CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN MÓNG TRỤ - ĐATN thiết kế cầu dầm supper T

CHƯƠNG VTÍNH TOÁN MÓNG TRỤ 5.1 Số liệu về địa chất: Qua công tác khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng cấu trúc địa tầng của khu vực xây dựng cầu gồm các lớp sau: Lớp đất đắp: N

CHƯƠNG V

TÍNH TOÁN MÓNG TRỤ

5.1 Số liệu về địa chất:

Qua công tác khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng cấu trúc địa tầng của khu vực xây dựng cầu gồm các lớp sau:

Lớp đất đắp:

Nằm ngay trên tầng mặt ở vị trí 2 bên bờ sông.Đây là lớp đất sét, cát có bề dày thay đổi từ 1 – 2.5m Lớp này không lấy mẫu thí nghiệm

Lớp đất 1:Lớp đất sét hữu cơ, màu xám đen, trạng thái rất mềm

Bề dày trung bình: htb = 3 – 3.5m

Độ sệt:B = 1.32

Lực dính đơn vị: C = 0.3KG/cm2

Góc ma sát trong:  = 23

Dung trọng tự nhiên:  = 1.475g/cm3

Lớp 2b:Lớp đất sét màu nâu vàng đốm xám, trạng thái rắn

Bề dày trung bình: htb = 2 – 2.5m

Độ sệt: B < 0

Dung trọng tự nhiên:  = 1.977g/cm3

Giá trị SPT = 22

Lớp 2c:Đất sét lẫn ít cát mịn, màu vàng nâu trạng thái rắn

Bề dày trung bình:htb = 4 – 4.5m

Độ sệt: B < 0

Dung trọng tự nhiên:  = 1.907g/cm3

Giá trị SPT = 12

Lớp 3:Đất sét pha cát, màu vàng nâu, trạng thái rắn

Bề dày trung bình: htb = 2 – 2.5m

Độ sệt: B = 0.42

Dung trọng tự nhiên:  = 1.878g/cm3

Giá trị SPT = 9

Lớp đất 4:

Lớp 4a:Đất sét màu xám đen, trạng thái rắn

Bề dày trung bình: htb = 2 – 2.5m

Độ sệt: B < 0

Dung trọng tự nhiên:  = 1.917g/cm3

Giá trị SPT = 13

Lớp 4b:Đất sét màu xám đen trạng thái rắn

Bề dày trung bình: htb = 4 – 4.5m

Độ sệt: B < 0

Dung trọng tự nhiên:  = 1.924g/cm3

Giá trị SPT = 14

Lớp 4c: Đất sét màu xám đen, trạng thái rất rắn

Bề dày trung bình: htb = 4 – 4.5m

Độ sệt: B < 0

Dung trọng tự nhiên:  = 1.971g/cm3

Giá trị SPT = 16

Lớp 4d: Đất sét màu xám đen, trạng thái rắn

Bề dày trung bình: htb = 4 – 4.5m

Độ sệt: B < 0

Dung trọng tự nhiên:  = 1.936g/cm3

Giá trị SPT = 15

Lớp 4e: Đất sét lẫn ít cát mịn, màu xám đen, trạng thái rất rắn

Bề dày trung bình: htb = 8 – 8.5m

Phần cọc ngàm trong bệ cọc là 150mm

5.2 Số liệu thiết kế:

Cọc khoan nhồi đường kính D = 1m

Độ xiên của cọc trong đất: 0 độ

Cao độ đáy bệ cọc:E1 = -2.9m

Cao độ mặt đất tự nhiên:E2 = -2.2m

Cao độ mũi cọc:E3 = -37.9m

Chiều dài của cọc trong đất:L = E1 – E3 = -2.9 + 37.9 = 35m

Chiều dài tự do của cọc:L0 = 0m

Chiều dài cọc ngàm trong bệ: Lng = 0.15m

Cường độ bê tông thân cọc: '

Chu vi mặt cắt ngang: P     D 1 3.14m

Cường độ của thép: fy 280MPa

Mô dun đàn hồi của thép: Es = 200000MPa

Đường kính thanh cốt thép:  = 32mm

Số lượng thanh thép:n = 16

A  n A 16 804.2 12868mm 

Đường kính cốt đai:d = 12

5.3 Tính toán sức chịu tải của cọc:

vl dn

[P] min[P , P ]

trong đó:

P :sức chịu tải giới hạn của cọc

Pvl :sức chịu tải giới hạn của cọc theo vật liệu

Pđn :sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền5.3.1 Tính toán sức chịu tải theo vật liệu:

'

P (A  f A f )

Trong đó:

 = 0.9 – hệ số xét ảnh hưởng của uốn dọc

As = 12868 mm2 – Diện tích thép dọc

fy = 280MPa – Cường độ của thép chủ

Ac = 785398 mm2 - Diện tích mặt cắt ngang của cọc

' c

f 40MPa- Cường độ của bê tông

vl

5.3.2 Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền.

(Theo TCVN205 –1998):

P m(m A q  u m  f l )

Trong đó:

m = 1 –Hệ số điều kiện làm việc

mR = 1 – Hệ số diều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc

qp – Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, (T/m2) lấy theo bảng A7 TCXD 205:1998 Với h = 35m, IL < 0 Ta có qp = 394.8T/m2

u = P = 3.14m – Chu vi mặt cắt ngang của cọc

mf – Hệ số điều kiện làm việc của đất mặt bên cọc Lấy theo bảng A5

mf = 0.7 Đối với trường hợp đóng ống thép

fs – Ma sát bên của lớp đất i,Tra theo bảng A2 dựa vào hi và độ sệt IL

li – Chiều dày của lớp đất thứ i,(m)

hi – Khoảng cách từ vị trí đáy bệ cọc tới trọng tâm lớp đất thứ i

Ta tính sức chịu tải của mặt bên như bảng sau:

Lớpđất hi(m) li(m) IL fi(T/m2) fili(T/m)

Khi tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi làm việc ma sát ta phải kể đến ảnh hưởng của lớp màng mỏng vữa sét bao quanh bằng hệ số 0.7.

Vì Pvl 3151.606 T > Pđn 848.39 T nên sức chịu tải tính toán là

Ptt 0.7 P đn 593.873 T

5.4 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng:

DC DW

LL,BR, CE,PL WA WS WL CV Hy(kN)

Mx(kN.m) Hx(kN)

My(kN.m) Sử dụng 1 1 1 1 0.3 1 0 13186.0 194.2 2112.9 190.3 2555.1 Cường độ I 1.25 1.5 1.75 1 0 0 0 17276.5 0.7 1.2 284.4 3819.2 Cường độ II 1.25 1.5 0 1 1.4 0 0 15152.8 644.6 6377.5 0.0 0.0 Cường độ III 1.25 1.5 1.35 1 0.4 1 0 16791.1 240.2 2568.3 247.1 3318.9 Đặc biệt 1.25 1.5 0.5 1 0 0 1 15759.5 3960.7 12554.4 2061.3 7367.8

Tải trọng giới hạn

Dọc cầu Ngang cầu

Tải trọng đứng N(kN)

BẢNG TỔ HỢP TẢI TRỌNG TẠI MẶT CẮT ĐÁY MÓNG

Hệ số tải trọng

Ta chọn tổ hợp nguy hiểm nhất là THGH cường độ I để tính toán có

5.4.1 Tính toán nội lực cọc:

Ta tính với tổ hợp nguy hiểm nhất

5.4.1.1 Xác định bề rộng tính toán bc:

Ta có: D = 1 > 0.8 nên bề rộng qui ước được tính theo công thức sau:

Vậy chiều sâu đặt móng nằm trong 2 lớp đất

Lớp đất 1: Đất sét hữu cơ có h = 2m, IL = 1.32 > 1 Tra bảng G1 ta được K

2

4 2

I = 0.04909m4 – Mô men quán tính mặt cắt ngang cọc

5.4.1.4 Xác định chuyển vị đơn vị của cọc tại cao trình mặt đất:

 - Chuyển vị xoay do M0 = 1 gây ra

Chiều sâu tính đổi của cọc trong đất:

h  L 0.29 35 10.15m 

Trong đó: L = 35m Chiều sâu thực tế cọc hạ trong đất

Tra bảng G2, TCXD205:1998 với _

h 10.15m ta được giá trị của các hệ số:

