Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Ảnh hưởng của tải trọng tĩnh và động đến sức chịu tải của cọc ở TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Tường
• Người hướng dẫn: PGS. Châu Ngọc Ẩn
• Trường học: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng tĩnh và động đến sức chịu tải của cọc tại TP.HCM
• Loại tài liệu: luận án
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
• CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Những điểm mới của luận án
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.8. Cấu trúc của luận án
• 1.9. Khái quát nguồn gốc, đặc điểm hình thành nền đất khu vực TP
• 1.10. Nghiên cứu các đặc trưng cơ lý của đất yếu khi chịu tải trọng tĩnh và động
• 1.11. Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng động
• 1.12. Cơ sở lý thuyết sóng ứng suất đàn hồi truyền dọc trục
• 1.13. Phương trình truyền sóng khi tải trọng động tác dụng trên đầu cọc
• 1.14. Cơ chế sóng truyền trong thân cọc
• 1.15. Đặc trưng sức chống cắt dưới ảnh hưởng của tải trọng tức thời
• 1.16. Cường độ, biến dạng dưới ảnh hưởng của tải trọng tức thời
• 1.17. Nghiên cứu dao động của móng với đặc trưng động từ móng tác động xuống nền đất
• 1.18. Dao động tự do của hệ thống lò xo – khối lượng(Spring - Mass)
• 1.19. Dao động cưỡng bức của hệ thống lò xo – khối lượng (Spring - Mass)
• 1.20. Lực lớn nhất tác động lên nền:
• 1.21. Nghiên cứu liên quan đến hướng nghiên cứu của đề tài
• 1.22. Nghiên cứu tính toán sức chịu tải bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• 1.23. Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc có gắn đầu đo ứng suất – biến dạng
• 1.24. Mô phỏng tính toán cọc chịu tải trọng động bằng phần tử hữu hạn
• 1.25. Nghiên cứu mô hình thí nghiệm tỉ lệ nhỏ cho cọc chịu tải trọng động
• 2. CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC
• 2.1. Tổng quan việc xác định sức chịu tải bằng thí nghiệm nén tĩnh
• 2.2. Nghiên cứu thí nghiệm nén tĩnh cọc trên công trình khu vực TP
• 2.3. Thí nghiệm nén tĩnh có gắn đầu đo biến dạng
• 2.4. Các bước thực hiện thí nghiệm
• 2.5. Kết quả thí nghiệm
• 2.6. Tính toán sức chịu tải của cọc dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh
• 2.7. Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh để xác định sức chịu tải trong Plaxis
• 2.8. Lý thuyết dùng trong mô hình MCC
• 2.9. Chọn mô hình cọc - đất và tính toán thông số đầu vào
• 2.10. Kết quả mô phỏng
• 2.11. Kết quả mô phỏng và các phân tích theo mô hình MCC
• 2.12. Phân tích kết quả theo mô hình (MCC) và thí nghiệm nén tĩnh
• 2.13. Thiết lập mối tương quan thông số mô hình
• 2.14. Phân tích so sánh kết quả tính toán mô hình MCC và thí nghiệm nén tĩnh
• 2.15. Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm nén phá hoại 250%PTK
• 2.16. Nghiên cứu mô phỏng thí nghiệm tìm sức chịu tải theo chuyển vị giới hạn quy ước
• 3. CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH VẬT LÝ TỈ LỆ ĐỂ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
• 3.1. Phân tích thứ nguyên
• 3.2. Một số khái niệm cơ bản
• 3.3. Các bước tiến hành việc phân tích thứ nguyên
• 3.4. Xác định các thông số thí nghiệm
• 3.5. Lập phương trình xác định các thông số thí nghiệm
• 3.6. Yêu cầu về tương tự mô hình
• 3.7. Tỉ lệ mô hình
• 3.8. Các tiêu chuẩn tương tự động lực
• 3.9. Ưu nhược điểm của mô hình vật lý tỉ lệ nhỏ
• 3.10. Triển khai mô hình
• 3.11. Lựa chọn vật liệu và tỉ lệ mô hình
• 3.12. Lựa chọn kích thước cho mô hình vật lý tỉ lệ
• 3.13. Kết cấu hệ khung đỡ mô hình
• 3.14. Thùng chứa đất thí nghiệm
• 3.15. Chọn vật liệu cho cọc trong mô hình
• 3.16. Phân tích sức chịu tải giới hạn của cọc
• 3.17. Cơ chế truyền ứng suất
• 3.18. Phương trình xác định sức chịu tải của cọc
• 3.19. Nghiên cứu phân bố lực dọc trong cọc theo kết quả thí nghiệm hiện trường
• 3.20. Nghiên cứu cọc sử dụng trong mô hình thí nghiệm
• 3.21. Hệ phản lực
• 3.22. Thiết bị đo tải trọng
• 3.23. Hệ thống gia tải động
• 3.24. Trình tự các bước thí nghiệm trên mô hình
• 3.25. Nén đất trong thùng
• 3.26. Trình tự nén mẫu đất trong thùng
• 3.27. Quy trình hạ cọc
• 3.28. Quy trình nén tĩnh cọc
• 3.29. Gia tải tiêu chuẩn
• 4. CHƯƠNG 4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG TỚI SỨC CHỊU TẢI CỌC
• 4.1. Thí nghiệm nén tĩnh trên cọc L40
• 4.2. Kết quả đo cọc L50
• 4.3. Kết quả đo cọc L60 tại chu kỳ 1 và chu kỳ 2
• 4.4. Thí nghiệm gia tải động lên cọc
• 4.5. Kết quả thí nghiệm động trên đài cọc và ứng xử của cọc
• 4.6. Kết quả trên cọc L40 – nhám
• 4.7. Kết quả trên cọc L50 – nhám
• 4.8. Kết quả trên cọc L60 – nhám
• 4.9. Kết quả trên cọc L60 – trơn
• 4.10. Một số hình ảnh thí nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHO THỰC TẾ
• 5.1. Mối quan hệ biến dạng sức kháng cọc đối với tần số
• 5.2. So sánh kết quả thí nghiệm các cọc L/D khác nhau
• 5.3. So sánh kết quả thí nghiệm các cọc có độ nhám khác nhau
• 5.4. So sánh mối quan hệ Độ lún - Tần số các cọc trơn
• 5.5. So sánh mối quan hệ Độ lún - Tần số các cọc nhám
• 5.6. Nghiên cứu Lực - Biến dạng thân cọc khi chịu tần số phá hoại
• 5.7. Phân tích lộ trình ứng suất nền đất khi chịu tải trọng động
• 5.8. Tính toán áp dụng kết quả nghiên cứu cho cọc trong thực tế
• 5.9. Các thông số tính toán tỉ lệ cho cọc trong thực tế
• 5.10. Thiết lập tỉ lệ thực cho tương quan Độ lún - Tần số cọc trơn
• 5.11. Thiết lập tỉ lệ thực cho tương quan Độ lún - Tần số cọc nhám
• 5.12. Kết quả của lực và biến dạng dọc thân cọc khi phá hoại
• 5.13. Phương trình tương quan tại tần số phá hoại cọc trong thực tế
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của tải trọng tĩnh và động đến sức chịu tải của cọc tại TP.HCM. Mục tiêu chính là đánh giá sự suy giảm sức chịu tải của cọc khi chịu tác động của tải trọng động, đồng thời tìm ra các thông số hợp lý để áp dụng trong thiết kế nền móng. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp thí nghiệm hiện trường và mô phỏng số để phân tích ứng suất và biến dạng dọc thân cọc.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Tải trọng động là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền và ổn định của các công trình xây dựng, đặc biệt tại TP.HCM - nơi có nhiều công trình chịu tác động của tải trọng động với tần số và cường độ khác nhau. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn để đánh giá sức chịu tải của cọc trong điều kiện thực tế.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp các phương pháp thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh cọc và mô phỏng số bằng phần mềm Plaxis. Các đầu đo ứng suất và biến dạng được lắp đặt dọc thân cọc để thu thập dữ liệu chính xác. Kết quả được so sánh và phân tích để đưa ra các thông số thiết kế tối ưu.

