Các yếu tố ảnh hưởng đến vị trí trục quay tức thời của móng trụ

KHOA H“C & C«NG NGHª

Các yếu tố ảnh hưởng đến vị trí trục quay tức thời
của móng trụ
Affecting factors on the coordinates of instantaneous rotational axis of the cylindrical foundation
Chu Thị Hoàng Anh

Tóm tắt
Ảnh hưởng của tải trọng, độ sâu chôn móng,
độ lệch tâm của lực trên sự dịch chuyển và
vị trí của trục quay tức thời của móng được
nghiên cứu về mặt lý thuyết và thí nghiệm
trong nghiên cứu này. Bài báo trình bày cách
thiết lập mối quan hệ phụ thuộc giữa các
yếu tố ảnh hưởng đến tâm quay tức thời của
móng trụ khi chịu tác động của tải trọng dọc.
Cách xác định các tọa độ tương đối của tâm
(trục) quay tức thời được trình bày. Nghiên
cứu thực nghiệm về dịch chuyển của thân
móng và vị trí trục quay tức thời được tiến
hành tại phòng thí nghiệm của trường Đạ
i học tổng hợp kĩ thuật Tambov và Đại học
Kiến trúc Xây dựng Voronhez, LB Nga.
Từ khóa: trục quay tức thời; dịch chuyển; móng trụ,
đất nền

Abstract
In recent years, the development of computer
hardware and software has brought many
advantages in solving nonlinear problems and
has formed many different methods to predict the

exact form of steel frame destruction, reflecting
closely to the actual work of the steel frame. The
nonlinear of geometry, nonlinear of material
behavior and the analysis of the structural system
are combined in one step. This article firstly
mentions “Steel frame analysis taking into account
the structural integrity of the American standard
system AISC-LRFD (2010)”.
Key words: nonlinear analysis, nonlinear geometry,
nonlinear material analysis, AISC

TS. Chu Thị Hoàng Anh
Bộ môn kết cấu thép- gỗ, Khoa Xây dựng
Điện thoại: 0962134911
Email:

Ngày nhận bài: 12/4/2018
Ngày sửa bài: 12/6/2018
Ngày duyệt đăng: 05/10/2018

70

1. Đặt vấn đề
Dịch chuyển của móng cứng (độ lún s, độ dịch ngang u, độ nghiêng i) được
xem như chuyển động quanh một tâm hay trục xoay tức thời có tọa độ trong hệ
tọa độ xoy là xc, zc. Chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó kể đến giá trị tải
trọng, độ sâu chôn móng, độ lệch tâm của tải trọng và sự phân bố ứng suất pháp
và ứng suất tiếp tiếp xúc [3,4].
Trong các thí nghiệm của mình [1,3,4], các nhà khoa học Glushkov G.I.,
Ledenev V.V. đã xác định chuyển dịch của móng cọc đơn chịu tải trọng đứng

đúng tâm, lệch tâm cũng như tải trọng ngang trong những điều kiện nền đất nhất
định nhờ sử dụng các hệ thống máy đo trong phòng thí nghiệm.
Sử dụng kết quả thí nghiệm của giáo sư Ledenev V.V. [2] xác định dịch chuyển
của móng trụ đơn dưới tác dụng của lực dọc đúng tâm, lệch tâm, nghiên cứu ứng
suất tiếp xúc giữa móng và nền đất cùng những kết quả thí nghiệm nghiên cứu
tác giả tiến hành tại trường Đại học tổng hợp Kĩ thuật Tambov, liên bang Nga [4],
bài báo đưa ra một số bổ sung về tính toán tâm quay tức thời của móng trụ tròn.
2. Ảnh hưởng của độ sâu chôn móng lên tọa độ tương đối trục quay tức
thời dưới tác dụng của lực dọc trục F
Trong nghiên cứu của giáo sư Ledenhev V.V.[2] một loạt thí nghiệm xác định
ứng suất tiếp xúc của móng trụ tròn đã được tiến hành hàng trăm mẫu thí nghiệm
có đường kính 80 cm, chiều cao 80, 120, 160 và 240 cm dưới tác dụng của tải
trọng lệch tâm tương đối e0 =e/R= 0,5 tại Tamb ov và Voronhez. Trên bề mặt đáy
và mặt bên tiếp xúc với đất nền của móng có gắn các dụng cụ đo chuyển dịch
ngang, độ lún và độ nghiêng [2, tr 46, 68]. Tọa độ tương đối của trục quay tức
s
u
thời được xác định dựa vào công thức sau xc =
; zc =
.

