Nghiên cứu thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao thoa cho công trình nhà phố theo điều kiện đất nền

TỔNG QUAN

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Phân tích ứng xử của khung – móng – nền khi làm việc đồng thời là một vấn đề mới, cần thiết cho việc nghiên cứu lựa chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao thoa cho công trình nhà phố Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh điều kiện đất nền chưa được đề cập nhiều trong tài liệu trong và ngoài nước.

Một số bài báo trong nước đã phân tích sự làm việc đồng thời của khung, móng và nền, như bài của Nguyễn Hải Đăng và Bùi Trường Sơn về "ứng xử của khung – móng – nền khi làm việc đồng thời", hay bài của Vũ Văn Thành và Trần Ngọc Linh về "tính kết cấu khung phẳng và nền làm việc đồng thời" Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ dừng lại ở việc phân tích trên nền đất đàn hồi tuyến tính và sử dụng phần mềm Sap 2000, dẫn đến hạn chế về thông số nền đất và độ lún Để khắc phục những thiếu sót này, cần áp dụng chương trình tính toán tiên tiến hơn, cụ thể là Plaxis 3D.

Nghiên cứu về thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao thoa cho nhà phố dựa trên điều kiện đất nền vẫn còn ít được quan tâm trên thế giới Tác giả chưa tìm thấy tài liệu quốc tế nào đề cập đến vấn đề này Việc ứng dụng phần mềm Plaxis 3D để phân tích sự tương tác giữa khung, móng và nền trong quá trình làm việc đồng thời sẽ tạo điều kiện cho việc xây dựng thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao, mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong tương lai.

Tổng quan về hướng nghiên cứu

Ứng dụng Plaxis 3D là công cụ hữu ích để phân tích hành vi của khung, móng và nền khi chúng hoạt động đồng thời Việc này cung cấp cơ sở quan trọng cho việc lựa chọn bề rộng sơ bộ của móng băng giao.

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc thiết kế kết cấu công trình đã trở nên đơn giản hơn nhờ vào công cụ máy tính Việc sử dụng phần mềm như Etab và Plaxis 3D giúp mô phỏng toàn bộ công trình trên nền đất đàn hồi, từ đó phản ánh chính xác sự làm việc của công trình và nền đất Điều này cung cấp thông tin rõ ràng về hoạt động của kết cấu khung, móng và nền đất bên dưới, tạo cơ sở cho việc nghiên cứu lựa chọn sơ bộ bề rộng móng băng cho các công trình nhà phố dựa trên điều kiện đất nền.

Trong thiết kế kết cấu, các kỹ sư thường tính toán khung và nền móng một cách độc lập, giả định công trình hoạt động trên nền cứng Tuy nhiên, phương pháp này có thể dẫn đến sai lệch khi áp dụng cho công trình trên nền đàn hồi Đặc biệt, khi thiết kế móng băng, cần xem xét sự tương tác giữa khung, móng và nền, vì chuyển vị của nền có thể làm thay đổi nội lực của kết cấu trên, dẫn đến sự phân bố lại ứng suất dưới đáy móng Do đó, việc nghiên cứu và khai thác yếu tố này là rất quan trọng trong việc xác định bề rộng móng băng và phân tích ứng xử của hệ thống khung – móng – nền khi chúng hoạt động đồng thời.

Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Bề rộng móng băng giao thoa có tác động quan trọng đến kết quả tính toán kết cấu khung và móng của công trình, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và độ lún của nền Do đó, việc lựa chọn bề rộng móng băng hợp lý ngay từ đầu là cần thiết để giải quyết các vấn đề liên quan đến kết cấu và nền móng.

Việc tính toán và chọn bề rộng móng băng giao thoa cho nhà phố gặp nhiều khó khăn do thiếu hồ sơ khảo sát địa chất Thông thường, người thiết kế giả định khả năng chịu tải của nền và sử dụng các phần mềm như Sap 2000, Etabs hoặc Safe để mô phỏng dầm móng trên nền đàn hồi tuyến tính Tuy nhiên, kết quả thu được chưa phản ánh đúng thực tế làm việc của dầm móng trên nền đất tự nhiên.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, tác giả sử dụng Plaxis 3D để phân tích sự tương tác giữa khung, móng và nền, từ đó đề xuất thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao nhau cho các công trình nhà phố trên nhiều loại nền đất khác nhau Bề rộng móng băng được xác định thông qua các mô hình nền đất thực tế, đảm bảo đáp ứng các tiêu chí về độ lún và khả năng chịu tải Thủ tục này cung cấp tài liệu và cơ sở cho kỹ sư trong việc lựa chọn bề rộng móng băng trong quá trình thiết kế.

1.3.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc sử dụng Plaxis 3D để mô phỏng công trình trên nền đàn hồi giúp phản ánh chính xác sự làm việc của công trình trên nền đất Đề tài này hướng đến phương pháp tính toán kết cấu, đặc biệt là kết cấu móng, với sự xem xét đồng thời “khung – móng – nền”, mang lại kết quả chính xác và tối ưu hơn, được xem là xu hướng trong thiết kế công trình tương lai Sau khi hoàn thành, nghiên cứu sẽ giúp hiểu rõ hơn về ứng xử của khung – móng – nền khi làm việc cùng nhau, từ đó cung cấp cái nhìn tổng quan về hoạt động của kết cấu và tìm ra phương pháp tính toán phù hợp với thực tế Tài liệu này cũng hỗ trợ kỹ sư trong việc lựa chọn kích thước bề rộng móng băng cho các loại đất nền cụ thể, giúp cải thiện hiệu quả thiết kế.

Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu

Nghiên cứu ứng xử của kết cấu khung, móng và nền khi làm việc đồng thời nhằm phân tích sự thay đổi nội lực trong kết cấu khung, nội lực trong móng và chuyển vị của nền Việc áp dụng phương pháp tính toán kết cấu riêng lẻ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của công trình trên nền đất thực tế Từ đó, đề xuất phương pháp thiết kế hợp lý và phù hợp với thực tế nhằm tối ưu hóa kết quả tính toán.

Xây dựng đƣợc thủ tục chọn bề rộng móng băng có xét sự làm việc đồng thời của khung – móng - nền theo điều kiện đất nền cụ thể

Công trình nhà phố 4 tầng với kích thước 5m x 14m được thiết kế dựa trên nghiên cứu về sự tương tác đồng thời giữa khung, móng và nền Thông số đất nền được lựa chọn dựa trên các công trình thực tế tại Bình Dương.

Công trình nhà phố cao từ 4 đến 6 tầng với kích thước 5m x 15m sẽ được phân tích để xác định bề rộng móng băng giao thoa Thông số về đất nền được tổng hợp từ bảng thống kê địa chất thực tế tại thành phố Hồ Chí Minh.

Giới hạn đề tài

Dữ liệu địa chất công trình được tổng hợp từ các hồ sơ khảo sát của "Công ty TNHH Tư vấn Xây dựng 146" tại thành phố Hồ Chí Minh, kết hợp với các bảng tra số liệu địa chất theo tiêu chuẩn TCVN.

9362 – 2012 về thiết kế nền nhà và công trình để đƣa ra các thông số chung phục vụ cho việc nghiên cứu

Công trình dùng trong nghiên cứu là nhà phố cao từ 4 – 6 tầng, rộng 5 m, bước khung 3 bước, dài khoảng 15 m

Mô hình công trình nghiên cứu sử dụng phần mềm Etabs 9.7.4 và Plaxis 3D để mô phỏng và tính toán khung không gian nhà phố Mô hình nền trong Plaxis 3D được thiết lập theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb Kích thước của móng được xác định với chiều cao 1.

