hân tích trạng thái ứng suất biến dạng của đài nước để lựa chọn kích thước móng đài thích hợp với đặc tính nền phổ biến trên địa bàn tỉnh ninh thuận

M U

I Tính c p thi t c a tài:

N c s ch đang là v n đ b c xúc thu hút s quan tâm c a t t c các c ng

đ ng ng i trên th gi i đ c bi t là các n c đang phát tri n và ch m phát tri n

H u h t các ngu n n c ng t trên th gi i nói chung và Vi t Nam nói riêng đ u b

ô nhi m các m c đ n ng nh khác nhau M t báo cáo k t qu nghiên c u n m

1993 c a U ban Hành đ ng Qu c t v Dân s (PAI) c a M cho bi t đ n n m

2025, c ba ng i thì có m t ng i các n c s s ng c c k khó kh n do c ng

th ng ho c r t khan hi m v n c N m 1990, k t qu nghiên c u v : “Ngu n n c

b n v ng: Dân s và T ng lai c a ngu n c p n c tái t o.” cho th y có h n 350 tri u ng i s ng các n c b c ng th ng ho c khan hi m v n c (m i n m/ m i

ng i đ c d i 1700 m3

n c) S ng i lâm vào hoàn c nh này s t ng lên g p 8

l n vào n m 2025 t c kho ng t 2,8 t đ n 3,3 t ng i t ng đ ng kho ng g n

m t n a dân s th gi i Ta bi t r ng, ngu n n c sinh ho t b ô nhi m là ngu n

g c ch y u gây ra các b nh t t, nh h ng đ n s c kho và lao đ ng c a ng i dân, gây ra tình tr ng suy dinh d ng tr em, nh h ng lâu dài đ n các th h mai sau Tr c tình hình đó, Nhà n c ta đã ban hành Lu t b o v s c kho nhân dân, Lu t b o v môi tr ng và nhi u v n b n pháp quy v vi c cung c p n c s ch cho nông thôn, mi n núi, th tr n, th xã; vi c b o v các ngu n n c, các h th ng

c p n c, thoát n c, các công trình v sinh và th c hi n các quy đ nh v v sinh công c ng nhi u đ a ph ng còn b h n ch Nhi u vùng nông thôn còn r t khó

kh n v n c u ng và n c sinh ho t Ngu n n c m t trong kênh, r ch, ao, h nhi u n i b ô nhi m n ng n Ngu n n c ng m t i không ít gi ng khoan c ng b

m n hoá, phèn hoá, tr l ng n c b c n ki t do b khai thác quá m c

Ninh Thu n là m t khu v c có l ng m a ít nh t c n c, l ng m a hàng

n m bi n đ ng m nh m , mùa m a r t ng n ây là vùng khô h n nh t v i ch s

m t nh h n 1 và l ng m a n m th p h n 1000 mm, mùa m a ch có t 3 đ n

4 tháng, nhi u n m không có mùa m a, n n nhi t đ cao, nhi t đ trung bình n m là

26oC đ n 28oC, nhi t đ gi a các tháng trong mùa h g n nh không thay đ i M t

đ l i sông t i Ninh Thu n t ng đ i th p, trong ph m vi 0,10-0,15 km/km2

Mô đun dòng ch y n m trên các sông su i r t nh , d i 10 l/s.km2 Ngu n n c m t

v n đã r t ít l i t p trung vào mùa l ng n 3-4 tháng đ l i 8-9 tháng c n ki t kéo dài M c dù ngu n n c r t h n ch nh th , nh ng nhu c u s d ng n c cho s n

xu t và đ i s ng trên đ a bàn Ninh Thu n khá cao Trong m t th i gian dài, Ch ng trình n c sinh ho t nông thôn v i s tài tr c a UNICEF đã khoan cho nông dân hàng nghìn gi ng khoan l p b m tay Tuy nhiên r t nhi u trong s đó đã không còn

ho t đ ng n a do k thu t M t khác, nghiên c u c a các nhà khoa h c c ng ch ra

r ng lo i hình gi ng khoan tay này là m t tác nhân gây phá hu môi tr ng r t

m nh, vì do đa s chúng không đ c x lý k thu t t t – chúng là con đ ng d n

n c ch t l ng x u bên trên xâm nh p xu ng t ng n c chính bên d i, gây phá

hu ch t l ng n c các t ng sâu [1]

Vi c đ u t xây d ng các h th ng c p n c s ch trong đó có h ng m c ài

n c có dung tích l n, có tác d ng đi u áp và cung c p n c sinh ho t cho nhân dân trên đ a bàn t nh Ninh Thu n đ c ng và Nhà n c h t s c quan tâm T ngu n

v n ch ng trình m c tiêu qu c gia n c s ch và v sinh môi tr ng nông thôn, Ninh Thu n đã và đang đ c đ u t xây d ng t ng b c gi i quy t đ c v n đ

n c s ch cho nhân dân Qua th c t s n xu t cho th y các công trình đ c đ t trên

n n có h s k n n khác nhau, vi c tính toán lo i công trình này ch y u là tính toán

th y l c đ xác đ nh chi u cao và dung tích ài n c; v ki u dáng k t c u móng đài th ng áp d ng t ng t , vi c tính toán thiên v an toàn th ng là gi i pháp l a

ch n c a đ n v t v n thi t k , trong khi bài toán kinh t đang c n đ c phân tích

đ nâng cao hi u qu đ u t

Vì v y phân tích tr ng thái ng su t, bi n d ng c a ài n c đ l a ch n kích th c móng đài thích h p v i đ c tính n n ph bi n trên đ a bàn t nh Ninh Thu n là h t s c c n thi t góp ph n làm gi m giá thành công trình t ng hi u qu

đ u t

II M c đích c a tài:

