Bài Tập Lớn Tường Chắn Đất ĐH Mở

Bài tập lớn tường chắn đất do sinh viên Đại Học Mở TP. Hồ Chí Minh thức hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Dương Hồng Thẩm, có file cad kèm theo, đạt được kết quả cao, có số liệu sơ bộ: SỐ LIỆU ĐỀ : B10131NB :Tường cừ bản1 :Có neo0 :Không có tải trọng bề mặt q1 :Mã số của số liệu địa chất sau tường

SỐ LIỆU ĐỀ : B10131N Phân tích đề bài:

B :Tường cừ bản

1 : Có neo

0 : Không có tải trọng bề mặt q

1 : Mã số của số liệu địa chất sau tường

C1 ϕ1 γ 1 (kN/m 3) γ1BH (kN/m3) C2 (kN/m2) ϕ2 γ2BH(kN/m3)

Mã chiều cao tường chắn H =7m

3 : Chiều sâu đặt thanh neo tính từ mặt đất y1 =1m

Góc ma sát sau lưng tường δ = 0

Độ sâu mức nước ngầm Z =2m

1 : Vật liệu sử dụng là bê tông cốt thép, bê tông Mác 300, cốt thép cường

độ Ra = 2700 kgf/cm2

N : Yêu cầu tính thanh neo

A LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CỦA SƠ ĐỒ TÍNH

C1 = 0

1

ϕ = 30 0

γ 1 = 17 kN/m 3

BH

1

γ = 20 kN/m3

C 2 = 0

2

ϕ = 30 0

BH

2

γ = 21 kN/m3

Tneo

B XÁC LẬP SƠ ĐỒ TÍNH VÀ NHẬN ĐỊNH LOẠI CÔNG TRÌNH

B.1 Phân loại:

B.1.1 Phân loại theo vật liệu:

 Vật liệu sử dụng là bê tông cốt thép: Bê tông Mác 300 và cốt thép cường độ Ra = 2700 kgf/cm2

B.1.2 Phân loại theo tính chất:

 Tường cừ bản có neo

B.1.3 Phân loại theo mục đích:

 Kết cấu tường cừ bản chịu áp lực ngang

B.1.4 Phân loại theo mô hình tính toán:

 Do tường cừ bản có neo cắm vào đất rời (c = 0), sử dụng phương pháp gối đỡ đất tự do cho đất rời

B.1.5 Giới hạn của sơ đồ tính:

 Phương pháp gối đỡ đất tự do giả thiết tường cừ bản cứng (trong quá trình làm việc, sự phân bố lại áp lực chủ động/áp lực bị động đều không thay đổi do dó tạo ra tại vị trí neo có sự xoay

B.1.6 Lựa chọn hệ số an toàn:

 Giả sử lấy hệ số an toàn SF =2, sau đó tìm ra độ sâu chôn tường

cừ bản f ứng với hệ số an toàn bằng 1

C BIỂU ĐỒ ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT

Dữ kiện đề bài là lưng tường trơn phẳng ⇒ áp dụng lý thuyết của Rankine để tính các hệ số áp lực ngang

Hệ số áp lực ngang chủ động

o Lớp đất thứ 1 (tính từ mặt đất đến chiều sâu H =7m)

33 , 0 30 sin 1

30 sin 1 sin 1

sin 1

0 0 1

1

+

−

= +

−

=

ϕ

ϕ

a

K

o Lớp đất thứ 2 (tính từ chiều sâu H =7m đến độ sâu f )

33 , 0 30 sin 1

30 sin 1 sin

1

sin 1

0 0 2

2

+

−

= +

−

=

ϕ

ϕ

a

K

Hệ số áp lực ngang bị động

o Lớp đất thứ 1 (tính từ mặt đất đến chiều sâu H =7m)

3 33 , 0

1 1 1

a p

K K

o Lớp đất thứ 2 (tính từ chiều sâu H =7m đến độ sâu f )