10 n h l , bề rộng móng sẽ thay đổi trong quá trình nghiên cứu, bề rộng móng đƣợc chọn khi thỏa mãn 2 điều kiện gh 8

S S  (cm), ứng suất trung bình dưới đáy móng thỏa 0,8.R tc  tb R tc

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thử nghiệm số trên mô hình toán

Phân tích đánh giá kết quả, đƣa ra nhận định, kiến nghị về những vấn đề đã đƣợc giải quyết và chƣa giải quyết đƣợc trong đề tài.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU

Cơ sở lý thuyết trong Plaxis 3D

2.1.1 Phần tử dầm trong Plaxis 3D

Phần tử dầm được sử dụng ở các cạnh của các phần tử cấu trúc, có sự khác biệt so với 3 phần tử nút đoạn thẳng, với 6 bậc tự do cho mỗi nút, bao gồm 3 nút chuyển vị đứng (U U U x, y, z) và 3 nút chuyển vị xoay (ϕ ϕ ϕ x, y, z) Các phần tử này tích hợp bằng 4 điểm tích phân Gauss, với một tích phân bậc 2 dọc theo chuyển vị và một phép nội suy thứ năm cho chuyển vị ngang Phần tử dầm sử dụng tọa độ địa phương ξ và hình dạng cũng như chức năng cho chuyển vị ngang có thể được diễn đạt rõ ràng.

2.1.2 Phần tử tường trong Plaxis 3D

Phần tử tường có 6 bậc tự do cho mỗi nút thay vì 3, 3 nút chuyển vị đứng (U U U x , y , z ) và 3 nút chuyển vị xoay (   x , y , z ) )

Bảng 2.1: bốn điểm tích phân Gauss cho 8 nút phần tử tứ giác Điểm  i  i w i

Hình 2.1: sơ đồ vị trí các nút ( ) và tích phân điểm (X) của 8 nút một phần tử.

Các yếu tố này áp dụng tích phân điểm Gauss (2x4), với vị trí của các cặp điểm tương ứng được chỉ ra trong bảng 2.1 Những điểm này được định vị ở 1/2 dep/3 bên ngoài các phần tử thẳng đứng, như minh họa trong hình 2.1.

2.1.3 Phần tử sàn trong Plaxis 3D

Phần tử sàn bao gồm 6 nút tam giác, mỗi nút có 6 bậc tự do, với 3 bậc chuyển vị đứng (U_x, U_y, U_z) và 3 bậc chuyển vị xoay (φ_x, φ_y, φ_z) Các yếu tố này áp dụng tích phân điểm Gauss (2x3) để tính toán Vị trí của các cặp điểm trong tích phân được minh họa trong hình 2.1 và được thể hiện chi tiết trong bảng 2.1.

Hình 2.2: sơ đồ vị trí các nút ( ) và tích phân điểm (X) của 6 nút tấm hình tam giác [3]

2.1.4 Phần tử bề mặt trong Plaxis 3D

Các phần tử bề mặt có cấu trúc khác biệt với 8 nút tứ giác, sử dụng cặp nút thay vì nút đơn lẻ Ngoài ra, chúng còn có giao diện tích phân điểm Gauss 3x3, khác với giao diện 2x2 truyền thống.

Hình 2.3: Sơ đồ vị trí các nút ( ) và tích phân điểm (X) của 16 nút phần tử bề mặt.

Trong phân tích điểm, các vị trí và số của các nút được thể hiện trong hình 2.3, cho thấy khoảng cách giữa hai nút trong một cặp nút bằng 0 Mỗi nút có ba chuyển vị đứng (U U U x, y, z), dẫn đến việc giao diện các yếu tố cho phép chuyển vị sai giữa các cặp nút.

2.1.5 Phép nội suy hàm số tích phân số của phần tử lƣợng

Trong chương trình Plaxis 3D, khối đất được mô hình hóa thông qua phương pháp 15 phần tử nút nêm Các chức năng nội suy, đạo hàm và tích phân số của loại phần tử này sẽ được trình bày chi tiết trong các phần tiếp theo.

Trong quá trình phân tích 3D, 15 nút phần tử được tạo ra, với mẫu của các phần tử này cung cấp một dạng nội suy bậc hai Đối với các phần tử nêm có ba tọa độ địa phương (ξ, η, ζ), hình dạng chức năng của 15 nút phần tử lượng có thể được diễn đạt như sau:

Đối với phần tử nêm, phần tử nêm 15 nút sử dụng ba nút dọc theo một bên trùng nhau Trong trường hợp hai lần suy biến của phần tử nêm, quá trình thiết lập thay thế bằng một khối tứ diện 10 phần tử nút Hình dạng chức năng của khối 10 phần tử nút có thể được viết như sau:

2.1.7 Tích phân số trên phần tử khối Đối với bề mặt , ta có thể xây dựng tích phân số trên khối nhƣ sau: i 1

Chương trình Plaxis 3D sử dụng tích phân Gauss cho các phần tử nêm, với phần tử 15 nút áp dụng 6 điểm mẫu Tích phân này kết hợp 3 điểm tích phân từ phần tử tam giác 6 nút và 4 điểm từ phần tử tứ giác 8 nút Vị trí và trọng lượng của các yếu tố tích phân được trình bày trong bảng 2.2, cùng với hình ảnh minh họa tại hình 2.4 và 2.5 Đối với phần tử tứ diện 10 nút, thông tin về tích phân số của điểm có trong bảng 2.3 và hình 2.6.

Hình 2.4: Sơ đồ vị trí các nút ( ) và tích phân điểm (X) của 15 nút phần tử nêm

Hình 2.5: Sơ đồ vị trí các nút ( ) và tích phân điểm (X) của một lần suy giảm15 nút phần tử nêm.

Hình 2.4: Sơ đồ vị trí các nút ( ) và tích phân điểm (X) của khối tứ diện10 nút phần tử nút

Bảng 2.2: Sáu điểm tích phân Gauss cho 15 nút phần tử nêm [3] Điểm  i  i  i w i

Bảng 2.3: Bốn điểm tích phân cho khối tứ diện 10 phần tử nút tứ [3] Điểm  i  i  i w i

2.1.8 Tính toán ma trận độ cứng của phần tử

Ma trận độ cứng của phần tử, K e đƣợc tính bởi tích phân: e T e

Trong thực tế ma trận độ cứng của phần tử đƣợc tổ hợp từ các ma trận con ij

K e với i, j là các nút địa phương [3] Chu trình tính toán ma trận độ cứng của phần tử có thể trình bày nhƣ sau: ij i W e T e j K

2.1.9 Các mô hình tính toán trong Plasix 3d

E Đàn hồi tuyến tính Dẻo tuyệt đối

Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của mô hình đàn hồi tuyến tính

Mô hình Mohr – Coulomb là một trong những mô hình đất cơ bản và phổ biến nhất, thể hiện ứng xử đàn hồi – dẻo lý tưởng của đất nền Mô hình này áp dụng tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb để phân tích tính chất cơ học của đất.

Nguyên lý chủ yếu mô hình Mohr – Coulomb là biến dạng của đất nền sẽ bao gồm hai thành phần: Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo là loại biến dạng không hồi phục, và để xác định xem biến dạng dẻo có xảy ra trong tính toán hay không, người ta định nghĩa hàm dẻo f, là hàm của ứng suất và biến dạng, thể hiện như một mặt trong không gian ứng suất chính Mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng có mặt dẻo cố định, được xác định hoàn toàn bởi các thông số đất nền mà không bị ảnh hưởng bởi biến dạng dẻo Trong các trạng thái ứng suất đặc trưng bởi các điểm bên trong mặt dẻo, ứng xử hoàn toàn đàn hồi, dẫn đến việc tất cả biến dạng đều hồi phục.

Mô hình Mohr – Coulomb chỉ định một ứng suất cắt giới hạn mà không xem xét tính tăng bền hay suy bền của vật liệu trong quá trình biến dạng, nhằm phân biệt rõ ràng giữa ứng xử đàn hồi và ứng xử dẻo.

Hàm dẻo Mohr – Coulomb nhƣ sau:

Để tính toán sự suy giảm thể tích do biến dạng dẻo của đất cát chặt hoặc sét cứng khi chịu ứng suất cắt, cần xem xét hàm thế năng dẻo của đất.

Mô hình Mohr – Coulomb gồm có 5 thông số tính toán nhƣ sau:

E: Mô đun đàn hồi Young (kN/m 2 )

- Thông số phá hoại (chảy dẻo): c : Lực dính hữu hiệu (kN/m2)

: Góc ma sát trong hữu hiệu (độ)

Mô hình Mohr – Coulomb là một phương pháp phân tích đơn giản và nhanh chóng, được sử dụng phổ biến để nghiên cứu ứng xử của đất Với các thông số đầu vào rõ ràng, mô hình này thường được áp dụng để tính toán gần đúng các đặc tính của đất trong giai đoạn nghiên cứu ban đầu.

