Phân tích giải pháp kết cấu móng cọc mố cầu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Bài viết trình bày phương pháp phân tích móng cọc mố cầu bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Midas Civil. Mô hình hóa sự làm việc tổng thể của các bộ phận trong mố, tương tác giữa tường mố, cọc với đất nền. Khảo sát bài toán để đưa ra giải pháp phù hợp cho kết cấu móng cọc của mố cầu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích giải pháp kết cấu móng cọc mố cầu bằng phương pháp phần tử hữu hạn KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 25 PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP KẾT CẤU MÓNG CỌC MỐ CẦU BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN THS. NGUYỄN HỮU MAY1, TS. PHÙNG BÁ THẮNG2; THS. NGUYỄN TIẾN HƢNG3 1,2,3 Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải 1 Email: maynh@utt.edu.vn; 2Email: thangpb@utt.edu.vn; 3Email: hungnt@utt.edu.vnTÓM TẮT: Bài báo trình bày phương pháp phân tích móng cọc mố cầu bằng phương pháp phầntử hữu hạn với phần mềm Midas Civil. Mô hình hóa sự làm việc tổng thể của các bộ phận trongmố, tương tác giữa tường mố, cọc với đất nền. Khảo sát bài toán để đưa ra giải pháp phù hợp chokết cấu móng cọc của mố cầu.TỪ KHÓA: Tương tác, móng cọc, mố cầu, giải pháp kết cấuABSTRACT: This article presents a method for analysis of piles of abutment by finite elementmethod use Midas Civil software. Modeling the general work of the parts in the abutment, theinteraction between the wall abutments, piles with ground. Surveying the problem to provide asolution suitable for the foundation piles of the bridge abutment.KEYWORDS: Interaction, Piles foundation, Abutment, Solution structure1. Đặt vấn đề Theo phương dọc cầu, mố cầu làm việc như một tường chắn đất, áp lực của đất đắpsau mố có xu hướng đẩy mố ra sông dẫn đến việc phân bố tải trọng lên các cọc khác nhauđiều này ảnh hưởng đến khả năng khai thác của các cọc. Việc lựa chọn và bố trí hợp lý sốlượng và vị trí các cọc trong kết cấu mố cầu là bài toán thực tiễn đưa ra nhằm đưa ra cácgiải pháp móng cọc vừa đảm bảo khả năng chịu lực vừa mang lại giá trị kinh tế cho côngtrình. Bài báo trình bày việc mô hình hóa và tính toán mố cầu trên nền cọc chịu tác dụngđồng thời của tĩnh tải phần trên và tải trọng ngang của đất đắp sau mố bằng phương phápphần tử hữu hạn với sự hỗ trợ của phần mềm tính toán Midas Civil. Khảo sát sự thay đổichiều cao mố để đưa ra các giải pháp móng cọc hợp lý. Xét bài toán như hình 1, mố cầuchữ U bê tông cốt thép đặt trên nền cọc và chịu tác dụng đồng thời của tĩnh tải phần trên vàtải trọng ngang của đất đắp sau mố. Trong quá trình tính toán, ta sử dụng các giả thiết sau [1]: - Vật liệu kết cấu là đàn hồi tuyến tính, có chuyển vị và biến dạng vô cùng nhỏ. Giảthiết này là chấp nhận được vì kết cấu mố cầu thường được xây dựng có độ cứng lớn hơnnhiều so với độ cứng của môi trường nền. - Tính chất của nền thay đổi theo các lớp nhưng trong từng lớp vật liệu nền đượccoi như đồng nhất đẳng hướng. - Khi chịu tải, điều kiện liên tục về chuyển vị được thoả mãn trên bề mặt tiếp xúcgiữa các lớp nền nhưng trên bề mặt tiếp xúc của kết cấu và nền có thể xảy ra sự trượt vàtách tương đối của kết cấu so với nền. - Hệ kết cấu và môi trường làm việc trong điều kiện biến dạng phẳng.NỘI SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG Số 02/201626 KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ2. Mô hình và tính toán kết cấu mố cầu2.1. Mô hình hóa kết cấu mố Vận dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào mô hình mố cầu có xét đến sự tươngtác với môi trường xung quanh, bài toán đưa về việc mô hình kết cấu chịu tải trong củatĩnh tải phần trên (DC và DW), áp lực đất sau mố EH có xét đến sự làm việc đồng thời vớimôi trường đất xung quanh, cụ thể: - Hệ cọc-nền: Hệ cọc khoan nhồi (hoặc cọc đóng) có tác dụng truyền tải trọng phíatrên xuống đất nền thông qua sức kháng mũi và thành bên. Hệ cọc chịu tác dụng đồng thờicủa tải trọng phần trên truyền xuống (lực tập trung và mô men tập trung tại đầu cọc) và áplực đất nền. Nói cách khác hệ cọc chịu nén, cắt và uốn đồng thời. Khi sử dụng phần tử hữu hạn, hệ cọc được mô hình hóa bằng hệ thanh chịu nén vàuốn đồng thời. Tương tác giữa cọc và đất nền xung quanh được mô hình bằng các lò xo 2chiều theo 2 phương (kxi và kzi) với độ cứng của các lò xo được xác định thông qua hệ sốnền phụ thuộc vào tính chất cơ lý của từng lớp đất cọc đi qua (Hình 1). Hệ số nền có thểxác định theo phương pháp tra bảng Quy trình 22TCN 18-79, theo L.E.Bowles, theo cáccông thức nền móng Terzaghi, Vesic, theo giá trị SPT hoặc tính theo mô đun biến dạngnền. - Tường mố: Bao gồm tường thân, tườngcánh và tường đỉnh. Các tường mố có các kíchthước 2 phương lớn hơn nhiều so với phươngcòn lại và chịu áp lực đất sau mố, áp lực thủytĩnh, tải trọng kết cấu nhịp phần trên truyềnxuống (tường thân) do vậy loại phần tử dùng đểmô hình các loại tường này là phần tử tấm (plate)(Hình 2.a). Mỗi bộ phận của tường được mô hìnhbằng các phần tử tấm dựa trên kích thước cấu tạovà vật liệu làm tường. Các tường được liên kếtcứng với nhau tại các vị trí tiếp xúc và liên kết Hình 1: Mô hình tương tác kết cấu mố cầu trêncứng với bệ. ...