Chương 7: Tính toán móng cọc đài cao cứng

Chia sẻ: Nguyen Phuc Duc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

660
lượt xem 103
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Móng cọc đài cao cứng là loại móng cọc có đài nằm cao hơn mặt đất và có độ cứng lớn hơn nhiều so với độ cứng của cọc. Điều kiện khác nhau chủ yếu giữa móng cọc đài cao và móng cọc đài thấp là: đối với móng cọc đài thấp thì tải trọng ngang và momen được truyền qua đài cọc để tác dụng lên đất còn đối với móng cọc đài cao thì các tải trọng này chỉ truyền qua cọc ....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 7: Tính toán móng cọc đài cao cứng

CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN MÓNG C C ÀI CAO C N G 6.1 Khái ni m chung. Móng c c ài cao c ng là lo i móng c c có ài n m cao hơn m t c ng l n hơn t và có nhi u so v i c ng c a c c. i u ki n làm vi c khác nhau ch y u gi a móng c c ài cao và móng c c ài th p là: i v i móng c c ài th p thì t i tr ng ngang và momen ư c truy n qua ài c c tác d ng lên t, còn i v i móng c c ài cao thì các t i tr ng này ch truy n qua c c tác d ng lên t. Chính vì v y mà các c c trong móng c c ài cao làm vi c ch u u n rõ r t, và như th lư ng c t thép trong c c không ph i do tính toán v i t i tr ng trong quá trình v n chuy n và treo c c quy t nh như i v i c c dùng trong móng ài th p, mà ph n l n do tính toán v i h t i tr ng trong quá trình s d ng công trình quy t nh. Vì s làm vi c khác nhau như v y nên mong c c ài cao ư c tính toán ph c t p hơn nhi u so v i móng c c ài th p. M u ch t cơ b n trong khi tính toán móng c c ài cao là ph i thi t l p ư c m t sơ tính sau ó áp d ng các phương pháp quyen thu c trong cơ h c k t c u tìm t i tr ng tác d ng lên nh c c. Sau khi ã tìm t i tr ng t i nh c c r i t hì các tính toán khác cũng tương t như móng c c ài th p. Ngoài ra, i v i c c còn ph i tính toán ki m tra theo các i u ki n ã trình bày trong chương 5. m b o ài c c c ng cũng tương t như ã trình bày trong ph n c u Vi c c u t o móng c c t o móng c c ài th p. Hi n nay có r t nhi u phương pháp tính toán móng c c ài cao c ng. Trong chương này s trình bày m t cách t ng h p phương pháp chính xác có k n chuy n v th c c a c c và phương pháp g n úng coi c c có ngàm trư t t i chi u sâu nh t nh nào ó. 6.2 Phương pháp chính xác theo sơ ph ng. 6.2.1 Các gi thi t: - C c có liên k t ngàm c ng v i ài. t. Ngàm àn h i này ư c c trưng b ng các chuy n - C c có liên k t ngàm àn h i v i v ơn v c a c c t i v trí ngàm. ài c c coi như tuy t - i c ng. M i ti t di n c a c c coi như i x ng so v i tr c b t kỳ i qua tr ng tâm c a nó. - - M i ti t di n c a c c u ph ng sau khi ch u u n. M c ích c a vi c tính toán là xác nh các l c tác d ng lên nh m i c c g m có l c d c tr c xác nh các n i l c này ta dùng phương pháp chuy n Pn, l c th ng góc v i tr c Hn và momen Mn. v trong Cơ h c k t c u. 6.2.2 Thi t l p sơ tính: Gi thi t móng c c có m t b ng b trí c c như hình v . Các c c có c ng ch ng u n b n g nhau và b ng EJ. thi t l p sơ tính, ta ph i chi u n n c c lên 2 m t ph ng: m t p h ng XOZ và m t p h n g YOZ. 1
