chương ii: móng nông trên nền thiên nhiên doc

* Với móng bằng BTCT thì không cần khống chế tỷ số H/L màcăn cứ vào kết quả tính toán theo nguyên tắc móng mềm để xác địnhkích thớc của móng và của cốt thép..  KC bên trên có thể nằm gọ

chơng iimóng nông trên nền thiên nhiên

$1.Khái niệm chung:

Đặt trực tiếp lên nền thiên nhiên Móng xây trong hố móng đào trần( Khoảng dới 2-3m) Thi công đơn giản Trong t/toán bỏ qua sự làm việc của

* Tuỳ theo khả năng chịu uốn của móng ngời ta chia móng làm 2 loại:

Móng cứng: Là loại móng ít hoặc không chịu uốn

Móng mềm: Là loại móng chịu uốn nhiều

Tính toán 2 loại móng này hoàn toàn khác nhau Móng cứng chủ yếu chịunén, móng mềm ngoài khả năng chịu nén còn có khả năng tiếp thu ứ /s kéo

Móng cứng tính toán tơng đối đơn giản

Móng mềm tính toán phức tạp tính toán nh KC Dầm & Bản đặt trên nền

 (tức là tỷ số H/L hoặc h/l).

Trên cơ sở kinh nghiệm để KC móng không xuất hiện:

Vết nứt do ứng xuất kéo gây ra thì góc mở  không đợc > max

nhất định, nghĩa là tỷ số:

H/L  Đối với toàn móng

Hoặc h/l  đối với mỗi bậc không đợc nhỏ hơn trị số trong bảng sau:

* Với móng BT, BT đá hộc, Đá hộc:

13

* Với móng bằng BTCT thì không cần khống chế tỷ số H/L màcăn cứ vào kết quả tính toán theo nguyên tắc móng mềm để xác địnhkích thớc của móng và của cốt thép Nếu chỉ đặt thép ở bậc cuối cùngthì các bậc bên trên phải có tỷ số h/l >1

h  V.liệu:  Gạch: 14cm; 21cm; 28cm

 Đá xây: Đủ cho 2 lớp xây: 35  60cm.cm

 Bê tông: h  30cm.cm

+ Móng toàn khối:

-Thép chờ cột có đờng kính bằng đờng kính cốt thép dọc trong cột

-Thép chờ ngàm vào móng không nhỏ hơn 30cm lần đờng kính cốt thép

-Chiều cao mép ngoài bằng khoảng 2/5 chiều cao móng  để bê tôngkhông bị chảy xuống khi thi công

+ Mãng l¾p ghÐp:

15

Móng có chiều dài rất lớn so với chiều rộng.

Do cấu tạo liên tục của công trình bên trên nh tờng nhà, tờng chắn thì dùngmóng băng là đơng nhiên Còn dới hàng cột thì nếu dùng móng đơn kích th-

ớc lớn đến mức gần nhau thì tốt nhất là dùng móng băng

16

Ưu:

- Giảm áp lực đáy móng

- Phân bố tải tơng đối đều đặn lên nền

- Nếu đủ độ cứng móng có tác dụng làm giảm chênh lệch lún giữa các cột

Có thể cấu tạo móng băng giao nhau.

 Móng bản có kích thớc vừa dài vừa rộng

 KC bên trên có thể nằm gọn trên một bản móng liên tục hoặcnhiều bản ghép lại với nhau

Móng bản thờng làm bằng BTCT móng có khả năng chịu uốn theo 2 phơngnên nó đợc dùng trong trờng hợp:

 Đất nền có cờng độ thấp,

17

4 Cấu tạo giằng móng:

Thờng cấu tạo nhằm tăng độ cứng công trình  giảm chênh lệch lún

H giằng – Chọn theo kinh nghiệm tuỳ thuộc vào đIều kiện địa chất và lới cột

$.3 tính toán thiết kế móng nông cứng:

Móng cứng là móng có độ cứng lớn  dới tác dụng của tải trọng công trình

 móng biến dạng nhỏ có thể bỏ qua  ứng xuất tiếp xúc dới đáy móng coi

Sao cho thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật, thi công và kinh tế.

