CHƯƠNG III. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
III.4 Tính toán áp dụng
III.4.3 Tính toán sự thay đổi khả năng chịu lực của cọc ống thép
Phân tích khả năng chịu lực của trụ neo TN1 nằm ở hạ lưu Cảng Phú Mỹ tại khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Sử dụng phần mềm Sap 2000 để phân tích nội lực của cọc ống thép với các chiều dày khác nhau của kết cấu trụ va có kích thước như sau:
Hình III-18. Mặt bằng vị trí trụ neo TN1 Trụ neo TN1
Hình III-19. Kết cấu trụ neo TN1 Chiều dày thành cọc được phân tích trong luận văn này như sau:
Bảng III-5. Kích thước cọc
STT Đường kính (mm) Chiều dày (mm) Ghi chú
1 812.8 16 Theo hồ sơ thiết kế và hồ sơ hoàn
công xây dựng công trình
2 810.8 15 Ăn mòn 1mm
3 808.8 14 Ăn mòn 2mm
4 806.8 13 Ăn mòn 3mm
5 804.8 12 Ăn mòn 4mm
2. Phương pháp mô phỏng:
Nền cọc được mô phỏng bởi phần tử thanh có một đầu liên kết ngàm cứng vào hệ thống đài bên trên, đầu còn lại được gán liên kết ngàm. Ảnh hưởng của đất nền dưới mũi cọc được định nghĩa bằng các hệ số quy đổi tiết diện và moment của cọc.
3. Chiều dài tính toán của cọc
Chiều dài tính toán của cọc bao gồm chiều dài chịu uốn & chiều dài chịu nén được sử dụng để mô phỏng nền cọc từ mô hình thực tế sang mô hình tính toán.
a. Chiều dài chịu uốn
Công thức xác định chiều dài chịu uốn của cọc:
Trong đó:
bc = 1.5d + 0.5 (cọc có d < 0.8m ) và bc = d + 1 (cọc có d ≥0.8m ) K = 800T/m4 bd = 0.52
Chiều dài chịu nén của cọc (tính theo Zavriev)
tc o
n Q
L EF L
10 3
.
7
Diện tích quy đổi: .
' l
n
F F L
L
b. Chiều dài chịu nén
Các bước tính toán xác định chiều dài chịu xoắn của cọc như sau:
Xác định chiều dài chịu uốn L4 của cọc khi chịu moment xoắn hoặc chuyển vị xoay đơn vị:
Hệ số xác định dựa vào là chiều sâu đóng cọc tính đổi
=> = 2.6724 Độ cứng chống chuyển vị xoay đơn vị đầu cọc:
bd o
l L
L
2
5
. .
I E
b K c
bd
4 4
L a L o
a4 L
5 382 . 0
.
L L
L bd a4
Độ cứng chống xoắn của đầu cọc
Mô men quán tính chống xoắn (Jx) và mô duyn trượt (G) của vật liệu xác định như sau:
Chiều dài chịu xoắn của cọc:
5 x x
L GJ
Tính đổi giữa Lx và Ll dựa vào Jx và J’x (mômen xoắn tính đổi):
'
x l
x x
J L J L Bảng III-6. Kết quả tính toán chiều dài cọc
STT
Đường kính cọc
D (mm)
Chiều dày thành cọc
(mm)
Chiều dài cọc
(m)
Lu (m) Ln (m) Lx (m)
' x x
J J
1 812.8 16 36 21.87 32.55 22.42 0.98
2 810.8 15 36 21.76 30.68 22.28 0.98
3 808.8 14 36 21.64 28.80 22.13 0.98
4 806.8 13 36 21.50 26.93 21.95 0.98
5 804.8 12 36 21.50 26.93 21.95 0.98
4. Chỉ tiêu cơ tính
Chỉ tiêu cơ tính theo tiêu chuẩn ASTM A 252 Grade 3.
Mô đun đàn hồi: E = 2.1E+07 T/m2. ) . 4 (
4
4 Tm
L EJu
) . ( 2 .
0 4
5 x Tm
) ( . 0 .
