Tính toán sức chịu tải của cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn việt nam và một số tiêu chuẩn nước ngoài (tt)

TRẦN HOÀN MĨ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DD&CN HÀ NỘI – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO

TRẦN HOÀN MĨ

TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DD&CN

HÀ NỘI – 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

TRẦN HOÀN MĨ

KHÓA: 2014-2016

TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN NGỌC THANH

Hà Nội - 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LỜI CẢM ƠN!

Luận văn cao học là kết quả cuối cùng mà học viên đã cố hắng học tập trong suốt khóa học 2014-2016 tại trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội

Xin cảm ơn Khoa sau Đại Học – Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất để học viên hoàn thành luận văn cao học của mình

Tác giả xin cảm ơn chân thành đến thầy TS Nguyễn Ngọc Thanh đã tận tình giúp đỡ, chỉ dạy trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã động viên, tạo điều kiện giúp

đỡ tác giả trong suốt quá trình học cao học và làm luận văn tốt nghiệp

Mặc dù tác giả đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được sự thông cảm và tận tình chỉ bảo của quý Thầy, Cô và các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 24 tháng 6 năm 2016

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trần Hoàn Mĩ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trần Hoàn Mĩ

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các hình, đồ thị trong luận văn

Danh mục các bảng biểu trong luận văn

MỞ ĐẦU 1

 Lý do chọn đề tài 1

 Mục đích nghiên cứu 2

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

 Phương pháp nghiên cứu 2

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

 Cấu trúc luận văn 3

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1 5

TỔNG QUAN VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT 5

1.1 Một số vấn đề chính về cọc và sức chịu tải của cọc 5

1.1.1 Các khái niệm cơ bản 5

1.1.2 Tình hình sử dụng móng cọc ở Việt Nam 5

1.1.3 Một số ưu điểm và phạm vi sử dụng [11,12] 6

1.1.4 Phân loại cọc 7

1.2 Tính toán sức chịu tải của cọc 8

1.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng tĩnh 8

1.2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc chịu tải trọng động đất 10

1.3 Thực trạng tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng động đất tại Việt Nam 21

1.3.1 Khái quát về một số tiêu chuẩn nước ngoài 21

1.3.2 Các tiêu chuẩn về thiết kế móng cọc chịu động đất do Việt Nam ban hành 22 CHƯƠNG 2 25

CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG VÙNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ MỘT SÓ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI25

2.1 Các cơ sở tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng tĩnh 25

2.1.1 Theo độ bền của vật liệu làm cọc [2] 25

2.1.2 Theo các chỉ tiêu cường độ đất nền [2] 26

2.1.3 Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 29

2.2 Cơ sở tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng động đất 32

2.2.1 Cơ sở lý thuyết 32

2.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng động dựa trên phương pháp mô hình hóa [7] 45

2.3 So sánh tính toán sức chịu tải cọc đơn trong vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn AASHTO-LRFD2012, Eurocode7 60

2.4 Đề xuất bảng tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng động đất :63 CHƯƠNG 3 66

SO SÁNH, TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU ĐỘNG ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA TẦNG HÀ NỘI 66

3.1 Văn phòng tổ hợp kinh doanh chuyển giao công nghệ Detech 66

3.1.1 Giới thiệu về công trình và điều kiện địa chất 66

3.1.2 Tính toán sức chịu tải của cọc chịu động đất theo các tiêu chuẩn 68

3.1.3 Tính toán sức chịu tải của cọc dựa trên phần mềm GEO5 71

3.2 Nhà ở chung cư cao tầng CT2B khu đô thị mới Nghĩa Đô, Hà Nội 74

3.2.1 Giới thiệu về công trình và điều kiện địa chất 74

3.2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc chịu động đất theo các tiêu chuẩn 77

3.2.3 Tính toán sức chịu tải của cọc dựa trên phần mềm GEO5 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

Kết luận 82

Kiến nghị 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Số hiệu hình Tên hình

Hình 1.1 Mô hình làm việc của cọc

Hình 1.2 Mô tả một trận động đất

Hình 1.3 Các loại đứt gãy và chuyển động tại đứt gãy

Hình 1.4 Quan hệ giữa gờ mở rộng, vùng hút chìm và chuyển động

trượt ngang tại các bờ mảng Hình 1.5 Bản đổ địa chấn kiến tạo khu vực bán đảo đông dương