C n c vào đ c tính n n ph bi n trên đ a bàn t nh Ninh Thu n đ l a ch n kích th c móng đài thích h p, th a mãn đi u ki n tr ng thái ng su t, bi n d ng cho phép theo tiêu chu n hi n hành

III i t ng và ph m vi nghiên c u:

i t ng: Tính toán l a ch n kích th c móng đài thích h p v i các đ c tính

n n c a 3 khu v c huy n Ninh S n, huy n Bác Ái, huy n Ninh H i, t nh Ninh Thu n

Ph m vi: Nghiên c u quan h gi a chi u sâu đ t móng hm, bán kính móng R

và chi u dày b n đáy δ v i các dung tích Vđài = 50m3, 100m3, 150m3 và chi u cao

Hđài = 10m, 15m, 20m, t ng ng v i m t s lo i n n có h s kn n khác nhau trên

đ a bàn t nh Ninh Thu n

IV Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u:

- Xây d ng mô hình không gian k t c u ài n c cho các tr ng h p dung tích và chi u cao đài trên n n có h s khác nhau đ l a ch n kích th c móng đài thích h p th a mãn đi u ki n v chuy n v và ng su t

- S d ng ph n m m SAP2000 phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng

V K t qu đ t đ c:

- Xây d ng các đ ng quan h gi a chi u cao, bán kính, chi u dày b n đáy móng đài ng v i các lo i dung tích, chi u cao c a đài n c và các h s n n khác nhau đ l a ch n kích th c móng đài thích h p

- a ra khuy n cáo v ph m vi áp d ng c a t ng lo i móng đài trên m t s

lo i n n đ c tr ng t i đ a bàn t nh Ninh Thu n

CH NG 1: T NG QUAN

1.1 Khái quát v ài n c

Vi c cung c p n c s ch và đ m b o v sinh môi tr ng đang là v n đ c n

gi i quy t n c ta hi n nay Trong các h th ng c p n c t p trung h ng m c công trình không th thi u đó là t o áp l c n c trong đ ng ng đ d n đ n các

n i tiêu th Hi n nay các h th ng c p n c t i đô th , các khu công nghi p v i

ph m vi cung c p n c r ng, l u l ng tiêu th n c l n, liên t c nên vi c t o áp

- i u ti t l ng n c c p đ i v i nh ng gi cao đi m, là ngu n d tr s

d ng nh ng gi th p đi m cho các h tiêu th

- T o đi m nh n ki n trúc không gian trong khu v c nông thôn Gi m chi phí trong quá trình v n hành khai thác công trình sau đ u t

1.2 Hi n tr ng xây d ng ài n c trên th gi i và Vi t nam

Trên th gi i s d ng đài n c đã có t lâu ài n c hay g i là tháp n c là

m t k t c u tr n c đ c đ t trên cao nh m gây áp l c lên h th ng c p n c phân

ph i n c sinh ho t và tích n c đ cung c p kh n c p cho phòng cháy ch a cháy Các lo i đài n c nói chung ch đ l u tr n c thô (không u ng), n c phòng cháy

ch a cháy ho c các m c đích công nghi p, và có th không c n ph i k t n i v i m t ngu n cung c p n c công c ng

ài n c có th cung c p n c ngay c khi m t đi n, vì d a vào áp l c th y

t nh gây ra b i đ cao c a n c (do tr ng l c) đ đ y n c vào h th ng phân ph i

n c sinh ho t và công nghi p M t đài n c c ng ph c v nh m t h ch a đ gánh vác nhu c u dùng n c trong th i gian s d ng cao đi m N c trong đài

th ng đ c s d ng vào các gi s d ng cao đi m trong ngày, sau đó s d ng máy

b m b m n c lên đài vào nh ng gi th p đi m V i đài n c làm vi c trong vùng

b ng giá, quá trình này c ng gi cho n c không b đóng b ng trong th i ti t l nh,

do n c trong đài đ c liên t c đ c x và n p l i

ài n c t i Kuwait City - Kuwait ài n c Louisville – Hoa K

Hình 1 1: M t vài ài n c trên th gi i

Vi c s d ng các b ch a n c đ t trên cao đã t n t i t th i c đ i d i các hình th c khác nhau Tuy nhiên đ n th k 19, khi máy b m h i n c tr nên ph

bi n, đài n c đ c s d ng cho các h th ng n c công c ng đ gây áp l c, đài

n c càng đ c phát tri n khi ng d n t t h n có th ch u áp su t cao h n

Nhi u đài n c bây gi đ c coi là có ý ngh a l ch s , và đã đ c đ a vào danh sách di s n khác nhau trên th gi i M t s đ c chuy n đ i thành c n h ho c

Sau khi th ng nh t đ t n c, chúng ta đã xây d ng m t s ài n c trong các khu t p th , chung c v i m c đích c p n c sinh ho t cho các khu nhà t p th cao t ng i n hình nh tháp n c Trung T , Kim Liên Hà N i, do y u t k thu t nên t khi xây d ng đ n nay h n 35 n m không đ c s d ng và đã b phá b

Hi n nay nhi u tháp n c v n ti p t c đ c xây d ng ch y u cung c p n c cho các khu công nghi p, c u h a, các khu t p trung dân c …

Tháp n c Trung T – Hà N i ài n c khu CN ình V - HP Hình 1 3: M t s ài n c đ c xây d ng Vi t Nam nh ng n m g n đây

1.3 Hình th c c u t o ài n c

Có nhi u cách đ phân lo i đài n c, tuy nhiên theo đ c đi m c u t o có th phân thành 2 lo i đài n c nh sau: ài n c thép và ài n c bê tông c t thép