2 J m4 Jx u
) / ( 10 38 . 6 1 . 2
2
6 T m
G E
Trọng lượng riêng: ρ = 7.85 T/m3. Giới hạn chảy py = 31611 T/m2.
Cường độ cực hạn Ru = 46400 T/m2.
Thành phần cacbon tương đương lấy theo giá trị thấp nhằm đảm bảo thỏa mãn điều kiện có thể hàn được của vật liệu.
Bảng III-7. Thành phần hóa học thép chế tạo cọc ống thép
Thành phần hóa học Đơn vị Giá trị lớn nhất C
Si Mn
P S
%
0.250 0.400 1.350 0.035 0.040 5. Chiều dày thành cọc tối thiểu
Theo quy định tại 6.10.6 của tiêu chuẩn API 2A–WSD 2007, chiều dày thành cọc tối thiểu như sau:
t = 6.35 + D 100 Trong đó:
t: Chiều dày thành cọc tối thiểu D: là đường kính cọc, mm Vậy:
D 812.8
t = 6.35 + 6.35 + 14.478mm
100 100
Như vậy chiều dày thành cọc cho phép ăn mòn tối đa đến 14.478mm. Tuy nhiên, trong luận văn này sẽ tính toán kiểm tra kết cấu đến chiều dày thành cọc tối thiểu 12mm.
6. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Sức chịu tải của cọc thép theo vật liệu bao gồm khả năng chịu momen uốn và chịu nén được xác định theo BS 5950-1-2000.
a. Khả năng chịu mômen uốn của cọc
Khả năng chịu mô men uốn của cọc được xác định theo công thức: MC py.S
Trong đó:
S Moment kháng uốn của cọc py Cường độ thiết kế của vật liệu cọc b. Khả năng chịu nén
Khả năng chịu nén của cọc được xác định theo công thức sau: PC Ag.pC Trong đó:
Ag Diện tích mặt cắt ngang của cọc
pc Cường độ chịu nén thiết kế của vật liệu cọc Cường độ chịu nén pc tính theo công thức:
2 1
2 /
y E
y E
c ( p .p )
p . p
Trong đó:
2 1 E
y ( ).p
p
2
2
.E pE
py là cường độ thiết kế của vật liệu cọc E Modul đàn hồi của cọc
Hệ số độ mảnh của cọc, LE/r
r Bán kính uốn
Hệ số Perry, 0.001a.00
a Hằng số Robertson, a = 2.0 (Bảng 23 BS5950-1:2000)
0 Độ mảnh giới hạn của cọc, 0 0.22E/py0.5
LE Chiều dài có hiệu của cọc, LE 0.7LU
Bảng III-8. Sức chịu tải của cọc thép theo vật liệu Thông số tính
toán
Đơn vị
D812.8 16mm
D810.8 15mm
D808.8 14mm
D806.8 13mm
D804.8 12mm Chiều dài có
hiệu, LE
m 15.31 15.27 15.23 15.18 15.14
Hệ số độ mảnh,
l 54.34 54.26 54.18 54.09 53.99
Độ mảnh giới hạn, l0
16.19 16.19 16.19 16.19 16.19
Hằng số
Robertson, a 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00
PE 70,199.05 70,389.05 70,599.74 70,834.07 71,095.72
Hệ số Perry 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08
φ 53,582.57 53,679.65 53,787.30 53,907.01 54,040.67 Cường độ nén
tính toán, pc
T/m² 28,047.70 28,058.63 28,070.67 28,083.96 28,098.68 Khả năng chịu
nén Pc
T 1,123.35 1,052.23 981.27 910.46 839.81 Khả năng chịu
moment uốn Tm 247.34 231.56 215.84 200.15 184.51
7. Chuyển vị cho phép của kết cấu
Theo quy định tại Phụ lục D, TCCS 03:2010-CHHVN thì chuyển vị ngang cho phép của công trình thủy trong thời gian khai thác là:
0.02H
Trong đó: H là chiều từ đỉnh đến đáy bến.
Trụ neo TN có cao trình đỉnh bến là +2.8mND, cao trình đáy bến là -17.5mND.
Chuyển vị ngang cho phép của công trình là:
0.02(2.8 17.5) 0.406m