đề tài bài toán tổng thể kết cấu nhà -móng-nền

Tách kết cấu bên trên, thay thế liên kết với móng là các kết cấu cơ bản ngàm, khớp gối cố định, khớp gối di động, ngàm trượt.. Tính phần móng, nền do nội lực tính được từ kết cấu bên trê

MÔN NỀN MÓNG

LỜI MỞ ĐẦU

Định luật III Niu-tơn

“Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực Hai lực này khác điểm đặt, cùng giá, ngược chiều và cùng độ lớn”

KẾT CẤU – MÓNG - NỀN

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU

Bài toán rời rạc

Bài toán đồng thời

I Bài toán rời rạc

đồ tính ví dụ: khung phẳng, liên kết sàn, dầm, cột, tường là các liên kết cơ bản

Sơ đồ tính toán hệ kết cấu bên trên và móng

theo sơ đồ rời rạc hóa kết cấu

mã n g

0 M

Ba Bước rời rạc kết cấu

1 Tách kết cấu bên trên, thay thế liên kết với

móng là các kết cấu cơ bản (ngàm, khớp gối cố định, khớp gối di động, ngàm trượt)

2 Dùng các nguyên lý cơ học kết cấu tính

ứng lực tại các liên kết thay thế đó

3 Tính phần móng, nền do nội lực tính được

từ kết cấu bên trên xuống các chân cột

Nhận xét: Theo cách này sự tương tác kết

cấu bên trên – móng và nền được thể hiện trong quá trình lặp Tuy nhiên ảnh hưởng của móng chưa xét đến thích đáng

II Lịch sử phát triển của bài toán

đồng thời

Lúc đầu việc tính toán đồng thời được tiến hành đối với phần móng và nền

•Bài toán của Chamechi(1959)

Kể đến ảnh hưởng của lún không đều của nền

Tác giả giải bài toán cơ học kết cấu: chuyển vị cưỡng bức gối tựa B và C và cộng tác dụng

Để kể đến lún không đều, lúc đầu trong

phương pháp tách rời người ta cho các gối có chuyển vị cưỡng bức “qui ước” trong kết cấu bên trên phát sinh ứng lực phụ thêm

•Bài toán móng khe lún:

Đối với móng nông cứng: Do mômen M lớn, dẫn đến phía Pmax lún nhiều hơn  móng bị xoay một góc  nên chân cột phát sinh một

mômen cản Mc làm mômen đáy móng tác

dụng lên nền giảm:

M c

Sơ đồ tính toán móng tại khe lún

Với móng cọc : khi đài xoay một góc  và chuyển vị thẳng i, ta có phương trình cân bằng mômen:

N0

M c gi»ng

Ngµm ví i mãng l©n cËn

N M

r 11  +R 1p = 0

Trong đó: R1p = M

r11 = Mocọc +Mogiằng + Mocột  Mocọc = M - Mogiằng - Mocột

III Mô hình tính toán hệ tổng thể và

phương hướng giải quyết

mã n g NÒn

Sơ đồ tính toán đồng thời móng và kết cấu bên trên

Rõ ràng là: chuyển vị (lún) của các gối (móng) không đều  gây ra sự phân phối lại nội lực trong kết cấu bên trên Quá trình này diễn ra đến lúc đạt tới độ lún ổn định

Sự phân phối này phụ thuộc vào độ cứng đất, độ cứng kết cấu bên trên, giằng cấu tạo

Có hai hướng tính toán theo phương pháp hệ đồng thời:

1 Qui đổi kết cấu bên trên về kết cấu cơ bản

thay thế (kết cấu tương đương), trên nền đất được mô hình hoá là tuyến tính hay phi tuyến…

2 Mô hình chính xác: trong đó kết cấu bên

trên và kết cấu móng (BTCT) được mô hình hoá gần với thực trên nền đất

III.1 Phương pháp kết cấu thay thế

(dầm, vách bản)

Kết cấu bên trên và móng nông được thay thế bởi kết cấu cơ bản dầm vách, bản

có độ cứng kháng uốn, kháng cắt tương đương” từ đó giải bài toán dầm, bản trên nền

đã được mô hình hoá (thường là mô hình biến dạng tuyến tính) Nội lực trong kết cấu thay thế sẽ phân phố trở lại kết cấu ban đầu (theo qui luật thay thế “tương đương”) Tùy theo đặc điểm của kết cấu bên trên mà nó được thay thế bằng các phương pháp sau:

- Theo Sagin hệ kết cấu: nhà + móng

J J

2 1

2 1

2



b E

0

3

) 12 (

- Theo Kosziưn (CHU 321 - 65)

A

0

i 3

2 1

a k

k a

tđ

h h

EJ

h

d EJ

.



phai

k trai

k k

k

GE

h h

GE

h h

2) Kết cấu thay thế là “khung một

tầng tương đương” (theo Kany)

oi Fi

ai

ai oi

oi

Fi fi

fi f tđ

h

j h

j a

j

h

j h

j a

l EJ

h

l J E EJ

1

2 2

2

) ( 1 2

.