M i thanh trên sơ trên s i di n cho các c c có cùng hình chi u i di n b i thanh ó. Do u n c a các c c tương ng. c ng ch ng u n s b ng t ng 6.2.3 N i dung tính toán: Gi s có m t sơ móng c c ài cao như hình bên, do tác d ng c a t i tr ng, ài c c s có các chuy n v : chuy n v th ng ng, chuy n v n m ngang, chuy n v xoay. Gi s i m O c a áy ài có các chuy n v tương ng là v, u và w. Khi ài c c chuy n v t hì nh c c ư c liên k t c ng v i ài cũng có các chuy n v theo các phương tương ng. nh c c chuy n v s gây ra các n i l c trong c c. 2
ư c trình bày Xét riêng m t c c th n thì các n i l c trong c c do t ng chuy n v riêng r hình dư i ây: Như v y, m u ch t cơ b n c a bài toán này là ph i tìm ư c các thành ph n chuy n v c a m t i m nào ó thu c ài c c. T ó s xác nh ư c các chuy n v c a nh c c và l c tác d ng lên nh c c. Trư c tiên ta ký hi u các i lư ng sau: ∆I = chuy n v theo phương i c a nh c c th n, bao g m: ∆P = chuy n v d c tr c c a nh c c th n. ∆H = chuy n v th ng góc v i tr c c c c a nh c c th n. ∆M = chuy n v xoay c a nh c c th n. ρik = ph n l c ơn v t i i lư ng sau: nh c c (ph n l c do chuy n v gây ra), g m các ρPP = ph n l c theo phương d c tr c do ∆P = 1 gây ra; ρHH = ph n l c theo phương th ng góc v i tr c do ∆H = 1 gây ra; ρMH = ph n l c momen do ∆H = 1 gây ra; ρMM = ph n l c momen do ∆M = 1 gây ra; ρHM = ph n l c theo phương th ng góc v i tr c do ∆M = 1 gây ra; ơn v c a nh c c (chuy n v do l c b ng ơn v gây ra), bao g m: δik = chuy n v δPP = chuy n v theo phương d c tr c do Pn = 1 gây ra; δHH = chuy n v ngang theo phương th ng góc v i tr c do Hn = 1 gây ra; δHM = chuy n v theo phương th ng góc v i tr c Mn = 1 gây ra; δMM = chuy n v xoay do Mn = 1 gây ra; δMH = chuy n v xoay do Hn = 1 gây ra; 0 δ ik = chuy n v ơn v c a c c t i cao trình m t t, bao g m các 0 0 0 0 0 chuy n v δ PP , δ HH , δ MM , δ HM , δ MH . Dùng quy ư c d u dương c a chuy n v và t i tr ng tác d ng lên nh c c như hình bên thì t i tr ng t lên nh c c ư c xác nh theo phương trình sau â y: 3
