Phân tích ngược kết quả thí nghiệm O-cell bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài nghiên cứu này sử dụng phần mềm PLAXIS 2D để mô phỏng số của thí nghiệm O-cell và thí nghiệm tĩnh cọc. Qua sự so sánh giữa kết quả tính toán và dữ liệu đo được tại hiện trường cho thấy thí nghiệm tế bào Osterberg có thể thay thế tốt cho thí nghiệm tải trọng cọc thông thường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích ngược kết quả thí nghiệm O-cell bằng phương pháp phần tử hữu hạn

PHÂN TÍCH NGƯỢC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM O-CELL BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGUYỄN TRUNG DUY*, LÊ BÁ VINH **,*** TÔ LÊ ƢƠNG** Back analysis of O-cell pile load test results using Finite Element Method (FEM) Abstract: The Osterberg static compression test (or The O-cell test) is a popular and effective test in assessing the load capacity of bored pile. To re-evaluate the O-cell experiment results in the field, a back-analysis process was carried out using finite element software, PLAXIS 2D. In addition, in this paper, the authors also use PLAXIS 2D software for numerical simulation of the O-cell experiment and static pile load test. Through the comparison between calculation results and measured field data suggests that the Osterberg cell test can be a good substitute for the conventional pile load test. 1. ẶT VẤN Ề * 2. CƠ SỞ LÝ THUY T Thí nghiệm nén tĩnh cho cọc thí nghiệm đóng 2.1. Nguyên lý th nghiệm Osterberg vai trò quan trọng trong việc kiểm tra sức chịu Nguyên lý thí nghiệm [1] tải của cọc trong hồ sơ thiết kế. Tuy nhiên, trong Một kích thủy lực (Hộp tải trọng Osterberg - một số trƣờng hợp thí nghiệm nén tĩnh cọc còn gọi là hộp O-cell) đƣợc lắp đặt với lồng không thể thực hiện đƣợc do khó khăn về điều thép ở đáy hay ở thân cọc cùng với một hệ kiện thi công, từ đó thí nghiệm Osterberg đƣợc thống các ống dẫn thủy lực và các thanh đo ra đời để thay thế thí nghiệm nén tĩnh truyền trƣớc khi đổ bê tông. Sau khi bê tông cọc đạt thống. Tuy có sự khác biệt về cơ chế truyền tải mác thiết kế ngƣời ta gia tải thí nghiệm bằng giữa 2 thí nghiệm nhƣng đƣờng quan hệ tải việc bơm chât lỏng để tạo áp lực trong kích. Với trọng-chuy n vị tương đương thu đƣợc từ thí nguyên lý này, đối trọng dùng cho việc thử nghiệm O-cell rất giống đƣờng quan hệ tải đƣợc tạo bởi chính trọng lƣợng bản thân cọc và trọng-chuy n vị đầu cọc xác định từ thí nghiệm sức kháng thành bên của cọc. Khi làm việc, kích nén tĩnh truyền thống. Do đó, nhóm tác giả sử tạo ra lực đẩy tác dụng vào thân cọc theo hƣớng dụng phần mềm phân tích theo phƣơng pháp ngƣợc lên đồng thời tạo lực ép xuống tại mũi phần tử hữu hạn - PLAXIS 2D - để phân tích cọc. Các chuyển vị lên của thân cọc và chuyển ngƣợc kết quả thí nghiệm O-cell tại hiện trƣờng. vị xuống của phần mũi cọc đƣợc các đồng hồ Đồng thời cũng mô phỏng và đánh giá sự tƣơng ghi lại tƣơng ứng với mỗi thời điểm của quy đồng giữa hai thí nghiệm O-cell và thí nghiệm trình giai tải. Thí nghiệm đƣợc xem là kết thúc nén tĩnh. khi đạt đến sức kháng ma sát bên giới hạn hoặc sức chống mũi giới hạn (cọc bị phá hoại ở thành * Học viên Cao học, Bộ môn Địa cơ - Nền móng, Khoa hoặc ở mũi). Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa Kết quả thu đƣợc là các đƣờng cong biểu thị TP.HCM ** Bộ môn Địa cơ - Nền móng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, quan hệ tải trọng - chuyển vị (lên và xuống) của Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đỉnh và mũi cọc. Từ kết quả đó, cùng với việc *** Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Email tác giả liên hệ: lebavinh@hcmut.edu.vn dựa vào một số giả thiết cơ bản ngƣời ta xây ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 53
