đồ án nền móng ly tâm

Trong quá trình cẩu lắp và vận chuyển cọc , xuất hiện momen uốn lớn nhất ,như vậy khi tính toán cọc thì phải tính đến vấn đề này để cọc không bị hư hỏngtrong quá trình cẩu lắp và vận

Chương VI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU

MÓNG CỌC ÉP LY TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC.

6.1:Thống kê địa chất

6.1.1Khảo sát địa chất

Công tác khảo sát địa chất phục vụ cho cho việc xây dựng được tiến hành ngoàihiện trường với khối lượng gồm 3 hố khoan, hố khoan 1 ( HK1 ) sâu 90m, hố khoan 2(HK2 ) sâu 90 m, và hố khoan 3 (HK3 ) sâu 90m Tổng độ sâu khoan là 270m với 135 mẫuđất nguyên dạng dùng để thăm dò địa tầng và thí nghiệm xác định tính chất cơ lý các lớpđất

Dựa vào kết quả thí nghiệm, quyết định lấy giá trị địa chất của HK3 để thiết kếmóng

Bềdàylớp(m)

Các chỉ tiêu cơ lýDung

trọng tựnhiênγw(kN/m3)

ĐộsệtB

Lực kếtdính C(kN/m2)

Gócnội

ma sátφ

Hệ sốnénlún a 1-2

Hệsốrỗngbanđầue

TrịsốSPT

đất Mô tả

Độsâuđáylớp(m)

Bềdàylớp(m)

Các chỉ tiêu cơ lýDung

trọng tựnhiênγw(kN/m3)

ĐộsệtB

Lực kếtdính C(kN/m2)

Gócnội

ma sátφ

Hệ sốnénlún a 1-2

Hệsốrỗngbanđầue

TrịsốSPT

6.2: Kết cấu móng cọc ly tâm ứng suất trước:

Chiều sâu chôn đài:

Công trình có 1 tầng hầm, nằm ở cao độ -3.05m Ta thiết kế mặt trên dầm gân trùngvới mặt sàn tầng hầm, tại cao trình -3.05 so với cao trình mặt đất ±0.000m, chọn chiều sâu chôn đài H= -2 m so với sàn tầng hầm

Sơ bộ lấy Bđ = 2m là bề rộng theo phương thẳng góc với phương tải trọng ngang Htt.Vậy chiều sâu chôn đài móng thỏa điều kiện cân bằng tải trọng ngang Htt

Chọn kích thước cọc

Dựa vào điều kiện địa chất chọn độ sâu hạ cọc là -50m, vậy chiều dài làm việc của cọc là 44.95 m, cọc được chon vào đài 0.1m

Vậy chọn tổng chiều dài của cọc là 45.05m, chọn 4 đoạn đoạn cọc

L1=L2=L3=L4=11.25m, nối cọc bằng mối hàn tại hiện trường

Tính toán sức chịu tải của cọc:

6.2.1: Sức chịu tải cọc theo vật liệu

Chọn cọc tròn ly tâm ứng suất trước D500x320

Chọn cọc D500

Vật liệu bê tông cọc ly tâm DỰ ỨNG LỰC :

a) Vật liệu Bê Tông Cường Độ cao :

cu

σ =60MPa : Cường độ chịu nén ( mẫu vuông )

p o

c) Hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến :Δσpψ

cpt p s pψ

cpt pt

nψσ +E xε 5.128x2x5.1+200000x0.00015

1+5.128x( )x(1+0.5x2)1+n( )x(1+0.5xψ)

980σ

p c

o

σ xA 872.9x602

A 115924-602f) Momen quán tính tại mặt cắt cọc :I e

3 e

e o

Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu :

Khả năng chịu nén cho phép dọc trục dài hạn :

cu ce c a

Trong quá trình cẩu lắp và vận chuyển cọc , xuất hiện momen uốn lớn nhất ,như vậy khi tính toán cọc thì phải tính đến vấn đề này để cọc không bị hư hỏngtrong quá trình cẩu lắp và vận chuyển

* Khi cẩu lắp chọn vị trí móc cẩu bất lợi nhất là tại hai đầu cọc :

Sơ đồ cẩu cọc ở vị trí bất lợi nhất Momen uốn lớn nhất được tính như sau :

2.9 11.25

1.5 68.8 8

2 max 0.043 2.9 11.25 1.5 23.67

Kiểm tra khả năng chịu uốn :

max 68.8 cr 111

Vậy cọc đã chọn thoã điều kiện vận chuyển cẩu lắp.