iR

ih

Trong đó s, u, R,h- độ lún, dịch chuyển ngang và bán kính, độ sâu của móng,
i- độ nghiêng của móng.
Giá trị của chúng ứng với các độ sâu chôn móng khác nhau trình bày trong
bảng 1.
Bảng 1. Tọa độ tương đối trục quay tức thời của móng trụ đường kính

d=80cm chịu tải trọng lệch tâm tương đối e0=0,5
Độ sâu
chôn móng

Tọa độ tương đối trục quay tức thời khi lực F, kN

h, cm

16

20

24

xc

zc

xc

zc

xc

zc

80

4,61

1,1

4,39

1,05

4,04

0,94

120

5,73

0,92

5,51

0,9

5,07

0,89

160

7,53

0,72

6,81

0,71

6,19

0,7

240

10,1

0,66

9,43

0,68

8,14

0,64

Thí nghiệm tương tự được tác giả và giáo sư Ledenhev V.V. tiến hành trên
nền đất tự nhiên, đường kính mẫu móng trụ d=50 cm, độ sâu chôn móng tương
đối λ=h/d =1,5; 2,25; 2,6; 2,8; 3,6 với độ lệch tâm tương đối e0=0,4; 0,5; 0,8; 1
của tải trọng dọc trục F = 100 kN [4]. Từ những kết quả thu được, tác giả sử dụng
phương pháp bình phương nhỏ nhất để tìm mối liên hệ giữa tọa độ tương đối trục
quay tức thời và độ sâu chôn móng tương đối λ (bảng 2). Độ sâu chôn móng càng
tăng tọa độ tương đối theo phương zc càng giảm và theo phương xc càng tăng.

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG


Bảng 2. Mối liên hệ giữa tọa độ tương đối trục quay
tức thời móng trụ đường kính d=50cm và độ sâu
chôn móng tương đối λ
Tải
trọng
F, kN
100

Tọa độ tương đối trục quay tức thời

e0

0,4

100

0,5

100

0,8

100

1

xc

zc

xc = 0,014 λ3

zc = -0,421λ3

- 0,109λ2 + 0,274λ
- 0,19

+ 3,268λ2 - 9,464 λ
+ 7,513

xc = 0,024 λ3

zc = -0,513λ3

2

2

- 0,191λ + 048
- 0,355

+ 4,041λ - 11,326λ
+ 9,043

xc = -0,003 λ2

zc = -0,094 λ3

+ 0,775λ2 - 2,956λ
+ 2,689

xc = -0,004λ2 + 0,041λ

zc = -0,084 λ
+ 0,704λ2 - 2,685λ
+ 2,527

+ 0,031λ - 0,016

3

- 0,031

3. Ảnh hưởng của độ lệch tâm tương đối của tải trọng
dọc trục lên tọa độ tương đối trục quay tức thời
Thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện trên nền đất tự
nhiên hai lớp. Đường kính mẫu móng trụ d=50cm, độ sâu
chôn móng tương đối λ=h /d =1,5; 2,25; 2,6; 2,8; 3,6 với các
trường hợp độ lệch tâm tương đối e0=0,4; 0,5; 0,8; 1 của tải
trọng dọc trục F (kN)= 60, 100, 120, 160 [4].
Mẫu móng cọc được đặt 6-8 cốt thép từ ϕ 12 mm, bê tông
mác B15. Lỗ khoan bằng máy khoan, đáy lỗ khoan được vét
sạch đất rời và làm phẳng. Bê tông được bơm cùng ngày
khoan. Trên đầu cọc đặt tấm thép 250x250x20 mm có hàn
móc thép chờ để tiến hành truyền lực thí nghiệm. Một thanh
thép dài 6m, làm bộ phận truyền lực hàn với thép chờ của
móng neo. Cuối thanh thép đặt các khối bê tông tải trọng. Để
đo độ lún và dịch chuyển ngang tiến hành lắp đặt sáu máy đo

