Bài giảng môn học kết cấu bê tông cốt thép 2 - Kết cấu tường chắn

19/01/2016 N.H.A.Tuan 1 TÓM TẮT BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT 2 KẾT CẤU TƯỜNG CHẮN NGUYỄN HỮU ANH TUẤN Thời lượng: 5 tiết tuannguyen@swin.edu.au TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH Leet, K. and Bernal, D. (1997). Reinforced concrete design, 3rd edn., McGraw-Hill Mosley, W. H. and Bungey, J. H. (1987). Reinforced concrete design, 3rd edn., Macmillan Education. Nilson, A., Darwin, D. and Dolan, C. (2010). Design of concrete structures, McGraw-Hill. Pillai, S. and Menon, D. (2005). Reinforced Concrete Design, 5th edn., McGraw-Hill. Warner, R. F., Rangan, B., Hall, A. and Faulkes, K. (1998). Concrete structures, Longman. 19/01/2016 N.H.A.Tuan 2 Tường chắn được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đất hoặc có thể là vật liệu khác bằng cách giữ không cho chúng bị trượt khỏi cung trượt tự nhiên của chúng. KHÁI QUÁT KHÁI QUÁT Phân loại - Tường chắn trọng lực: gạch đá, bê tông; hình khối lớn, dùng trọng lượng bản thân tường để đảm bảo ổn định; chủ yếu chịu nén; chiều cao thường không vượt 3m, không có cốt thép hoặc có ít cốt thép chịu co ngót và nhiệt độ. - Tường chắn BTCT dạng mềm chịu nén uốn: bản thành và bản móng BTCT khá mỏng nên trọng lượng bản thân của tường không lớn. Độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên bản móng. 19/01/2016 N.H.A.Tuan 3 KHÁI QUÁT Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn - Tường công-xon không sườn: 2,5-6m; phổ biến, kinh tế, thi công đơn giản. - Tường có sườn đứng: cao 6-7,5m; sườn đứng làm tăng độ cứng của thành tường và giúp thành tường làm việc như những ô bản liên tục. KHÁI QUÁT Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn 19/01/2016 N.H.A.Tuan 4 KHÁI QUÁT Xác định sơ bộ các kích thước chính BẢN MÓNG b= (0,4-0,7)h ; phần móng trước (mũi) rộng = (0,3-0,4)b b giảm khi móng tựa lên nền đất tốt và khi khối đất cần chắn là cát hoặc sỏi; b tăng khi nền đất dưới đáy móng và lớp đất cần chắn có chất lượng thấp, hoặc khi có hoạt tải tác dụng trên mặt đất gần đỉnh tường. l KHÁI QUÁT Xác định sơ bộ các kích thước chính Bố trí chốt chống trượt
Chiều dày bản móng: - Tường không sườn: (1/12-1/8) h - Tường có sườn: h/30
Có thể bố trí chốt chống trượt để tăng áp lực bị động 19/01/2016 N.H.A.Tuan 5 KHÁI QUÁT Xác định sơ bộ các kích thước chính BẢN THÀNH Chiều dày thành tường tại đáy thường lớn hơn chiều dày ở đỉnh tường. Khi h ≤ 3m có thể không thay đổi chiều dày bản thành. • Tường công-xon : dày (1/14 -1/10)h ở đáy; ≥ 200mm ở đỉnh. • Tường có sườn đứng: chiều dày bản thành ≈ h/40. ( ) hl 2,18,0 ÷= SƯỜN ĐỨNG l ≈ h/2Khoảng cách Chiều dày ≈ l/10 Các yêu cầu thiết kế tường chắn BTCT
Áp lực tiêu chuẩn dưới đáy móng không vượt quá cường độ tiêu chuẩn của nền đất;
Ổn định về lật do áp lực tính toán gây ra;
Ổn định về trượt do áp lực tính toán gây ra.
Đảm bảo điều kiện cường độ cho các bộ phận của tường chắn .
