Mặt bố trí cọc nhồi làm tường vây 10 Hình 1.7 Mặt bố trí cọc xi măng đất làm tường vây 10 Hình 1.8 Cơng trình sử dụng cọc xi măng đất bảo vệ hố đào .11 Hình 1.9 Quy trình thi cơng theo phương pháp ướt 13 Hình 1.10 Mặt chia tường vây .15 Hình 1.11 Mặt cắt dọc tường vây bê tông cốt thép 16 Hình 1.12 Biện pháp thi cơng Bottom up với cơng trình nhà tầng hầm .20 Hình 1.13 Biện pháp thi cơng Top- down với cơng trình nhà tầng hầm 25 Hình 1.14 Biện pháp thi cơng Semi Top- down với cơng trình nhà tầng hầm 27 Hình 2.1 Biến dạng tường vây theo bước đào 30 Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn giai đoạn đào thứ 34 Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn xác theo phương pháp Sachipana 38 Hình 2.4 Sơ đồ tính tốn theo phương pháp đàn hồi nhật 39 Hình 3.1 Mặt chia tường vây .59 Hình 3.2 Mặt lỗ mở tầng hầm 60 Hình 3.3 Mặt lỗ mở tầng hầm 61 Hình 3.4 Mơ hình tính tốn tường vây Plaxis v8.2 62 Hình 3.5 Mơ hình kết cấu hầm giai đoạn thi cơng 64 Hình 3.6 Mơ hình gán tải với mặt sàn 64 Hình 3.7 Biểu đồ tải trọng chuyển vị .69 Hình 3.8 Mơ hình biện pháp thi công 72 Hình 3.9 Mơ hình kết cấu hầm giai đoạn thi công 77 Hình 3.10 Biểu đồ tải trọng chuyển vị .80 Hình 3.11 Mơ hình biện pháp thi cơng 83 DANH MỤC BẢNG BIỂU v Bảng 2.1 Các đơn vị thương dùng Plaxis 51 Bảng 3.1 Cấp tải thí nghiệm ứng với sàn 65 Bảng 3.2 Kết chuyển vị 66 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết 76 Bảng 3.4 Bảng kết chuyển vị 78 Bảng 3.5 Bảng tổng hợp kết 87 vi DANH MỤC VIẾT TẮT B Ma trận nội suy biến dạng K Ma trận độ cứng tường đất LT Ma trận chuyển vị tường đất P Áp lực đất tác động lên tường Pbd Áp lực đất bị động Pcd Áp lực đất chủ động Po Áp lực đất tĩnh tác động lên tường T Vec tơ chuyển vị h Chiều cao hố đào k Hệ số theo chiều ngang đất bị động p Vec tơ lực pa Áp lực đất chủ động điểm a Pb Áp lực đất chủ động điểm b q Siêu tải mặt đất  Bên đào đất  Bên không đào đất  Chuyển dịch ngang thân tường  Vec tơ biến dạng  Trọng lượng đất w Trọng lượng riêng nước  Góc ma sát đất  Vec tơ ứng suất A Diện tích mặt cắt ngang chống ALD Tải trọng áp lực ngang E Mô đun đàn hồi bê tông {F} Véc tơ lực nút tương đương phần tử [K] Ma trận độ cứng phần tử vii SW Trọng lượng thân bê tông Lspacing Khoảng cách nút truyền lực {} Vec tơ chuyển vị nút viii Tổng hợp kết so sánh chuyển vị moment tường vây (biểu đồ bao): Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết Moment Moment max Chuyển vị max ( KN.m) ( KN.m) (mm) Sàn liên tục 871.25 839.59 109.74 Sàn lỗ mở 870.32 858.96 110.96 Chênh lệch % 0.1 2.4 1.11 Vị trí Nhận xét : + Về chuyển vị tường vây: Khơng có thay đổi lớn sàn bị suy giảm độ cứng + Về nội lực tường vây: Khơng có thay đổi lớn giá trị nội lực biểu đồ bao nội lực, nhiên giá trị nội lực thay đổi lớn bước thi công đào đất đến đáy sàn B3 ảnh hưởng việc suy giảm độ cứng sàn B2 Ví dụ đưa có lỗ mở thi cơng có diện tích bé, chiếm 24.38% diện tích sàn Vì vậy, kết chuyển vị nội lực tường vây tương ứng với tham số ô sàn