Tiểu luận môn tường chắn đất các phương pháp thiết kế theo eurocode

CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO EUROCODEDựa vào các biểu thức: Hoặc:Ed =γEE F{ rep;Xk /γM;ad} • Độ bền thiết kế: Hoặc: Rd =R{γF repF ;X ak; d} /γR Trong đó: Ed là hệ quả tác động thiết kế;

I. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Dựa vào các biểu thức:

Hoặc:Ed =γEE F{ rep;Xk /γM;ad}

• Độ bền thiết kế:

Hoặc: Rd =R{γF repF ;X ak; d} /γR

Trong đó: Ed là hệ quả tác động thiết kế;

Rd là độ bền thiết kế;

Fref là tác động đại diện;

Xk là thông số đất nền đặc trưng;

ad là kích thước hình học thiết kế của cấu kiện đang xét;

F, M, R lần lượt là các hệ số riêng cho tác động, vật liệu và độ bền

Các biểu thức trên khác nhau về cách phân phối hệ số riêng giữa tác động, tính chất đất nền và độ bền Từ đó, sẽ có các tổ hợp khác nhau theo biểu thức này, do đó cũng có nhiều cách khác nhau để đưa hệ số riêng vào hàm số E và R của bất phương trình EdRd, điều này dẫn đến thành lập 3 phương pháp thiết kế (DA) được sử dụng trong EN 1997-1 Việc lựa chọn phương pháp thiết kế (DA) còn tùy thuộc vào từng Quốc Gia Các vấn đề thiết kế khác nhau sẽ được giải quyết bằng các phương pháp thiết

kế khác nhau Việc lựa chọn hệ số riêng theo từng phương pháp thiết kế (DA) cũng tùy thuộc vào từng Quốc Gia

Cách kết hợp các hệ số riêng để rút ra hệ quả tác động thiết kế và độ bền theo bất phương trình EdRd sẽ được trình bày dưới dạng ký hiệu, chẳng hạn, A1 ‘+’ M1 ‘+’ R1 Nghĩa là, hệ số riêng cho tác động F hoặc hệ quả tác động E được trình bày bởi ký hiệu A

và được chỉ định trong phụ lục A của EN 1997-1, ký hiệu ‘+’ chỉ rằng chúng được sử dụng tổ hợp với; hệ số riêng M cho các thông số cường độ (vật liệu) đất nền (ký hiệu M), cũng được trình bày trong phụ lục A của EN 1997-1; hệ số riêng cho độ bền (ký hiệu R)

R, cũng được trình bày trong phụ lục A của EN 1997-1

Qui trình để tổ hợp các hệ số riêng được mô tả bằng ký hiệu ám chỉ rằng một tác động địa kỹ thuật, hay hệ quả tác động địa kỹ thuật sẽ liên quan đến hai hay nhiều hệ số riêng: An ‘+’ Mn Tương tự, độ bền địa kỹ thuật sẽ liên quan đến hai hay nhiều hệ số riêng: Mn ‘+’ Rn Tuy nhiên, trong một vài trường hợp, các hệ số riêng này bằng 1.0,

chẳng hạn, M1, R1, và R3 Các hệ số riêng này thay đổi tùy thuộc vào từng phương pháp thiết kế (DA)

Khi sử dụng hệ số riêng M1 thì ám chỉ rằng những tham số đất nền thiết kế bằng với tham số đất nền đặc trưng Kết quả là các tác động đất nền thiết kế, hệ quả tác động thiết kế và độ bền thiết kế đều tính toán sử dụng hệ số riêng M1 thì được xem như là tính toán từ các giá trị đặc trưng, vì chúng được tính toán từ các thông số đất nền thiết

kế với hệ số riêng bằng 1

I.1 Phương pháp thiết kế 1

Thiết kế sẽ kiểm tra phá hoại trong đất và trong kết cấu tách biệt bằng cách sử dụng hai tổ hợp hệ số riêng khác nhau

Các hệ số riêng được áp dụng cho nguồn gốc phát sinh, chẳng hạn, cho tác động đại diện và cho các thông số cường độ đất nền đặc trưng (như c’ và tan’ hoặc cu), sử dụng biểu thức Rd = R{FFrep; Xk/M; ad} Tuy nhiên, ngoại trừ thiết kế cọc và neo, có thể sử dụng

hệ số riêng cho độ bền để đo hoặc tính toán theo biểu thức Rd = R{FFrep; Xk; ad}/R

Các hệ số riêng thường được áp dụng trực tiếp cho tác động đại diện như Ed = E{FFrep; Xk/M; ad}, ngoại trừ một vài trường hợp đặc biệt, thì các hệ số riêng sẽ được