3 33 , 0

1 1

2

a p

K K

C 1 Dạng biểu đồ áp lực ngang nước

Giả thiết độ sâu chôn cừ f =6m

C 2 Áp lực thuỷ động

2 / 62 , 34 81 , 9 5 6

* 2

6

* 5

* 2 2

2

m kN a

b

ab

+

=

∗ +

C 3 Lực thấm khối j tác động lên dung trọng

• Đất sau tường (dòng thấm hướng xuống) ở độ sâu từ 2m→7m

3 / 89 , 2 81 , 9 17

5

L

H

∆

∆

' 1

1 j 20 9,81 2,89 13,08kN/m

γ

• Đất sau tường ở độ sâu từ 7m→13m

' 2

2 j 21 9,81 2,89 14,08kN/m

γ

• Đất trước tường (dòng thấm hướng lên) ở độ sâu từ 7m→13m

'

2 j 21 9,81 2,89 8,3kN/m

γ

C.4 Áp lực ngang chủ động

• Tại độ sâu z=2m

2 1

1 1

1 z K 17 2 0,33 11,22kN/m

• Tại độ sâu z 7= m phía sau tường

1 2 1 1

2 p ( z K ) 11,22 13,08*5*0,33 32,8kN/m

• Tại độ sâu z 13= mphía sau tường

2 3 2 2

3 p ( z K ) 32,8 14,08*6*0,33 60,7kN/m

• Tại độ sâu z 13= mphía trước tường

2 2

4

4 z K 8,3*6*3 149,4kN/m

32.8 kPa

60.7 kPa 149.4 kPa

11.22 kPa

BIEU DO AP LUC NGANG CUA DAT

34.62 kPa

32.8 kPa 121.5 kPa

11.22 kPa 20

1

3

4 7

34.62 kPa

27.9 kPa 27.9 kPa

5

6

Lấy ∑M neo=0

Ta lập bảng tính toán như sau:

8 , 830 7 , 374 1771 7

, 233 4 , 196 7 , 3

+ +

+ +

+

=

SF

Lập bảng tính Excel ta được:

Tra trên đồ thị Excel hệ số an toàn theo f sao cho HSAT=2 ⇒chọn f =8,9m

 Độ sâu thiết kế: f =1,2* f =1,2*8,9=10,7m

E TÍNH TOÁN LỰC TRONG THANH NEO

- Bài toán đã sử dụng hệ số an toàn bằng 2 (dư cân bằng) Muốn xác định lực thực tế trong thanh neo thì hệ số an toàn phải bằng 1 ( vừa đạt trạng thái cân bằng giới hạn)

- Tra dóng trên đồ thị với hệ số an toàn = 1 ⇒ f =5,9m

•Áp lực thuỷ động được tính toán như sau:

2 / 4 , 34 81 , 9

* 5 ) 9 , 5

* 2 (

9 5

* 5

* 2

m kN

+

=

kPa L

H

8 , 16

5

∆

∆

•Đất sau tường (dòng thấm hướng xuống) ở độ sâu từ 2m→7m

' 1

1 j 20 9,81 2,9 13,09kN/m

γ

L (m)

Momen (kNm/mdài)

1 *11,22*2 11,22

2 1

*

*

2

1

1

3 12*(γs1*z3*K a1)*z3 = 12*(13,08*5*0,33)*5=53,9 4,33 233,7

4 [p1+(γs1*z3*K a1) ]*z4 =[11,22+(13,08*5*0,33) ]*6=196,8 9 1771

5 *34,62*5 86,55

2 1

*

*

2

1

z

6 *34,62*6 103,86

2 1

*

*

2

1

z

7 [ * * ]*( )2*12 364,5

7 2 2

•Đất sau tường ở độ sâu từ 7m →12,9m

' 2

2 j 21 9,81 2,9 14,09kN/m

γ

•Đất trước tường (dòng thấm hướng lên) ở độ sâu từ 7m→12,9m

'

2 j 21 9,81 2,9 8,29kN/m

γ

Lập lại bảng tính có kể đến lực Tneo

Tneo

H =0⇔ = 11,22+56,1+53,99+193,63+86+103,2 −351,93=152 /1

∑

 Theo TCVN 5308 – 91, khoảng cách nằm ngang của các cây chống là từ

m

2

5

,

1 → Chọn neo rời @=2m

kN

 Theo nhiệm vụ thiết kế, thép dùng để tính toán thanh neo có

2

2 270000 / /

2 2

10 407 , 1 270000

380

cm Fneo

m Ra

Ttke

 Tra bảng chọn thép tròn 2Φ30(F =14,14cm2)

