Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đài cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn

JOMC 48 Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022

*Liên hệ tác giả: KRDQJFRQJYX#TQXHGXYQ

Nhận ngày , sửa xong ngày , chấp nhận đăng /LQN'2,KWWSVGRLRUJMRPF

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đài cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Hoàng Công Vũ

Nguyễn Tấn Dũng

.KRD.ỹWKXậW &{QJQJKệ, Trường ĐạLKọc Quy Nhơn, 170 An Dương Vương,7SQuy Nhơn, Bình ĐịQK

7Ừ.+2É 7Ð07Ắ7

0yQJFọF

3KkQWtFKSKầQWửKữXKạQ %jLEiRQj\SKkQWtFKảnh hưởQJFủa kích thước đài móng (chiềXFDRFKLềXGjLFKLềXUộng) đốLYớLFiF WK{QJVốiSOựF[XốQJFọc, độO~QFủDQền đất dưới mũi cọFQộLOực trong đài cọFWK{QJTXDYLệFVửGụQJ SKầQPềP3OD[LV

.(<:25'6 $%675$&7 3LOHIRXQGDWLRQ

)LQLWHHOHPHQWDQDO\VLV 7KLVSDSHUDQDO\]HVWKHLQIOXHQFHRIWKHIRXQGDWLRQFDSVL]HKHLJKWOHQJWKZLGWKRQWKHSDUDPHWHUVRI SUHVVXUHRQWKHSLOHVHWWOHPHQWRIWKHJURXQGXQGHUWKHSLOHWLSLQWHUQDOIRUFHVLQSLOHVWKURXJKWKHXVHRI 3OD[LVVRIWZDUH

1. Giới thiệu

9LệFWtQKWRiQWKLếWNếPyQJFọFQKjFDRWầQJWKựFWếKLệQQD\

NKiQKLều trườQJKợSNKLWtQKWRiQYềiSOựF[XốQJFọFQộLOựFWURQJ đài cọc, độO~Qchưa được ngườLWKLếWNếquan tâm đến độFứQJFủD đài cọFGRTXDQQLệm đài cọFOjFứQJWX\ệt đốLYuYậ\ảnh hưởng đếQ NếWTXảWtQKWRiQVựOjPYLệFWKựFWếFủDFọc và đài cọF

9LệFSKkQWtFKQKữQJảnh hưởQJFủa kích thước đài cọFFKLềX FDRFKLềXUộQJFKLều dài) có ý nghĩa thựFWLễn. Để[HP[pWảnh hưởQJ Fủa kích thướFFKLềXFDRFKLềXGjLFKLềXUộng) đài cọc đốLYớLFiF WK{QJVốiSOựF[XốQJFọc, độO~QFủDQền đất dưới mũi cọFQộLOựF trong đài cọc, phương pháp phầQWửKữXKạn được xem là phương pháp KữXKLệXYjWKXậQWLệQVửGụQJQKấWEjLEiRQj\VửGụQJSKầQPềP 3OD[LV

Cơ sở lý thuyết

2.1. Tính toán móng cọc đài thấp>@>@

ॎnghĩaYấn đềPyQJFọFGjLWKấSOjPyQJFọc đượFFấXWạRYớL GjLFọFQằm trong đấWWại độVkXKạ, theo đó phảLWKRảcác điềXNLệQ OjPYLệc như sau:

− 7ảLWUọQJQJDQJ+SKải đượFFkQEằQJYớLiSOựFEịđộQJFủD đất đểFKRFọFNK{QJEịWiFGụQJFủDOựFQJDQJPjFKỉKRjQWRjQOjP YLệFFKịXQpQ

− 0{PHQQJRạLOực đượFFkQEằQJEởLFiFSKảQOựFWại đầXFọF YớLFiFWRạđộ[L\LFủDFọF

− Riêng đốLYớLPyQJFKỉFyPộWFọc đặt đúng tâm thì cầQWKLếW SKảL[HPOjFọc ăn chịXP{PHQYjWảLWUọng ngang. Do đó điềXNLện để xem như là móng cọc đài thấSOjFọFSKải đượFEốWUtFyWUrQFục để

FKốQJOạLP{PHQYjFKLềXVkXFK{QPyQJSKảL!KPQđểFKốQJOựFQJDQJ 3KảQOực trên đầXFọFFyWọa độ[L\LOj

𝑃𝑃𝑖𝑖=𝑁𝑁 𝑛𝑛 ±

𝑀𝑀𝑦𝑦

∑ 𝑥𝑥𝑖𝑖2× 𝑥𝑥𝑖𝑖± 𝑀𝑀𝑥𝑥

∑ 𝑦𝑦𝑖𝑖2× 𝑦𝑦𝑖𝑖 Trong đó

0\P{PHQtheo phương trụF\

0[: mômen theo phương trụF[

[LWRạđộphương x củDFọFWKứLVRYớLYịWUtWảLWUọQJ

\LWRạđộphương y củDFọFWKứLVRYớLYịWUtWảLWUọQJ

ĐiềXNLệQFầQSKảLNLểm tra đểWKRảPmQFKRFọFFKịXQpQOớQ QKấW;PD[Oj

3PD[≤𝑄𝑄𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡 6ứFFKịXWảLFKRSKpSFủDFọF

𝑄𝑄𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡=𝛾𝛾0

𝛾𝛾𝑛𝑛×𝑅𝑅𝑐𝑐,𝑡𝑡

𝛾𝛾𝑡𝑡 YớL

𝛾𝛾0OjKệVốđiềXNLệQOjPYLệFOấ\EằQJYớLFọc đơn và bằQJ WURQJPyQJQKLềXFọF

𝛾𝛾𝑛𝑛OjKệVốWLQFậ\YềWầPTXDQWUọQJFủDF{QJWUuQKOấ\EằQJ 1.1 tương ứQJYớLWầPTXDQWUọQJFủDF{QJWUuQKFấS,,,Yj,,,>@

𝛾𝛾𝑡𝑡OjKệVốWLQFậy theo đấW>@

0{KuQK0RKU&RXORPEWURQJ3OD[LV>@

ĐượFGựa trên ý tưởQJFủDTXLOXậWFkQEằQJđànGẻRYớL ngưỡQJFốđịQKNK{QJEịWiFđộQJEởLELếQGạQJGẻRYjWURQJWUạQJ WKiLứQJVXấWFủDPộWđiểPQằPWURQJPặWngưỡQJđànKồLWKXầQW~\

+uQK.K{QJFyTX\OXậWWiLEềQKD\KyDPềP\rXFầXYớLP{

KuQK0RKUCoulomb. Mô hình này tương đối đơn giảQGễVửGụQJ

JOMC 49 Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022

thườQJGQJđểWtQKWRiQJầQđúngFiFứQJ[ửởJLDLđoạn đầXFủD đấWYớLWK{QJVốcơEảQ

+uQK0ặWEDRSKiKRạL0RKU&RXORPEWURQJNK{QJJLDQứQJVXấW

Ví dụ minh họa

%jLWRiQ

;pWF{QJWUuQKVăn phòng làm việFVố7UầQ$QK7{QJWKjQK SKốQuy Nhơn, tỉnh Bình ĐịQK&{QJWUuQKQj\JồPWầQJFyNtFK thướFPặWEằQJ[PQằPWUrQQền đấWFyOớS/ớp đất đắS SKếWKảL[k\Gựng (sét, á sét, cát dăm) cao từ–POớSOớSFiW WK{PjXYjQJQKạW[iPWUắQJFKLềXGj\–POớSOớSVpW PjX[DQKYjQJQKạWGj\–POớSOớSFiWFiWPịQFiWWK{

YừDFKLều dày chưa xác địQK0ặWEằQJEốWUtFọFNKRDQQKồLFọF ' P/ P+uQK

+uQK0ặWEằQJEốWUtPyQJFọFNKRDQQKồi Văn phòng làm việF

- Công trình đượFP{KuQK'WURQJSKầQPềP(7$%69 +uQK

- ;XấWSKảQOựFFKkQFộWWừSKầQPềP(7$%6[pWPyQJFọF NKRDQQKồL0

- 0{KuQKPyQJ 0 WURQJSKầQPềP 3OD[LV ')RXQGDWLRQ +uQK

/ần lượt thay đổLFKLều cao đài cọF+G PPPP đểSKkQWtFKSKảQOực đầXFọF3LQộLOực đài cọF0{PHQ0[0\Yj độO~QPyQJ6

7LếSWụFthay đổLEềUộng đài cọFEằng cách thay đổLNKRảQJFiFK FiFFọc trong đài lần lượWOjGGGG(d: đườQJNtQKFọFđểSKkQ WtFKSKảQOực đầXFọFYjQộLOực đài cọF

+uQK0{KuQK'công trình Văn phòng làm việFEằQJ(7$%69

+uQK0{KuQKPyQJ0EằQJ3OD[LV')RXQGDWLRQ9

DG6

DG12 M2

M3 M3

M3 M4

DGT DTNDTN

DG4

DG10 DG13

DG14

DG16

DGT DGT

DGT DGT

DG12

DG9

*Liên hệ tác giả: KRDQJFRQJYX#TQXHGXYQ

Nhận ngày , sửa xong ngày , chấp nhận đăng /LQN'2,KWWSVGRLRUJMRPF

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đài cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Hoàng Công Vũ

Nguyễn Tấn Dũng

.KRD.ỹWKXậW &{QJQJKệ, Trường ĐạLKọc Quy Nhơn, 170 An Dương Vương,7SQuy Nhơn, Bình ĐịQK

7Ừ.+2É 7Ð07Ắ7

0yQJFọF

3KkQWtFKSKầQWửKữXKạQ %jLEiRQj\SKkQWtFKảnh hưởQJFủa kích thước đài móng (chiềXFDRFKLềXGjLFKLềXUộng) đốLYớLFiF WK{QJVốiSOựF[XốQJFọc, độO~QFủDQền đất dưới mũi cọFQộLOực trong đài cọFWK{QJTXDYLệFVửGụQJ SKầQPềP3OD[LV

.(<:25'6 $%675$&7 3LOHIRXQGDWLRQ

)LQLWHHOHPHQWDQDO\VLV 7KLVSDSHUDQDO\]HVWKHLQIOXHQFHRIWKHIRXQGDWLRQFDSVL]HKHLJKWOHQJWKZLGWKRQWKHSDUDPHWHUVRI SUHVVXUHRQWKHSLOHVHWWOHPHQWRIWKHJURXQGXQGHUWKHSLOHWLSLQWHUQDOIRUFHVLQSLOHVWKURXJKWKHXVHRI 3OD[LVVRIWZDUH

1. Giới thiệu

9LệFWtQKWRiQWKLếWNếPyQJFọFQKjFDRWầQJWKựFWếKLệQQD\

NKiQKLều trườQJKợSNKLWtQKWRiQYềiSOựF[XốQJFọFQộLOựFWURQJ đài cọc, độO~Qchưa được ngườLWKLếWNếquan tâm đến độFứQJFủD đài cọFGRTXDQQLệm đài cọFOjFứQJWX\ệt đốLYuYậ\ảnh hưởng đếQ NếWTXảWtQKWRiQVựOjPYLệFWKựFWếFủDFọc và đài cọF

9LệFSKkQWtFKQKữQJảnh hưởQJFủa kích thước đài cọFFKLềX FDRFKLềXUộQJFKLều dài) có ý nghĩa thựFWLễn. Để[HP[pWảnh hưởQJ Fủa kích thướFFKLềXFDRFKLềXGjLFKLềXUộng) đài cọc đốLYớLFiF WK{QJVốiSOựF[XốQJFọc, độO~QFủDQền đất dưới mũi cọFQộLOựF trong đài cọc, phương pháp phầQWửKữXKạn được xem là phương pháp KữXKLệXYjWKXậQWLệQVửGụQJQKấWEjLEiRQj\VửGụQJSKầQPềP 3OD[LV

Cơ sở lý thuyết

2.1. Tính toán móng cọc đài thấp>@>@

ॎnghĩaYấn đềPyQJFọFGjLWKấSOjPyQJFọc đượFFấXWạRYớL GjLFọFQằm trong đấWWại độVkXKạ, theo đó phảLWKRảcác điềXNLệQ OjPYLệc như sau:

− 7ảLWUọQJQJDQJ+SKải đượFFkQEằQJYớLiSOựFEịđộQJFủD đất đểFKRFọFNK{QJEịWiFGụQJFủDOựFQJDQJPjFKỉKRjQWRjQOjP YLệFFKịXQpQ

− 0{PHQQJRạLOực đượFFkQEằQJEởLFiFSKảQOựFWại đầXFọF YớLFiFWRạđộ[L\LFủDFọF

− Riêng đốLYớLPyQJFKỉFyPộWFọc đặt đúng tâm thì cầQWKLếW SKảL[HPOjFọc ăn chịXP{PHQYjWảLWUọng ngang. Do đó điềXNLện để xem như là móng cọc đài thấSOjFọFSKải đượFEốWUtFyWUrQFục để

FKốQJOạLP{PHQYjFKLềXVkXFK{QPyQJSKảL!KPQđểFKốQJOựFQJDQJ 3KảQOực trên đầXFọFFyWọa độ[L\LOj

𝑃𝑃𝑖𝑖=𝑁𝑁 𝑛𝑛 ±

𝑀𝑀𝑦𝑦

∑ 𝑥𝑥𝑖𝑖2× 𝑥𝑥𝑖𝑖± 𝑀𝑀𝑥𝑥

∑ 𝑦𝑦𝑖𝑖2× 𝑦𝑦𝑖𝑖 Trong đó

0\P{PHQtheo phương trụF\

0[: mômen theo phương trụF[

[LWRạđộphương x củDFọFWKứLVRYớLYịWUtWảLWUọQJ

\LWRạđộphương y củDFọFWKứLVRYớLYịWUtWảLWUọQJ

ĐiềXNLệQFầQSKảLNLểm tra đểWKRảPmQFKRFọFFKịXQpQOớQ QKấW;PD[Oj

3PD[≤𝑄𝑄𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡 6ứFFKịXWảLFKRSKpSFủDFọF

𝑄𝑄𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡=𝛾𝛾0

𝛾𝛾𝑛𝑛×𝑅𝑅𝑐𝑐,𝑡𝑡

𝛾𝛾𝑡𝑡 YớL

𝛾𝛾0OjKệVốđiềXNLệQOjPYLệFOấ\EằQJYớLFọc đơn và bằQJ WURQJPyQJQKLềXFọF

𝛾𝛾𝑛𝑛OjKệVốWLQFậ\YềWầPTXDQWUọQJFủDF{QJWUuQKOấ\EằQJ 1.1 tương ứQJYớLWầPTXDQWUọQJFủDF{QJWUuQKFấS,,,Yj,,,>@

𝛾𝛾𝑡𝑡OjKệVốWLQFậy theo đấW>@

0{KuQK0RKU&RXORPEWURQJ3OD[LV>@

ĐượFGựa trên ý tưởQJFủDTXLOXậWFkQEằQJđànGẻRYớL ngưỡQJFốđịQKNK{QJEịWiFđộQJEởLELếQGạQJGẻRYjWURQJWUạQJ WKiLứQJVXấWFủDPộWđiểPQằPWURQJPặWngưỡQJđànKồLWKXầQW~\

+uQK.K{QJFyTX\OXậWWiLEềQKD\KyDPềP\rXFầXYớLP{

KuQK0RKUCoulomb. Mô hình này tương đối đơn giảQGễVửGụQJ

JOMC 50 Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022

Kết quả tính toán

%ảQJ%ảQJWổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQSKảQOực đầXFọFtheo phương pháp giải tích và phương pháp PTHH, bài toán thay đổLFKLều cao đài cọF

&KLều cao đài +G P +G P +G P +G P

Phương pháp Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++

3N1

3N1

3N1

3N1

7ổQJ

%ảQJ%ảQJWổQJKợSNếWTXảtính toán độO~QPyQJtheo phương pháp giải tích và phương pháp PTHH, bài toán thay đổLFKLều cao đài cọF

Chiều cao đài +G P +G P +G P +G P

Phương pháp Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++

Độ lún (cm)

%ảQJ%ảQJWổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQQộLOực đài cọFtheo phương pháp giải tích và phương pháp PTHH, bài toán thay đổLFKLều cao đài cọF

%ảQJ7ổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQSKảQOực đầXFọctheo phương pháp PTHH, các trườQJKợSEềUộQJđài cọc thay đổL

.KRảQJFiFKFiFFọc trong đài G G G G

3N1

3N1

3N1

3N1

7ổQJ

%ảQJ7ổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQQộLOực đài cọFtheo phương pháp PTHH, các trườQJKợSEềUộng đài cọc thay đổL

.KRảQJFiFKFiFFọc trong đài G G G G

0[N1P

0\N1P

.ếWTXảSKkQWtFKSKảQOực đầXFọFEằQJSKầQPềP3OD[LV' )RXQGDWLRQFKRWKấ\Nhi kích thước đài cọFFKLềXFDRFKLềXUộng đài) thay đổLWKuJLiWUịWổQJSKảQOựFEịảQKhưởQJNK{QJQKLềX%ảQJ

%ảQJ

.ếWTXảphân tích độO~QEằQJSKầQPềP3OD[LV')RXQGDWLRQ FKRWKấ\Nhi thay đổLFKLều cao đài thì kếWTXảphân tích độO~QWURQJ bài toán này là không đáng kể%ảQJ

.ếW TXả SKkQ WtFK QộL Oực đài cọF EằQJ SKầQ PềP 3OD[LV ' )RXQGDWLRQYới các bài toán thay đổi kích thước đài cọFFKLềXFDR FKLềXUộng đài) cho thấ\QộLOực đài bịảnh hưởQJNKLPởUộng đài cọF QộLOực đài tăng lên khi đài cọc đượFPởUộQJ1ộLOực đài trong các bài toán thay đổLFKLều cao đài bịảnh hưởng không đáng kể%ảQJ%ảQJ

Chiều cao đài +G P +G P +G P +G P

Phương pháp *LảLWtFK 37++ *LảLWtFK 37++ *LảLWtFK 37++ *LảLWtFK 37++

0[N1P

0\N1P

JOMC 51 Tạp chí Vật liệu & Xây dựng Tập 12 Số 04 năm 2022

Kết luận

&KLều cao đài cọFảnh hưởng không đáng kểđếQFiFWK{QJVốQộL Oực trong đài cọFiSOựF[XốQJFọc, độO~Q

.KLEềUộng đài cọc thay đổi theo các trườQJKợp tăng khoảQJ FiFKFọc trong đài thì nộLOực trong đài (Mô men đài cọFFyVựthay đổL đáng kể7URQJEjLEiRQj\JLiWUịQộLOực đài tăng lênkhi thay đổL NKRảQJFiFKFiFFọc như các trườQJKợSWtQKWRiQNKRảQJ*Li WUịWổQJSKảQOực đầXFọFNK{QJEịảnh hưởQJQKLềX7X\QKLrQOựF SKkQSKốLYjRFiFFọc không đồng đềXJLiWUịSKảQOựFWạLWừQJFọFWKu FyVựthay đổi theo hướQJJLảPGầQWKHRFKLềXWiFGụQJFủDP{PHQ FKkQFộW

Tài liệu tham khảo

>@ /r$QK+RjQJ, Nền và móngNXB Xây dựng,Hà Nội,

>@ Đỗ Văn Đệ, Phần mềm Plaxis 3D Foundation ứng dụng vào tính toán móng và công trình ngầm, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2012.

>@ Tô Văn Lận, Nền và móng dùng cho sinh viên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2018.

>@ TCVN 9362: 2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

>@ TCVN 10304:2014: Móng cọc –7LrXFKXẩn thiết kế

Kết quả tính toán

%ảQJ%ảQJWổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQSKảQOực đầXFọFtheo phương pháp giải tích và phương pháp PTHH, bài toán thay đổLFKLều cao đài cọF

&KLều cao đài +G P +G P +G P +G P

Phương pháp Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++

3N1

3N1

3N1

3N1

7ổQJ

%ảQJ%ảQJWổQJKợSNếWTXảtính toán độO~QPyQJtheo phương pháp giải tích và phương pháp PTHH, bài toán thay đổLFKLều cao đài cọF

Chiều cao đài +G P +G P +G P +G P

Phương pháp Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++ Giải tích 37++

Độ lún (cm)

%ảQJ%ảQJWổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQQộLOực đài cọFtheo phương pháp giải tích và phương pháp PTHH, bài toán thay đổLFKLều cao đài cọF

%ảQJ7ổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQSKảQOực đầXFọctheo phương pháp PTHH, các trườQJKợSEềUộQJđài cọc thay đổL

.KRảQJFiFKFiFFọc trong đài G G G G

3N1

3N1

3N1

3N1

7ổQJ

%ảQJ7ổQJKợSNếWTXảWtQKWRiQQộLOực đài cọFtheo phương pháp PTHH, các trườQJKợSEềUộng đài cọc thay đổL

.KRảQJFiFKFiFFọc trong đài G G G G

0[N1P

0\N1P

.ếWTXảSKkQWtFKSKảQOực đầXFọFEằQJSKầQPềP3OD[LV' )RXQGDWLRQFKRWKấ\Nhi kích thước đài cọFFKLềXFDRFKLềXUộng đài) thay đổLWKuJLiWUịWổQJSKảQOựFEịảQKhưởQJNK{QJQKLềX%ảQJ

%ảQJ

.ếWTXảphân tích độO~QEằQJSKầQPềP3OD[LV')RXQGDWLRQ FKRWKấ\Nhi thay đổLFKLều cao đài thì kếWTXảphân tích độO~QWURQJ bài toán này là không đáng kể%ảQJ

.ếW TXả SKkQ WtFK QộL Oực đài cọF EằQJ SKầQ PềP 3OD[LV ' )RXQGDWLRQYới các bài toán thay đổi kích thước đài cọFFKLềXFDR FKLềXUộng đài) cho thấ\QộLOực đài bịảnh hưởQJNKLPởUộng đài cọF QộLOực đài tăng lên khi đài cọc đượFPởUộQJ1ộLOực đài trong các bài toán thay đổLFKLều cao đài bịảnh hưởng không đáng kể%ảQJ%ảQJ

Chiều cao đài +G P +G P +G P +G P

Phương pháp *LảLWtFK 37++ *LảLWtFK 37++ *LảLWtFK 37++ *LảLWtFK 37++

0[N1P

0\N1P