Trình tự thiết kế có thể theo sơ đồ sau:

18

Tính toán: Xác định kích thớc đáy móng để thoả mãn 2 điều kiện:

Đảm bảo ổn định và sức chịu tải của nền:  TTGH1

19

Biến dạng trong phạm vi cho phép:  TTGH2

A Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn I:

Phải chọn kích thớc đáy móng sao cho ứng xuất do tải trọng tính toán tại mức đáy móng không đợc vợt quá sức chịu tải giới hạn của nền.

Trên cơ sở xem xét tài liệu Địa chất, Công trình ta giả định kích thớc

và độ sâu đặt móng: l; b; hm

Xác định khả năng chịu tải của nền:

( Theo những phơng pháp đã học trong Cơ học đất)

giải nửa thực nghiệm, những kết quả này đợc lập cho nền đất đồng nhất,hoặc cũng phải có một lớp đất đồng nhất khá dày dới đáy móng (khoảng 3lần bề rộng móng hoặc 1 đến 1.5 lần bề rộng của nhà hay công trình) thôngthờng hay dùng kết quả của Terzaghi

Ph

có các chỉ tiêu cờng độ khác nhau; phụ tải 2 bên móng chênh lệch nhau quá25%; móng đặt trên mái dốc, đặt dới mái dốc hoặc đặt trên một tầng đấtphân bố rất dốc thì trong những trờng hợp này phải dùng phơng pháp đồ giảivới việc giả thiết mặt trợt để xác định sức chịu tải của nền, thông thờng haydùng phơng pháp mặt trợt trụ tròn

(Để cho đơn giản trong trờng hợp nền nhiều lớp có thể làm theo cách gần

đúng sau: Tính toán với lớp thứ nhất xong thì chuyển sang kiểm tra lớp thứ hai bằng cách tạo ra một móng khối quy ớc trên mặt lớp hai để tính toán)

Ph

ơng pháp 1 :

Theo Terzaghi cờng độ tải trọng giới hạn trung bình trong trờng hợp:

Bài toán phẳng nh sau:

c q

P  0 , 5     ' 

Bài toán không gian:

c c q q

20cm.

Cờng độ tính toán của nền đất đợc chọn:

s

u F

* Công trình xây dựng trên nền đất yếu:

+ Mô hình trợt sâu: mặt trợt giả định : - trụ tròn: ABCDE

- hỗn hợp: ABC’DE

hệ số ổn định đợc tìm theo cách loại dần: – Cơ đất

+ Trờng hợp đơn giản: coi tải phân bố trên một diện tích quy ớc nào đó saukiểm tra tơng tự nh móng nông trên nền thiên nhiên

B qu  

- Móng chữ nhật :

2

; ' 2 a b F

( ' (

- kiểm tra mặt trợt trụ tròn trong lớp đất

- kiểm tra mặt trợt phẳng định trớc tại các mặt phân chia đất - đá

P tb  tt  ( tb =20cm.KN/m 3 )

Ntt: Tải trọng tính toán do công trình truyền xuống

G: Trọng lợng móng và đất trên móng; G = (tb  h m  F)l,b: Cạnh đáy móng

min

e l

e F

+ Giải ph/trình: P tb R theo b, chọn b theo nghiệm của ph/trình

Kiểm tra b theo chuẩn: Pmax  1 2R Nếu không thoả mãn thay b lớn hơncho đến khi thoả mãn

Công trình chịu tải trọng ngang lớn:

22

b

c E

W1

2 W

Eb

S = c + tg

 Phải xét vấn đề ổn định về vị trí của móng (trợt ngang hoặc quay):+ Đảm bảo móng khỏi bị trợt theo mặt đáy móng.

Tờng có thể bị mất ổn định do trợt phẳng theo đáy móng: Mức độ ổn

định trong tình huống này đợc đánh giá qua hệ số ổn định Kođ xác định

Mgiữ - Mô men của các lực so với tâm quay có xu hớng giữ móng

Mquay- Mô men của các lực với điểm A có xu hớng làm cho móng bị quay

23

Tờng có thể bị đẩy lật ra phía trớc quanh mép móng:

– h2 : khoảng cách tơng ứng của áp lực đất (bị động) trớc tờng.Thiên về an toàn, có thể lấy Eb = 0cm

B Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn II:

n S

Tuỳ theo số liệu đợc cung cấp mà chọn công thức tính lún:

i i

i i

i

e

e e

S

1

2 1

Trờng hợp có các thí nghiệm khác, độ lún dự báo theo mô hình:

nền “ Đàn hồi” hoặc lớp “Đàn hồi”

const o gl

E b p

i

E b p

Chênh lệch lún do công trình bị uốn.