2.1.9.2 Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil

Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil là một công cụ quan trọng trong việc mô phỏng hành vi của nhiều loại đất, bao gồm cả đất mềm và đất cứng Khác với mô hình Mohr – Coulomb, mặt ngưỡng dẻo của mô hình Hardening Soil không cố định mà có thể thay đổi theo mức độ biến dạng dẻo của đất, cho phép phản ánh chính xác hơn ứng xử của đất trong các điều kiện khác nhau.

Một số kết luận từ chương 2

Mô hình Mohr – Coulomb trong Plaxis dựa trên nguyên lý cân bằng đàn - dẻo với ngưỡng cố định, không bị ảnh hưởng bởi biến dạng dẻo, và ứng suất tại điểm nằm trong mặt ngưỡng đàn hồi thuần túy Mô hình này không yêu cầu quy luật tái bền hay hóa mềm, mang lại sự đơn giản và dễ sử dụng, thường được áp dụng để tính toán gần đúng các ứng xử của đất trong giai đoạn đầu với năm thông số cơ bản.

Mô hình Hardening Soil là giải pháp hiệu quả cho các trường hợp đất chịu tải trọng không tuyến tính và không đàn hồi, với tính chất phụ thuộc mạnh mẽ vào cường độ ứng suất Mô hình này giúp cải thiện khả năng phân tích và thiết kế trong các dự án xây dựng, đảm bảo độ ổn định và an toàn cho công trình.

Mô hình Hardening Soil dự kiến sẽ cung cấp các dự đoán chính xác về hành vi của đất dưới mức ứng suất cắt thấp Đây là một mô hình tiên tiến, có khả năng mô phỏng ứng suất và biến dạng của cả đất mềm và đất cứng.

Phương pháp chính trong luận văn này là sử dụng phần mềm Plaxis 3D để mô phỏng toàn bộ công trình nhà phố trên nền đất tự nhiên Quá trình phân tích bao gồm tính toán lặp nhằm đảm bảo bề rộng móng đáp ứng hai tiêu chí quan trọng: độ lún và khả năng chịu tải của đất nền.

KIỂM CHỨNG KHẢ NĂNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊN TRÊN

Trình tự tính toán trong Plaxis 3D

Plaxis 3D là phần mềm phân tích phần tử hữu hạn mạnh mẽ trong ngành địa kỹ thuật, chuyên phân tích biến dạng và ổn định 3D Phần mềm này có khả năng tính toán ổn định mái dốc, hố đào sâu, tường vây nhà cao tầng, và các loại móng như móng băng, móng bè, móng cọc Tuy nhiên, việc mô hình hóa toàn bộ công trình bao gồm thân, móng và nền đất trong Plaxis 3D vẫn chưa được đề cập nhiều Dù phân tích nền đất đã được chứng minh hiệu quả, việc phân tích toàn bộ công trình và nền đất cần được kiểm chứng, đặc biệt là so với Etabs Để thuận tiện cho việc sử dụng và kiểm tra kết quả trong Plaxis 3D, người dùng nên thực hiện theo các bước cụ thể.

 Bước 1: Thiết lập tổng thể bài toán

 Bước 2: Thiết lập mặt bằng làm việc

 Bước 3: Thiết lập đường bao hình dạng kết cấu, vẽ kế cấu

 Bước 4: Khai báo tải trọng

 Bước 5: Khai báo lỗ khoan, các tính chất vật liệu

 Bước 7: Thiết lập giai đoạn tính toán

 Bước 8: Chọn điểm để xem biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị…

 Bước 9: Tiến hành tính toán

 Bước 10: Xem kết quả nội lực, ứng suất, biểu đồ…

Kết quả từ các mô hình tính toán trong Plasix 3D cho thấy sự so sánh giữa toàn bộ kết cấu bên trên và nền đất bên dưới với các kết quả trong Etabs.

Các mô hình phân tích kiểm chứng kết quả giữa Plasix 3D và Etabs

3.2.1 Thông số đầu vào dùng trong mô hình phân tích

Bảng 3.1: Đặc trưng vật liệu của đất nền và khối móng

Lớp 2 Sét cứng Khối móng Đơn vị

Dung trọng tự nhiên  unsat 16.3 17.2 25 kN/m 3

Dung trọng bão hòa  sat 19.6 20.6 - kN/m 3

Môdun đàn hồi E ref 4.08E+10 3.48E+10 2.7E+15 kN/m 2

Trong Plaxis 3D, không thể gán các liên kết ngàm, gối cố định hay gối di động như trong mô hình Etabs Để kiểm chứng khả năng phân tích kết cấu phần thân trên trong Plaxis 3D so với Etabs, cần áp dụng thủ thuật chôn sâu cột vào móng và tăng mô đun đàn hồi E của đất và khối móng (E ≥ 10² kN/m) Việc này sẽ làm tăng độ cứng của nền đất và khối móng trong Plaxis 3D, đảm bảo tính liên kết ngàm tương tự như trong Etabs.

Bảng 3.2: Thông số vật liệu của dầm và cột

Thông số Ký hiệu Dầm Cột Đơn vị

Mômen quán tính phương 3 I 3 3.255E-04 3.255E-04 m 4 Mômen quán tính phương 2 I 2 3.255E-04 3.255E-04 m 4

Tải trọng tác dụng lên khung là tải trọng phân bố đều, q30 (kN m/ 2 )

3.2.2 Mô hình phân tích khung 2 nhịp, 2 tầng trong Plasix 3D

 Khởi tạo dự án, đặt tên cho dự án

Hình 3.1: Đặt tên cho dự án

 Khai báo kích thước hình học của khối đất và mặt bằng làm việc

Hình 3.2:Kích thước hình học của khối đất và mặt bằng làm việc

 Khai báo thông số vật liệu của cột, dầm

Hình 3.3: Thông số vất liệu của cột

Hình 3.4: Thông số vất liệu của dầm

 Khai báo thông số vật liệu của khối móng

Hình 3.5: Thông số vật liệu của khối móng

 Khai báo thông số vật liệu của nền đất

Hình 3.6: Thông số vật liệu của lớp đất

 Vẽ mô hình, gán tải vào mô hình

Hình 3.7: Gán tải vào mô hình

 Khai báo thông số của hố khoan và gán nền đất vào hố khoan

Hình 3.8: Khai báo hố khoan và gán các lớp đất vào hố khoan

 Chia lưới cho phần tử

Hình 3.9: Mô hình 2D Mesh Hình 3.10: Mô hình 3D Mesh

Hình 3.12 : Mômen M 3 trong Plaxis 3d Hình 3.13 : Mômen M 3 trong Etabs

Bảng 3.3: Kết quả nội lực trong Plaxis 3D dạng bảng

Tên cấu kiện Vị trí (Plaxis 3d) (Etabs 9.7.4)

Phản lực tại chân cột (kN)

Hình dáng biểu đồ mômen của dầm giữa hai mô hình Etabs và Plasix 3D hoàn toàn giống nhau, nhưng có sự khác biệt ở cột Trong Etabs, mômen cột được thể hiện ở thế căng, trong khi Plasix 3D lại thể hiện ngược lại Điều này cần được lưu ý khi sử dụng Plasix 3D.

Kết quả tính toán từ Etabs và Plaxis 3D cho khung 2 tầng, 2 nhịp cho thấy sự tương đồng cao, với giá trị mômen M3 của dầm, cột và phản lực tại chân cột giữa hai chương trình chỉ chênh lệch rất nhỏ Mức độ chênh lệch nội lực trong hai phần mềm này không vượt quá 6%.

3.2.3 Mô hình phân tích khung 2 nhịp, 3 tầng trong Plasix 3D

Hình 3.14: Mô hình phân tích khung 3 tầng 2 nhịp trong Plasix 3d

Hình 3.15 : Mômen M 3 trong Plaxis 3d Hình 3.16 : Mômen M 3 trong Etab

Bảng 3.5: Kết quả nội lực trong Plaxis 3D dạng bảng

Tên cấu kiện Vị trí (Plaxis 3d) (Etabs 9.7.4)

Phản lực tại chân cột (kN)

Kết quả tính toán từ Etabs và Plaxis 3D cho khung 3 tầng, 2 nhịp cho thấy sự tương đồng đáng kể, với giá trị mômen M3 của dầm và cột giữa hai mô hình khá giống nhau Cụ thể, phản lực tại chân cột trong mô hình Etabs lần lượt là 148.72 kN, 312.87 kN, 148.72 kN, trong khi đó, trong Plaxis 3D, các giá trị tương ứng là 148.68 kN, 313.16 kN, 148.68 kN Mức độ chênh lệch giữa hai mô hình này nhỏ hơn 5%.

