THIẾT KẾ TƯỜNG TRỌNG LỰC DẠNG KHỐI- Hình dưới thể hiện các loại áp lực tác dụng lên tường trọng lực dạng khối, giả sử rằng phụ tải đặt tại bề mặt khối đất đắp và mực nước ngầm nằm phía t
Trang 1THIẾT KẾ TƯỜNG TRỌNG LỰC DẠNG KHỐI
- Hình dưới thể hiện các loại áp lực tác dụng lên tường trọng lực dạng khối, giả sử rằng phụ tải đặt tại bề mặt khối đất đắp và mực nước ngầm nằm phía trên chân tường Vì lưng tường hợp với phương đứng 1 góc θ, áp lực đất chủ động tác dụng lên lưng tường cũng nghiêng 1 góc θ so với phương ngang
- Thành phần theo phương ngang σ’ah của tổng áp lực đất σ’a tác dụng lên mặt lưng tường tại độ sâu z tính từ mặt đất :
z '
ah
0
σ γ ÷÷
Trong đó Kaγ, Kaq, Kac - hệ số áp lực đất chủ động của khối lượng đất, phụ tải
và lực dính
Trang 2c’ - lực dính
- Áp lực nước lỗ rỗng u tác dụng lên lưng tường tại độ sâu z :
- Thành phần theo phương ngang σah của tổng áp lực σa tác dụng lên mặt lưng tường tại độ sâu z tính từ mặt đất :
σah = σ’ah + u
2
β ϕ
dốc của đất β và góc nghiêng của lưng tường θ
- Thành phần theo phương ngang (P’ah và Uah) của áp lực đất và nước (P’a và Ua) tác dụng lên lưng tường (2 thành phần này gây mất ổn định, trượt và lật) :
H
0
H ah 0
udz
U = ∫
- Thành phần theo phương đứng (P’av và Uav) của áp lực đất và nước (P’a và Ua) tác dụng lên lưng tường có thể được xác định dựa vào thành phần theo phương ngang (các thành phần này gây mất ổn định, đồng thời chống trượt và lật cho tường) :
Trang 3' '
av ah
P =P ×tan(θ δ+ )
U =U ×tan(θ δ+ )
- Việc tính toán sức chống trượt, lật và mất ổn định của tường chắn dạng khối tương
tự như tường chắn dạng chữ T, nhưng trọng lượng của tường chắn dạng khối không bao gồm trọng lượng đất đắp Thay vào đó, các thành phần lực theo phương đứng của khối đất tác dụng lên tường được thay thế bằng tổng hợp của các lực theo phương đứng P’av
1. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẤT NỀN (BEARING)
chắn dạng chữ T
'
Gk av,Gk av,Gk G
i
A
P’av,Gk - thành phần theo phương đứng của áp lực đất
Uav,Gk - thành phần theo phương đứng của áp lực nước
qQk - hoạt tải tác dụng lên đất phía sau tường
γG, γQ - hệ số của tĩnh tải và hoạt tải
ψi - hệ số tổ hợp của hoạt tải thứ i
- Do trọng lượng bản thân của tường và đất đắp có tác dụng gây mất ổn định, trọng lượng riêng của đất và tường được lấy với giá trị lớn hơn bằng cách nhân với hệ số bất lợi
Ed Ed G '
U A
q =q − γ ÷
Trang 4Trong đó UGk - ứng suất đẩy nổi lên đáy tường
2. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TRƯỢT (SLIDING)
dạng chữ T
- Ứng suất hữu hiệu của đất (P’a) là ứng suất gây trượt (bất lợi) Do đó cả 2 thành phần theo phương đứng và phương ngang (P’a,h và P’a,v) được xem như bất lợi và giá trị thiết kế kế được nhân với hệ số γG
- Áp lực nước Ua cũng là ứng suất gây trượt (bất lợi) Do đó cả 2 thành phần theo phương đứng và phương ngang (Ua,h và Ua,v) được xem như bất lợi và giá trị thiết
kế được nhân với hệ số γG Áp lực nước đẩy nổi (Uv) cũng là thành phần bất lợi
3. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH LẬT (SLOPING)
chữ T
4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN
4.1 ĐỀ BÀI
Tường trọng lượng dạng khối bê tông với đất đắp khô Xác định cường độ (theo trạng thái giới hạn CEO)
