Giáo trình nền móng - chương 1 Móng nông , TS.Nguyễn Đình Tiến

- Móng bê tông cốt thép rất phổ biến và đa dạng: + Móng đơn dưới cột, trụ, tháp nhỏ, cột thép + Băng dọc + ngang: dùng dưới tường, vách cứng, dưới hàng cột + Móng bè: dưới nhà cao tần

Trong thực tế những móng có hm≤ 3m có thể coi là nông

- Phạm vi ứng dụng:

+ Tải trọng không lớn, công trình nhỏ, Q0 nhỏ

+ Lớp đất bằng phẳng có sức chịu tải phù hợp, có chiều dày đủ lớn

Ngay cả khi lớp đất trên có sức chịu tải không lớn nhưng có thể giải quyết bằng cách giảm tải công trình trên diện tích móng lớn (băng giao nhau, bè)

I.1 - Ph©n lo¹i vμ c¸c yªu cÇu cÊu t¹o mãng

- Phân loại (xem trang 2)

- Cấu tạo các móng bằng vật liệu gạch, đá, bê tông, bê tông đá hộc thường xây dưới các tường gạch, đá, dạng băng, giật cấp tuỳ vào góc cứng vật liệu

- Móng bê tông cốt thép rất phổ biến và đa dạng:

+ Móng đơn dưới cột, trụ, tháp nhỏ, cột thép

+ Băng dọc + ngang: dùng dưới tường, vách cứng, dưới hàng cột

+ Móng bè: dưới nhà cao tầng, bể, âu tầu, thuyền, mặt đường cứng, sân bãi, bến

Kích thước và độ cứng tăng từ móng đơn băng bè, hộp, vỏ cho phép chịu tải tác dụng lớn hơn, sức chịu tải của nền lớn hơn và khả năng biến dạng giảm

- Yêu cầu cấu tạo chung đối với móng BTCT:

+ Bê tông ≥ 150# ( thường ≥ 200#)

+ Thép thường dùng thép gai, kéo thẳng, đai dùng cốt trơn

+ Lót: bê tông gạch vỡ, bê tông nghèo (≥100# ) dày ≥ 50mm

CÊu t¹o mãng b¨ng d−íi t−êng

CÊu t¹o Mãng b¨ng d−íi hμng cét

a-băng giao nhau b- băng đơn c- tiết diện

Băng dưới hàng cột

Thép đặt theo yêu cầu đối với dầm liên tục nên gọi là móng dầm (giao nhau)

CÊu t¹o mãng bÌ, hép, vá

Một số dạng móng hộp

Cốt thép trong bản móng cấu tạo theo các yêu cầu đối với bản ngàm, kê, còn trong sườn theo nguyên tắc dạng dầm đơn hay giao nhau

CẤU TẠO GIẰNG MÓNG:

+ Thường cấu tạo nhằm tăng độ cứng công trình, giảm chênh lún kết hợp với đỡ tường bao, Fagiằng ≥ 5 cm2, hgiằng chọn theo kinh nghiệm (nguyên lý dầm) tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, tính chất tải trọng và lưới cột…

b x h (băng dưới tường)

b x l x h (đơn)

B x L x h (bè) Bước 5

ứng suất dưới móng

- pBước 6 - p0(không kể TLBT)

khác

Bước 10 Cấu tạo và Bản

vẽ

- Múng cứng là múng cú độ cứng lớn → dưới tỏc dụng của tải trọng cụng trỡnh múng biến dạng nhỏ cú thể bỏ qua → ứng suất dưới múng p cú thể coi là tuyến tớnh

+ Múng băng dưới tướng, vỏch

+ Múng băng dưới hàng cột, múng bố nhưng độ cứng múng rất lớn (h lớn và hệ sườn dày)

đủ sâu, kết cấu không gian đủ cứng)

- Trong tớnh toỏn giả thiết bỏ qua tải trọng ngang, sau

cú thể kiểm tra điều kiện trượt phẳng lật ở bước 9

- Áp lực tính toán phân bố dưới đáy móng không kể trọng lượng bản thân móng và

ắ Bước 1:Thu thập và xử lý tài liệu (xem lại phần trờn) xỏc định giỏ trị Sgh([S]), FS

Ví dụ - Nhà khung và nhà tường chịu lực Sgh = 8 - 10cm, (

L

S

Δ

)gh = 0,2 ữ 0,4%

ắ Bước 2: Chọn hệ múng: Đơn dưới cột cú giằng

Băng dưới tường trờn nền

ắ Bước 3: Chọn vật liệu múng: BTCT ( ≥ 200# )