Lựa chọn loại móng phù hợp khi mô phỏng toàn bộ công trình trên nền đất…38 1 Độ lún của 2 mô hình trong plaxis 3d

Trong Plaxis 3D, người dùng có hai lựa chọn cho dầm móng: dầm móng dạng thanh và dầm móng dạng khối Để xác định loại dầm móng phù hợp cho quá trình tính toán, cần tiến hành kiểm tra khả năng làm việc của từng loại.

Bảng 3.6: Đặc trưng vật liệu của đất nền và khối móng

Dung trọng tự nhiên  unsat 19.08 20.04 25 kN/m 3

Dung trọng bão hòa  sat 20.10 20.8 - kN/m 3

Môdun đàn hồi E ref 4280 5240 2.7E+7 kN/m 2

3.3.1 Độ lún của 2 mô hình trong plaxis 3d

Hình 3.17: Mô hình móng dạng thanh và móng dạng khối

Mô hình a là dầm móng băng dạng thanh với kích thước dài 4m, rộng 1m, cao 0,5m, trong khi mô hình b là hình móng dạng khối với hai khối móng dài 2m, rộng 1m, cao 0,5m Cả hai mô hình đều có cùng diện tích Kết quả từ quá trình tính toán trong Plaxis 3D cho thấy độ lún của dầm móng băng mô hình a là 8,6cm, trong khi độ lún của móng đơn dạng khối mô hình b chỉ là 0,85cm.

Ta thấy 2 mô hình cùng tải trọng, tổng diện tích móng của hình a và hình b bằng nhau nhƣng độ lún của mô hình a lún gấp 10 lần mô hình b

3.3.2 Độ lún của mô hình 3.17a khi tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp

Bảng 3.7: Độ lún của mô hình a khi tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp hi

Kết quả tính lún của mô hình 3.17a trong Plaxis 3D cho thấy lún đạt 8,6cm, trong khi phương pháp cộng lún từng lớp cho kết quả là 1,151cm Điều này cho thấy kết quả tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp của mô hình 3.17a gần giống với kết quả của mô hình 3.17b trong Plaxis 3D.

Mô hình móng băng dạng thanh trong Plaxis 3D có thể dẫn đến kết quả chuyển vị không chính xác, do dầm móng không đảm bảo diện tích truyền tải của công trình xuống nền đất Điều này ảnh hưởng đến nội lực của khung bên trên và nội lực của móng khi chúng hoạt động đồng thời.

3.4 Một số kết luận từ chương 3

Mô hình kết cấu trong Plaxis 3D có độ phức tạp cao, đặc biệt là liên kết ngàm và khớp tại chân cột chưa đáp ứng nhu cầu thực tế Để tạo ra liên kết ngàm tại chân cột, cần tăng độ cứng của nền và khối móng, đồng thời chôn chân cột sâu vào khối móng nhằm đảm bảo khả năng làm việc đồng nhất giữa hai mô hình So sánh giữa mô hình Plaxis 3D và Etabs cho thấy hình dạng biểu đồ mômen của dầm trong cả hai mô hình là tương đồng, trong khi biểu đồ mômen của cột trong Plaxis 3D có chiều ngược lại so với mô hình Etabs, nhưng kết quả cuối cùng vẫn giống nhau Trong Plaxis 3D, mômen gối được ký hiệu là (+) và mômen nhịp dầm được ký hiệu là (-).

Kết quả phân tích từ hai bài toán cho thấy khả năng phân tích kết cấu trong mô hình Plaxis 3D tương tự như mô hình Etabs Giá trị mômen của dầm và cột giữa hai mô hình không có sự chênh lệch lớn Nguyên nhân của sự khác biệt về nội lực giữa hai mô hình chủ yếu do cách gán liên kết ngàm trong Plaxis 3D chưa hoàn toàn giống với Etabs Mức độ chênh lệch kết quả giữa hai mô hình nhỏ hơn 6%, do đó, việc áp dụng Plaxis 3D để mô phỏng toàn bộ công trình trên nền đất là hoàn toàn hợp lý.

Ta nên sử dụng dầm móng dạng khối trong các mô hình nghiên cứu sau này.

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA KHUNG – MÓNG – NỀN KHI CHÚNG LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI

Thông số đầu vào dùng trong mô hình phân tích

4.1.1 Công trình đƣợc chọn để phân tích

Công trình lựa chọn để phân tích là khối nhà phố 4 tầng, rộng 5m, dài 14m, cao 13.8 m, hình dạng công trình đƣợc thể hiện nhƣ hình 4.1

Hình 4.1: Mô hình 3d, mặt cắt kết cấu

Hình 4.2: Mặt bằng móng của công trình

4.1.2 Thông số vật liệu dùng cho công trình

Bảng 4.1 Thông số vật liệu của các cấu kiện khai báo trong Plaxis 3d

Thông số Dầm các tầng

Dầm móng Cột các tầng

Dạng thanh Dạng khối Môdun đàn hồi E (kN/m 2 ) 2.70E+07 2.70E+01 2.70E+07 2.70E+07

Mômen quán tính I 3 (m 4 ) 7.15E-04 6.77E-03 - 3.26E-04 Mômen quán tính I 2 (m 4 ) 2.33E-04 3.73E-03 - 3.26E-04

Bê tông dung cho công trình có cấp độ bền B20, có cường độ chịu nén b 11.5

R  Mpa, cường độ chịu kéoR bn 0,9Mpa

Dầm các tầng có tiết diện 200x350mm, cột tiết diện 250x250mm, sàn dày 120mm, và dầm móng có tiết diện như hình 3.3 Trong mô hình Plaxis 3D, phần tử dầm và cột được mô phỏng dưới dạng thanh, trong khi sàn được mô phỏng là phần tử tấm Đối với phần móng, chúng tôi sử dụng phần tử khối với thông số vật liệu là bê tông B20 nhằm đảm bảo khả năng truyền tải từ công trình xuống nền đất chính xác Tuy nhiên, việc lấy giá trị mômen ở dầm móng dạng khối gặp khó khăn, vì vậy chúng tôi thiết kế dầm móng dạng thanh với kích thước tương tự như khối móng thật nhưng có độ cứng rất nhỏ, nhằm không ảnh hưởng đến kết quả tính toán sau này.

Để giảm độ cứng của dầm dạng thanh trong mô hình Plaxis 3D, cần giảm mô đun đàn hồi E xuống khoảng trên 10^3 Sau khi xác định được nội lực, giá trị đã giảm sẽ được nhân lại để tìm kết quả nội lực trong dầm móng Độ cứng của móng dạng khối được tính bằng E Soil.I, trong khi độ cứng của móng dạng thanh là E Beam.I = E Soil.I / x, với x lớn hơn 10.

Chuyển vị: u soil u beam M soil M beam , x Q soil Q beam x

4.1.3 Tải trọng tác dụng lên công trình

Bảng 4.2: Tải trọng tác dụng lên sàn các tầng

Bảng 4.3: Tải trọng tác dụng lên sàn tầng mái

TT tính toán (kN/m 2 ) Sàn BTCT chống thấm 40 25.00 1.1 1 1.1

Bảng 4.4: Tải trọng tác dụng lên dầm các tầng

3050 100 15.00 1.3 4.575 5.95 Đối với các dầm biên xây tường dày 200mm, các tường trong nhà xây tường dày 100mm

4.1.4 Thông số đất nền Đối với phương án móng băng thì yêu cầu nền đất tương đối tốt, do đó hồ sơ địa chất của công trình PANKO VINA ở khu công nghiệp Mỹ Phước – Thị xã Bến Cát – Bình Dương được tham khảo phục vụ cho công việc nghiên cứu

Bảng 4.5 Chỉ tiêu cơ lý của đất nền

Chỉ tiêu cơ lý Đơn vị

Sét pha- dẻo cứng Cát pha Sét cứng

Chiều dày lớp đất m 8.3 5.9 4.6 Độ ẩm tự nhiên W % 21.9 16.5 17.6

Dung trọng ƣớt  unset g/cm 3

Dung trọng bảo hòa  set 2.01 2.08 2.1

Hệ số rỗng e0 0.722 0.563 0.534 Độ lổ rỗng n

Chỉ số dẻo IP 13.6 5.8 23.6 Độ sệt I S 0.26 0.19 -0.11

Thí nghiệm cắt trực tiếp

Lực dính kết C kG/cm 2 0.169 0.101 0.393

Góc ma sát trong  Độ ( 0 ) 16 0 49' 22 0 51' 17 0 55'

Thí nghiệm nén lún ( nhanh)

Hệ số nén lún a 1-2 cm 2 /kG 0.022 0.021 0.016

Mô dun tổng biến dạng E 1-2 kG/cm 2 42.8 52.4 71

Xây dựng mô hình tính toán trong Plaxis 3d và Etabs

4.2.1 Xây dựng mô hình trong Plaxis 3d

 Khai báo kích thước hình học của khối đất và mặt bằng làm việc

Hình 4.5: Kích thước hình học của khối đất và mặt bằng làm việc

 Khai báo thông số vật liệu của dầm, cột (điển hình thông số của dầm 200x350)

Hình 4.6: Thông số vật liệu của dầm 200x350mm

 Khai báo thông số vật liệu của khối móng

Hình 4.7: Thông số vật liệu của khối móng

 Khai báo thông số vật liệu của sàn

 Khai báo thông số vật liệu của các lơp đất (Điển hình lớp đất sét pha)

Hình 4.9: Thông số vật liệu của lớp đất sét pha

 Khai báo hố khoan và gán các lớp đất vào hố khoan

Hình 4.10: Khai báo hố khoan và gán các lớp đất vào hố khoan

 Vẽ mô hình và gán tải trọng vào mô hình

Hình 4.11: Mô hình tính toán Hình 4.12: Mô hình chất tải

 Chia lưới cho phần tử

 Tiến hành chạy chương trình

Hình 4.15: Chạy chương trình tính toán

4.2.2 Xây dựng mô hình trong Etabs 9.7.4

 Khai báo thông số vật liệu của bê tông

Hình 4.16: Khai báo vật liệu bê tông

Hình 4.17: Thông số vật liệu của sàn.

 Khai báo thông số tiết diện của cột

Hình 4.17: Thông số vật liệu của cột

 Khai báo thông số tiết diện của dầm

Hình 4.18: Thông số vật liệu của cột

Hình 4.19: Xây dựng mô hình và nhập tải cho công trình

Phân tích kết quả tính toán

4.3.1 Mômen trong dầm các tầng của 2 mô hình Plaxis 3d và Etabs

Hình 4.20: Mômen dầm trong mô hình etabs 9.7.4

Hình 4.21: Mômen dầm trong mô hình

Hình 4.22:Mômen dầm khung trục A, trục 3 trong mô hình etabs 9.7.4

Bảng 4.6: Mômen dầm các tầng trong mô hình Plaxis 3d và Etabs 9.7.4

Tên dầm Vị trí Đồng thời (Plaxis 3d)

Mô hình phân tích khung – móng - nền trong Plaxis 3D cho thấy giá trị mô men của dầm tại các tầng 1, 2, 3 gần như tương đương, trong khi tầng 4 có giá trị mô men nhỏ nhất Ngược lại, trong mô hình Etabs 9.7.4, mô men trong dầm ở các tầng giữa (tầng 2, 3) là lớn nhất, và giảm dần ở các tầng 1 và 4.

Khi thực hiện phân tích đồng thời, công trình được đặt trên nền đất thực tế, dẫn đến sự chuyển vị tại các chân cột Điều này làm giảm đáng kể mômen gối trong dầm so với mô hình tính toán riêng lẻ trong Etabs Ngược lại, mômen nhịp trong mô hình làm việc đồng thời lại lớn hơn so với tính toán riêng lẻ.

Mức chênh lệch mômen giữa mô hình tính toán riêng lẻ và mô hình tính toán đồng thời đạt khoảng 30% Đặc biệt, sự chênh lệch mômen lớn nhất được ghi nhận ở dầm tầng giữa, cụ thể là tại tầng 2 và tầng 3.

4.3.2 Lực dọc tại các chân cột của 2 mô hình Plaxis 3d và Etabs

Hình 4.23: Lực dọc của cột (Plaxis 3d) Hình 43.24: Lực dọc của cột (Etabs)

Bảng 4.7: Lực dọc tại các chân cột trong mô hình Plaxis 3d và Etabs 9.7.4

Vị trí Đồng thời (Plaxis 3d) Riêng lẻ (Etabs 9.7.4) Lệch giữa

Tải trọng của công trình không lớn, với dầm móng cứng và nền đất tốt, dẫn đến chuyển vị tại các chân cột không có sự khác biệt đáng kể Kết quả tính toán lực dọc tại chân cột bằng Plaxis 3D và Etabs 9.7.4 cho thấy không có sự chênh lệch lớn, với mức độ khác biệt không vượt quá 1%.

4.3.3 Mômen trong dầm móng của mô hình làm việc đồng thời và riêng lẻ trong Plaxis 3d

Mô hình làm việc đồng thời và mô hình làm việc riêng lẻ được sử dụng trong phân tích móng Đối với phương pháp tính móng riêng lẻ, giá trị nội lực (M, N, Q) tại các chân cột trong Etabs 9.7.4 sẽ được nhập vào mô hình Plaxis 3D để thực hiện phân tích.

Dựa vào hình 4.26 và 4.27, chúng ta không thể nhận diện rõ hình dạng biểu đồ mômen của dầm móng dạng thanh do đã giảm độ cứng của dầm (giảm môđun đàn hồi E xuống 10^6 kN/m²) nhằm không làm ảnh hưởng đến kết quả tính toán của khối móng Giá trị mômen thực của dầm móng được tính là M = M thanh 10^6 Kết quả tính toán giá trị mômen thực của dầm móng được tổng hợp trong bảng 4.8.

Bảng 4.8: Mômen dầm móng trong mô hình Plaxis 3D khi tính đồng thời và riêng lẻ

Tên dầm Vị trí Đồng thời (Plaxis 3d)

Kết quả phân tích cho thấy giá trị mômen trong dầm móng khi kết hợp làm việc đồng thời với khung, móng và nền có sự khác biệt rõ rệt Cụ thể, mômen giữa nhịp của dầm A-1 và B-1 khi tính đồng thời là 165.95 kN.m, thấp hơn so với 185.6 kN.m khi tính riêng lẻ Ngược lại, mômen tại gối trong mô hình làm việc đồng thời đạt 143.8 kN.m, cao hơn so với 127.68 kN.m khi tính riêng lẻ Đặc biệt, mức độ chênh lệch giá trị mômen giữa hai mô hình làm việc đồng thời và riêng lẻ ở các dầm móng theo phương ngang lớn hơn so với các dầm móng theo phương dọc.

Mức độ chênh lệch mômen trong móng giữa mô hình làm việc đồng thời và mô hình tính toán riêng lẻ khoảng 25% Đặc biệt, tại vị trí giữa nhịp của dầm móng trục A-2;A-3 và dầm móng trục B-2;B-3, mức độ chênh lệch mômen lên tới 92,79%.

Sự chênh lệch kết quả giữa hai mô hình có thể được giải thích bởi sự làm đồng thời của khung, móng và nền, trong đó độ cứng của khung ảnh hưởng đến nội lực của dầm móng Khi có sự tham gia của đà kiềng, độ cứng cổ cột tăng lên đáng kể, và đà kiềng chủ yếu chịu kéo trong mô hình này, dẫn đến việc truyền ứng suất từ móng xuống nền đất diễn ra đều hơn Điều này làm cho mômen tại gối và nhịp có xu hướng đồng đều hơn.

