TÓM tắt LUẬN văn khảo sát ứng xử của móng cọc tương tác với nền đất dưới tác động của tải trọng ngang

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG THÁI HOÀNG ÂN... Đặng Công Thuật Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp họp tại Đ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

THÁI HOÀNG ÂN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM MỸ

Phản biện 1: TS Trần Quang Hưng

Phản biện 2: TS Đặng Công Thuật

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công

nghiệp họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 2016

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

ng cọc được s ụng rộng rãi như một t cấu phần ngầm n ng đ tải trọng nặng cho nh ng t cấu ớn, si u t cấu phần n i, cụ thể à c c t cấu cầu, nhà cao tầng, m m c v.v đặt tr n n n đất m m và s u Chức năng c ản của m ng cọc à chống đ một c ch hiệu quả đối với tải trọng

th ng đứng của nh ng si u t cấu đặt tr n n , một thực t cho thấ r ng

nh ng năm gần đ ứng của m ng cọc đối với tải trọng ngang như động đất, gi động, s ng, p ực đất v.v chưa được quan t m nghi n cứu để c thể c đ nh một c ch r ràng và ch nh c nh ng ứng của n , gi p cho việc t nh to n và thi t ch ng c hiệu quả Quan s t t sự ph hủ chung đối với m ng cọc, đặc iệt trong trư ng hợp n n đất chả o t một số công trình cho thấ t cấu m ng cọc t n thư ng ưới t c động của tải trọng ngang

1:

[1]

2

3:

Qua ph n t ch ứng của m ng cọc t nh ng công trình thật [1, 2],

ch ng ta nhận thấ r ng tải trọng ngang c vai tr h t sức quan trọng trong

ài to n thi t m ng cọc Vì vậ , đ i h i ch ng ta cần phải tăng nhu cầu nghi n cứu, tìm hiểu v c ch ph hủ của ch ng nh m h c phục nh ng hiểm hu t của c c m ng đang hiện h u đồng th i cải ti n được ài to n thi t m ng cọc ưới t c động của tải trọng ngang trong nh ng ự n

tư ng ai Xuất ph t t nhu cầu tr n, trong nghi n cứu nà đ uất hảo s t ứng của m ng cọc tư ng t c với n n đất ưới t c động của tải trọng

ngang nh m tìm hiểu c ch àm việc, ứng của m ng cọc đối với nhi u oại n n đất h c nhau

2 Mục tiêu nghiên cứu

 X ựng được mô hình t nh to n tư ng t c gi a m ng cọc và n n đất

 X c đ nh được ứng của cọc với nhi u oại n n đất h c nhau

ấ đ a chất hu vực i n Nam

 So s nh, đ nh gi t quả v ứng của m ng cọc gi a c c oại

n n đất h c nhau và với một số t quả đã được công ố

3 ối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu C c mô hình tư ng t c gi a m ng cọc và

n n đất

 Phạm vi nghiên cứu c đ nh được trư ng chu ển v và trư ng ứng suất trong cọc và n n đất

4 Phương pháp nghiên cứu

 Phư ng ph p thu t Tìm i m và tập hợp tài iệu nghi n cứu

và tìm hiểu lý thuy t C học đất, N n m ng tập trung m ng cọc và một số thu t i n quan v một vài tải trọng ngang như động đất, gi , p ực

cứu, Đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phư ng pháp nghiên cứu, k t quả

dự ki n Chư ng 1 T ng quan v móng cọc Chư ng 2 C sở thu t

t nh to n Chư ng 3 Khảo s t ứng của m ng cọc tư ng t c với n n đất ưới t c động của tải trọng ngang K t luận và ki n ngh theo bố cục sau:

Mở đầu

Chương 1 T N QU N V N C C Chương 2 C S THUY T T NH TO N Chương 3 S T ỨN X CỦ N C C T N T C VỚ

N N ĐẤT Ớ T C ĐỘN CỦ TẢ TR N N N

K t luận và Ki n ngh

CHƯƠNG 1

T NG U N V NG CỌC 1.1 GI I THI U T NG U N NH NG NGHI N C U V

NG CỌC T NG VÀ NG ÀI NƯ C

Qua nghiên cứu các tài liệu i n quan đ n tư ng t c gi a móng cọc và

n n đất, hiện nay khi phân tích móng cọc có thể phân vào 2 nhóm chính:

Một dựa trên mô hình n n Winkler và một dựa trên mô hình đàn hồi liên tục

1.1.1 Nhóm các phương pháp dựa trên mô hình nền Winkler

Theo phư ng ph p nà , cọc ch u tải n được em như ầm ch u uốn

n m trên n n đàn hồi Phư ng ph p nà th a nhận r ng dầm n m trên n n Win er, đất đàn hồi được thay th b ng một loạt c c o đàn hồi độc lập nhau (Hình 1.1)

Hình 1.1: Ứng xử c a c c ch u t i tr ng ngang

a) Phương pháp dùng đường cong p-y

Phư ng ph p ùng đư ng cong p-y có thể mở rộng ra ngoài mi n đàn hồi hi đất đã chảy d o đã ét được cả cư ng độ tới hạn của n n đất và

hệ số n n Tuy nhiên việc thi t lập chúng một cách chuẩn xác là khó xác

đ nh bởi vì mỗi tác giả dựa trên nghiên cứu thực nghiệm lại đưa ra c c phư ng trình đư ng cong p-y khác nhau để tính toán Vấn đ này lại thấy giống phư ng ph p hệ số n n trình bày ở trên

b) Phương pháp của Thavaraj- Chương trình PILE-PY (2001)

Hình 1 2: Mô hình Winkler c a ph n ứng c c- t

c) Phương pháp của Gazetas, Fan và Kaynia (1993)

Hình 1 3 ươ ng l c h c giữa t - c c- b móng- công trình:

h ầ

Hình 1 4 ươ ng l c h c giữ t c c - b - công trình: phân

đất không nh ng chỉ xảy ra tại v tr đặt tải trọng mà còn xảy ra cả ở nh ng

Hình 1 8: Mô hình c c ch u t i tr ng nằm ngang trong n ồi

1.2 GI I THI U SƠ V ĐẶC ĐI T NH CH T CỦ

T S T I T ỌNG NG NG

Khác với các loại tải trọng động tác dụng n công trình như tải trọng gió, tải trọng xe chạy trên cầu…, động đất gây ra chuyển động ở móng công trình, cho nên nó chứa đựng ti m năng ph hoại rất lớn đối với công trình

Có thể hiểu được nghĩa của tư ng t c ng cách hình dung một con thuy n nh và nhẹ trôi tr n s ng nước (Hình 2 1a) và một con thuy n khác nhẹ như vậ nhưng c ch thước rất dài so với chi u ài s ng λ Hình 2

1b) Con thuy n nh t àm tha đ i đ n chuyển động của sóng, còn con thuy n lớn àm tha đ i chuyển động sóng

Hình 2 1: Mô phỏ ươ ng h c (kinematic interaction)

Tuy nhiên, trong luận văn nà chỉ nghiên cứu cọc chiu tải trọng ngang tĩnh

 Lý thuy t n n bi n dạng t ng quát

Phư ng ph p s hai của X.I Belzetsky Giả thi t áp lực đất tác dụng lên móng có dạng hình sin đối xứng (Hình 2.3)

 y

 max

 min

Hình 2 3: Biể ồ phân bố ph n l c ngang c t lên mặt bên c a móng theo

gi thuy t X.I Belzetsky

2.1 T ƢỜNG HỢP MÓNG C NG TUY T Đ I

a) Phương pháp tính toán theo lý thuyết cân bằng giới hạn của môi trường rời của G.I.Giuskov

Giả thi t:

Tại mặt bên và mặt đ của móng xuất hiện cư ng độ giới hạn

Áp lực b động được tính theo lý thuy t của Cou om và được nhân với hệ số k do kể đ n bài toán không gian:

b) Phương pháp tính toán theo lý thuyết nền biến dạng cục

t ng qu t h n phư ng ph p o N.K.Xnit o đ xuất ở nh ng mặt sau:

 T nh to n trong trư ng hợp n n nhi u lớp thì hệ số đặc trưng hệ số

của móng:

4 4

 N n đất được coi như một n hông gian đàn hồi tuy n tính, tính

bi n dạng của n được đặc trưng ng môđun i n dạng E0 và hệ số nở hông 0 có tr số b ng h ng số

Hình 2 9: ơ ồ bài toán c a R Mindlin

c) Phương pháp bán thực nghiệm (p –y)

