Luận án nghiên cứu tính toán tường cọc cừ bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Luận văn thạc sĩ MÔÛ ÑAÀU I. sù cÇn thiÕt cña ®Ò tµi Ñeå choáng xoùi lôû bôø soâng vaø baûo veä coâng trình ven soâng taïi ÑBSCL, tuyø theo ñòa chaát, ñòa hình , ñaët ñieåm doøng chaûy vaø taûi troïng taùc duïng maø söû duïng caùc coâng trình ven soâng nhö: töôøng coïc baûn, töôøng chaén ñaát troïng löïc thaáp, töôøng baùn troïng löïc, töôøng baûn goùc BTCT … baûo veä caùc coâng trình ven soâng nhö : ñöôøng, ñeâ ñaäp, tuyeán daân cö , nhaø cöûa…… Töôøng cõ, laø moät daïng ñaët bieät cuûa töôøng chaén ñaát vôùi muïc ñích chung laø chòu taûi troïng ngang gaây ra bôûi maët ñaát töï nhieân, ñaát ñaép, taûi troïng beân treân. Heä thoáng keát caáu bao goàm töôøng vaø heä keát caáu choáng ®ì töôøng (thanh neo, thanh choáng, saøn ñôõ …), ngoaøi ra töôøng coøn ngaøm vaøo trong ñaát beân döôùi. Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp, ñaát vöøa gaây ra löïc taùc ñoäng leân töôøng ñoàng thôøi vöøa laø keát caáu choáng ñôõ hay giöõ töôøng, taïo ra söï dòch chuyeån cô hoïc cuûa heä keát caáu trong ñaát.

Ngöôøi thieát keá phaûi bieát xaùc ñònh noäi löïc vaø möùc ñoä chuyeån dòch cuûa keát caáu. Thoâng thöôøng, chuùng ñöôïc xaùc ñònh trong ñieàu kieän laøm vieäc cöïc haïn. Beân caïnh ñoù, cuõng caàn xaùc ñònh möùc ñoä chuyeån dòch tieàm taøng cuûa ñaát coù theå xaûy ra trong quaù trình thi coâng keát caáu theo thôøi gian vì söï thoaùt nöôùc beân trong xuaát hieän. Do ñoù, aûnh höôûng cuûa öùng xöû ñaát trong quaù trình thi coâng ñeán söï laøm vieäc cuûa coïc baûn laø raát lôùn do ñoù caàn phaûi xem xeùt.

Cho ñeán nay vieäc thieát keá töôøng chaén thöôøng ñöôïc tieán haønh theo phöông phaùp truyeàn thoáng ñôn giaûn (caân baèng giôùi haïn) hay theo phöông phaùp kinh nghieäm. Phöông phaùp ñôn giaûn thöôøng ñöôïc aùp duïng cho töôøng troïng löïc, töôøng cosol ngaøm, töôøng ngaøm vôùi moät thanh choáng hay neo. Thoâng thöôøng thì nhöõng phöông phaùp ñoù cho ta nhöõng keát quaû haïn cheá veà söï chuyeån dòch vaø khoâng coù keát quaû veà söï töông taùc giöõa töôøng vaø ñaát. Neân vieäc nghieân cöùu öùng duïng maùy tính vôùi moät soá phaàn meàm ñaõ mang laïi moät soá keát quaû ñaùng keå trong vieäc phaân tích vaø thieát keá keát caáu töôøng chaén trong chuïc Học viên: Vũ Văn Hậu Page 1 Luận văn thạc sĩ naêm qua.

Do đó Nghiên cứu tính toán tường cọc cừ bằng phương pháp PTHH là vấn đề cần thiết và có tính ứng dụng cao. môc ®Ých, c¸ch tiÕp cËn vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu 1. Mục đích: Kiểm tra kết quả tính toán công trình chắn đất tường cọc cừ làm việc dưới áp lực của đất bằng phương pháp PTHH. Phạm vi nghiên cứu tính toán công trình tường chắn đất bằng cọc cừ sử dụng phương pháp PTHH 2.