(1) ài n c thép

Ngoài ph n móng ra còn l i s d ng thép trong k t c u thân đài, b u đài s

d ng b ng thép, composite ho c Inok Lo i này th ng là nh ng đài n c có dung

tích nh , th i gian s d ng ng n

H u h t các đài n c đã đ c xây d ng Vi t Nam đ u có d ng k t c u truy n th ng, bao g m các b ph n ch y u nh : móng đài, thân đài, b u đài

- Móng đài: Xây d ng b ng bê tông c t thép, bê tông ho c g ch, đá xây nh m

đ m b o truy n l c t đài xu ng n n công trình gi công trình an toàn, n đ nh

- Thân đài: G m tr đ b ng thép ho c các thanh thép liên liên k t v i nhau

b ng bu lông t o thành khung đ b u đài, trên đó có g n thang lên xu ng đài và

Là lo i công trình c u t o hoàn toàn b ng bê tông c t thép ho c thân đài b ng

bê tông c t thép, b u đài b ng thép ho c Inok ch t o s n l p ghép v i thân đài

c s d ng ph bi n vì lo i này th ng là nh ng đài n c có dung tích ch a l n,

th i gian s d ng lâu dài và đáp ng đ c yêu c u m quan c a khu v c

Các đài n c đã đ c xây d ng Vi t Nam ch y u đ u có d ng k t c u bê tông c t thép li n kh i

- Móng đài: Nh m đ m b o truy n l c t đài xu ng n n công trình gi công trình an toàn, n đ nh Tùy vào k t c u thân đài, kh n ng ch u t i c a n n đ b trí móng đài phù h p Tr ng h p thân đài là m t tr đ thì móng đài s d ng móng

bè, thân đài g m nhi u tr bê tông c t thép liên k t v i nhau thì s d ng móng đ n liên k t v i nhau b ng các d m bê tông c t thép ho c s d ng móng bè (n u n n thiên nhiên đ m b o kh n ng ch u t i, s d ng móng nông) Tr ng h p n n đ t

y u không đ m b o kh n ng ch u t i c a công trình th ng ph i s d ng móng sâu

- Thân đài: G m 2 lo i chính nh sau: Lo i 1 g m nhi u tr đ b ng bê tông

c t thép liên liên k t v i nhau b ng các d m bê tông c t thép t o thành khung đ

b u đài (hình 1 4a), lo i này tr c kia th ng đ c s d ng ph bi n, tuy nhiên v

m t m quan không đáp ng đ c đòi h i cu c s ng hi n t i nên đ n nay ít áp d ng

Lo i 2 g m 1 tr đ b ng bê tông c t thép (hình 1 4b), lo i này đang s d ng khá

ph bi n trong th c t hi n nay do đáp ng đ c yêu c u m quan, t o đi m nh n

ki n trúc trong khu v c

- B u đài: ch y u b ng bê tông c t thép đ t i ch liên k t v i thân đài, h

th ng ng, van c p n c lên xu ng

(a) ài n c đ t trên h khung (b) ài n c đ t trên tr đ

Hình 1 4: ài n c bê tông c t thép

Nói chung v hình th c ài n c là k t c u m nh có đ cao l n, trong khi đó

kh i l ng n c t p trung trên đ nh do đó t o mô men l n đ i v i móng đài khi

ch u tác d ng c a t i tr ng ngang Vì v y vi c nghiên c u k t c u móng đài phù h p trên các lo i n n khác nhau khi ch u tác d ng c a các lo i t i tr ng trong đó có t i

tr ng gió, đ ng đ t là vi c làm c n thi t đ đ m b o ài n c làm vi c n đ nh lâu dài

1.4 K hái ni m v n n móng công trình

1.4.1 N n và móng

N n móng là ph n công trình làm vi c chung v i l p đ t bên d i tr c ti p gánh đ t i tr ng bên trên truy n xu ng Công vi c tính toán n n móng là nh m

ch n đ c m t lo i n n móng công trình đ m b o các đi u ki n sau:

1- Công trình ph i tuy t đ i an toàn

2- Kh thi nh t cho công trình

3- Giá thành r nh t

Móng là b ph n d i công trình có tác d ng truy n và phân b t i tr ng t công trình lên m t n n Móng th ng có kích th c l n h n k t c u bên trên đ

gi m áp su t m t n n

Móng đ c chia làm hai lo i móng nông và móng sâu

Móng nông (hình 1 5a) là ph n m r ng c a chân c t ho c đáy công trình

Móng sâu khi đ sâu chôn móng l n h n chi u sâu t i h n Dc, t đ sâu này

s c ch u t i c a đ t n n không t ng tuy n tính theo chi u sâu n a mà đ t giá tr không đ i, và thành ph n ma sát gi a đ t v i thành móng đ c xét đ n trong s c

N n là ph m vi đ t phía d i móng ch u thay đ i tr ng thái ng su t bi n

d ng khi xây d ng công trình

N n t nhiên là n n g m các l p đ t có k t c u t nhiên, n m ngay sát bên

d i móng, ch u đ ng tr c ti p t i tr ng công trình do móng truy n sang

N n nhân t o là n n khi các l p đ t ngay sát bên d i móng không đ kh

n ng ch u l c v i k t c u t nhiên (th ng g p là sét, á sét, á cát tr ng thái d o nhão, nhão, bùn, cát x p (r i), 0,2 kG/cm2 ≤ Rtc ≤0,8 kG/cm2), c n ph i áp d ng các

( ).d w x = ( )− ( )

Ph ng trình (3 1) ch a 2 hàm s ch a bi t là w(x) và p(x) V i m t ph ng trình bài toán s không gi i đ c i u đó có ngh a là bi n d ng c a d m và n i l c