ƒ Thộp ( AI, AII ) gai

ƒ Lút, lớp bảo vệ a0≥ 3cm Nếu dựng khối xõy: gạch chỉ đặc vữa xi măng cỏt vàng ≥ 75#

ắ Bước 4: Chọn độ sõu đặt múng hm (xem phần trước)

Đỏy múng b x l (đơn), b (băng dưới tường) Chiều cao múng, bậc múng h, hb → h0, h0b (h0 ≈ h - a0)

No Mo

P min

P max

A

Pgh

ƒ p, pmax (để kiểm tra sức chịu tải, khả năng trượt, lật)

ƒ p0, p0max (tính toán kiểm tra cường độ vật liệu móng)

Aγ 2+ γ' +

+ FS hÖ sè an toµn chän tuú cÊp vµ lo¹i c«ng tr×nh

VÝ dô nhµ ë th−êng lÊy 2 - 3 ( 2 khi nµo? 3 khi nµo? )

1 n

l b 2 , 0 1 n

c q

i 1 q

q

−

− (Tr−êng hîp δ = 0 th× c¸c c¸c hÖ sè iγ ; i q ; i c b»ng1)

- Nếu nền phân lớp dạng như sau thì cần kiểm tra kh năng chịu tải của lớp đất (2):

+ p2 = σb Z2 + σ(Z p2−γ'hm) hoặc ( )

−

m q

h h γ F

2- Điều kiện: S ≤ S gh (S gh có ở bước 1 ):

Si - tính toán dự báo ⇒

i

i i

L

S

→ Δ

+ Nếu nền đất phẳng, đồng nhất

Si = Pgl b ω

0

2 0

Nếu b x l (b) chưa phù hợp thì trở lại bước 3 hay 5

Bước 8: Kiểm tra chiều cao múng và tớnh cốt thộp trong múng Nội dung:

+ TTGH1: Tớnh toỏn cường độ vật liệu múng

+ TTGH 2: Biến dạng và nứt (thường khụng tớnh mà đảm bảo bằng cấu tạo)

Như vậy ở bước này cần tớnh cường độ múng

a Trạng thái làm việc của móng băng dưới tường:

+ Phớa trờn chịu tải trờn diện hẹp bt, độ cứng theo phương dọc tường là “vụ cựng” lớn

+ Phớa dưới tải (p0) phõn bố tải trọng trờn diện lớn b → độ cứng trờn phương ngang múng

là hữu hạn → Múng làm việc giống như kết cấu conson ngàm tại mộp tường (kết cấu chịu uốn)

→ 2 khả năng phỏ hoại cường độ

a.1.Phỏ hoại theo mặt xiờn: (tường đõm thủng múng)

Giả thiết mặt đõm thủng nghiờng 450 tạo thành hỡnh thỏp

đõm thủng (hỡnh bờn), hoặc nứt về phớa lệch tõm do ứng

suất kộo chớnh gõy ra điều kiện

Q ≤ Qb (Đối với cấu kiện chịu uốn khụng cú cốt xiờn, đai

và bỏ qua nh hưởng của cốt dọc)

Coi rằng chỉ về một phớa lệch

Q = Pđt ≤ 0,75.Rk h0 ( hay Pđt≤ k.Rk h0 )

trong đú Pđt = pđt bđt

h0 ≥ pđt bđt / (0,75 Rk)

Rk - cường độ chịu kộo của bờ tụng

a.2 Phá hoại theo tiết diện thẳng đứng: Tại mộp tường thường chỉ đặt cốt đơn khụng

đặt cốt xiờn và kộp Điều kiện:

- Không phá hoại dòn ( trang 37 KC BTCT1 )

No Mo

450

P > 0 0 min

P 0 max

0, (thường không cần tính điều kiện này)

- Diện tích cốt thép yêu cầu với h0 theo phương bề rộng

0

9,

0 R h

M a

ng

chọn nφ?

