Giáo trình Bến cảng trên nền đất yếu: Phần 2

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 36
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 cuốn giáo trình "Bến cảng trên nền đất yếu" tiếp tục đề cập đến: Các giải pháp kết cấu cầu tàu trên nền đất yếu, tính toán ổn định tổng thể công trình, tính toán Lực kháng trượt của cọc. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn đang học bộ môn Cảng-Đường thuỷ của trường Đại học Xây dựng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Bến cảng trên nền đất yếu: Phần 2

C hương 4 CÁC GIẢI PHÁP KẾT CÂU CẨU TÀU TRÊN NEN ĐÂT yêu 4.1. NHŨNG ĐẶC ĐIỂM N ổ i BẬT CỦA KẾT cấu cầ u tàu Tron ạ mọi trường hợp chọn giải pháp bến cầu tầu trên nền đất yếu, cầu tầu đài cao luôn có mặt; thậm chí còn được xếp vào loại giải pháp kết cấu bến khả thi nhất. Sở dĩ có được ưu việt này bới lẽ kết cấu cầu tầu có Iihũ'112 đặc điểm nổi bật sau: - La một loại két cấu nhẹ. tốn ít vật liệu xâv dựna so với các loại kết cấu bến trọng lực thặm chí ít hon cá so với kết cấu bến tường cừ và bến mái nghiêng. Kết cấu bến cầu táu nói chung, đặc biệt loại kết cấu cầu tầu đài mềm chú yếu bao gồm các Ihanh dài mans. các tấm móng. Nếu các cấu kiện BTCT dự ứng lực thì trọng lượng bản thân còn íỉiám hơn. ơ một sô nước công nghiệp tiên tiến toàn bộ các cấu kiện cầu tầu đều là cấu kiên BTCT dự ứng lực hoặc được kết hợp cấu kiện BTCT xen lẫn với cấu kiện ihép có cường độ cao. - Các cấu kiện chính cúa kết cấu bến cầu tầu đài cao phẩn lớn được chế lạo sẵn ớ các nhà máy cán thép và các nhà máy sản xuất cấu kiện BTCT. Vì vậy các kích thước chính cùa tù'112 câu kiện có mức độ chính xác cao và trọng lượng bản thân nằm trong khuôn khổ quv định được tiêu chuẩn hóa, được định hình cụ thể. Nói một cách khác kết cấu cẩu tầu mang tính cổng nghệp cao; các cấu kiện được chế tạo bằng các công nghệ cao, hiện đại, liên tục được cái tiến. Có thể chế tạo được hàng loạt sản phẩm có chất lượng cao theo đúng quy trình quv phạm đáp ứng được mọi nhu cầu của khách hàng. - Cấu táu đài cao là kết cấu bến dễ thi công; mọi công đoạn chính được thực hiện trên các phương tiện nổi: tàu đóng cọc, ponton chở các thiết bị vật liệu. Do đó không phái xây lãp dè quai. ít phái sử dụne thợ lặn. Điều này kéo theo giảm thời gian thi công, tận dụng dược các tháng lliừi tiết vên lặne của biển, Iránh được các giai đoạn gió bão to. Từ dó eóp phấn giám giá thành công trình nhất là đối với các bến cảng nằm xa đất liền, ở các dáo xa naoài biến hớ; Đồng thời kéo theo giá thành công trình giảm. - Thè ổn định cúa cầu tầu đài cao được tạo bởi ma sát giữa cọc và đất, bới sức chốiiR (áp lực bị động) cúa đất. Đối với nền đất yếu tổng các ứng suất ở mũi cọc rất nhó có thể coi bàns khổng, cho nên đé tăng ma sát hoặc tăng chiều sâu đóng cọc hoặc tăng chu vi cọc (cọc phình, cọc xoắn, tiết diện vành khuyên v.v...). Đây là điểu dễ xử lý khi các số liệu kháo sát địa chất cúa các lỗ khoan chưa đú hoặc thiếu chính xác. 104