dựng đƣợc biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị những giả thuyết ở trên, đƣờng cong quan hệ tải tƣơng đƣơng nhƣ trong thử tĩnh truyền thống. trọng - chuyển vị đầu cọc tƣơng đƣơng trong hình B sẽ đƣợc xây dựng nhƣ sau: • Chuyển vị của các điểm theo thứ tự từ 1 đến 10 trong biểu đồ của hình B bằng chuyển vị lên và chuyển vị xuống của các điểm theo thứ tự từ 1 đến 10 trong hai biểu đồ của hình A. Tải trọng của các điểm theo thứ tự từ 1 đến 10 trong Hình 1. Một số trí bố trí hộp tải trọng biểu đồ hình B bằng tổng tải trọng tại mổi điểm Osterberg [2] theo thứ tự từ 1 đến 10 trong hai biểu đồ của hình A. Nguyên tắc chọn và bố trí hộp tải • Biểu đồ trong hình B chính là biểu đồ Vị trí đặt hộp tải đƣợc xác định gần đúng quan hệ tải trọng - chuyển vị đầu cọc tƣơng theo nguyên tắc để sao cho đối trọng của phần đƣơng đƣợc xây dựng từ hai biểu cọc trên hộp tải và phần cọc dƣới hộp tải xấp xỉ • đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị của thử bằng nhau, nhờ đó có thể thử đƣợc cấp tải trọng tải cọc bằng O-cell. tiến gần tới mức giới hạn hơn: Trong thực tế, việc thí nghiệm cọc bằng O- G+ + F+ = (F- + Fe) – G- (1) cell đƣợc xem nhƣ hoàn tất khi một trong các Trong đó: điều kiện sau đây xảy ra: + G+, G-: tƣơng ứng là trọng lƣợng phần cọc • Một trong hai thành phần chịu tải của cọc trên và phần cọc dƣới hộp tải có xét đến hiệu (trên và dƣới O-Cell) đạt tới giá trị cực hạn; ứng đẩy nổi khi nằm dƣới mực nƣớc ngầm. • Khả năng gia tải của O-Cell đạt tới giá trị + F+, F-: tƣơng ứng là tổng sức kháng cắt của cực hạn; đất nền quanh thân cọc của phần cọc trên hộp • O-Cell đã đi hết hành trình; tải và phần cọc dƣới hộp tải. • Đạt tới giá trị tải yêu cầu thí nghiệm (thử + Fe: sức kháng nén của đất nền dƣới tải cho cọc làm việc). mũi cọc Có nhiều cách bố trí hộp tải khác nhau (Hình 1), tuy nhiên, với trƣờng hợp thực tế của cọc khoan nhồi trong bài báo này, mũi cọc khoan nhồi đƣợc hạ trong lớp đất chịu lực tốt có sức kháng mũi cao nên theo nguyên tắc nêu trong công thức trên, vị trí của hộp tải thƣờng nằm gần mũi cọc. Xác định tải trọng - chuyển vị đầu cọc tương đương Trong Hình 2-A là biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị của thử tải cọc bằng O-cell và Hình 2-B là đƣờng cong quan hệ tải trọng – chuyển vị Hình 2. Bi u đồ quan hệ tải trọng-chuy n vị đầu cọc tƣơng đƣơng. Mỗi đƣờng cong đƣợc đầu cọc tương đương [2] chia thành 10 đoạn và đƣợc đánh số theo thứ tự từ 0 đến 10. Tại những vị trí có số thứ tự giống Vì vậy, để có đƣợc những giá trị chuyển vị nhau sẽ có chuyển vị (lún) bằng nhau. Với tƣơng thích giữa phần bên trên và bên dƣới O- 54 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
cell nhằm phục vụ cho việc xây dựng quan hệ 3.1. Thông số đầu vào ban đầu tải trọng-chuyển vị đầu cọc tƣơng đƣơng thì Số liệu sử dụng trong bài báo này đƣợc lấy từ phải ngoại suy thành phần chƣa đạt tới giá trị kết quả thí nghiệm O-Cell cho 2 cọc khoan nhồi cực hạn. Phƣơng pháp ngoại suy đƣợc sử dụng đƣợc thi công tại một dự án ở Quận 1, trong bài báo này là phƣơng pháp Chin-Kondner TP.HCM. Cọc TP-1 có đƣờng kính D=1m, hay còn gọi là phƣơng pháp hyperbolic fit. chiều dài cọc 79,25m; cọc TP2 có đƣờng kính 3. P ÂN TÍC NGƢỢC K T QUẢ THÍ D=1,5m chiều dài cọc 89,7m. Hình 3 và Hình 4 NGHIỆM OSTERBERG Ở HIỆN TRƢỜNG thể hiện chi tiết cách bố trí