Bài giảng Bê tông cốt thép 2: Kết cấu tường chắn Nguyễn Hữu Anh Tuấn

19/01/2016

NGUYỄN HỮU ANH TUẤN

TÓM TẮT BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT 2

KẾT CẤU TƯỜNG CHẮN

Thời lượng: 5 tiết

tuannguyen@swin.edu.au

Leet, K. and Bernal, D. (1997). Reinforced concrete design, 3rd edn.,

McGraw-Hill

Mosley, W. H. and Bungey, J. H. (1987). Reinforced concrete design,

3rd edn., Macmillan Education.

Nilson, A., Darwin, D. and Dolan, C. (2010). Design of concrete

structures, McGraw-Hill.

Pillai, S. and Menon, D. (2005). Reinforced Concrete Design, 5th edn.,

McGraw-Hill.

Warner, R. F., Rangan, B., Hall, A. and Faulkes, K. (1998). Concrete

structures, Longman.

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

N.H.A.Tuan 1

19/01/2016

KHÁI QUÁT

Tường chắn được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đất hoặc có thể là vật liệu khác bằng cách giữ không cho chúng bị trượt khỏi cung trượt tự nhiên của chúng.

KHÁI QUÁT

Phân loại

- Tường chắn trọng lực: gạch đá, bê tông; hình khối lớn, dùng trọng lượng bản thân tường để đảm bảo ổn định; chủ yếu chịu nén; chiều cao thường không vượt 3m, không có cốt thép hoặc có ít cốt thép chịu co ngót và nhiệt độ.

- Tường chắn BTCT dạng mềm chịu nén uốn: bản thành và bản móng BTCT khá mỏng nên trọng lượng bản thân của tường không lớn. Độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên bản móng.

N.H.A.Tuan 2

19/01/2016

KHÁI QUÁT

- Tường công-xon không sườn: 2,5-6m; phổ biến, kinh tế, thi công đơn giản.

- Tường có sườn đứng: cao 6-7,5m; sườn đứng làm tăng độ cứng của thành tường và giúp thành tường làm việc như những ô bản liên tục.

Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn

KHÁI QUÁT

Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn

N.H.A.Tuan 3

19/01/2016

KHÁI QUÁT

BẢN MÓNG

b= (0,4-0,7)h ; phần móng trước (mũi) rộng = (0,3-0,4)b b giảm khi móng tựa lên nền đất tốt và khi khối đất cần chắn là cát hoặc sỏi; b tăng khi nền đất dưới đáy móng và lớp đất cần chắn có chất lượng thấp,

hoặc khi có hoạt tải tác dụng trên mặt đất gần đỉnh tường.

Xác định sơ bộ các kích thước chính

KHÁI QUÁT

Bố trí chốt chống trượt

(cid:1)Chiều dày bản móng:

- Tường không sườn: (1/12-1/8) h - Tường có sườn:

h/30

(cid:1)Có thể bố trí chốt chống trượt để tăng áp lực bị động

Xác định sơ bộ các kích thước chính

N.H.A.Tuan 4

19/01/2016

KHÁI QUÁT

BẢN THÀNH Chiều dày thành tường tại đáy thường lớn hơn chiều dày ở đỉnh

tường. Khi h ≤ 3m có thể không thay đổi chiều dày bản thành. • Tường công-xon : dày (1/14 -1/10)h ở đáy; ≥ 200mm ở đỉnh. • Tường có sườn đứng: chiều dày bản thành ≈ h/40.

SƯỜN ĐỨNG

Khoảng cách

l ≈ h/2

( 2,18,0 ÷

) h

≈ l/10

Chiều dày

Xác định sơ bộ các kích thước chính

Các yêu cầu thiết kế tường chắn BTCT

(cid:1) Áp lực tiêu chuẩn dưới đáy móng không vượt quá cường độ tiêu chuẩn của nền đất; (cid:1) Ổn định về lật do áp lực tính toán gây ra; (cid:1) Ổn định về trượt do áp lực tính toán gây ra. (cid:1) Đảm bảo điều kiện cường độ cho các bộ phận của tường chắn . (cid:1) Thoát nước: bố trí các lỗ thoát nước đường kính 100mm phân bố cách khoảng từ 1,5 đến 3m trên mặt thành tường, và ống tiêu nước có đường kính 150-200mm chạy dọc theo đáy tường có sỏi bao quanh

N.H.A.Tuan 5

19/01/2016

TẢI TRỌNG

• Tĩnh tải: trọng lượng tường, trọng lượng đất đắp trên bản đáy. • Hoạt tải dài hạn: áp lực ngang của đất và nước khi bão hòa nước. • Hoạt tải ngắn hạn: xe cộ, hàng hóa, người và máy móc thiết bị, vv…

Áp lực đất lên tường chắn

Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

hp a

h γ a

=ak

h γ a

1 1

sin sin

− +

ϕ ϕ

1 2

n = 1,1-1,2 là hệ số độ tin cậy

Lớn hơn thực tế, không an toàn

Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang

N.H.A.Tuan 6

19/01/2016

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

cos

−

cos

−

  δ  

   

Ha = Pa cosδ

Áp lực chủ động khi mặt đất nằm nghiêng

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

nk h γ=1 a

nk h = γ s

hs =

p γ

hp as

hh γ a s

h γ a

a 1

1 2

khi có hoạt tải trên mặt đất

N.H.A.Tuan 7

19/01/2016

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

hh s

a 1

hh h 3 + s )s ( h h 2 3 +

h 2

  γ a 

  

