Luận án sức chịu tải của cọc dưới tải trọng tĩnh động TPHCM - Nguyễn Mạnh Tường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN MẠNH TƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TẢI TRỌNG TĨNH VÀ ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN MẠNH TƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TẢI TRỌNG TĨNH VÀ ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 9.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. CHÂU NGỌC ẨN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất ký công trình nào khác. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án.

Tác giả luận án Nguyễn Mạnh Tường ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. Châu Ngọc Ẩn là thầy trực tiếp hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin tri ân những trí tuệ, công sức, sự động viên, hỗ trợ tận tâm để giúp vượt qua khó khăn trong nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và các quý thầy cô trong Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam, Ban lãnh đạo và các thầy cô, cán bộ, nhân viên trong Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình học tập nghiên cứu.

Nghiên cứu sinh trân trọng và gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới GS. Nguyễn Văn Thơ, GS. Trần Thị Thanh, GS. Tăng Đức Thắng, GS.

Lê Mạnh Hùng, PGS. Tô Văn Lận, PGS. Trần Bá Hoằng, PGS. Nguyễn Nghĩa Hùng, TS.

Nguyễn Ngọc Phúc, TS. Bùi Đức Vinh theo sát và dành những kiến thức chắt lọc trong suốt quá trình hoạt động khoa học của mình để hướng dẫn góp ý cho em. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Công ty Hoàng Vinh đã hỗ trợ giúp đỡ thiết bị, thiết kế chế tạo mô hình trong quá trình thực hiện thí nghiệm và xử lý kết quả. Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo và các thầy cô trong trường Cao đẳng Xây dựng Thành Phố Hồ Chí Minh luôn đồng hành, hỗ trợ trong suốt thời gian nghiên cứu.

Cuối cùng nghiên cứu sinh xin gửi lời biết ơn đến gia đình, vợ, con, các đồng nghiệp, bạn bè luôn sát cánh động viên tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của mình. iii TÓM TẮT LUẬN ÁN Tải trọng động tác động tới công trình là một vấn đề quan trọng đặt ra trong những năm gần đây.HCM, có nhiều móng máy chịu những tải trọng động có tần số, biên độ, cường độ khác nhau. Nghiên cứu tính toán sức chịu tải trọng động của móng cọc cũng như tìm ra sự suy giảm sức chịu tải sau khi công trình chịu tải trọng động là cần thiết hiện nay. Luận án nghiên cứu phân tích ứng suất biến dạng cọc thông qua sử dụng các đầu đo ứng suất - biến dạng dọc thân cọc.

Từ kết quả nén tĩnh hiện trường cọc, so sánh, đánh giá và tìm ra thông số hợp lý trong việc áp dụng thiết kế nền móng. Nghiên cứu áp dụng mô hình đất phù hợp lựa chọn các thông số mô hình của đất nền để mô phỏng trạng thái ứng suất - biến dạng của cọc và ứng xử của nền đất trong vùng có biến dạng dẻo của cọc. Phân tích ứng xử của nền đất dưới móng cọc trong trường ứng suất, biến dạng thể tích, biến dạng dẻo, sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng trong vùng biến dạng dẻo cực hạn xung quanh cọc và đầu mũi cọc. Luận văn nghiên cứu cơ sở lý thuyết mô hình, luật tỷ lệ, các phương pháp tính toán sức chịu tải động thiết kế của cọc, cơ sở lựa chọn hệ số của tải trọng thiết kế với tải trọng khi thử tĩnh.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo thí nghiệm mô hình vật lý. Khảo sát cơ chế phân bố lực dọc trong thân cọc, sự thay đổi ứng suất tiếp được huy động giữa thành cọc và đất theo các vị trí khác nhau ứng với từng dải tần số khác nhau. Nghiên cứu ảnh hưởng của tần số, chu kỳ, cường độ tới sức chịu tải cọc. Phân tích ảnh hưởng của tải trọng động tới ứng xử của móng cọc chịu tác động của sóng ứng suất gây ra.

Kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của các thông số hình học của cọc, tần số và sự phân bố ứng suất dọc theo thân cọc theo các lộ trình khác nhau. Nghiên cứu cho thấy tại các vị trí khác nhau ứng suất - biến dạng theo suốt dọc thân cọc thay đổi rõ rệt theo tần số. Kết quả phân tích tìm ra các tương quan Lực - ma sát đơn vị - sức kháng mũi cũng như quan hệ lực – tỉ lệ ma sát/sức kháng mũi, cho các loại cọc có L/D khác nhau theo tần số. iv ABSTRACT The dynamic load on buildings has been an important issue in recent years.