Strain gauge và hộp BẰNG PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN tải trọng O-cell trong 2 cọc thí nghiệm. PLAXIS 2D Hình 3. Sơ đồ bố trí Strain Gauge (9 cao độ) Hình 4. Sơ đồ bố trí Strain Gauge (12 cao độ) và O-cell cho cọc TP-1 và O-cell cho cọc TP-2 Mô phỏng thí nghiệm O-cell đƣợc thực hiện khi O-cell làm việc thành phần rắn đƣợc thay thông qua chƣơng trình phần tử hữu hạn đổi bằng vật liệu đàn hồi có độ cứng thấp để PLAXIS 2D (Hình 5). Trong phân tích thí chuyển vị đi lên và xuống của cọc sẽ không bị nghiệm O-cell theo những thiết lập đƣợc chỉ ảnh hƣởng. định và một vài giả định sau: • Các lớp đất đƣợc coi nhƣ là cố kết thƣờng. • Mô hình đối xứng trục đƣợc thông qua Giá trị OCR đƣợc giả định là 1. việc xem xét điều kiện biên của thí nghiệm • Quá trình thi công đƣợc giả định nhanh hơn thử tĩnh cọc. so với quá trình cố kết của đất. • Mô hình Hardening soil đƣợc sử dụng cho • Độ nén đàn hồi đƣợc đƣa vào để tính toán. toàn bộ các lớp đất. • Kích thƣớc mô hình: phƣơng ngang 100m, • Hộp O-cell đƣợc mô phỏng là một thành phƣơng đứng 100m. Một diện tích có 5m Quanh phần rắn dày 30cm. Khi O-cell không làm việc cọc đƣợc làm mịn để đảm bảo độ chính xác khi thành phần rắn đƣợc gán cho vật liệu bê tông, tính toán. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 55
Bảng tổng hợp các thông số đất theo mô hình tác giả tiến hành chạy bài toán mô phỏng thí Hardening soil đƣợc trình bày ở Bảng 1. nghiệm O-cell. Giá trị E 50 ref của các lớp đất 3.2. Trình tự ph n t ch ngƣợc sẽ đƣợc thay đổi và lặp lại bài toán mô phỏng Bằng cách sử dụng phần mềm PLAXIS 2D cho đến khi nhận đƣợc kết quả tải trọng- và thông số mô hình đất mô phỏng thí chuyển vị tƣơng tự nhƣ thí nghiệm O-cell tại nghiệm O-cell nhƣ trình bày ở Bảng 1, nhóm hiện trƣờng. ảng 1. ảng thông số đất theo mô hình arderning Soil ( S) Tên lớp đất γsat E50ref ν c ϕ Lớp 0: cát san lấp 15 15000 0,2 5 25°5 Lớp 1: Bụi sét chảy. 16,3 3000 0,2 11,6 3°36 Lớp 2: Sét dẻo mềm 20 6864 0,3 21,7 8°35 Lớp 3: Cát sét-cát bụi, chạt vừa. 20,4 26255 0,3 14,7 26°39 Lớp L1: Cát bụi 20,07 26255 0,3 10,4 30°54 Lớp 3: Cát sét-cát bụi xám xanh; chạt vừa. 20,4 26255 0,3 14,7 26°39 Lớp 4: Cát bụi màu xám nâu; chặt vừa 20,7 23344 0,3 10,1 31°46 Lớp 5: Sét gầy, nửa cứng đến cứng 20,8 65283 0,35 97,7 16°21 Lớp 6: Cát sét- cát bụi, Chặt 20,6 65580 0,3 14,7 27°54 Lớp 7: Cát bụi, rất chặt 20,7 65455 0,3 10,4 31°5 Lớp L2: cát sét- cát bụi 20,08 65455 0,3 14,9 27°50 Lớp 7: Cát bụi rất chặt 20,7 65455 0,3 10,4 31°5 Hình 6 và hình 7 thể hiện phân bố tải trọng dọc thân cọc theo từng cấp tải trọng. So sánh đƣờng phân bố tải trọng đƣợc thiết lập từ kết quả mô phỏng thí nghiệm O-cell bằng phần mềm PLAXIS và kết quả thí nghiệm tại hiện trƣờng tƣơng đối phù hợp. Khi tải trọng càng lớn thì sự phân bố tải trọng càng chính xác và vì vậy, đƣờng quan hệ tải trọng - chuyển vị tƣơng đƣơng cũng gần trùng khớp nhau. Hình 8 và Hình 9 cho thấy đƣờng quan hệ tải trọng - chuyển vị lên và xuống của cọc thu đƣợc từ mô phỏng thí nghiệm O-cell bằng Hình 5. Mô hình thí nghiệm O-cell và chia lưới phần mềm PLAXIS và kết quả thu đƣợc từ thí phần t hữu hạn bằng phần mềm PLAXIS 2D nghiệm O-cell tại hiện trƣờng. Có thể thấy kết quả chuyển vị chu kỳ tăng tải khá tƣơng đồng 3.3. Ph n t ch đánh giá kết quả từ phần giữa 2 phƣơng pháp. mềm PLAXIS 2D 56 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