6.2.2: Sức chịu tải theo đất nền

• Phương pháp dựa theo các chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo SNIP 2.20.03.05) phụ lục A (205-1998)

Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là: a tc

at

Q Q K

mR – hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc

mR = 0,7 – đối với sét

mR = 1 – đối với cát

mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc

mf = 0,6 cho cọc khoan nhồi đổ bêtông dưới bùn bentonite

mf = 0,9 cho cọc thường.

qm – khả năng chịu tải mũi cọc

fsi – khả năng bám trượt xung quanh cọc

o Thành phần chịu ma sát

Theo quy phạm người ta chia lớp đất làm 2m để tính :

Độ sâu

h (m)

Bề dày (m) z (m)

Cấu tạo

Độ sệt B

f si (kN/m 2 )

m f u i f si l i (kN)

Khả năng chịu tải cho phép sử dụng hệ số an toàn:

Hệ số an toàn = 3 cho mũi

Hệ số an toàn = 2 cho ma sát

o Để tính khả năng bám trượt xung quanh, ta dùng công thức

Nc , Nq , Nγ – các hệ số tra biểu đồ theo góc ma sát ϕ

γ’ – ứng suất bản thân đất tại mũi cọc có xét đẩy nổi

(do D của cọc nhỏ nên ta có thể bỏ qua giá trị của γ’D Nγ)

’.Zm=(15.7-10)x12.2+(17.4-10)x20.1+(19.3-10)x8.2+(18.8-→ Qm =(15x28+351.71x15.5)x0.19625 =1152.3( kN)

o Thành phần ma sát

C(kN/m2) φo

fs(kN/

 Sức chịu tải cọc đơn sử dụng :

Qa = min(Qa-A, Qa-B) =min(1410; 2082.4) kN

Chọn Qtk =1400kN 5.3 Thiết Kế Móng Cọc Ly Tâm Dự Ứng Lực:

Từ kết quả giải nội lực khung, ta tính số lượng cọc theo công thức:

Và kiểm tra hiệu ứng nhóm cọc, ta chọn sơ bộ số cọc như dưới đây :

N(kN) móngtên ncC1(Nmax) 3425.27 M1 4C2(Nmax) 3424.08 M1 4C3(Nmax) 3405.72 M1 4C4(Nmax) 3498.38 M1 4C5(Nmax) 7446.71 M2 9C6(Nmax) 7222.37 M2 9C7(Nmax) 7456.96 M2 9C8(Nmax) 7148.33 M2 9C9(Nmax) 7339.71 M2 9C10(Nmax) 5704.83 M3 6C11(Nmax) 7330.07 M2 9C12(Nmax) 5609.67 M3 6PIER3+C13+C14(Nmax) 67340 M4 100

6.3.1 thiết kế móng M1:

1 Xác định sơ bộ số lượng cọc và bố trí cọc cho móng M1:

Lấy nội lực cột C2 để thiết kế móng 1

c

βxN 1.4xN

d c 0

c Tải trọng tác dụng lên đầu cọc:

d Kiểm tra khả năng chịu tải của nhóm cọc :

Với E: hiệu ứng nhóm được xác định theo công thức:

• e: khoảng cách của cọc

• n: số hàng

• m: số cọc của mỗi hàng.

• Pc: tải trọng sử dụng thiết kế

Kiểm tra điều kiện sử dụng cọc có xét đến hiệu ứng nhóm :

Pmax ≤ PcxE

Pmax = 981≤1400x0.795=1113(KN) => thõa điều kiện

Khả năng chịu tải của nhóm cọc :

31.56 2.5 1.6 1.05 10 6552 1962

P = x x x x = kN >P = kN => kích thước đã chọn thỏa đkchống cắt

4 Kiểm tra ổn định dưới mũi cọc:

(Tải trọng dùng Ntc, Mtc)

tt daydai tc

tt

tc xx

tt y tc y

Với γtb=7.56 (KN/m3) (được tính bằng cách lấy trung bình của các lớp đất.)

• Tải trọng tác dụng xuống mũi cọc bây giờ là:

Ntc+Wqum= 3140.4+13934.6= 17075(KN)

c Độ lệch tâm tại mũi cọc:

tc y

- Lớp 4 : sét-sét pha, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng :

- Với γ’II:là dung trọng của đất ở dưới mũi cọc có tính đến đẩy nổi

γ’I:là dung trọng của đất từ mũi cọc trở lên có tính đến đẩy nổi

3 II

3 I

(lấy dung trọng đẩy nổi của lớp 4- lớp đất đang tính lún.)

- Ứng suất gây lún tại mũi cọc lấy theo ứng suất trung bình:

gl tbi i 0

- Theo TCVN 45-1978 độ lún phải thỏa yêu cầu S ≤ Sgh=8 (cm)

- Theo số liệu địa chất, modun biến dạng của đất nền ở lớp đất thứ 4 là E0 =

Vậy ∑ Si = 1.2(cm) 8(cm) < => thỏa yêu cầu về độ lún cho phép

6 Tính toán kết cấu đài móng :

- Tải trọng sử dụng là tải trọng tính toán: Ntt, Mtt

- Cột C5 có tiết diện 550 x 550 (mm)

- Chọn chiều cao đài: hđ = 1.7 (m)

- Cốt thép được tính theo 2 phương dựa trên nguyên tắc ngàm tại chân cột Xác định cáccọc ngoài chân cột ngàm và cánh tay đòn để tính moment :

- Tính toán cọc như cấu kiện chịu uốn: có tiết diện là Bđ xLđxhđ.

- Chọn a = 5(cm) nên suy ra ho= hđ – a = 170- 5-10= 155 (cm) (trừ 10cm phần cọc ngàmvào đài)

1 Xác định sơ bộ số lượng cọc và bố trí cọc cho móng M2:

Lấy nội lực cột C7 để thiết kế móng 2

Ntt= 7456.96 (KN)

Mx= 134.46(KN.m)My= 4.2(KN.m)

Hx=5.89 k(N)

Hy=104.17 (kN)

- Số lượng cọc sơ bộ được xác định theo công thức:

tt c

- Vị trí các cọc :

2 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc:

Tên cọc X i (m) Y i (m)

a Kích thước đài:

Theo quy định khoảng cách giữa 2 cọc liên tiếp là 3D, khoảng cách giữa cọc ngoài cùng với mép đài là D (với D là đường kính cọc), từ đó ta có kích thước đài như sau:

Lđ=4 (m) Bđ=4 (m)Chiều cao đài được chọn theo điều kiện tuyệt đối cứng:

- Tải trọng tác dụng lên đầu cọc bây giờ là:

Ntt+Wqu=7456.96+408=7865(KN)

Mx= 134.46+5.89x1.7=144.5(KN.m)My=4.2+104.17x1.7 =181.289(KN.m)

c Tải trọng tác dụng lên đầu cọc:

Với E: hiệu ứng nhóm được xác định theo công thức:

Pmax = 910≤1400x0.727=1017.8(KN) => thõa điều kiện

Khả năng chịu tải của nhóm cọc :

P = x x x x = kN>P = kN => kích thước đã chọn thỏa đkchống cắt.

4 Kiểm tra ổn định dưới mũi cọc:

(Tải trọng dùng Ntc, Mtc)

tt daydai tc

tt

tc x

x

tt y tc

Với γtb=7.56 (KN/m3) (được tính bằng cách lấy trung bình của các lớp đất.)

• Tải trọng tác dụng xuống mũi cọc bây giờ là:

Ntc+Wqum= 6839+21231.9 = 28070.9 (KN)

c Độ lệch tâm tại mũi cọc:

tc y

- Lớp 4 : sét-sét pha, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng :

- Với γ’II:là dung trọng của đất ở dưới mũi cọc có tính đến đẩy nổi

γ’I:là dung trọng của đất từ mũi cọc trở lên có tính đến đẩy nổi

3 II

3 I

- Vị trí ngừng tính lún thõa mãn điều kiện :

σngl ≤ 0.2xσnbt ngay tại vị trí mũi cọc đã thỏa mãn đk này

- Ứng suất gây lún trung bình:

gl tbi i 0

- Theo TCVN 45-1978 độ lún phải thỏa yêu cầu S ≤ Sgh=8 (cm)

- Theo số liệu địa chất, modun biến dạng của đất nền ở lớp đất thứ 4 là E0 = 11090(KN/m2)

σ bt i

σgl tbiσ

Vậy ∑ Si = 3.72(cm) 8(cm) < => thỏa yêu cầu về độ lún cho phép.

6 Tính toán kết cấu đài móng :

- Tải trọng sử dụng là tải trọng tính toán: Ntt, Mtt

- Cột C5 có tiết diện 600x600 (mm)

- Chọn chiều cao đài: hđ = 1.7 (m)

- Cốt thép được tính theo 2 phương dựa trên nguyên tắc ngàm tại chân cột Xác định cáccọc ngoài chân cột ngàm và cánh tay đòn để tính moment :

- Diên tích cốt thép đài được xác định theo công thức:

- Tính toán cọc như cấu kiện chịu uốn: có tiết diện là Bđ xLđxhđ

- Chọn a = 5(cm) nên suy ra ho= hđ – a = 170- 5-10= 155 (cm).(trừ đoạn cọc ngàm vào đài)

- Áp dụng công thức tính toán : do moment theo 2 phương gần bằng nhau nên ta tính thép cho phương có moment lớn hơn và bố trí cho phương còn lại (thép đặt thớ dưới)

Nội lực của hệ này được xuất từ mô hình etabs sau khi đã giải xong, bằng cách gomtòan bộ các vách và 2 cột C13, C14 vào thành 1 nhóm.