Hn   ) 

12

4 , 0

- ρ hệ số kể đến sự vênh tiết diện

Dựa trờn kết quả của bài toỏn Poulos

và Davis mụ hỡnh làm việc tổng thể giữa kết cấu bờn trờn và phần nền + múng nhƣ sau:

mó n g

Nền

Gối đàn hồi thay thế

Sơ đồ tớnh hệ kết cấu bờn trờn làm việc đồng thời với múng cọc

+ Kết cấu móng: Đài (bản móng nông), hệ giằng: được chia nhỏ thành các phần tử hệ lưới chữ nhật và được thay thế bằng các phần

tử Frame, Shell, Solid Cọc: ảnh hưởng của cọc cũng được thay thế bằng các gối đàn hồi

có độ cứng “tương đương” tại các vị trí cọc

+ Nền đất: tỏc dụng của nền đất dưới đỏy múng được thay thế bằng cỏc gối đàn hồi cú

độ cứng thay đổi tại cỏc vị trớ nỳt của cỏc phần tử dưới đỏy múng (hỡnh vẽ)

Gối đàn hồi thay thế đất

Gối thứ i

Diện chịu

tải Fi

Gối đàn hồi thay thế cọc

l

Sơ đồ tớnh thay thế cọc nền đất bằng cỏc gối

đàn hồi thay thế

-Xác định độ cứng cho các gối đàn hồi thay thế: Gối đàn hồi thay thế đất và gối đàn hồi thay thế cọc có xét tới ảnh hưởng tương hỗ cọc đất và cọc – cọc, thông qua việc tính chuyển vị các gối thay thế theo phương pháp của Poulos và Davis

- Phân tích nội lực (SAP2000, Etab,…) giải nội lực Xác định phản lực tại các gối đàn hồi thay thế đất Piđ và các gối đàn hồi thay thế cọc Picọc.

- Tính lại độ cứng cho các gối đàn hồi thay thế Phân tích lại lại nội lực khung Ở lần chạy đầu tiên giá trị độ cứng của các gối đàn hồi thay thế được giả thiết một cách gần đúng do đó cần phải tính lặp, quá trình tính lặp kết thúc khi các giá trị độ cứng các gối đàn hồi thay thế giữa hai lần chạy liên tiếp chênh nhau không lớn

Giới thiệu bài toán tính độ lún của cọc đơn

theo lời giải của Poulos và Davis

- Tìm sự phân phối lực trong cọc đơn gồm lực ma sát, lực mũi và chuyển vị mũi

- Tính chuyển vị của nhóm 2 cọc từ đó xác định được hệ số tương tác lẫn nhau ( ) giữa các cọc

- Xác định sự phân phối tải trọng

mui i

j j

i i

1

, ,









Ii,j : Hệ số chuyển vị đứng tại i do ứng suất

I

1

2 /

R R

u z R

R

u z

v R

R

u z

R z

v R

u R

u

v R

v R

v

R u

R v

G

d I

1

2 3

2

2 2

2 3

2

2 2 2

2 2

2

2 2

2 2

2

,

.

3

) (

3

2

6

2

1 2

)]

2 ln(

).

4 3

4 3

( )

1 (

8 (

)]

1 ln(

).[

4 3

(

) 1

( 16

u =z + h; v = z - h; R=

Trong đó:

2 2

y

R1 = R2  v2 R2 = R2  u2

G: trọng lượng của đoạn cọc li

tử thứ i do phản lực mũi Pmui của cọc gây ra:

0

2 / 0

) (

.







lực tập trung đơn vị p =1 đặt tại điểm Omui

Tính theo công thức Mindlin:

1 6

2

1 )

4 3

( 1

1

2 )).

4 3

( )

1 ( 8 ( 1 ).

4 3

(

) 1

( 16

2

R hz

R

hzu R

u R

v

R R

Chuyển vị của nền tại mũi cọc do ma sát

bên và lực mũi cọc được xác định tương tự như phần tử i của cọc nhưng có kể thêm hệ

số  /4 là hệ số giảm chuyển vị tại mũi cọc

do tải trọng tại chính mũi gây ra:

mui mui

mui mui

j mui

- Hợp của n véc tơ chuyển vị Cvi và véc tơ chuyển vị tại mũi cọc Cvmui ta được

ma trận chuyển vị [CV](n+1)(n+1) theo lực ma sát và phản lực mũi, do vậy véc tơ chuyển

vị nền [CVN](n+1) theo công thức sau:

[CVN](n+1) = [CVN](n+1).[Lực](n+1) [Lực](n+1) là véc tơ phân phối lực Pi và Pmui

Giải hệ phương trình trên với [CVN](n+1) =[1] (chuyển vị đơn vị)  Pi (i

=1n) và Pmui Từ phương trình cân bằng tĩnh học:

- Độ lún của cọc chịu tải trọng P là: S = P/Pdv

- Xét tới ảnh hưởng của nhóm cọc (Xét nhóm

2 cọc)

+ Xác định được lực phân phối lên cọc đơn

+ Xác định chuyển vị nền tại n phần tử cọc và tại mũi cọc gây ra cho bản thân cọc

và do cọc 2 gây ra Hợp các chuyển vị này

được véc tơ chuyển vị [s]

+ Hệ số tương tác ảnh hưởng giữa 2 cọc:

Sự tăng chuyển vị của cọc 1 do cọc 2 gây ra

 =

Chuyển vị của cọc 1 do chính cọc 1 gây ra

vị cọc đơn

Vậy với nhóm cọc có n cọc ta có độ lún của cọc i là:

S i = S i,i (1+ 

nc j

) i j

(

ji

1

trong đó S ii độ lún của cọc i do chính tải

trọng ở cọc i gây ra; ji hệ số ảnh hưởng của cọc j tới cọc i