- Đới với các bến nước sáu với các dặc điểm trên, cầu tầu vẫn luôn đứng vào hàng các Hiái pháp được chọn. Nhát là khi bến chịu tác dụng cúa tai trọng sóng, dòng chảy thì các cọc sóp phần làm suv aiám áp lực nsang thậm chí cả áp lực đấy nổi của sóng. Sóng đi qua các cọc luôn tạo thành dònạ chảy bao làm cho sónạ phản xạ rất ít, chỉ lướt qua hoặc tràn qua các cấu kiện và bị chiết siám nhiều. Tóm lại với 5 đặc điểm nổi bật trên đây của kết cấu câu tàu đài cao đã tạo nên thế dứng của nó trong việc chọn aiải pháp kết cấu bến trên nén đât vếu. 4 2. CÁC LOAI KẾT CÂU CÀU TAU dừng cho nen đất yêu Trẽn báng 4-1 dã thống kê tương dôi đáv đủ các loại kết câu cầu tầu ở trên thế giới đã úìiíỉ dụng cho nén đất vếu. Báng 4-1. Các so đổ nguyên tấc và kết cấu cáu tầu trên nền đất yếu ri Sơ đỏ cấu tao Ghi chú 3 1 ị Cầu lầu cọc rất dai (£ồ) - Đâ> là bốn dược xây dựng ở M4 Cioethei borg - Thụy Điển. - Cọc gò nối khớp dài tới 45m gấp 5+6 lán chiều dài tư do. - Mồi đoan gỗ dài 8-ỉ-lOm. - Tuổi Ihọ không cao, thích nghi với tàu nho và ríac động mực nước không đáng kể. Cầu tàu bằng cọc trụ ông dài gồm nhicu đốt - Bến đư ơ c xây dựng ở cảng Odesa trên 3.25 5.5 5.5 5.5 3,25 bùn cháy và sét chảy. - Cọc dai rái 36m, gồm 5 dốt: D - 1 ,6 m v à c h i é u d à i t ố i d a c ủ a đ ó t là /= 12m - Chiều dáv urờng cọc 12-Hl5cm. - Tận clụne được ma sát phía trong lòng ống. ~TTT\_ \ - Đây là kít cấu hiện đại có độ bển cao. tr/ ' ÍLL. '/* ÍÍJ-l m: i Uạ+ . ^ ■ÍSŨLU ỵ. 0' o ' LlJ * ' L u * - ; Ld.':.»UJ •.;*.■■■ 105
Cẩu tầu cọc lãng trụ BTCT có bước ngắn - Loại kết cấu nàv rất phổ biến. - Cấu tạo địa chất gồm 3 lớp: + Lớp l: bùn sét chảy; + Lớp 2: á sét chảy; + Lớp 3: cát mịn, - Tất cả các cọc BTCT ứng suất trước không phân đoạn. - Không có dám, nên trọng lượng đài giảm đáng kể. Cầu tầu bàng cọc xoắn thép - Chiều dầy lớp đất yếu có thế tới (25+30)m. - Cọc ống thép dày 12min. II nti *?? * Đường kính xoắn D - 2,2m. u M 1I'1 1 > "1 "M; *"' " i1 " I1 " "1í'1 "" - Đài (2) và bản (I) dều bằng BTCĨ. 1. \\11 ì» í' 1! "'1 "" 11 "1' ‘I !! ‘‘ > II 'I !l '! n V, -ỈẴ9 Cầu tầu coc phình BTCT - Cùng với cọc xoắn, cọc phình là loại +2.75 +2.78 cọc treo, chỏ phình gấp 2 lần chiều 0 rộng cọc. - Chi làm phình ở hai phía irong cùng mặt phẳng ngang của cọc. - Sau khi dóng cọc xong, phải từ ỈCH-30 Iigày đêm mới được thị công các cấu kiện ở đầu cọc. Cầu tầu đặt trên nền bùn 2 đã thav thế bằng cát - Lớp bùn 2 hầu nhu dược thay thế bằng K.5__^ lớp cát 1. Các lớp còn lại: á sét 3, sét 4. * A-í- - Đài bằng bản BTCT không dầm. - Lớp cát 1 thay thế phải là cát biến, nếu bến xây dựng ngoài biển. Cầu tầu có chiều rộng bến lớn và mái dốc thoải * Lớp bùn chảy 3 và sét, bùn 5 khá dày +3J3 trải suốt theo mật cắt nganạ của bến. - Chiểu rộng của bến B = 52,5 m được dặt trên hàng cọc trụ ống BTCT. - Bến được xây dựng ở cảnií Be lavan - ầ m Indonesia. y5 16.67 6.67 [ 6.67 6.67 [6.67 525 106
_______ 3________________ cáu tẩu cừ trước xúi các cọc ôna thép có cánh - Mỗi cọc ống thép có 4 cánh ở mũi. +5.6 - Cừ trước là cừ Larsen. - Đã được xây dựng ở cảng Humburg - Đức. b r - Lắp ráp đài ngay khỉ đóng cọc xong. -A ĩ í, Cáu táu cừ trước với các giếng cát - Kết cấu gồm cừ thép 1, c ọ c lăng trụ BTCT ứng suất trước 2, các giếng cát 3, lớp bùn 4, lớp cát 5. - Khoảng cách giữa các giếng cát / = 3-r4m. - Tất cả cọc và cừ đều đóng sâu đến lớp cát 5. 