Nghiên cứu các phương pháp xác định nội lực cho móng băng trong địa kỹ thuật xây dựng

Khám phá luận văn thạc sĩ về địa kỹ thuật xây dựng, nghiên cứu các phương pháp xác định nội lực cho móng băng hiệu quả và chính xác.

• Tác giả: Nguyễn Tấn Tài
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu các phương pháp xác định nội lực cho móng băng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh hiện nay, việc xây dựng các công trình nhà cao tầng với tải trọng lớn trên nền đất yếu ngày càng trở nên phổ biến. Do đó, việc nghiên cứu và tính toán các loại móng băng là rất cần thiết để đảm bảo rằng nền móng có thể chịu được lực và biến dạng. Các loại móng băng, móng băng giao thoa, và móng bè được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng. Theo Vũ Công Ngữ (1998), các kết cấu móng cần được thiết kế theo ba trạng thái giới hạn: cường độ, biến dạng và ổn định. Đặc biệt, trong trường hợp nền đất yếu, việc tính toán theo trạng thái giới hạn về ổn định là rất quan trọng. Nền đất không chỉ là một không gian dưới đáy móng mà còn là một vùng có giới hạn, nơi mà biến dạng của nó ảnh hưởng đến sự ổn định của công trình. Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp xác định nội lực móng băng là cần thiết để đảm bảo tính bền vững của công trình.

II. Tổng quan về các phương pháp tính toán móng băng

Chương này trình bày tổng quan về các phương pháp tính toán nội lực cho móng băng. Các phương pháp này bao gồm tính toán theo mô hình nền đàn hồi, mô hình nền Winkler, và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp dầm lật ngược và phương pháp của giáo sư I. Ximvulidi được nhấn mạnh vì chúng cho kết quả chính xác trong việc xác định nội lực. Đặc biệt, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis cho phép phân tích sâu hơn về sự cố kết theo thời gian và ảnh hưởng của nó đến nội lực của móng băng. Việc so sánh các phương pháp này sẽ giúp xác định phương pháp tối ưu cho từng loại công trình, từ đó nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công.

III. Cơ sở lý thuyết tính toán nội lực móng băng

Cơ sở lý thuyết cho việc tính toán nội lực của móng băng bao gồm việc xác định tải trọng thiết kế, áp lực tiêu chuẩn của nền đất, và kích thước của móng. Các phương pháp tính toán như mô hình nền đàn hồi cục bộ Winkler và mô hình nền bán không gian được áp dụng để xác định nội lực. Phương trình cơ bản cho các mô hình này được trình bày rõ ràng, giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của từng phương pháp. Đặc biệt, việc áp dụng PTHH vào phân tích bài toán địa kỹ thuật cho thấy tính chính xác và hiệu quả của phương pháp này trong việc xác định nội lực cho móng băng. Kết quả từ các phương pháp này sẽ được so sánh và đánh giá trong chương tiếp theo.

IV. Đánh giá so sánh các phương pháp tính toán nội lực móng băng cho công trình

Chương này tập trung vào việc đánh giá và so sánh các phương pháp tính toán nội lực cho móng băng trong thực tế. Công trình Mở rộng Trường Trung học cơ sở Bình Thủy ở Cần Thơ được chọn làm ví dụ điển hình. Kết quả khảo sát địa chất và tải trọng công trình được phân tích để xác định kích thước và diện tích của móng băng. Các phương pháp tính toán như dầm lật ngược, mô hình nền đàn hồi cục bộ, và phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để tính toán nội lực. Kết quả cho thấy phương pháp dầm lật ngược cho giá trị moment dương lớn nhất, trong khi phương pháp của Ximvulidi cho giá trị moment âm lớn nhất. Sự khác biệt giữa các phương pháp này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn phương pháp phù hợp trong thiết kế và thi công.