Hình 2 10: P ươ –y

2.3 CÁC NHÂN T NH HƯỞNG Đ N HI U NG NHÓM QUA SỰ TƯƠNG T C CỦA NHÓM V I Đ T N N

a) Sức chịu tải trọng ngang của nhóm cọc trong đất

Để khảo sát ảnh hưởng của nhóm cọc ngư i ta s dụng hệ số Geđược c đ nh như sau

b) Chuyển vị ngang của nhóm cọc

B ng 2 2 H số gi m óm ối với h số ph n l c n n

(Davisson, 1970)

Khoảng cách gi a các cọc theo phư ng tải trọng

Hệ số giảm do nhóm cọc đối với nh hoặc k

3B 4B 6B 8B

0,25 0,40 0,70 1,00

2.4 KH S T ÀI T N THE PHƯƠNG PH P CỦA K.X.ZAVRIEV DỰA TRÊN MÔ HÌNH N N BI N DẠNG CỤC

B

Khảo sát bài toán cọc đ n tông cốt thép đư ng kính D = 1,0 m có

mô đun đàn hồi E = 28.000MPa, chi u dài l = 16 m Móng ch u tải trọng ngang Ho=30t Đất n n đồng nhất, có 1,818 t/m3; =11o42’; c=1,6 t/m

và m = 200 t/m4

Hình 2 11: Biể ồ mô men M(z) (a) và chuyển v ngang y(z) (b ) tính theo

ươ X Z e

CHƯƠNG 3

KH S T NG CỦ NG CỌC TƯƠNG T C V I

N N Đ T Ư I T C Đ NG CỦ T I T ỌNG NG NG 3.1 PHƯƠNG PH P PH N T CH ĐƯỜNG C NG

i ng ngang F e

c h n đối với nh ng ài to n cụ thể và cho nh ng giải ph p đ n giản và inh t ột số nhà nghi n cứu s ụng phư ng ph p phần t i n cho việc

ph n t ch ài to n nh m cọc [3, 4] ột mô hình phần t h u hạn 3- đã được ph t triển và s ụng trong một số ài to n đ a ỹ thuật [5, 6], phư ng

ph p nà hiện na s ụng rộng rãi trong việc hảo s t ứng của cọc và

n n đất

3.2 PH N T CH PHẦN T H U HẠN CH H NH TƯƠNG T C GI CỌC VÀ Đ T

trục tư ng ứng đối với cọc Theo tru n thống ch ng ta chọn trục à trục của cọc

Hình 3 2: m ầ ử

Đài cọc à t cấu àm ng tông cố thép đặt ch c ưới t c động của tải trọng ngang đài cọc được em à tu ệt đối cứng, đồng th i cũng quan s t nhi u số iệu thực t v ph hoại của m ng cọc, thì hình ạng và t cấu của đài cọc c n ngu n vẹn (Hình 3.3) o vậ giả thi t đài cọc à tu ệt đối cứng

phư ng trình chủ đạo v động ực họcError! Reference source not found

Nhưng mỗi phần t phải được g n vào một hệ trục tọa độ oa c i mà được

oa tư ng đối với hệ họa độ toàn cục ng phần tu ệt đối cứng của phần

t Vì vậ chu ển v c thể được t ch àm 2 phần phần tu ệt đối cứng

và phần i n ạng

3.2.3 h nh ậ iệ

a) ô hình Cap cải tiến

Trong phần nà chủ u tập trung vào mô tả vật iệu đất n n, nhưng vật iệu h c- tông cốt thép s ụng ph i n hông trình à trong uận văn nà Vì đất công trình được mô ph ng ở vùng đồng

ng sông C u ong n n đ a tầng đa số à đất nh o đ mô hình đất phù hợp chọn để mô ph ng à mô hình “Cap cải ti n”, đ cũng à mô hình s ụng để mô ph ng đ p ứng vật iệu của n n đất nh ô hình

nà th m “cap” mặt chả o vào mô hình ruc er-Prager tu n t nh

c i mà hỗ trợ hai mục đ ch ch nh

 iới hạn mô hình trong nén thủ tĩnh

 Kiểm so t sự trư ng nở thể t ch hi vật iệu đạt đ n giới hạn c t

Hình 3 4: M e -P e

b) ô hình ruc er-Prager cải tiến

Mô hình này chủ y u mô ph ng ứng x vật liệu ch u tải trọng

đ n, ch ng hạn như ph n t ch giới hạn của tải trọng của đất ưới n n

m ng C c đặc điểm c ản của mô hình này là:

 iai đoạn đầu vật liệu em như n m trong môi trư ng đàn hồi nên trở lại hình dạng an đầu, sau đ o i n dạng ngoài môi

trư ng đàn hồi không còn khả năng trở v trạng th i an đầu Vì vậy, vật liệu được em như vật liệu d o