progibometer theo thiết kế của Maksimov và Aistov [hình 1].
Một số kết quả thí nghiệm được đưa trong bảng 3, các
kết quả thí nghiệm khác có thể tham khảo trong tài liệu [4].
Bảng 3. Một số kết quả thí nghiệm
e0

λ

F, kN

(h/d)

Dịch chuyển
của tâm mặt cắt
(s,u- mm; i. 10-2)
s

u

i

Tọa độ tương
đối trục quay
tức thời

zc

0,4

2.6

60

12.94

-0.10

-0.02

-3.297

0.026

0,5

2.6

60

12.94

-0.14

-0.02

-2.807

0.030

0,8

2.6

60

12.95

-0.24

-0.03

-1.949

0.037

0,4

2.6

120

16.02

-0.30

-0.03

-2.154

0.040

0,5

2.6

120

16.03

-0.39

-0.03

-1.843

0.045

0,8

2.6

120

16.06

-0.66

-0.05

-1.260

0.052

0,4

3,6

60

12.25

-0.08

-0.01

-5.517

0.038

0,5

3,6

60

12.27

-0.11

-0.01

-4.725

0.043

0,8

3,6

60

12.27

-0.19

-0.01

-3.291

0.052

0,4

3,6

120

14.92

-0.22

-0.02

-3.465

0.051

0,5

3,6

120

14.91

-0.28

-0.02

-2.969

0.056

0,8

3,6

120

14.94

-0.50

-0.03

-2.113

0.071

Độ lệch tâm tăng làm tăng độ lún móng và giảm giá trị lực
tới hạn lên móng. Kết quả thí nghiệm cho thấy với cùng một
giá trị tải trọng và độ sâu chôn móng, độ lệch tâm tăng không
làm ảnh hưởng nhiều đến độ dịch ngang của móng mà ảnh
hưởng đến độ lún. Điều này dẫn đến độ nghiêng của móng
tăng, tọa độ tương đối theo trục xc tăng và theo trục zc giảm.
Tác giả khảo sát vị trí trục quay tức thời của móng với các
trường hợp độ sâu chôn móng tương đối và tải trọng tăng
dần,.. từ đó thiết lập phương trình quan hệ giữa tọa độ tương
đối trục quay và độ lệch tâm tương đối của tải trọng dọc trục
bằng phương pháp bình phương bé nhất và đưa vào bảng 4.
Bảng 4. Mối liên hệ giữa tọa độ tương đối trục quay
tức thời móng trụ đường kính d=50 cm và độ lệch
tâm tương đối e0
F,
kN