Nếu hoạt tải tác dụng cách đỉnh tường một khoảng:

khi có hoạt tải trên mặt đất

TẢI TRỌNG

Áp lực đất lên tường chắn

=pk

1 1

sin sin

ϕ ϕ

+ −

'hk γ= p

hp p

hk γ p

1 2

Áp lực bị động

N.H.A.Tuan 8

19/01/2016

ỔN ĐỊNH LẬT

- Moment chống lật

xG i

∑=

- Moment gây lật

zHM =

- Điều kiện để tường không bị lật

≥

M M

-Lưu ý: • Có thể dùng điểm lật O1 thay cho O • Có thể lấy n = 0,9 cho G và 1,1-1,2 cho Ha • Kl không nhỏ hơn 1,5

ỔN ĐỊNH LẬT

0 ≤

ghe 0

e =0

M N

−

eGeGzHM + 44

( ) 3 eGG +

sGGGGGN +

−

e gh 0

Nz k

1 2

   

   

zGzGzGzGzG s+ 33 N

Xét ổn định về lật từ điều kiện ổn định giới hạn, có kể đến hệ số nền của nền đất dưới móng tường chắn:

N.H.A.Tuan 9

19/01/2016

ỔN ĐỊNH TRƯỢT

- Lực chống trượt

f là hệ số ma sát giữa đáy tường và đất

- Điều kiện để tường không bị trượt

≥

F H

Ktr không nhỏ hơn 1,3

ỔN ĐỊNH NỀN

c σ max,

min

N c b

e 6 b

  

  

c đ

R≤maxσ

min ≥cσ

hay

b 3/2

a ≤≤

e ≤ 0

Chọn kích thước móng sao cho điểm đặt hợp lực C nằm trong khoảng 1/3 giữa chiều rộng móng

N.H.A.Tuan 10

19/01/2016

Một số biện pháp tăng ổn định tường chắn

- Thay đổi loại đất đắp sau tường: tốt nhất là sử dụng loại đất rời có góc ma sát trong lớn nhằm giảm áp lực ngang - Tăng cường biện pháp thoát nước cho đất phía sau tường: bố trí rãnh thoát nước trên mặt, hệ thống thoát nước ngầm - Bổ sung các sườn ngang có thể đỡ thêm các khối đất nằm ngoài phạm vi móng tường. - Tạo mặt gồ ghề cho bản đáy tường chắn, bố trí đáy nghiêng về phía mặt sau tường hoặc bổ sung mấu (gờ, trụ, cọc ngắn) để tận dụng lực dính của đất nền ngay dưới bản đáy nhằm tăng khả năng chống trượt phẳng, chống lật cho tường chắn. - Sử dụng neo trong đất.

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN

Tính bản thành dạng công-xon

N.H.A.Tuan 11

19/01/2016

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN

Tính bản móng dạng công-xon

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN

Ví dụ bố trí cốt thép

N.H.A.Tuan 12

19/01/2016

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN

Xem mỗi sườn đứng là một công- xon được ngàm tại mặt móng, chịu tải trọng ngang (pa × l) với pa là áp lực đất chủ động và l là khoảng cách sườn

Tính sườn đứng

N.H.A.Tuan 13

19/01/2016

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN

Khi tính cốt thép dọc cho sườn, có thể kể một phần bản thành đóng vai trò cánh chịu nén và tham gia chịu lực cùng với sườn, tức là sườn đứng được tính như cấu kiện có tiết diện chữ T.

Tính sườn đứng

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN

Tính bản thành

N.H.A.Tuan 14

19/01/2016

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN

- Bản móng chịu tác dụng của phản lực đất nền cùng với trọng lượng đất đắp và hoạt tải bên trên. - Bản móng trước (I): tính như công-xon ngàm vào mép bản thành - Bản móng sau: phần (II) tính như bản hai phương ngàm ba cạnh vào bản thành và các sườn đứng; phần (III) chủ yếu chịu uốn theo phương dọc chiều dài tường, có thể được tính như một dầm liên tục gối lên các sườn đứng.

Bản móng

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Thiết kế một phương án tường chắn bê tông cốt thép nằm giữa hai cao trình đất chênh lệch nhau khoảng 3,5 m. Trên mặt đất có hoạt tải do trọng lượng của hàng hóa là p = 9 kPa, với phạm vi tác dụng kéo dài đến đỉnh tường. Hệ số ma sát giữa đáy móng và đất là f = 0,5. Đất có trọng lượng riêng γ=18 kN/m3, góc ma sát trong ϕ=300. Nền đất dưới móng có cường độ tiêu chuẩn là 100 kPa và hệ số nền là 8000 kN/m3.

Đề bài

N.H.A.Tuan 15

19/01/2016

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Giải tóm tắt Dự kiến dùng tường chắn BTCT dạng công-xon như hình vẽ. {SV cần trình bày cụ thể cách chọn sơ bộ kích thước các bộ phận của tường chắn}

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Giải tóm tắt

Tải trọng tác dụng Xét một đoạn tường điển hình dài 1m, bỏ qua ảnh hưởng của lớp đất

mỏng nằm phía trước ngực tường (bị động).

G1 = 26,25 kN; x1 = 1,05 m; z1 = 2,05 m G2 = 22,5 kN; x2 = 1,5 m; z2 = 0,15 m G3 = 113,4 kN; x3 = 2,1 m; z3 = 2,05 m G4 = 16,2 kN; xs = 2,1 m; zs = 3,8 m ΣGi = 178,35 kN;

ka = 1/3 Ha = 54,72 kN za = 1,40 m

N.H.A.Tuan 16

19/01/2016