Thoát nước: bố trí các lỗ thoát nước đường kính 100mm phân bố cách khoảng từ 1,5 đến 3m trên mặt thành tường, và ống tiêu nước có đường kính 150-200mm chạy dọc theo đáy tường có sỏi bao quanh 19/01/2016 N.H.A.Tuan 6 • Tĩnh tải: trọng lượng tường, trọng lượng đất đắp trên bản đáy. • Hoạt tải dài hạn: áp lực ngang của đất và nước khi bão hòa nước. • Hoạt tải ngắn hạn: xe cộ, hàng hóa, người và máy móc thiết bị, vv TẢI TRỌNG Áp lực đất lên tường chắn Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang TẢI TRỌNG Áp lực đất lên tường chắn Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang ϕ ϕ sin1 sin1 + − =ak hnkp aa γ= 22 1 2 1 hnkhpH aaa γ== n = 1,1-1,2 là hệ số độ tin cậy Lớn hơn thực tế, không an toàn 19/01/2016 N.H.A.Tuan 7 TẢI TRỌNG Áp lực đất lên tường chắn Áp lực chủ động khi mặt đất nằm nghiêng         −+ −− = ϕδδ ϕδδδ 22 22 coscoscos coscoscos cosak Ha = Pa cosδ TẢI TRỌNG khi có hoạt tải trên mặt đất Áp lực đất lên tường chắn γ phs = hnkp aa γ=1 2 1 2 1 hnkH aa γ= pnkhnkp asaas == γ saasas hhnkhpH γ== 19/01/2016 N.H.A.Tuan 8 TẢI TRỌNG khi có hoạt tải trên mặt đất Áp lực đất lên tường chắn       +=+= saasaa hh h nkHHH 2 2 1 γ ( )s s a hh hhh z 23 32 + + = Nếu hoạt tải tác dụng cách đỉnh tường một khoảng: TẢI TRỌNG Áp lực đất lên tường chắn Áp lực bị động ϕ ϕ sin1 sin1 − + =pk 'hkp pp γ= 2 ' 2 1 ' 2 1 hkhpH ppp γ== 19/01/2016 N.H.A.Tuan 9 ỔN ĐỊNH LẬT ∑= iicl xGM - Moment chống lật - Moment gây lật aal zHM = l l cl k M M ≥ - Điều kiện để tường không bị lật -Lưu ý: • Có thể dùng điểm lật O1 thay cho O • Có thể lấy n = 0,9 cho G và 1,1-1,2 cho Ha • Kl không nhỏ hơn 1,5 ỔN ĐỊNH LẬT Xét ổn định về lật từ điều kiện ổn định giới hạn, có kể đến hệ số nền của nền đất dưới móng tường chắn: N M e =0 ( ) 334411 eGGeGeGzHM saa +−++= sGGGGGN ++++= 4321         −= 3 0 0 12 2 1 k Nzbe gh N zGzGzGzGzG z ss ++++ = 44332211 0 ghee 00 ≤ 19/01/2016 N.H.A.Tuan 10 ỔN ĐỊNH TRƯỢT pHfNF +=- Lực chống trượt - Điều kiện để tường không bị trượt tr a k H F ≥ f là hệ số ma sát giữa đáy tường và đất Ktr không nhỏ hơn 1,3 ỔN ĐỊNH NỀN       ±= b e b N cc 0 minmax, 61σ c đ c R≤maxσ 0min ≥ cσ 6/0 be ≤ 3/23/ bab ≤≤ Chọn kích thước móng sao cho điểm đặt hợp lực C nằm trong khoảng 1/3 giữa chiều rộng móng hay 19/01/2016 N.H.A.Tuan 11 Một số biện pháp tăng ổn định tường chắn - Thay đổi loại đất đắp sau tường: tốt nhất là sử dụng loại đất rời có góc ma sát trong lớn nhằm giảm áp lực ngang - Tăng cường biện pháp thoát nước cho đất phía sau tường: bố trí rãnh thoát nước trên mặt, hệ thống thoát nước ngầm - Bổ sung các sườn ngang có thể đỡ thêm các khối đất nằm ngoài phạm vi móng tường. - Tạo mặt gồ ghề cho bản đáy tường chắn, bố trí đáy nghiêng về phía mặt sau tường hoặc bổ sung mấu (gờ, trụ, cọc ngắn) để tận dụng lực dính của đất nền ngay dưới bản đáy nhằm tăng khả năng chống trượt phẳng, chống lật cho tường chắn. - Sử dụng neo trong đất. TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN Tính bản thành dạng công-xon 19/01/2016 N.H.A.Tuan 12 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN Tính bản móng dạng công-xon TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN Ví dụ bố trí cốt thép 19/01/2016 N.H.A.Tuan 13 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Tính sườn đứng Xem mỗi sườn đứng là một công- xon được ngàm tại mặt móng, chịu tải trọng ngang (pa × l) với pa là áp lực đất chủ động và l là khoảng cách sườn 19/01/2016 N.H.A.Tuan 14 TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Tính sườn đứng Khi tính cốt thép dọc cho sườn, có thể kể một phần bản thành đóng vai trò cánh chịu nén và tham gia chịu lực cùng với sườn, tức là sườn đứng được tính như cấu kiện có tiết diện chữ T. TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Tính bản thành 19/01/2016 N.H.A.Tuan 15 TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN Bản móng - Bản móng chịu tác dụng của phản lực đất nền cùng với trọng lượng đất đắp và hoạt tải bên trên. - Bản móng trước (I): tính như công-xon ngàm vào mép bản thành - Bản móng sau: phần (II) tính như bản hai phương ngàm ba cạnh vào bản thành và các sườn đứng; phần (III) chủ yếu chịu uốn theo phương dọc chiều dài tường, có thể được tính như một dầm liên tục gối lên các sườn đứng. VÍ DỤ TÍNH TOÁN Thiết kế một phương án tường chắn bê tông cốt thép nằm giữa hai cao trình đất chênh lệch nhau khoảng 3,5 m. Trên mặt đất có hoạt tải do trọng lượng của hàng hóa là p = 9 kPa, với phạm vi tác dụng kéo dài đến đỉnh tường. Hệ số ma sát giữa đáy móng và đất là f = 0,5. Đất có trọng lượng riêng γ =18 kN/m3, góc ma sát trong ϕ =300. Nền đất dưới móng có cường độ tiêu chuẩn là 100 kPa và hệ số nền là 8000 kN/m3. Đề bài 19/01/2016 N.H.A.Tuan 16 VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt Dự kiến dùng tường chắn BTCT dạng công-xon như hình vẽ. {SV cần trình bày cụ thể cách chọn sơ bộ kích thước các bộ phận của tường chắn} VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt Tải trọng tác dụng Xét một đoạn tường điển hình dài 1m, bỏ qua ảnh hưởng của lớp đất mỏng nằm phía trước ngực tường (bị động). G1 = 26,25 kN; x1 = 1,05 m; z1 = 2,05 m G2 = 22,5 kN; x2 = 1,5 m; z2 = 0,15 m G3 = 113,4 kN; x3 = 2,1 m; z3 = 2,05 m G4 = 16,2 kN; xs = 2,1 m; zs = 3,8 m ΣGi = 178,35 kN; ka = 1/3 Ha = 54,72 kN za = 1,40 m 19/01/2016 N.H.A.Tuan 17 VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt Kiểm tra ổn định trượt N = 0,9 ΣGi = 160,52 kN F = fN = 80,26 kN Ha = 60,19 kN (tải tính toán) ktr = 1,33  Đạt Kiểm tra ổn định lật (i) Thuần túy cơ học Mcl = 0,9 ΣGi xi = 300,13 kNm Ml = Ha za = 84,27 kN (tính với n =1,1) kl = 3,56  Đạt VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt Kiểm tra ổn định lật (ii) Độ lệch tâm giới hạn a = 1,34 m e0 = 0,16 m e0gh = 1,10 m e0 < e0gh (n =1,1 cho Ha và = 0,9 cho Gi) 19/01/2016 N.H.A.Tuan 18 VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt Kiểm tra ổn định nền đất dưới móng tường (Dùng tải trọng tiêu chuẩn; n =1 cho Gi và Ha) a = 1,44 m e0 = 0,06 m < b/6 kPa 3,52min =cσ kPa 6,66max =cσ VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt Tính thành tường Moment tiêu chuẩn kNm 25,61 2 1 6 1 2 1 3 1 = += phkhkM aa c γ M = 67,38 kNm As ≈ 830 mm2 (h0 = 250 mm; thép AIII) - Chọn thép - Cắt thép nếu cần thiết (cần tính điểm cắt lý thuyết & điểm cắt thực tế) ghaa MpzkzkzM =      +×= 23 2 1 6 11,1)( γ 19/01/2016 N.H.A.Tuan 19 VÍ DỤ TÍNH TOÁN Giải tóm tắt Tính móng tường CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Tác dụng của tường chắn? Mô tả các loại tường chắn phổ biến bằng BTCT? 2. Ảnh hưởng của hoạt tải trên mặt đất đến áp lực ngang tác dụng lên tường chắn? 3. Các yêu cầu cơ bản trong thiết kế tường chắn? 4. Trình bày ngắn gọn về cách tính toán theo cường độ các bộ phận của tường chắn bê tông cốt thép không sườn? 5. Làm lại bài tập thiết kế ở phần ví dụ, theo hướng giảm bề rộng bản móng và bố trí thêm chốt chống trượt.