Nghiên cứu hệ số sức kháng của cọc đơn chịu tải dọc trục trong công trình cầu bằng lý thuyết độ tin cậy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ VĂN THÙY NGHIÊN CỨU HỆ SỐ SỨC KHÁNG CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI DỌC TRỤC TRONG CƠNG TRÌNH CẦU BẰNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY Chuyên ngành: Xây dựng Cầu, hầm Mã số: 60 58 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, 08 năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Bá Khánh…………………………… Cán chấm nhận xét 1: TS Phạm Quang Nhật………………………… Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Võ Phán………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh ngày 24 tháng 08 năm 1013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm có: PGS.TS Lê Thị Bích Thủy…………………… TS Lê Bá Khánh…………………………… TS Phạm Quang Nhật………………………… PGS TS Võ Phán…………………………… TS Đặng Đăng Tùng………………………… Xác nhận Chủ tịch hội đồng Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Lê Thị Bích Thủy TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TS Nguyễn Minh Tâm -i- ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – năm 2013 TP : Ngô Văn Thuỳ Sinh ngày : Nam Nơi sinh : 08/03/1977 : Quảng Nam ng cầu hầm 2009 : 60.58.25 : K2009 I : 09380327 : NGHIÊN CỨU HỆ SỐ SỨC KHÁNG CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI DỌC TRỤC TRONG CƠNG TRÌNH CẦU BẰNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY II : Trên sở số liệu thí nghiệm trường Việt Nam, ứng dụng lý thuyết độ tin cậy phân tích hệ số sức kháng cọc đơn chịu tải dọc trục cơng trình cầu III : ………………………………… ……………… N : ……………………………………… IV V : TS Lê Bá Khánh Nội dung Đề cương luận văn Hội đồng chuyên ngành thông qua CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS Lê Bá Khánh TS Lê Bá Khánh - ii - LỜI CÁM ƠN Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến TS Lê Bá Khánh, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Xin gửi lời cám ơn đến Thầy, Cô dạy thời gian qua Tôi xin cám ơn bạn đồng môn đồng nghiệp quan tâm, chia sẻ suốt trình học tập làm luận văn Xin cám ơn gia đình dành cho tơi tình thương u hỗ trợ tốt - iii - TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Phương pháp đánh giá độ tin cậy yếu tố kết cấu hay hệ kết cấu cơng trình dựa sở lý thuyết xác suất q trình ngẫu nhiên chứng tỏ tính ưu việt so với phương pháp cổ điển sử dụng hệ số tải trọng đơn Các quy định tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 dùng phương pháp luận thiết kế theo hệ số tải trọng hệ số sức kháng (LRFD) trường hợp đại diện thiết kế theo độ tin cậy Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 coi dịch AASHTO 1998 Các hệ số tải trọng sức kháng tiêu chuẩn xác định sở trình độ thi cơng điều kiện tự nhiên Mỹ Bản thân tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO liên tục thay đổi từ 1998 đến Do áp dụng tiêu chuẩn cho Việt nam, cần phải có thêm nhiều nghiên cứu sâu rộng cho điều kiện Việt nam Trong phạm vi đề tài, tác giả nghiên cứu hệ số sức kháng cọc đơn chịu tải dọc trục cơng trình cầu vùng Bạc Liêu lý thuyết độ tin cậy Bước đầu đánh giá hệ số sức kháng tương ứng với phương pháp xác định sức chịu tải dọc trục để đề xuất hệ số sức kháng phù hợp THE ABSTRACT OF THE THESIS In comparison with the classical method which uses the load factor for strutural engineering, the methods of reliability assessments of a structural element or structural system based on the probability and random theory have achieved satisfactory results Stipulations of the specification 22TCN 272-05 used the LRFD (Load and resistance factor design) is the case of the methods of