Phân tích sự làm việc bè móng cọc & tối ưu chiều dày - Luận án TS Địa kỹ thuật

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HO CHI MINH TRUONG DAI HOC BACH KHOA CAO VAN HOA PHAN TICH SU LAM VIEC CUA BE MONG TREN HE COC LUAN AN TIEN SI KY THUAT TP. HO CHI MINH NAM 2017 ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO VĂN HÓA PHAN TÍCH SỰ LAM VIỆC CUA BE MONG TREN HỆ COC Chuyén nganh: Dia ky thuat xay dung Mã số chuyên ngành: 62.01 Phản biện độc lập 1: GS.

NGUYEN VAN THƠ Phản biện độc lập 2: PGS. CHAU TRƯỜNG LINH Phản biện 1: GS. TRAN THỊ THANH Phản biện 2: PGS. TRAN TUẦN ANH Phan bién 3: PGS.

NGUYEN MINH TAM NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC: _PGS. CHAU NGOC AN LOI CAM DOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết qua nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bat kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi ngu6n tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án Chit ký Cao Văn Hóa TOM TAT LUẬN AN Kết quả thống kê từ 31 công trình móng bè — coc trong nước và trên thế giới, cho thay bề dày bè của chúng khác nhau đáng kể. Có những công trình bè rất dày (Messeturm Tower chi cao 256 m, bé day tới 6,0 m), có những công trình bè tương đối mỏng (Dubai Tower cao hơn 400 m, bề dày chỉ 2,5 m). Do đó việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của bè trong sự làm việc đồng thời kết cầu — bè — cọc, nền có ý nghĩa lý luận và thực tiên nhăm làm sáng tỏ vai trò của nó trong ôn định tông thê của công trình. Đầu tiên, luận án sử dụng phương pháp phân tích va tong hợp lý thuyết dé phân tích thực tiễn thiết kế và nghiên cứu hoạt động của bè trong toàn hệ tương tác kết cầu bên trên — bè — nền, cọc của các tác giả trong nước và trên thé giới.

Cho thấy: (i) Chiều day bè lớn có tác dụng phân bố đồng đều nội lực và biễn dạng trong cọc, trong nên, giữa bè và nền, cũng như nội lực trong chính bản thân bè; (ii) Các yếu tô tác động đến biến dạng của bè gdm có hệ cọc, mô đun dan hồi cua dat nên và kêt câu bên trên. Tiếp theo, luận án sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học dé nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đã được đúc kết ở chương 1 đến sự làm việc của bè bang chương trình PRAB thông qua công trình mô hình giả định xây dựng trên nền cát TP Hồ Chí Minh. Từ đó rút ra được các kết luận sau: (i) Chiều day bè lớn nhằm dam bảo gánh chịu các nội lực xuất hiện trong bè như mô men uốn và lực cắt, đặc biệt là chuyền vị lệch của hệ móng. (ii) Các yếu t6 chủ yếu ảnh hưởng đến bién dạng của bè gôm: chiêu dài và sơ đô bô trí cọc, mô đun đàn hôi của đât nên và sô lượng tâng.

Trên cơ sở các hiểu biết từ chương 1 và chương 3, nghiên cứu đã đề xuất phương pháp đỗ thi để xác định chiều dày bè có xét đến ba nhóm yếu tố, được dé cập tại chương 4. Ứng dụng phương pháp đồ thị dé tính toán chiều dày bè và kiểm chứng chúng thông qua phân tích sâu sáu công trình tiêu biểu, phân tích tổng hợp 31 công trình thống kê một mặt nhằm hiệu chỉnh phương pháp đồ thi, mặt khác dé trả lời câu hỏi về chiều day bè lớn của các công trình xây dựng trong nước va trên thé giới. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rang: (i) Chưa có quan tâm đúng mức đến việc tối ưu chiều dày bè; (ii) Bè làm việc chủ yếu là chống lại biến dạng: (iii) Có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến chiều dày bè là số lượng tang, mô đun dan hồi của đất nền và hệ coc; (iv) Phương pháp đồ thị được thiết lập là đáng tin cậy và có giá trị ứng dụng cao. ii ABSTRACT With statistic data from 31 high-rised buildings constructed in Vietnam and over the world, it can be recognized that the raft thicknesses are significantly varied.

Some buildings have very thick raft (e. Messeturm Tower is only 256 m tall, with raft of 6.0 m thick), while the others have relatively thinner raft (e. Dubai Tower is almost 400 m tall, but raft is only 2. At first, this study using method of analysis and synthesis of theory to review the design practice and available researches in Vietnam and over the world on raft behavior in the upper-structure — raft — soil and pile’s interaction.

It shows that: (1) Raft thickness affects the distribution of internal forces and deformation in piles, soil, between raft and soil, and in raft structure significantly; (1) Factors affecting raft deformation and internal forces are pile group design, soil Young’s modulus, and upper-structure. Next, this study using scientific experimental method to analyze the conclusions from chapter | using PRAB program on a prototype building constructed on Ho Chi Minh city's sand (as specified in chapter 2). It indicates that raft thickness is designed to bear moment, shear stress, and especially deformation (differential displacement). The factors affecting the mentioned deformation are: piles length and configuration, Young modulus of soil, number of floors.

From the conclusions of chapter 1, 3 it can be confirmed raft thickness is depended on number of floors, Young modulus of soil and piles length. Based on these knowledges, this study propose a simplified graphical method for determining raft thickness. By applying the graphical method to calculate raft thickness of the selected buildings; verifying the method and results of this study with six selected case studies in detail ; and, comparing with the actual raft thickness of all the statistic buildings, it shows that (i) There is much less interesting in optimizing of raft thickness; (1) The raft behavior is mainly to resist its deformation; (iii) There are three main factors affecting on raft thickness: Number of floors, Young modulus of soil and piles; (iv) The graphical method proposed by this study is highly applicable in practice. lil LOI CAM ON Tôi xin trân trọng cảm on PGS.

Châu Ngoc An đã tận tình hướng dan trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi cũng xin được cảm ơn tất cả các thầy cô trong Bộ môn Địa cơ — Nền móng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng Trường Dai học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, mà người lãnh đạo trước đây là PGS. Võ Phan và ở giai đoạn sau là PGS. Lê Bá Vinh, đã tạo mọi điều kiện, đóng góp nhiều ý kiến quí báu trong quá trình thực hiện luận án này.

Tôi thật sự biết ơn các thay cô và các đồng nghiệp tại trường đại học Kiến trúc TP Hồ Chí Minh, PGS. Nguyễn Bá Kế, GS. Nguyễn Tiến Chương, PGS. Đoàn Thị Minh Trinh đã khích lệ, động viên và giúp đỡ tôi dưới mọi hình thức để tôi có thể hoàn thành được luận án đúng thời hạn.

Tôi đặc biệt biết ơn GS. Tatsuo Matsumoto, Đại học Kanazawa đã cung cấp cho tôi chương trình PRAB, là công cụ chính để tôi hoàn thành nghiên cứu của mình. IV MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HINH ẢNH.-G- E311 91 8E 111151 1E 1211 xnxx ree ix DANH MỤC CÁC TU VIET TÁẮT. 2 c6 E31 E318 về gen ree xii 9059.