E.1 Bề rộng bản neo

 Chiều sâu đặt bản neo

(Kp Ka) ( ) m

l

Tneo

17

* 33 , 0 3

* 2

380

* 2

*

*

−

=

−

∗

=

γ

 Bề rộng bản neo

(d a) ( ) m

B=2* − =2* 2,9−1 =3,8

Nhận xét : B neo rất lớn so với chiều sâu đặt thanh neo, do đó phương án

đặt bản neo không thực hiện được Ta sử dụng phương án bệ neo bằng móng cọc

E 1.1 Chọn chiều sâu đặt móng thoả mãn điều kiện móng cọc đài thấp Chọn B m =2m

1 *11,22*2 11,22

2 1

*

* 2

1

1

p

2 p1*z2 =11,22*5=56,1

3 12*(γs1*z3*K a1)*z3 = 12*(13,09*5*0,33)*5=53,99

4 [p1+(γs1*z3*K a1) ]*z4 =[11,22+(13,09*5*0,33) ]*5,9=193,63

2 1

*

* 2

1

z

U AB

6 *34,4*5,9 103,2

2 1

*

* 2

1

z

U AB

7 [ * * ]*( )2 *12 351,93

7 2 2

− K p γt K a γs z

=







 −

2

* 17

152

* 2

* 2

30 45

* 7 , 0

0 0

tg

E 1.2 Chiều dài cốt thép neo vào đài cọc

m

Tneo Lneo

bamdinh

1 8 , 0

* 2500

* 094 , 0

25 , 1

* 152

*

*

25 , 1

=

= Ψ

=

τ η

E 1.3 Cọc BTCT 20x20, cốt thép 4Φ16, đoạn thép chờ ngàm vào đài cọc:

⇒

=

= Φ

l 30 30*20 600 chọn l =600mm

mm l

Hdai≥2* =2*600=1200 ⇒chọn Hdai =1,2m

E 1.4 Tính toán chiều dài thanh neo

( + ) =( + ) = ⇒

Ltke * ϕ 7 5,9 * 300 7,45 chọn Ltke=7,5m

2000

7500

2Ø30

2Ø30

F VẼ BIỂU ĐỒ MOMEN VÀ LỰC CẮT

 Lực cắt và momen tại vị trí y 1= m phía trên điểm B

Ro

Q M

B B

Ta có :

2 1

0 1

0 *Z *K 17 1*0,33 5,61kN/m

mdai kN Z

p

R0 = 12* 0* 0 =1/2*5,61*1=2,8 /

mdai kN R

Q T

B =− 0 =−2,8 /

mdai kNm R

M B = 13 1* 0 =0,9 /

 Lực cắt tại vị trí y=1 phía bên dưới của điểm B

Ro

Q M

B

B Tneo=152kN/mdai

mdai kN Tneo

R

Q P

B =− 0 + =−2,8+152=149,2 /

 Lực cắt và momen tại vị trí C

Ro

Q

MC C

Tneo=152kN/mdai

C

mdai kN R

Tneo

Q C = − 1 =152−11,22=140,8 /

mdai kNm Tneo

R

M C = 13* 1*2− *1=23*11,22−152=−144 /

 Lực cắt và momen tại vị trí D

2 R

3 R

1

D

5 R

(R R R R ) ( ) kN mdai Tneo

Q D = − 1 + 2 + 3 + 5 =152− 11,22+56,1+53,99+86 =−55,3 /

(R R R R ) (Tneo ) kNm mdai

M D = 1*5,67+ 2*2,5+ 3 1,67+ 5 1,67 − *6 =−474 /

 Lực cắt và momen tại vị trí E (cách D 1 đoạn 3 m về phía dưới)

2 R 3 R

1

Q M

E

D

5 R

6

4

R ' 7

R '

E

Trong đó:

(Tneo R ) (R R R R R R R ) kN mdai

6

' 6 5

' 4 3 2 1

'

+

⇔

=

∑

7

"