reliability However specification 22TCN 272-05 based on the LRFD of AASHTO 1998 code is the open criterion, Load and resistance factors completely statisticed and usually updated In the thesis, author have only researched the resistance factor of the driven pile in Bridges in Bac Lieu by reliability As a first step evaluated the resistance - iv - factors with other methods to estimate the ultimate axial bearing resistance of driven pile to propose the appropriate resistance factor -v- LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng, ngoại trừ kết tham khảo từ cơng trình khác ghi rõ luận văn, cơng việc trình bày luận văn tơi thực chưa có phần nội dung luận văn nộp để lấy trường trường khác Ngày 30 tháng 06 năm 2013 Ngô Văn Thùy - vi - MỤC Nhiệm vụ luận văn thạ i Lời cam đoan ii Lời cám ơn iii Tóm tắt luận văn iv Mục lục v Danh mục ký hiệu viii Danh mục bảng xi Danh mục hình vẽ đồ thị xii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích, đối tƣợng phạm vi Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nghiên cứu nƣớc 1.2 Những vấn đề tồn 1.3 Vấn đề cần tập trung nghiên cứu, giải CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nghiên cứu sở lý thuyết xác định sức chịu tải dọc trục cọc theo đất 2.1.1 Sức chịu tải dọc trục cọc theo 22TCN272-05 2.1.1.1 Tải trọng dọc trục cọc 2.1.1.2 Ước lượng nửa thực nghiệm sức kháng cọc 2.1.1.3 Ước tính sức kháng cọc dựa thí nghiệm trường 2.1.2 Sức chịu tải dọc trục cọc theo công thức Schmertmann SPT……… 11 2.1.3 Sức chịu tải dọc trục cọc theo 22TCN18-79 14 2.2 Nghiên cứu sở lý thuyết xác suất thống kê 15 2.2.1 Một số khái niệm 15 - vii - 2.2.1.1 Sự kiện, kiện loại trừ nhau, xác suất 15 2.2.1.2 Đại lượng ngẫu nhiên 16 2.2.2 Quy luật phân phối xác xuất đại lượng ngẫu nhiên 16 2.2.2.1 Bảng phân bố xác suất 17 2.2.2.2 Hàm phân phối xác suất 17 2.2.2.3 Hàm mật độ xác suất 20 2.2.3 Các tham số đại lượng ngẫu nhiên 21 2.2.3.1 Kỳ vọng 21 2.2.3.2 Phương sai 22 2.2.3.3 Độ lệch chuẩn 23 2.2.4 Hàm phân phối điển hình lý thuyết xác suất 23 2.2.4.1 Phân phối chuẩn 23 2.2.4.2 Phân phối chuẩn tắc 24 2.3 Nghiên cứu sở lý thuyết phƣơng pháp tính độ tin cậy 26 2.3.1 Khái niệm phân tích độ tin cậy 26 2.3.2 Phương pháp gần mức (FORM), mức (SORM) 27 2.3.3 Phương pháp Hasofer-Lind 29 2.3.4 Phương pháp biến đổi Rackwitz-Fiessler 33 2.3.5 Mối tương quan biến ngẫu nhiên 36 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC KHÁNG CHO CỌC Ở VÙNG BẠC LIÊU 3.1 Khả chịu tải dọc trục cọc đƣợc áp dụng cho công trình thực tế…………………………………………………………………………… …….37 3.1.1 Mơ tả tuyến đường An Phúc – Gành Hào…………………………………37 3.1.1.1 Cầu Cái Keo (Km16+216,0)…………………………………………………….37 3.1.1.2 Cầu Rạch Cóc (Km26+100,26)…………………………………………………41 3.1.2 Sức chịu tải cọc từ kết tính tốn………………………………….45 3.1.3 Sức chịu tải cọc xác định từ kết đóng cọc ngồi trường… 46 3.2 Xác định hệ số sức kháng………………………………………………… 46 - viii - 3.3 Đánh giá, bàn luận kết 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 54 Kiến nghị 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO… 56 PHỤ LỤC… 58 - 17 - RH ( T/m2 ) : Cường độ giới hạn đất mũi cọc lấy theo bảng - phụ lục 25 QT79 RH = 365.44 T/m2 li ( m): Chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua τi ( T/m2 ) : Lực ma sát giới hạn lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua lấy theo bảng phụ lục 25 - QT79 Giá trị li vaì τi ghi bảng sau: STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám xanh, xám đen 1.40 15.89 Sét màu xám vàng, xám xanh 0.32 8.30 20.04 5.30 Cát mịn màu vàng, trạng thái chặt vừa 5.50 26.94 4.52 Sét pha màu vàng, loang xám 0.34 2.80 31.09 5.92 