10 Cấu tàu cừ trước xiên, cọc neo xiên có chạng - Chiều cao trước bến không lớn, mực + 1.4 nước thay đổi nhỏ. - Cọc và cừ càng xiên càng ổn định. - Chạng của cọc neo xiên nằm ở lớp đất tốt nhất. Cáu tàu có neo và trụ tựa độc lập - Kết cấu cẩu tàu bằng hệ thanh giằng và bằng cọc gỗ đóng thẳng đứng. - Thanh neo thép, neo vào thanh giằng dưới của đài. Cẩu tàu cừ kép trước, cừ sau dơn, cùng với các - Dùng cho bến nước sâu có chiều sâu coc có cánh trước bến H > 20m. - Hai cừ kép trước và cừ sau đều bằng thép. - Dầm xiên có tác dụng như một thanh neo. - Các cọc thép có cánh ở cả 4 phía. 107
4.3. GIẢI BÀI TOÁN CẦU TÀU ĐÀI CAO THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÀN DẺO 4.3.1. Nêu vấn đề Đứng về mặt cơ học ta thấy các phương pháp giải cầu tàu hiện nay chủ vếu theo lý thuyết đàn hổi, tuân thủ theo định luật Hook - tức là theo nguyên tắc cộng tác dụng. Khi tái trọng tác dụng lên các lớp đất yếu thì quá rtình cố kết xảy ra khá lâu hàng tháng thậm chí hàne năm. VI vậy các cấu kiện và nền có thể đồng thời hoặc không làm việc vượt ra khói trạng thái đàn hồi; tiến sang đàn - dẻo. Do đó giải cầu tầu trên nền đất yếu đúng nhất phải đưa về bài toán đàn dẻo. Vấn đề đàn dẻo ở đây phải xét hai khía cạnh: - Đàn dẻo của vật liệu chế tạo cọc (các thanh đứng và xiên) của thanh ngang (dầm, đài. thanh giằng). Chúng ta có thế phân biệt hai trạng thái đàn hổi và đàn dẻo trẽn hình 4 - la. b cúa ứng suất - biến dạng và tải trọng - chuyển vị. Trong đàn déo khi giám tái trọng (hình 4 -lb ) chưyển vị vẫn tiếp tục tăng. Nếu tại một tiết diện nào đó của kết cấu chuyển từ đàn hổi sang đàn dẻo, tức là có khả năng xuất hiện "khớp déo"; mỏmen nội lực đạt tới giới hạn. Khi tiết diện đó là hình chữ nhật thì biểu đồ ứng suất chuyển đổi được điền tả trên hình 4-2. ơ p p A H ình 4-1: Trạng tliái làiìì việc cúư vật liệu a) Vật liệu đàn hồi lý tưởnq; bị Vặí liệu tỉùìĩ deo Giá trị mômen giới hạn M gh có thể xác định theo công thức Bochmam: (4-1) 108
Trong đó: V - hệ số an toàn, 1,3^ 1,7; M ,h - Mômen tính toán cho phép ứng với vật liệu ch ế tạo cấu kiện đó; M ,h = m.k.ơ.w (4-2) m - hệ số diều kiện làm việc: m = 0,9+1,0; k - hộ số đồng nhất, 0,85-^0,90; ơ - ứng suất uốn cho phép của vật liệu; w - mômen kháng uốn của tiết diện. ơ G r / G a) b) c) Hình 4-2: Biểu đồ ứng suất theo trạng thái làm việc của vật liệu a) Mặt cắt tiết diện; b) Biểu đồ ứng suất ỏ trạng thái đàn hồi; c) Biểu đồ ứng suất ở trụng thái đàn - dẻo - Đàn dẻo của nền - lức là nó bắt đầu đạt tới trạng thái phá hoại; nền được huy động đến mức tối đa sức chống của nó, trước hết đối với vùng đất yếu mà cọc hoặc cừ đi qua. Trong phạm vi một đoạn chiều dài AI của cọc hoặc cừ, sức chống giới hạn của nền được xác định theo công thức: N h = ơp.A/. d . K n ; (4-3) Trong đó: ơ p - cường độ sức chống của đất đá tại vị trí tính toán; đ - đường kính hay chiều rộng cọc; K n - hệ số làm việc không gian của cọc: K n > 1,0. Tóm lại, giải bài toán đàn dẻo của cầu tàu phải đưa thêm vào thuật toán giải hai đại lượng M uh và N„h . Vấn đề còn lại là dự báo các mặt cắt có khả năng xuất hiện các 109