 Các vật liệu an đầu à đ ng hướng

 Trạng th i đàn hồi phụ thuộc vào áp lực thuỷ tĩnh, một trong

k t quả của việc này vật liệu trở nên b n h n hi tăng p ực giới hạn Vật liệu có thể cứng hoặc m m đ ng hướng phụ thuộc vào áp lực thuỷ tĩnh như tr n

 Trạng th i hông đàn hồi thư ng đi èm với sự tha đ i v thể tích: Các nguyên t c dòng chảy có thể bao gồm sự giãn nở hông đàn hồi cũng như c t không đàn hồi Hai nguyên t c nà được áp dụng

 Trạng th i đàn hồi này b ảnh hưởng bởi độ lớn của ứng suất chính trung gian

3.2.5 Kế q à h o ận

Để ti n hành ph n t ch, đ tài này ti n hành phân tích móng cọc

đ n, m ng cọc hai tim và móng cọc bốn tim Với a trư ng hợp như sau:

 Thay đ i đư ng kính cọc

 Thay đ i tải trọng ngang tĩnh t c ụng cọc

 Thay đ i đi u kiện đ a chất công trình

Đ a chất công trình ti n hành khảo sát tại Đà Nẵng Error!

Reference source not found và B n Tre

Hình 3 9: M 02 c (a) và k t qu phân tích c c (b) ường kính 0.7m

Hình 3 10 M 02 c (a) và k t qu phân tích nhóm c c (b) D= 0.3m

T T NG

T NG

Hình 3 11: M 0 c (a) và k t qu phân tích c ( ) ường kính

0.3m

a) Khảo sát sự thay đổi đường kính cọc

T k t quả phân tích nhận thấy r ng cọc c đư ng kính lớn h n thì ít bi n dạng và chuyển v ngang của của cọc nh h n đối với cọc

c đư ng kính nh h n Hình 3 12)

Hình 3 12: Biể ồ chuyển v ngang c a c ổ ường kính c c

b) Khảo sát sự thay đổi tải trọng

Bi n dạng của cọc dài s không b xoay và d ch chuyển do có sức kháng b động của đất rất lớn ở phần ưới của cọc (Hình 3 13a)

Mô men uốn cọc dài có cả giá tr m và ư ng và c gi tr lớn nhất gần đầu cọc (Hình 3 13b) Cọc chủ y u làm việc tại khoảng 1/3 chi u dài cọc ở ph a tr n đi u này phù hợp với nghiên cứu và nhận xét của Chang (1937) khi x lý số liệu thí nghiệm của Feagin [7]

Hình 3 13: Biể ồ chuyển v ngang khi ổi áp l ầu c c (a) và mô men

c a c c ổ a ch t (b)

c) Khảo sát hi thay đổi địa chất

 Nhận thấy rõ ảnh hưởng của độ cứng đất tới sự làm việc của

lớn thì chuyển v ngang (Hình 3 14a), mô men uốn (Hình 3 13b) của cọc càng nh và cọc c đư ng kính càng lớn thì chuyển v ngang

càng nh như ph n t ch ở trên (mục a) Đi u này hoàn toàn phù hợp

với quy luật và đi u kiện làm việc thực t của cọc

h n đất y u, đi u này phù hợp với thực t xây dựng (Hình 3 15b)

Hình 3 15: Biể ồ chuyển v ổi kho ng cách giữa tim c c (a)

và sứ t n n ổ a ch t (b)

K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ

1 Kết luận

Trong nghi n cứu nà , t c giả đã đ uất phư ng ph p

“mu ti o namics” để hảo s t ứng của m ng cọc tư ng t c với n n đất ưới t c động của tải trọng ngang Qua ph n t ch phư ng

ph p nà đã đã phản nh được ứng của m ng cọc tư ng t c với

n n đất ưới t c động của tải trọng ngang nh m tìm hiểu c ch àm việc, ứng của m ng cọc đối với nhi u oại n n đất h c nhau