Cách tiếp cận: Thông qua các tài liệu lý thuyết về phương pháp PTHH, tài liệu về áp lực đất sau tường cọc cừ, từ đó xây dựng phương pháp tính toán kiểm tra sự làm việc của hệ tường cọc cừ bằng phương pháp PTHH và so sánh nó với các phương pháp tính toán kiểm tra trước đó, thông qua nghiên cứu bài toán lý thuyết cụ thể. Phương pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu khoa học phổ biến như: thống kê, tổng hợp, khái quát hoá,…. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC: Đưa ra kết quả tính toán về sự làm việc của tường cọc cừ bằng phương pháp PTHH trên cơ sở lý thuyết về phương pháp PTHH. Để từ đó rút ra được sự tối ưu khi tính toán sự làm việc của hệ tường cọc cừ bằng phương pháp PTHH.

Học viên: Vũ Văn Hậu Page 2 Luận văn thạc sĩ CHÖÔNG 1: TOÅNG QUAN VEÀ TÍNH TOAÙN COÂNG TRÌNH TÖÔØNG cõ CHO CAÙC COÂNG TRÌNH VEN SOÂNG TREÂN NEÀN ÑAÁT YEÁU.Một số sự cố điển hình các công trình ven sông: -Ñaát ven soâng bò saït lôû laø do doøng chaûy Qua taøi lieäu nghieân cöùu cho thaáy ñieàu kieän töï nhieân hình thaønh neân doøng soâng, nguyeân nhaân doøng chaûy ôû caùc soâng cuûa ÑBSCL veà muøa luõ thöôøng coù vaän toác lôùn hôn 0.5m/s neân coù khaû naêng gaây ra xoùi lôû bôø laø raát lôùn. Mét sè h×nh ¶nh s¹c në bê s«ng: Hình 1. S¹c lë bê s«ng TiÒn Học viên: Vũ Văn Hậu Page 3 Luận văn thạc sĩ Hình 1. S¹c lë bê khu vùc thÞ trÊn T©n Ch©u trªn s«ng TiÒn H×nh 1.

Coâng Trình caàu keânh ngang soá 2- beán Bình Doâng Học viên: Vũ Văn Hậu Page 4 Luận văn thạc sĩ Hình 1. S¹c lë g©y g·y mãng c«ng tr×nh t¹i huyÖn nhµ BÌ 1. Một số đặc điểm cấu tạo và sử dụng hệ tường cọc cừ: 1. Giôùi thieäu chung: Töôøng cõ duøng ñeå choáng laïi aùp löïc ngang do ñaát, nöôùc vaø caùc taûi troïng phía treân gaây ra vaø ñaït traïng thaùi oån ñònh nhôø söùc choáng ngang cuûa ñaát phía tröôùc cuûa ñaát phía tröôùc töôøng khi töôøng cõ haï saâu xuoáng ñaát vaø nhôø caùc heä thoáng neo phía sau töôøng.

Vaät lieäu cheá taïo töôøng cõ thöôøng laø theùp hay beâ toâng döï öùng löïc tröôùc.Caùc tieát dieän ngang cuûa töôøng raát ña daïng nhaèm cho töôøng coù khaû naêng chòu uoán cao vôi dieän tích tieát dieän ngang nhoû. Töôøng cõ ñöôïc öùng duïng khaù phoå bieán trong caùc coâng trình caûng, beán taøu, töôøng chaén, ñeâ chaén soùng, taàng haàm caùc nhaø cao taàng …. Moät soá coâng trình söû duïng heä töôøng cõ: * Coâng trình beán caûng caäp taøu: Xaây döïng ôû nhöõng beán caûng saâu, quy moâ xaây döïng lôùn, söû duïng heä töôøng coïc baûn theùp (Iarsen) coù heä thoáng neo. Học viên: Vũ Văn Hậu Page 5 Luận văn thạc sĩ Hình 1.5 S¬ ®å cÊu t¹o hÖ têng Cõ * Coâng trình baûo veä bôø soâng keø Khai Loâng– Caàn thô coù chieàu daøi tuyeán keø L=1.