Hình 1.6 Bản đồ phân vùng gia tốc lãnh thổ Việt Nam

Hình 1.7 Cơ chế tương tác giữa cọc và đất trong khi có tải trọng động

đất Hình 1.8 Mặt cắt tiêu biểu của dịch chuyển do động đất

Hình 1.9 Dạng chung của mô hình tính toán tương tác nền móng-kết

cấu của công trình dưới tác dụng của tải trọng động đất Hình 2.1 Sức chống mũi cọc

Hình 2.2 Hệ số M c1 và M c2

Hình 2.3 Hệ số tỉ lệ K

Hình 2.4 Các hệ số điều kiện làm việc γ eq1 và γ eq2

Hình 2.5 Các hệ số α

1 , α 2 , α 3 và α 4 Hình 2.6 Các hệ số tỷ lệ k

Hình 2.7 Tổ hợp và hệ số tải trọng

Hình 2.8 Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên

Số hiệu hình Tên hình

Hình 2.9 Ứng xử của cọc chịu tải trọng ngang

Hình 2.10 Mô hình tính toán cọc chịu tải trọng ngang theo đường cong

p-y

Hình 2.11 Đường cong p-y cho đất sét mềm dưới mực nước ngầm

(a)Tải trọng tĩnh (b) Tải trọng động

Hình 2.12 Đường cong p-y cho đất sét cứng trên mực nước ngầm tải

trọng tĩnh

Hình 2.13 Đường cong p-y cho đất sét trên mực nước ngầm do tải trọng

động Hình 2.14 Đường cong p-y cho đất cát

Hình 2.15 Đường cong p-y cho đất sét pha hoặc cát pha

Hình 2.16 Biểu đồ tải trọng giới hạn

Hình 2.17 Xác định độ sâu vùng ảnh hưởng bên dưới chân cọc

Hình 2.18 Giá trị cùa hàm F(β)

Hình 2.19 Độ sâu của vùng ảnh hưởng

Hình 2.20 Giá trị của hàm G(β)

Hình 2.21 Xác định modul phản lực của đất

Hình 3.1 Mô hình tính toán

Hình 3.2 Dữ liệu về kích thước cọc, thông số tính toán

Hình 3.3 Dữ liệu về tải trọng

Hình 3.4 Biểu đồ đường cong tải trọng và độ lún

Số hiệu hình Tên hình

Hình 3.5 Biểu đồ so sánh kết quả tính toán sức chịu tải của cọc chịu

động đất với phần mềm GEO5 Hình 3.6 Mô hình tính toán

Hình 3.7 Dữ liệu về kích thước cọc, thông số tính toán

Hình 3.8 Biểu đồ đường cong tải trọng và độ lún

Hình 3.9 Biểu đồ so sánh kết quả tính toán sức chịu tải của cọc chịu

động đất với phần mèm Geo5

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu bảng Tên bảng

Bảng 1.1 Quan hệ giữ MSK-64 và phổ biến biên độ của con lắc

Bảng 1.2 Quan hệ năng lượng E với Magnitude

Bảng 1.3 Quan hệ giữa thang Richter và thang Mercalli

Bảng 1.4 Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc nền sang cấp động đất

Bảng 2.1 Sức chống mũi cọc

Bảng 2.2 Hệ số M c1 và M c2

Bảng 2.3 Hệ số tỉ lệ K

Bảng 2.4 Các hệ số điều kiện làm việc γ eq1 và γ eq2

Bảng 2.5 Các hệ số α 1 , α 2 , α 3 và α 4

Bảng 2.6 Các hệ số tỷ lệ k

Bảng 2.7 Tổ hợp và hệ số tải trọng

Bảng 2.8 Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên

Bảng 2.9 So sánh tính toán sức chịu tải cọc đơn trong vùng động đất theo

tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Aashto-lrfd2012, Eurocode7 Bảng 3.1 Bảng kết quả khảo sát địa chất

Bảng 3.2 Bảng kết quả khảo sát địa chất

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Trên cả nước với sự phát triển và đô thị hóa nhanh chóng, quy mô dân số tăng lên trong khi diện tích đất xây dựng ngày càng bị thu hẹp kéo theo nhu cầu xây dựng các nhà cao tầng với quy mô lớn tăng lên đáng kể Do đó, yêu cầu kỹ thuật cần đặt ra là đảm bảo an toàn và bền vững cho công trình