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 122.95T TRỤ T4 STT lớp Tên lớp B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.40 16.42 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.32 8.00 20.42 5.34 Cát mịn màu vàng, trạng thái chặt vừa 9.72 29.28 4.66 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 118.55T TRỤ T5 STT lớp Tên lớp B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.40 20.16 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.32 8.00 24.16 5.68 Cát mịn màu vàng, trạng thái chặt vừa 3.74 30.03 4.70 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 89.15T - 18 - TRỤ T6 STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.40 20.26 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.32 8.00 24.26 5.69 Sét màu xám xanh, xám đen 4.22 30.37 4.72 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 91.97T MỐ MB STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.40 20.26 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.32 8.00 24.26 5.69 Cát mịn màu vàng, trạng thái chặt vừa 5.47 31.00 4.76 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 99.13T Cơng trình: CẦU RẠCH CĨC, AN PHÚC - GÀNH HÀO HUYỆN ĐÔNG HẢI, TỈNH BẠC LIÊU MỐ MA Theo đất nền: Với giả thiết ma sát quanh thân cọc phân bố theo chiều sâu phạm vi lớp đất phản lực đất phân bố đầu tiết diện ngang cọc sức chịu tính tốn cọc xác định (phụ lục 25-QT79) n Pdn 0.7m u l i i i FR H i m: Hệ số điều kiện làm việc lấy theo bảng - Phụ lục 25-QT79 m= 1.00 i: Hệ số lấy theo bảng - Phụ lục 25-QT79 i= u: Chu vi tiết diện cọc u= 1.6 m - 19 - F(m2): Diện tích mặt cắt ngang cọc F= 0.16 m2 RH ( T/m2 ) : Cường độ giới hạn đất mũi cọc lấy theo bảng - phụ lục 25 QT79 RH = 389.76 T/m2 li ( m): Chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua τi ( T/m2 ) : Lực ma sát giới hạn lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua lấy theo bảng phụ lục 25 - QT79 Giá trị li vaì τi ghi bảng sau: STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.32 15.59 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.28 10.22 20.70 6.14 Sét màu xám xanh, xám đen 0.35 11.00 31.31 5.74 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 184.62T TRỤ T1 STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.32 17.86 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.28 10.69 23.21 6.41 Sét màu xám xanh, xám đen 0.35 6.46 31.78 5.77 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 142.64T TRỤ T2 STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.32 18.21 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.28 10.80 23.61 6.45 Sét màu xám xanh, xám đen 0.35 8.57 33.30 5.88 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 158.81T - 20 - TRỤ T3 STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.32 15.06 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.28 11.26 20.69 6.13 Sét màu xám xanh, xám đen 0.35 8.50 30.57 5.69 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính tốn mực nước thấp => Pđn = 163.50T TRỤ T4 STT lớp Tên đất B(%) li(m) L1i(m) τi (T/m2 ) Bùn sét màu xám đen, xám xanh 1.32 12.33 Sét lẫn sỏi sạn, nâu vàng, loang xám 0.28 16.00 20.33 6.10 Sét màu xám xanh, xám đen 0.35 3.47 30.07 5.65 B(%) : Độ sệt L1i(m): Khoảng cách từ lớp đất mà cọc qua mặt đất tính toán mực nước thấp => Pđn = 173.29T - 21 - Phụ lục 5: Sức chịu tải ước tính cọc theo 22TCN272-05 Cơng trình: CẦU CÁI KEO, AN PHÚC – GÀNH HÀO HUYỆN ĐÔNG HẢI, TỈNH BẠC LIÊU TRỤ T3 Theo đất nền: (10.7.3.3) Nền sét: phương pháp : qs = Su qs=0.7 v= Phân tích đóng cọc  v= C sâu cọc/đất tốt: Db= 0.4 Db/b= Biểu đồ 10.7.3.3.2a.1: = b= 0.56 0.8 13.80 34.50 0.70 Theo NU tr563, Su