II. Phân tích ảnh hưởng của tải trọng động

Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của tải trọng động đến sức chịu tải của các loại cọc như cọc bê tông, cọc khoan nhồi, và cọc thép. Các yếu tố như tần số, chu kỳ, và cường độ của tải trọng động được đánh giá để xác định mức độ ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc.

2.1. Cơ chế truyền tải trọng động

Tải trọng động truyền qua thân cọc gây ra sóng ứng suất dọc trục, ảnh hưởng đến ứng xử của nền đất. Nghiên cứu sử dụng mô hình sóng đàn hồi để mô phỏng quá trình truyền tải và phân tích biến dạng dọc thân cọc. Kết quả cho thấy sự thay đổi rõ rệt của ứng suất và biến dạng theo tần số tải trọng.

2.2. Đánh giá sức chịu tải

Nghiên cứu đánh giá sức chịu tải của cọc thông qua các thí nghiệm nén tĩnh và nén động. Kết quả cho thấy sự suy giảm sức chịu tải khi cọc chịu tác động của tải trọng động với tần số cao. Các phương trình tương quan giữa lực ma sát, sức kháng mũi, và tần số tải trọng được thiết lập để áp dụng trong thiết kế thực tế.

III. Ứng dụng thực tiễn và kết luận

Nghiên cứu đưa ra các khuyến nghị thiết kế dựa trên kết quả phân tích sức chịu tải của cọc trong điều kiện chịu tải trọng động. Các thông số như tần số, chu kỳ, và cường độ tải trọng được xem xét để đảm bảo độ bền và ổn định của công trình xây dựng tại TP.HCM.

3.1. Khuyến nghị thiết kế

Nghiên cứu đề xuất các phương pháp thiết kế nền móng phù hợp với điều kiện địa chất và tải trọng động tại TP.HCM. Các thông số như hệ số an toàn, tỉ lệ ma sát/sức kháng mũi, và độ lún giới hạn được tính toán để đảm bảo hiệu quả thiết kế.

3.2. Kết luận

Nghiên cứu đã cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn để đánh giá sức chịu tải của cọc trong điều kiện chịu tải trọng động. Các kết quả phân tích và khuyến nghị thiết kế có giá trị ứng dụng cao trong việc xây dựng các công trình tại TP.HCM.