khớp dẻo. Đối với mỗi sơ đồ cụ thể và mỗi tổ họp tải trọng tính toán khác nhau sẽ phải tiên đoán để xác định M gh hoặc N gh. 4.3.2. Sơ đồ tính của cầu tàu cho bài toán đàn dẻo Khoảng những năm 70 của thế kỷ 20, Đài tiến sỹ Schaeffner lần đầu tiên đề ra sơ đồ tính cho cầu tầu theo đàn dẻo; đó là sơ đồ cọc nối với đất bằng nhiều các thanh liên cừ kết khớp hai đầu (hình 4-3). So với tất cả các sơ đồ giải cầu tàu AI (khớp của cọc trong đất, ngàm chặt chân cọc và ngàm đàn hồi chân cọc) sơ đồ này có các ưu việt sau: - Cho ta đầy đủ nội lực (M, Q, N) và chuyển vị - biến dạng của toàn bộ chiều H ình 4-3: Sơ đồ giải khung cầu tầu dài cọc hoặc cừ; không bị hạn chế tới cho bải toán đàn dẻo điểm khớp, điểm ngàm, điểm ngàm đàn hồi của các sơ đồ khác. Điều này rất có ý nghĩa đối với cọc hoặc cừ bị chôn vào các lớp đất yếu và cực yếu, nhất là phạm vi đoạn chân cọc. - Giải đồng thời bài toán cừ (cừ trước, cừ sau) không phải tách cừ ra thành hai bài toán riêng biệt. Nếu cừ trước hoặc cừ sau được găn cứng hoặc khớp vào đài, bao giờ cũng phải làm việc đồng thời với các hàng cọc hoặc với các cấu kiện khác (trụ, dầm, bản, vòi voi ...)• Như vậy mức độ chính xác sẽ cao hơn đối với việc tách thành hai bài toán (giải khung và giải cừ). - Không cần phân biệt khái niệm muôn thuở cầu tầu đài cứng, đài mềm, đài không cứng như đối với các sơ đồ khác. Các cấu kiện có độ cứng bất kỳ; thậm chí tiết diện thay đổi đối với một cấu kiện. Sơ đồ này cho ghép lồng các giá trị M gh; N h trong thuật toán giải cầu tàu. Vấn để là thuật toán có minh chứng được sự bất hợp lý ở những chỗ bất hợp lý đã chọn (những đoạn cọc, đoạn cừ đi qua các lóp đất yếu nhất là trong các lớp đất mà cọc bị chôn sâu hoặc phát hiện các tiết diện đã chọn chưa đủ độ bền - vùng xuất hiện các khớp dẻo). - Về mặt phức tạo thì giải bài toán theo sơ đồ này sẽ khó khăn hơn nhiều so với các sơ đồ tính toán trước đây. Song điều này đã có sẵn các chương trình phần mềm thương mại hỗ trợ bài toán. Vấn đề là tìm cách lồng ghép M gh ; N gh tính theo hai công thức (4-2) và (4-3) vào dạng tải trọng nào khi đưa số liệu vào chương trình. 110
4.3.3. Hình học hoá các thanh liên kết khớp hai đầu Tổng quát giải bài toán cầu tàu đài cao là phải thực hiện một cổng đoạn chuyển đổi từ bài toán cơ học kết cấu cộng với bài toán cơ học đất thành bài toán cơ học kết cấu thuần tuý, sau đó áp dụng một trong những phương pháp cơ bản của cơ học kết cấu để giải (phương pháp chuyển vị, phương pháp ỉực, phương pháp hỗn hợp...). Hình học hoá các thanh liên kết khớp hai đầu, chính là thực hiện công đoạn chuyển đổi trên. Có hai loại thanh liên kết khớp hai đầu: thanh nằm ngang và thanh thẳng đứng (hoặc thanh xiên). Do đó hình học hoá liêng biệt cho hai loại; tức là xác định các kích thước hình học cho các thanh liên kết đó. a) Đối với các thanh nằm ngang Vì thanh khớp hai đầu, nên không có inỏmen và lực cắt. chỉ có lực kéo hoặc lực nén nên hệ số đàn hồi có thể tính theo: K = Cr d. A/; (4-4) Trong đó: C x - hệ số nền ngang; d - đường kính thanh (luôn giá thiết thanh có tiét dien trôn); A/ - khoảng cách giữa các thanh liên kết ngang ('hình 4-3); có thể lấy tuỳ ý càng nhỏ thì hệ số thanh liên kết càng nhicu và mức độ chính xác càng cao. Theo kinh nghiêm thì A/ ^ (l-f4)m: thường chọn A/ - (2 ^ ) m . Từ công thức (4-4) dễ dàng xác định được các tiết diện F của thanh: Trong đó: / - chiểu dài thanh; từ các bài toán thử nghiệm tính nhiểu lần nên lấy / w lOO+lOOOm E - mô đun biến dạng nên lấy bằng mô đun biến dạng của vật liệu chế tạo cọc hoặc cừ mà thanh liên kết gắn vào. Trong tính toán đôi khi còn cần đến mômen quán tính J. Cũng từ các bài toán thừ nghiệm nên lấv J = 10 4m4. b) Đ ôi với các thanh liên kết thẳng đứnạ Đối với mỗi cọc hoặc mỗi cừ chỉ có thể đặt được một thanh liên kết đứng khớp hai đầu; do đó Àl không có ý nghĩa. Vì Vày hệ sô' đàn hồi không xác định theo cóng thức (4-4) mà xác định theo công thức kiến nghị sau: 111
K = Cv (4-6) Các đại lượng còn lại E; /; J: cũng lấy tương tự đối với các thanh liên kết nằm ngang; còn diện tích tính theo: _ c.. / F= (4-7) E C v - hệ số nền theo phương thẳng đứng. 4.3.4. Xác định các hệ sô nền a) Hệ s ố nền ngang Cx Nếu nền đồng nhất theo chiều sâu chôn cừ hoặc cọc, biểu đồ phân bố hệ sô' nền được biểu diễn theo các sơ đồ trên hình 4-4. Hình 4-4: Phân bô các biểu đồ hệ số nền ngang a) Hàng sỏ; b) Hình thang; c) P ar a bo l; d) Hy pe bo ỉ Bốn biểu đồ a, b, c, d trên hình 4-4 có thể viết dưới dạng biểu thức tổng quát sau: ' / \n X V1; Trong đó: a ; p ; n là các thông số: - Đối với biểu đồ a: a = 1; n = 0; p = 0; - ĐỐI với biểu đồ b: n = 1; a ; |3 là các hàng số; - Đối với biểu đồ c: n = 2 ; a ; |3 là các hàng số; - Đối với biểu đồ d: n = —; a ; p là các hàng số. 112
1 rong thực tế rất ít khi gặp nền đồng nhất mà thường xuyên cầu tàu thi công trong nền nhiều lớp. Do đó khó vận dụng một trong những biểu đồ trên hình 4-4. Vì vậy Cx được kiến nahị xác định theo: (4-8') k ./ _ C x.d.A/./_ Ey.A/./ ~Ẽ~ E ~ E E V.A/./ r = ---------- (4-9) E b ) H ệ s ô ' n é n th ẳ ììíị (ỈIÌIIÍỊ C’j, Nếu tấm bán đật nằm trẽn mặt đất (như tấm tà vẹt, tấm BTCT phủ mặt, bản đ á y ...) thì hê số nền tháng đứng Cv có thể xác định theo nhiều phương pháp; chẳng hạn như phưottg pháp VVinkler, phương pháp S h e r i í '. S o n g ở đây mũi cọc, mũi cừ có tiết diện nhỏ; Do đỗ phái xác định Cv theo lực thứ giới hạn, tức là lực thử đối với độ chối bằng một đơn vị: (4-10) Trong đó: F - tiết diện mũi cọc (m2); p„h - lực thử giới hạn đối với độ chối bằng một đơn vị (t/m). Pgh chỉ có thể lấy qua kết quá thử cọc. Theo kinh nghiệm thì nên Uív: p C v = —— =s 2,5.1 o 5 KHAn 3 cho môt coc vuông 40 X 40cm. F 4.3.5. Chọn thuật toán để giải bài toán đàn dẻo Ban đầu tiến hành giải cầu tàu cho một tổ hợp tải trọng cơ bản hoặc tổ hợp đặc biệt nào đó bằng một phương pháp với một phần mềm đã chọn; sau đó thêm vào các tải trọng giói hạn gồm: 113
- Các mômen giới hạn đặt ở một số đầu cọc - nơi dự báo có thể xuất hiện các khớp dẻo (nơi có tiết diện nhỏ và mômen lớn). - Các lực dọc giới hạn cho các thanh liên kết giả định nằm ở trong vùng đất yếu hơn (thường chỉ là các thanh liên kết ngang). Các tải trọng giới hạn này gọi là tải trọng phụ thêm, như vây nội lực trong tổ hơp tính toán chung ở một tiết diện bất kỳ nào đó có thể cho ta một trong hai kết quả: a) Kết quá của tính toán đàn hồi N > N gh (4-11) M > M gh (4-12) b) Kết quả của tính toán đàn dẻo N < N gh (4-13) M < M gh (4-14) Tại các tiết diện có kết quả đàn dẻo phải xem xéí độ vượt trội các nội lực: AN = N - N gh (4-15) AM = M -M gh (4-16) mà xử lý lại kết cấu bến (thay đổi tiết diện chọn vật liệu tốt hơn bền hơn) hoặc cải tạo nền (nén chặt, nạo vét, thay lớp đất tốt hơn) hoặc giảm bớt tải trọng ngoài tác dụng vào khung ngang của cầu tàu (làm giảm tải, xây thêm trụ giá đỡ độc lập, thay thiết bị đệm tàu...). 