Pn = ρ PP ∆ P (7.1) H n = ρ HH ∆ H − ρ HM ∆ M (7.2) M n = ρ MM ∆ M − ρ MH ∆ H (7.3) Như v y mu n xác nh Pn, Hn, Mn thì ph i bi t các chuy n v ∆i và các ph n l c ơn v ρik t i gi i quy t ư c bài toán này ta c n th c hi n các n i dung sau: nh c c. 0 nh quan h gi a δ ik và δ ik a. Xác 0 t tính toán δ ik và t i áy ài δ ik có quan h sau: ơn v c a c c t i m t Các chuy n v L0 0 δ PP = + δ PP (7.4) EF L3 + δ MM L2 + 2δ HM L0 + δ HH 0 0 0 δ HH = 0 (7.5) 0 3EI L0 0 δ MM = + δ MM (7.6) EI L2 0 0 δ HM = δ MH = 0 + δ MM L0 + δ HM (7.7) 2 EI Trong ó: L0 = chi u dài t do c a c c (t áy ài t i m t t tính toán). EF = c ng ch u nén c a ti t di n c c. EI = c ng ch u u n c a ti t di n c c. nh quan h gi a ρik và δ ik b. Xác N u dùng các ký hi u trên thì các chuy n v toàn b t i nh c c có th bi u di n theo các công th c sau â y: ∆ P = δ PP Pn (7.8a) ∆ H = δ HH H n − δ HM M n (7.8b) ∆ M = −δ MH H n + δ MM M n (7.8c) Các công th c (7.8) úng cho trư ng h p ∆I có tr s b t kỳ, vì v y cũng ph i úng cho trư ng h p ∆I có tr s b ng ơn v . Nh nh n xét này mà ta có th xác nh ư c q uan h gi a ρik và δik, vì khi ∆I = 4
1 thì Pn , Hn, Mn trong các công th c (7.8) chính là các ph n l c ơn v ρik tương ng. nh ρik xác ta dùng phương pháp c l p tác d ng như sau: Trư ng h p ch có chuy n v ∆p = 1 (còn ∆H = ∆M = 0). i v i trư ng h p này, Pn trong các công th c (7.8) chính là ρPP, còn Hn = 0 và Mn = 0. (7.8) ng v i trư ng h p này có d ng sau: 1 = ρ PPδ PP    0=0 (7.9)  0=0  ρ PP = 1 δ PP T ó rút ra: (7.10) Theo Zavriev thì δPP ư c xác nh theo công thưc sau ây: L0 + h kd δ PP = + (7.11) EF FCh Trong ó: L0 = chi u dài t do c a c c (t áy ài t i m t t tính toán). h= c m sâu c a c c trong t. E= c ng ch u nén c a ti t di n c c. n nh hư ng c a ph n l c t t i mũi c c, kd = h s k kd = d 5 (7.12) d = ư ng kính c c. t t i mũi c c. Ch = h s n n c a Trư ng h p ch có chuy n v ∆H = 1 (còn ∆P = ∆M = 0). i v i trư ng h p này, trong các công th c (7.8), Hn chính là ρHH, Mn chính là ρMH, còn Pn = 0. (7.8) ng v i trư ng h p này có d ng sau:  0=0  1 = δ HH ρ HH − δ HM ρ MH  (7.13) 0 = −δ MH ρ HH + δ MM ρ MH   Gi i h phương trình (7.13) s ư c: δ MM ρ HH = (7.14) 2 δ HH δ MM − δ HM δ HM ρ MH = (7.15) 2 δ HH δ MM − δ HM Trư ng h p ch có chuy n v ∆M = 1 (còn ∆P = ∆H = 0). i v i trư ng h p này, trong các công th c (7.8), Hn chính là ρHM, Mn chính là ρMM, còn Pn = 0. (7.8) ng v i trư ng h p này có d ng sau: 5
 0=0  0 = δ HH ρ HM − δ HM ρ MM  (7.16) 1 = −δ MM ρ HM + δ MM ρ MM   Gi i h phương trình (7.16) s ư c: δ HH ρMM = (7.17) 2 δ HH δ MM − δ HM δ HM ρ HM = (7.18) 2 δ HH δ MM − δ HM nh quan h gi a ∆i và v, u, w. c. Xác xác nh quan h này, ta xét các trư ng h p riêng r : khi ch có 1 thành ph n chuy n v c a ài c c, r i sau ó áp d ng nguyên lý c ng tác d ng. Vi c xác l p các quan h này ư c th c hi n d dàng t i u ki n hình h c hình dư i ây: Khi ài ch có chuy n v ng v: ∆ P = v. cos α n   ∆ H = −v.sin α n  (7.19)  ∆M = 0  αn = góc gi a tr c c c và tr c th ng Trong ó: ng. Khi ài ch có chuy n v ngang u: ∆ P = u. sin α n   ∆ H = u.cos α n  (7.20)  ∆M = 0  Khi ài ch có chuy n v xoay w: ∆ P = xnω cos α n   ∆ H = xnω.sin α n  (7.21)  ∆M = ω  Trong ó: xn = t a ca u c c. Như v y khi có c ba thành ph n chuy n v thì: 6
