Đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.53 MB, 99 trang )
ĐẠI HỌC QUỔC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN NGỌC TUẤN
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY BÀI TOÁN SỨC CHỊU TẢI
CỌC KHOAN NHỒI
Chuyên ngành:
Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã SỐ:
60580211
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH - Tháng 07 năm 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
PGS.TS. TRÀN TUẨN ANH
Cán bộ chấm nhận xét 1:
PGS. TS. NGUYỄN MINH TÂM
Cán bộ chấm nhận xét 2:
TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM, ngày 18 tháng 7
năm 2017.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận vãn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch hội đồng:
GS. TS. TRẰN THỊ THANH
2. Thư ký hội đông:
TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
3. Phản biện 1:
PGS. TS. NGUYỄN MINH TÂM
4. Phản biện 2:
TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC TS. ĐÓ THANH HẢI
5. ủy viên:
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận vãn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi
luận văn đã được sửa chữ (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
GS. TS. Trần Thị Thanh
PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN NGỌC TUẤN
MSHV: 1570053
Ngày, tháng, năm sinh: 04/07/1992
Nơi sinh: Đồng Nai
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 60580211
TÊN ĐỀ TÀI
I.
Đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi.
II.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Cơ sở lý thuyết độ tin cậy, các phương pháp xác định chỉ số độ tin cậy (P) và xác suất phá hủy (Pf)
: mô phỏng Monte Carlo (MCS), phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc nhất (FORM) và phương
pháp đánh giá độ tin cậy bậc hai (SORM).
2. Đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc theo phương pháp phần tử hữu hạn trên cơ sở mô
phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc. Kết hợp phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) cùng với ba phương
pháp: MCS, FORM và SORM. Áp dụng thiết kế Box-Behnken (BBD) tối ưu hóa số lượng mẫu thí
nghiệm của thực nghiệm yếu tố toàn phần ba mức.
3. Đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc theo phương pháp giải tích với sức kháng mũi cực
hạn được xác định bằng phương pháp Terzaghi&Peck và Vesic (1977). Phương pháp đánh giá độ
tin cậy được áp dụng là mô phỏng Monte Carlo (MCS).
4. So sánh ảnh hưởng giữa hệ số biến động của các thông số sức chống cắt của đất và tải trọng chân
cột đến chỉ số độ tin cậy của bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi.
5. Tính toán tối ưu hóa sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở phân tích độ nhạy thông số sức chống
cắt và phân tích ngược độ tin cậy. Xác định giá trị trung bndr(kỳ vọng) của đại lượng ngẫu nhiên
ảnh hưởng nhất đến độ tin cậy để đảm bảo yêu cầu p > PT=3.09.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 16/01/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 18/06/2017
V.
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Trần Tuấn Anh
TP. HCM, ngày... tháng... năm 2017
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ
PGS. TS. Trần Tuấn Anh
PGS. TS. Lê Bá Vinh
PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn thạc sĩ này, ngoài sự nổ lực của bản thân, tác giả đã nhận được sự giúp
đỡ chân thành từ Quý Thầy Cô, các bậc đàn anh đi trước, các đồng nghiệp và các bạn. Trước tiên, tác giả
xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS. TS. Trần Tuấn Anh, người Thầy đã gợi mở
những ý tưởng đầu tiên về đề tài này và đã tận tình hướng dẫn trong suốt khoảng thời gian từ lúc phôi
thai đến khi luận văn được hoàn thành.
Xin gởi lời tri ân đến Quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa cơ nền móng, cũng như Quý Thầy Cô trong
Khoa Kỹ thuật Xây dựng Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức từ
khi tác giả còn là một sinh viên đại học đến khi là một học viên cao học.
Xin gởi lời cảm ơn đến ThS. Đặng Xuân Vinh đã có nhiều chia sẻ giúp tác giả hiểu rõ hơn về bản
chất của đề tài.
Con xin gởi lời cảm ơn thiêng liêng nhất đối với Ba , Mẹ, dì Dung cùng với hai em Tú, Vi đã luôn
ủng hộ và là niềm động viên lớn nhất của con trong suốt thời gian qua. Mong thành quả của luận văn này
sẽ là món quà con gởi đến mọi người.
Với những hiểu biết của bản thân, chắc chắn không tránh khỏi những sai sót khi thực hiện luận văn,
kính mong Quý Thầy Cô, bạn bè góp ý chân thành để tác giả hoàn thiện thêm kiến thức của mình.
TP. HCM, ngày 18 tháng 6 năm 2017
Học viên
Trần Ngọc Tuấn
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài:
“ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY BÀI TOÁN SỨC CHỊU TẢI
CỌC KHOAN NHỒI”
•
Tóm tắt:
Luận văn đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi tại công trình Chi cục thuế
quận Phú Nhuận. Biến ngẫu nhiên khảo sát là các thông số sức chống cắt của đất nền và tải trọng chân
cột giả định tuân theo phân phối chuẩn. Hệ số biến động (COV) khảo sát của thông số sức chống cắt là
COVđất=10% và 20%, của tải trọng được khảo sát khoảng COVtải =10-30%. Hàm trạng thái giới hạn
được xác định dựa trên yêu cầu hạng thái giới hạn cực hạn (ƯLS). Mục tiêu của tác giả là đánh giá xác
suất phá hủy cùng với chỉ số độ tin cậy bài toán sức chịu tải cực hạn cọc trên cơ sở kết quả thí nghiệm
nén tĩnh được mô phỏng hên phần mềm Plaxis 2D-Axisymmetry. Tác giả sử dụng phương pháp bề mặt
đáp ứng (RSM) kết hợp với ba phương pháp đánh giá độ tin cậy: mô phỏng Monte Carlo (MCS), phương
pháp đánh giá độ tin cậy bậc nhất (FORM) và phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc hai (SORM). Bộ dữ
liệu 82 mẫu yếu tố toàn phần ba mức đối với hai trường hợp khảo sát (COVđất =10% và COVđất =20%)
được tối ưu hóa trên cơ sở thiết kế Box- Behnken (BBD) với khoảng tin cậy 95%. Đối với phương pháp
giải tích, tác giả sử dụng mô phỏng Monte Carlo đánh giá độ tin cậy bài toán với sức kháng mũi được
xác định bằng phương pháp Terzaghi&Peck và phương pháp Vesic (1977). Tác giả đã đề xuất một thuật
toán xác định giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên ảnh hưởng nhất đến độ tin cậy (sau khi phân tích độ
nhạy) để đạt được độ tin cậy yêu cầu pT. Ket quả cho thấy chỉ số chỉ số độ tin cậy cùng với xác suất phá
hủy là các thông số rất cần thiết, bổ sung cho hệ số an toàn (FS) trong việc giúp người kỹ sư chủ động,
khách quan khi xem xét ảnh hưởng của sự biến động ngẫu nhiên của các biến đầu vào đến mức độ an
toàn. Cuối cùng, tác giả khẳng định đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi có phương
pháp rõ ràng và có thể áp dụng trong thực tế.
SUMMARY OF THESIS
Title:
“ESTIMATING THE RELIABILITY OF BEARING CAPACITY
PROBLEM OF A BORED PILE”
Abstract:
This thesis estimates the reliability of bearing capacity problem of a bored pile at “The Tax Office
of Phu Nhuan District”. The survey’s random variables which are shear strength of soil (c’,cp’) and loads,
are assumed to follow the normal distribution. The coefficient of variation (COV) of soil are COVsoil
=10% and 20% while the coefficient of variation of loads increases in the range of COVioads =
10%~30%. Limit state function is determined based on the requừements of Ultimate Limit State (ULS).
The author’s objective is to estimate the probability of failure and the reliability index of the ultimate
load-carrying capacity. This purpose is achieved through the pile load test which is simulated using Plaxis
2D- Axisymmetry software. The author applies the Response Surface Method (RSM) combined with
three methods of estimating the reliability including: Monte Carlo Simulation (MCS), First Order
Reliability Method (FORM), and Second Order Reliability Method (SORM). The full three-level
factorial design with 82-sample data of two cases (COVsoil =10% and COVsoil =20%) is optimized
using Box- Behnken designs (BBD) with 95% confidence interval. For mathematical analyses, the author
applies Monte Carlo Simulation to estimate the reliability index where the load carried at the pile point
is determined using Terzaghi&Peck’s method and Vesic’s method (1977). The author suggests an
algorithm to determine the mean value of random variables which mostly influence the reliability index
(after the sensitivity analysis), to achieve the target reliability index pT. Results indicate the reliability
index and the probability of failure are essential parameters which complement the factor of safety (FS).
This will help engineers to be proactive and objective when considering the effects of the random
fluctuation of the input variables to levels of safety. In the end, the author affirms the methods of
estimating the reliability of bearing capacity problem of a bored pile are clear and can be applied in
reality.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của bản thân, được thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Trần Tuấn Anh.
Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích đánh giá trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Tôi cam
đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình.
TP. HCM, ngày 18 tháng 6 năm 2017
Học viên
Trần Ngọc Tuấn
i
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................................... 3
3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 3
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.......................................................... 3
5. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................................... 4
6. Cấu trúc luận văn .......................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1. TÔNG QUAN..................................................................................................... 5
1.1 .......................................................................................................................
Các công trình nghiên cứu trên thế giới ...................................................................................5
1.2 .......................................................................................................................
Các công trình nghiên cứu trong nước .....................................................................................ố
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................... 8
2.1
Sức chịu tải cực hạn theo chỉ tiêu cường độ đất nền .................................................. 8
2.1.1 Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên giữa đất và cọc Qs ....................................... 8
2.1.2
2.2
Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp ............................................................... 8
2.1.2.1
Xác định qp theo phương pháp Terzaghi & Peck.......................................... 9
2.1.2.2
Xác định qp theo phương pháp Vesic (1977) ................................................ 9
Độ tin cậy ................................................................................................................. 10
2.2.1 Các bước phân tích độ tin cậy ........................................................................... 14
2.2.1.1
Xác định hàm trạng thái giới cho bài toán sức chịu tải cọc khoan
nhồi ..................................................................................................................... 14
2.2.1.2
Lựa chọn biến ngẫu nhiên........................................................................... 15
2.2.1.3
Xác định các tham số cần thiết và quy luật phân phối của biến ngẫu
nhiên..................................................................................................................... 15
2.2.1.4
2.2.2
2.3
Tiến hành phân tích độ tin cậy.................................................................... 18
Các phương pháp đánh giá độ tin cậy ............................................................... 18
2.2.2.1
Phương pháp mô phỏng Monte Carlo (MCS)............................................. 18
2.2.2.2
Phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc nhất (FORM) .................................. 19
2.2.2.3
Phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc hai (SORM) .................................... 22
Phương pháp bề mặt đáp ứng và thiết kế Box-Behnken .......................................... 25
2.3.1 Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) ................................................................ 25
ii
2.3.2
2.4
Thiết kế Box-Behnken (BBD)........................................................................... 26
Kiểm định giả thiết thống kê ................................................................................... 28
2.4.1 So sánh phương sai (F - Test Two - Sample for Variances) ............................. 28
2.4.2
Phân tích phương sai một yếu tố (Anova: Single Factor) ................................. 29
2.4.3
Kiểm định tập mẫu dữ liệu tuân theo phân phối chuẩn ..................................... 30
2.5
Phân tích độ nhạy ..................................................................................................... 32
2.6
Xác định sức chịu tải giới hạn của cọc đơn từ kết quả thử nghiệm hiện
trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục ...................................................................... 34
2.6.1 Theo phương pháp đồ thị ................................................................................... 34
2.6.2
2.7
Theo giới hạn chuyển vị quy ước ...................................................................... 35
Mô hình đất .............................................................................................................. 35
2.7.1 Mô hình Mohr-Coulomb ................................................................................... 35
2.7.2
Mô hình Hardening-Soil.................................................................................... 36
CHƯƠNG 3. ÚNG DỤNG VÀO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ................................................ 38
3.1
Giới thiệu công trình và điều kiện địa chất .............................................................. 38
3.1.1 Giới thiệu công trình Chi cục thuế Quận Phú Nhuận ........................................ 38
3.1.2
Điều kiện địa chất.............................................................................................. 39
3.2
Mặt bằng đài móng khảo sát, tải trọng tác dụng, thông số cọc ................................ 41
3.3
Đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi bằng cách sử
dụng RSM và phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 2D - Axisymmetty..................... 42
3.3.1 Trình tự kết hợp giữa RSM với các phương pháp đánh giá độ tin cậy ....42
3.3.2
Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh trên phần mềm thương mại Plaxis
2D - Axisymmetty .............................................................................................. 44
3.3.3
Xác định sức chịu tải cực hạn của cọc theo phương pháp phần tử
hữu hạn ............................................................................................................... 53
3.3.4
Chỉ số độ tin cậy và xác suất phá hủy ............................................................... 55
3.3.4.1
Biến động của các thông số sức chống cắt là 10% (COVđất = 10%) ...
.................................................................................................................. 55
3.3.4.2
Biến động của các thông số sức chống cắt là 20% (COVđất = 20%)...
................................................................................................................... 70
3.3.5
Nhận xét ............................................................................................................ 76
3.4 Đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo phương
pháp giải tích sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo .................................. 76
iii
3.4.1 Trình tự đánh giá độ tin cậy và kết quả kiểm định phân phối chuẩn ................ 76
3.4.2
Chỉ số độ tin cậy và xác suất phá hủy ............................................................... 80
3.4.2.1
Biến động của các thông số sức chống cắt là 10% (COVđất = 10%)...
.................................................................................................................. 80
3.4.2.2
Biến động của các thông số sức chống cắt là 20% (COVđất = 20%)...
.................................................................................................................. 81
3.4.3 Nhận xét ............................................................................................................... 82
3.5
So sánh ảnh hưởng từ hệ số biến động của sức chống cắt và tải trọng
đến kết quả độ tin cậy, xác suất phá hủy .................................................................. 82
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN TỐI ƯU HÓA SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN
NHỒI TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH ĐỘ NHẠY THÔNG SỐ SỨC CHỐNG
CẮT CỦA ĐẤT VÀ PHÂN TÍCH NGƯỢC ĐỘ TIN CẬY ............................................ 83
4.1 ...................................................................................................................... Đặt
vấn đề ..................................................................................................................................... 83
4.2
Thuật toán phân tích ngược độ tin cậy ..................................................................... 83
4.3
Kết hợp phân tích độ nhạy và phân tích ngược độ tin cậy với RSMFORM để xác định Px(*) ......................................................................................... 86
4.4
Kết quả ..................................................................................................................... 87
4.5
Nhận xét ................................................................................................................... 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 94
PHỤ LỤC 1. SỨC CHỊU TẢI CỰC HẠN CỦA CỌC .......................................................... 98
PHỤ LỤC 2. SO SÁNH GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH CỦA BIẾN NGÃU NHIÊN ĐƯỢC XÁC
ĐỊNH TỪ THUẬT TOÁN MỤC 4.2 VÀ ví DỤ 5.7 THUỘC TÀI LIỆU “RELIABILITY
OF STRUCTURES” ................................................................................................... 130
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................................... 136
iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Quãng an toàn và chỉ số độ tin cậy ............................................................................ 11
Hình 2.2. Quan hệ giữa độ tin cậy (P) và xác suất phá hủy (Pf) ƯSACE (1997) ...................... 12
Hình 2.3. Chỉ số độ tin cậy yêu cầu pT đối với bài toán móng cọc ............................................ 14
Hình 2.4. Quãng an toàn và chỉ số độ tin cậy theo yêu cầu của ƯLS ........................................ 14
Hình 2.5. PDF và CDF của biến ngẫu nhiên X phân phối chuẩn .............................................. 17
Hình 2.6. PDF và CDF của biến ngẫu nhiên chuẩn hóa ............................................................ 18
Hình 2.7. Tích phân xác suất trong không gianvật
lý
và không
20
gian
chuẩn
hóa
Hình 2.8. Tích phân xác suất theo FORM ................................................................................. 21
Hình 2.9. Lưu đồ thuật toán tìm MPP ư*................................................................................... 22
Hình 2.10. So sánh kết quả xấp xỉ giữa FORM
và SORM .......................................... 24
Hình 2.11. Biểu diễn hình học của khoảng tin cậy 95% ............................................................ 26
Hình 2.12. Mô hình các điểm thí nghiệm trường hợp n=3 : ...................................................... 27
Hình 2.13. Chương trình F - Test Two Sample for Variances ................................................... 29
Hình 2.14. Chương trình Anova: Single Factor ......................................................................... 30
Hình 2.15. Giấy xác suất kiểm định phân phối chuẩn ............................................................... 31
Hình 2.16. Đường thẳng kiểm định phân phối chuẩn ................................................................ 32
Hình 2.17. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy............................................................................ 32
Hình 2.18. Quan hệ ứng suất - biến dạng................................................................................... 37
Hình 3.1. Vị trí công trình Chi cục thuế Quận Phú Nhuận ........................................................ 38
Hình 3.2. Phối cảnh của công trình ............................................................................................ 38
Hình 3.3. Mặt bằng hố khoan khảo sát địa chất ......................................................................... 39
Hình 3.4. Mặt cắt địa chất tại công trình Chi cục thuế quận Phú Nhuận (HK1-HK2). 39
Hình 3.5. Mặt bằng móng của công trình .................................................................................. 41
Hình
3.6.
Mặt
bằng
móng
F4
................................................................................................................................................... 4
1
Hình 3.7. Lưu đồ thuật toán xác định chỉ số độ tin cậy và xác suất phá hủy của
v
RSM-MCS, RSM-FORM, RSM-SORM ................................................................ 43
Hình 3.8. Mặt bằng định vị cọc thử tĩnh .................................................................................... 44
Hình 3.9. Giá trị tải trọng đầu vào mô hình đối xứng trục ......................................................... 44
V
Hình 3.10. Mô hình thí nghiệm nén tĩnh cọc sử dụng phần mềm Plaxis 2DAxisymmetry ........................................................................................................... 45
Hình 3.11. Mesh lưới mô hình cọc đơn đối xứng trục ................................................................. 45
Hình 3.12. Mô phỏng chu kỳ 1 trong thí nghiệm nén tĩnh cọc .................................................... 47
Hình 3.13. Mô phỏng chu kỳ 2 trong thí nghiệm nén tĩnh cọc .................................................... 47
Hình 3.14. Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu...................................................................................... 48
Hình 3.15. ứng suất hữu hiệu ban đầu ........................................................................................48
Hình 3.16. Kết quả chạy các phase trong Plaxis .......................................................................... 49
Hình 3.17. Chu kỳ 1- Gia tải 25% ............................................................................................... 49
Hình 3.18. Chu kỳ 1- Gia tải 50% ............................................................................................... 49
Hình 3.19. Chu kỳ 1- Gia tải 75% ............................................................................................... 49
Hình 3.20. Chu kỳ 1- Gia tải 100% ............................................................................................. 50
Hình 3.21. Chu kỳ 1- Giảm tải còn
50%............................................................................ 50
Hình 3.22. Chu kỳ 1- Giảm tải còn 0%........................................................................................ 50
Hình 3.23. Chu kỳ 2- Gia tải 100% ............................................................................................. 50
Hình 3.24. Chu kỳ 2- Gia tải 125% ............................................................................................. 50
Hình 3.25. Chu kỳ 2- Gia tải 150% ............................................................................................. 50
Hình 3.26. Chu kỳ 2- Gia tải 175% ............................................................................................. 51
Hình 3.27. Chu kỳ 2- Gia tải 200% ............................................................................................. 51
Hình 3.28. Chu kỳ 2- Giảm tải còn
150%.......................................................................... 51
Hình 3.29. Chu kỳ 2- Giảm tải còn
100%.......................................................................... 51
Hình 3.30. Chu kỳ 2- Giảm tải còn
50%............................................................................ 51
Hình 3.31. Chu kỳ 2- Giảm tải còn 0%........................................................................................ 51
Hình 3.32. Biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian - chuyển vị....................................................... 52
Hình 3.33. Thay lớp đất 1 bằng lớp đất
1B ........................................................................ 53
Hình 3.34. Kích hoạt tải ban đầu ................................................................................................. 54
Hình 3.35. Khai báo các phase để xác định sức chịu tải cực hạn của cọc ................................... 54
Hình 3.36. Quá trình tính SCT cực hạn chính xác của cọc bằng mô phỏng Plaxis 2D 57
Hình 3.37. Sức chịu tải cực hạn của cọc bằng mô phỏng Plaxis 2D............................................ 58
Hình 3.38. Quan hệ giữa QU;T và Q^est tại COVđất =10% ........................................................60
Hình 3.39. Kiểm định phân phối chuẩn của Q^est tại covđât=10% ............................................61
vi
Hình 3.40. Kiểm định phân phối chuẩn của g(X) tại COVđất=10% ........................................... 63
Hình 3.41. PDF của (P^, Qư.est, g(X)) tại covđất=10% và cov tài=30% ................................... 63
Hình 3.42. Biểu đồ tương quan giữa COVtài và (Pmin>FS,Pfjinax) tại COVđất = 10% ............ 68
Hình 3.43. PDF của (Pmax, Qu3,est)tại COVđất=10% và cov tài=10~30%............................... 69
Hình 3.44. PDF của g(X) = Q^est - Pmílx tại covđất=10% và cov tài= 10-30% ............................ 69
Hình 3.45. Quan hệ giữa QUJT và Qu3,est tại COVđất =20% ...................................................... 72
Hình 3.46. Kiểm định phân phối chuẩn Qu3jest và g(X) tại COVđất =20% ............................... 73
Hình 3.47. Biểu đồ tương quan giữa COVtài và (Pmin,FS,Pfjniax) tại COVđất = 20% ................ 74
Hình 3.48. So sánh PDF của (Pmax, Qu3,est ,g(X)) tại COVđất=10% và COVđất = 20%.. 75
Hình 3.49. Lưu đồ thuật toán đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi
bằng phương pháp MCS ........................................................................................... 77
Hình 3.50. Giao diện nhập thông số cơ lý của đất nền và số lượng mẫu MCS ........................... 77
Hình 3.51. Giao diện nhập thông số cọc, đài và tải trọng ............................................................ 78
Hình 3.52. Giao diện đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi .......................... 78
Hình 3.53. Kiểm định phân phối chuẩn trường hợp g(X) = Qu(Terzaghi&Peck) - Pmax........... 78
Hình 3.54. Kiểm định phân phối chuẩn trường hợp g(X) = Qu(Vesic)- Pmax............................ 79
Hình 3.55. PDF của (Pmax, Qu(Terzaghi&Peck), Qu(Vesic)) tại COVđất=20% và COVtải=30% .
79
Hình 3.56. Biểu đồ tương quan giữa COVtải và (Pmin>FS,Pfjinax) tại COVđất = 10% ............. 80
Hình 3.57. Biểu đồ tương quan giữa COVtải và (Pmin,FS,Pfjniax) tại COVđất = 20% ................ 81
Hình 4.1. Lưu đồ thuật toán xác định Px(»)................................................................................. 85
Hình 4.2. Lưu đồ trình tự kết hợp phân tích độ nhạy và phân tích ngược độ tin cậy với
phương pháp RSM-FORM ....................................................................................... 86
Hình 4.3. So sánh giữa (P,Pf) tại rp’2 =26.5° và tại giá trị tối ưu rp’2 =31.2°.............................. 89
7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1.
Giá trị Ir theo các loại đất ........................................................................................ 10
Bảng 2.2.
Một số giá trị Pf và p tương ứng.............................................................................. 12
Bảng 2.3. Phân cấp công trình theo tầm quan trọng .................................................................... 13
Bảng 2.4.
Giá trị nhỏ nhất của chỉ số độ tin cậy theo các cấp công trình ................................ 13
Bảng 2.5.
Các trị số giới hạn của hệ số biến động cho một số đặc trưng của đất .................... 16
Bảng 2.6.
Một số công thức xác định xác suất phá hủy của SORM ........................................ 23
Bảng 2.7.
So sánh hiệu quả giữa TYT 3n, CCD, BBD mô hình hồi quy bậc hai .................... 27
Bảng 2.8. Mô hình phân tích phương sai một yếu tố ................................................................... 29
Bảng 2.9. Phân tích phương sai (ANOVA) ................................................................................. 29
Bảng 2.10. Chuyển vị giới hạn quy ước ...................................................................................... 35
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp thông số mô hình ................................................................................ 40
Bảng 3.2. Thông số tải trọng chân cột tác dụng lên móng F4 ..................................................... 42
Bảng 3.3 Bảng tổng hợp chu kỳ nén tĩnh cọc .............................................................................. 46
Bảng 3.4.
Bảng tổng hợp chuyển vị ......................................................................................... 52
Bảng 3.5.
Bảng tổng hợp giá trị khảo
sát của (c’, rp’) trường hợp COVđất = 10%............ 55
Bảng 3.6.
Bảng tổng hợp giá trị khảo
sát của tải trọng trường hợp COVtải = 30% ........... 56
Bảng 3.7.
Bảng số hiệu mẫu trường hợp COVđất = 10%........................................................ 56
Bảng 3.8. Giá trị sức chịu tải cực hạn chính xác QUJT và sức chịu tải cực hạn xấp xỉ
Qu,est của các mô hình đa thức hồi quy................................................................... 59
Bảng 3.9. So sánh phương sai (F - Test) tại covđất=10% ............................................................ 61
Bảng 3.10. Phân tích phương sai một yếu tố (ANOVA) tại COVđất=10% ................................ 61
Bảng 3.11. Chỉ số độ tin cậy và xác suất phá hủy của g(X) tại COVđất = 10%.......................... 67
Bảng 3.12. Bảng tổng hợp giá trị khảo sát của (c’, rp’) trường hợp COVđất = 20% .................. 70
Bảng 3.13.Sức chịu tải cực hạn chính xác QuT và sức chịu tải cực hạn xấp xỉ Qu3 est.. 71
Bảng 3.14. So sánh phương sai (F - Test) tại COVđất =20% ...................................................... 73
Bảng 3.15.
Phân tích phương sai một yếu tố (ANOVA) tại COVđât =20% ........................... 73
Bảng 3.16.
Chỉ số độ tin cậy và xác suất phá hủy của g(X) tại covđất= 20% .......................... 74
Bảng 3.17.
Chỉ số độ tin cậy và xác suất phá hủy của g(X) tại covđất=10% ........................... 80
Bảng 3.18.
Chỉ số độ tin cậy và xác suất phá hủy của g(X) tại covđât=20% ........................... 81
Bảng 3.19. So sánh ảnh hưởng giữa COVđất và COVtài đến (P, Pf) ......................................... 82
Bảng 4.1. Thông số tải trọng tác dụng......................................................................................... 87
8
Bảng 4.2. Kết quả chỉ số độ tin cậy theo RSM-FORM ............................................................... 87
Bảng 4.3. Kết quả phân tích độ nhạy các thông số sức chống cắt tại 0=2.739 ........................... 88
Bảng 4.4. Kết quả chỉ số độ tin cậy theo RSM-FORM tại
ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
ANN
Ý nghĩa
Artificial Neural Network (Mạng thần kinh nhân tạo).
p
Reliability index (Chỉ số độ tin cậy).
0T
Target reliability index (Chỉ số độ tin cậy yêu cầu).
BBD
Box-Behnken Design (Thiết kế Box-Behnken).
CCD
Cenửal Composite Design (Thiết kế trung tâm phức hợp).
CDF
Cumulative Distribution Function (Hàm phân phối xác suất).
Hàm phân phối xác suất của biến ngẫu nhiên chuẩn hóa ( Hàm tích lũy Gauss tiêu
chuẩn).
cov
FORM
FS
Coefficient of Variation (Hệ số biến động).
Fừst Order Reliability Method (Phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc nhất).
Factor of Safety (Hệ số an toàn).
MCS
Monte Carlo Simulation (Mô phỏng Monte Carlo).
MPP
Most Probable Point (Điểm xác suất lớn nhất)
Pf
Probability of failure (Xác suất phá hủy).
PT
Target failure probability (Xác suất phá hủy yều cầu).
Probability Density Function (Hàm mật độ phân phối xác suất).
ộ(.)
Hàm mật độ phân phối xác suất của biến ngẫu nhiên chuẩn hóa.
RSM
SORM
ULS
Response Surface Method (Phương pháp bề mặt đáp ứng).
Second Order Reliability Method (Phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc hai).
Ultimate Limit State (Trạng thái giới hạn cực hạn).
-1 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vực địa kỹ thuật, sự biến động ngẫu nhiên của các thông số địa chất là điều không thể
tránh khỏi. Do bởi đất là một loại vật liệu tự nhiên nên các thông số đặc trưng cơ lý sẽ chịu ảnh hưởng trực
tiếp từ các thay đổi của môi trường (nắng, mưa, gió, bão, thay đổi vị trí mực nước ngầm theo mùa, v.v) cùng
với các yếu tố khác từ con người (vị trí hố khoan, số lượng mẫu thí nghiệm, phương pháp lấy mẫu,v.v).
Ngoài ra, những thiếu sót có mặt trong giai đoạn thiết kế, thi công hoặc hiện tượng vượt tải trong quá trình
sử dụng làm cho tải trọng tác dụng lên móng cũng là một đại lượng ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế và
thường được giả định tuân theo một quy luật phân phối nhất định. Tuy ảnh hưởng của các hiện tượng nêu
trên đến kết cấu móng đã được xem xét loại trừ thông qua hệ số an toàn (Factor of Safety - FS) nhung hệ số
an toàn có nhược điểm là không thấy được ảnh hưởng do sự không chắc chắn của các thông số đầu vào (tải
trọng và thông số địa chất) đến mức độ an toàn (xác suất phá hủy cọc). Đồng thời, việc lựa chọn giá trị hệ
số an toàn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của người thiết kế, điều đó dẫn đến sức chịu tải cọc trong thực
tế đôi khi quá lãng phí hoặc thiếu an toàn.
Trong khi đó, ứng dụng lý thuyết độ tin cậy trong tính toán và thiết kế đang là xu thế chung trên toàn
thế giới. Hiện nay, độ tin cậy đã được đưa vào tài liệu hướng dẫn và tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của những
quốc gia tiền tiến tại Châu Âu, Mỹ,v.v ví dụ tiêu chuẩn EN 1990:2002 [1], USACE (1997) [2], AASHTO
(2012) [3], FHWA- NHI-10-016 [4], báo cáo nghiên cứu NCHRP report 507 [5], Do bởi, các ưu điểm so
với hệ số an toàn như tiết kiệm chi phí xây dựng, xác định được xác suất phá hủy cho từng phương án, tiên
lượng rủi ro có thể xuất hiện trong quá trình thi công và sử dụng, bao hàm được các yếu to bất ổn định của
môi trường vào trong tính toán thông qua hệ số biến động (Coefficient of Variation - COV) dữ liệu [5],
Ngoài ra, trên cơ sở độ tin cậy có thể đưa ra quyết định mức bảo hiểm cho phương án thiết kế và thi công.
Các phương pháp đánh giá trực tiếp độ tin cậy hiện đang được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu
đó là: mô phỏng Monte Carlo (Monte Carlo Simulation - MCS), phương pháp đánh giá độ tin cậy bậc nhất
(Fừst Order Reliability Method - FORM)
- 2và phương pháp đánh giá độ tín cậy bậc hai (Second Order Reliability Method - SORM). Bời vì,
khi xác định được hàm trạng thái giới hạn, ta có thể tích hợp trực tiếp giữa việc lập trình phân tích
ứng xử của kết cấu cùng với phân tích độ tín cậy. Tuy nhiên, với những bài toán phức tạp đòi hỏi
phải sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn được thương mại hóa như SAP, ABAQƯS, Plaxis
2D, Plaxis 3D Foundation v.v. để mô phỏng đúng ứng xử của kết cấu móng ửong thực tế, rất khó
khả thi với yêu cầu tích hợp trực tiếp giữa phần mềm và thuật toán của ba phương pháp đánh giá
độ tín cậy nêu trên. Dẩn đến việc tiếp cận bài toán đánh giá độ tin cậy của kết cấu xây dựng nói
chung và lĩnh vực địa kỹ thuật nói riêng khi sử dụng các phần mềm thương mại còn nhiều hạn chế.
Cùng với mạng thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN), một giải pháp được ứng
dụng rộng rãi nhằm giải quyết vấn đề này là sử dụng hàm hiện theo các biến ngẫu nhiên đầu vào
có được từ bộ dữ liệu mẫu bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Method - RSM),
thay thế hàm trạng thái giới hạn ban đầu của bài toán với sai số cho phép nhằm tiết kiệm thời gian,
chi phí tính toán. Sau khi kiểm định thống kê, có thể kết hợp hàm trạng thái giới hạn xấp xỉ xác
định được với các phương pháp đánh giá độ tín cậy để có được các phương pháp RSM-MCS, RSMFORM hay RSM-SORM. Điều này giúp người kỹ sư tiếp cận đơn giản, dễ dàng và chính xác bài
toán đánh giá độ tín cậy.
Từ đó, có thể kết luận rằng việc nghiên cứu kết hợp phương pháp bề mặt đáp ứng cùng với
ba phương pháp đánh giá độ cậy: MCS, FORM và SORM, ưong bài toán sức chịu tải cọc khoan
nhồi có sử dụng phần mềm thương mại Plaxis 2D-Axisymmeưy là một đề tài mang cấp thiết và có
một ý nghĩa nhất định.
Hiện nay, các kỹ sư vẫn sử dụng phương pháp giải tích để thiết kế sức chịu tải cọc. Do vậy,
tác giả sử dụng mô phỏng Monte Carlo để đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi
với sức chịu mũi cực hạn được xác định theo phương pháp Terzaghi&Peck và phương pháp Vesic
(1977).
Ngoài ra, đối với trường hợp thiết kế không đạt được mức độ an toàn yêu cầu, tác giả đã
đề xuất một thuật toán xác định giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên ảnh hưởng nhất đến độ tin
cậy (sau khi đã phân tích độ nhạy) để đảm bảo điều kiện chỉ số độ tin cậy p > PT=3.09.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chủ đạo của luận văn này là xác định, phân tích chỉ số độ tin cậy cùng với xác
suất phá hủy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở lý thuyết độ tin cậy và các phương
pháp đánh giá độ tin cậy phổ biến trong nghiên cứu hiện nay: MCS, FORM và SORM. Trong luận
- 3văn, biến ngẫu nhiên là các thông số sức chống cắt của đất nền cùng với tải trọng tại chân cột được
khảo sát tại các mức độ biến động khác nhau (COVđất =10 và 20%, COVtải =10-30%) và giả định
phân phối chuẩn. Hàm trạng thái giới hạn (g(X)) được chọn theo yêu cầu của trạng thái giới hạn
cực hạn (ƯLS).
Luận văn còn so sánh ảnh hưởng giữa hệ số biến động của các thông số sức chống cắt
(COVđất) và tải trọng (COVtải) đến chỉ số độ tin cậy của bài toán.
Với mục tiêu tính toán tối ưu hóa sức chịu tải cọc khoan nhồi sau khi phân tích độ nhạy
thông số sức chống cắt và phân tích ngược độ tin cậy. Trên cơ sở thuật toán tìm điểm xác suất lớn
nhất (Most Probable Point - MPP) để đánh giá độ tin cậy bậc nhất (FORM) của Du (2005) [6] và
phương pháp Hasofer-Lind (1974) đã được hai tác giả Nowak và Collins [7] trình bày chi tiết. Học
viên đề xuất một thuật toán xác định giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên ảnh hưởng nhất đến độ
tin cậy để đảm bảo điều kiện xác suất phá hủy Pf < PT = 10'3 và chỉ số độ tin cậy p > Pr = 3.09.
3. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp sử dụng trong luận văn:
-
Phương pháp phần tử hữu hạn (Phần mềm Plaxis).
-
Phương pháp giải tích (Sử dụng phương pháp Terzaghi&Peck và phương pháp Vesic(1977)
xác định cường độ đất nền dưới mũi cọc).
-
Lập trình Matlab.
-
Mô phỏng kiểm chứng với kết quả nén tĩnh hiện trường.
-
Ba phương pháp đánh giá độ tin cậy: MCS, FORM và SORM.
-
Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) kết hợp thiết kế Box-Behnken (BBD).
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ỷ nghĩa khoa học : Cung cấp những phương pháp kết hợp RSM-MCS, RSM- FORM và
RSM-SORM nhằm tiếp cận bài toán đánh giá độ tin cậy trong lĩnh vực địa kỹ thuật có sử dụng
phần mềm thương mại như Plaxis một cách đơn giản, chính xác. Đánh giá độ tín cậy bài toán sức
chịu tải cọc khoan nhồi theo phương pháp giải tích sử dụng phương pháp MCS. Thuật toán xác
định giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên ảnh hưởng nhất (sau khi đã phân tích độ nhạy) đến độ
tin cậy để đảm bảo xác suất phá hủy Pf< PT=10'3 hay p> pT = 3.09.
Ỷ nghĩa thực tiễn : Kết quả nghiên cứu sẽ làm tài liệu cơ sở để đánh giá độ tín cậy, giúp
khuyến cáo Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế, Đơn vị thi công có giải pháp tối ưu bài toán thiết kế đảm
- 4bảo chất lượng, kinh tế. Cơ sở để công ty bảo hiểm đưa ra quyết định mức bảo hiểm cho phương
án thiết kế hoặc phương án thi công của Nhà thầu.
5. Phạm vi nghiên cứu
-
Luận văn chỉ phân tích và đánh giá độ tin cậy một móng cọc của một công trình thực tế.
-
Biến ngẫu nhiên là thông số sức chống cắt của đất nền (c’, rp’) và tải trọng tại chân cột
(Ntt,M“,My ,Q*,Qy) giả định độc lập với nhau và tuân theo quy luật phân phối chuẩn.
6. Cấu trúc luận vãn
Cấu trúc luận văn bao gồm các chương như sau:
Chương 1. Tổng quan.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết.
Chương 3. ứng dụng vào công trình thực tế.
Chương 4. Tính toán tối ưu hóa sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở. phân tích
độ nhạy thông số sức chống cắt và phân tích ngược độ tin cậy.
Kết luận và kiến nghị.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giói
Nghiên cứu về các phương pháp đánh giá độ tin cậy cùng với việc ứng dụng chúng trong các
bài toán địa kỹ thuật là đề tài thu hút nhiều sự quan tâm các nhà khoa học trên thế giới. Một số công
trình có thể được liệt kê:
-
Du [6], Karadeniz và Vrouwenvelder [8] hay Arteaga và Soubra [9] đã trình bày tổng quan
và trình tự tiến hành các phương pháp đánh giá độ tin cậy phổ biến trong nghiên cứu như : MCS,
FORM, SORM.
-
Nowak và Collins [7] trong cuốn sách của mình đã trình những khái niệm về các loại phân
phối thống kê phổ biến, những thông số cần thiết của biến ngẫu nhiên, độ tin cậy, phương pháp
kiểm định phân phối chuẩn trên giấy xác suất. Trình tự tiến hành của các phương pháp đánh giá độ
tin cậy như Hasofer - Lind (1974) và cải tiến của nó là Rackwitz - Fiessler (xét đến ảnh hưởng của
- 5dạng phân phối của biến ngẫu nhiên). Ngoài ra, còn có kỹ thuật mô phỏng Monte Carlo, phương
pháp lấy mẫu Latin Hypercube qua nhiều ví dụ cụ thể trong các lĩnh vực khác nhau trong kĩ thuật.
-
Low [10] nêu vai trò quan trọng của các phương pháp FORM, SORM, RSM khi phân tích
độ tin cậy trong lĩnh vực địa kỹ thuật. Tác giả khẳng định RSM là cầu nối giữa FORM, SORM và
phương pháp số để đánh giá độ tin cậy kết cấu.
-
Wang và các cộng sự [11] đã sử dụng phương pháp MCS với sự hỗ trợ của phần mềm
Matlab để phân tích bài toán thiết kế theo độ tin cậy cho cọc khoan nhồi. Hai thông số hình học là
đường kính cọc (B) và chiều dài cọc (D) được xem như các biến ngẫu nhiên phân phối chuẩn, số
lượng mẫu đánh giá MCS cần thiết để đạt được độ chính xác như mong đợi 10 000 000 mẫu. Tác
giả bài báo xác định xác suất phát hủy (Pf) dựa trên điều kiện tải trọng cọc gánh đỡ (F) lớn hơn sức
chịu tải cực hạn (Quis) và sức chịu tải giới hạn sử dụng (Qsis) khi thay đổi ngẫu nhiên các giá trị
B và D. So sánh giá trị Pf với xác suất phá hủy yêu cầu PT , đảm bảo điều kiện Pf < PT. Bài báo còn
đưa ra một số ưu điểm khi thiết kế theo độ tin cậy như là giúp người kỹ sư chủ động quyết định xác
suất phá hủy yêu cầu PT và có cách nhìn nhận minh bạch, trực quan về ảnh hưởng các biến ngẫu
nhiên trong thực tế đến hiệu quả thiết kế, tính kinh tế.
-
Fan và Liang [12], cũng đã trình bày bài toán đánh giá độ tin cậy sức chịu tải dọc trục cọc
khoan nhồi, sử dụng phương pháp MCS với hàm trạng thái giới hạn dựa trên điều kiện chuyển vị
đầu cọc cho phép là ya=25 mm. Thông số địa chất và sai số mô hình là các biến ngẫu nhiên. Tác
giả bài báo đã phát triển một phần mềm có tên là P-TZPILE để thuận lợi cho việc tính toán đường
cong tải trọng-chuyển vị tại đầu cọc. Từ hai bài toán ví dụ (bài toán nhổ cọc số lượng mẫu là 20
000 mẫu và cọc chịu nén dọc trục là 10 000 mẫu). Bài báo kết luận sự biến động ngẫu nhiên của
các thông số địa chất đầu vào là yếu tố quan trọng cần được chú ý khi đánh giá độ tin cậy bài toán
sức chịu tải cọc.
-
Kola [13] sử dụng RSM và FORM để phân tích độ tin cậy các bài toán được mô phỏng trên
phần mềm Plaxis 2D như ổn định đê kè bảo vệ bờ, độ lún móng có gia cường ô địa kỹ thuật, ổn
định đất đắp có nền gia cố bằng trụ đá. Ngoài ra, còn có các tác giả khác sử dụng phương pháp trên
như Vydehi [14] để đánh giá độ tin cậy của độ lún móng đơn đặt trên nền đất có cống ngầm hay
Subramaniam [15] đã phân tích độ tin cậy của các bài toán ổn định mái dốc, móng nông đặt trên
nền có gia cố vải địa kỹ thuật, tường cọc bảng có neo.
1.2 Các công trình nghiên cứu trong nước
Một số công trình nghiên cứu về phân tích và đánh giá độ tin cậy tiêu biểu tại Việt Nam có
- 6thể kể đến như :
-
Nguyễn Thời Trung và các cộng sự [16], đã nêu tổng quan về vai trò của phân tích độ tin
cậy nói chung và phân tích độ tin cậy trong ngành xây dựng nói riêng. Bài báo giới thiệu những
phương pháp phổ biến và những bước cơ bản để thành lập một bài toán phân tích độ tin cậy trong
xây dựng. Giới thiệu một số ứng dụng của việc phân tích độ tin cậy vào những bài toán liên quan.
Cuối cùng, tác giả đề cập đến những thách thức, triển vọng ứng dụng phân tích độ tin cậy trong xây
dựng tại Việt Nam.
-
Dương Hồng Thẩm [17] đã áp dụng lý thuyết độ tin cậy bậc nhất vào tính toán tường cừ
bản có chống vách cắm chân vào đất dính với dòng thấm đều. Hàm trạng thái giới hạn được xây
dựng dựa trên điều kiện ổn định tổng thể và ổn định chống bùng đáy hố đào. Các biến ngẫu nhiên
khảo sát là dung trọng lớp trên, góc ma sát trong của đất sau lưng tường, lực dính của đất giữ chân
cừ và mô đun vật liệu tường.
-
Nguyễn Minh Thọ và các cộng sự [18] đã khảo sát, phân tích độ tin cậy cho móng cọc chịu
ảnh hưởng của ma sát âm. Phương pháp đánh giá độ tin cậy được sử dụng là MCS. Các biến ngẫu
nhiên được giải định tuân theo quy luật phân phối chuẩn. Hệ số biến động của thông số sức chống
cắt đất nền và tải trọng tác động lần lượt là 10% và 5%. Hai trường hợp làm phát sinh ma sát âm
trong nền đất yếu là gia tăng phụ tải nền và hạ mực nước ngầm được đề ra trong bài báo nhằm định
lượng một cách rõ ràng, cụ thể ảnh hưởng của ma sát âm lên độ tin cậy kết cấu móng cọc.
-
Hồ Hữu Vịnh và các cộng sự [19] đã trình bày phương pháp ANN-F0RM, ANN-MCS để
đánh giá độ tin cậy cho kết cấu vỏ gia cường gân bằng cách kết hợp mạng thần kinh nhân tạo
(ANN) với các phương pháp đánh giá độ tin cậy là FORM và MCS. Mạng thần kinh nhân tạo ANN
được sử dụng để xấp xỉ hàm trạng thái giới hạn là một hàm ẩn theo các biến ngẫu nhiên thông qua
bộ dữ liệu mẫu huấn luyện được lấy từ việc phân tích phần tử hữu hạn cho kết cấu vỏ gia cường
bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.
-
Nguyễn Văn Dũng [20] trong luận văn của mình đã sử dụng ANN và FORM để phân tích
độ tin cậy kết cấu cáp kính tại công trình “Nhà hội nghị B11 - Trung tâm Hành chính Chính trị tỉnh
Bình Dương”.
- 7-
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Sức chịu tải cực hạn theo chỉ tiêu cường độ đất nền ([21], [22], [23])
Sức chịu tải cực hạn của cọc:
Qu=Qs+Qp
(2.1)
Trong đó: Qs - sức chịu tải cực hạn do ma sát bên giữa đất và cọc.
Qp - sức chịu tải cực hạn do kháng mũi.
2.1.1
Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên giữa đất và cọc Qs
(2.2)
Trong đó : u - chu vi của tiêt diện cọc.
li - chiều dài của lớp đất thứ i cọc đi qua.
fsi - lực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên cọc:
(2.3)
Cai - lực dính giữa thân cọc và đất, với cọc đóng bê tông cốt thép, ca=0.7ci, với
Ci là lực dính của lớp đất thứ i.
(Pai - góc ma sát giữa cọc và đất nền; với cọc bê tông cốt thép hạ bằng phương
pháp đóng lấy (pa = (Pi, đối với cọc thép lấy (pa = 0.7 (Pi, với (Pi là góc ma sát
trong của đất thứ i.
ơhi - ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương vuông góc với mặt bền cọc,
&hi ^vi^oi’ Koi 1 sln
số áp lực ngang của lớp đất thứ i.
2.1.2
Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp
(2.5)
Trong đó: Ap - diện tích tiêt diện ngang của mũi cọc. qp - cường độ đất nền ở mũi cọc.
- 82.1.2.1
Xác định qp theo phương pháp Terzaghi & Peck
Cường độ đất nền ở mũi cọc qp theo công thức bán thực nghiệm do Terzaghi&Peck đề nghị
được phát triển trên cơ sở các công thức sức chịu tải của móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới
mũi cọc tương tự như sơ đồ trượt của đất dưới móng nông.
qp -1.3c7Vc + Nqờvi + 0.3ỵdNr (cọc tiết diện tròn)
(2.6)
qp - 1.3cNc + Nqờvị + 0.4/íZ/Vz(cọc tiết diện vuông)
(2.7)
d - đường kính của cọc ưòn hoặc là cạnh của cọc vuông.
Nc,Nq,Nr- các hệ số sức chịu tải được xác định như sau:
g2( 'ÌTĩ/4-Ợ7/2 )tan
2COS2( ĩĩ/4 + g2( 3#74-ý7/2 )tan
Nc = cot (p
2COS2( ĩĩ/4 +
= cot
(2.8)
Kpỵ - hệ số áp lực bị động của đất lên mặt nghiêng của nêm trượt (Terzaghi không nêu
công thức cụ thể để xác định Kpy).
Các hệ số sức chịu tải (Nc,Nq,N7) học viên ưa cứu theo bảng ưa của tác giả Kumbhojkar
(1993) đã được trích dẫn ưong tài liệu [24],
2.1.2.2
Xác định qp theo phương pháp Vesic (1977)
Vesic đã đề nghị một phương pháp xác định cường độ đất nền dưới mũi cọc như sau :
(2.9)
Trong đó:
Ờo - ứng suất hữu hiệu trung bình tại mũi cọc.
Ko - hệ số áp lực đất ở ưạng thái nghỉ.
7V*, N*ơ - các hệ số sức chịu tải.
(\+2Ko)
(2.10)
N* =(N*q-Ạcot
