Là semina thuyết trình về nền móng ở lớp cao học xây dựng dưới sự hướng dẫn của thầy Tiến. Tiểu luận liên quan đến các GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘNG ĐẤT (tóm lược rất cô đọng và súc tích). Thích hợp cho những bạn muốn tìm hiểu nhanh về cách tính toán động đất hiện nay trong ngành xây dựng. Tài liệu dưới dạng power point giúp bạn có thể chỉnh sửa thêm bớt nếu cần thiết. (ko phải dạng pdf)
Trang 1CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN MÓNG CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
HÀ NỘI, THÁNG 03 NĂM 2010
Trang 2Cùng với sự phát triển của đất nước, nhu cầu xây dựng nhà cao tầng ngày một nhiều hơn Tuy nhiên, không phải tất cả các công trình cao tầng đó đều được thiết kế kháng chấn Hơn nữa, trong quá trình thiết kế kháng chấn các đơn vị tư vấn chủ yếu chỉ chú trọng tính toán kháng chấn cho phần thân công trình Còn khi thiết kế kháng chấn phần móng công trình, các đơn vị tư vấn thường chỉ sử dụng nội lực chân cột có kể đến tác động của động đất
để tính toán và cấu tạo kháng chấn cho móng công trình hiện nay Bộ Xây dựng đã ban hành Tiêu chuẩn "TCXD VN 375: 2005 Thiết kế kháng chấn cho công trình“ vào năm 2006 mặc dù vậy, trong thiết kế các công trình, vấn đề tính toán nền móng công trình chịu động đất gần như chưa được quan tâm
1 cách đúng mức Trong phạm vi chuyên đề này, chúng tôi cố gắng đưa ra một số vấn đề trong lĩnh vực này
một số vấn đề trong lĩnh vực này
Trang 3CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN MÓNG CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
B PHẦN NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
Phần I: Động đất – Tác động của động đất tới nền và công trình
Phần II: Phương pháp xác định tải trọng động đất tác dụng lên công trình
Phần III: Tính toán một số kết cấu móng chịu động đất theo TCXD VN 375: 2005
1 Móng nông
2 Móng bè
3 Móng hộp
4 Móng cọc
Trang 4I.1 Động đất
I.1.1 Định nghĩa & phân loại:
Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đất xảy ra khi một nguồn năng lượng lớn được giải phóng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phần vỏ hoặc trong phần áo trên của quả đất.
Trung tâm của các chuyển động địa chấn, nơi phát ra năng lượng về mặt lý thuyết, được quy về một điểm gọi là chấn tiêu Hình chiếu của chấn tiêu lên bề mặt quả đất gọi là chấn tâm Khoảng cách từ chấn tiêu tới chấn tâm gọi là độ sâu chấn tiêu (H).
Dựa vào (H) mà có thể phân loại động đất như sau:
Trang 5I.1.2 Ngu n g c c a đ ng đ t: ồn gốc của động đất: ốc của động đất: ủa động đất: ộng đất: ất:
Đ ng đ t có ngu n g c t ho t đ ng ki n t o ộng đất: ất: ồn gốc của động đất: ốc của động đất: ừ hoạt động kiến tạo ạt động kiến tạo ộng đất: ến tạo ạt động kiến tạo
PHẦN I: ĐỘNG ĐẤT – TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TỚI NỀN
ĐẤT VÀ CÔNG TRÌNH
Trang 6 Do sự giãn nở trong lớp vỏ đá cứng của quả đất.
Trang 7I.1.3 Cường độ và cấp động đất
Theo giá trị gia tốc nền thiết kế ag = I.agR, chia thành ba trường hợp động đất
Động đất mạnh ag 0,08g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấng, phải tính toán và cấu tạo kháng chấn
Động đất yếu 0,04g ag < 0,08g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấng, chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn - đã được giảm nhẹ
Động đất rất yếu ag < 0,04g, không cần thiết kế kháng chấn
PHẦN I: ĐỘNG ĐẤT – TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TỚI NỀN
ĐẤT VÀ CÔNG TRÌNH
Trang 8I.2 Tác động của động đất tới nền đất và công trình
I.2.1 Tác động của động đất tới nền đất:
Khi động đất xảy ra, nền đất có thể bị mất ổn định kèm theo những chuyển vị lớn trên bề mặt gây ra sự phá hoại các công trình xây dựng Những hiện tượng sau đây có thể xảy ra cho nền đất:
Lún sau khi sóng địa chấn đi qua (nền đất có cấu trúc hạt rời
và xốp)
Sụt lở hoặc các chuyển động trên mặt đất.