∆ P = u sin α n + ( v + xnω ) cos α n   ∆ H = u cos α n − ( v + xnω ) .sin α n  (7.22)  ∆M = ω  nh các thành ph n chuy n v v, u, w c a ài. d. Xác xác nh các chuy n v c a ài ta dùng phương pháp i v i khung siêu tĩnh trong Cơ h c k t c u. H cơ chuy n v b n c a phương pháp này ư c trình bày hình bên: H phương trình chính t c có d ng sau:  rvv v + rvu u + rvωω − N = 0  ruv v + ruu u + ruωω − H x = 0  (7.23) rωv v + rωu u + rωωω − M y = 0 Trong ó: rik = ph n l c ơn v t i các liên k t c a h cơ b n. Ch s i ch phương c a p h n l c, ch s k ch phương c a chuy n v ơn v gây ra ph n l c. N, Hx và My tương ng là l c ng, l c ngang và momen tác d ng lên móng, t i tr ng tâm á y ài. Mu n gi i h phương trình (7.23) tìm v, u, w thì ph i bi t các h s c a nó, t c là rik. â y s d ng phương pháp cân b ng tĩnh. N u c t t t c các c c và m i c c thay b ng các ph n l c, r i dùng phương pháp cân b ng tĩnh ta có các rik như sau: T hình trên, v i sơ a ta có:  n n rvv = ∑ ρ PP cos 2 α n + ∑ ρ HH sin 2 α n   1 1  n n ruv = ∑ ρ PP cos α n sin α n − ∑ ρ HH sin α n cos α n  (7.24)  1 1  n n n rωv = ∑ ρ PP cos 2 α n .xn + ∑ ρ HH sin 2 α n .xn + ∑ ρ MH sin α n   1 1 1 7
v i sơ b ta có:  n n ruu = ∑ ρ PP sin 2 α n + ∑ ρ HH cos 2 α n   1 1   rvu = ruv (7.25)  n n n rωu = ∑ ρ PP sin α n cos α n .xn − ∑ ρ MH cos α n .sin α n .xn − ∑ ρ HH cos α n    1 1 1 v i sơ c ta có:  n n n rωω = ∑ ( ρ HM + ρ HH xn sin α n ) sin α n xn + ∑ ρ PP xn cos 2 α n + ∑ ( ρ MM + ρ MH xn sin α n )  2  1 1 1   (7.26) ruω = rωu  rvω = rωv    Ký hi u: ρ0 = ρ PP − ρ HH (7.27) n (7.26) s có d ng ơn gi n hơn như sau: Khi ó các công th c t (7.24)  n n rvv = ∑ ρ0 cos 2 α n + ∑ ρ HH   1 1  n n ruu = ∑ ρ0 sin α n + ∑ ρ HH 2   1 1  n n n n rωω = ∑ ρ0 xn cos α n + ∑ ρ HH xn + 2∑ ρ HM xn sin α n + ∑ ρ MM  2 2 2  1 1 1 1  (7.28) n  rvu = ruv = ∑ ρ0 sin α n cos α n  1  n n  ruω = rωu = ∑ ρ0 xn sin α n cos α n − ∑ ρ MH cos α n  1 1  n n n  rvω = rωv = ∑ ρ0 xn cos α n + ∑ ρ HH xn + ∑ ρ MH xn sin α n 2   1 1 1 Trư ng h p móng c c có d ng i x ng thì m t vài s h ng rik s b ng 0, c th : ruv = rvu = rvw = rwv = 0 (7.29) Khi ó h phương trình chính t c có d ng:  rvv v − N = 0  ruu u + ruωω − H x = 0  (7.30) rωu u + rωωω − M y = 0   H trên th c ch t ch còn 2 phương trình c n gi i. 8
