TIN HỌC TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU - PHẦN CƠ BẢN CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI pptx

TIN HỌC TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤUTIN HỌC TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU
PHẦN CƠ BẢNPHẦN CƠ BẢN
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 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)
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 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.
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 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
∞
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
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 k
0,3
cho một số loại đất:
1. Từ thí nghiệm bàn nén
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…
Terzaghi, 1955, công
bố hệ số nền với
kích thước bàn nén
0,3mx0,3m , (k
0,3
)
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
Đối với móng đơn kích thước vuông B(m)

1. Từ thí nghiệm bàn nén
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
Trên nền sét:
Trên nền cát:
Đối với móng hình chữ nhật BxL(m)
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
Vesic (1961) đề xuất công thức xác định hệ số nền
cho móng băng:
1. Từ thí nghiệm bàn nén
 E
s
,  - Module đàn hồi và hệ số Poisson của đất nền
 E
F
- Module đàn hồi của vật liệu làm móng
 I
F
– Moment quán tính tiết diện ngang của móng
 B – bề rộng móng
Trong đó:
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
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN

Vesic (1961) cũng đề xuất công thức xác định hệ số nền cho móng cọc:
1. Từ thí nghiệm bàn nén
 E
s
- Module đàn hồi của đất nền E
s
= 5.N (kg/cm
2
), N – trị số SPT
 E
P
- Module đàn hồi của vật liệu làm móng;
 I
p
– Moment quán tính tiết diện ngang của móng;
 B – bề rộng cọc;
 µ: Hệ số possion của đất nền;
Trong đó:
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
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.
a. Theo tiêu chuẩn ngành 22TCN 18-79
2. Dựa trên các bảng tra:
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 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
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 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.
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
3. Tính theo phương pháp Terzaghi
 k
s
: hệ số nền
 c: lực dính của đất
 γ: Trọng lượng riêng cuả đất phía trên điểm tính k
s
 φ: góc ma sát trong của đất
 D: chiều sâu tính ks
 B: bề rộng cọc.
 Các giá trị N
c
; N
q
; N
γ
tra bảng theo φ

Trong đó:
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles
Được J.E. Bowles cải tiến từ công thức của Terzaghi và Hensen
Trong đó:
 A
s
– Hệ số phụ thuộc chiều sâu chôn móng
 B
s
– 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.
(kN/m
3
)
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
Các hệ số A
s
và B
s
được tính theo công thức Terzaghi hoặc Hansen:
Với:
 C – hệ số chuyển đổi đơn vị C = 40 ( hệ SI), C = 12 (hệ Fps)
 c – lực dính của đất (kN/m

2
)
 γ – Trọng lượng riêng của đất (kN/m
3
)
 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
Trong đó:
4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
Các hệ số S
c
và S
γ
lấy theo bảng sau:
Hệ số Móng băng/bè Móng tròn Móng chữ nhật
S
c
1.0 1.3 1.3
S
γ
1.0 0.6 0.8
N
q
, N

c
, N
γ
xác định bởi công thức, hoặc tra bảng theo φ. Riêng K
py
là hệ số
thực nghiệm tra bảng theo φ.
Với:
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
Φ (độ) N
c
N
q
N
γ
K
pγ
0 5.7 1.0 0.0 10.8
5 7.3 1.6 0.5 12.2
10 9.6 2.7 1.2 14.7
15 12.9 4.4 2.5 18.6
20 17.7 7.4 5.0 25.0
25 25.1 12.7 9.7 35.0
30 37.2 22.5 19.7 52.0
34 52.6 36.5 36.0
35 57.8 41.4 42.4 82.0
40 95.7 81.3 100.4 141.0

45 172.3 173.3 297.5 298.0
48 258.3 287.9 780.1
50 347.5 415.1 1153.2 800.0
N
q
, N
c
, N
γ
, K
py
tra bảng theo φ.
4. Phương pháp cuả Joseph E. Bowles
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
5. Tính theo giá trị SPT
 N- giá trị SPT trung bình
B – bề rộng cọc;
Trong đó:
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
6. Tính theo môđun biến dạng nền
K
v
: Hệ số nền mũi cọc theo phương đứng (kG/cm
3
)
α : Hệ số điều chỉnh mũi cọc E

o
= 1
D: Đường kính mũi cọc (cm).
E
o
: Mô đun biến dạng nền (kG/cm
2
)
E
o
= 25.N; N: Giá trị xuyên tiêu chuẩn
Trong đó:
a. Hệ số nền tại mũi cọc theo phương đứng được tính như sau:
+ Cọc đóng, ép:
+ Cọc nhồi:
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
6. Tính theo môđun biến dạng nền
k
sv
: Hệ số nền thân cọc theo phương đứng (kG/cm
3
)
k
sh
: Hệ số nền thân cọc theo phương ngang (kG/cm
3
)
α : Hệ số điều chỉnh mũi cọc E

o
= 1
D: Đường kính cọc (cm).
E
o
: Mô đun biến dạng nền (kG/cm
2
)
E
o
= 25.N; N: Giá trị xuyên tiêu chuẩn
Trong đó:
b. Hệ số nền dọc theo thân cọc phương đứng được tính như sau:
+ Cọc đóng trong đất rời:
+ Cọc nhồi:
+ Cọc đóng trong đất dính:
c. Hệ số nền dọc theo thân cọc phương ngang được tính như sau:
 Các phương pháp pháp xác định hệ số nền
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 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 k
s
(lực/ chiều dài
3
)
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 C
z
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.
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
 Các phương pháp xác định nội lực
1. Tính theo mô hình Winkler
 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 k
s
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.
 k
s
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 .
Nhược điểm của mô hình
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo
 Các phương pháp xác định nội lực
Ý tưởng của phương pháp
(kN/m
2
.m)
p
s
(1)
(2)
p
c
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo
 Các phương pháp xác định nội lực
Ý tưởng của phương pháp
(kN/m)
P
x
σ
ε
(kN/m
2
.m)

4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo
 Các phương pháp xác định nội lực
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.
4. THIẾT KẾ KHUNG MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI
CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢNCÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
2. Tính theo mô hình đàn hồi bằng các liên kết lò xo
 Các phương pháp xác định nội lực
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 k
s
=22 000 kN/m
3
, môđun đàn hồi của móng 21 500 MPa