0

x

w(x)

c a nó không ch ph thu c vào t i tr ng ngoài và đ c ng c a b n thân d m mà còn ph thu c vào tính bi n d ng c a n n

gi i ph ng trình trên c n d a vào đi u ki n t ng tác gi a móng và n n

do chúng luôn ti p xúc v i nhau ta có đi u ki n ti p xúc gi a đáy móng và m t n n sau khi lún là w(x) = s(x) ng th i ph i dùng m t mô hình c h c nào đó đ mô

1.4.2.1 Mô hình n n bi n d ng c c b (mô hình Winkler)

C s c a mô hình: T i m i đi m ( m t đáy) c a d m trên n n đàn h i, áp

su t m t n n (= ph n l c n n p(x)) t l b c nh t v i đ lún c a n n s(x):

p(x) = c.s(x)

trong đó:

c – h s t l , g i là h s n n, tr s c a nó b ng áp su t gây ra 1 đ n v đ lún n n có th nguyên [p/1 đ n v lún → kN/m3

Mô hình n n Winkler vì v y còn g i là mô hình n n bi n d ng c c b

Do không k đ n tính phân ph i c a đ t nên có s sai l ch nh sau:

+ Khi n n đ ng nh t, t i tr ng phân b liên t c trên d m (m m tuy t đ i) thì theo mô hình n n Winkler d m s lún đ u và không b u n Nh ng th c t quan sát

th y trong tr ng h p này d m v n b võng gi a vì vùng đ t gi a ph i làm vi c nhi u h n do nh h ng c a vùng đ t xung quanh nên lún nhi u h n hai đ u

+ Khi móng tuy t đ i c ng, t i tr ng đ t đ i x ng, móng s lún đ u, theo mô hình Winkler ng su t ti p xúc s phân b đ u Nh ng nh ng k t qu đo đ c thí nghi m trong các tr ng h p nh v y, ng su t ti p xúc v n phân b không đ u mà phân b theo m t đ ng cong lõm ho c l i tùy theo kho ng tác d ng c a t i tr ng

+ M t tr ng h p n a khi d m tách ra kh i n n n u theo mô hình n n Winkler ng su t ti p xúc ph i có giá tr âm (ngh a là ng su t kéo) Nh ng th c t

d m và n n không th có ng su t kéo đ c

1.4.2.2 Mô hình n n bán không gian bi n d ng t ng th

Tr ng h p bài toán không gian N n đ t đ c xem nh m t bán không gian

bi n d ng tuy n tính có gi i h n phía trên là m t m t ph ng vô h n v i nh ng đ c

tr ng là mô đun bi n d ng E0 và h s n hông µ0

Hình 1 7: Liên h gi a t i tr ng và đ lún c a n n

M t t i tr ng t p trung (P) tác d ng lên m t n n, cách đi m đ t l c m t kho ng (r) m t đ lún đ c xác đ nh theo công th c Butxinesk:

2 0 0

P S

E d

µπ

2 0

Mô hình n n n a không gian bi n d ng tuy n tính đã xét đ n tính phân ph i

c a đ t (bi n d ng c a n n đ t x y ra c ngoài đi m đ t t i) vì v y mô hình này còn

g i là mô hình n n bi n d ng t ng quát

Nh c đi m c a mô hình là đánh giá quá cao tính phân ph i c a đ t vì khi tính toán đã coi n n đ t là môi tr ng đàn h i, chi u sâu vùng ch u nén t i vô h n, cho nên d n t i bi n d ng m t n n ra xa vô h n

Th c t chi u sâu vùng ch u nén ch gi i h n m t đ sâu nh t đ nh (Ha) và

đ lún m t n n s t t t i m t đi m cách v trí đ t t i ch m t kho ng nh t đ nh, tùy theo lo i đ t, tr ng thái c a đ t và tr s t i tr ng

1 – Mô hình Winkler 2- Mô hình n n bi n d ng

t ng quát

3 – Tài li u thí nghi m

th c t đo đ c

Hình 1 9: Thí nghi m bàn nén đ lún c a m t đ t

1.4.2.3 Mô hình n n l p không gian bi n d ng t ng th

Mô hình là b c phát tri n c a mô hình n n n a không gian bi n d ng t ng

th , nh ng đã xét đ n chi u dày l p đ t n n ch u nén (Ha)

Tr ng h p H > Ha thì l y Ha đ tính toán

Tr ng h p H < Ha thì l y H đ tính toán

K t qu ph n l c n n tính theo mô hình n n này sát v i th c t h n Nh c

đi m c a mô hình là tính toán coi vùng ch u nén Ha là h ng s nh ng th c ra Ha

thay đ i tùy theo đi m tính lún và vi c tính toán khá ph c t p trong nhi u tr ng

h p còn ch a gi i quy t đ c

1.5 Tính toán n n móng theo tr ng thái gi i h n

1.5.1 Tính toán n n móng công trình theo tr ng thái gi i h n 2

Các công trình ch y u ch có các l c tác d ng th ng đ ng và xây d ng trên

n n đ t m m y u th ng d b m t n đ nh do các đi u ki n bi n d ng gây nên Do

đó ph i tính toán n n móng theo tr ng thái gi i h n 2 Trong tính toán ph i ch n t

h p t i tr ng c b n còn tr s các t i tr ng l y v i các giá tr tiêu chu n (Ntc) Các

ch tiêu c lý c a đ t n n cho phép l y giá tr tính toán ng v i h s an toàn v đ t

Kđ = 1

1.5.1.1 S b xác đ nh kích th c đáy móng

a Nguyên t c xác đ nh

Trong tính toán n n móng theo tr ng thái gi i h n 2 thì bi n d ng c a n n

đ c tính khi n n làm vi c trong giai đo n bi n d ng tuy n tính, c n đ m b o đi u

ptb và pmax : l n l t là áp su t đáy móng trung bình và l n nh t

Rtc: c ng đ tiêu chu n c a đ t n n đ c xác đ nh nh sau:

đây:

b: chi u r ng móng

q: t i tr ng biên móng

G N

. 2 H m A1/4 b Bq Dc b

N

m tb

γγ

H M

c M

q M

tb

3

Các h s M1, M2, M3 ph thu c vào các góc ma sát trong c a đ t ϕtc

c Xác đ nh kích th c đáy móng khi t i tr ng l ch tâm

Dùng ph ng pháp tính th d n D a vào đi u ki n ptb = Rtc đ xác đ nh chi u r ng nh tr ng h p t i tr ng tác d ng đúng tâm, sau đó ki m tra đi u ki n

pmax= 1,2 Rtc N u không th a mãn đi u ki n này c n xê d ch móng sang phía l ch tâm đ gi m pmax đ n khi th a mãn Trong tr ng h p đ l ch tâm quá l n thì c n

t ng thêm chi u r ng móng m i đ m b o đ c đi u ki n pmax= 1,2 Rtc

Ngay t i đáy móng áp l c gây lún có tr s là:

+ Xác đ nh chi u dày vùng nh h ng (Ha) tính t đáy móng đ n v trí th a mãn đi u ki n σz = 0,2 σzđ

S

1 0

0 1

Trong nh ng tr ng h p đ chênh l ch lún gi a hai móng g n nhau ho c

gi a các đi m trong cùng m t c t móng s gây ra nh ng b t l i cho s làm vi c c a công trình nên c n tính m c đ chênh l ch ∆S:

trong đó:

SA; SB: đ lún c a móng A và móng B (ho c đ lún c a đi m A ho c đi m B trong cùng m t móng)

Khi có s chênh l ch lún gi a các đi m c a m t móng thì ti n hành tính góc nghiêng (θ) c a móng:

L

S

trong đó:

L: kho ng cách gi a hai đi m A và B mà ta c n tính lún

Tr ng h p tính đ nghiêng c a móng ch do l c đ t l ch tâm gây ra có th

s d ng công th c sau:

- Theo tr c dài c a móng ch nh t:

3

2 0 1

)2.(

)1

(

L E

M tb k

tg

tb

L L

)2.(

)1

(

b E

M tb k

tg

tb

b b

1.6 K t lu n Ch ng 1

ài n c là k t c u m nh có đ cao l n, trong khi đó kh i l ng n c t p trung trên đ nh do đó t o mô men l n đ i v i móng đài khi ch u tác d ng c a t i

tr ng ngang Vi c nghiên c u tính toán k t c u móng đài phù h p khi ch u tác d ng

c a t i tr ng đ ng đ t là vi c làm c n thi t đ đ m b o ài n c làm vi c lâu dài

N i dung Ch ng đã khái quát các mô hình n n th ng dùng trong tính toán

và ph ng pháp tính toán n n móng công trình theo tr ng thái gi i h n

ph n t Các ph n t này xem nh ch đ c n i v i nhau m t s đi m nút đ c

ch n trên biên c a ph n t g i là nút Hàm x p x th ng đ c ch n d i d ng hàm

đa th c nguyên D ng c a hàm đa th c này ph i ch n sao cho th a mãn đi u ki n

có s h s t i thi u ph i b ng s n chuy n v nút c a ph n t và đ đ l y đ o hàm trong bi u th c tính th n ng toàn ph n c a ph n t

Tùy theo ý ngh a c a hàm x p x , trong bài toán k t c u ng i ta chia ra làm

ba mô hình sau đây:

Mô hình t ng thích: Bi u di n g n đúng d ng phân b c a chuy n v

trong ph n t , các n s là các chuy n v đ c xác đ nh t h ph ng trình đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Lagrange ho c đ nh lý d ng c a th n ng toàn ph n

Mô hình c n b ng: Bi u di n g n đúng d ng phân b c a ng su t ho c n i

l c trong ph n t , các n này là ng su t ho c n i l c đ c xác đ nh t h ph ng trình đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Castigliano

Mô hình h n h p: Bi u di n g n đúng d ng phân b c a c ng su t l n

chuy n v trong ph n t , coi ng su t và chuy n v là hai y u t đ c l p nhau, các

n s là ng su t và chuy n v đ c xác đ nh t h ph ng trình đ c thi t l p trên

c s nguyên lý bi n phân Hellinger-Reissner

Trong ba mô hình trên thì mô hình t ng thích đ c s d ng r ng rãi h n c

và thích h p cho bài toán k t c u

2.1.2 Ph ng trình c b n c a ph ng pháp PTHH

Ph ng trình c b n c a ph ng pháp PTHH v i mô hình t ng thích đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Lagrange khi có chuy n v kh d cho phép (phù h p v i liên k t c a h ), n u v t th tr ng thái cân b ng và th a mãn các đi u

ki n biên thì th n ng toàn ph n c a h đ t giá tr d ng

0 ) ( − =

=

∏ δ U W

Trong bài toán t nh, bi u th c th n ng toàn ph n c a ph n t có d ng:

b

T e e

T e

b

T e e

T e

)p(Ndv

DBB

T e e

b

T e e

e

T e

T e

T e

T e

F =T Ftrong đó:

tính toán m t k t c u đàn h i tuy n tính theo ph ng pháp ph n t h u

h n t ng ng v i mô hình chuy n v , ta th c hi n theo trình t sau:

1 Ch n lo i và d ng hình h c c a ph n t h u h n;

mô hình chuy n v là th c hi n theo s đ kh i d i đây T t c các b c đ c th c

hi n t đ ng trên máy tính theo m t Ch ng trình l p s n.[4]

