Bài báo "Sử dụng phần mềm rdsuite để tính toán móng, móng lệch tâm"

Design building foundation, assumed foundations separated from upper structures. Moreover, interaction between piles, cap, braces are not taken in consideration. Especially in large eccentric foundation which occur in almost building structures, it's difficult to determine stresses or reactions of base or piles . Rdsuite software assists to solve this problems.

 

 

I. Đặt vấn đề:

Trong thiết kế móng công trình, móng có cột đặt lệch tâm gặp ở hầu hết công trình. Như vậy sẽ phát sinh mô men lệch tâm trong móng M= N*e. Các kỹ sư thiết kế thường rất khó phân bố mô men này cho các thành phần của móng. Hiện nay có một số cách giải quyết về việc phân bố mô men này như sau:

- Thiên về an toàn, cho cọc hoặc nền chịu hoàn toàn mô men. Với quan điểm này sẽ dẫn đến cọc hay nền có ứng suất phân bố hình tam giác gần vị trí cột, móng chịu nén nhiều hơn còn xa cột thì móng chịu nén ít hơn, thậm chí trong một số trường hợp móng hoặc cọc lại chịu kéo, do đó bố trí cọc phải nhiều hơn và kích thước móng cũng phải lớn hơn dẫn đến lãng phí.

- Coi như hệ giằng móng chịu hoàn toàn mô men lệch tâm. Như vậy phải chọn giằng móng đủ độ cứng. Mà ngay cả khi giằng đủ độ cứng thì mô men lệch tâm đó vẫn truyền một phần không nhỏ về cọc và nền. Do đó thiết kế theo quan điểm này sẽ dẫn đến chọn giằng cao và to để đủ khả năng chịu mô men lệch tâm.

- Coi hệ giằng, móng (nền, cọc, đài) và cột làm việc đồng thời với nhau. Mô men sẽ được phân bố cho các thành phần dựa vào mối tương quan độ cứng. Để giải quyết bài toán này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô hình và tính nội lực, phản lực trong hệ , đồng thời áp dụng một số phương pháp lý thuyết cũng như thực nghiệm để tính lún của cọc cũng như nền. Trong bài báo này chúng tôi đi sâu vào phân tích tính toán theo cách thứ 3, so sánh với các phương pháp khác đồng thời giới thiệu về phần mềm Rdsuite mà chúng tôi đó nghiên cứu và phát triển để giải quyết bài toán này.

II. Mô hình và tính toán

1. Mô hình kết cấu, đài , giằng

Cột (vách), đài (móng nông), giằng được mô hình thành các phần tử khối SOLID hình chữ nhật hoặc hình thang. Đài cọc được chia thành các phần tử theo lưới hình chữ nhật, độ mau hay thưa của lưới quyết định độ chính xác của bài toán cũng như thời gian chạy chương trình, tuỳ sự lựa chọn của người tính những luới này phải đi qua vị trí có cọc. Tại các điểm giao nhau của lưới sẽ được mô tả bằng các gối đàn hồi thay thế cho cọc hoặc thay thế cho đất dưới đáy đài.

2. Mô hình tính toán đất dưới móng

Đài được chia thành lưới hình chữ nhật, tại các vị trí không có cọc sẽ được thay thế bằng một gối đàn hồi SPRINGS

3. Mô hình tính toán hệ cọc

Cọc được thay thế bằng các gối đàn hồi SPRINGS, có thể kể đến ảnh hưởng các cọc trong đài qua hệ số tương tác của Pandoloph (Fleming et al, 1985).

4. Xác định độ cứng của gối đàn hồi thay thế

4.1 Gối đàn hồi thay thế cọc:

Độ cứng của gối đàn hồi thay thế cọc (Kc) đặc trưng cho độ lún của cọc, tỷ lệ bậc nhất với tải trọng tác dụng lên cọc và tỷ lệ nghịch với độ lún của cọc đó.

Các bước tính:

*Chia nhỏ kết cấu móng: thành lưới chữ nhật .

*Xác định tải trọng tác dụng lên cọc.

*Xác định độ lún của cọc đơn.

*Xác định ảnh hưởng gây lún của các cọc xung quanh và sự ảnh hưởng gây lún của đất nền dưới đáy móng.

*Xác định độ lún toàn phần:

*Xác định độ cứng: Ki = Pci / Sci

4.2 Gối đàn hồi thay thế đất:

*Tại các nút liên kết không có cọc (nút i), thay thế nền bằng một gối đàn hồi SPRING có độ cứng Ki tương đương: Ki = Pi . Fi / Si

III. Xây dựng mô đun phần mềm

Rdsuite là phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu theo tiêu chuẩn Việt nam và một số tiêu chuẩn nước ngoài vẫn thường sử dụng ở Việt nam. Phần mềm trợ giúp tính toán tải trọng động đất, gió động, thiết kế móng (móng đơn, móng cọc, móng băng, móng hợp khối), thiết kế dầm, cột sàn, vách BTCT...theo TCVN lấy kết quả nội lực và phân tích động lực từ SAP2000, ETABS, STAADPRO. Trong phiên bản mới chúng tôi đã bổ sung mô đun phân tích thiết kế móng theo phương pháp tính đồng thời để thiết kế móng lệch tâm lớn cũng như hệ giằng móng. Gối đàn hồi thay thế cọc ngoài lời giải lý thuyết còn có thêm phần xác định theo thí nghiệm nén tĩnh hoặc công thức tính độ lún của cọc đơn theo TCXD VN 205-1998.

IV. Ví dụ tính toán và so sánh

Đài cọc 1 (Đ-01) gồm 3 cọc nhồi D=800mm và cột 1000x1000 mm đặt lệch tâm ra mép đài, tải trọng P=1000 T (xem hình 3). Đài cọc 2 (Đ-02) gồm 3 cọc nhồi D=800mm có cột 1000x1000 mm và tải trọng P=800 T. Đài Đ-01 và Đ-02 được nối với nhau bằng dầm móng 400x800 mm.

Xác định nội lực trong hệ.

Cách 1: Sử dụng phần mềm rdsuite V9.6.8, các bước nhập số liệu như sau:

+ Khai báo hệ thống lưới.

+ Khai báo cột và tải trọng chân cột.

+ Vẽ dầm móng.

+ Khai báo đất nền, cọc.

+ Gán số liệu đài cọc và chạy phần mềm.

Cách 2: Sử dụng phần mềm SAFE version 12 của hãng CSI (Mỹ)

Nhận xét:

- Phản lực đầu cọc theo 3 cách tính phản ánh đúng những nhận xét trong phần đặt vấn đề của bài báo. Trong phương pháp tính giữa Rdsuite và SAFE có khác nhau nhỏ. Nguyên nhân là do Rdsuite mô hình đài, cột và giằng là các phần tử khối (solid) còn Safe mô hình đài là phần tử tấm (shell) còn giằng, cột là phần tử thanh (frame) và độ cứng của cọc trong safe được gán đều nhau.

- Tính theo rdsuite và safe cho kết quả sai khác nhỏ, nên có thể dùng các phần mềm này để tính toán móng chịu tải trọng lệch tâm.

- Nếu lấy mô men M*=M+N*e để phân cho cọc thì kết quả phản lực cọc trong hệ ra rất khác , thậm chí có cọc chịu kéo trong khi tính theo Rdsuite và Safe thì cọc vẫn chịu nén, dẫn đến lãng phí cọc, vật liệu đài. Ngược lại nếu coi giằng chịu toàn bộ, thì theo bảng , các cọc 1,2 của đài Đ-01... sẽ không an toàn. Do đó với móng lệch tâm lớn nên áp dụng phương pháp phân tích móng làm việc đồng thời cùng với nền..

V. Kết luận

Tính toán đồng thời làm việc giữa móng, cọc , đài cọc, giằng móng là hết sức cần thiết, phản ánh trung thực sự làm việc của kết cấu. Hơn nữa từ trước đến nay thường bỏ qua sự làm việc của các giằng móng. Phần mềm Rdsuite trợ giúp cho quá trình tính toán và cho lời giải sát với thực tế hơn.

Tài liệu tham khảo

1. Joseph E. Bowles : Foundation Analysis and Design - The McGraw - Hill Companies Inc

2. Foundation Design and Construction - Geo Puplication 1/2006.

3. Vũ Công Ngữ: Thiết kế móng nông - Trường Đại học xây dựng 1998.

4. Trần Văn Việt: Cẩm nang dùng cho địa kỹ thuật. 5. Nguyễn Tiến Dũng : Luận văn thạc sỹ: "Nghiên cứu và lập trình tính móng móng lệch tâm làm việc đồng thời cùng với nền".

CHI TIẾT BÀI BÁO - MỜI CÁC BẠN ĐỌC TRÊN TẠP CHÍ XÂY DỰNG - BỘ XÂY DỰNG SỐ 01/2012