Trong đó M ng =

22

2 max ng o

x P

= 0,15ữ0,4%

Ghi chú: Khả năng cắt theo chu vi tường rất ít xẩy ra

b Trạng thái làm việc và các điều kiện kiểm tra đối với móng đơn dưói cột

- Phớa trờn múng tải phõn bố hẹp dưới diện Fc = bc lc. Phớa dưới phản lực đất p tỏc dụng trờn diện rộng hơn nhiều b x l.Cấu kiện bản chịu uốn → hai khả năng phỏ hoại cường độ múng:

+ Phỏ hoại tiết diện nghiờng: hỡnh thỏp hoặc phỏ hoại mặt nghiờng 450 về phớa lệch + Phỏ hoại tiết diện đứng: coi gần đỳng là tiết diện qua mộp cột

b.1 Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiêng:

Cột đõm thủng múng tạo thành dạng thỏp 4 mặt hay coi gần đỳng 1 mặt xiờn 450 Trong mọi trường hợp tớnh an toàn là trường hợp một mặt xiờn 450 về phớa lệch tõm với cụng thức: Pđt ≤ 0,75 Rk.h0.btb, trong đó:

Pđt = P0đt + P0max lđt.b (hợp lực phản lực đất trong phạm vi gạch chộo trờn hỡnh dưới đõy)

2

btb - Cạnh trung bỡnh của thỏp đõm thủng

No Mo

bng

Lđt

No Mo

0ng

lng l

bng h0

0max

pp

b.2 Tính toán cường độ trên tiết diện đứng:

Giả thiết sơ đồ phẳng: Bản móng là bản conson

ngàm tại mép cột (độc lập theo hai phương)

- Điều kiện phá hoại dòn của bê tông vùng chịu

nén:

h0 ≥

tr b n R 4 , 0

ng M

- Tính toán cốt thép vùng chịu kéo:

+ Theo phương l chiều dài conson là l ng

2 max 0

2

2

.

ng ong

→

0 9

2 ng 0

a

b ng b

a

hR9,0

2/b.lphR9,0

(hay theo kinh nghiệm a = 70 ữ200)

ắ Bước 9: Cỏc tớnh toỏn khỏc như kiểm tra khả năng trượt ngang, ổn định tổng thể, tớnh

toỏn cố kết của nền… tựy từng trường hợp mới phải kiểm tra cỏc điều kiện này

- Có hai trường hợp xẩy ra:

+ P0min > 0 tính toán như phần trên đã giới thiệu

+ P0min < 0 → không thể có vì đất không chịu

kéo→ giả thiết P0 phân bố lại dạng c), Pmax và P0max

b x

b

P

N x

b

P

)()

.(

).(

max

max

3

122

1

2

1

Giải hệ phương trình trên được Pmax và x Kiểm tra:

x ≤b/4 và pmax≤1,2R (Đôi khi kết quả rất vô lý,

càng tăng b thì độ lệch tâm càng tăng → phải tính

theo các phương pháp kể đến sự làm việc đồng thời

của kết cấu bên trên)

- Tính toán tương tự cho móng băng dưới tường tại vị trí khe lún

I.3.2-Móng chịu lực đẩy ngang lớn (Q0 lớn)

- Ngoài cỏc nội dung tớnh toỏn như trờn, phải kiểm tra trượt ngang, và lật:

+ Trượt ngang: Kiểm tra theo mặt trượt giả thiết

Kođ= ∑ Tgiữ x n1 ( n1 <1 )

> [ K ]

∑ T phá hoại x n2 (n2>1 ) Với:

I.3.3-Móng tường chắn, tường hầm:

a Tường chắn trọng lực: phải kể đến áp lực đất lên phần tường (phương pháp gần đúng)

- Sơ đồ tính: Coi tường làm việc như conson đứng Nội lực N, Q, M được tính từ giả thiết bài toán phẳng

- Phần thõn tường được tớnh toỏn theo nguyờn lý

cấu kiện nộn lệch tõm

- Phần múng tớnh toỏn theo nguyờn lý múng

cứng dưới tường đó núi trờn với chỳ ý kiểm tra

trượt ngang và lật (xem phần trờn)

- Trong đú tải trọng tỏc dụng gồm:

+ Trọng lượng bản thõn tường

+ ỏp lực đất chủ động theo phưng ngang

+ Trọng lượng của khối đất Gđ theo phương

thẳng đứng

b Tường tầng hầm chịu lực: việc kể đến ảnh hưởng của sự làm việc khụng gian là rất

khú → giả thiết tớnh tường độc lập hay khung kớn trong bài toỏn phẳng như hỡnh vẽ sau