khơng có chênh lệch lớn Để làm rõ ảnh hưởng độ cứng sàn đến chuyển vị nội lực tường vây, tác giả đưa giả thiết sàn có lỗ mở kích thước lớn hơn, chiếm 33.91% diện tích sàn 76 3.4 Phân tích nội lực chuyển vị tường vây với ảnh hưởng tham số độ cứng sàn- với sàn có lỗ mở chiếm 33,91% diện tích sàn Hình 3.9 Mơ hình kết cấu hầm giai đoạn thi công Lần lượt thực phân tích ta có bảng thống kê kết sau 77 Bảng 3.4 Bảng kết chuyển vị Lần Vị trí Sàn B1 B2 B3 chuyển vị (mm) A1 2.2 B1 5.21 C1 2.1 A2 4.1 B2 9.93 C2 3.9 A3 3.02 B3 6.72 C3 2.8 cấp tải ( KN/m) 1000 2000 3000 Lần Vị trí Sàn B1 B2 B3 chuyển vị (mm) A1 B1 9.3 C1 3.8 A2 6.1 B2 14.8 C2 5.9 A3 4.2 B3 9.3 C3 3.9 78 cấp tải ( KN/m) 2000 3000 4000 Lần Vị trí Sàn chuyển vị (mm) B1 B2 B3 A1 5.9 B1 13.4 C1 A2 8.2 B2 19.7 C2 7.9 A3 5.4 B3 12.1 C3 5.1 cấp tải ( KN/m) 3000 4000 5000 Từ bảng số liệu ta vẽ biểu đồ tải trọng chuyển vị Tải trọng - chuyển vị - sàn B1 20 18 16 14 12 10 13.4 9.3 5.9 5.21 3.8 2.2 2.1 1000 2000 A1 B1 79 3000 C1 Tải trọng - chuyển vị - sàn B2 20 18 16 14 12 10 19.7 14.8 9.93 8.2 7.9 6.1 5.9 4.1 3.9 2000 3000 A2 B2 4000 C2 Tải trọng - chuyển vị - sàn B3 14 12.1 12 10 9.3 6.72 5.4 5.1 4.2 3.9 3.02 2.8 3000 4000 A3 B3 5000 C3 Hình 3.10 Biểu đồ tải trọng chuyển vị Từ biểu đồ ta dễ dàng nhận thấy giá trị chuyển vị hai vị trí A C xấp xỉ nhau, hai vị trí coi ô sàn liên tục Điều với giả thiết toán, độ cứng số Bằng cách phân tích chuyển vị điểm, ta xác định hệ số tỉ lệ ô sàn liên tục sàn lỗ mở sau : Vì điểm A C có giá trị xấp xỉ nên ta lấy kết điểm để so sánh với điểm B Lần lượt phân tích sàn ta : - Sàn B1 : 80 Lần thử Lần Lần Lần Vị trí Tỉ lệ A1 4.76E+05 B1 1.92E+05 A1 5.26E+05 B1 2.41E+05 A1 5.08E+05 B1 2.24E+05 2.48 2.18 2.27 Từ bảng phân tích, kết luận chọn tỉ lệ sàn lỗ mở sàn liên tục trung bình ba lần : Tỉ lệ = 2.3 - Sàn B2 : Lần thử Lần Lần Lần Vị trí Tỉ lệ A1 5.13E+05 B1 2.01E+05 A1 5.08E+05 B1 2.03E+05 A1 5.06E+05 B1 2.03E+05 2.55 2.51 2.49 Từ bảng phân tích, kết luận chọn tỉ lệ sàn lỗ mở sàn liên tục trung bình ba lần : Tỉ lệ = 2.5 - Sàn B3 : Lần thử Lần Vị trí 𝑷𝟏 ∆𝑳𝟏 A3 1.07E+06 B3 4.46E+05 Tỉ lệ 2.40E+00 81 Lần A3 1.03E+06 B3 4.30E+05 A3 9.80E+05 B3 4.13E+05 2.38E+00 Lần 2.37E+00 Từ bảng phân tích, kết luận chọn tỉ lệ sàn lỗ mở sàn liên tục trung bình ba lần : Tỉ lệ = 2.4 Tổng hợp kết tỉ lệ sàn lỗ mở sàn liên tục Sàn Tỉ lệ B1 2.3 B2 2.5 B3 2.4 Từ kết quả, để đưa vào phân tích ta nhân với hệ số tỉ lệ 2.3 , 2.5 , 2.4 cho sàn B1, B2, B3 vào tham số EA phần mềm Plaxis để phân tích Thơng số vật liệu: + Bê tông B30 với E =3.25e7 KN/m3 + Chiều dày sàn B1 0.3 m B2, B3 0.22m x ExA Sàn ExA B1 9750000 4239130 B2 7150000 2860000 B3 7150000 2979166 𝐾 Tiến hành phân tích nội lực chuyển vị tường vây với hai trường hợp 82 - Trường hợp : Sàn có độ cứng tuyệt đối - Trường hợp : Sàn có độ cứng suy giảm lỗ mở thi công ( kết tham số theo mục trên) Mơ hình tốn phần mềm Plaxis Hình 3.11 Mơ hình biện pháp thi công So sánh kết chuyển vị moment tường vây với ô sàn lỗ mở