6

' 6

' 4 5

3 2

=

G TÍNH TOÁN ĐỘ SÂU LỰC CẮT TRIỆT TIÊU

Tại nơi lực cắt triệt tiêu ⇒Momen cực đại

• Vị trí Q = 0 được xác định nằm trong khoảng CD

2 R

3 R

1

D

5 R C

Trong đó:

mdai kN

R1 =11,22 /

mdai xkN x

K Z

R2 =(γ1* 1* a1)* =11,22 /

mdai kN x x

x K Z

R 12( s * * a )* 12*13,08*0,33* 2 2,16 2 /

1 3 1

mdai kN x x

x

5

62 , 34

* 2











= ( ) ( ) *( 1) 1,87 5,61 140 144

3

* 2

* 67

, 0

5 3 2

=

Lấy đạo hàm ∑M CD theo x ta được phương trình lực cắt

140 22

, 11 61 ,

=

Cho ∑Q CD =5,61x2 +11,22x−140=0⇔ x=4,09m

 Vậy tại vị trí x=4,09m momen đạt giá trị cực đại Thay giá trị x vừa tìm được vào phương trình:

mdai kNm x

x x

M CD =1,87 3 +5,61 2 −140 −144=−495 /

∑

0.9 kNm/mdai -144 kNm/mdai

Mmax = - 495 kNm/mdai

- 474 kNm/mdai

- 123 kNm/mdai

BIEU DO MOMEN

-2.8 kN/mdai 140.8 kN/mdai

- 55.3 kN/mdai

- 140 kN/mdai

BIEU DO LUC CAT

H TÍNH TOÁN CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CỪ BẢN

Chuyển vị ngang của đỉnh tường được xác định theo công thức

L

∆

=

ε Theo nhiệm vụ thiết kế giả sử hệ số dãn dài của đất:

mm

L 0,00005*7,45 0,3725

* 00005

,

ε

Kết luận: Chuyển vị nhỏ nên kết cấu tường cừ bản ổn định

I TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN VÀ CỐT THÉP

 Sử dụng giá trị Mmax=−495kNm/mdai để tính toán

Vật liệu sử dụng là bê tông cốt thép, bê tông Mác 300, cốt thép cường độ

 Sức kháng uốn của tiết diện tường cừ bản

1833 27

49500 Mmax

σ

 Chọn tiết diện cừ bản 40x40

3 2

2

10666 6

40

* 40 6

h

* b

[ ]⇒

<

=

=

10666

49500 W

tiết diện đã chọn phù hợp

 Tính toán cốt thép

Giả thiết chọn a=6cm⇒h0 =h−a=40−6=34cm

Bê tông Mác 300 ⇒R n =130kG/cm2 ⇒α0 =0,58

2 2

3

27

34 , 0

* 4 , 0

* 3 , 1 58 , 0

*

*

*

cm m

R

h b R F

a

n

⇒chọn 8Φ24(F a =36,192cm2) bố trí 2 lớp

Cấu tạo của cọc bản

400

8Ø24

2Ø12

J CẤU TẠO HOÀN CHỈNH CỦA TƯỜNG CỪ BẢN

400

2000

8 Ø 24

Ø 6 a 200

7500

MAT DUNG TUONG CU BAN

TI LE: 1 / 10

CHI TIET BAN THEP LIEN KET

TI LE: 1 / 5

2 Ø 30

K Ý KIẾN VỀ SẢN PHẨM VỪA THIẾT KẾ

Tường cừ bản như vừa thiết kế như trên là theo phường pháp gối đỡ đất tự

do Phương pháp này còn bất cập ở một số điểm như sau:

 Hệ số an toàn được áp đặt cho kết cấu

Không xét đến yếu tố độ cứng (tức là giả thiết tường cứng) Trong quá trình làm việc, sự phân bố lại áp lực chủ động/áp lực bị động đều không thay đổi do dó tạo

ra tại vị trí neo có sự xoay

 Biến dạng thực tế xảy ra, nội lực thay đổi, dẫn đến có sự phân bố lại biểu

đồ áp lực

 Cấu tạo địa chất bên dưới phức tạp, không đơn thuần là các lớp đất như trong thiết kế, vì vậy trong thực tế công tác khảo sát địa chất đối với nền móng nói chung và đối với tường chắn đất nói riêng là hết sức cần thiết