Thạc Sĩ Tính toán cọc ngàm trong đá có xét đến khả năng chịu tải trọng ngang của các lớp đất bên trên

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: Tính toán cọc ngàm trong đá có xét đến khả năng chịu tải trọng ngang của các lớp đất bên trên
Định dạng file word

MụC LụC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các bảng, hình vẽ NộI DUNG Trang
Mở đầu 1
Chương I: tổng quan về móng cọc chịu tảI
ngang NGàM TRONG đá
1.1 Các trường hợp móng cọc chịu tải ngang ngàm trong đá 4
1.2 Phân loại cọc chịu tải trọng ngang ngàm trong đá 7
1.2.1 Phân loại theo liên kết đầu cọc 7
a) Cọc có đầu tự do 7
b) Cọc có đầu ngàm trượt 8
c) Cọc có ngàm cách xa đỉnh cọc 8
1.2.2 Phân loại theo tải trọng tác dụng 8 a) Cọc chịu tải trọng tĩnh 8
b) Cọc chịu tải trọng động 8
1.3 ứng xử của cọc đơn khi chịu tải trọng ngang có mũi cọc 8
ngàm trong đá
1.3.1 Phương pháp phân tích theo phản lực nền 10
1.3.2 Phương pháp phân tích theo mô hình đàn hồi liên tục 12
1.3.3 Phương pháp phân tích có kể tới sự không liên tục của đá 15
1.4 Một số phương pháp xác định giá trị modun của đá 17
1.4.1 Phương pháp trực tiếp 17
a) Thí nghiệm đo độ giãn nở 19
b) Thí nghiệm kích trong lổ khoan 21
c) Thí nghiệm bàn nén 22 d) Thí nghiệm kích dạng tấm 24
1.4.2 Phương pháp gián tiếp 24
a) Phương pháp xác định Em với chỉ số chất lượng đá RQD 27
b) Phương pháp xác định Em với số điểm RMR hoặc GSI 30
c) Phương pháp xác định Em với chỉ số chất lượng đá Q 30
d) Phương pháp xác định Em với độ bền nén của đá 30
nguyên dạng c
Chương II: Các phương pháp xác định sức
chịu tải ngang của cọc ngàm trong đá
2.1 Khả năng chịu tải ngang của cọc ngàm trong đá 33
2.1.1 Khả năng chịu tải ngang của bản thân kết cấu cọc 33
2.1.2 Khả năng chịu tải ngang của hốc đá khi cọc 35
ngàm trong đá
2.2 Phương pháp gần đúng liên tục tuyến tính theo cách tiếp 40
cận của Randolph (1981) và Carter and Kulhawy (1992)
2.3 Phương pháp gần đúng liên tục phi tuyến 44
2.3.1 Phương pháp gần đúng liên tục phi tuyến – ứng xử 44
đàn hồi của đất và đá
2.3.2 Phương pháp gần đúng liên tục phi tuyến – ứng xử 48
đàn dẻo của đất và đá
2.4 ổn định của cọc ngàm trong đá khi chịu tải trọng ngang 51
2.4.1 Hiện tượng trượt phẳng 52
2.4.2 Hiện tượng nêm trượt 54
2.4.3 Hiện tượng lật đổ đỉnh 54
2.4.4 Hiện tượng phá hủy dạng cung tròn 54
Chương III: các Ví dụ tính toán
3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 55
3.2 Kết quả áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn 57
3.2.1 Bài toán BT1a 57
3.2.2 Bài toán BT1b 59
3.2.3 Bài toán BT1c 61
3.2.4 Bài toán BT1d 63
3.2.5 Bài toán BT2a 64
3.2.6 Bài toán BT2b 66
3.2.7 Bài toán BT2c 67
3.2.8 Bài toán BT2d 69
Kết luận và kiến nghị
Kết luận 74
Kiến nghị 76
Tài liệu tham khảo 77
Mở ĐầU
Tính cấp thiết của đề tài:
- Với sự biến đổi không ngừng của khí hậu toàn thế giới theo hướng tiêu cực, các quốc gia như Việt Nam với bờ biển trải dài đã chịu ảnh hưởng lớn của sự thay đổi này. Trong đó hiện tượng động đất là biểu hiện sâu đậm nhất, gây ra những tàn phá kinh hoàng nhất đối với con người và bản thân các kết cấu xây dựng nói chung.
- Để có thể kháng lại những lực ngang lớn ví dụ như lực động đất tác dụng vào công trình xây dựng có sử dụng móng cọc trong tiêu chuẩn thiết kế thường khuyến cáo nên hạ mũi cọc vào lớp đất cát thô và chặt hoặc nên cắm sâu vào tầng đá gốc.
- Công tác khảo sát, thiết kế và thi công cọc nhồi có kinh phí lớn. Và thực sự tốn kém hơn nếu mũi cọc sẽ hạ vào trong đá.
- Các công trình có tải trọng lớn ở khu vực Trung và Nam Trung Bộ ngày càng nhiều trong khi điều kiện nền đất mà các công trình này hay gặp chủ yếu là cát, sét và đá gốc nằm ở độ sâu 40 – 60 mét. Với tải trọng lớn nên trường hợp cọc được cắm sâu vào đá là rất hay gặp trong thiết kế.
- Qua phân tích sự làm việc của cọc ngàm trong đá có kể đến sức chịu tải của các lớp đất bên trên khi chịu tải ngang sẽ giúp cho chúng ta đánh giá được ứng xử của cọc ở trạng thái tĩnh. Và góp phần vào việc đánh giá cũng như nêu các kiến nghị phù hợp cho công tác thiết kế lựa chọn chiều sâu cọc hợp lí hơn.
Mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu:
Mục đích:
- Đánh giá được khả năng chịu tải trọng ngang của cọc nhồi ngàm vào đá khi kể đến sức chịu tải ngang của các lớp đất bên trên.
- Xác định nội lực và chuyển vị của cọc nhồi ngàm vào đá khi có kể đến sức chịu tải ngang của các lớp đất bên trên.
Nhiệm vụ:
- Nghiên cứu áp dụng các lí thuyết về tính toán cọc chịu tải trọng ngang khi mũi cọc ngàm trong đá.
- áp dụng chương trình tính toán để mô phỏng và phân tích bài toán cọc - nền cùng đồng thời làm việc.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu là các công trình xây dựng có kết cấu móng cọc ngàm trong đá.
- Phạm vi nghiên cứu là các cơ sở khoa học của các phương pháp tính toán cọc chịu tải ngang ngàm trong đá và các ứng dụng trong phân tích và thiết kế nhằm đưa ra cái nhìn tổng quát cho vấn đề cần nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu:
- Phân tích cọc ngàm trong đá chịu tải trọng ngang có kể đến ảnh hưởng của các lớp đất bên trên.
Hướng kết quả nghiên cứu:
- Phân tích các ứng xử của cọc ngàm trong đá khi chịu tải ngang có xét tới các lớp đất bên trên.
- Trong móng cọc chịu tải ngang ngàm trong đá nên kể đến khả năng chịu tải của các lớp đất bên trên để không phải khoan sâu vào trong đá, tránh lãng phí.
ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
- Đưa ra tổng quan về tính toán cọc chịu tải ngang ngàm vào đá cho công trình có tải trọng ngang lớn.
- Đưa ra được kết luận và kiến nghị góp phần nâng cao độ chính xác của việc tính toán cọc chịu tải trọng ngang ngàm vào đá.
chương I:
tổng quan về móng cọc chịu tảI ngang ngàm trong đá
1.1 Các trường hợp móng cọc chịu tải ngang ngàm trong đá
Khi có yêu cầu về chịu lực lớn và ổn định của móng thì việc truyền tải trọng của công trình vào các lớp đất tốt bên dưới là một giải pháp, khi đó loại cọc dùng phương pháp khoan tạo lỗ và nhồi bê tông cốt thép vào lỗ khoan có mặt cắt ngang dạng hình tròn hoặc chữ nhật (hoặc các dạng chữ H được tổ hợp từ các dạng chữ nhật) thường được dùng (có sức chịu tải vật liệu lớn, độ cứng lớn, phù hợp với thực tế) mà chúng ta hay gọi là cọc khoan nhồi (dạng tròn) hay cọc barret (dạng chữ nhật).
Đôi khi các loại cọc này phải được cắm vào đá tới độ sâu trong đá hợp lý (Xem hình 1.1) nhằm chịu tải trọng ngang, tải trọng dọc, moment uốn - xoắn lớn như đối với công trình cầu, đường cao tốc trên cao, giàn khoan, các công trình cao tầng và siêu cao tầng mà thực tế hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam chúng ta đang áp dụng nhiều.

Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
[1]. Móng cọc tiêu chuẩn thiết kế TCVN-205-1998.
[2]. Nguyễn Quang Phích (2007), Cơ học đá, Nxb. Xây dựng, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Viết Trung, Lê Thanh Liêm (2009), Cọc khoan nhồi trong công trình giao thông, Nxb. Xây dựng, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Uyên (2007), Cơ học đá ứng dụng, Nxb. Xây dựng, Hà Nội.
[5]. Prakash, S., Sharma, H.D (1999), Móng cọc trong thực tế xây dựng, Phạm Ngọc Khánh và nhóm biên dịch. Nxb. Xây dựng, Hà Nội.
[6]. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2004), Móng cọc phân tích và thiết kế, Nxb. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[7]. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái (2004), Thí nghiệm đất hiện trường và ứng dụng trong phân tích nền móng, Nxb. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
[8]. Lymon C.Reese, William M.Isenhower, Shin-Tower Wang (2006), Analysis and design of shallow and deep foundations, John Whiley & Sons, Inc.
[9]. Lianyang Zhang (2005), Drilled Shafts in Rock Analysis and Design, Published by: A.A.Balkema Publishers, a member of Taylor & Francis Group plc.http://www.balkema.nl/
[10]. Lymon C.Reese, William F.Van Impe (2007), Single piles and pile groups under lateral loading, A.A. Balkema Publishers, Leiden-London-New York-Philadelphia-Singapore.
[11]. M.J.Tomlinson, Pile design and construction practice-Fourth edition, An Imprint of Chapman & Hall.
[12]. National Cooperative Highway Reseach Program (NCHRP) (2006), NCHRP Synthesis 360: Rock-Socketed Shafts for Highway Structure Foundations, Published by: Transportation Research Board-http://www.national-academies.org/trb/bookstore.
[13]. Unified Facilities Criteria (UFC) Deep Foundations (2004), Design of Deep Foundations, U.S. Army Corps of Engineers -http://www.vulcanhammer.org.