Việt Nam là nước thuộc khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, nằm trên vành đai lửa Thái Bình Dương, là khu vực hay xảy ra các hoạt động địa chấn, có thể sẽ chịu ảnh hưởng của các đới đứt gãy thềm lục địa Các công trình xây dựng có nguy

cơ chịu ảnh hưởng của động đất cao nhất là cấp 8-9

Trong những năm gần đây, một số nước lân cận như Trung Quốc, Indonesia (tại Jogjakatar năm 2006, đảo Sumatra năm 2004), Philippines (TP.Baguio năm 2007) … thường xuyên xảy ra các trận động đất, đe dọa tính mạng hàng ngàn người cũng như phá hủy hàng trăm ngôi nhà Ở Việt Nam cũng xuất hiện các trận động đất ở Lai Châu, Điện Biên Phủ Những trận động đất này nằm trên các đới đứt gãy Sơn La – Lai Châu – Điện Biên có thể gây ra các trận động đất mạnh lên tới 7 độ Richter Ngoài ra, từ cuối năm 2012 đến nay có khá nhiều trận động đất xảy ra tại Cao Bằng, Thanh Hóa, Nghệ An và ngoài khơi Bà Rịa – Vũng tàu Việc tính toán các ảnh hưởng của động đất đến cọc nói riêng và nền móng nói chung là điều cần thiết

Tuy nhiên, hiện nay các nghiên cứu về sức chịu tải của cọc cũng như nền móng khi chịu tải trọng động đất còn ít và đây là một vấn đề hết sức cần thiết để nghiên cứu Các tiêu chuẩn TCVN 10304-2014, TCXD 205-1988 còn có những vấn đề chưa được rõ ràng, gây khó khăn cho việc áp dụng cũng như chưa phản ánh hết được ứng xử của cọc trong vùng động đất Cần phải nghiên cứu và khảo sát tính toán sức chịu tải của cọc theo một số tiêu chuẩn nước ngoài như

AASHTO-LRFD2012, Eurocode7 để so sánh và phân tích bài toán sức chịu tải cọc khi chịu ảnh hưởng động đất

Chính vì vậy, đề tài “Tính toán sức chịu tải của cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn Việt nam và một số tiêu chuẩn nước ngoài” là thực sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Mục đích nghiên cứu

- Tính toán sức chịu tải của cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam và một số tiêu chuẩn nước ngoài như AASHTO-LRFD2012, Eurocode7

- Đánh giá lại tính hiệu quả của các tiêu chuẩn về tính toán sức chịu tải của cọc chịu động đất khi áp dụng tại Việt Nam, đề xuất hệ số sử dụng hợp lý trong điều kiện

thực tế

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Nghiên cứu bài toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng động đất

+ So sánh sức chịu tải của cọc theo các tiêu chuẩn khác nhau

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Tập trung chủ yếu tính toán sức chịu tải của cọc trong điều kiện nền đất chưa bị hóa lỏng

 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết;

- Phân tích, tính toán lý thuyết kết hợp với các bảng biểu;

- Thu thập các tài liệu địa chất và các tiêu chuẩn thiết kế;

- So sánh và phân tích các kết quả tính toán

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

+ Đưa ra các so sánh, phân tích số liệu về sức chịu tải cọc giúp các kĩ

sư có cái nhìn tổng quan hơn về sức chịu tải cọc trong vùng có động đất + Áp dụng tính toán và phân tích số liệu để tăng tính bền vững khi thiết

kế nền móng chịu tải trọng động đất

- Ý nghĩa thực tiễn:

+ Giúp các kĩ sư có cái nhìn đa chiều, chính xác hơn khi tính toán, thiết

kế móng cọc

+ Là tài liệu tham khảo khi tính toán và thiết kế cọc

 Cấu trúc luận văn

Luận văn được trình bày gồm phần mở đầu và 3 chương, nội dung cụ thể từng chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về sức chịu tải của cọc chịu động đất