Hóa lỏng (nền đất bão hòa nước và được tạo thành từ các
hạt rời không nén chặt) Hóa lỏng là sự giảm sức chống cắt và/hoặc độ cứng do tăng áp lực nước lỗ rỗng trong các vật liệu rời bão hoà nước trong lúc có chuyển động nền do động đất, đến mức làm tăng đáng kể biến dạng lâu dài của đất, hoặc dẫn tới điều kiện ứng suất hữu hiệu của đất gần bằng 0
Trang 9PHẦN I: ĐỘNG ĐẤT – TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TỚI NỀN
ĐẤT VÀ CÔNG TRÌNH
Việc nghiên cứu phản ứng địa chấn của một công trình được thực hiện với giả thiết nền đất ổn định, không biến dạng thường xuyên Đối với những nền đất có thể bị mất ổn định khi động đất xảy ra cần phải
áp dụng các kỹ thuật gia cố nền trước khi xây dựng.
I.2.2 Tác động của động đất tới công trình:
Động đất có thể làm cho các công trình xây dựng bị phá hoại theo các cách sau:
Bằng lực quán tính sinh ra khi nền đất chuyển động
Bằng hỏa hoạn phát sinh
Bằng cách thay đổi các tính chất cơ lý của nền
Bằng chuyển vị trực tiếp của đứt gãy tại vị trí xây dựng.
Bằng cách tạo ra các sóng nước như sóng địa chấn ( sóng
thần) hoặc chuyển động chất lỏng trong các bể chứa và hồ.
Trang 10 Một số hình ảnh phá hoại do động đất
Trang 11PHẦN I: ĐỘNG ĐẤT – TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TỚI NỀN
ĐẤT VÀ CÔNG TRÌNH
Trang 13PHẦN I: ĐỘNG ĐẤT – TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT TỚI NỀN
ĐẤT VÀ CÔNG TRÌNH
Trang 15
PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TÁC
DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
Trên thế gới hiện nay có các phương pháp tính toán kết cấu chịu tác động động đất như sau :
Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương.
Phương pháp tĩnh phi tuyến ( phương pháp tính toán đẩy
dần “ push-over”)
Phương pháp phổ phản ứng.
Phương pháp phân tích dạng chính
Phương pháp tích phân trực tiếp phương trình chuyển động.
Việc lựa chọn phương pháp tính toán kết cấu khi thiết kế kháng chấn
có thể dựa vào các tiêu chí sau đây:
Mức độ phức tạp của kết cấu
Tính đều đặn của công trình
Trang 17PHẦN III: TÍNH TOÁN MỘT SỐ KẾT CẤU MÓNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
THEO TCXD VN 375: 2005
III.1 Móng nông
Công thức chống trượt ngang
V Ed ≤ F Rd + E pd trong đó:
E pd : Sức kháng theo phương ngang do áp lực đất lên mặt
bên của móng
F Rd : Sức kháng do ma sát của móng với nền đất.
Với : + N ed : lực pháp tuyến thiết kế lên đáy móng nằm ngang + d : góc ma sát giữa bề mặt kết cấu và nền tại đáy móng.
+ M : hệ số riêng của tham số vật liệu, lấy bằng giá trị áp dụng cho (=1,25)
Trang 18một móng nông dạng băng đặt trên bề mặt đất đồng nhất có thể được kiểm tra bằng biểu thức như sau:
V 1
c c
b k k a
c c
N F
m N
M F
f N
F m N
+ :hệ số của mô hình (các giá trị cho thông số này được cho trong bảng).
+a, b, c, d, e, f, m, k, k’, cT, cM, c’M, b, : là trị của các thông số phụ thuộc vào
loại đất, được cho trong bảng.
F
Rd
Trang 19PHẦN III: TÍNH TOÁN MỘT SỐ KẾT CẤU MÓNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
THEO TCXD VN 375: 2005
Trang 20III.2 Móng bè
Việc tính toán cho móng nông cũng có thể áp dụng cho móng bè Có thể kiểm tra khả năng chịu lực của nền đất tự nhiên dưới tác dụng của động đất theo phương pháp sau :
Áp lực bình quân và áp lực lớn nhất ở mép đáy móng phải thoả mãn điều kiện:
sE
sE
f W
M A
G F p
f p
2 , 1
Trang 21PHẦN III: TÍNH TOÁN MỘT SỐ KẾT CẤU MÓNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
THEO TCXD VN 375: 2005
Trong đó : + F, G, A, p, p max là các thông số hình học và tải trọng
+ f sE : trị thiết kế khả năng chịu lực chống động đất của nền đất xác định theo công thức sau:
+ :hệ số điều chính khả năng chịu lực chống động đất của đất nền.