- Trong giai đoạn thi công: tuỳ vào phương pháp thi công, biện pháp chống đỡ, bảo vệ

tường mà có sơ đồ tính phù hợp với áp lực đất là tĩnh hay chủ động (xem phần tường

h

h + khi tính sức chịu tải của nền R

và pđ là áp lực tĩnh Lúc đó sơ đồ tính là tường conson hay tường gối ở các vị trí chống đỡ

và ngàm tại móng

- Trong giai đoạn sử dụng: sơ đồ tính tường là tường gối hoặc ngàm tại sàn trệt và ngàm

tại móng chịu áp lực đất và tải trọng sử dụng

Trường hợp tường hầm là tường chèn khung chịu lực thì tính toán tường chịu áp lực đất theo sơ đồ gần đúng là dầm liên tục có bề rộng 1m tại 3 vị trí (H’/3, 2H’/3, H’ - xem hình

vẽ trên) và gối tại vị trí các cột Sau đó bố trí thép theo kết quả tính toán cho 3 đoạn tường H’/3

Trường hợp có nhiều tầng hầm thì phương đứng của tường được tính toán theo sơ đồ gối lên các sàn trung gian của tầng hầm

Nhiều trường hợp phương án tầng hầm kết hợp móng bè có hiệu quả kinh tế lớn, ngay cả khi tải trọng công trình lớn

I.3.4 Móng chịu kéo

Tính toán gần đúng coi rằng mặt trượt ( do kéo lên) nghiêng đối với phương thẳng đứng góc α = ϕ ữ 0 Ví dụ với α = 0

I.3.5 Móng dưới nhiều cột

- Với giả thiết móng cứng, tải trọng tính toán tại

N M

Luyện tập-chương 1 Móng nông cứng

A Phần lý thuyết

1_ Phõn biệt múng nụng cứng và mềm (yờu cầu vẽ hỡnh minh hoạ)

Từ đú cho biết nội dung tớnh toỏn khỏc nhau ở bước nào?

2_ Cỏc yờu cầu cấu tạo cơ bản đối với múng nụng loại cứng dưới tường, cột (yờu cầu vẽ hỡnh) Giải thớch tại sao cú cỏc yờu cầu đú

3_ Trỡnh bày cỏc tài liệu cần thiết trong thiết kế nền và múng

4_ a/ Trỡnh bày nội dung kiểm tra kớch thước đỏy múng băng dưới tường, trong trường hợp tải trọng ngang nhỏ

b/ tương tự như trờn với múng đơn dưới cột

5_ Trỡnh bày nội dung kiểm tra kớch thước đỏy múng nụng cứng trong trường hợp tải trọng ngang lớn

6_Như trờn trong trường hợp lệch tõm đỏng kể

7_ a/ Trỡnh bày nội dung tớnh toỏn kiểm tra chiều cao, cốt thộp trong múng nụng dưới tường

b/ Như trờn đối với múng đơn dưới cột

8_ Trỡnh bày nội dung tớnh toỏn ổn định của tường chắn đất (trong giai đoạn sử dụng)

-Lớp trên là loại sét pha có độ sệt B=1,18, γ=1,75 T/m3, dày 1,6m

-Lớp dưới là cát nhỏ có cường độ kháng xuyên trung bình là qc = 560T/m2 và

I.4- Móng mềm

I.4.1.Khỏi niệm, phõn loại:

- Các móng có độ cứng hữu hạn→ dưới tác dụng của tải trọng→ biến dạng móng đáng

kể→ ứng suất dưới đáy móng khác tuyến tính

Khi độ cứng của móng đối với đất

B.L.E

3 b

2

0 >

thì coi là móng dầm, bản mềm

Trong đó:

Eb - mô đun đàn hồi của bê tông

E0 - mô đun biến dạng của đất

- Có thể gặp: + Móng băng dưới hàng cột ( băng dọc hay giao nhau )

+ Móng bản dưới hàng cột, đáy bể, âu tầu, thuyền

là các loại móng mềm

- Phân loại: + Móng dạng dầm đơn(l b ≥7): i) Dầm dài, ngắn

ii) Dầm cứng, mềm + Móng dầm giao nhau gồm băng dọc + ngang

Mô hình nền S = f2(p0) (Quan hệ ứng suất – biến dạng của nền)

- Có nhiều mô hình nền, chú ý nhất tới mô hình nền tuyến tính, với hai mô hình nền thông dụng: Mụ hỡnh nền Winkler, mụ hỡnh bỏn khụng gian biến dạng tuyến tớnh

Fx-diện chịu tải của lũ so

chuyển vị, phản lực cuả nền tại vị

Tính toán móng loại dầm, bản trên nền Winkler Hệ phương trình vi phân cơ bản đối với móng loại dầm:

bpq4dx

)z.EJ(4

px = C.z = C.x p- áp lực dưới đáy móng (T/m2)

