Các yếu tố ảnh hưởng đến vị trí trục quay tức thời của móng trụ

70 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG KHOA H“C & C«NG NGHª Các yếu tố ảnh hưởng đến vị trí trục quay tức thời của móng trụ Affecting factors on the coordinates of instantaneous rotational axis of the cylindrical foundation Chu Thị Hoàng Anh Tóm tắt Ảnh hưởng của tải trọng, độ sâu chôn móng, độ lệch tâm của lực trên sự dịch chuyển và vị trí của trục quay tức thời của móng được nghiên cứu về mặt lý thuyết và thí nghiệm trong nghiên cứu này. Bài báo trình bày cách thiết lập mối quan hệ phụ thuộc giữa các yếu tố ảnh hưởng đến tâm quay tức thời của móng trụ khi chịu tác động của tải trọng dọc. Cách xác định các tọa độ tương đối của tâm (trục) quay tức thời được trình bày. Nghiên cứu thực nghiệm về dịch chuyển của thân móng và vị trí trục quay tức thời được tiến hành tại phòng thí nghiệm của trường Đạ i học tổng hợp kĩ thuật Tambov và Đại học Kiến trúc Xây dựng Voronhez, LB Nga. Từ khóa: trục quay tức thời; dịch chuyển; móng trụ, đất nền Abstract In recent years, the development of computer hardware and software has brought many advantages in solving nonlinear problems and has formed many different methods to predict the exact form of steel frame destruction, reflecting closely to the actual work of the steel frame. The nonlinear of geometry, nonlinear of material behavior and the analysis of the structural system are combined in one step. This article firstly mentions “Steel frame analysis taking into account the structural integrity of the American standard system AISC-LRFD (2010)”. Key words: nonlinear analysis, nonlinear geometry, nonlinear material analysis, AISC TS. Chu Thị Hoàng Anh Bộ môn kết cấu thép- gỗ, Khoa Xây dựng Điện thoại: 0962134911 Email: chuhoanganh2607@yahoo.com Ngày nhận bài: 12/4/2018 Ngày sửa bài: 12/6/2018 Ngày duyệt đăng: 05/10/2018 1. Đặt vấn đề Dịch chuyển của móng cứng (độ lún s, độ dịch ngang u, độ nghiêng i) được xem như chuyển động quanh một tâm hay trục xoay tức thời có tọa độ trong hệ tọa độ xoy là xc, zc. Chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó kể đến giá trị tải trọng, độ sâu chôn móng, độ lệch tâm của tải trọng và sự phân bố ứng suất pháp và ứng suất tiếp tiếp xúc [3,4]. Trong các thí nghiệm của mình [1,3,4], các nhà khoa học Glushkov G.I., Ledenev V.V. đã xác định chuyển dịch của móng cọc đơn chịu tải trọng đứng đúng tâm, lệch tâm cũng như tải trọng ngang trong những điều kiện nền đất nhất định nhờ sử dụng các hệ thống máy đo trong phòng thí nghiệm. Sử dụng kết quả thí nghiệm của giáo sư Ledenev V.V. [2] xác định dịch chuyển của móng trụ đơn dưới tác dụng của lực dọc đúng tâm, lệch tâm, nghiên cứu ứng suất tiếp xúc giữa móng và nền đất cùng những kết quả thí nghiệm nghiên cứu tác giả tiến hành tại trường Đại học tổng hợp Kĩ thuật Tambov, liên bang Nga [4], bài báo đưa ra một số bổ sung về tính toán tâm quay tức thời của móng trụ tròn. 2. Ảnh hưởng của độ sâu chôn móng lên tọa độ tương đối trục quay tức thời dưới tác dụng của lực dọc trục F Trong nghiên cứu của giáo sư Ledenhev V.V.