 - Chuyển vị thẳng đứng do Pn = 1 gây ra

Do bệ trụ chôn trong đất nên ta có L0 = 0 , Vậy chuyển vị của cọc tại đầu cọc cũng là chuyển vị của cọc tại cao trình mặt đất:

L0 = 0 – Chiều dài của cọc trên mặt đất

EF :độ cứng chịu uốn của tiết diện cọc với F Ac 0.7854 m2

EF EcAc 3.39945e6 0.785398 2.66992e6 2.66992e6 T

EI :độ cứng chịu uốn của tiết diện cọc

EI EcI 3.39945e6 0.0490874 166870.0 166870.0 T/m2

h = 35m – Chiều dài cọc chôn sâu trong đất

C   K h 600 35 21000T / m  - Hệ số nền của đất tại mũi cọc.

K = 600T/m4 - Hệ số ảnh hưởng của phản lực đất tại mũi cọc

5 PP

5 MM

Ta có bảng đặc trưng hình học của các nhóm cọc:

Nhóm cọc cọcSố xn x2  tg sin cos sin2

 - Góc xiên giữa trục dọc của cọc với trục thẳng đứng

Các phản lực đơn vị được xác định theo các công thức sau:

1

n i

Do hệ đối xứng nên: ruv = rvu = rvw = rwv = 0

5.4.1.7.1 Xét theo phương dọc cầu:(My, Hx , NZ)

Ta có bảng đặc trưng hình học của các nhóm cọc:

Nhóm cọc Số cọc xn x2

 tg sin cos sin2

 - Góc xiên giữa trục dọc của cọc với trục thẳng đứng

Các phản lực đơn vị được xác định theo các công thức sau:

Do hệ đối xứng nên ta có: r vu r uv r v rv 0

5.4.1.8 Xác định chuyển vị u, v ,w của bệ cọc:

Ta có bảng các tổ hợp nội lực tại đáy bệ cọc như sau:

Ta nhận thấy nội lực trong nhóm cọc thứ 3 có nội lực lớn nhất.

Kiểm tra lại các giá trị tính toán:

Sai số là 0%

Tương tự ta tính cho các trạng thái giới hạn khác, ta lập được bảng sau:

Ta đổi đơn vị sang T, m

Bảng tính chuyển vị của đài và nội lực lớn nhất tại đầu cọc

TTGH N(T) Hy(T) Mx(T.m) v (m) u(m) w(rad) Pn(T) Hn(T) Mn(T.m) TTGH CĐI 1727.651 28.438 381.916 0.0072 0.0023 0.0004 334.654 4.740 -29.772 TTGH CĐII 1515.276 0.000 0.000 0.0063 0.0012 0.00000 252.546 5.640 -17.745 TTGH CĐIII 1679.108 24.713 331.889 0.0070 0.0021 0.0003 320.445 4.857 -28.196 TTGH SD 1318.596 19.025 255.506 0.0055 0.0019 0.0003 251.017 5.037 -25.791 TTGH ĐB 1575.954 206.125 736.779 0.0066 0.0087 0.0011 399.939 23.420 -117.358

v – chuyển vị theo phương thẳng đứng, m

u - chuyển vị theo phương ngang, m

w – chuyển vị xoay, rad

Pn, Hn, Mn – nội lực lớn nhất ở đầu cọc: lực dọc, lực cắt, momen ứng với các trạng thái giới hạn

BẢNG TÍNH CHUYỂN VỊ BỆ CỌC VÀ NỘI LỰC TẠI ĐẦU CỌC

Xét trường hợp theo phương dọc cầu:(My, Hx, Nz)

Nhóm cọc Số cọc xn x2  tg sin cos sin2

Kết quả nội lực tính toán như bảng sau:

Nhóm cọc Số cọc x  Sin Cos (v + x.w) Pn(T) Hn(T) Mn(T.m)

Ta nhận thấy nội lực trong nhóm cọc thứ 2 có nội lực lớn nhất

Kiểm tra lại các giá trị tính toán:

Nhóm Mn Pcos Psin PxCos Hcos Hsin HxSin

Sai số của phép tính là 0%

Các tổ hợp còn lại ta tính tương tự, kết quả tính toán như bảng sau:

Tổ

hợp (T.m)My (T)Hx (T)N v u  (T.m)Mn (T)Vn (T)NnCĐ1 0.118 0.074 1727.651 0.0072 0.0000 0.0000 -0.082 0.012 288.009 CĐ2 637.750 64.463 1515.276 0.0063 0.0023 0.0027 -13.812 -28.401 414.729 CĐ3 256.835 24.021 1679.108 0.0070 0.0009 0.0011 -4.722 -11.467 343.988 Sử

dụng 211.290 19.422 1318.596 0.0055 0.0007 0.0009 -3.741 -9.437 272.323Đặc

biệt 1255.438 396.074 1575.954 0.0066 0.0143 0.0080 -148.104 -50.520 745.337

Qua kết quả tính toán ở trên ta nhận thấy Tổ hợp đặc biệt gây ra chuyển

vị tại đài cọc lớn nhất và Lực dọc trong cọc lớn nhất Nên ta chọn tổ hợp đặc biệt để Kiểm toán

Kiểm tra chuyển vị ngang:

Ta có: umax 1.43cm u 3.8cm thõa điều kiện

Kiểm tra khả năng chịu lực dọc:

Tĩnh tải bản thân cọc: p c c Ac L 2.5 0.7854 36.15 70.98T  

Điều kiện kiểm tra:

P   P 385.17 1.25 70.98 473.9T [P] 514.2T      thõa điều kiện

5.5 Tính toán sức chịu tải ngang của cọc:

Xác định mô men và chuyển vị ngang của 1 cọc thẳng đứng chịu mô men và lực ngang tại cao trình mặt đất theo lý thuyết TERZAGHI

Ze – Chiều sâu tính đổi xác định theo công thức: ze  bd z

Ai, Bi, Ci, Di – Các hệ số lấy theo bảng G3 phụ thuộc vào ze

Mô men uốn và lực cắt tại cao trình mặt đất(Theo trạng thái giới hạn đặc biệt)

Do bệ trụ nằm trong đất nên ta có:

Kết quả tính toán ta lập thành các bảng sau:

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ÁP LỰC z (T/m2)

0 0.8834 1.7237 2.507 3.2163 3.8437 4.368 4.8251 5.1687 5.4215 5.6002 5.6716 5.6574 5.5716 5.4198 5.2151 4.9499 4.643 4.3799 3.9408 3.5587 2.7629 1.966 1.1999 -0.1991 -1.7104

-3.2968 -14.0 -12.0 -10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH Mz (T.m)

39.59 32.20 24.35 6.72

-0.94

-14.0 -12.0 -10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0

BẢNG TÍNH GIÁ TRỊ LỰC CẮT Qz (T)

57.091 55.908 52.509 47.306 40.77

37.161 29.58

21.849 14.525 7.8227 1.973 -4.879

-10.24 -11.37 -11.57 -8.3

5.6 Kiểm tra bê tông cọc:

5.6.1 Kiểm tra nén uốn:

Ta qui đổi tiết diện hình tròn về hình vuông:

5.6.2 Kiểm tra khả năng chịu cắt của cọcï:

Nên ta bố trí cốt đai theo cấu tạo:

Chọn đai xoắn  12 a100 bố trí tại vị trí cọc trên đầu, Các đoạn cọc tiếp theo biểu đồ lực cắt giảm dần ta bố trí a150 và a200

212

5.6.3 Kiểm tra chống nứt:

Ta nhận thấy mô men tại vị trí đầu cọc là lớn nhất nên ta lấy mô men tại vị trí đầu cọc dể kiểm tra

Ms = 1.72 x 9.81 = 16.87 KN.m

As = 12868 mm2

ds = 786mm

Giả sử xà mũ đặt trong điều kiện bình thường ta có Z = 30000N/mm

2886

Môđun đàn hồi của cốt thép thường: Es= 200000 MPA

Môđun đàn hồi của bêtông:

5.6.4 Kiểm tra ổn định đất nền quanh cọc:

Điều kiện kiểm tra:

 - Khối lượng thể tích tính toán của đất,(T/m3)

1(), C1(T/m2) – Góc ma sát trong và lực dính của đất

 - hệ số lấy bằng 0.6 đối với cọc khoan nhồi

1 1

 

Mp – Mô men do tải trọng ngoài thường xuyên,(T.m)

Mv – Mô men ngoài do tải trọng tạm thời,(T.m)