 Ngoài ra cần lu ý đến chênh lệch lún thay đổi theo thời gian- Do đấtdính biến dạng kéo dài theo thời gian ( Cố kết) Vì vậy khi thiết kếcòn phải xét đến tốc độ biến dạng của móng

Bởi vì trị chênh lệch lún tính theo các trị số ổn định cha hẳn đã là trị chênh lệch lớn nhất Do đó tìm chênh lệch lún thay đổi theo thời gian có ý nghĩa quan trọng.

* Các tr ờng hợp nh sau cần xem xét:

Các bộ phận CT đợc thi công xong không đồng thời và đa vào

sử dụng không đồng thời

Đất nền có tốc độ cố kết chậm ( Cv < 1.10cm.7 cm2/năm), hoặckhác nhau ở mỗi nơi

Chiều dày tầng đất chịu nén dới móng khác nhau

C Tính toán độ bền của móng:

Móng có thể bị phá hỏng theo mấy kiểu nh sau:

1 Bị chọc thủng bởi ứng xuất cắt trực tiếp

Ntt - tổng tải trọng tính toán của CT tác dụng lên móng

u - chu vi của cột hay tờng đặt lên móng

Trờng hợp 2:

* Với móng đơn chịu tải đúng tâm:

o tb

k b h R

P 0 75  Từ đó tìm ra h o  H = h o + a( lớp bảo vệ)

Rk - Cờng độ chịu kéo tính toán của bê tông

ho - Chiều cao làm việc của móng

btb - Giá trị trung bình số học của chu vi phía trên và phíadới của tháp đâm thủng: b tb  2h cb c 2h o

P- Lực đâm thủng xác định theo tính toán

Phần áp lực dới đế móng nằm trong phạm vi tháp đâm thủng chỉ gây lực ép cho tháp

mà không có tác dụng cắt bê tông theo mặt nghiêng của tháp

N  là lực dọc tính toán ở tiết diện chân cột  P = N - F đt p đ

Trong đó: Fđt  diện tích đáy của tháp đâm thủng,

) 2 )(

01 8

 Với móng đơn chịu tải lệch tâm :

Xác định tơng tự  xét về phía  pmax  thiên về an toàn

26

Trong đó:

o c

tt tt

Tính độ bền chịu uốn của móng – Tính toán cốt thép đáy móng:

Với móng đơn chịu tải đúng tâm:

Xem móng làm việc nh những bản con son bị ngàm ở tiết diện châncột, tiết diện giật cấp Tính cho cả 2 phơng, ở mỗi phơng phải tínhcho các loại tiết diện kể trên

L

Sơ đồ tính cốt thép đáy móng

Mô men uốn trên tiết diện I-I là M1 sẽ do phần phản lực đất trong phạm vihình thang ABCD gây ra,

Tơng tự M2  do EBCF

Tuy nhiên để đơn giản tính toán:

 thiên an toàn M1  BCHG; M2  BCKI

M1= 0cm 125pđ b (l-hc)2

M2= 0cm 125pđ b (l-a1)2

Vậy:

oi a

i i i

ai

h R

M F

9 0



  M lấy giá trị M1 để tính fa1; M2 để tính fa2

 Hàm lợng cốt thép không nhỏ hơn min đối với cấu kiện chịu uốn

Với móng băng: Cốt chịu lực đặt theo phơng ngang

Cốt cấu tạo đặt theo phơng dọc.