+ : trị thiết kế khả năng chịu lực cúa đất nền sau khi hiệu chỉnh theo
độ sâu và bề rộng móng
+ : trị số thiết kế khả năng chịu lực của đất nền tự nhiên
+ : hệ số hiệu chỉnh khả năng chịu lực theo bề rộng và độ sâu của móng: trọng lượng của đất (kN/m3)
+ b : bề rộng của mặt đáy móng (m), khi b<3m lấy b = 3m; khi b>6m lấy b=6m
+ : trọng lượng bình quân của của đất bên trên mặt đáy móng (kN/m3) + d: độ sâu chôn móng, tính từ mặt đất ngoài nhà trở xuống
Trang 22tác dụng của động đất không được vượt quá 15% diện tích mặt đáy móng khi B/H<4.
Trang 23PHẦN III: TÍNH TOÁN MỘT SỐ KẾT CẤU MÓNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
THEO TCXD VN 375: 2005
Trang 24III.3 Móng hộp
Việc tính toán kiểm tra cường độ đất nền tương tự như móng bè
Ngoài ra còn phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Diện tích có áp lực bằng không ở đáy móng không vượt
quá 25% diện tích đáy móng
Khi có xuất hiện áp lực bằng không ở đáy móng với e>B/6
thì tính pmax như sau:
a L
G N p
.3
)(
Trang 25PHẦN III: TÍNH TOÁN MỘT SỐ KẾT CẤU MÓNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
+ Sơ đồ tính áp lực lên đất nền
Trang 26 Động đất làm giảm cường độ R của đất ở mũi cọc và làm giảm ma sát thành f S của đất ở mặt xung quanh cọc, do đó làm giảm sức chịu tải của cọc
Cọc và trụ phải được thiết kế để chịu 2 dạng ảnh hưởng của tác động.
Các lực quán tính từ kết cấu bên trên Những lực này, được
tổ hợp với tải trọng tĩnh, cho các giá trị thiết kế N Ed , V Ed , M Ed
Các lực động phát sinh từ biến dạng của đất xung quanh do
Trang 27PHẦN III: TÍNH TOÁN MỘT SỐ KẾT CẤU MÓNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
THEO TCXD VN 375: 2005
Khi thiết kế nền móng trong vùng có động đất, phải tính theo
tổ hợp tải trọng đặc biệt, trạng thái giới hạn thứ nhất về sức chịu tải và ổn định.
Khi tính toán sức chịu tải của cọc làm việc dưới tác tác dụng
của tải trọng nén hoặc nhổ, giá trị của sức chống mũi cọc q p
và sức ma sát f i cần nhân với hệ số giảm thấp điều kiện làm việc của đất nền m c1 và m c2 cho trong bảng
Ngoài hệ số m c1 ra, q p còn phải nhân với hệ số làm việc m c3
Lấy m c3 =1, khi L e >=3 và m c3 = 0,9 khi L e < 3, trong đó L e là chiều dài tính đổi của cọc xác định theo công thức:
Trong đó: + L : chiều sâu cọc thực tế (mũi cọc)
+ : hệ số biến dạng (1/m), xác định theo công thức:
b K
b
c
Trang 28- khi chiều rộng của cọc b>= 0,8g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấnm thì b c =b+1m
- khi chiều rộng của cọc b< 0,8g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấnm thì b c =1,5b+0,5m
E b : môđun đàn hồi của bêtông cọc (t/m 2 )
I: mômen quán tính tiết diện ngang cọc (m4)
K: hệ số tỉ lệ (t/m 4 ), tra theo bảng
Trang 29PHẦN III: TÍNH TOÁN MỘT SỐ KẾT CẤU MÓNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
THEO TCXD VN 375: 2005
Đồng thời ma sát bên f i trong khoảng cách từ mặt đất đến độ
sâu h tt lấy bằng 0.
h tt = Với : Hệ số biến dạng, xác định theo công thức ở trên
bd
4
bd
Trang 31CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN MÓNG CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT
II Kiến nghị
Qua việc nghiên cứu có một số kiến nghị như sau:
Tác động của động đất lên công trình là đáng kể, nên trong quá trình thiết kế, việc tính đến tải trọng tác dụng của động đất là cần thiết Hiện nay quá trình thiết kế kháng chấn hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc xác định tải động đất tác dụng lên phần thân rồi truyền xuống kết cấu móng, mà chưa quan tâm tới việc tính toán phần móng trong trường hợp có động đất.
Do động đất có thể gây hóa lỏng nền đất nên khi thiết kế kháng chấn, cần có các số liệu địa chất chính xác để có thể xác định được lớp đất không bị hóa lỏng.
Cần có những nghiên cứu sâu hơn để đưa ra các qui trình tính toán kết cấu móng chịu tác động động đất một cách rõ ràng, thuận tiện cho việc thiết kế thực tế