4.4. ÁP Lực ĐẤT LÊN c ọ c VÀ c ừ Lâu nay bài toán giải cầu tàu có cừ trước hoặc cừ sau thường chỉ xét áp lực đất tác dụng vào cừ bó qua áp lực đất tác dụng vào hàng cọc (hình 4-5). Có một số tác giả kể đến áp lực đất của cọc, song chỉ có một hoặc hai hàng cọc nằm sát cừ nhất. Đối với cầu tàu trên nền đất yếu nên giải bài toán cầu tàu có tất cả các tải trọng đất tác dụng vào hàng cọc, ù đất càng yếu cường độ áp lực chủ động càng lớn và sức chống
B 0 l ì ình 4-5: Sơ đồ để tinh áp lực đất lên cừ và cọc a) Tường cừ cọc neo xiên; b) cáu tầu cừ trước Có thẽ’ vận dụng phương pháp của Gurevish để xây dựng các biểu đô' áp lực đất chủ động lẻn cừ và các hàng cọc sau cừ theo 3 bước sau: /- Xác dinh cưởníị độ áp lực đất lên mặt plìẳnẹ giả định 0 - 0 ị hình 4-5) ơ = ( q + X y i- h , K ; (4-17) Trong đó: q - hoạt tải; Vị - dung trọng lớp đất thứ i; h| - chiểu dày lớp đất thử i; Ầa - hệ số áp lực chủ động Ằ.d nên lấy ứng với góc ma sát ngoài:
E Is - độ cứng cửa cừ (E - mô đun đàn hồi; I mômen quán tính); E Ic - độ cứng của cọc; n - số hàng cọc; a - bước cọc theo phương dọc bến; ơ c - cường độ áp lực đất của lăng thể đất nằm giữa cừ với màng chắn của hàng cọc thứ nhất; Có thể xác định theo nhiều phương pháp (đồ giải, gần đúng hoặc theo Iaxel (Nhật)), nếu tính theo Iaxel: ơ e = x a .q z (4-20) ^ = 4-Ydm + q a( l - m ) (4-21) A -z m=l-e A (4-22) A = ^ (4-23) f - hệ số ma sát: f atgcp ; (4-24) u - chu vi phía trong của lãng thể đất giữa cừ và màng chắn trong phạm vị bước cọc theo phương dọc; F - tiết diện lăng thê’ đất; q , - hoạt tải phân bô đều trên mặt; ơ', - cường độ áp lực đất chủ động phía trước cừ (từ cao trình đáy bến trở xuống) (theo Schaeffner). 3- Xúc định cườnỵ độ áp lực chú độnẹ của đất lên hàng cọc thứ i ơ i = ( ơ 0 - ơ e ) K c + ơ v; (4-25) Trong đó: K , - hằng số tỷ lệ của hàng cọc thứ i; K = ------ ^ ------ (4-26) L a.E.Is + n.EIc ơ v - cường độ áp lực thêm của đất do cọc nghiêng, gánh chịu một phần trọng lượng đất phía trên cọc: ơ v = ( q o + Z Y , - h , ) K o-s i n 2 a , (4-27) 116
0Cj - góc nghiêng của cọc so với phương thẳng đứng; K , - hệ số thực nghiệm: K 0 , 8 - 0 ,0 4 5 (4-28) d - đường kính cọc hoặc chiều rộng cọc; a - bước cọc theo phương dọc bến. Nếu giải cầu tàu với tất cá các tải trọng trực tiếp tác động vào hàng cọc thì nội lực cọc sẽ khác nhiều so với kết quả của các phương pháp giải không có tải trọng ngoài tác động vào cọc. Về áp lực bị đông của đất nền (bao gồm cả đất đổ sau cừ) cũng phải có trên tất cả các hàng cọc. Nếu một hàng cọc thứ i nào đó nằm ngoài khoảng cách giới hạn ak (hình 4-6) thì cọc đó sẽ chịu áp lực đất bị động đầy đủ. ak có thể xác định theo "Sổ tay cơ đất nển móng" (Grundbau - Taschenbuch), nó phụ thuộc vào tỷ số — (hình 4-6) và xác định băng đồ thị. Khi đó cường độ áp lực đất bị động được xác định theo: .0 a i (4-29) Với a. là khoảng cách từ cừ trước đến hàng cọc thứ i (hình 4-6). Hình 4-6: Sơ đồ giải thích công thức (4-29) Đối với cừ sau việc xác định các biểu đổ áp lực đất đơn giản; như mô tả trong các giáo trình đại học: nếu có mái dốc dưới gầm cầu tàu thì phải xác định mặt phẳng ngang 117