60

Tọa độ tương đối trục quay tức thời
λ

1,5

xc

0,4

1,5

60

13.82

-0.18

-0.03

-1.655

0.021

0,5

1,5

60

13.83

-0.23

-0.04

-1.403

0.023

100 1,5

120 1,5

xc

zc

xc = -0,049e03

zc = 3,287e03 - 8,333e02

xc = -0,007e03

zc = 2,25e03 - 5,721e02

xc = 0,022e03 -

zc = 0,332e03 - 1,176e02

xc = 0,022e03

zc = 0,191e03 - 0,606e02

xc = 0,007e03 -

zc = 4,536e03 - 12,794e02
zc = -0,583e03 - 0,682e02

2

+ 0,086e0 - 0,024e0
+ 0,020
2

- 0,012e0 + 0,026e0
+ 0,015
2

0,056e0 + 0,041e0
+ 0,010

0,8

1,5

60

13.88

-0.44

-0.06

-0.977

0.031

0,4

1,5

100

16.72

-0.52

-0.09

-0.749

0.023

0,5

1,5

100

16.88

-0.70

-0.12

-0.585

0.024

0,8

1,5

100

17.47

-1.33

-0.22

-0.320

0.024

0,4

1,5

120

18.95

-0.89

-0.19

-0.407

0.019

0,04e0 + 0,066e0
+ 0,006

0,5

1,5

120

19.21

-1.13

-0.23

-0.332

0.020

xc = 0,229e03

0,8

1,5

120

20.37

-2.13

-0.46

-0.179

0.019

160 1,5

60

2,6

100 2,6

2

- 0,047e0 + 0,033e0
+ 0,005
2

2

- 0,538e0 + 0,420e0
- 0,063

+ 8,0144e0 - 3,737

+ 5,417e0 - 2,144

+ 1,612 e0 - 0,885

+ 0,756e0 - 0,401

+ 13,64e0 - 6,997

+ 3,904e0 - 3,808

S¬ 32 - 2018

71


KHOA H“C & C«NG NGHª

a)

b)

Hình 1. Máy đo progibometer Maksimov (a) và Aistov (b)

Hình 2. Sơ đồ thí nghiệm kích thước thật trên nền đất tự nhiên và cách đo kết quả thí nghiệm dùng hệ khung
thanh truyền lực
1- Móng thí nghiệm; 2- khung; 3- ống thép; 4- móng để neo; 5- thanh thép truyền lực; 6- tấm để nối các khối
tải trọng với móng neo; 7- khớp để nối với thanh thép truyền lực; 8- kích thủy lực ГВ; 9- khớp trụ; 10- con
lăn

120 2,6

xc = 0,102e03

zc = 2,848e03 - 7,76e02

xc = - 0,04e03

zc = 1,831e03 - 4,795e02

xc = 0,007e03

zc = 5,062e03

2

- 0,242e0 + 0,206e0
- 0,010
2

160 2,6 + 0,028e0 + 0,036e0
+ 0,023
60

2,8

100 2,8

120 2,8

160 2,8

+ 8,357e0 - 4,437

+ 4,884e0 - 2,359

2

- 0,042e0 + 0,07e0
+ 0,007

- 14,278e0 + 15,23e0
- 7,827

xc = 0,003e03

zc = 2,88e03 - 8,25e02

xc = 0,097e03

zc = 2,114e03 - 6,523e02

xc = -0,15e03

zc = 4,265e03

2

- 0,053e0 + 0,103e0
+0,0002
2

- 0,253e0 + 0,231e0
- 0,017
+ 0,249e02 - 0,091e0
+ 0,052

2

+ 9,196e0 - 5,139

+ 7,857e0 - 4,626

- 10,549e02 + 9,583e0
- 3,909

60

3,6

100 3,6

120 3,6

160 3,6

xc = 0,05 e03 - 0,136
2

zc = 6,332e03

e0 + 0,143 e0
- 0,0007

- 18,616e02 + 20,81e0
- 11,27

xc = -0,017e03

zc = 5,261e03

2

- 0,004e0 + 0,067e0
+ 0,019

- 14,602e02 + 15,395e0
- 7,98

xc = -0,133e03

zc = 5,424e03 - 14,5e02

xc = 0,03e03

zc = 2,867e03 - 8,181e02

2

+ 0,229e0 - 0,076e0
+ 0,053
2

- 0,135e0 + 0,191e0
+ 0,008

+ 14,705e0 - 7,374

+ 9,48e0 - 5,656

4. Ảnh hưởng của tải trọng lên tọa độ tương đối trục
quay tức thời
Xét kết quả thí nghiệm [3, trang 97-99] xác định dịch
chuyển của tâm móng thực hiện với mẫu trụ đường kính
d=50cm; độ sâu h=180cm; độ lệch tâm tương đối của tải
trọng dọc trục e0=0,4. Thí nghiệm tiến hành trên thực địa ở
(xem tiếp trang 79)

72

T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG