Tải bản đầy đủ
17 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

17 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

Tải bản đầy đủ

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

11.17.1.1 Thơng số kĩ thuật đối với cọc tròn
THÉP DỰ ỨNG LỰC 18Þ7.1

18 LỖ

ĐAI Þ4

400

400

500

500

600

600

Hình 11. – Chi tiết mặt cắt ngang tiết diện cọc ly tâm ứng suất trước D600

Thơng số kĩ thuật của thép PC
Thép PC Bar

Đường kính ngồi
(mm)

Loại

600

A

Đường kính và SL

ĐK rp (mm)

18Ø7.1

500

• Vật liệu bêtơng

σcu = 800
σcu = 560
σct = 70

(daN/cm2): cường độ chịu nén trước khi căng.
(daN/cm2): cường độ chịu nén sau khi căng.

(daN/ cm2): cường độ chịu kéo khi uốn.

Ec = 4.2×105 (daN/cm2): Modun đàn hồi của bêtơng trước khi căng.
Ecp = 3.15×105 (daN/cm2): Modun đàn hồi của bêtơng sau khi căng.

εs = 15 ×10−7

ψ=2

: Độ co ngót của bêtơng.

: Hệ số từ biến.

• Vật liệu thép ứng suất trước

σpu = 14500 (daN/cm 2 )

: giới hạn bền

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 661 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

σpy = 13000 (daN/cm 2 )

: giới hạn chảy

E p = 20 × 105 (daN/cm 2 )

r = 0.035

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

: module đàn hồi của thép

: hệ số chùng ứng suất

• Đặc trưng hình học của cọc
Đường kính ngồi

D0

mm

600

Độ dày thành cọc

T

mm

100

Bán kính ngồi

r0

mm

300

Bán kính trong

ri

mm

200

Bán kính đặt thép

rp

mm

250

Diện tích cọc

Ac

cm2

1571

Diện tích thép

Ap

cm2

7.2

11.17.1.2 Tính tốn momen gây nứt bêtơng cọc
Ứng suất kéo ban đầu lên thanh thép ứng suất trước

σpi < 0.8σpy

hoặc

σ pi

:

σpi < 0.7σ pu

σpi = 0.8σpy = 0.8 × 13000 = 10400 (daN / cm 2 )
σpi = 0.7σpu = 0.7 × 14500 = 10150 (daN / cm 2 )
Ta có:
→ Chọn

σ pi = 10150 (daN / cm 2 )

Ứng suất kéo của thép khi kéo bằng phương pháp ứng lực trước:

σ pt =

σ pi
1 + n '(A p / A 0 )

=

10150
= 9862 (daN / cm 2 )
1 + 6.34 × (7.2 / 1563.8)

Trong đó:
n’: Là tỷ số giữa modul đàn hồi của thép và của bêtơng sau khi căng.

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 662 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

n' =

Ep
E cp

=

2000000
= 6.34
315000

A0: diện tích tiết diện của bêtơng
A0 = Ac - Ap = 1571 - 7.2 = 1563.8 (cm2)
Ứng suất ban đầu trong bêtơng do q trình ứng suất trước:

σcpt =

σ pt A p
Ac − Ap

=

9862 × 7.2
= 45.40 (daN / cm 2 )
1571 − 7.2

Tổn hao ứng suất do co ngót và từ biến của bêtơng:

∆σ pψ

nψσcpt + E p εs
4.76 × 2 × 45.4 + 2000000 ×1.5 ×10 −6
=
=
= 416.94 (daN / cm 2 )
σ  ψ
45.4  2 
1 + 4.76 ×
× 1 + ÷
1 + n cpt 1 + ÷
9862  2 
σpt 
2

Trong đó:
n - là tỷ số giữa modul đàn hồi của thép và của bêtơng ở giai đoạn cuối

n=

Ep
Ec

=

2000000
= 4.76
420000

Tổn hao ứng suất do chùng ứng suất trong các thanh thép:

∆σ r = r(σ pt − 2∆σ pψ ) = 0.035 × (9862 − 2 × 416.94) = 315.98 (kG / cm 2 )
Ứng suất hiệu quả còn lại trong thép ứng lực trước:

σpe = σpt − ∆σpψ − ∆σ r = 9862 − 416.94 − 315.98 = 9129.1 (daN / cm 2 )
Ứng suất hiệu quả trong bêtơng cọc:

σce =

σ pe A p
Ac − Ap

=

9129.1 × 7.2
= 42.03 (daN / cm 2 )
1571 − 7.2

Momen qn tính của mặt cắt ngang cọc:

Ice =

π 4 4 n
π
4.76
(ro − ri ) + A p rp2 = × (304 − 204 ) +
× 7.2 × 252 = 521218 (cm 4 )
4
2
4
2

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 663 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

Momen kháng uốn của mặt cắt ngang:

Ze =

Ie 521218
=
= 17373 (cm 3 )
ro
30

Momen uốn gây nứt bêtơng cọc theo JIS A 5337-1995:

M 'cr = Ze (σct + σce ) = 17373 × (70 + 42.03) = 1946297 (daN.m) = 19.5 (T.m)
Momen uốn gây phá hoại cọc theo JIS A 5337-1995:

M 'br = 1.5M cr' = 2919445 (daN.cm) = 29.19 (T.m)

11.17.1.3 Tính tốn sức chịu tải cho phép của cọc theo điều kiện vật liệu
Theo tiêu chuẩn Nhật Bản: áp dụng cho các cơng trình dân dụng
Sức chịu tải tức thời của cọc:

Q aS =

1
1
(σcu − σce )A c = (800 − 42.03) × 1571 = 595385 (daN) = 595.38 (T)
2
2

Sức chịu tải lâu dài của cọc:

1
1
QaL = (σcu − σ ce )A c = (800 − 42.03) × 1571 = 297693 (daN) = 297.69 (T)
4
4
Tiêu chuẩn JIA A 5337-1982 đề nghị giá trị sức chịu tải thiết kế khơng q 85% sức chịu tải
tính được. Nên giá trị sức chịu tải dài hạn và tức thời chọn để thiết kế cọc được nhân với hệ
số 0.85.

QaS = 595.38 × 0.85 = 506.07 (T)
QaL = 597.69 × 0.85 = 253.04 (T)

 So sánh giá trị sức chịu tải tính tay với catalogue của cơng ty PHAN VŨ

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 664 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

Hình 11. – Catalogue cọc ly tâm ứng suất trước của cơng ty Phan Vũ
 Khả năng chịu lực của cọc theo số liệu của nhà sản xuất:
Khả năng chịu lực cho phép của cọc theo số liệu thiết kể của đơn vị sản xuất: Cơng ty cổ phần
đầu tư Phan Vũ. Cọc tròn D600, loại PHC, cấp tải loại A.
Dựa vào bảng thơng số kỹ thuật thì cọc D=600mm, cấp tải loại A.
- Tải trọng làm việc dài hạn: QaL=2570 kN.
- Tải trọng làm việc ngắn hạn: QaS=2QaL = 2×2570 =5140 kN.
- Momen kháng nứt cho phép: Mcr=170 kNm.
- Momen bền uốn Mu=255 kNm
- Trọng lượng bản thân cọc: q=4.08 kN/m.
 Khả năng chịu lực của cọc theo kết quả tính tay:
- Tải trọng làm việc dài hạn: QaL=2530.4 kN.
- Tải trọng làm việc ngắn hạn: QaS=5060.7 kN.
- Momen kháng nứt cho phép: Mcr=195 kNm.
- Momen bền uốn Mu=291.9 kNm
Kết luận: Từ kết quả so sánh trên ta thấy sức chịu tải theo vật liệu của cọc do tính tay gần sát
với catalogue của nhà sản suất nên các giá trị trong catalogue đáng tin cậy và có thể sử dụng
các thơng số này để tính tốn móng trong đồ án.
GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 665 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

11.17.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền
Tính tốn theo phụ lục B mục B.1.1,TCVN 205–1998: Móng cọc–Tiêu chuẩn thiết kế [6]
Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Q u = QS + Q P
Qa =

Sức chịu tải cho phép của cọc:

Q
Qs
+ p
FSs FSp

Trong đó:
-

Qs: Sức chịu tải cực hạn do ma sát (kN);

-

Qp:Sức chịu tải cực hạn do chống mũi (kN);

-

FSs: Hệ số an tồn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1.5-2.0;

-

FSp - Hệ số an tồn cho thành phần kháng mũi lấy bằng 2.0-3.0.

Việc lựa chọn hệ số an tồn cho thành phần ma sát nhỏ hơn hệ số an tồn cho thành phần
kháng mũi vì: hai đại lượng trên khơng đạt cực hạn cùng một lúc, thường ma sát bên đạt
cực hạn trước sức kháng mũi.

11.17.2.1 Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát QS
Theo cơng thức (B.1) – TCXD 205 : 1998, sức chịu tải cực hạn do thành phần ma sát được
xác định như sau:
n

Qs = u ∑ m c2i f si .li
i =1

Trong đó:
-

mc2=0.8:Hệ số điều chỉnh làm việc mc2 để hiệu chỉnh fi,trong đất khi thiết kế có động đất.

-

u: chu vi của tiết diện cọc (m),
li: chiều dài lớp đất thứ i mà cọc đi qua (m).
fsi: lực ma sát đơn bị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên cọc (kN/m2)

u = πd = π × 0.8 = 1.884m

f si = c ai + σ'hi tan ϕai
Trong đó:
+ cai: lực dính giữa thân cọc và đất thứ i, đối với cọc khoan nhồi cai=ci
+ φai: góc ma sát giữa cọc và đất nền

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 666 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

+ σhi’: ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương vng góc với mặt bên cọc do
tải trọng bản thân các lớp đất ở trạng thái tự nhiên gây ra:

σ'hi = σ'vi k si

Trong đó:

σ 'vi = γ 'z i

ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng do tải trọng
bản thân các lớp đất ở trạng thái tự nhiên gây ra

k si
k si

: hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i đối với đất cát;

k si = 1 − sin ϕi

: hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i đối với đất sét ;

k si = 0,19 + 0,233log I p

Bảng 11.- Địa chất dọc thân cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc
γ

c
kN/m2

Ip
(%)

3.5

5.7

37.4

6.09

4.78

9.2

30.6

10.51

24.2

8.7

5.5

Lớp

Tên đất

Dày
(m)

1

Bùn sét, chảy

11.7

4.76

2

Sét, dẻo chảy

10.4

3

Cát pha, chặt vừa

19.8


(kN/m3)

ϕ

(o)

Ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ 1:

σ'vi = (1.5 ×14.64 + 9.8 × 4.76) +

11.7
× 4.76 = 96.45(kN / m 2 )
2

f si1 = 5.7 + ( 0.19 + 0.233log(37.4) ) × 96.45 × tan 3.50 = 9.0(kN / m 2 )
Ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ 2:

σ'vi = (1.5 ×14.64 + 9.8 × 4.76) + 11.7 × 4.76 +

10.4
× 6.09 = 155.97(kN / m 2 )
2

f si1 = 9.2 + ( 0.19 + 0.233log(30.6) ) ×155.97 × tan 4.780 = 16.0(kN / m 2 )
Ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ 3:

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 667 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

σ'vi = (1.5 × 14.64) + (9.8 + 11.7) × 4.76 + 10.4 × 6.09 +

19.8
×10.51 = 291.69(kN / m 2 )
2

f si3 = 8.7 + ( 1 − sin 24.20 ) × 291.69 × tan 24.20 = 86.05(kN / m 2 )
→ Qs = 1.884 × 0.8 × ( 9 ×11.7 + 16 ×10.4 + 86.05 ×19.8 ) = 2977.46(kN)

11.17.2.2 Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp
Theo mục B.1.4, TCXD 205-1998 [6], cơng thức tính cường độ chịu tải của đất
dưới mũi cọc:
Q p = A p .q p
Trong đó:
Ap - diện tích tiết diện ngang của mũi cọc (m2); Ap = 0.503 (m2)
qp - cường độ đất nền dưới mũi cọc (kN/m2).

q p = cN c + σ 'vp N q + γd p N γ

Với:
c: Lực dính của đất dưới mũi cọc, c = 8.7 (kN/m2)
γ: trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc, γ = 10.51 ((kN/m3)
dp: cạnh/đường kính tiết diện cọc, dp = 0.8 (m)
Nc, Nq, Nγ: hệ số sức chịu tải phụ thuộc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc
và phương pháp thi cơng.
ϕ ' = 0.7ϕ + 10o = 0.7 × 24.20 + 100 = 26.940
Đối với cọc ép:
Tra bảng và nội suy theo φ’ = 26.970 ta có: Nc = 23.94, Nq = 13.2, Nγ =14.47.
Các giá trị trên được tra từ bảng 1.23, trang 61, Châu Ngọc Ẩn (2005) Nền móng.
NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh,[24].

σ 'vp

ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng
lượng bản thân đất
σ'v = 21.2 × 4.76 + 10.4 × 6.09 + 19.8 ×10.51 = 372.35 (kN / m 2 )

⇒ q P = 8.7 × 23.94 + 372.35 ×13.2 + 10.51 × 0.6 ×14.47 = 5214.46 (kN / m 2 )

Như vậy, sức kháng mũi cọc:

Q p = A p × q p = 0.283 × 5214.46 = 1475.7 (kN)

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 668 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

11.17.2.3 Sức chịu tải cho phép của cọc
Sức chịu tải cực hạn của cọc

Q u = Qs + Q p = 2977.46 + 1475.7 = 4453.16 (kN)
Sức chịu tải cho phép của cọc

Qa =

Q
Qs
2977.46 1475.7
+ p =
+
= 1980.63 (kN)
FSs FSp
2
3

11.17.3 Theo kết quả thí nghiệm xun tiêu chuẩn (SPT)
Tính tốn theo phụ lục C mục C.2.3, TCVN 205–1998: Móng cọc–Tiêu chuẩn thiết kế [6]
được xác định như sau:

1
Q p = × { α N a A p + (0.2N s Ls + C u L c ) πd}
3
Trong đó:
α : hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi cơng, cọc nhồi α = 30
Na : chỉ số SPT của lớp đất dưới mũi cọc, Na = 46
Ap : diện tích tiết diện cọc, Ap = 0.283 m2
Ns : chỉ số SPT của các lớp cát bên thân cọc.
Ls : chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát.

→ N s Ls = 46 × 19.8 = 910.8 (T/ m)
cu : lực dính khơng thốt nước của đất sét theo SPT (Tham khảo cơng thức (2-24) sách

GS.TS. Nguyễn Văn Quảng (2008), Nền móng và tầng hầm nhà cao tầng [30])
cu =

Nc
(T / m 2 )
1.4

Với:
Nc là chỉ số SPT lớp đất sét
Lc : chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét

→ ∑ C u Lc =

1
(1 + 4) / 2
× 11.7 +
× 10.4 = 26.93(T / m)
1.4
1.4

d: đường kính cọc, d = 0.6 m

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 669 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

1
→ Q p = × { 30 × 46 × 0.283 + (0.2 × 910.8 + 26.93) × π × 0.6} = 261.48(T) = 2614.8 (kN)
3
11.17.4 Sức chịu tải thiết kế
So sánh sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu trên ta chọn sức chịu tải nhỏ nhất tức là:
Qa,TK = min{QVL tức thời ; Qa,cường độ; Qa, SPT} = min {5140;1980.63; 2614.8} = 1980.63 (kN)
Chọn sức chịu tải thiết kế của cọc là Qa,TK = 1980 (kN)

11.18 KIỂM TRA CỌC THEO ĐIỀU KIỆN CẨU LẮP
Do cọc được sản xuất tại nhà máy nên điều kiện cẩu lắp của cọc đã được nhà sản xuất đảm
bảo. Tuy nhiên, để an tồn sinh viên kiểm tra lại cọc theo sơ đồ nguy hiểm nhất.
Tra catalogue của nhà sản xuất, với tiết diện cọc D600 có qc = 4.08 kN/m.
Trọng lượng bản thân cọc kể đến hệ số động khi cẩu lắp và dựng cọc:

q = k d nq c = 1.5 ×1.1 × 4.08 = 6.73 ( kN / m )
Chiều dài cọc đã chọn L = 14m
11.18.1 Trường hợp vận chuyển cọc.
Do khi thi cơng cọc ly tâm được cột ở hai đầu nên kiểm tra với sơ đồ nguy hiểm nhất như sau:

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 670 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHĨA 2011-2016

14000

6.73kN/m

M=ql2/8=164.89kN.m

Hình 11. – Sơ đồ kiểm tra cọc theo điều kiện vận chuyển
Ta có:
chuyển.

M max = 164.89 (kN.m) < M cr = 170 ( kN.m)

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 671 -

→ Vậy cọc đảm bảo điều kiện vận

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432