1.1 Một số vấn đề chính về cọc và sức chịu tải của cọc

1.2 Tính toán sức chịu tải của cọc

1.3 Thực trạng tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu động đất tại Việt Nam

Chương 2: Cơ sở tính toán sức chịu tải của cọc trong vùng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam và một số tiêu chuẩn nước ngoài

2.1 Các cơ sở tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng tĩnh

2.2 Các cơ sở tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng động đất

2.3 So sánh tính toán sức chịu tải cọc theo các tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn AASHTO-LRFD2012, Eurocode7

2.4 Đề xuất bảng tính toán sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng động đất

Chương 3: So sánh, tính toán sức chịu tải của cọc chịu tải trọng động đất trong điều kiện địa tầng Hà Nội

3.1 Văn phòng giao dịch tổ hợp kinh doanh chuyển giao công nghệ Detech 3.2 Nhà ở chung cư cao tầng CT2B khu đô thị mới Nghĩa Đô, Hà Nội

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

- Kết luận

- Kiến nghị

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận

Đề tài này đã nghiên cứu sức chịu tải của cọc chịu động đất theo các tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 205:1998, TCVN 10304:2014 và một số tiêu chuẩn nước ngoài AASHTO LRDF 2012, Eurocodes 7(8) Bên cạnh đó, đề tài cũng sử dụng kết hợp phương pháp hiện đại là mô hình hóa với việc sử dụng phần mềm GEO5 Để

từ đó tác giả phân tích, so sánh kết quả giữa tính toán lý thuyết và bài toán mô hình hóa Qua việc nghiên cứu sức chịu tải của cọc chịu động đất theo các tiêu chuẩn trong và ngoài nước, tác giả đã lập ra các bảng tính excel để đơn giản hóa việc tính toán

Các tiêu chuẩn hiện hành trong nước vẫn còn nhiều tồn đọng và kết quả chưa

có sự tương động khi so sánh chúng với nhau cũng như có sự khác biệt khá lớn so với tiêu chuẩn nước ngoài Với cùng một bài toán khi xác định sức chịu tải của cọc chịu động đất theo các tiêu chuẩn Việt Nam , ta thấy kết quả tính toán có thể sai khác lên tới 60% Những kết quả tính toán chỉ ra rằng:

- Sức chịu tải của cọc chịu động đất tính theo tiêu chuẩn TCXDVN 205:1998 là bé nhất

- Kết quả tính toán theo eurocodes sát nhất với phần mềm Geo5, tuy nhiên quá trình tính toán gặp khó khăn rất nhiều do còn quá ít chỉ dẫn về tính toán sức chịu tải trong vùng động đất Các kỹ sư xây dựng sẽ gặp nhiều khó khăn trong khi thiết kế theo tiêu chuẩn Eurocodes

- Kết quả tính toán theo Geo5 lớn hơn 1.2 ÷1.28 so với kết quả của TCVN 10403:2014 và AASHTO LRFD 2012 TCVN 10304:2014 so với TCXDVN 205:1998, được bổ sung chi tiết hơn so với tiêu chuẩn cũ , song vẫn còn nhiều mặt không rõ ràng vẫn chưa được giải quyết Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 rõ ràng

rành mạch hơn trong các chỉ dẫn thiết kế, đi vào cụ thể hơn các yếu tố tác động vào sức chịu tải của cọc

Qua việc phân tích, đánh giá ở trên tác giả nhận thấy việc tính toán sức chịu tải của cọc chịu động đất theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 là tương đối mạch lạc

và đáng tin cậy

Kiến nghị

Do thời gian hạn chế, đề tài chỉ mới đề cập đến xác định sức chịu tải của cọc

chịu động đất theo phương pháp giả tĩnh, chưa giải quyết xét đến tương tác động học Vì thế trong thời gian tương lai hướng nghiên cứu là xét đến tương tác động học Điều này cần được nghiên cứu theo các hướng sau:

+ Cần soát xét lại các tiêu chuẩn Việt Nam, xây dựng tiêu chuẩn, chỉ dẫn tính toán thiết kế phù hợp với điều kiện Việt Nam

+ Xem xét lại hệ số chiết giảm điều kiện làm việc của đất nền

+ Tính toán sự thay đổi ứng suất trong cọc với kích thước cọc khác nhau dưới tác động động học, quán tính khi chịu tải động đất