[2] một loạt thí nghiệm xác định ứng suất tiếp xúc của móng trụ tròn đã được tiến hành hàng trăm mẫu thí nghiệm có đường kính 80 cm, chiều cao 80, 120, 160 và 240 cm dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm tương đối e0 =e/R= 0,5 tại Tamb ov và Voronhez. Trên bề mặt đáy và mặt bên tiếp xúc với đất nền của móng có gắn các dụng cụ đo chuyển dịch ngang, độ lún và độ nghiêng [2, tr 46, 68]. Tọa độ tương đối của trục quay tức thời được xác định dựa vào công thức sau c s x iR = ; c u z ih = . Trong đó s, u, R,h- độ lún, dịch chuyển ngang và bán kính, độ sâu của móng, i- độ nghiêng của móng. Giá trị của chúng ứng với các độ sâu chôn móng khác nhau trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Tọa độ tương đối trục quay tức thời của móng trụ đường kính d=80cm chịu tải trọng lệch tâm tương đối e0=0,5 Độ sâu chôn móng h, cm Tọa độ tương đối trục quay tức thời khi lực F, kN 16 20 24 xc zc xc zc xc zc 80 4,61 1,1 4,39 1,05 4,04 0,94 120 5,73 0,92 5,51 0,9 5,07 0,89 160 7,53 0,72 6,81 0,71 6,19 0,7 240 10,1 0,66 9,43 0,68 8,14 0,64 Thí nghiệm tương tự được tác giả và giáo sư Ledenhev V.V. tiến hành trên nền đất tự nhiên, đường kính mẫu móng trụ d=50 cm, độ sâu chôn móng tương đối λ=h/d =1,5; 2,25; 2,6; 2,8; 3,6 với độ lệch tâm tương đối e0=0,4; 0,5; 0,8; 1 của tải trọng dọc trục F = 100 kN [4]. Từ những kết quả thu được, tác giả sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để tìm mối liên hệ giữa tọa độ tương đối trục quay tức thời và độ sâu chôn móng tương đối λ (bảng 2). Độ sâu chôn móng càng tăng tọa độ tương đối theo phương zc càng giảm và theo phương xc càng tăng. 71 S¬ 32 - 2018 Bảng 2. Mối liên hệ giữa tọa độ tương đối trục quay tức thời móng trụ đường kính d=50cm và độ sâu chôn móng tương đối λ Tải trọng F, kN e0 Tọa độ tương đối trục quay tức thời xc zc 100 0,4 xc = 0,014 λ3 - 0,109λ2 + 0,274λ - 0,19 zc = -0,421λ3 + 3,268λ2 - 9,464 λ + 7,513 100 0,5 xc = 0,024 λ3 - 0,191λ2 + 048 - 0,355 zc = -0,513λ3 + 4,041λ2 - 11,326λ + 9,043 100 0,8 xc = -0,003 λ 2 + 0,031λ - 0,016 zc = -0,094 λ3 + 0,775λ2 - 2,956λ + 2,689 100 1 xc = -0,004λ 2 + 0,041λ - 0,031 zc = -0,084 λ3 + 0,704λ2 - 2,685λ + 2,527 3. Ảnh hưởng của độ lệch tâm tương đối của tải trọng dọc trục lên tọa độ tương đối trục quay tức thời Thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện trên nền đất tự nhiên hai lớp. Đường kính mẫu móng trụ d=50cm, độ sâu chôn móng tương đối λ=h /d =1,5; 2,25; 2,6; 2,8; 3,6 với các trường hợp độ lệch tâm tương đối e0=0,4; 0,5; 0,8; 1 của tải trọng dọc trục F (kN)= 60, 100, 120, 160 [4]. Mẫu móng cọc được đặt 6-8 cốt thép từ ϕ 12 mm, bê tông mác B15. Lỗ khoan bằng máy khoan, đáy lỗ khoan được vét sạch đất rời và làm phẳng. Bê tông được bơm cùng ngày khoan. Trên đầu cọc đặt tấm thép 250x250x20 mm có hàn móc thép chờ để tiến hành truyền lực thí nghiệm. Một thanh thép dài 6m, làm bộ phận truyền lực hàn với thép chờ của móng neo. Cuối thanh thép đặt các khối bê tông tải trọng. Để đo độ lún và dịch chuyển ngang tiến hành lắp đặt sáu máy đo progibometer theo thiết kế của Maksimov và Aistov [hình 1]. Một số kết quả thí nghiệm được đưa trong bảng 3, các kết quả thí nghiệm khác có thể tham khảo trong tài liệu [4]. Bảng 3. Một số kết quả thí nghiệm e0 λ (h/d) F, kN Dịch chuyển của tâm mặt cắt (s,u- mm; i. 10-2) Tọa độ tương đối trục quay tức thời s u i zc xc 0,4 1,5 60 13.82 -0.18 -0.03 -1.655 0.021 0,5 1,5 60 13.83 -0.23 -0.04 -1.403 0.023 0,8 1,5 60 13.88 -0.44 -0.06 -0.977 0.031 0,4 1,5 100 16.72 -0.52 -0.09 -0.749 0.023 0,5 1,5 100 16.88 -0.70 -0.12 -0.585 0.024 0,8 1,5 100 17.47 -1.33 -0.22 -0.320 0.024 0,4 1,5 120 18.95 -0.89 -0.19 -0.407 0.019 0,5 1,5 120 19.21 -1.13 -0.23 -0.332 0.020 0,8 1,5 120 20.37 -2.13 -0.46 -0.179 0.019 0,4 2.6 60 12.94 -0.10 -0.02 -3.297 0.026 0,5 2.6 60 12.94 -0.14 -0.02 -2.807 0.030 0,8 2.6 60 12.95 -0.24 -0.03 -1.949 0.037 0,4 2.6 120 16.02 -0.30 -0.03 -2.154 0.040 0,5 2.6 120 16.03 -0.39 -0.03 -1.843 0.045 0,8 2.6 120 16.06 -0.66 -0.05 -1.260 0.052 0,4 3,6 60 12.25 -0.08 -0.01 -5.517 0.038 0,5 3,6 60 12.27 -0.11 -0.01 -4.725 0.043 0,8 3,6 60 12.27 -0.19 -0.01 -3.291 0.052 0,4 3,6 120 14.92 -0.22 -0.02 -3.465 0.051 0,5 3,6 120 14.91 -0.28 -0.02 -2.969 0.056 0,8 3,6 120 14.94 -0.50 -0.03 -2.113 0.071 Độ lệch tâm tăng làm tăng độ lún móng và giảm giá trị lực tới hạn lên móng. Kết quả thí nghiệm cho thấy với cùng một giá trị tải trọng và độ sâu chôn móng, độ lệch tâm tăng không làm ảnh hưởng nhiều đến độ dịch ngang của móng mà ảnh hưởng đến độ lún. Điều này dẫn đến độ nghiêng của móng tăng, tọa độ tương đối theo trục xc tăng và theo trục zc giảm. Tác giả khảo sát vị trí trục quay tức thời của móng với các trường hợp độ sâu chôn móng tương đối và tải trọng tăng dần,.. từ đó thiết lập phương trình quan hệ giữa tọa độ tương đối trục quay và độ lệch tâm tương đối của tải trọng dọc trục bằng phương pháp bình phương bé nhất và đưa vào bảng 4. Bảng 4. Mối liên hệ giữa tọa độ tương đối trục quay tức thời móng trụ đường kính d=50 cm và độ lệch tâm tương đối e0 F, kN λ Tọa độ tương đối trục quay tức thời xc zc 60 1,5 xc = -0,049e03 + 0,086e02 - 0,024e0 + 0,020 zc = 3,287e03 - 8,333e02 + 8,0144e0 - 3,737 100 1,5 xc = -0,007e03 - 0,012e02 + 0,026e0 + 0,015 zc = 2,25e03 - 5,721e02 + 5,417e0 - 2,144 120 1,5 xc = 0,022e03 - 0,056e02 + 0,041e0 + 0,010 zc = 0,332e03 - 1,176e02 + 1,612 e0 - 0,885 160 1,5 xc = 0,022e03 - 0,047e02 + 0,033e0 + 0,005 zc = 0,191e03 - 0,606e02 + 0,756e0 - 0,401 60 2,6 xc = 0,007e03 - 0,04e02 + 0,066e0 + 0,006 zc = 4,536e03 - 12,794e02 + 13,64e0 - 6,997 100 2,6 xc = 0,229e03 - 0,538e02 + 0,420e0 - 0,063 zc = -0,583e0 3 - 0,682e02 + 3,904e0 - 3,808 72 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG KHOA H“C & C«NG NGHª 120 2,6 xc = 0,102e03 - 0,242e02 + 0,206e0 - 0,010 zc = 2,848e03 - 7,76e02 + 8,357e0 - 4,437 160 2,6 xc = - 0,04e03 + 0,028e02 + 0,036e0 + 0,023 zc = 1,831e03 - 4,795e02 + 4,884e0 - 2,359 60 2,8 xc = 0,007e03 - 0,042e02 + 0,07e0 + 0,007 zc = 5,062e03 - 14,278e02 + 15,23e0 - 7,827 100 2,8 xc = 0,003e03 - 0,053e02 + 0,103e0 +0,0002 zc = 2,88e03 - 8,25e02 + 9,196e0 - 5,139 120 2,8 xc = 0,097e03 - 0,253e02 + 0,231e0 - 0,017 zc = 2,114e03 - 6,523e02 + 7,857e0 - 4,626 160 2,8 xc = -0,15e03 + 0,249e02 - 0,091e0 + 0,052 zc = 4,265e03 - 10,549e02 + 9,583e0 - 3,909 60 3,6 xc = 0,05 e03 - 0,136 e02 + 0,143 e0 - 0,0007 zc = 6,332e03 - 18,616e02 + 20,81e0 - 11,27 100 3,6 xc = -0,017e03 - 0,004e02 + 0,067e0 + 0,019 zc = 5,261e03 - 14,602e02 + 15,395e0 - 7,98 120 3,6 xc = -0,133e03 + 0,229e02 - 0,076e0 + 0,053 zc = 5,424e03 - 14,5e02 + 14,705e0 - 7,374 160 3,6 xc = 0,03e03 - 0,135e02 + 0,191e0 + 0,008 zc = 2,867e03 - 8,181e02 + 9,48e0 - 5,656 4. Ảnh hưởng của tải trọng lên tọa độ tương đối trục quay tức thời Xét kết quả thí nghiệm [3, trang 97-99] xác định dịch chuyển của tâm móng thực hiện với mẫu trụ đường kính d=50cm; độ sâu h=180cm; độ lệch tâm tương đối của tải trọng dọc trục e0=0,4. Thí nghiệm tiến hành trên thực địa ở Hình 1. Máy đo progibometer Maksimov (a) và Aistov (b) a) b) Hình 2. Sơ đồ thí nghiệm kích thước thật trên nền đất tự nhiên và cách đo kết quả thí nghiệm dùng hệ khung thanh truyền lực 1- Móng thí nghiệm; 2- khung; 3- ống thép; 4- móng để neo; 5- thanh thép truyền lực; 6- tấm để nối các khối tải trọng với móng neo; 7- khớp để nối với thanh thép truyền lực; 8- kích thủy lực ГВ; 9- khớp trụ; 10- con lăn (xem tiếp trang 79)