V. Kết luận và kiến nghị

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy rằng việc xác định nội lực cho móng băng là một công việc phức tạp nhưng cần thiết trong thiết kế công trình. Các phương pháp tính toán đã được phân tích và so sánh, cho thấy mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo là cần mở rộng phạm vi nghiên cứu để bao quát thêm các loại móng khác và các điều kiện địa chất khác nhau. Việc áp dụng các công nghệ mới trong tính toán và thiết kế sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công tác xây dựng. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có tính ứng dụng cao trong thực tiễn xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài. Phạm vi và giới hạn của đề tài .5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG BĂNG. Móng băng và móng băng giao thoa.

Sơ lƣợc về tính toán kết cấu trên nền đàn hồi. Các dạng kết cấu trên nền đàn hồi. Các dạng kết cấu trên nền đàn hồi. Các mô hình nền đất.

Mô hình nền Winkler. Mô hình nền bán không gian đàn hồi. Mô hình nền màng. Mô hình nền tấm.

Mô hình nền đàn hồi với hai hệ số nền. Các phƣơng pháp xác định hệ số nền. Lý thuyết biến dạng nền. Quy phạm CHN 18-58.

Phƣơng pháp Xavinov. Thí nghiệm bàn nén. Tính module biến dạng ES. Phƣơng pháp xác định ES.

Phƣơng pháp Pauw. Nhận xét chƣơng .25 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NỘI LỰC MÓNG BĂNG. Xác định tải trọng dùng để thiết kế nền móng. Xác định áp lực tiêu chuẩn của nền đất.

Cách thứ nhất. Cách thứ hai. Xác định kích thƣớc đáy móng và kích thƣớc sơ bộ của tiết diện móng. Tính toán móng băng theo mô hình nền không gian đàn hồi cục bộ Winkler (phƣơng pháp hệ số nền).

Phƣơng trình cơ bản. Tính dầm dài vô hạn. Tính dầm dài bán vô hạn. Tính dầm ngắn.

Tính toán móng băng theo mô hình nền bán không gian đàn hồi. Giả thiết tổng quát về mô hình. Phƣơng pháp của giáo sƣ I. Tính toán dầm trên nền đàn hồi có độ cứng biến đổi.

Tổng quan về tính toán dầm trên nền đàn hồi có độ cứng biến đổi. Theo phƣơng pháp của giáo sƣ P. Lý thuyết phần tử hữu hạn. Giới thiệu chung.

Áp dụng PTHH vào phân tích bài toán địa kỹ thuật. Phần mềm Plaxis (HÀ LAN – PHÁP). Cấu trúc chƣơng trình Plaxis. Tính năng của Phần mềm Plaxis.

Các lựa chọn mặc định, lời giải gần đúng. Các thông số và mô hình nền sử dụng trong Plaxis. Nhận xét chƣơng .77 - iii - CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỘI LỰC MÓNG BĂNG CHO CÔNG TRÌNH MỞ RỘNG TRƢỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ BÌNH THỦY Ở CẦN THƠ. Khái quát công trình.

Quy mô thiết kế công trình. Kết quả khảo sát địa chất công trình. Tải trọng công trình. Xác định kích thƣớc móng.

Chọn diện tích móng. Chọn chiều cao móng. Tính lún cho móng băng. Tính toán nội lực cho móng băng.

Tính theo phƣơng pháp dầm lật ngƣợc. Tính theo mô hình nền đàn hồi cục bộ (Winkler). Tính theo mô hình nền bán không gian biến dạng tuyến tính. Tính theo dầm trên nền đàn hồi có độ cứng biến đổi (P.

Tính theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis). So sánh kết quả nội lực giữa các phƣơng pháp. Tổng hợp và so sánh kết quả nội lực của các phƣơng pháp. Kết quả so sánh giữa các phƣơng pháp.

Đánh giá ảnh hƣởng của sự cố kết theo thời gian đến nội lực của móng băng. Thiết lập quá trình cố kết theo thời gian. Đánh giá ảnh hƣởng của sự cố kết theo thời gian đến nội lực của móng băng. Nhận xét chƣơng .113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.115 TÀI LIỆU THAM KHẢO .116 - iv - DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.

Móng băng dƣới tƣờng. Móng băng dƣới cột và móng băng giao thoa. Sơ đồ dầm đặt trên hai gối tựa. Phản lực nền tác dụng lên dầm.

Cơ chế mô hình nền Winkler. Mô hình nền Winkler khi nền đồng nhất. Phễu lún trong bài toán không gian. Phễu lún trong bài toán phẳng.

Sơ đồ tính kích thƣớc sơ bộ của tiết diện dầm móng. Sơ đồ tính toán dầm trên nền đàn hồi theo phƣơng pháp hệ số nền. Bảng phân loại dầm trên nền đàn hồi. Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tải tập trung.

Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu moment tập trung. Các biểu đồ moment, lực cắt và phản lực nền của dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu moment tập trung. Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tác dụng đồng thời của nhiều tải trọng tập trung. Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều trên đoạn l.

Dầm dài bán vô hạn trên nền đàn hồi chịu tác dụng của lực tập trung và moment tập trung. Sơ đồ bài toán theo phƣơng pháp bù tải trọng. Dầm ngắn trên nền đàn hồi. Dầm ngắn bị gia tải trên một số đoạn.

Các dạng biến đổi của độ cứng nền. Các dạng biến đổi của c. Các trƣờng hợp tải trọng phân bố. Đồ thị biểu diễn lời giải phi tuyến theo cát tuyến thay đổi.

Đồ thị biểu diễn lời giải phi tuyến theo tuyến thay đổi. Đồ thị biểu diễn các thủ tục của phƣơng pháp “ứng suất ban đầu”. Hệ trục tọa độ tổng thể và dấu quy ƣớc. Không gian ứng suất chính.

Minh họa ứng suất tiền cố kết thẳng đứng trong sự liên hệ với ứng suất thẳng đứng hiện trƣờng. Trạng thái ứng suất quá cố kết thu đƣợc từ sự gia tải ban đầu và sự dỡ tải kế tiếp. Xác định E0 và E50 từ kết quả thí nghiệm nén ba trục. Sơ đồ tính toán móng băng theo phƣơng pháp dầm lật ngƣợc.

Biểu đồ nội lực theo phƣơng pháp dầm lật ngƣợc. Sơ đồ tính toán móng băng theo phƣơng pháp hệ số nền. Biểu đồ nội lực theo phƣơng pháp hệ số nền. Sơ đồ tính toán móng băng theo phƣơng pháp của Giáo sƣ I.

Biểu đồ nội lực theo phƣơng pháp của Giáo sƣ I. Mô hình tính toán móng băng theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis). Áp lực nƣớc lỗ rỗng. Ứng suất có hiệu.

Kết quả lƣới biến dạng. Kết quả chuyển vị. Biểu đồ nội lực theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn (sử dụng phần mềm Plaxis). Tổng hợp biểu đồ nội lực của các phƣơng pháp.

Thiết lập các giai đoạn cố kết theo thời gian. Biểu đồ so sánh giá trị lực cắt. Biểu đồ so sánh giá trị moment.112 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2. Bảng phân loại dầm trên nền đàn hồi.

Bảng xác định giá trị A. Bảng tính lún móng băng. Bảng tính M và Q do tải trọng N = 180kN. Bảng tính M và Q do tải trọng N = 370kN.

Bảng tính M và Q do tải trọng N = 410kN. Bảng tính moment M do các tải trọng lần lượt gây ra. Bảng tính moment M do tất cả các tải trọng gây ra. Bảng tính lực cắt Q do các tải trọng lần lượt gây ra.

Bảng tính lực cắt Q do tất cả các tải trọng gây ra. Bảng tính tải trọng bù gây nội lực trong móng (Mbù và Qbù). Bảng tổng moment M trong móng. Bảng tổng lực cắt Q trong móng.