1 Xác định sơ bộ số lượng cọc và bố trí cọc cho móng M4:

Nội lực được xuất từ etabs, chọn tổ hợp có P lớn nhất để thiết kế, các giá trị M và Htương ứng:

Ntt= 67340 (KN)

Mx= 15506(KN.m)My= 16060(KN.m)Hx=853.4 k(N)Hy=1103.7 (kN)

- Số lượng cọc sơ bộ được xác định theo công thức:

tt c

+ Khai báo vật liệu, Bê tông B25.

+ Khai báo tiết diện Đài móng:

+ Vẽ đài móng và định vị các cọc: sau khi tiến hành mô hình và chạy thử, sau đó kiểm tra phản lực đầu cọc, quyết định chọn số cọc n=100cọc, khoảng cách giữa 2 cọc là 1.2m kích thước đài 11.8mx11.8m vị trí cọc đặt như sau:

+ Xác định vị trí cọc trong Safe:

+ Gán liên kết lò xo và độ cứng K, với

s

Q

K = TK QTK=1400kN S=10mmKhai báo độ cứng lò xo như sau:

+ Gán liên kết lò xo cho đầu cọc:

- sau khi chạy mô hình, phản lực đầu cọc tại từng cọc như sau:

Căn cứ vào bảng giá trị phản lực đầu cọc xuất ra từ safe Ta có Pmax= 1417kN sấp sỉ Qtk=1400kN

Pmin= 793.86kN>0

Thỏa điều kiện

2 Kiểm tra khả năng chịu cắt do 1 hàng cọc biên gây ra :

ax

10 10 1417 14170( )

xt m

tt daydai tc

tt

tc xx

tt y tc y

• Tải trọng tác dụng xuống mũi cọc bây giờ là:

Ntc+Wqum= 61583+62924.2 = 124507 (KN)

c Độ lệch tâm tại mũi cọc:

tc y

- Với γ’II:là dung trọng của đất ở dưới mũi cọc có tính đến đẩy nổi

γ’I:là dung trọng của đất từ mũi cọc trở lên có tính đến đẩy nổi

3 II

3 I

- Theo TCVN 45-1978 độ lún phải thỏa yêu cầu S ≤ Sgh=8 (cm).

- Theo số liệu địa chất, modun biến dạng của đất nền ở lớp đất thứ 4 tại độ sâu 50m là E0 = 11090(KN/m2):

Bảng tính lún cho móng:

5 Tính toán kết cấu đài móng :

Sau khi mô hình hoàn tất, ta tiến hành các bước sau:

+ Chia dải moment cho đài móng để xuất nội lực trong đài:

+Chạy mô hình, moment tìm được trong đài như sau: (2 dải biên rộng 0.9m.10 dải giữa 1m)

Lần lượt theo 2 phương: phương y (layer A), phương x(layer B)

Từ biểu đồ moment, ta lấy giá trị moment của dải có giá trị lớn nhất để tính thép cho cả đài theo phương tương ứng

- Diên tích cốt thép đài được xác định theo công thức sau:

- Tính toán cọc như cấu kiện chịu uốn: có tiết diện là Bđ xLđxhđ.(do khi mô hình ta chọn

bề rộng dải moment là 1m, nên Bđ=1m)

- Chọn a = 8(cm) nên suy ra ho= hđ – a = 250- 8-10= 232 (cm).(trừ đoạn cọc ngàm vào đài)

- Áp dụng công thức tính toán : tính điển hình cho moment âm theo phương y 2425kN.m

Mmax= Vật Liệu sử dụng bê tong B25, thép AIII

Bố trí Ø28a200 (As= 30.77 cm2) trên suốt bề rộng đài

Bảng tính toán thép cho đài theo hai phương.(bao gồm thớ trên và thớ dưới 2 phương của

As chọn

thớ trên p.y 2450.00 0.031 0.032 2940.14 28 200 3077.20thớ dưới p.y 2810 0.036 0.037 3380.37 28 180 3419.11thớ trên p.x 903.00 0.012 0.012 1072.61 18 200 1271.70thớ dưới p.x 2417.00 0.031 0.031 2899.90 28 200 3077.20