Trư ng h p móng c c ng thì các h s rik l i có d ng ơn i x ng mà l i ch g m các c c th ng gi n hơn nhi u:  n rvv = ∑ ρ PP   1  n ruu = ∑ ρ HH   1  (7.31) n n ruω = ∑ ρ PP xn + ∑ ρ MM  2  1 1  n  ruω = rωu = −∑ ρ MH   1 6.2.4 Trình t tính toán: Vi c tính toán móng c c ài cao c ng theo phương pháp chính xác ti n hành theo các b ư c sau: 0 nh δ ik c a c c theo m t trong các phương pháp ã trình bày trong chương 5. 1. Xác nh δ ik theo các công th c t (7.4) 2. Xác n (7.7). nh ρik theo các công th c t (7.10) 3. Xác n (7.16). 4. Xác nh các rik theo các công th c (7.28) ho c (7.31). 5. L p và gi i h p hương trình chính t c (5.23) ho c (5.30) tìm chuy n v c a ài. nh các chuy n v ∆I c a 6. Xác nh c c theo công th c (5.22). 7. Xác nh t i tr ng t vào nh c c theo các công th c t (5.1) n (5.3). 6.2.5 Các chú ý: 0 nh δ ik theo phương pháp Zavriev trình bày trong chương 5 thì chi u r ng tính toán Khi xác tính như sau: btt = k1k2 k3 d (7.32) Trong ó: d = ư ng kính c c. nh như trong chương 5. k1 , k2 xác n nh hư ng gi a các c c, xác nh như sau: k3 = h s k Khi Lp ≥ 0,6htt thì l y k3 = 1. - LP = kho ng cách gi a 2 mép trong c a 2 c c n m ngoài cùng trong m t ph ng ch u tác d ng l c. htt = 3 ( d + 1) (7.33) - Khi Lp < 0,6htt thì l y: 9
1 − k4 LP k3 = k 4 + (7.34) 0, 6 htt nh theo b ng dư i ây: k4 = h s , ph thu c s c c n trong móng, xác ≥4 n 1 2 3 k4 1 0,6 0,5 0,45 Có th b qua bư c th 6 b ng cách xác nh c c theo các công th c dư i ây: nh n i l c t i Pn = ρ PP u.sin α n + ( v + xnω ) cos α n  (7.35)   H n = ρ HH u.cos α n − ( v + xnω ) sin α n  − ρ HM ω (7.36)   M n = − ρ MH u.cos α n − ( v + xnω ) sin α n  + ρ MM ω (7.37)   6.3 Phương pháp g n úng. Phương pháp g n úng cũng d a vào các gi thi t ã nêu trong phương pháp chính xác, ch khác là thay gi thi t c c có liên k t ngàm àn h i v i t b ng các gi thi t sau â y: 1. Khi ch tính v i l c d c tr c Pn thì coi c c như m t thanh ch u nén có chi u dài LN tình t áy ài t i chi u sâu tương ng nào ó, LN ư c g i là chi u dài ch u nén tính toán c a c c. 2. Khi tính l c ngang Hn và momen Mn thì coi c c có liên k t ngàm trư t t i ti t di n nào ó n m sâu trong t, cách á y ài m t kho ng g i là chi u dài ch u u n tính toán LM. Trong trư ng h p này ta có th xác nh ngay các ph n l c ơn v ρik c a nh c c theo các công th c sau â y: ρ PP = EF LN (7.38) ρ HH = 12 EJ L3 (7.39) M ρ MM = 4EJ LM (7.40) ρ HM = ρ MH = 6EJ L2 (7.41) M Sau khi xác nh ư c ρik t hì vi c tính toán ti p theo ti n hành gi ng như p hương pháp chính xác. C th vi c tính toán móng c c ài cao c ng theo phương pháp g n úng i v i sơ p h ng ư c t i n hành theo trình t sau ây: 1. Xác nh chi u dài ch u nén tính toán LN và chi u dài ch u u n tính toán LM. nh các ph n l c ơn v ρik t i 2. Xác nh c c theo các công th c t (7.38) n (7.41). 3. Xác nh các ph n l c ơn v rik t i các liên k t c a h cơ b n theo công th c (7.28) ho c (7.31). 4. Gi i phương trình chính t c (7.23) ho c (7.30). 5. Xác nh t i tr ng t lên u c c theo các công th c t (5.1) n (5.3). 10