ô sàn liên tục qua bước thi công Xét với bước thi cơng có ảnh hưởng độ cứng tham số sàn: +) Thi công đào đất đến đáy sàn B2 (xét ảnh hưởng suy giảm tham số sàn B1) Uxmax=69.38 cm Mmin=279.35 KN.m\ Mmax=452.76 KN.m 83 Chuyển vị nội lực với sàn liên tục Uxmax=70.57 mm Mmin=295.68 KN.m\ Mmax=447.43 KN.m Chuyển vị nội lực với sàn lỗ mở +) Thi công đào đất đến đáy sàn B3 (xét ảnh hưởng suy giảm tham số sàn B2) Uxmax=91.65 cm Mmin=671.76 KN.m\ Mmax=503.25 KN.m Chuyển vị nội lực với sàn liên tục Uxmax=92.30 mm Mmin=483.47 KN.m\ Mmax=541.61 KN.m 84 Chuyển vị nội lực với sàn lỗ mở +) Thi công đào đất đến đáy sàn B4 (xét ảnh hưởng suy giảm tham số sàn B3) Uxmax=109.72 mm Mmin=871.25KN.m\Mmax=839.59KN.m Chuyển vị nội lực với sàn liên tục Uxmax=110.94 mm Mmin=846.67 KN.m\ Mmax=892.27 KN.m Chuyển vị nội lực với sàn lỗ mở Chuyển vị tường vây sau thi công hầm 85 Sàn liên tục Sàn không lỗ mở Moment tường vây sau thi công hầm Sàn liên tục Sàn không lỗ mở Tổng hợp kết so sánh chuyển vị moment tường vây 86 Bảng 3.5 Bảng tổng hợp kết Moment Moment max Chuyển vị max ( KN.m) ( KN.m) (mm) Sàn liên tục 871.25 839.59 109.74 Sàn lỗ mở 846.67 892.27 113.34 Chênh lệch % 2.9 6.4 3.6 Vị trí Nhận xét : + Về chuyển vị tường vây: Khơng có thay đổi lớn sàn bị suy giảm độ cứng + Về nội lực tường vây: Có thay đổi giá trị nội lực biểu đồ bao nội lực giá trị nội lực thay đổi lớn bước thi công đào đất đến đáy sàn B3 ảnh hưởng việc suy giảm độ cứng sàn B2 3.5 Nhận xét đánh giá Nhận xét: Kết phân tích cho thấy thay đổi chuyển vị nội lực tường vây việc ô sàn bị suy giảm độ cứng lỗ mở, kết hợp lí giả thiết toán Đánh giá: Với việc xem xét thêm chuyển vị nội lực với trường hợp lỗ mở có kích thước lớn hơn, tác giả nhận thấy chuyển vị tường vây có giá trị thay đổi khơng đáng kể không ảnh hưởng nhiều tới kết tốn, nhiên giá trị moment có phân bố lại giá trị mặt ( moment dương) mặt ( moment âm) Kết ảnh hưởng tới việc bố trí cốt thép tường vây Kết luận chương Qua chương 3, tác giả phân tích tính tốn thay đổi tham số sàn sàn có lỗ mở sàn liên tục, đưa tham số vào tốn phân tích chuyển vị tường vây Kết toán cho thấy ảnh hưởng kết cấu sàn đến việc tính tốn hệ tường vây 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Thông qua luận văn, tác giả giới thiệu biện pháp thi công phần ngầm việt nam phát triển đô thi kèm với công tác thi công phần ngầm Sự phát triển phần ngầm kèm với yêu cầu thiết kế thi cơng cần có giám sát chặt chẽ đảm bảo hệ số an toàn cao Tại chương hai, tác giả đưa phương pháp tính toán hệ tường vây bảo vệ hố đào với ưu nhược điểm khác phương pháp Với luận văn này, tác giả muốn đề cập đến vấn thiết kế hệ tường vây với biện pháp thi cơng Top- down Sau đưa ngun lí tính tốn tiến hành phân tích, tổng hợp kết đề cập chương Kết luận thay đổi tham số sàn lỗ mở sàn, gây ảnh hưởng đến kết việc tính tốn hệ kết cấu tường vây Tùy thuộc vào suy giảm tham số sàn mà kết tính tốn tường vây ảnh hưởng nhiều hay Kiến nghị Với ảnh hưởng lỗ mở thi công làm suy giảm độ cứng sàn, việc tính tốn hệ kết cấu tường vây có thay đổi Để xét đến trường hợp nguy hiểm nhất, đảm bảo an toàn cho cơng trình xây dựng Tác giả kiến nghị cần tính tốn ảnh hưởng lỗ mở sàn việc tính tốn hệ kết cấu tường vây với biện pháp thi công Top-down 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế thi công hố móng sâu, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội GS.TS Nguyễn Viết Trung, ThS Nguyễn Thị Bạch Dương (2009), Phân tích kết cấu hầm tường cừ phần mềm PLAXIS, Nhà xuất giao thông vận tải, Hà Nội GS.TS Nguyễn Viết Trung (2007), Thiết kế hầm thành phố, Đại học Giao Thông Vận Tải, Hà Nội Vũ Mạnh Hùng (1999), Cơ học kết cấu cơng trình, Nhà xuất Xây Dựng Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, Nhà xuất Khoa Học – Kỹ Thuật Nguyễn Quang Phích, Nguyễn Văn Mạnh, Đỗ Ngọc Anh (2007), Phương pháp số chương trình PLAXIS 3D & UDEC, Nhà xuất Xây Dựng Nguyễn Thế Phùng (1998) , Công nghệ thi cơng cơng trình ngầm phương pháp tường đất, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải, Hà Nội Nguyễn Văn Quảng (2006), Nền móng tầng hầm nhà cao tầng, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội Lê Đức Thắng (1997), Bùi Anh Định, Phan Trường Thiệt, Nền móng, Nhà xuất Giáo Dục, Hà nội 10 Trần Thanh Giám, Nguyễn Tiến Đạt (2002), Tính tốn thiết kế cơng trình ngầm, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội 11 Trần Văn Việt (2004), Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa kỹ thuật, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội 12 Phan Hồng Quân (2000), Giáo trình móng cho sinh viên chức Đại học Xây Dựng, Hà nội 89 13 Bùi Danh Lưu (1999), Neo đất đá, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải, Hà nội 14 Bùi Anh Định, Nguyễn Sỹ Ngọc (2000), Nền móng cơng trình cầu đường, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải, Hà Nội 15 Đồn Thế Tường, Lê Thuận Đăng (2002), Thí nghiệm đất móng cơng trình, Nhà xuất Giao Thơng Vận Tải, Hà Nội 16 Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Hữu Kháng, ng Đình Chất (2005), Nền móng cơng trình dân dụng – cơng nghiệp, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội 17 Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2004), Thí nghiệm đất trường ứng dụng phân tích móng, Nhà xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội 90 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN VIẾT ANH PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG SÀN ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC HỆ TƯỜNG VÂY TÍNH TỐN THEO PHƯƠ NG PHÁP THI CÔNG TOP- DOWN. .. việc hệ tường vây biện pháp thi cơng TopDown, cần phân tích tất yếu tố ảnh hưởng đến hệ kết cấu tường Kết cấu sàn hầm yếu tố có ảnh hưởng lớn đến làm việc hệ tường Việc phân tích độ cứng sàn giúp... hướng đến luận văn làm rõ liên quan độ cứng sàn đến chuyển vị nội lực hệ tường vây, từ rút phương pháp tính xác việc tính tốn kết cấu hệ tường vây Nghiên cứu mơ hình tính tường vây theo phương pháp