điều kiện trước khi xây dựng biểu đồ áp lực đất bị động của cừ sau. Mạt phẳng này có ý nghĩa như mặt đất tự nhiên nằm ngang được giả định. Nếu mái được gia cố lớp đá hộc hoặc đá dãm thì không nên COI đó là lớp đất để tính áp lực mà thay bằng lớp hoạt tải. 4.5. GIẢI BÀI TOÁN CẦU TÀU ĐÀI M EM th eo phư ơng ph á p cọ c N GÀM ĐÀN HỒI Các phương pháp giải cầu tầu với giả thiết cọc ngàm chặt trong đất (Antonov; Skuratov; Gerxevanov; Sherif; Smorodinski; Noetkenved v.v...) đều cho kết quả môm em ở điểm ngàm khá lớn; xấp xỉ bằng mômen ở đầu cọc (hình 4-7). Đối với nền đất yếu mà giả thiết chân cọc ngàm chặt khó chấp nhận, vì vậy GS Lê Đức Thắng kiến nghị thay điểm ngàm cứng (chặt) đó bằng ngàm đàn hồi, kèm theo một phương pháp với tên gọi "phương pháp tổng quát". 0,928 0,829 0,63 0,955 0,623 0,44 Hình 4-7: Các biểu đồ so sánh M với giả thiết cọc ttgàm chặt --------------- theo tính toán,---------------------- theo thực đo 4.5.1. Giả thiết, quy tác dấu, hệ cơ bản và hệ phương trình chính tắc Các giải thiết cơ bản tương tự như Skuratov, trừ chân cọc ngàm đàn hồi. Quy ước dấu hoàn toàn giống Antonov (hình 4-8), do đó n số nút với n liên kết chuyển vị thẳng đứng, n liên kết chuyển vị xoay và một liên kết chống chuyển vị ngang. Như vậy ta có hệ cơ bản của phương pháp trên Hình 4-8: Quy ước dấu cho hình 4-9b. Nếu ký hiệu: phả lì lực và cìatyển vị 118
Vj ; V2 :...........Vn - các chuyển vị thẳng đứng; 0)| ; co2 : .......... 0)n - các chuyển vị xoay; u - chuyến vị ngang của tất cả các nút; p ik - phan !uc đơn vị tai đỉnh cọc; rik - phản li’c đon VI rương ứng tại các liên kết giả định của hệ cơ bản; R ip - các phản lực do tải trọng ngoài tương ứng tại các liên kết giả định của hệ cơ bản thì ta có hệ phươntỉ trình ..'hình tắc gồm (2 n + 1 )phương trình: r ! I .V|' r Nfí^1 .0),1 + r V,Vo .V91 +... + r VI u.u + R VIpr = 0 1v2 r < v , -V l 4 r. •© ! + V ? - V 2 f •• + r o)i u - U + R (o , P rv: v,-Vi + rv2W| -Ứ>| + rv > v V 2 + - + rx, u.u + R V2p = 0 (4-30) rví! I .V,1 + rvvn(!)l .co,1 + rv v ns2 .V71 +... + [•,n ư„ .a + R v' n Fp = 0 r< V i - V I + ronM| -W| + r„V i -v : + + r„>nu -u + R (0 np = 0 ruv, -v > + « 1 + ‘ uv, -v : + •••+ ‘;,u-u + R ui> =: 0 Hình 4-9: Sơ dồ tính toán cầu táu dài mềm theo phương plìáp cọc ngàm đàn hồi a) Sơ đồ cấu tạo khung cầu táu; b) Hệ cơ bủn của phương pháp tổng quát Cũng tương tự hệ phương trình của Skuratov, mỗi phương trình ở đây chỉ có nhiều nhất 7 hệ sô rik # 0; mặc dù số nút của khung có trị số lớn bao nhiêu cũng vậy. Điều này có thể thấy ngay vì: =I 1 1 -2 = rv vi +2Vi = rv 'iv vi+2 = 0 =0 (4-31) rv,-2“ i rivi-2 ^vi+2toi r“ ivi+2 ^ 119
4.5.2. Xây dựng các phần tử mẫu Từ hệ cơ bản trên hình 4-9b ta thấy có hai loại phần tử mẫu: - Phần tử mẫu hai đầu ngàm cứng; - Phần tử mẫu một đầu ngàm cứng, một đầu ngàm đàn hồi. Trong mỗi phần tử mẫu phải xác định nội lực- mômen uốn và lực cắt do tải trọr.g ngoài và do chuyển vị cưỡng bức gây ra. a) Phẩn tử mẫu hai đẩu ngàm cứng Loại phần tử này đã cổ trong tất cả các tài liệu cơ học kết cấu và được oho ò bảng 4-2 và bảng 4-3, trong đó lưu ý: EI m; = Ỵ ; (4-32) Trong đó: E.I, - độ cứng chịu uốn của phần tử; /, - chiểu dài của thanh mẫu. Bảng 4-2. Nội dung phần tử mẫu 1 do tái trọng ngoài gây ra 120