+ Coù vaûi ñòa kyõ thuaät caùch löng töôøng beâtoâng coát theùp vôùi khoái ñaát ñaép phía sau. + Coù baûn giaèng beâtoâng coát theùp tieát dieän T. + Coù daàm giaèng beâtoâng coát theùp vaø coïc neo beâtoâng coát theùp. + Beân döôùi töôøng chaén beâtoâng coát theùp coù coïc beâtoâng coát theùp ñoùng beân döôùi 2-3m- Coâng trình xaây döïng töôøng keø choáng saït lôû bôø soâng taïi ñöôøng Nguyeãn Coâng Tröù– Thò xaõ Raïch Giaù - Tænh Kieân Giang.

S¹c lë ®êng NguyÔn C«ng Trø thÞ trÇn R¹ch Học viên: Vũ Văn Hậu Page 6 Luận văn thạc sĩ Hình 1. X©y dùng têng kÌ chèng s¹c lë t¹i ®êng NguyÔn C«ng Trø * Coâng trình Nhaø Maùy Nhieät Ñieän Phuù Myõ I huyeän Taân Thaønh Tænh Baø Ròa Vuõng Taøu vôùi haïng muïc keânh daãn nöôùc cuûa nhaø maùy chieàu daøi treân 1.000 m, chieàu roäng 45m chieàu saâu 8.7m * Coâng trình Phuù Myõ II Hình 1. Thi c«ng c«ng tr×nh Phó Mü 2 Học viên: Vũ Văn Hậu Page 7 Luận văn thạc sĩ Hình 1. B·i chÕ t¹o cäc cõ BTCT øng suÊt tríc 1.Tổng quan về lý thuyết tính toán hệ tường cọc cừ 1.

Theo tieâu chuaån Vieät Nam 22TCN 207-92: Theo tieâu chuaån naøy, ñoái vôùi caùc coâng trình töôøng cõ coù neo, ngöôøi ta chia thaønh hai loaïi töôøng cõ : 1. Töôøng meàm Bao goàm taát caû caùc coïc vaùn theùp vaø cõ BTCT coù tyû soá c/t  0,06. Trong ñoù: t - ñoä choân saâu cuûa töôøng ñöôïc tính toaùn vôùi giaû thieát töôøng ngaøm hoaøn toaøn. c - chieàu cao caáu kieän töôøng ñaõ tính ñoåi ra maët caét chöõ nhaät.1) Vôùi: J - moâmen quaùn tính cuûa caáu kieän töôøng BTCT.

b - kích thöôùc caáu kieän tính theo meùp tuyeán beán hoaëc keø.  - khoaûng hôû thieát keá giöõa caùc caáu kieän BTCT trong töôøng maët. nE - heä soá laáy baèng tæ soá giöõa moâ ñun ñaøn hoài ban ñaàu cuûa beâ toâng caáu kieän Học viên: Vũ Văn Hậu Page 8 Luận văn thạc sĩ Ñoái vôùi loaïi naøy, khi tính toaùn ngöôøi ta xem nhö töôøng ngaøm hoaøn toaøn hoaëc laø ngaøm moät phaàn( xem hình).10 – Töôøng cõ ngaøm hoaøn toaøn Vieäc tính toaùn tónh hoïc theo nhoùm traïng thaùi giôùi haïn I vaø II, thöïc hieän theo phöông phaùp ñoà giaûi, öùng vôùi taûi troïng treân 1m beà roäng töôøng thoâng qua vieäc döïng ña giaùc löïc vaø ña giaùc daây. Baèng tính toaùn naøy seõ xaùc ñònh ñöôïc ñoä saâu haï cöø vaø caùc noäi löïc taùc ñoäng treân 1m daøi töôøng (goàm moâmen uoán M, löïc caét Q vaø phaûn löïc thanh neo Ra).