Vi c tính toán móng c c ài cao theo sơ g n ú ng ph i tính các kích thư c quy i c a c c: chi u dài ch u nén tính toán LN và chi u dài ch u u n tính toán LM c a c c. M t lưu ý r ng c LN và LM không th xác nh ư c chính xác, và hi n nay có r t nhi u cách tính khác nhau. Sau â y gi i thi u 1 cách tính. 6.3.1 Xác nh chi u dài ch u nén tính toán LN c a c c: Chi u dài ch u nén tính toán LN c a c c ph thu c vào tr s t i tr ng d c tr c và ph t hu c vào tính ch t c a n n t. Tr s LN ch ư c xác nh chính xác theo công th c sau ây: LN = SEF P (7.42) Trong ó: S = chuy n v th ng ng c a nh c c. EF = c ng ch ng nén c a ti t di n c c. P = t i tr ng tác d ng lên c c. Chuy n v th ng ng c a nh c c g m 3 p hân sau ây: S = S1 + S 2 + S3 (7.43) Trong ó: S1 = bi n d ng tuy t i c a o n c c n m trên m t t, xác nh d dàng theo công th c q uyen thu c: L0 P S1 = (7.44) EF L0 = chi u dài t do c a c c. S2 = bi n d ng tuy t i c a o n c c n m dư i t. Trong o n c c này, l c d c tr c không ph i là h ng s do s thay i c a l c ma sát xung quanh c c. N u bi t ư c quy lu t phân b c a l c ma sát thì S2 có th tính theo công th c sau: h 1 ∫ ( P − T ) dz S2 = (7.45) z EF 0 h = chi u dài o n c c c m trong t. Tz = l c ma sát c a t xung quanh c c, phân b theo m t q uy lu t nào ó theo sâu lún c a t t mũi c c tr xu ng. S3 = lún này g m 2 thành phân: m t p h n do l c ma sát c a t xung quanh c c và m t phân do ph n l c c a t mũi c c. Vì vi c xác nh chính xác quy lu t phân b l c ma sát c a t xung quanh c c d c theo sâu r t ph c t p nên vi c xác nh S2 và S3 r t khó khăn. Do ó hi n nay ngư i ta xác nh tr s LN m t cách g n úng như sau; á y ài t i mũi c c. - i v i c c ch ng, LN l y b ng chi u dài th c c a c c k t - i v i c c ma sát, xác nh theo công th c sau: kF LN = L0 + h + EF (7.47) Ch Fd 11
n nh hư ng c a kích thư c ti t di n á y c c, l y kF = h s kinh nghi m c a tk b ng 1/5 ư ng kính c c. t t i mũi c c. Ch = h s n n c a F = di n tích ti t di n áy c c, khi không có gì c bi t thì F = F. 6.3.2 Xác nh chi u dài ch u u n tính toán LM c a c c: Cũng như LN, chi u dìa ch u u n tính toán c a c c ph thu c t i tr ng tác d ng lên c c và ph c thu c vào tính ch t c a t n n. Hi n nay chưa có công th c lý thuy t nào xác nh chi u dài ch u u n tính toán vì khái ni m v t lý i lư ng này không rõ rang. Hi n nay LM ư c xác nh theo các công th c th c nghi m sau: v Khi h ≤ 2ηd - LM = L0 + 2ηd – 0,5h. Khi h > 2ηd - LM = L0 + ηd. Trong ó: h= sâu c a c c c , trong t. η = h s kinh nghi m, η = 5 ÷ 7 tùy theo t y u hay t t. d = ư ng kính c c. 12