START

Vào s li u: S đ r i r c; véc t n chuy n

v {D}, v t li u, t i tr ng…

M=1 Xác đ nh ma tr n đ c ng ph n t [ ]k e

k=NE

V các bi u đ t ng ng

END

M = M + 1 S

Hình 2 1: S đ kh i gi i bài toán k t c u theo ph ng pháp PTHH

M = M + 1

2.2 Khái quát v ph n m m SAP2000

Ph n m m tính toán k t c u SAP2000 (Structural Analysis Program) đ c phát tri n b i công ty CSI (computers and Strutures, Inc) c a Hoa K và n i ti ng trên ph m vi toàn th gi i ây là ph n m m m nh phân tích và thi t k k t c u trên

c s ph ng pháp ph n t h u h n theo mô hình chuy n v Tr i qua h n 30 n m

ki m nghi m phân tích k t c u th c t và không ng ng đ i m i cho phù h p v i s phát tri n c a ph ng pháp ph n t h u h n, hi n nay đã phát tri n đ n phiên b n SAP2000 V15

Hình 2 2: Màn hình kh i đ ng c a ph n m m SAP2000

Ph n m m SAP2000 có nhi u u đi m:

- Giao di n đ h a thân thi n giúp mô hình hóa đ n gi n và nhanh chóng;

- Ph n t đa d ng: thanh, neo, t m, v , kh i…

- Nhi u l a ch n cho phân tích k t c u nh : tuy n tính – t nh, tuy n t nh

đ ng, phi tuy n – đ ng;

- Nhi u k thu t phân tích m i đã đ c đ a vào ph n m m nh : phân tích

bi n d ng l n, hi u ng P – Delta, phân tích Pushover, phân tích Buckling,…

- Kh n ng t đ ng hóa thi t k k t c u bê tông, k t c u thép theo tiêu chu n

m t s n c nh Hoa K , Anh, Eurocode…

- K t qu tính toán đ c đ nh d ng chu n ho c có th thay đ i tùy ý

- Liên k t v i ph n m m AutoCAD thông qua file *.DXF ho c có th copy/paste t các b ng tính nh Excel

Trong ph m vi lu n v n tác gi khai thác k t qu t ph n m m SAP2000 V14 v i k t c u ài n c đ c mô hình hóa theo bài toán không gian b ng ph n t

kh i

2.3 Bài toán hình kh i (Solid)

2.3.1 Khái ni m v bài toán kh i

Kh i là v t th không gian 3 chi u có kích th c chi u nh h n không chênh

l ch nhau nhi u so v i 2 chi u kia V i công trình xây d ng có hình d ng và ch u áp

l c ph c t p không th đ a v bài toán thanh, bài toán t m và v đ đ n gi n hóa tính toán nh ng v n đ m b o đ chính xác yêu c u, trong tr ng h p này c n thi t

ph i gi i bài toán kh i và đ c mô hình hóa b ng ph n t kh i (Soilid)

Trong SAP2000 có các ph n t kh i 6 m t, 5 m t và 4 m t (t di n), m i nút có 3 thành ph n chuy n v Ux, Uy và Uz H t a đ c c b 123 c a ph n t đ c m c

Tr ng h p ba m t c t vuông góc v i ba tr c t a đ 1, 2, 3 thì các thành ph n ng

su t đ c ký hi u nh sau: Trên m t d ng tr c 1 có S11, S12, S13, trên m t d ng

tr c 2 có S22, S21 và S23, Trên m t d ng tr c 3 có S33, S31 và S32 trong đó S12=S21, S13=S31, S23=S32 nh bi u di n hình 2 4b

Hình 2 4: Ph n t kh i trong SAP2000

V i quy đ nh trên ph n t kh i đ c t o b i di n tích nh ch c n ng Extrucde Area to Solid, Hi n th tên m t ph n t kh i: Display > Show Misc Assign

> Solid > Xu t hi n b ng Show Solid Assignments > Ch n Show color – Code Faces > Hi n th tên m t c a các ph n t kh i b ng ph màu nh hình 2 5

đ ng đ ng đ t đ i v i k t c u Do ph ng pháp ph ph n ng v i ph ng pháp thi t k k t c u truy n th ng g n gi ng nhau, vì v y đ c ng d ng t ng đ i r ng rãi Trong quy ph m c a các qu c gia đ u đ a ra đ ng cong ph ph n ng thi t k

Phân tích ph ph n ng trong SAP2000 là đ u tiên d a trên đ ng cong ph

ph n ng thi t k c a m i m t qu c gia, sau đó d a vào phân tích dao đ ng (Modal) thu đ c các d ng dao đ ng, s d ng ph ng pháp t h p d ng dao đ ng tính toán

hi u ng đ ng đ t

D i đây trình bày các b c phân tích ph ph n ng đ ng đ t trong SAP2000

(1) Xây d ng mô hình tính toán đ ng

Mô hình tính toán đ ng l c v i mô hình tính toán t nh l c có nh ng đi m

l a ch n Chinese2002 Spectrum) nh hình 2 6, nh n Add New Function > Xu t

hi n c a s Response Spectrum Chinese 2002 Function Definition nh hình 2 7 >

D a vào c p đ đ ng đ t và đi u ki n đ a ch t, ti n hành l a ch n các thông s đ u vào cho phù h p v i tiêu chu n c a m i n c Theo tiêu chu n hi n hành c a Trung

Qu c <Quy ph m thi t k kháng ch n công trình> (GB 50011 – 2001) ta có đ ng cong ph ph n ng thi t k nh hình 2 7

Hình 2 6: nh ngh a ph ph n ng

Hình 2 7: nh ngh a tham s đ ng cong ph ph n ng thi t k

(3) nh ngh a tr ng h p phân tích ph ph n ng

Define > Load Cases > Xu t hi n c a s Define Load Cases > Nh n Add New Load Case xu t hi n ti p c a s Load Case Data – Linear Static, trong Load Case Type ch n Response Spectrum, chuy n sang c a s Load Case Data – Response Spectrum nh hình 2 8