áp dụng cho hệ quả tác động như sau: Ed = EE{Frep;Xk/M; ad}

 Tổ hợp 1:

Các hệ số riêng được tổ hợp theo A1 ‘+’ M1 ‘+’ R1 Mục đích là để thiết kế an toàn đối với các yếu tố bất lợi của tác động, hoặc hệ quả tác động từ tác động đặc trưng, trong khi đó những tính chất đất nền thiết kế bằng với giá trị đặc trưng Vì thế, đối với các tác động bất lợi (hoặc hệ quả của chúng), tính toán theo tổ hợp 1 yêu cầu sử dụng A1 của bảng A.3, phụ lục A trong EN 1997-1 (chẳng hạn, G = 1.35 và Q = 1.5); đối với những tác động có lợi, giá trị đề nghị là G = 1.0 và Q = 0 Đối với độ bền đất nền, tính toán yêu cầu

sử dụng M1 của bảng A.4, phụ lục A trong EN 1997-1 và R1 của bảng A.5 đến A.8 của phụ lục A trong EN 1997-1 (chẳng hạn, M = R = 1.0)

Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 1-tổ hợp 1

 Tổ hợp 2:

Các hệ số riêng được tổ hợp theo A2 ‘+’ M2 ‘+’ R1 Mục đích là để thiết kế an toàn theo các tính chất cường độ đất nền đặc trưng và sự không chắc chắn trong mô hình tính toán, trong khi đó, tĩnh tải thiết kế bằng với tĩnh tải đại diện và hoạt tải bất lợi thiết kế lớn hơn hoạt tải bất lợi đại diện Vì thế, đối với tác động (hoặc hệ quả tác động), khi tính toán theo tổ hợp 2 thì sử dụng A2 của bảng A.3, phụ lục A trong EN 1997-1 (chẳng hạn, G = 1.0 đối với tĩnh tải bất lợi và có lợi, Q = 1.3 đối với hoạt tải bất lợi và Q = 0 đối với hoạt tải

có lợi) Đối với độ bền đất nền, tính toán yêu cầu sử dụng M2 của bảng A.4 và R1 của bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14, phụ lục A trong EN 1997-1

Để thiết kế cọc và neo, độ bền thiết kế được tính toán sử dụng M1 của bảng A.4, phụ lục A của EN 1997-1 (M = 1.0) và hệ số riêng R4 từ bảng A.6 đến A.8 hoặc A.12 của phụ lục A, EN 1997-1 Các tác động bất lợi thiết kế lên cọc và neo cũng được tính toán bằng cách sử dụng hệ số riêng A2 và M2

Trong thiết kế, không phải lúc nào cũng áp dụng tất cả các tổ hợp Thông thường, khi thiết kế địa kỹ thuật thì dùng tổ hợp 2, thiết kế kết cấu dùng tổ hợp 1 Vì vậy, thông thường trong thiết kế địa kỹ thuật, dùng tổ hợp 2 để xác định kích thước của các phần tử

địa kỹ thuật, sau đó dùng tổ hợp 1 để kiểm tra lại các kích thước này Cũng tương tự, sử dụng tổ hợp 2 để xác định cường độ phần tử kết cấu, và sử dụng tổ hợp 1 để kiểm tra lại chúng

Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 1-tổ hợp 2

I.2 Phương pháp thiết kế 2.

Trong phương pháp này, chỉ sử dụng 1 loại tổ hợp các hệ số riêng để tính toán kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn trong đất và trong kết cấu Sử dụng tổ hợp các hệ số riêng A1 ‘+’ M1 ‘+’ R2 Các hệ số riêng áp dụng cho tác động đất nền và tác động kết cấu đều giống nhau Các hệ số riêng áp dụng cho độ bền đất nền và hoặc cho tác động hoặc cho

hệ quả tác động Kết quả thu được sẽ khác nhau khi áp dụng hệ số riêng cho tác động hoặc hệ quả tác động

Đối với phương pháp mà hệ số riêng được nhân cho tác động, sử dụng hệ số riêng A1 của bảng A.3, M1 bảng A.4 (M = 1.0) và R2 bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14 của

phụ lục A, EN 1997-1

Đối với phương pháp mà hệ số riêng được nhân cho hệ quả tác động, các hệ số giống nhau sẽ được sử dụng để tính toán E và R theo tác động thiết kế và các thông số cường độ đất nền thiết kế bằng với giá trị đặc trưng của chúng Trong phương pháp này,

sử dụng các biểu thức Ed = E.E{Frep; Xk; ad} và Rd = R{Frep; Xk; ad}/R , vì thế có thể thiết

lập mối quan hệ trực tiếp giữa hệ số an toàn tổng thể n = Rk/Ek với Ed Rd như sau: E.E {Frep; Xk; ad} R{Frep; Xk; ad}/R thì hệ số an toàn là n = E.R