Hình 4.28: Chuyển vị của nền đất Hình 4.29: Chuyển vị của kết cấu khung

 Tính toán độ lún cuối cùng của nền theo phương pháp cộng lún từng lớp:

Tổng tải trọng của công trình  N 4567,9 (kN)

Diện tích móng băng: F m 46,08 (m 2 ) Ứng suất gây lún tại đáy móng:

   F      (kN/m 2 ) Ứng suất bản thân của đất tại đáy móng:  bt .h m 19.1, 222,8(kN/m 2 )

Bảng 4.10: Độ lún cuối cùng của nền theo phương pháp cộng lún từng lớp h i

 Độ lún của nền tại vị trí các chân cột của công trình (trong mô hình Plaxis 3d)

Bảng 4.11: Độ lún tại các chân cột (trong mô hình plaxis 3d)

Chân cột A1, (B1) -6.5 (-6.5) -1.2 (-1.2) 2.5 (-2.5) 1.829 Chân cột A2, (B2) -2 (-2) -1.2 (-1.2) 2.5 (-2.5) 1.653 Chân cột A3, (B3) 2 (2) -1.2 (-1.2) 2.5 (-2.5) 1.653 Chân cột A4, (B4) 7.5 (7.5) 1.2 (-1.2) 2.5 (-2.5) 1.236 Độ lún trung bình: 1.593

Kết quả tính lún từ mô hình Plaxis 3D và phương pháp cộng lún từng lớp cho thấy sự tương đồng, với độ lún trong mô hình Plaxis 3D là 1,593 cm, trong khi độ lún theo phương pháp cộng lún từng lớp là 1,28 cm.

Theo hình 4.28, độ lún lớn nhất của công trình ghi nhận ở vị trí dầm móng trục 1 với giá trị S = 1,829 cm, trong khi độ lún nhỏ nhất xảy ra tại dầm móng trục 4 với S = 1,236 cm Biến dạng lớn nhất của nền được xác định nằm trong khoảng giữa trục 1 và trục 2 Qua phân tích mô hình trong Plaxis 3D, chúng ta có thể dễ dàng xác định vị trí lún nhiều nhất và ít nhất, từ đó tính toán được độ lún lệch của công trình.

Nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng hưởng đến sự khác nhau về nội lực kết cấu khi phân tich đồng thời và riêng lẻ

Khi phân tích đồng thời dầm khung, công trình được đặt trên nền đất thực tế, dẫn đến chuyển vị tại các chân cột, làm giảm mômen gối trong dầm so với mô hình tính riêng lẻ trong Etabs Ngược lại, mômen nhịp trong mô hình làm việc đồng thời lại lớn hơn khoảng 30% so với tính toán riêng lẻ Đối với cột, lực dọc tại chân cột khi tính toán đồng thời (Plaxis 3D) và tính riêng lẻ (Etabs 9.7.4) không có sự khác biệt đáng kể, với chênh lệch không vượt quá 1% Nguyên nhân là do tải trọng công trình không lớn, dầm móng cứng và nền đất tốt, dẫn đến chuyển vị tại chân cột không khác nhau nhiều giữa hai mô hình tính toán.

Có 2 yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến sự khác nhau về nội lực kết cấu khi phân tich đồng thời và riêng lẻ đó là chuyển vị tại chân cột và khả năng chịu tải của nền đất

Nghiên cứu cho thấy rằng mức độ chênh lệch về nội lực kết cấu tăng lên khi nền đất yếu, trong khi đó, khi nền đất tốt, mức độ chênh lệch này lại giảm.

Một số kết luận từ chương 4

Kết quả phân tích mô hình trong chương 4 cho thấy sự làm việc đồng thời của khung, móng và nền ảnh hưởng đến nội lực của kết cấu khung Cụ thể, mức chênh lệch mômen của dầm giữa mô hình tính toán riêng lẻ và mô hình đồng thời lên tới khoảng 30%.

Khi tính toán mômen trong dầm móng với sự làm việc đồng thời của khung, móng và nền, mômen tại các nhịp nhỏ hơn so với tính riêng lẻ, trong khi tại các vị trí gối, mô hình làm việc đồng thời cho thấy mômen lớn hơn Do tải trọng công trình không lớn, dầm móng cứng và nền đất tốt, chuyển vị tại các chân cột không có sự khác biệt đáng kể Vì vậy, lực dọc tại các chân cột khi tính toán đồng thời (Plaxis 3d) và khi tính riêng lẻ (Etabs 9.7.4) cũng không thay đổi nhiều.

Việc sử dụng Plaxis 3D trong phân tích khung – móng – nền giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức làm việc của công trình trên nền đất tự nhiên, điều mà trước đây không thể đạt được bằng Etabs Phần mềm này cho phép phân tích khả năng phân phối nội lực, đặc biệt là ở dầm khung và dầm móng băng, từ đó hỗ trợ trong việc bố trí cốt thép phù hợp với thực tế Ngoài ra, Plaxis 3D cũng giúp xác định chính xác độ lún, độ lún lệch và độ lún cố kết của công trình, điều mà tính toán thủ công không thể thực hiện được Do đó, việc áp dụng Plaxis 3D trong nghiên cứu và tính toán kết cấu là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả và độ chính xác.

NGHÊN CỨU THỦ TỤC CHỌN SƠ BỘ BỀ RỘNG MÓNG BĂNG

Xây dựng bảng chỉ tiêu cơ lý của đất phù hợp với địa chất Tp Hồ Chí Minh….63 5.2 Điều kiện ràng buộc khi chọn bề rộng móng băng trong Plaxis 3d

Chỉ tiêu cơ lý của đất đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu Để thu thập số liệu địa chất chính xác và đáng tin cậy, cần dựa vào các hồ sơ khảo sát địa chất đã được thực hiện tại Thành phố.

Hồ Chí Minh đã tham khảo bảng trị tiêu chuẩn các thông số đất nền, đặc biệt là chỉ tiêu c E trong tiêu chuẩn TCVN-9362:2012 về thiết kế nền nhà và công trình, nhằm đưa ra các thông số chung phục vụ cho việc nghiên cứu Các chỉ tiêu cơ lý của đất được sử dụng trong luận văn này được lấy từ hồ sơ khảo sát địa chất do Công ty TNHH Tư vấn Xây dựng thực hiện.

Bảng 5.1 trình bày các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất phù hợp cho việc xây dựng móng băng, được khảo sát bởi Công ty TNHH Tư vấn Xây dựng 146 tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Chỉ tiêu cơ lý của nền đất

Loại đất  unset  set e0 Độ sệt IS

1 Sét pha nặng Dẻo cứng 19.9 20.49 0.63 0.21 0.28 14.12 27.8 12510 2.Cát pha

1 Sét pha nhẹ Dẻo cứng 20.3 20.81 0.56 0.41 0.27 13.36 17.6 10020 2.Cát pha

1 Sét pha nhẹ Dẻo cứng 20.4 20.76 0.58 0.35 0.27 14.25 18.8 13530 2.Cát pha

1.Sét pha Dẻo mềm 21.1 21.23 0.51 0.48 0.27 13.1 16.6 10080 nghệ cao,

2 Sét pha nhẹ Dẻo cứng 20.7 20.85 0.57 0.47 0.27 13.1 17.4 10650 3.Cát pha

1.Sét pha nhẹ Dẻo cứng 21 21.18 0.51 0.43 0.27 15.58 17.9 10410 2.Cát pha

2 Sét pha nặng Dẻo cứng 19.4 19.92 0.72 0.3 0.29 13.36 23.9 11160 3.Cát pha

1.Sét pha Dẻo mềm 19.9 20.37 0.63 0.58 0.27 9.05 14.8 9420 2.Sét pha nhẹ

1.Sét pha Dẻo mềm 18.99 19.44 0.78 0.58 0.28 11.47 13.8 9399 2.Sét pha nhẹ

Địa chất tại Thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu là đất sét, bao gồm các dạng như bùn sét, sét pha trạng thái chảy, sét pha trạng thái dẻo mềm, sét pha trạng thái dẻo cứng - nửa cứng, sét trạng thái cứng và cát pha Để xây dựng móng băng, cần chú ý đến các loại sét pha trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng - nửa cứng, sét trạng thái cứng và cát pha, vì đây là nền đất phù hợp cho việc này.

Theo bảng 5.1, đất sét pha - dẻo mềm có dung trọng tự nhiên ( unsat) dao động từ 18,99 kN/m³ đến 21,1 kN/m³, trong khi dung trọng bảo hòa ( sat) thay đổi từ 19,44 kN/m³ đến 21,23 kN/m³ Lực dính (c) biến thiên từ 13,8 kN/m² đến 16,6 kN/m², và góc ma sát trong () nằm trong khoảng từ 7,41° đến 13,1° Mô đun tổng biến dạng (E) có giá trị từ 9030 kN/m² đến 10080 kN/m² Để thống nhất số liệu địa chất phục vụ nghiên cứu, chúng tôi đã lấy giá trị trung bình của các thông số này theo từng loại đất trong bảng 5.1, đồng thời tham khảo các bảng 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.7, 2.8 về các thông số của đất nền.

 , ta thu đƣợc giá trị số liệu địa chất nhƣ bảng sau:

Bảng 5.2: Số liệu địa chất của 4 loại đất phục vụ cho công tác nghiên cứu

Chỉ tiêu cơ lý của nền đất unsat

2 Sét pha - Dẻo cứng 20,19 20,68 0,59 0,39 0,28 14,59 17,80 11267 3.Cát pha - Nâu vàng 19,94 20,53 0,59 0,00 0,25 23,78 6,84 25119

5.2 Điều kiện ràng buộc khi chọn bề rộng móng băng trong Plaxis 3d

Bề rộng móng băng được xác định dựa trên hai yếu tố chính: độ lún của công trình không vượt quá 8cm và cường độ đất nền phải đáp ứng yêu cầu 0,8R tc ≤ σ tb ≤ R tc Để đánh giá cường độ đất nền R tc cho từng loại đất, chúng ta tham khảo bảng 5.5.

Bề rộng móng băng giả định: B m 1( )m

Bảng 5.3: Cường độ đất nền R tc của từng loại đất

(kN/m 2 ) 1.Sét pha - Dẻo mềm 19,97 10,26 15,65 0,19 1,78 4,23 112,65

2 Sét pha - Dẻo cứng 20,19 14,59 17,80 0,30 2,24 4,77 145,23 3.Cát pha - Nâu vàng 19,94 23,78 6,84 0,73 3,87 6,45 151,28

Nền đất phù hợp để xây dựng công trình trên móng băng đƣợc nghiên cứu trong mô hình plaxis 3d

Hình 5.1: Bề dày lớp đất dưới đáy móng phù hợp để xây dựng công trình trên móng băng

Công trình đƣợc chọn để nghiên cứu thủ tục chọn bề rộng móng băng giao thoa

Công trình lựa chọn để phân tích là khối nhà phố 4, 5, 6 tầng rộng 5m, dài 15m, bước cột 5m, cao 13,6 – 20,4 m, hình dạng công trình được thể hiện như hình 5.1, 5.2

Hình 5.2: Mặt bằng móng điển hình của công trình

Hình 5.3: Mô hình 3d, mặt cắt kết cấu điển hình

Thông số vật liệu dùng cho các công trình để nghiên cứu

Bảng 5.4 Thông số vật liệu của các cấu kiện khai báo trong Plaxis 3d

Thông số vật liệu (kN/mE 2 )

Bê tông dùng cho công trình có cấp độ bền B20, có cường độ chịu nén b 11.5

R  Mpa, cường độ chịu kéoR bn 0,9Mpa

Dầm các tầng tiết diện 0,2x0,4m, cột tiết diện 0,25x0,25m, 0,3x0,3m, sàn dày

120mm, chiều cao dầm móng 1 1

10 10 m n h  l   m, bề rộng dầm móng thay đổ từ 0, 41,8m Phần tử dầm, cột đƣợc mô hình trong Plaxis 3d là phần tử thanh, sàn là phần tử tấm.

Tải trọng tác dụng lên các công trình cần nghiên cứu

Đối với các dầm biên xây tường dày 200mm, các tường trong nhà xây tường dày 100mm

Do khối lƣợng tính toán nhiều nên tải trọng tác dụng lên dầm sẽ quy về phân bố đều trên sàn:

Tổng tải trọng tác dụng lên sàn: p5,95 3, 4 9,35( kN m/ 2 )

Xây dựng thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao thoa cho công trình nhà phố theo điều kiện đất nền

trình nhà phố theo điều kiện đất nền.

5.7.1 Các bước tiến hành. Để xây dựng đƣợc thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng cho công trình nhà phố theo điều kiện đất nền, ta tiến hành chọn bề rộng móng bất kỳ sau đó tiến hành tính lặp nhiều lần sao cho kết quả bề rộng móng băng cuối cùng phải thỏa mãn độ lún của công trình (S8cm) và thỏa mãn cường độ đất nền 0,8R tc  tb R tc

Chúng tôi tiến hành nghiên cứu ba công trình với chiều cao 4 tầng, 5 tầng và 6 tầng, phân tích trên bốn loại nền đất khác nhau Tổng cộng, có 12 trường hợp (4.3 = 12) cần được xem xét để xác định bề rộng móng băng giao nhau phù hợp cho từng loại nền đất.

Chúng tôi đã thực hiện phân tích và tính toán lặp để xác định bề rộng móng băng giao nhau cho công trình nhà phố 6 tầng điển hình, được xây dựng trên nền đất sét pha - dẻo mềm Kết quả tính toán được trình bày dưới dạng bảng tra để dễ dàng tham khảo.

Hình 5.4: Chuyển vị của nền đất Hình 5.5: Chuyển vị của kết cấu khung

Hình 5.6: Vùng biến dạng của nền đất

5.7.2 Bề rộng móng băng giao thoa của công trình nhà phố 6 tầng điển hình

Dựa trên phân tích kết cấu của công trình 6 tầng, chúng tôi đã thu được kết quả về độ lún và tổng lực dọc tương ứng với bề rộng móng giả định là 1.6m.

Bảng 5.5: Độ lún của công trình điển hình 6 tầng

Vị trí Tọa độ Si x y z (cm)

Chân cột B4, (C4) 7,5 (7,5) -1 (-1) -2,5(-2,5) 2,13 Độ lún trung bình: 2,43

Bảng 5.6: Lực dọc tại chân cột của công trình điển hình 6 tầng

Vị trí Tọa độ N x y z (kN)

Tổng lực dọc: 6395,68 Độ lún trung bình: S tb 2, 43 (cm)S gh 8 (cm) Ứng suất trung bình:

R tc  (kN/m 2 ) Vậy bề rộng móng B m 1, 6(m) thỏa mãn độ lún của đất nền và sức chịu tải của đất nền

Quá trình tính toán bề rộng móng băng giao thoa cho nhà phố cao từ 4 – 6 tầng đã thu được giá trị tương ứng với 4 loại đất nền, đảm bảo điều kiện về độ lún và khả năng chịu tải của nền Kết quả được thể hiện chi tiết trong các bảng 5.7, 5.8, 5.9 và 5.10.

Bảng 5.7: Bề rộng móng băng giao nhau cho công trình nhà phố cao 6 tầng.

Nền đất đặt công trình

Bảng 5.8: Bề rộng móng băng giao nhau cho công trình nhà phố cao 5 tầng.

Nền đất đặt công trình

Bảng 5.9: Bề rộng móng băng giao nhau cho công trình nhà phố cao 4 tầng.

Nền đất đặt công trình

Bảng 5.10: Bảng tổng hợp bề rộng móng băng giao nhau cho công trình nhà phố theo điều kiện đất nền và tải trọng công trình

Nền đất đặt công trình

Sét pha -dẻo mềm 1,5-1,7 Sét pha -dẻo cứng 1,1-1,3 Cát pha -nâu vàng 1,1-1,3 Sét pha -cứng 0,55-0,65

Sét pha -dẻo mềm 1,2-1,5 Sét pha -dẻo cứng 0,9-1,1 Cát pha- nâu vàng 0,9-1,1 Sét pha -cứng 0,45-0,55

Sét pha -dẻo mềm 0,9-1,1 Sét pha -dẻo cứng 0,7-0,9 Cát pha- nâu vàng 0,7-0,8 Sét pha -cứng 0,35-0,45

5.7.3 Phân tích kết quả tính toán và xây dựng thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng cho công trình nhà phố theo điều kiện đất nền Đối với nền đất mặt nhƣ thành phố Hồ Chí Minh, đa phần tồn tại 4 lớp đất mà có khả năng phù hợp phương án móng băng giao thoa là sét pha - dẻo mềm và sét pha – dẻo cứng, cát pha và sét cứng Căn cứ vào kết quả phân tích ở bảng 5.7, 5.8, 5.9 ta thấy khi công trình nhà phố cao từ 4 – 6 tầng đặt trên nền đất sét pha - dẻo mềm và sét pha – dẻo cứng, cát pha là hợp lý bởi bề rộng của móng của công trình đặt trên 3 loại đất này tương đối phù hợp đối với công trình nhà phố, khi nền đất là sét cứng thì nên chọn phương án móng băng 1 phương hoặc móng đơn sẽ hợp lý hơn

Bề rộng móng băng giao thoa được xác định dựa trên bảng 5.7, 5.8, 5.9 bằng cách giả định và tính toán lặp lại cho đến khi đạt được các tiêu chí về độ lún và khả năng chịu tải của nền Bảng 5.10 tổng hợp các bề rộng móng băng giao thoa cho nhà phố, xem xét các yếu tố như tải trọng công trình, loại đất nền, độ lún và khả năng chịu tải của nền đất.