Tuy vậy nếu kể đến sự lún không đều theo phơng dọc tờng do địa chất thay

đổi, cũng nh khi có khoét lỗ cửa thì cốt thép đặt theo phơng dọc sẽ phải chịulực  nên khi khi nền phức tạp thờng  cấu tạo thêm sờn và đặt cốt thépdọc trong sờn

Với móng đơn chịu tải lệch tâm:

Cũng giống nh đối với móng chịu nén đúng tâm

p p

p tb  

Nh hình bên Fa2 ở tiết diện II-II đợc tính theo

2

2 max 2

p p

chiều dài móng: No ( Lực / chiều dài); Mo ( Lực Chiều dài / chiều dài) Các tính toán

Do có áp lực đất nên đây là trờng hợp

đặc biệt của móng chịu tải trọng ngang:

tải trọng lúc đó gồm: áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động, tải trọng tạmthời tác dụng lên mặt đất ngoài nhà, áp lực nớc

. 2

tc d

tc

N n

Q

n1: hệ số vợt tải đối với lực kéo lên P tại đỉnh móng, lấy bằng 1,2

n2 : Hệ số vợt tải đối với lực giữ lấy bằng 0cm.,8

Vẽ biểu đồ áp lực đất trên mặt phẳng thẳng đứng  nghĩa là tính áplực ngang v; sau đó phân thành các phần riêng và tìm áp lực trung bìnhtrên mỗi phần





  v.tg : Góc ma sát trong của đất

Với đất cát thay cho lấy  ta lấy hệ số ma sát để tính

Lực ma sát của đất tại mặt bên móng không đợc kể đến, vì trị số của nókhông đợc xác định rõ ràng do việc lấp móng có thể dùng loại đất bất kỳ

Việc không kể đến ma sát chỉ thiên về an toàn Nếu lấp móng bằng đất cát

có lèn chặt thì có thể kể đến ma sát giữa đất và tờng móng

áp lực dới móng:

m tb

n

oi

h F

Các bứơc tính toán sau đó giống móng dới cột, tờng Khi kiểm tra chiều cao

và cốt thép trong móng thì căn cứ vào cấu tạo vị trí các cột mà có sơ đồ tínhtoán phù hợp

+ Không xét độ cứng của móng thì tính toán chỉ có ý nghĩa thực tiễncho việc tính ứng xuất còn tính móng sai số sẽ lớn

+ Tuy nhiên để để đơn giản tính toán ta chỉ xét khi biến dạng uốn lớn

E

t o Eo - mô đuyn biến dạng của nền

E - mô duyn đàn hồi của vật liệu móng

l - nửa chiều dài móng

h - chiều dày móngKhi tỷ số hai cạnh:  7

Do đó nó chỉ đúng khi: CT bên trên là tuyệt đối cứng

Phản lực nền phân bố đều

(Nhà > 9 tầng)

b, CT+M+N đợc gắn với nhau và có tác động qua lại với nhaunên đúng đắn phải xem xét nh 1 thể thống nhất để tính toán tuynhiên khó khăn về mặt thuật toán nên cha áp dụng rộng rãi

c, Hiện nay phổ biến dùng cách rời rạc kết cấu tức là tách riêngmóng và xét sự làm việc đồng thời của móng và nền: Tức là xét 1 KC

có biến dạng đặt trên nền cũng có biến dạng và xác định nội lực trongmóng – Tính toán kết cấu trên nền đàn hồi

Do đó: Việc thiết kế móng băng mềm  bao gồm:

+ Xác định sơ bộ bề rộng móng  tơng tự móng băng cứng  với giảthiết  phản lực nền phân bố đều

+ Thiết kế cốt thép cho móng trên cơ sở kết quả bớc 3

Ph¬ng tr×nh trôc vâng cña dÇm:

x d

1 ) (x f p x

) (

2 ) (x f S x

+ Mô hình nửa không gian biến dạng tổng thể.

Theo But xi nét:

R E p S

o

o y

x



2

) , (

Để so sánh: ta xem xét mặt biến dạng của nền:

theo mô hình Winkler (đờng 4)

theo mô hình nửa không gian đàn hồi (đờng2)

theo kết quả thí nghiệm (đờng 3)

Về việc lựa chon mô hình nền:

Từ kết quả thực nghiệm các tác giả đã đa ra những kết luận:

1 độ lún của đất ngoài phạm vi đặt tải  tắt rất nhanh: thông thờngvùng lún khoảng 0cm.,3 – 0cm.,5 đờng kính tấm nén Nh vậy đất có tínhphân phối rất yếu

34

P

43

2

2 Khi độ ẩm tăng tính phân phối giảm, đất bão hoà nớc tính phânphối của nó không đáng kể

3 Mặt biến dạng của nền khi xem là bán không gian đàn hồi tắt quáchậm so với thực tế quan sát

Do đó kết luận:

Đất mềm dùng mô hình winkler hợp hơn, tuy nhiên hệ số nền c không có ýnghĩa rõ ràng: nó không phải là hằng số mà nó thay đổi phụ thuộc độ cứngCT; khoảng tác dụng của tải trọng

Nớc ta đồng bằng sông Hồng và Cửu long sẽ gặp đất mềm, chứa nhiều nớc,nớc ngầm cao nên tính phân phối của đất yếu do đó nên chọn mô hìnhWinkler

3 Tính toán móng dầm theo mô hình nền biến dạng cục bộ:

d

S

) ( 4 ) (

35



dx dSx

§¹o hµm (1) ( Gãc xoay =0) kÕt hîp víi (2) ta cã:

) (

C EJa

P d

S d

4

2

2

ax ax

e a

P dx

Sx d EJ

ax e

P dx

Sx d EJ

a

P S

2

8 3 max  

b

aP p

2

max 

a

P M

Các trờng hợp khác tơng tự

Trong các giáo trình nền móng có các bảng tra kết quả tính toán cho các ờng hợp cơ bản

tr-Lực tập trung, mô men tập trung ở điểm giữa dầm dài, bản vuông hoặc tròn

Có thể giải bài toán móng dầm, bản chịu nhiều tải tập trung bằng cách ápdụng các bài toán cơ bản với nguyên lý cộng tác dụng

4.Tính toán móng dầm theo mô hình nền là bán không gian BDTT

Hệ P/Trình vi phân cơ bản đối với móng loại dầm:

dx x x p

o

2

1 ) (

2 )

 Phơng pháp phần tử hữu hạn:

Có thể dùng các chơng trình phần mềm dùng cho việc tính toán móngloại dầm bản:

Ví dụ chơng trình SAP 90cm.; SAP 20cm.0cm.0cm với mô hình Winkler

* Phơng pháp Phần tử hữu hạn – ứng dụng SAP 2000

Bằng việc chia nhỏ kết cấu móng thành các phần tử nhỏ và hệ móng vànền đợc mô hình hoá nh sau:

+ Kết cấu móng:

dầm đợc thay thế thành các phần tử frame, bản là các phần tử shell

+ Nền:

đợc thay thế bằng các gối đàn hồi spring – là các lò so có độ cứng:

K=C ax bx ( ax; bx – là diện tích chịu tải của nút đang xét)

a, Móng dạng dầm đơn:

37

* ứ ng dụng SAP 20cm.0cm.0cm – giải nội lực móng:

Bớc1: Tạo sơ đồ hình học: frame (móng dầm), shell (bản)

Bớc 2: Khai báo số liệu đầu vào: vật liệu, tiết diện, tải trọng, tổ hợpnếu có

Bớc 3: Gán tải trọng, điều kiện biên

Bớc 4: Chia nhỏ kết cấu móng thành các phần tử nhỏ kích thớc bằngnhau ( kích thớc phần tử tuỳ thuộc vào mặt bằng móng và yêu cầutính toán – càng nhỏ càng chính xác – số lợng phần tử lớn)

Bớc 5: Tính độ cứng của gối đàn hồi thay thế và gán cho từng nút –chú ý diện tích thay thế K= c Ftt

Bớc 6: Kiểm tra số liệu nhập  phân tích nội lực

Bớc 7: Xem kết quả nội lực:

38 Diện chịu tải.

+ Biểu đồ (M;Q) của dầm móng, phản lực của các gối đàn hồi:

Rz và Uz

Bớc 8: Kiểm tra kết quả:

Phản lực nền Rz luôn dơng ( nền không chịu kéo)  nếu Rz < 0cm 

bỏ liên kết tại đó cho Uz= 0cm  phân tích lại nội lực

Bớc 9: Kiểm tra cờng độ nền và tính toán cốt thép

* Tính lặp hệ số nền:

+ Tại sao phải tính lặp:

Độ cứng K – tính theo các công thức thực nghiệm  không chínhxác  tính lặp tìm K

+ Cách tính lặp:

Lần 1: tính K1 theo các công thức thực nghiệm

phân tích kết quả đợc Rz1, Uz1  nếu K đúng thì Uz1 = S; S - độ lúncủa nền tính cho móng có kích thớc phân tố theo phơng pháp cộnglún từng lớp đã học trong Cơ học đất

39