Chú ý rằng, E là hệ số tổ hợp, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa tĩnh tải với hoạt tải Thừa số

E.R cũng phụ thuộc vào tỷ số này, nhưng hệ số an toàn tổng thể truyền thống n lại độc lập với chúng

Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 2

I.3 Phương pháp thiết kế 3

Trong phương pháp thiết kế này, chỉ sử dụng một loại tổ hợp hệ số riêng để tính toán kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn trong đất và trong kết cấu Sử dụng tổ hợp các

hệ số riêng (A1 hoặc A2) ‘+’ M2 ‘+’ R3 Các tác động đặc trưng xuất phát từ kết cấu (tác động kết cấu) sẽ được nhân với hệ số A1 trong bảng A3 Các tác động thiết kế xuất phát

từ đất nền hoặc thông qua đất nền (tác động địa kỹ thuật) sử dụng hệ số riêng cho cường

độ đất nền M2 trong bảng A.4 Độ bền thiết kế của đất nền được rút ra bằng cách áp dụng

hệ số riêng M2 trong bảng A.4 cho các thông số cường độ đất nền và hệ số riêng cho độ bền R3 trong bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14 của phụ lục A, EN 1997-1

Kiểm tra cường độ theo phương pháp thiết kế 3

I.4 Các hệ số riêng sử dụng để kiểm tra các trạng thái giới hạn kết cấu (STR) và đất nền (GEO):

- Hệ số riêng cho tác động F

γ

hoặc hệ quả tác động E

γ

- Hệ số riêng cho thông số đất nền: M

γ

- Hệ số độ bền riêng( R

γ

)cho kết cấu tường chắn:

II. Bài tập 11.2

(Tường trọng lực chữ T với đất đắp khô (Phân tích thoát nước)

Xác định cường độ thoát nước (trạng thái giới hạn GEO)

Tiếp tục việc thiết kế các bức tường từ Ví dụ 11.1, nhưng trong bài tập này phân tích thoát nước dài hạn cho nền đất bên dưới để xác minh thiết kế của tường trong điều kiện dài hạn

Tất cả các kích thước giống như trong ví dụ 11.1 Tuy nhiên, ví dụ này, các thông số ứng suất có hiệu cho đất sét thích hợp để xem xét các hành vi lâu dài của bức tường

1. Đề bài toán:

Một tường trọng lực dạng chữ T đặt trên nền sét như bài tập 11.1, nhưng trong bài 11.2 này xét đến điều kiện bền vững của đất bên dưới tường Đất sét dưới đáy tường có các đặt trương về sức chống cắt: Góc ma sát đỉnh

0 k,f dn

, Lực dính

có hiệu

'k,f dn

, góc ma sát khối lượng (góc ma sát cực hạn)

0 cv,k,f dn

) Các thông số khác như ví dụ trước

2. Thiết kế tiệm cận 1.

 Tác động (tính toán từ bài tập 11.1)

 Thông số hình học:

- Chiều sâu đất đắp trước thường đào thêm:

min(10% ,0.5 ) min(0.1 3 ,0.5 ) 0.3

- Chiều cao thiết kế sau khi kể thêm ∆H

3 0.3 3.3

d

- Bề rộng chân tường trong:

2.7 0.25 0.5 1.95

s

 Tác động: thành phần tác động thẳng đứng và momen (quanh điểm

O) do trọng lượng bản thân

kN

m

γ

- Momen gây ra bởi đáy tường đối với điểm O

2.7

m

- Trọng lượng thân tường:

kN

m

γ

- Momen gây ra bởi thân tường đối với điểm O

- Bề dày thân tường: ts=250mm

- Đất đắp ở trước tường cách đỉnh tường H=3m

- Bề rộng đát tường: B=2.7m

- Bề dày đáy tường: tb=300mm

- Mở rộng đáy tường 1 đoạn x=0.5m

- Đáy chân tường cách mặt đất tự nhiên d=0.5m

- Đất đắp có các đặc trưng:

36o k

ϕ =

và 'k 0

;

3

18

k

kN m

γ =

2 2

0.25

s

m

- Trọng lượng khối đất đắp sau lưng tường:

kN

m

γ

- Momen gây ra bởi khối đất đắp sau lưng tường đối với điểm O

1.95

m

- Tổng trọng lượng bản thân (đế tường + thân tường + đất đắp sau lưng tường):

3

1

20.25 20 112.32 152.57

i

i

kN

m

=

- Tổng momen giữ ổn định (đế tường + thân tường + đất đắp sau lưng tường):

3

1

27.338 12.5 193.752 233.59

i

i

kN

m

=

- Thành phần phụ tải (hoạt tải):

kN

m

- Hệ số riêng cho tác động:

1

, 2

:

A

- Tải trọng bất lợi theo phương đứng:

- Tải trọng có lợi theo phương đứng:

d fav G fav GK

- Hệ số áp lực chủ động theo phương đứng của đất đắp sau lưng tường chắn:

1 sin(36 )

1 sin(36 )

1 sin(30.2 )

o o d

d

o

ϕ

+

Trong đó

:

d

ϕ

là góc ma sát kháng cắt của đất đắp

( )

1 ,

36 tan

tan

30.2

k

d fdn

ϕ

ϕ ϕ

γ

- Áp lực đất chủ động (gây trượt) và momen gây mất ổn định đối với

điểm O:

• Áp lực chủ động do đất đắp sau lưng tường:

2 2

1

0.26

18 (3 0.05)

P

m

γ γ

• Momen do áp lực đất chủ động do đất đắp sau lưng tường đối với

điểm O:

m

• Áp lực chủ động do hoạt tải:

2

kN

m

• Momen do hoạt tải gây ra đối với điểm O:

m

• Tổng lực gây trượt:

2 1

i

i

=

∑

,

Ed dst

kNm M

m

 Đặc trưng vật liệu

- Các hệ số riêng cho thông số đất nền

1

2

:

M

- Góc ma sát kháng cắt thiết kế của đất đắp:

( )

1 ,

36 tan

tan

30.2

k

d fdn

ϕ

ϕ ϕ

γ

- Góc ma sát kháng cắt thiết kế của đất dưới đáy tường:

,

1.25

k fdn

d fdn

ϕ

ϕ ϕ

γ

- Lực dính hữu hiệu của đất dưới đáy tường:

, ,

5

'

1.25

k fdn

d fdn

c

c

γ

 

- Eurocode 7 -1 cho phép lựa chọn

,

cv d

ϕ

bằng cách lấy nhỏ hơn d

ϕ

và

,

cv k

ϕ

tức là

0

20

20

cv k fdn d fdn cv k fdn

- Góc ma sát cho bề mặt bê tông

d fdn k cv k fdn

(k=1)

 Sức kháng trượt:

- Hệ số độ bền riêng:

1 2

1 :

1

Rh

R

 

- Sức kháng trượt theo thiết kế:

,

tan

55.5

1

Rd

Rh

H

m

δ γ

 

 Khả năng chịu tải:

- Yếu tố khả năng chịu lực thoát nước:

,

2

26 tan

tan 45

2 26

11.9 21.3

tan 45

7.3 2

q

e

π ϕ

π

ϕ

 

 ÷

 

N = N − ϕ = ÷− ×÷  ÷ = ÷

Nγ = N − ϕ =  ÷− ×÷  ÷ = ÷

- Độ nghiêng gây ra bởi một tải trọng (chiều dài L= ∞

)

Hệ số mũ:

'

'

1 '

B

B L m

B L

=    =  ÷ +

0.64 1

0.56

B

m Ed

q

H i

,

0.49

B

m q

i

0.52 1

0.42

B

m Ed

q

H i

+

- Khả năng chịu tải thoát nước

• Ứng suất có hiệu tại đáy tường

'vk b k fdn.(d H) 22 0.5 0.3 4.4 kPa

• Ứng suất do TLBT đất đắp sau lưng tường:

ult q q vk b

• Từ lực dính của đất:

.c'

ult c c d fdn

• Trọng lượng bản thân tường:

B

• Tổng khả năng chịu tải:

3 1

i

i

=

∑

• Sức chịu tải thiết kế:

185.1

185.1 78.8

1

ult Rd

R

q

γ γ

 ÷

 

 Sức kháng lật:

Ed stb G fav Ek stb

kNm

m

 Kiểm tra:

- Trượt thoát nước:

52.3 51.6

Ed

kN H

m

và

55.5 55.5

Rd

kN H

m

- Mức độ sử dụng:

,1

94

% 93

Ed GEO

Rd

H H

 

- Sức chịu tải thoát nước:

239

95.4 181.2

78

d Ed

V

B

và 185.1

78.8

ult

,1

52

% 99

Ed GEO

Rd

q q

 

 

,

68.9 69

Ed stb

kNm M

m

và

,

233.6 233.6

Ed stb

kNm M

m

, ,1

,

30

% 30

Ed dst GEO

Ed stb

M M

 