[www.danxaydung.tk] - Móng băng, bè, cọc, tường chắn, cừ - Ebook Etab 9.7

TIN HỌC TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU

PHẦN CƠ BẢN

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN 4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI 

Các quan niệm tính toán Khi tính toán móng cứng, chúng ta bỏ qua biến dạng của móng và xem ứng suất tiếp xúc phân bố tuyến tính Với các móng chịu uốn, biến dạng của móng là đáng kể, ƯS tiếp xúc sẽ phân phối lại, trong tính toán nền móng phải sử dụng các sơ đồ nền để xét đến sự ứng xử của đất nền .  Mô hình nền được sử dụng để tính dầm, bản trên nền đàn hồi + Nền biến dạng đàn hồi cục bộ (mô hình nền Winkler) + Nền biến dạng đàn hồi toàn bộ (phương pháp của Boussinesq đàn hồi + dẻo)

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN 4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI Hệ số nền Bài toán dầm và bản trên nền thực sự là một bài toán khó và có ý nghĩa đối với việc thiết kế cấu móng. Theo quan điểm cơ học , đây là dạng bài toán tiếp xúc giữa 2 vật thể: móng và đất nền. Ẩn số phải tìm là sự phân bố áp lực lên mặt đất nền ngay sát đáy móng hoặc sự phân bố phản lực do đất nền tác dụng ngược lại vào mặt đế móng, cả 2 loại lực này đều là lực mặt ( lực/ chiều dài) và có giá trị bằng nhau theo định luật 3 Newton.




Hệ số nền Hiện nay có rất nhiều mô hình nền để mô phỏng sự làm việc tiếp xúc của móng và đất nền, khi tính toán có thể sử dụng các mô hình nền khác nhau. Nhưng khi áp dụng hiểu rõ phạm vi ứng dụng của từng mô hình mà áp dụng vào từng trường hợp thiết kế cụ thể . Mô hình khác nhau thì kết quả khác nhau, nhiều khi sự khác biệt rất lớn. Việc sử dụng không đúng mô hình đôi khi có thể mang lại sự cố công trình Theo định nghĩa:

Độ lún tức thời: S = 0,5.S∞

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN 4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 1. Từ thí nghiệm bàn nén



Nền đất được mô tả bằng các lò xo đàn hồi tuyến tính. Hệ số nền được xác định bằng thí nghiệm bàn nén hiện trường với kích thước bàn nén chuẩn 0,3x0,3m Bảng tra hệ số nền k0,3 cho một số loại đất: Terzaghi, 1955, công bố hệ số nền với kích thước bàn nén 0,3mx0,3m , (k0,3)

Nhận xét: Hệ số nền theo mô hình nền Winkler chủ yếu dùng cho móng băng (theo mô hình nền đàn hồi tòan bộ) do độ lún tương đối nhỏ, đất còn làm việc trong trạng thái đàn hồi…




Đối với móng đơn kích thước vuông B(m) Trên nền sét:

Trên nền cát:

Đối với móng hình chữ nhật BxL(m)

Nhận xét: Các công thức trên chỉ mang tính chất giới thiệu, chủ yếu là quá trình lịch sử phát triển của phương pháp xác định hệ số nền qua các thí nghiệm. Không khuyến khích ứng dụng trong thiết kế thực tế




Vesic (1961) đề xuất công thức xác định hệ số nền cho móng băng:

Trong đó:  Es,  - Module đàn hồi và hệ số Poisson của đất nền  EF - Module đàn hồi của vật liệu làm móng  IF – Moment quán tính tiết diện ngang của móng  B – bề rộng móng Chú ý: Trong thực hành tính toán, Vesic thấy rằng: Đối với các số liệu địa chất và nền móng. Thường thì giá trị: nên


Các phương pháp pháp xác định hệ số nền

1. Từ thí nghiệm bàn nén Vesic (1961) cũng đề xuất công thức xác định hệ số nền cho móng cọc:

Trong đó:  Es- Module đàn hồi của đất nền Es = 5.N (kg/cm2), N – trị số SPT  EP - Module đàn hồi của vật liệu làm móng;  Ip – Moment quán tính tiết diện ngang của móng;  B – bề rộng cọc;  µ: Hệ số possion của đất nền;

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN 4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 2. Dựa trên các bảng tra: a. Theo tiêu chuẩn ngành 22TCN 18-79 Bảng tra này thường dùng cho thiết kế móng cọc theo K.X. Zavriev. Trong bảng tra này, z(m) là độ sâu lớp đất. 


Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 2. Dựa trên các bảng tra: b. Theo mối tương quan giữa độ chặt và hệ số nền

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN 4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 2. Dựa trên các bảng tra: c. Theo mối tương quan giữa cường độ và hệ số nền



Nhận xét: Phương pháp sử dụng bảng tra có ưu điểm là dễ sử dụng, có thể ứng dụng trong thiết kế sơ bộ mà không cần nhiều thông số của đất. Có xét đến ảnh hưởng của hệ số nền theo chiều sâu. Tuy nhiên chưa kể đến ảnh hưởng của bề rộng móng, chưa liệt kê một cách đầy đủ hệ số nền cho các loại đất nền… Biên dao động của bảng tra cũng rất lớn.


Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 3. Tính theo phương pháp Terzaghi

Trong đó:       

ks : hệ số nền c: lực dính của đất γ: Trọng lượng riêng cuả đất phía trên điểm tính ks φ: góc ma sát trong của đất D: chiều sâu tính ks B: bề rộng cọc. Các giá trị Nc; Nq; Nγ tra bảng theo φ



4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles Được J.E. Bowles cải tiến từ công thức của Terzaghi và Hensen (kN/m3) Trong đó: 

As – Hệ số phụ thuộc chiều sâu chôn móng



Bs – Hệ số phụ thuộc chiều sâu



z – Độ sâu đạng khảo sát (m)

n – hệ số hiệu chỉnh để k có giá trị gần với đường cong thực nghiệm, trường hợp không có kết quả thí nghiệm thì lấy n = 1. 



4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles Các hệ số As và Bs được tính theo công thức Terzaghi hoặc Hansen: Với: Trong đó: 

C – hệ số chuyển đổi đơn vị C = 40 ( hệ SI), C = 12 (hệ Fps)



c – lực dính của đất (kN/m2)



γ – Trọng lượng riêng của đất (kN/m3)



B – Bề rộng của móng hay hay cọc Đối với móng băng lấy bằng bề rộng móng Đối với móng bè lấy bằng bề rộng kích thước tối thiểu của móng Đối với cọc vuông hoặc tròn lấy bằng cạnh hoặc đuờng kính Đối với tường cừ lấy bằng bề rộng đơn vị của tường



4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles Các hệ số Sc và Sγ lấy theo bảng sau: Hệ số

Móng băng/bè

Móng tròn

Móng chữ nhật

Sc

1.0

1.3

1.3

Sγ

1.0

0.6

0.8

Nq, Nc, Nγ xác định bởi công thức, hoặc tra bảng theo φ. Riêng Kpy là hệ số thực nghiệm tra bảng theo φ.

Với:

CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN 4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles Nq, Nc, Nγ, Kpy tra bảng theo φ.



Φ (độ)

Nc

Nq

Nγ

Kpγ

0 5 10 15 20 25 30 34 35 40 45 48 50

5.7 7.3 9.6 12.9 17.7 25.1 37.2 52.6 57.8 95.7 172.3 258.3 347.5

1.0 1.6 2.7 4.4 7.4 12.7 22.5 36.5 41.4 81.3 173.3 287.9 415.1

0.0 0.5 1.2 2.5 5.0 9.7 19.7 36.0 42.4 100.4 297.5 780.1 1153.2

10.8 12.2 14.7 18.6 25.0 35.0 52.0 82.0 141.0 298.0 800.0


Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 5. Tính theo giá trị SPT

Trong đó:  N- giá trị SPT trung bình B – bề rộng cọc;


Các phương pháp pháp xác định hệ số nền 6. Tính theo môđun biến dạng nền a. Hệ số nền tại mũi cọc theo phương đứng được tính như sau: + Cọc đóng, ép: + Cọc nhồi: Trong đó: Kv: Hệ số nền mũi cọc theo phương đứng (kG/cm3) α : Hệ số điều chỉnh mũi cọc Eo = 1 D: Đường kính mũi cọc (cm). Eo: Mô đun biến dạng nền (kG/cm2) Eo = 25.N; N: Giá trị xuyên tiêu chuẩn



6. Tính theo môđun biến dạng nền b. Hệ số nền dọc theo thân cọc phương đứng được tính như sau: + Cọc đóng trong đất rời: + Cọc đóng trong đất dính: + Cọc nhồi: c. Hệ số nền dọc theo thân cọc phương ngang được tính như sau: Trong đó: ksv: Hệ số nền thân cọc theo phương đứng (kG/cm3) ksh : Hệ số nền thân cọc theo phương ngang (kG/cm3) α : Hệ số điều chỉnh mũi cọc Eo = 1 D: Đường kính cọc (cm). Eo: Mô đun biến dạng nền (kG/cm2) Eo = 25.N; N: Giá trị xuyên tiêu chuẩn


Các phương pháp xác định nội lực

1. Tính theo mô hình Winkler Mô hình nền Winkler (mô hình nền biến dạng cục bộ) là mô hình đơn giản và phổ biến nhất với thông số duy nhất của đất được đưa vào tính toán là hệ số nền ks (lực/ chiều dài3) Tuy nhiên, hệ số nền có giá trị tuỳ thuộc vào loại đất nền và dao động khá rộng đối với từng loại đất. Việc chọn giá trị Cz cũng tùy thuộc kinh nghiệm của người thiết kế và mang tính chủ quan . Nói chung, mô hình Winkler thường áp dụng cho đất yếu thể hiện tính biến dạng tại chỗ khi chịu tải, không lan truyền ra các vùng xung quanh.



1. Tính theo mô hình Winkler Nhược điểm của mô hình  Dưới cùng giá trị áp lực đất nền , vùng nền bị ảnh hưởng do tải trọng ngoài dưới bàn nén, nhỏ hơn vùng ảnh hưởng dưới đáy móng thực tế . Vì vậy ks chưa phản ảnh được sự làm việc của các lớp đất nền nằm sâu hơn nhưng vẫn còn trong tầm ảnh hưởng gây lún của kết cấu móng thực tế ( móng băng, bè )  Mối quan hệ giữa áp lực đất nền và biến dạng vẫn là giá trị tỉ lệ. Chưa phản ánh đúng điều kiện làm việc thực tế.  ks chỉ giữ phần hồn “ đàn hồi “ mà bỏ qua phần biến dạng dẻo của đất nền vì vậy không phản ảnh đúng bản chất của biến dạng đất bao gồm cả phần đàn hồi và phần dẻo ( vật liệu phi tuyến ) . [Trong mô hình tổng biến dạng - bài tóan Boussinesq - có xét cả 2 lọai biến dạng này .



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo Ý tưởng của phương pháp

(2)

s (1)

p

pc

(kN/m2.m)



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo Ý tưởng của phương pháp P

σ

x

(kN/m) (kN/m2.m)

ε



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo Ý tưởng của phương pháp Xét mối tương quan, khi áp lực gây lún chưa đạt đến áp lực tiền cố kết, biến dạng của đất nền tương đối nhỏ để đảm bảo rằng biến dạng vẫn còn tỉ lệ với áp lực thì ta có thể áp dụng mô hình đàn hồi bằng các liên kết lo xo vào tính tóan.



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Cho móng băng chịu tải như hình dưới đây. Bề rộng móng 2,64m; hệ số nền bên dưới móng ks=22 000 kN/m3, môđun đàn hồi của móng 21 500 MPa



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Biểu đồ lực cắt - tính theo Bowles



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Biểu đồ lực cắt - tính theo Etabs



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Biểu đồ mômen - tính theo Bowles



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Biểu đồ lực cắt - tính theo Etabs



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Phản lực lò xo - tính theo Bowles

Phản lực lò xo - tính theo Etabs



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Cho móng băng chịu tải trọng như hình vẽ (bao gồm trọng lượng bản thân móng và tải trọng truyền xuống móng như hình vẽ). Hãy xác định nội lực trong móng biết đất có hệ số nền theo thiết kế Cz = 1200 T/m3.



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Khai báo vật liệu: M250 (B22,5)



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Định nghĩa tiết diện chữ T









2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Phương pháp 1: chia thật đường line Khoảng chia 0,5m → tạo ra 35 line



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Phương pháp 1: chia thật đường line



Độ cứng của lò xo mô tả trong mô hình được tính dựa trên hệ số nền Nút giữa:  bt  b p  '  Bm  1200.0,5.1.4  840 T/m k s  k s  2   Nút biên:  bt  b p  '  Bm  1200.0,25.1.4  420 T/m k s  k s   2 



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Phương pháp 1: chia thật đường line 

Gán hệ số nền

Nút giữa

Nút biên



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Phương pháp 2: chia ảo đường line với khoảng cách 0,5m



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Phương pháp 2: chia ảo đường line với khoảng cách 0,5m 

Độ cứng của lò xo mô tả trong mô hình được tính dựa trên hệ số nền

k s'  k s Bm  1200.1.4  1680 T/m2



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Phương pháp 2: chia ảo đường line với khoảng cách 0,5m  Gán hệ số nền



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Gán tải trọng



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Kết quả Chuyển vị



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Kết quả Moment



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng Hệ số nền (ks = 1200 T/m3) Kết quả Lực cắt



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo a. Mô hình móng băng



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo b. Mô hình móng bè Thiết kế móng bè có sườn với mặt bằng như hình vẽ. Bản móng dày 35cm; dầm móng có tiết diện 400700. Tải trọng nén tại chân cột (tính bằng tấn) được thể hiện trên hình vẽ. Bêtông có mô đun đàn hồi: E = 2.65106 T/m2; Đất có hệ số nền: ks = 1200 T/m3



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo b. Mô hình móng bè



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo b. Mô hình móng bè



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Nếu quan niệm đất nền là đàn hồi thì bài toán tường cừ chịu tải ngang sẽ có sơ đồ tính tương tự như bài tóan dầm trên nền đàn hồi. Tải trọng tác dụng lên tường bao gồm: áp lực ngang của đất, lực tác dụng lên đỉnh tường (nến có)… phần đất nền trong đoạn chôn cừ này được thay thế bởi các lò xo. Độ cứng của lò xo phụ thuộc vào các tính chất cơ học của đất và chúng được xác định thông qua hệ số nền. Trong trường hợp tổng quát, tường cừ làm việc ở trạng thái kéo – nén và uốn đồng thời, gây nên các thành phần chuyển vị dọc trục, chuyển vị vuông góc và xoay.



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Tải trọng tác dụng lên tường cừ Trong đó: 

pa – áp lực đất phân bố lên tường



z – chiều sâu tại điểm đang xét



ka – hệ số áp lực chủ động



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Hệ số áp lực chủ động xác định theo công thức sau: (đất nền đồng nhất).

Trong đó: 

α – góc hợp bởi lưng tường với mặt phẳng nằm ngang



β – góc hợp bởi mặt đất với mặt phẳng nằm ngang



δ– góc ma sát giữa tường và đất



ϕ – góc ma sát trong của đất nền



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Hệ số nền của các lớp đất được tính theo công thức

Trong đó:



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Đối với các neo, chúng được thay thế bởi các lò xo đặt theo phương ngang, độ cứng của lò xo được xác định như sau:

Trong đó: η – góc của neo so với phương ngang Chú ý: Công thức trên thiết lập từ quan hệ độ cứng tương đương của đoạn neo



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Phân tích tường cừ chịu áp lực ngang (Example 13-3 J.E.Bowles [20]). Cho hệ tường cừ như hình bên dưới, tường được chôn 5m vào trong cùng đất sét. Tải trọng tác dụng lên tường có được từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT – Standard Penetrtion Test), hệ số nền của lớp đất chôn cọc 7320 kN/m3, tường có 2 neo đặt tại hai vị trí khác nhau, các thông số của neo như hình vẽ. Tường cừ loại PZ40 có các thông số sau. Mô đun đàn hồi của thép E = 2.108 kN/m2 Mômen quán tính I = 0,00067 m4 Độ cứng lò xo của neo Neo 1 (gần mặt đất): 4300 kN/m Neo 2: 3030 kN/m



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Độ cứng lò xo của đất nền (kN/m)

Cường độ tải trọng tại các nút (kPa)



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo c. Mô hình tường cừ Kết quả chuyển vị tại các nút (m)



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo d. Mô hình cọc đơn Tương tự như mô hình tường cừ, hệ số nền được thay bằng các lò xo, ngoài ra ta có thể thay bằng các thanh dàn có độ cứng tương đương. Đối với lò xo: (kN/m) Đối với thanh dàn: (m) Diện tích thanh dàn tương đương: (m2)



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo d. Mô hình cọc đơn Mô hình cọc đơn có các liên kết đàn hồi bố trí theo các khoảng cách 2m cách đều. Hệ số nền tính theo phương pháp mô đun biến dạng nền + Các gối đàn hồi đứng mũi cọc: + Các gối đàn hồi đứng tại thân cọc + Các gối đàn hồi ngang thân cọc Trong đó: ksv: Hệ số nền thân cọc theo phương đứng (kG/cm3) ksh : Hệ số nền thân cọc theo phương ngang (kG/cm3) At :diện tích mũi cọc As:diện tích xung quanh phần cọc giữa hai gối đàn hồi ngang Ahp :diện tích hình chiếu đứng của phần cọc giữa hai gối đàn hồi ngang.



2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo Giải thích phương pháp Trong các phần mềm như SAP2000 /ETABS cần phải quy đổi giá trị hệ số nền này về độ cứng k (lực/chiều dài) của các lò xo liên kết giữa móng với đất nền tại các nút, đồng thời SAP2000/ETABS còn cho phép định nghĩa mô hình nền chỉ chịu nén (phù hợp với đất), chỉ chịu kéo, chịu cả kéo và nén. Giá trị k = ks.A .Trong đó A là phần diện tích ảnh hưởng của mặt đáy móng đối với nút đang xét, theo quy tắc phân phối trung bình. Đối với bài toán bản được chia đều ô. Các nút ở góc có độ cứng chỉ bằng 1/4 giá trị độ cứng của nút bên trong bản. Tương tự, các nút theo cạnh biên bằng 1/2 . Hoặc k = ks.li trong bài tóan phẳng (móng băng, hay cọ chiệu tải trọng ngang), với li là chiều dài của từng phân đoạn. Như vậy, đối với bài toán dầm được chia đều thành các đoạn bằng nhau, độ cứng lò xo của 2 nút biên chỉ bằng 1/2 giá trị độ cứng lò xo của các nút giữa,



3. Phương pháp xây dựng hệ số nền theo đường cong p – y Matlock và các cộng sự, 1978 đã đề ra phương pháp xác định hệ số nền gần với giá trị thực tế nhất. Trong phương pháp có xét đến các yếu tố: độ sâu, mối tương quan phi tuyến giữa áp lực đất nền và độ lún…

[www.danxaydung.tk] - Móng băng, bè, cọc, tường chắn, cừ - Ebook Etab 9.7

Recommend Documents