In Ho Chi Minh City, there are many machine foundations subject to dynamic loads of different frequencies, amplitudes and strengths. Research to calculate the dynamic load capacity of the pile foundation as well as find out the decrease in load capacity after the project is under dynamic load is now necessary. The thesis researches stress and strain analysis through the use of stress - strain gauges along the pile body. From the results of static load test at the pile site, compare, evaluate and find out reasonable parameters in the foundation design application.

Applying the appropriate soil model, selecting model parameters of the ground to simulate the stress - deformation state of the pile and the ground behavior in the area with plastic deformation of the pile. Analysis of the behavior of the ground under the pile foundation in stress field, volume deformation, plastic deformation, the increase in pore water pressure in the extreme plastic deformation zone around the pile and the tip of the pile. Thesis focused on experimental fabrication of physical models. Investigating the mechanism of longitudinal force distribution in the pile body, subsequent stress changes are mobilized between the pile wall and the soil at different positions with different frequency ranges.

Study the influence of frequency, cycle, intensity on pile load capacity. Analyzing the influence of dynamic load on the pile foundation behavior affected by stress waves. The results of the study show the effects of the pile geometry parameters, frequency and stress distribution along the pile body according to different routes. The study shows that at different positions the stress - strain along the pile body changes markedly with frequency.

Analysis results found the correlation Force - unit friction - tip resistance as well as the relationship of force - the ratio of friction / tip resistance, for the pile types with different L / D according to frequency. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii TÓM TẮT LUẬN ÁN. iv MỤC LỤC .v DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ.

xii CÁC CHỮ VIẾT TẮT. Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Những điểm mới của luận án. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Cấu trúc của luận án. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC. Khái quát nguồn gốc, đặc điểm hình thành nền đất khu vực TP. Nghiên cứu các đặc trưng cơ lý của đất yếu khi chịu tải trọng tĩnh và động.

Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng động. Cơ sở lý thuyết sóng ứng suất đàn hồi truyền dọc trục. Phương trình truyền sóng khi tải trọng động tác dụng trên đầu cọc. Cơ chế sóng truyền trong thân cọc.

Đặc trưng sức chống cắt dưới ảnh hưởng của tải trọng tức thời. Cường độ, biến dạng dưới ảnh hưởng của tải trọng tức thời. Nghiên cứu dao động của móng với đặc trưng động từ móng tác động xuống nền đất. Dao động tự do của hệ thống lò xo – khối lượng(Spring - Mass).

Dao động cưỡng bức của hệ thống lò xo – khối lượng (Spring - Mass). Lực lớn nhất tác động lên nền:. Nghiên cứu liên quan đến hướng nghiên cứu của đề tài. Nghiên cứu tính toán sức chịu tải bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc có gắn đầu đo ứng suất – biến dạng. Mô phỏng tính toán cọc chịu tải trọng động bằng phần tử hữu hạn. Nghiên cứu mô hình thí nghiệm tỉ lệ nhỏ cho cọc chịu tải trọng động.31 Chương 2 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC. Tổng quan việc xác định sức chịu tải bằng thí nghiệm nén tĩnh.

Nghiên cứu thí nghiệm nén tĩnh cọc trên công trình khu vực TP. Thí nghiệm nén tĩnh có gắn đầu đo biến dạng. Các bước thực hiện thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm.

Tính toán sức chịu tải của cọc dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh. Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh để xác định sức chịu tải trong Plaxis. Lý thuyết dùng trong mô hình MCC. Chọn mô hình cọc - đất và tính toán thông số đầu vào.

Kết quả mô phỏng. Kết quả mô phỏng và các phân tích theo mô hình MCC. Phân tích kết quả theo mô hình (MCC) và thí nghiệm nén tĩnh. Thiết lập mối tương quan thông số mô hình.

Phân tích so sánh kết quả tính toán mô hình MCC và thí nghiệm nén tĩnh. Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén phá hoại 250%PTK. Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm tìm sức chịu tải theo chuyển vị giới hạn quy ước.55 Chương 3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH VẬT LÝ TỈ LỆ ĐỂ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC. Phân tích thứ nguyên.

Một số khái niệm cơ bản. Các bước tiến hành việc phân tích thứ nguyên. Xác định các thông số thí nghiệm. Lập phương trình xác định các thông số thí nghiệm.

Yêu cầu về tương tự mô hình. Tỉ lệ mô hình. Các tiêu chuẩn tương tự động lực. Ưu nhược điểm của mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ.

Triển khai mô hình. Lựa chọn vật liệu và tỉ lệ mô hình. Lựa chọn kích thước cho mô hình vật lý tỉ lệ. Kết cấu hệ khung đỡ mô hình.

Thùng chứa đất thí nghiệm. Chọn vật liệu cho cọc trong mô hình. Phân tích sức chịu tải giới hạn của cọc. Cơ chế truyền ứng suất.

Phương trình xác định sức chịu tải của cọc.