| CHUONG 1 TONG QUAN VE SỰ LAM VIỆC CUA BE MONG TREN HE COC ẮẲiiaiiiaidắáăiaẮ.1 Khái niệm về móng DE — CỌC.2 Khái niệm về sự làm việc Cla CỌC.3 Quan niệm tính toán móng be — COC .4 Cơ chế hoạt động của bè MON .2 Số liệu thống kê từ 31 công trình xây dựng trong nước va trên thé giới .3 Cac phương pháp phân tích bè. --- 6 <1 1999901 1 ng 6 ke rre 10 1.1 Các phương pháp giản lƯỢC .2 Các phương pháp giải tich .3 Các phương pháp SỐ.4 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kết cau bên trên và nền, cọc đến nội lực và biên dạng trong ĐÈ .1 Anh huong cua kết cau bên trên đến nội lực và biến dang của bè. 19 142 Ảnh hưởng của hệ cọc đến nội lực và biến dạng của bè.3 Ảnh hưởng của đất nền bên dưới đến nội lực và biến dạng của bè. PHƯƠNG PHÁP LUẬN, CƠ SỞ CUA CHUONG TRÌNH PRAB VÀ THIẾT LAP MO HINH NGHIÊN CỨU.

6+ EE2E+EEeESEsEeE+EEEeEsesesee.1 Phương pháp luận.1 Phương pháp phân tích tương tác giữa bè với đất nền và hệ cọc.2 Phương pháp phân tích tương tác giữa bè và kết cau bên trên. Phương pháp phân tích chiều day bè hợp lý .2 Cơ sở lý thuyết của chương trình PRAB.1 M6 phỏng móng bè - cọc trong PRAB.2 Ứng xử ứng suất— bién dạng của đất nên theo lý thuyết đàn hồi. Sự phân bố tải trong và chuyền vị dọc chiều dài cọc.24 Ma trận độ cứng cua móng bè — cọc [1], [2]_.3 Thiết kế công trình mô hình phục vụ nghiên cứu .1 Lựa chọn công trình nguyên mẫu.2 Thiết kế công trình mô hình. Đánh giá sơ bộ mô hình nghiên cứu.

52 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CUU DANH GIÁ CÁC YEU TO ANH HƯỚNG DEN CHIEU DAY BE BANG PRAB .- -- G HS ngọn ke 54 3.1 Anh hưởng của các tô hợp tải trọng đến nội lực và chuyên vị tại bè .2 Anh huong cua chiéu day bè đến nội lực, biến dang tại be, nên va COC .1 Sự phân phối tải trong giữa cọc & bè wececccsescscecsesssesescssesseseseseesseseees 55 3.2 Sự phân phối tai trọng tại đỉnh các cọc trong bè. Sự phân phối nội lực trong cọc, ứng suất trong nên theo chiều dài cọc .4 Sự phân bố mô men trong bè .5 Chuyến vị lệch tại bè (Biến dạng của bè).3 Anh hưởng của kết cau bên trên đến biến dang của bè .1 Ảnh hưởng của độ cứng kết cau bên tréte.2 Ảnh hưởng của số lượng tang (tai trong) đến chiều dày bè. Ảnh hưởng của khoảng cách cột.4 Ảnh hưởng của đất nên bên dưới đến biến dạng của bè .1 Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi đất nền nằm ngay dưới đáy bè.2 Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi lớp đất nền năm dưới mũi cọc.5 Ảnh hưởng của hệ cọc đến biến dạng của bè veces ssesessesesesesssesesesesesesees 68 3.1 Ảnh hưởng của sơ d6 bố tri COC .2 Ảnh hưởng của số lượng CỌC. Ảnh hưởng của đường kính COC .4 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các CỌC.5 Ảnh hưởng của chiều dài CỌC.6 Ảnh hưởng của độ cứng của móng .-- - +2 2s+++c+cz££+E+x+ezrersred 73 S0 ca.

74 CHƯƠNG4 THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP ĐÔ THỊ DỰ TÍNH CHIEU DAY BE.1 Phương pháp chỉ xét đến ảnh hưởng của số lượng tầng — Phương phápA .2 Phương pháp có xét đến ảnh hưởng đồng thời số lượng tầng và mô đun đàn hôi cua dat nên — Phương pháp. Trường hop Ì. Trường hop 3.3 Phuong pháp có xét đến đồng thời số lượng tầng, ảnh hưởng của đất nên và hệ cọc — Phương pháp đô thỊ.