Phân tích ứng xử của cọc đơn và cọc trong nhóm khi chịu tải trọng ngang trong địa kỹ thuật xây dựng

• Tác giả: Bùi Trần Đại
• Người hướng dẫn: PGS TS. Võ Phán
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Phân tích ứng xử cọc đơn và cọc trong nhóm dưới tác dụng của tải trọng ngang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
• 1.1. CÁC VẤN ĐỀ VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
• 1.1.1. Mô hình nền Winkler (phương pháp hệ số nền)
• 1.1.2. Lời giải của 1 số tác giả
• 1.1.3. Phương pháp đường cong p-y
• 1.1.4. Lý thuyết đàn hồi (Xấp xỉ côngtinum đàn hồi)
• 1.1.5. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
• 1.2. CÁC VẤN ĐỀ VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC TRONG NHÓM CHỊU TẢI TRỌNG NGANG (Trong đất dính và đất rời)
• 1.2.1. Ảnh hưởng của tải trọng ngang tác dụng lên cọc trong nhóm
• 1.2.2. Sức chịu tải giới hạn của nhóm cọc khi chịu tải trọng ngang (theo Davisson, Oteo-Prakash-saran)
• 1.3. CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHO CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG XỬ CỌC ĐƠN VÀ CỌC TRONG NHÓM KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG TRÊN CƠ SỞ ĐỀ NGHỊ
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP XẤP XỈ PHẢN LỰC NỀN VÀ XẤP XỈ ĐÀN HỒI
• 2.1.1. Theo phương pháp xấp xỉ phản lực nền: Reese & Matllock-1957
• 2.1.2. Theo phương pháp xấp xỉ đàn hồi: Poulos-1971
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG p-y
• 2.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán
• 2.2.2. Phân tích các dạng đường cong p-y cho từng loại đất (theo nghiên cứu của nhiều tác giả)
• 2.3. KẾT LUẬN – NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH)
• 2.4.1. Phần mềm Plaxis
• 2.4.2. Phần mềm FB – Pier
• 3. CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
• 3.1. THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
• 3.1.1. Đặc điểm địa chất khu vực tiến hành thí nghiệm
• 3.1.2. Cách xác định 1 vài thông số quan trọng phục vụ cho công tác thiết kế
• 3.1.3. Xác định các đặc trưng chống cắt và biến dạng
• 3.1.4. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
• 3.1.5. Đặc điểm cọc tiến hành thí nghiệm
• 3.1.6. Quy trình tiến hành thí nghiệm
• 3.1.7. Kết quả thí nghiệm
• 3.1.8. Xử lý số liệu thí nghiệm
• 3.1.9. Nhận xét kết quả thí nghiệm
• 3.2. PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
• 3.2.1. Kết quả tính toán và phân tích
• 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC TRONG NHÓM CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
• 4.1. Số liệu đầu vào và quy ước tên gọi
• 4.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
• 4.3. Phân phối tải trọng ngang lên từng cọc trong nhóm cọc
• 4.4. ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH CỌC ĐẾN ỨNG XỬ CỦA NHÓM CỌC
• 4.5. PHÂN TÍCH HỆ SỐ NHÓM CỌC
• 4.5.1. HỆ SỐ NHÓM CỌC Ge
• 4.5.2. PHÂN TÍCH HỆ SỐ fm
• 4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Phân tích ứng xử cọc đơn và nhóm cọc dưới tải trọng ngang

Phân tích ứng xử của cọc đơn và nhóm cọc dưới tải trọng ngang là một vấn đề quan trọng trong địa kỹ thuật xây dựng. Các công trình như cầu, cảng và nhà cao tầng thường sử dụng hệ móng cọc để chịu tải trọng đứng và ngang. Ứng xử cọc phụ thuộc vào vị trí cọc trong nhóm, kích thước nhóm và hướng tải trọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc hiểu rõ hơn về ứng xử cọc trong điều kiện đất yếu tại thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời đề xuất phương pháp thiết kế hiệu quả.

1.1. Tổng quan về cọc đơn và nhóm cọc

Cọc đơn và nhóm cọc có ứng xử khác nhau khi chịu tải trọng ngang. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cọc đơn có ứng xử đơn giản hơn so với nhóm cọc, do sự tương tác phức tạp giữa các cọc trong nhóm. Nhóm cọc thường được sử dụng để tăng khả năng chịu tải, nhưng ứng xử của chúng phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc và đặc tính của đất nền.