L u ý: Có th đ nh ngh a tr ng h p t i tr ng tr c t đ ng d n Define > Load Patterns, sau đó đ nh ngh a tr ng h p phân tích ph ph n ng > Trong c a

s Define Load Cases s xu t hi n tên tr ng h p t i tr ng và ch c n l a ch n sau

đó nh n Modify/Show Load Case > Xu t hi n c a s hình 2 8 v i Load Case Name

2.5 Trình t gi i bài toán k t c u b ng SAP2000 V14

6 Gán đ c tr ng hình h c vào các ph n t k t c u đã mô hình hóa

7 Gán t i các tr ng h p t i tr ng vào k t c u đã mô hình hóa

8 t tên bài toán

9 Ch y Ch ng trình và hi n th k t qu tính toán [2]

2.6 Tính toán s c ch u t i c a n n

2.6.1 Tính toán s c ch u t i c a n n theo lý thuy t cân b ng gi i h n

Tính toán s c ch u t i c a n n đ t d a vào lý thuy t cân b ng gi i h n là

nh m đ m b o đ b n và tính n đ nh c a n n đ t Vi c tính toán dùng lý thuy t cân

Nguyên lý c a ph ng pháp tính toán d a theo lý thuy t cân b ng gi i h n

là, xét tr ng thái cân b ng t nh và cân b ng gi i h n c a m t phân t đ t, d a vào

vi c gi i h các ph ng trình vi phân cân b ng t nh và đi u ki n cân b ng gi i h n

t i m t đi m, xét tr ng thái ng su t t i các đi m trong vùng tr t Do đó có th xác

đ nh hình d ng m t tr t m t cách ch t ch và tìm ra t i tr ng gi i h n

Trong tr ng h p bài toán ph ng, hãy xét m t phân t đ t có ch a đi m M trong h tr c t a đ vuông góc y,z, chi u ph ng c a Oz h ng theo chi u tác d ng

c a tr ng l ng

Hình 2 9: S đ ng su t tác d ng đ i v i phân t đ t trong TH bài toán ph ng Phân t đ t có c nh dy và dz, ch u tác d ng c a y, z, yz và tr ng l ng b n thân

Tr ng thái cân b ng c a phân t đ t đ c bi u th b i hai ph ng trình cân

b ng t nh và m t ph ng trình cân b ng gi i h n sau đây:

σσ

τσ

2

2 2

sin)cot.2(

.4)(

=+

+

+

−

g c y z

yz y

h n hai bên và dính k t ch t v i đáy móng

Trên c s nh n đ nh nh v y, K.Terzaghi đã đ a ra công th c tính t i tr ng

gi i h n tr ng h p bài toán ph ng nh sau:

c N h N

b N

σ

τ z yz

dz

σ σ

y y

y dy

σ σ

τ zy τ zy

y dy

Nγ, Nq và Nc- Các h s s c ch u t i, ph thu c vào góc ma sát ϕ và tính theo bi u đ

Ngoài ra K.Terzaghi còn đ a ra các h s kinh nghi m vào công th c (2 19)

đ tính t i tr ng gi i h n trong tr ng h p bài toán không gian [5]

đ ng khi n công trình ban đ u đang tr ng thái đ ng yên ch u tác d ng c a đ ng

l c Tác d ng đ ng l c này thông qua n n công trình nh h ng đ n k t c u ph n trên, làm toàn b k t c u công trình phát sinh dao đ ng, l c quán tính phát sinh

trong quá trình dao đ ng k t c u g i là tác đ ng đ ng đ t

l n c a tác đ ng đ ng đ t có liên quan đ n ch t l ng c a k t c u, đ c tính đ ng l c b n thân k t c u (chu k dao đ ng c a k t c u, hình d ng dao đ ng,

l c c n), đ c tính chuy n đ ng m t đ t (c p đ ng đ t và tình tr ng xa g n tâm

ch n)

Ph ng pháp tính toán tác đ ng đ ng đ t lên công trình ch y u bao g m:

ph ng pháp gi t nh, ph ng pháp l c c t đáy, ph ng pháp ph ph n ng, và

ph ng pháp phân tích đ ng theo l ch s th i gian Hi n nay hai ph ng pháp ph

ph n ng và ph ng pháp phân tích đ ng theo l ch s th i gian đ c s d ng ph

bi n trong tính toán tác đ ng đ ng đ t

2.7.1 Ph ng pháp l c c t đáy

Ph ng pháp l c c t đáy thích h p v i công trình có đ cao nh h n 40m,

l y bi n d ng c t là chính mà còn phân b đ c ng và kh i l ng theo chi u cao khá đ ng đ u, xem nh k t c u g n gi ng h th ng đ n ch t đi m (ví d nh tháp

n c, nhà m t t ng, c u máng …)

L y k t c u tháp n c làm ví d (hình 2 10) Khi tính toán đ ng đ t, đ n

gi n hóa có th coi h th ng là m t ch t đi m đ n đ c đ t trên m t thanh đàn h i không kh i l ng, kh i l ng c a ch t đi m là m Khi m t đ t có gia t c h ng

ngang a t , ch t đi m phát sinh gia t c là o( ) a t Theo đ nh lu t 2 Newton, ch t ( )

l n c a giá tr gia t c l n nh t c a ch t đi m amax có liên quan đ n giá tr

đ i di n gia t c đ ng đ t thi t k theo ph ng ngang m t đ t (ah) ah là đ nh l ng tiêu chu n c a c p đ đ ng đ t thi t k Giá tr gia t c l n nh t c a ch t đi m có th xác đ nh theo công th c d i đây:

tc h

i v i h th ng ch t đi m đ n, d a vào n ng l ng l n nh t trong quá trình dao đ ng c a ch t đi m, s d ng ph ng pháp n ng l ng đ xác đ nh chu k dao

đ ng riêng c b n c a k t c u T1 theo công th c d i đây:

Hình 2 11: H s phân ph i đ ng đ t h ng ngang theo chi u cao

γj – h s tham gia c a d ng dao đ ng j

- Hi u ng tác d ng đ ng đ t theo ph ng ngang Sau khi xu t l c hi u ng

đ ng đ t c a các d ng dao đ ng, không th dùng ph ng pháp c ng tác d ng thu

m tc

S - hi u ng c a giá tr tiêu chu n tác d ng đ ng đ t theo ph ng ngang

Sj – hi u ng c a giá tr tiêu chu n tác d ng đ ng đ t theo ph ng ngang c a

d ng dao đ ng th j (mô men, l c c t, l c d c ho c chuy n v )

m – s d ng dao đ ng tham gia t h p

2.8 K t lu n Ch ng 2

Ph ng pháp tính toán bi n d ng và ng su t công trình xây d ng th ng dùng nh t hi n nay là ph ng pháp ph n t h u h n v i mô hình chuy n v (t ng thích), ít khi dùng ph ng ph ng pháp gi i tích vì hình d ng k t c u, đi u ki n biên c ng nh t i tr ng tác d ng lên nó khá ph c t p, nên ph ng pháp gi i tích h u

nh không đáp ng đ c các yêu c u mong mu n

Ph n m m phân tích k t c u SAP2000 là m t ph n m m m nh có kh n ng

mô ph ng các k t c u có hình d ng ph c t p, ch u tác đ ng c a nhi u d ng, nhi u

lo i t i tr ng khác nhau v i đi u ki n biên phù h p v i tr ng thái làm vi c th c c a

k t c u Vì v y Lu n v n s d ng ph n m m SAP2000 đ phân tích tr ng thái ng

su t bi n d ng c a k t c u ài n c đ t đó l a ch n kích th c móng đài thích

h p v i các lo i n n ph bi n trên đ a bàn t nh Ninh Thu n

N i dung Ch ng c ng khái quát ph ng pháp xác đ nh s c ch u t i c a n n đ i

v i t ng lo i móng theo K.Terzaghi trong đó có móng tròn đ c s d ng trong k t

c u đài n c

Ngoài ra đã khái quát các ph ng pháp tính toán đ ng đ t phù h p v i t ng

lo i k t c u đài n c và khuy n cáo v i đài n c cao nên s d ng ph ng pháp ph

ph n ng đ xem xét nh h ng c a đ ng đ t đ n tr ng thái ng su t và chuy n v

c a k t c u

CH NG 3: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN L A CH N KÍCH TH C

TRÊN A BÀN T NH NINH THU N

3.1 L a ch n hình th c k t c u

L a ch n hình th c k t c u ài n c bê tông c t thép li n kh i ki u tr tháp

ti t di n tròn g m 3 ph n: b u đài, thân đài và móng đài

3.2 S li u tính toán

- M t c t d c đi n hình k t c u ài n c đ c cho hình 3 1 Các thông s

c b n c a ài n c dùng trong nghiên c u bao g m:

+ Dung tích đài n c: Vđài = 50m3, 100m3, 150m3;

+ Chi u cao đài n c: Hd = 10m; 15m; 20m;

MDTN

1 :

0.5

Rm Dm

Hình 3 1 S đ tính toán c t d c thân đài

- Các thông s k thu t c a v t li u bê tông và n n cho b ng 3.1

B ng 3 1 Các thông s k thu t và khu v c nghiên c u

Mô hình không gian c a đài n c dùng ph n t Solid th hi n trên hình 3.2

Hình 3 2 Mô hình ài n c dùng ph n t Solid - SAP2000

a Hđài = 10m; b Hđài = 15m; c Hđài = 20m

Hình 3 3 Mô hình ph n t h u h n k t c u b u đài và móng đài

3.4 Tr ng h p tính toán

Trong ph m vi lu n v n, tác gi nghiên c u v i đi u ki n đ a ch t n n móng

3 vùng khác nhau trên đ a bàn t nh Ninh Thu n, bao g m huy n Ninh S n (KV1), Bác Ái (KV2), Ninh H i (KV3) ng th i tính toán trong tr ng h p công trình hoàn thành đ a vào s d ng g p đ ng đ t C p đ ng đ t tính toán c p 6 ( i v i Ninh Thu n)

3.5 T i tr ng và t h p t i tr ng

T i tr ng g m nhi u thành ph n và nhi u ph ng tác d ng lên công trình,

nh áp l c gió (ALG); áp l c n c (ALN), áp l c th y t nh (ALTT); áp l c th y

đ ng (ALT ); áp l c đ t (AL ); l c đ ng đ t (L ); tr ng l ng thi t b (TLTB);

tr ng l ng b n thân công trình (TLBT); áp l c đ y n i (AL N) tuy nhiên trong

ph m vi lu n v n tác gi nghiên c u cho hai d ng t h p (TH), c th nh sau:

TH1= 1,1TLBT + 1,2ALN + 1,2AL + 1,2ALG

TH2 = TH1 + L

ây là bài toán th d n đ ch n kích th c móng đài thích h p, d a vào các

ch tiêu c lý c a đ t n n, gi thi t chi u sâu đ t móng hm; chi u dày b n đáy δ và bán kính đáy móng đài R ng v i chi u cao Hd; dung tích đài V và các đ c tính n n

Móng đài n c thu c d ng móng tròn nên áp d ng công th c xác đ nh t i

tr ng gi i h n c a Terzaghi theo công th c 3.2:

pgh = 1,2cNc + γhmNq + 0,6γNγR (3 2) trong đó:

3.6.4 Tính toán áp su t đáy móng

Áp su t đáy móng đ c tính toán trong hai tr ng h p: