Tính toán tường cừ theo phương pháp hệ số nền

Tên đ tài:ề
Tên đ tài:ề


TÍNH TOÁN TƯỜNG CỪ THEO
TÍNH TOÁN TƯỜNG CỪ THEO
PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ NỀN
PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ NỀN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :

TS. NGHIÊM MẠNH HIẾN
SINH VIÊN THỰC HIỆN :
NGUYỄN VĂN SÁNG
ĐẶNG TÀI MẠNH
PHẠM HỒNG TUÂN
MAI VĂN LONG
KIM ĐÌNH THI

BỘ XÂY DỰNG
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
KHOA XÂY DỰNG
KHOA XÂY DỰNG
1. Lý do chọn đề tài:
1. Lý do chọn đề tài:

Hiện nay các công trình nhà cao tầng ngày càng được xây dựng
nhiều trong các đô thị lớn tại Việt nam. Các công trình này đều
được thiết kế có một hoặc nhiều tầng hầm để làm không gian cho
các mục đích thương mại như siêu thị, nhà để xe máy, xe ôtô. Việc

thiết kế hệ thống chống đỡ hố đào là rất phức tạp đòi hỏi khối
lượng tính toán lớn và kiến thức sâu rộng về địa kỹ thuật. Do đó
việc xây dựng một phần mềm tính toán tường cừ theo phương pháp
hệ số nền là rất cấp thiết hiện nay. Nó có thể được dùng để kiểm
chứng các phương pháp khác và sử dụng trong thiết kế hố đào
trong thực tế.
2.
2.
Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu
:
:

Xây dựng phần mềm tính toán tường cừ bất kỳ hạ theo phương
đứng theo phương pháp hệ số nền.

3.
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
:
:



Đối tượng nghiên cứu là tường cừ conson, tường cừ có thanh
chống và tường cừ neo.

Phạm vi nghiên cứu là nội lực và chuyển vị của tường cừ
một lớp bằng bê tông cốt thép hoặc thép hạ trong nền đất được

mô hình bằng hệ lò xo rời rạc phi tuyến.
4.
4.
Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu:



Nghiên cứu lý thuyết tính toán tường cừ theo phương pháp hệ số
nền dựa trên lý thuyết áp lực đất lên tường chắn và phương pháp
phần tử hữu hạn hai chiều.
5.
5.
Hướng kết quả nghiên cứu:
Hướng kết quả nghiên cứu:



Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được sử dụng làm tài
liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho việc thiết kế tường cừ
cho thi công tầng hầm nhà cao tầng.
Nội dung đề tài
Nội dung đề tài

CHƯƠNG I
CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG CỪ

CHƯƠNG II
CHƯƠNG II: ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN


CHƯƠNG III
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN TƯỜNG CỪ THEO PHƯƠNG PHÁP
HỆ SỐ NỀN
1.1 Giới thiệu chung về tường cừ
1.1 Giới thiệu chung về tường cừ

Tường cừ chịu uốn và được thiết kế về kết cấu như dầm chìa (chống đỡ
hay không chống đỡ ).

Sự chống đỡ của tường cừ phụ thuộc vào sức kháng bị động của đất.

Tường cừ có trọng lượng tương đối nhẹ có thể bỏ qua khi tính ổn
định.Tường cừ có thể bị phá hoại do xoay ngay sát trên chân tường hay
dịch chuyển về phía trước tại chân tường do sức kháng bị động không
đủ.

Với cát và cuội có độ thấm từ trung bình đến cao, phải dùng phương
pháp ứng suất hiệu quả tính cho cả áp lực bị động và chủ động. Ở nơi
có dòng thấm , phải dùng lưới thấm để xác định áp lực thấm hay xác
định áp lực nước động. Ma sát hay lực dính của tường xuất hiện do
chuyển động tương đối giữa tường cừ và đất thường được bỏ qua trong
tính toán

Căn cứ vào độ sâu hố đào và tình hình chịu lực của kết cấu xác đinh
trên cơ sở các yếu tố đất nền ,độ dày tường ,vật liệu tường và yêu cầu
thi công mà người ta chia ra các loại tường cừ sau:

Tường cừ conson

Tường cừ có 1 tầng chống (neo)


Tường cừ có nhiều tầng chống (neo)

Hiện nay ,có nhiều phương pháp tính toán ổn định của tường cừ .
Trong đề tài xin giới thiệu phần mền tính toán tường cừ theo phương
pháp hệ số nền đã được xây dựng theo ngôn ngữ Delphi
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tường
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tường
1.2.1.Áp lực đất
1.2.1.Áp lực đất
Lý thuyết của
Lý thuyết của
rankin
rankin
Áp lực đất chủ động :
Áp lực đất bị động :
βγσσ
cos.'
aaza
KzK
==
βγσσ
cos.'
ppzp
KzK
==
1
cos.sin.cos
.
.8cos

.
4)cos(coscos.4
sin.cos
.
.2cos.2
cos
1
'
22
2
222
2
2
−























+








+−
−








+
=
ϕϕβ
γ
ϕ

γ
ϕββ
ϕϕ
γ
β
ϕ
z
c
z
c
z
c
K
a
1
cos.sin.cos
.
.8cos
.
4)cos(coscos.4
sin.cos
.
.2cos.2
cos
1
'
22
2
222
2

2
−






















+









+−
+








+
=
ϕϕβ
γ
ϕ
γ
ϕββ
ϕϕ
γ
β
ϕ
z
c
z
c
z
c

K
p
Lý thuyết của CouLomb
Lý thuyết của CouLomb
:
:
Áp lực đất chủ động :
acefaza
kck 2.
−=
σσ
ppzp
kck 2.
+=
σσ
/ 4
α π
<
/ 4
α π
≥
ac a
K K
=
Áp lực đất bị động
:
1.2.2 Áp lực đất tĩnh
1.2.2 Áp lực đất tĩnh
oiiz
kqh ) (

+=
∑
γσ
K
0
:hệ số áp lực đất tĩnh của đất tại thời điểm tính toán
q :tải phân bố đều trên mặt đất
ν1
ν
−
=Κ
o

Với đất dính theo Terzaghi có thể lấy gần đúng:

Với đất rời theo jaky đưa ra,sau đó thí nghiệm của Bishop
K
0
=1-sin ϕ

Với đất siêu cố kết có thể lấy :
5,0
).(5,0 OCR
o
K
=
1.2.3. Áp lực nước ngầm
1.2.3. Áp lực nước ngầm

Áp lực nước tĩnh :


Áp lực nước động :

Trọng lượng đơn vị của đất trong vùng dòng thấm đi xuống:


Trọng lượng đơn vị của đất trong vùng dòng Thấm lên
γ
su
- trọng lượng đơn vị của đất ngập nước ( trọng lượng riêng đẩy nổi
i - gradient thấm trung bình
γ
w
- trọng lượng đơn vị của nước
1.2.4
Tải trọng bề mặt :
Tải trọng bề mặt :

Việc tăng áp lực đất chủ động do tải bề mặt gây ra được cho bởi
công thức :

Áp lực bị động của đất chỉ tăng lên nhờ có tải thẳng đứng không
đổi được xác định bằng cách dung công thức:
aa
Kq.
=∆
σ
paP
Kf .
=∆

σ
1.3. các loại tường cừ
1.3. các loại tường cừ
Hình 1.1: Sơ đồ chuyển vị của cọc bản công xôn và phân bố
áp lực đất.
a) Sơ đồ chuyển vị; b) Sơ đồ phân bố thực tế áp lực đất; c)
Sơ đồ tính cọc bản côngxon; d) Sơ đồ tính theo Blum.
PTCB các lực nằm ngang ΣH = 0 ,
PTCB mô men tại chân cọc ΣM
c
= 0
1.3.1 Tường cừ conson
1.3.1 Tường cừ conson
1.3.Tường cừ có một tầng
1.3.Tường cừ có một tầng
chống (neo).
chống (neo).
Tính tường cừ có 1 tầng chống(neo) với
đầu tự do
M
A
=0 d
ΣH = 0 T
T
thực
= 1,15 T
Tính tường cừ có 1 tầng
chống(neo) với đầu cố định
Xét đoạn dầm AB
M

B
=0 T
ΣH = 0 R
Xét đoạn dầm BC,
M
B
= 0 d
T
thực
= 1,15 T, d
thực
= 1,2d ,
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
1.3. Tính tường cừ có nhiều tầng chống
1.3. Tính tường cừ có nhiều tầng chống

Số tầng chống phải được xác định trên cơ sở các yếu tố :

Điều kiện địa chất ,thủy văn

Độ sâu hố đào

Độ dày tường cừ

Vật liệu tường


Yêu cầu thi công

Các phương pháp tính toán thông thường :
•
Phương pháp chia đôi tải trọng
•
Phương pháp có kể đến quá trình đào
•
Phương pháp “m”(hệ số nền )
•
Phương pháp PTHH tính hệ thanh trên nền đàn hồi
•
Phương pháp sachipana (Nhật)
1.3.1 Phương pháp chia đôi tải trọng:
1.3.1 Phương pháp chia đôi tải trọng:

Đơn giản là lực trong mỗi thanh chống hoặc neo phải chịu tương
ứng với trị tải trọng áp lực đất của hai nửa nhịp kề nhau

Cường độ áp lực đất là q, khi tính theo dầm liên tục ,mô men gối
tựa lớn nhất là ( 3 nhịp trở lên ): ,
Mômen giữa nhịp lớn nhất là

Phương pháp này suy từ sơ đồ tải trọng thường áp dụng đường
bao theo kinh nghiệm tính từ lực thực đo trong thanh chống ,cho
nên vẫn có ý nghĩa thực dụng nhất định ,có giá trị tham khảo nhất
định khi ước tính lực dọc trong thanh chống:
10
.
2

lq
M
=
20
.
2
lq
M
=
1.4 Tính toán tường cừ theo phương pháp
1.4 Tính toán tường cừ theo phương pháp
hệ số nền
hệ số nền

Dựa trên phương pháp lý thuyết phần tử hữu
hạn,

Các nghiên cứu về hệ số nền

Phần mềm tính toán tường cừ đã được xây dựng
theo ngôn ngữ lập trình Delphi.

Hệ thống chống đỡ hố đào bao gồm các kết cấu tường chắn, hệ
thanh chống hay hệ neo trong đất

Các đặc trưng của phần tử
dầm:
+Mô đun đàn hồi,
+ Hệ số Poisson,
+Mômen quán tính của mặt

cắt.

Thanh chống và neo được mô hình hóa bằng phần tử lò xo có
đặc trưng là độ cứng dọc trục.
Ứng xử dọc trục của thanh chống và của neo có thể là tuyến
tính hoặc phi tuyến.

Đất nền được mô tả bằng các phần tử lò xo có ứng xử phi tuyến.

Ở trạng thái tĩnh, lò xo có nội lực do ứng suất ban đầu gây nên
trong đất.

Dưới tác dụng của tải trọng, đất nền có thể bị dịch chuyển.

Khi đất nền dịch chuyển về phía hố móng, các phần tử lò xo phía
bên trái sẽ có xu hướng giảm nội lực cho đến khi đạt tới trạng thái
chủ động. Trong khi đó lò xo phía bên phải sẽ có xu hướng tăng nội
lực cho đến khi đạt được trạng thái bị động. Khi đó ứng xử của lò
xo là phi tuyến. Khi nội lực trong lò xo ở khoảng giữa trạng thái
chủ động và bị động thì ứng xử của lò xo được giả thiết là tuyến
tính. Đặc trưng đàn hồi trong giai đoạn này là
hệ số nền .
hệ số nền .
Thuật toán tường cừ theo phương pháp hệ số nền
Thuật toán tường cừ theo phương pháp hệ số nền
n: là số các giai đoạn thi công
m:là số nút
i:là giai đoạn thi công thứ i
j là lò xo nền tại nút j
k

i-1
là độ cứng của thanh chống thứ i-1
δ
i-1
là dịch chuyển của tường tại vị trí
thanh chống i-1 trong giai đoạn thi
công i-1 trước khi thanh chống i-1
được lắp dựng
P
i-1
là lực nút tạm thời tại vị trí thanh
chống i-1
Q
j
là nội lực lớn nhất trong lò xo thứ
j
R
j
là phản lực trong lò xo thứ j
Đặc điểm của phương pháp tính toán tường cừ theo
Đặc điểm của phương pháp tính toán tường cừ theo
phương pháp hệ số nền
phương pháp hệ số nền

Mô tả được đặc trưng của đất nền : γ
w
, γ
bh
, ϕ, c,E


Mô tả các đặc trưng của tường : chiều dày ,chiều
dài ,số đoạn chia, E ,υ, góc nghiêng δ

Mô tả các đặc trưng của thanh chống (neo) :số
hàng chống ,tiết diện , E, độ sâu của hàng chống
,khoảng cách giữa các thanh chống trong một
hàng, chiều dài chống

Định nghĩa được các giai đoạn thi công

Định nghĩa tải bề mặt
So sánh kết quả tính toán tường cừ sử dụng phần mềm tính
So sánh kết quả tính toán tường cừ sử dụng phần mềm tính
toán tường cừ theo phương pháp hệ số nền và phương pháp
toán tường cừ theo phương pháp hệ số nền và phương pháp
giải tich
giải tich
.
.

Kết quả cho thấy sử dụng phần mền cho kết quả chuyển
vị và mô men. Trong khi đó tính toán bằng giải tích chỉ
cho kết quả biểu đồ mô men.

Kết quả áp lực đất thực tế lớn hơn khi chuyển vị của
tường chưa đạt đến độ lớn để xuất hiện áp lực đất chủ
động.Tương tự như vậy ,áp lực đất lên tường phía trong
hố đào cũng chưa đạt tới áp lực đất bị đông.Vì thế kết
quả biểu đồ mô men của phương pháp giải tích lớn hơn
rất nhiều so với phương pháp hệ số nền.

1. Kết luận
1. Kết luận

Dầm trên nền đàn hồi là phương pháp được sử dụng để tính toán
kết cấu dạng bản hoặc thanh trong đất có kể đến sự tương tác
với đất nền. Phương pháp này cũng đã được ứng dụng trong tính
toán tường cừ chắn đất cho hố đào.

Đề tài đã tổng kết các phương pháp tính toán tường cừ theo
phương pháp giải tích, lý thuyết áp lực ngang của đất nền lên
tường cừ, lý thuyết phương pháp dầm trên nền đàn hồi liên tục
và rời rạc.

Dựa trên lý thuyết phương pháp dầm trên nền đàn hồi rời rạc và
phương pháp phần tử hữu han, một phần mềm tính toán tường
cừ đã được xây dựng. Phần mềm có khả năng phân tích phi
tuyến ứng xử của nền đất, mô tả quá trình thi công và có thể tính
toán cho nhiều hàng thanh chống.

Kết quả phân tích cho thấy áp lực lên tường chắn sau khi tường
biến dạng không hoàn toàn đạt tới trạng thái chủ động hoặc bị
động trên toàn thân tường như giả thiết của phương pháp giải
tích. Ngoài ra, chuyển vị của tường cũng được xác định.