Bảng tính moment M và lực cắt Q do tải trọng P = 180kN. Bảng tính moment M và lực cắt Q do tải trọng P = 410kN. Bảng tính moment M và lực cắt Q do tải trọng P = 370kN. Bảng kết quả tổng moment M và lực cắt Q trong móng.

Bảng đặc trưng vật liệu của đất Lớp 1. Bảng đặc trưng vật liệu của đất Lớp 2. Bảng đặc trưng vật liệu của đất Lớp 2a. Bảng đặc trưng vật liệu của đất Lớp 3.

Bảng đặc trưng vật liệu của đất Lớp 3a. Bảng đặc trưng vật liệu của móng. Bảng giá trị nội lực trong móng. Bảng tổng hợp giá trị lực cắt các phương pháp.

Bảng tổng hợp giá trị moment các phương pháp. Bảng so sánh giá trị lực cắt lớn nhất giữa các phương pháp. Bảng so sánh giá trị moment lớn nhất giữa các phương pháp. Bảng so sánh giá trị lực cắt lớn nhất theo thời gian cố kết.

Bảng so sánh giá trị moment dương lớn nhất theo thời gian cố kết.113 DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1. Móng băng dưới tường. Móng băng dưới cột và móng băng giao thoa. Sơ đồ dầm đặt trên hai gối tựa.

Phản lực nền tác dụng lên dầm. Cơ chế mô hình nền Winkler. Mô hình nền Winkler khi nền đồng nhất. Phễu lún trong bài toán không gian.

Phễu lún trong bài toán phẳng. Sơ đồ tính kích thước sơ bộ của tiết diện dầm móng. Sơ đồ tính toán dầm trên nền đàn hồi theo phương pháp hệ số nền. Bảng phân loại dầm trên nền đàn hồi.

Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tải tập trung. Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu moment tập trung. Các biểu đồ moment, lực cắt và phản lực nền của dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu moment tập trung. Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tác dụng đồng thời của nhiều tải trọng tập trung.

Dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều trên đoạn l. Dầm dài bán vô hạn trên nền đàn hồi chịu tác dụng của lực tập trung và moment tập trung. Sơ đồ bài toán theo phương pháp bù tải trọng. Dầm ngắn trên nền đàn hồi.

Dầm ngắn bị gia tải trên một số đoạn. Các dạng biến đổi của độ cứng nền. Các dạng biến đổi của c. Các trường hợp tải trọng phân bố.

Đồ thị biểu diễn lời giải phi tuyến theo cát tuyến thay đổi. Đồ thị biểu diễn lời giải phi tuyến theo tuyến thay đổi. Đồ thị biểu diễn các thủ tục của phương pháp “ứng suất ban đầu”. Hệ trục tọa độ tổng thể và dấu quy ước.

Không gian ứng suất chính. Minh họa ứng suất tiền cố kết thẳng đứng trong sự liên hệ với ứng suất thẳng đứng hiện trường. Trạng thái ứng suất quá cố kết thu được từ sự gia tải ban đầu và sự dỡ tải kế tiếp. Xác định E0 và E50 từ kết quả thí nghiệm nén ba trục.

Sơ đồ tính toán móng băng theo phương pháp dầm lật ngược. Biểu đồ nội lực theo phương pháp dầm lật ngược. Sơ đồ tính toán móng băng theo phương pháp hệ số nền. Biểu đồ nội lực theo phương pháp hệ số nền.

Sơ đồ tính toán móng băng theo phương pháp của Giáo sư I. Biểu đồ nội lực theo phương pháp của Giáo sư I. Mô hình tính toán móng băng theo phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis). Áp lực nước lỗ rỗng.

Ứng suất có hiệu. Kết quả lưới biến dạng. Kết quả chuyển vị. Biểu đồ nội lực theo phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng phần mềm Plaxis).

Tổng hợp biểu đồ nội lực của các phương pháp. Thiết lập các giai đoạn cố kết theo thời gian. Biểu đồ so sánh giá trị lực cắt.