Hình 6. Bi u đồ phân bố tải ứng với từng cấp Hình 7. Bi u đồ phân bố tải ứng với từng cấp gia tải cọc TP1 gia tải cọc TP2 Hình 8. Biều đồ Tải trọng-chuy n vị cọc TP1 Hình 9. Biều đồ Tải trọng-chuy n vị cọc TP2 4. PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH K T QUẢ quan hệ Tải trọng - chuyển vị tƣơng đƣơng THÍ NGHIỆM O-CELL VÀ THÍ NGHIỆM thu đƣợc từ mô phỏng thí nghiệm O-cell bằng NÉN T N ẰNG P ƢƠNG P P P ẦN phần mềm PLAXIS và từ kết quả thí nghiệm TỬ HỮU HẠN PLAXIS 2D tại hiện trƣờng, đƣờng quan hệ Tải trọng - Sử dụng lại số liệu từ kết quả thí nghiệm chuyển vị thu đƣợc từ mô phỏng thí nghiệm O-cell nhƣ trên, nhóm tác giả sẽ sử dụng phần nén tĩnh truyền thống. Đối với cọc TP1, 3 mềm PLAXIS 2D và thông số mô hình đất mô đƣờng này gần tƣơng đƣơng nhau đến khi đạt phỏng thí nghiệm O-cell nhƣ trên để mô độ lún 3mm. Đối với cọc TP2, 3 đƣờng này phỏng thí nghiệm nén tĩnh truyền thống, từ đó gần tƣơng đƣơng nhau khi đạt đến độ lún thu đƣợc đƣờng quan hệ tải trọng-chuyển vị 7mm. Khi chuyển vị càng lớn thì 3 đƣờng này đầu cọc Hình 10 và Hình 11 thể hiện đƣờng không còn chung xu hƣớng. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 57
nén tĩnh truyền thống, tuy nhiên kết quả đƣờng quan hệ tải trọng-chuyển vị tƣơng đƣơng từ thí nghiệm O-cell và đƣờng quan hệ tải trọng - chuyển vị đầu cọc từ thí nghiệm nén tĩnh truyền thống khá tƣơng đồng nhau. Do đó thí nghiệm O-cell hoàn toàn có thể đƣợc dung để thay thế thí nghiệm nén tĩnh truyền thống trong các điều Hình 10. Đường cong quan hệ Tải trọng- kiện thi công khó khăn. chuy n vị cọc TP1 Lời cảm ơn: Chúng tôi xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-TPHCM đã hỗ trợ thời gian, phương tiện và cơ sở vật chất cho nghiên cứu này. TÀ L ỆU T AM K ẢO [1] Nguyễn Hữu Đẩu, Phan Hiệp: Phƣơng Hình 11. Đường cong quan hệ Tải trọng- pháp OSTERBERG đánh giá sức chịu tải chuy n vị cọc TP2 của cọc khoan nhồi, cọc Barrete. NXB Xây dựng -2004. 5. K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ [2] Osterberg, J.O: “The Osterberg Load Test Từ các kết quả phân tích ngƣợc thí nghiệm Method for Bored and Driven Piles The First O-cell bằng phần mềm PLAXIS 2D, đồng thời Ten Years”. Proceedings of the Seventh so sánh giữa thí nghiệm O-cell và thí nghiệm International Conference and Exhibition on nén tĩnh truyền thống cho phép rút ra một số kết Piling and Deep Foundations. Vienna, Austria, luận và kiến nghị nhƣ sau: June 15-17, 1998, Deep Foundation Institute, • Đƣờng quan hệ tải trọng - chuyển vị tƣơng Englewook Cliff, New Jersey, pp. 1.28.1- đƣơng xác định từ mô phỏng thỉ nghiệm O-cell 1.28.11. và đƣờng quan hệ tải trọng-chuyển vị đầu cọc [3] T.Y.Bui, Y.Li, S.A.Tan, C.F.Leung: xác định từ mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh Back analysis of O-Cell Pile load test using truyền thống khá tƣơng đồng nhau. FEM. Proceedings of 16th International • Tại cùng giá trị tải trọng thì chuyển vị thu Conference on Soil mechanis and đƣợc từ đƣờng quan hệ tải trọng – chuyển vị Geotechnical Engineering, 2005-2006 tƣơng đƣơng của thí nghiệm O-cell nhỏ hơn một Millpress Science Publishers/IOS press. chút so với chuyển vị xác định từ đƣờng quan [4] Rolf. Katzenbach: The important role of hệ tải trọng-chuyển vị đầu cọc của thí nghiệm powerful numerical tools for highly qualified nén tĩnh truyền thống. sustainable construction in Geotechnical • Mặc dù có sự khác nhau trong cơ chế Engineering. Numerical Analysis is Geotechnics truyền tải giữa thí nghiệm O-cell và thí nghiệm Ho Chi Minh city, Vietnam 22nd March 2018. Người phản biện: PGS, TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG 58 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021