B ảng 4-3. Nội dung phần tử mẫu 1 do chuyển vị cưỡng bức gây r a Sơ đổ tái ưọng M Ma Q. Q, I3 6 in 6m 12m I2 m IV - /: T T / í*J ' 6m 6m MẼ 2 IT1 ; T 4 m : /; b) Phần tử mẫu một dầu lỉiịàni cứnạ một đầu nqàm đàn hồi Để tìn hiểu nội lực trong phần tử mẫu 2 do tải trọng gây ra, ta dùng phương pháp lực. GS Lê Đức Thắng đã xây dựng hệ cơ bàn của phần tử mẫu này bằng cách thay đổi liên kết ngàn' bằng hai nội lực chưa biết là Q A và M A(hình 4-10) vói các quy ước dấu như hình 4-8 trên. Hệ cư hản này phải thoá mãn điểu kiện là chuyển vị ngang và chuyển vị xoay tại nút A cúa hộ phái báng chuyên vị ngang và xoay’ (một cách tương ứng) của hê thưc. ó) b> K ĨQ, Q. |B Í b H ình 4-10: Phàn tử mầu một đầu Iigàni cứiìí’ ìrột dầu ní>àin đàn liồi a) Sơ (ỉỏ mán Ịìliân í ử mu li 2; b) Hê cơ bán của mần phần tử 2; c) Hệ cơ bản cùa trường hợp lực tập trun g Đối výi trường hợp lực tập trung thì điều kiện thoả mãn trên được biểu diễn bằng hệ phương rình: Pb 2 o Q a + M (3a + 2b) - Q a + M a .s HM 3EI 2 EI 6 EI (4-33) L Pb2 -Q x + — M a - = Q a -Ôhh + M a .ỗ '^m 2EI EI A EI ỏ;K lí chuyến vị đơn vị của ngàm đàn hổi. Hệ phương trình (4-33) có thể rút gọn: A .Q a + B .M a - D p = 0 (4-34) B.QA +C .M A- E F = 0 121
Trong đó: A = V (4-35) S°HH 3EI V CO B= (4-36) 2EI c= — (4-37) EI Pb“ D„ = — (3, + 2 b ) (4-38) 6EI Pb 2 Ep - (4-39) 2EI Giải phươna trình (4-34)- D p C -E p C (4-40) A AC - B EpC DpC 1'a . ^ ^2 (4-41) A C -B - Nội lực tại đầu ngàm cứng: Q b - p - Qa (4-42) MB = MA + Qk -P b (4-43) Đối với trường hợp lực phân bố đều q và lực phân bố tam giác q() trên phần tử mẫu 2 cũng tiến hành tương tự như đối với lực p , ta cũng sẽ có các phương trình để tìm Q,x M a . Q r . M b cho trên bảng 4-4. Song mấu chốt còn p phải tìm các chuyển vị đơn vị của ngàm đàn hồi S"K ^ __ M, bao gồm: S‘^ H - chuvển \'Ị ngang do H , = 1 gây ra (hình 4-11); ôỊ!ịM - chuvẻn V ngang do M = 1 gâv ni S^H - chuyển vị xoay do H 0 = 1 gây ra t ỉ ỉ inh 4-11: Sa đồ cọc đơn xoav do M 0 = 1 gây ra; chịu lực ngang H0 và M a 122
Bảng 4-4: Nội dung trong phần tử mẫu 2 do tải trọng ngoài gây ra Các chuyển vị của đầu ngàm đàn hồi: 0‘Ùh ; ô‘ịlịM ; ô‘mH; S^M có thể xác định theo phương pháp Zavier với giả thiết nền biến dạng cục bộ (hệ số nền) mà xuất phát điểm của no dựa trên thông số ban đầu của Urban: Khi H 0 = 0: 1 (B 3D 4 - B 4D ,) + k h(B 2 D 4 - B 4 D2) « H H (4-44) a E I (A ,B 4 - A 4B3) + k h(A 2 B 4 - A 4B2) ’ 1 (A 3D 4 - A 4 D3) + k h(A 2 D 4 - A 4D 2) 8 ‘m h (4-45) a 2EI (A 3B 4 - A ^ O + M A ^ - A 4 B2) - Khi M.. = 1: _ 1 ( A Ạ - A 4C-,) + k h(A 2 C 4 - A 4C 2) _ °MM (4-46) ~ a E I (A 3 B 4 - A 4B3) + k h(A 2 B 4 - A 4 B2) ’ = 1 ( B Ạ - B4C 3) + k h(B 2 C 4 - B 4C 2) ỖHM (4-47) a 2EI (A_,B4 - A 4B 3 ) + k , ( A 2 B 4 - A 4B2) ; Trong đó: EI - độ cứng phần tử mẫu 2 : a - hệ số tính đổi Zavier. Muốn tìm a ta phải xác định theo công thức: 1 0 5 mb„ k= (4-48) EI 123