Dựa trên kết quả phân tích, để chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao thoa cho công trình nhà phố theo điều kiện đất nền, chúng ta cần thực hiện các bước sau:

Bước 1: Xác định quy mô công trình cần thiết kế, số tầng

Bước 2: Xác định bề dày lớp đất dưới đáy móng cần thiết kế có thỏa với một trong các trường hợp ở Hình 5.1

Bước 3: Tham khảo bảng 5.10 để chọn bề rộng móng băng giao thoa cho công trình nhà phố sao cho hợp lý nhất.

Bài toán ví dụ về chọn sơ bộ bề rộng móng băng giao thoa

Giả sử ta có kết quả địa chất của nền đất dưới đáy móng như hình 5.19, nhu cầu của chủ đầu tƣ là xây nhà phố 6 tầng

Hình 5.7: Nền đất dưới đáy móng thực tế

Bước 1: Xác định quy mô công trình là 6 tầng

Bước 2: Từ kết quả địa chất ta có bề dày của lớp đất thứ nhất dưới đáy móng là

5, 2m, tổng bề dày của lớp đất thứ 2 và thứ 3 15m , ta thấy bề dày lớp đất dưới đáy móng cần thiết kế thỏa trường hợp a ở hình 5.1

Bước 3: Căn cứ vào bảng 5.10 ta chọn bề rộng móng băng giao thoa B m 1,6m

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết quả phân tích trong chương 3 cho thấy mô hình Plaxis 3D có khả năng phân tích kết cấu đáng tin cậy, với độ chênh lệch kết quả so với mô hình Etabs nhỏ hơn 5% Do đó, việc ứng dụng Plaxis 3D để mô hình hóa toàn bộ công trình trên nền đất nhằm hiểu rõ khả năng làm việc đồng thời của khung, móng và nền là hoàn toàn khả thi.

Khi phân tích sự làm việc đồng thời của mô hình khung – móng – nền, kết quả cho thấy nội lực của kết cấu khung chênh lệch khoảng 30% so với mô hình tính toán riêng lẻ trong Etabs Cụ thể, giá trị mômen ở gối của dầm trong phân tích đồng thời nhỏ hơn so với mô hình tính riêng lẻ, trong khi mômen nhịp của dầm lại lớn hơn Do đó, cần có phương pháp điều chỉnh cốt thép tại gối và nhịp của dầm khi tính toán bằng Etabs để đảm bảo phù hợp với kết quả tính trong mô hình Plaxis 3D và thực tế làm việc của công trình trên nền đất tự nhiên.

Trong Plaxis 3D, việc tạo liên kết ngàm không được phép, do đó có thể áp dụng thủ thuật chôn sâu cột vào móng và tăng độ khối móng cùng nền đất lên nhiều lần (E ≥ 10^2 kN/m) Khi đó, liên kết tại chân cột và móng sẽ đảm bảo tính liên kết ngàm tương tự như trong Etabs Để tối ưu hóa quá trình tính toán, nên sử dụng dầm móng dạng khối.

Bảng tổng hợp bề rộng móng băng giao nhau trong luận văn này được xây dựng dựa trên thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng cho nhà phố theo điều kiện đất nền Kết quả tính toán bề rộng móng băng giao nhau dựa trên các thông số đất nền cụ thể và sự làm việc đồng thời của khung – móng - nền, giúp kỹ sư nhanh chóng chọn bề rộng móng băng giao thoa trong thiết kế, giảm thời gian tính toán và so sánh với kết quả khảo sát địa chất Bảng tổng hợp cũng có thể ứng dụng để chọn bề rộng móng dựa trên bề dày và loại đất dưới đáy móng thông qua kết quả thăm dò địa chất bằng phương pháp đo điện sâu.

Việc chia lưới phần tử trong Plaxis 3D ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích mô hình; do đó, cần chia lưới mịn để đảm bảo độ chính xác Trong Plaxis 3D, quy ước mômen gối dầm ký hiệu (+) và mômen nhịp dầm ký hiệu (-), cần chú ý đến hình dạng biểu đồ mômen trong dầm và cột trong quá trình xây dựng mô hình Các vấn đề liên quan đến lập mô hình, gán tải trọng, tổ hợp tải và liên kết tại chân cột trong Plaxis 3D hiện chưa đáp ứng nhu cầu thực tế, dẫn đến việc tốn nhiều thời gian cho dựng hình và phân tích, vì vậy cần cân nhắc khi sử dụng Plaxis 3D cho tính toán kết cấu quy mô lớn.

Sử dụng Plaxis 3D để phân tích khung – móng – nền là một vấn đề mới, đặc biệt trong việc chọn bề rộng móng băng cho công trình nhà phố quy mô nhỏ Nghiên cứu này chưa phản ánh đầy đủ sự thay đổi nội lực của khung và móng trên nền đất thực tế Dữ liệu địa chất được tổng hợp rộng rãi, nhưng quá trình tính toán chưa xem xét độ lún theo thời gian và chỉ áp dụng mô hình Mohr – Coulumb Do đó, cần thực hiện nghiên cứu trên công trình lớn hơn, sử dụng nhiều mô hình nền và loại đất khác nhau, đồng thời xem xét yếu tố độ lún theo thời gian để có kết quả so sánh chính xác hơn.

Trong luận văn này, việc áp dụng thủ tục chọn sơ bộ bề rộng móng băng cho công trình nhà phố là cần thiết, đặc biệt khi đã xác định được loại đất và bề dày lớp đất dưới đáy móng.

[1] Nguyễn Hải Đăng – Bùi trường Sơn Ứng xử kết cấu khung – móng – nền làm việc đồng thời Tạp chí địa kỹ thuật số 2 – 2008

Vũ Văn Thành và Trần Ngọc Linh đã nghiên cứu về tính kết cấu của khung phẳng và nền làm việc đồng thời, sử dụng mô hình nền phi tuyến vật liệu thông qua phương pháp phần tử hữu hạn Nghiên cứu này nhằm cải thiện hiểu biết về các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định và hiệu suất của các cấu trúc trong kỹ thuật xây dựng Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho phép phân tích sâu sắc hơn về hành vi của các vật liệu phi tuyến trong các điều kiện làm việc khác nhau.

[3] PGS.TS Đỗ Văn Đệ, Phần mềm Plaxis 3D ứng dụng vào tính toán móng và công trình ngầm Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2012

[4] Schanz, T., P A Vermeer, and P G Bonnier "The hardening soil model: formulation and verification." Beyond 2000 in computational geotechnics (1999): 281-296

[5] J M Duncan and C Y Chang (1970), “Nonlinear analysis of stress and strain in soils”, J of Soil Mech and Foundation Division, ASCE, 96 (SM5), pp 1629-1653

[6] Chang-Yo Ou, Deep Excavation - Theory and Practice, Taylor & Francis Group London, 2006.

[7] Phan Hồng Quân Cơ học đất NXB xây dựng 2006

[8] TCVN 9362 – 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

[9] Bowels, J.E (1998) Foundation Analysis and Design, fifth edition, Fifth Edition, Columbus, USA: MacGraw-Hill Publishing Company, pp.103, 1998

[10] Peck, R., Hanson,W., and Thornburn, T (1974) Foundation Engineering Handbook Wiley, London

[11] K Terzaghi, R.B.Peck, G Mesri, Soil Mechannics in Engineering Practice, John Wiley & Sons, Third Edition, 1996

[12] Advanced computational geotechnics Hong Cong, 2012.