1.2. Tải trọng ngang và ảnh hưởng đến cọc

Tải trọng ngang tác động lên cọc đơn và nhóm cọc gây ra các hiện tượng như chuyển vị ngang, uốn và xoắn. Phân tích tải trọng ngang cần xem xét các yếu tố như độ cứng của cọc, đặc tính đất nền và sự phân bố tải trọng. Các phương pháp như phương pháp đường cong p-y và phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng và dự đoán ứng xử cọc dưới tải trọng ngang.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích như phương pháp đường cong p-y, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp xấp xỉ đàn hồi được sử dụng để nghiên cứu ứng xử cọc dưới tải trọng ngang. Phương pháp đường cong p-y dựa trên mối quan hệ giữa áp lực đất và chuyển vị ngang của cọc, trong khi phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng toàn bộ hệ thống cọc và đất nền.

2.1. Phương pháp đường cong p y

Phương pháp đường cong p-y là một công cụ hiệu quả để phân tích ứng xử cọc dưới tải trọng ngang. Phương pháp này sử dụng các đường cong p-y để mô tả mối quan hệ giữa áp lực đất và chuyển vị ngang của cọc. Các đường cong p-y được xác định dựa trên loại đất và đặc tính cọc, giúp dự đoán chính xác ứng xử cọc trong các điều kiện khác nhau.

2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng ứng xử cọc và nhóm cọc dưới tải trọng ngang. FEM cho phép phân tích chi tiết sự tương tác giữa cọc và đất nền, cũng như sự phân bố tải trọng trong nhóm cọc. Các phần mềm như Plaxis và FB-Pier được sử dụng rộng rãi trong việc áp dụng FEM để phân tích cọc địa kỹ thuật.

III. Thí nghiệm hiện trường và kết quả phân tích

Các thí nghiệm hiện trường được thực hiện để kiểm chứng ứng xử cọc dưới tải trọng ngang. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự phù hợp giữa lý thuyết và thực tế, đồng thời xác định được mối quan hệ giữa hệ số nhóm và khoảng cách giữa các cọc. Các kết quả này có giá trị thực tiễn cao trong việc thiết kế móng cọc cho các công trình xây dựng địa kỹ thuật.

3.1. Thí nghiệm cọc đơn

Thí nghiệm cọc đơn được thực hiện để nghiên cứu ứng xử cọc dưới tải trọng ngang. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự phụ thuộc của chuyển vị ngang và mô men uốn vào độ lớn của tải trọng ngang. Các dữ liệu thu được từ thí nghiệm được sử dụng để hiệu chỉnh các mô hình lý thuyết và phương pháp phân tích.

3.2. Thí nghiệm nhóm cọc

Thí nghiệm nhóm cọc được thực hiện để nghiên cứu sự tương tác giữa các cọc trong nhóm dưới tải trọng ngang. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự phân bố tải trọng không đồng đều giữa các cọc trong nhóm, phụ thuộc vào vị trí và khoảng cách giữa các cọc. Các kết quả này giúp cải thiện độ chính xác của các phương pháp thiết kế móng cọc.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã cung cấp cái nhìn toàn diện về ứng xử cọc đơn và nhóm cọc dưới tải trọng ngang trong điều kiện địa kỹ thuật xây dựng. Các phương pháp phân tích và kết quả thí nghiệm đã chứng minh tính hiệu quả của việc sử dụng phương pháp đường cong p-y và phương pháp phần tử hữu hạn trong thiết kế móng cọc. Các kiến nghị được đưa ra nhằm cải thiện độ chính xác và hiệu quả của các phương pháp phân tích trong tương lai.

4.1. Giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc thiết kế móng cọc cho các công trình xây dựng địa kỹ thuật. Các kết quả nghiên cứu giúp cải thiện độ chính xác của các phương pháp phân tích và thiết kế, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công.

4.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các hướng nghiên cứu trong tương lai bao gồm việc cải thiện các mô hình lý thuyết, phát triển các phương pháp phân tích mới và mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các loại đất và điều kiện địa chất khác nhau. Các nghiên cứu này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của các phương pháp thiết kế móng cọc.