Töôøng cöø coù ñoä cöùng lôùn: Bao goàm caùc cõ BTCT coù tyû soá c/t > 0,06 Khi tính toaùn ngöôøi ta seõ tính toaùn theo sô ñoà chaân töôøng dòch chuyeån töï do Hình 1. Töôøng cõ töïa töï do Học viên: Vũ Văn Hậu Page 9 Luận văn thạc sĩ Vieäc tính toaùn coù theå söû duïng phöông phaùp giaûi tích (cho tröôøng hôïp ñaát ñoàng nhaát), hoaëc phöông phaùp ñoà giaûi (cho moïi loaïi ñaát neàn). Tính toaùn tónh hoïc cho töôøng cöø meàm ngaøm hoaøn toaøn: Phöông phaùp ñoà giaûi: caùc noäi dung caàn thöïc hieän goàâm: 1) Giaû thieát ñoä saâu choân cöø t. 2) Döïng bieåu ñoà aùp löïc toång cuûa aùp löïc chuû ñoäng vaø bò ñoäng cuûa ñaát coù xeùt ñeán hoaït taûi.

Chuù yù: Tieâu chuaån quy ñònh khi tính toaùn aùp löïc ñaát theo lyù thuyeát coå ñieån, goùc ma saùt cuûa vaät lieäu ñaát ñaép  laáy nhö sau: - AÙp löïc chuû ñoäng:  = 0,5 ( ñoái vôùi töôøng maët, töôøng neo vaø baûn neo ). - AÙp löïc bò ñoäng: + Töôøng maët:  = 0,75 + Töôøng maët:  = 0,75 + Baûn neo:  = 0 Taûi troïng phaân boá cuûa bieåu ñoà toång caùc aùp löïc chuû ñoäng vaø bò ñoäng ñöôïc thay theá baèng caùc löïc taäp trung Pi. 3) Döïng bieåu ñoà ña giaùc löïc vaø ña giaùc daây töø caùc noäi löïc P i noùi treân. Ñöôøng kheùp kín cuûa ña giaùc daây ñöôïc veõ qua giao ñieåm cuûa truïc thanh neo vôùi tia thöù nhaát theo ñieàu kieän ñaûm baûo giaù trò baèng nhau cuûa moâmen uoán ôû nhòp vaø ôû ngaøm ( Mn = Mz ).

Tính toaùn tónh hoïc cho töôøng cöø coù ñoä cöùng cao theo phöông phaùp giaûi tích: Vieäc tính toaùn theo phöông phaùp naøy trong tröôøng hôïp giaû thieát chaân töôøng dòch chuyeån töï do caàn thöïc hieän caùc noäi dung chuû yeáu sau: 1) Veõ bieåu ñoà aùp löïc ñaát, aùp löïc nöôùc dö öùng vôùi ñoä saâu choân coïc baûn lyù thuyeát t0 (thoûa maõn giaû thieát chaân töôøng dòch chuyeån töï do). Học viên: Vũ Văn Hậu Page 10 Luận văn thạc sĩ 2) Laáy toång moâmen ñoái vôùi ñieåm neo, cho baèng 0 seõ ñöôïc phöông trình baäc ba ( tröôøng hôïp ñaát dính laø phöông trình baäc hai) ñoái vôùi t0. Giaûi phöông trình naøy seõ tìm ñöôïc ñoä saâu choân cöø lyù thuyeát t 0. Töø ñoù tìm ñöôïc ñoä saâu choân cöø thöïc teá : t = (1,21,4) t0.

3) Tìm moâmen lôùn nhaát trong coïc baûn baèng caùch tính moâmen taïi vò trí baát kì treân töôøng: M(x) = f(x) Giaûi phöông trình: seõ tìm ñöôïc giaù trò xmax öùng vôùi vò trí ñaït moâmen lôùn nhaát. Mmax= f(xmax) 4) Tìm löïc caêng daây neo Ra baèng caùch caân baèng löïc theo phöông ngang.