Trang 5Cho một tường chắn trọng lực dạng khối bê tông, bề rộng B = 2m, chiều cao H = 4m được đặt trên đá cứng (bỏ qua việc tính toán mất ổn định nền) Đỉnh tường (đối xứng)
có bề rộng b = 1m Trọng lượng riêng của khối bê tông γck = 24 kN/m3 (bảng A.1 tiêu chuẩn EN 1991-1-1) Lớp đất sau tường có thông số cường độ thoát nước là φk = 36º, c'k = 0 kPa, trọng lượng riêng γk = 19 kN/m3 Đất sau tường có góc chống cắt không thay đổi φcv,k = 30º Đặc trưng góc chống cắt của đá phía dưới tường φk,fdn = 40º Đất đắp phía sau tường có độ dốc theo tỉ lệ 1:4, tức là góc β = tan-1(1/4) = 14º Phụ tải trên mặt đất qQk = 10 kPa trong tường hợp dài hạn và ngắn hạn
Tóm tắt
4.2 TÍNH TOÁN
4.2.1 Thiết kế tiệm cận 1 (DA1)
- Kích thước hình học
Độ nghiêng của lưng tường so với phương thẳng đứng
7.125 º
Trang 6Phần mở rộng của chân tường
0.5 m
- Tác động
Trọng lượng tường
144 kN/m Moment đối với chân tường
- Tính chất vật liệu
Hệ số tổ hợp M1
Góc chống cắt thiết kế của đất đắp
36
º 30.17
Lực dính thiết kế hữu hiệu của đất đắp
Trang 7kPa 0
Tiêu chuẩn UK NA và BS EN 1997-1 cho phép φcv,d được chọn theo công thức
30
º 30
Đối với bê tông đổ tại chỗ
Góc ma sát giữa đất và tường
30
º 30 Góc chống cắt thiết kế của đá dưới đáy tường
40
º 33.87
Góc ma sát giữa đá và tường
40
º 33.87
- Ảnh hưởng của tác động
Hệ số áp lực đất chủ động (dành cho thành phần ứng suất theo phương ngang) (được tính toán theo phụ lục C - EN1997-1 và trong chương 12)
Kaγ =
0.30
0.38
Hệ số tổ hợp
Trang 8Thông số của đất đắp
Lực đẩy thiết kế
62.38
kN/m 58.52
Lực đẩy theo phương đứng
47.22
kN/m 44.3
Moment đối với điểm chân tường
83.17 kNm/
m 78.03
Thông số của phụ tải
Lực đẩy thiết kế
17.82
kN/m 19.6
Lực đẩy theo phương đứng
13.49
kN/m 14.84
Trang 9Moment đối với điểm chân tường
35.64 kNm/
m 39.21 Tổng lực đẩy theo phương ngang (giá trị thiết kế)
80.2
kN/m 78.12
Tổng lực đẩy theo phương dọc (giá trị thiết kế)
60.71
kN/m 59.14
Tổng moment gây mất ổn định (giá trị thiết kế)
118.8 kNm/
m 117.2
Tác động bất lợi theo phương đứng
255.1
kN/m 203.1
Tác động có lợi theo phương đứng
204.7 kN/m
Trang 10- Sức chống trượt
Hệ số tổ hợp R1
Sức chống cắt thoát nước (g.trị thiết kế) (bỏ qua lực dính, theo EN 1997-1 exp 6.3a)
171.8
kN/m 136.4
- Sức chống lật
Moment chống lật thiết kế (quanh chân tường)
Do đất đắp
86.57 kNm/
m 81.21
Do phụ tải
23.61 kNm/
m 25.97
Do tường
144 kNm/
Trang 11m 144 Tổng giá trị thiết kế moment chống lật
254.2 kNm/
m 251.2
Độ lệch tâm của tải
0.469
m 0.341
Tải phải nằm trong giới giạn 1/3 bề rộng ở giữa đáy tường, do đó eB không được
- Kiểm tra
Đối với trượt thoát nước
Góc sử dụng
46.69
% 57.29
Đối với lật
Trang 12Góc sử dụng
46.74
% 46.67
Bài toán không được chấp nhận nếu giá trị góc sử dụng > 100%
4.2.2 Thiết kế tiệm cận 2 (DA2)
- Kiểm tra
Đối với trượt thoát nước
Góc sử dụng
51.34 %
Đối với lật
MEd,dst = 118.7 kNm/m MEd,stb
Góc sử dụng
46.68 %
Bài toán không được chấp nhận nếu giá trị góc sử dụng > 100%
4.2.3 Thiết kế tiệm cận 3 (DA3)
- Kiểm tra
Đối với trượt thoát nước
Trang 13HEd = 78.2 kN/m H'Rd = 136.4 kN/m Góc sử dụng
57.33 %
Đối với lật
MEd,dst = 117.3 kNm/m MEd,stb
Góc sử dụng
46.66 %
Bài toán không được chấp nhận nếu giá trị góc sử dụng > 100%
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
EuroCode7_Geotechnical;
PGS TS Châu Ngọc Ẩn- Cơ Học Đất
PGS TS Bùi Trường Sơn- Địa chất công trình