- Giải bài toỏn múng trờn nền Winkler theo hai hướng sau:

a Phương pháp giải tích: Nếu EJ = const ⇒

4d

z4d

b- Phương phỏp phần tử hữu hạn: Bằng việc chia nhỏ kết cấu múng thành cỏc phần tử

nhỏ và hệ múng và nền được mụ hỡnh hoỏ như sau:

+ Kết cấu múng: dầm được thay thế thành cỏc phần tử Frame, bản là cỏc phần tử Shell + Nền: được thay thế bằng cỏc gối đàn hồi là cỏc lũ so cú độ cứng K = C.ax.bx (ax.bx – là diện tớch chịu tải của nỳt đang xột)

b Băng giao nhau c Múng dạng bản

Như vậy cú thể dễ dàng kể đến sự thay đổi của EJ và K (trong mỗi phõn tử coi EJ, K là hằng số)

Thường sử dụng cỏc chương trỡnh tớnh toỏn SAP2000, STAD III…để tớnh toỏn nội lực, kết quả thu được là M, Q và phản lực tại cỏc gối đàn hồi Rz, …

I.4.3- Mô hình bán không gian biến dạng tuyến tính (xem lại CHĐ)

Từ bài toỏn Butxinet ta tỡm được mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng nền: p = f2(S)

Hệ phương trỡnh vi phõn cơ bản đối với múng loại dầm

bp q dx

) z EJ ( d 4

pb E

1

πμ

Thường là giải theo phương phỏp gần đỳng, cú thể tỡm thấy cỏc lời giải điển hỡnh

Nguyờn lý giải bài toỏn bản tương tự như trờn nhưng phương trỡnh độ vừng mặt bản (ω):

[q(x,y) p(x,y)]

D

1yyx

4 2 2 4 4

∂

∂

∂+

∂

Trong đó : D =

) 12(1

.h

μ

− , E và μ là môdul và hệ số nở ngang của vật liệu dầm

- Giải hệ phương trỡnh chớnh tắc đối với múng dầm, bản tớnh được p

- Kiểm tra cỏc trạng thỏi giới hạn của nền tương tự phần múng cứng

- Tớnh ra nội lực trong múng M,Q tớnh cốt thộp yờu cầu bố trớ

Cũng cú thể tớnh toỏn gần đỳng múng dạng dầm và bản như sau:

a Múng dạng dầm:

+ Phương ngang coi là cứng tớnh như trường hợp băng cứng dưới tường

(bản conson ngàm tại mộp sườn dưới hàng cột, hay mộp cột )

+ Phương dọc: tớnh nội lực của múng và cấu tạo theo s đồ dầm liờn tục Cốt thộp

cú hàm lượng μ trong khoảng hợp lý là 0,4 % - 0,8 %

- Phương phỏp gần đỳng ỏp dụng trong thiết kế sơ bộ khi độ cứng cụng trỡnh bờn trờn lớn: + Coi múng dầm là cứng:

m F oi

N

= + Móng ≡ dầm liên tục gối trên các cột và chịu tải p0 → (M, Q ) nội lực trong dầm→ cốt thép

Noi2 No1

+ Bản phẳng: tính toán như bản sàn nấm (dưới cột)

+ Bản có sườn: tính toán như bản kê, ngàm dưới hàng cột, tường

+ Gần đúng (khi kết cấu bên trên có độ cứng lớn) tương tự như phần móng dầm: + Coi bản móng là cứng vô cùng

Luyện tập chương I

Móng mềm Phần lý thuyết

1 Cho biết cỏc yờu cầu cấu tạo cơ bản đối với múng băng bờtụng cốt thộp dưới hàng cột

Hóy giải thớch tại sao lại cú cỏc yờu cầu đú ?

2 Trỡnh bày 2 mụ hỡnh tuyến tớnh

Hóy cho biết ứng dụng mụ hỡnh nền trong tớnh toỏn múng mềm

3 Trỡnh bày đường lối tớnh toỏn múng mềm

Phần bài tập

1) Hãy xác định gần đúng cốt thép trong móng loại băng đơn dưới hàng cột Biết:

- 8 cột 20x20 cm, bước cột 4m và tải trọng dưới cột No = 40T, bỏ qua Mo, và Qo

+ Bề rộng và chiều cao sườn 0,3mx0,5m

2) Hóy kiểm tra điều kiện đõm thủng của múng băng trong bài tập 1(với giả thiết

bỏ qua sự làm việc của cốt dọc, đai) và vẽ hỡnh cấu tạo múng