Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn và hệ dầm sàn khi thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi - Top - Down
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
------------------------
TRẦN NGUYỄN HOÀNG LUÂN
PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG
CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEMI-TOP-DOWN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
------------------------
TRẦN NGUYỄN HOÀNG LUÂN
PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG
CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEMI-TOP-DOWN
Chuyên ngành: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
Mã số chuyên ngành: 60580208
LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG
Cán bộ hướng dẫn khoa học
TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2018
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng luận văn “PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG
TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SEMI-TOP-DOWN” là bài nghiên cứu của chính tôi dưới sự
hướng dẫn khoa học của thầy TS. Lê Trọng Nghĩa.
Ngoài trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi cam
đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố
hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.
Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận văn
này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.
Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các trường
đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.
Tất cả các số liệu, kết quả phân tích và tính toán trong luận văn là hoàn toàn trung
thực. Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.
Tp. HCM, ngày 15 tháng 05 năm 2018
Học viên
Trần Nguyễn Hoàng Luân
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Lê Trọng Nghĩa.
Thầy đã chỉ bảo và hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn
tôi cách tìm kiếm tài liệu, các phương pháp tiếp cận nghiên cứu. Thầy đã có nhiều ý
kiến, nhận xét đóng góp quý báu và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Ngoài ra, tôi
cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực
hiện luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Xây dựng, trường Đại học
Mở Tp.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời
gian học tập tại trường.
Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu để hoàn thiện, tuy nhiên vì khả năng có
hạng nên không thể không có những thiếu sót nhất định. Kính mong Thầy chỉ dẫn
thêm để em bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn Quý Thầy Cô.
iii
TÓM TẮT ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
Khi đào hầm trong khu vực nội thành đô thị, việc đánh giá ứng xử của tường vây
đến cường độ và sự phân bố chuyển vị đất nền sau lưng tường là một phần quan
trọng của quá trình thiết kế, vì một khi chuyển vị quá mức cho phép sẽ làm hư hại
các công trình lân cận cũng như gây nguy hiểm đến quá trình thi công phần hầm. Để
giảm chuyển vị của đất nền xung quanh cùng chuyển vị của tường chắn tầng hầm
một hệ tường vây (Diaphram wall) và hệ kết cấu sàn tầng hầm được sử dụng như là
một kết cấu để giữ hố đào sâu vì nhiều ưu điểm của nó.
Trong luận văn này tác giả trình bày nghiên cứu một công trình ở quận 1, TP. Hồ
Chí Minh có hệ tường vây (Diaphram wall) bao quanh và được thi công bằng
phương pháp Semi-Top-Down. Để phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn
và hệ dầm sàn khi thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi-Top-Down. Tác giả
giải Bài toán phân tích ngược sử dụng phần mềm PLAXIS 2D và Etabs đồng thời
dựa vào kết quả quan trắc thực tế chuyển vị ngang của tường vây để đánh giá sự phù
hợp của mô phỏng và các thông số đầu vào. Cùng với việc gia cường lỗ mở của sàn
tầng hầm khi phục vụ thi công đối với công trình thực tế.
Từ đó tác giả rút ra kết luận về những mối liên hệ giữa độ cứng của đất với giá trị
NSPT, sức chống cắt không thoát nước SU trong hồ sơ khảo sát địa chất, và gia cường
chống tạm sàn tại vị trí có lỗ mở phục vụ thi công khi thi công tầng hầm bằng
phương pháp Semi-Top-Down. Qua đó, hướng tới thiết kế tường vây và hệ kết cấu
chống đỡ khi thi công tầng hầm bằng biện pháp Semi-Top-Down đạt 2 yếu tố kinh tế
và an toàn cao, đồng thời dự báo chuyển vị ngang của tường qua từng giai đoạn thi
công cho các công trình có địa chất và quy mô tương tự.
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
TÓM TẮT LUẬN ...................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ ........................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xiii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2
3. Giới hạn của đề tài ................................................................................................ 2
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 2
5. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................... 2
7. Cấu trúc của đề tài................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. KHẢO SÁT TỔNG QUAN ................................................................... 4
1.1 Giới thiệu ............................................................................................................ 4
1.2 Tổng kết các nghiên cứu trước ............................................................................ 5
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................. 5
1.2.1.1 Tổng kết nghiên cứu của Peck (1969) .................................................... 5
1.2.1.2 Tổng kết nghiên cứu của O’Rourke (1981).. ......................................... 5
1.2.1.3 Tổng kết nghiên cứu của Clough and O’Rourke (1989 & 1990).. ......... 6
1.2.1.4 Tổng kết nghiên cứu của Ou and Hsieh... .............................................. 7
1.2.1.5 Tổng kết nghiên cứu của Gordon Tung-Chin Kung... ........................... 8
1.2.1.6 Tổng kết nghiên cứu của Chang Yu Ou và các đồng sự: Nghiên cứu
công trình Taipei Enterprise National Center. ........................................................... 11
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................. 14
v
1.2.2.1 Tổng kết nghiên cứu của Nguyễn Khánh Dư và Lê Trọng Nghĩa... ....14
1.2.2.2 Tổng kết nghiên cứu của PGS.TS.Châu Ngọc Ẩn, TS. Lê Văn Pha:
Tính toán hệ kết cấu bảo vệ hố móng bằng phương pháp xét sự làm việc đồng thời
giữa đất nền và kết cấu.... ...........................................................................................14
1.2.2.3 Tổng kết nghiên cứu của PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm, Ths. Nguyễn
Bửu Anh Thư: Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp cho tường vây hố
đào sâu ........................................................................................................................15
1.3 Tổng kết chương 1 ............................................................................................15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...........................................................................16
2.1 Cơ sở lý thuyết về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong việc phân
tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn.................................................................16
2.1.1 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis ................................................16
2.1.1.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” ...................16
2.1.1.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà .............................17
2.1.1.3 Hệ số thấm............................................................................................17
2.1.1.4 Thông số độ cứng của đất nền..............................................................18
2.1.1.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền.....................................................19
2.2 Mô hình đất nền sử dụng trong Plaxis.............................................................20
2.2.1 Mô hình Hardening Soil ............................................................................20
2.2.2 Những thông số đầu vào của đất................................................................24
2.2.2.1 Thông số E, ν........................................................................................25
2.2.2.2 Hệ số thấm k của đất ............................................................................29
2.2.2.3 Giới hạn vùng nén của mô hình phân tích............................................30
2.2.2.4 Hệ số bề mặt tiếp xúc Rinter................................................................31
2.2.2.5 Xác định hệ số mũ m............................................................................31
2.3 Lý thuyết kéo - nén đúng tâm............................................................................31
2.3.1 Khái niệm...................................................................................................31
2.3.2. Ứng suất trên mặt cắt ngang .....................................................................32
2.3.3 Biến dạng của thanh chịu kéo (nén) đúng tâm ..........................................33
vi
2.3.4 Thí nghiệm kéo nén đúng tâm đối với vật liệu dòn...................................33
2.3.5 Khái niệm về sàn phẳng chịu lực khi thi công hố đào bằng phương pháp
Top-Down ...................................................................................................................34
2.3.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ cứng của sàn theo phương ngang theo
nhóm tác giả M. Moeini1, B. Rafezy2 and W. P. Howson.........................................34
2.3.6.1 Bề dày sàn ............................................................................................34
2.3.6.2 Vị trí lỗ mở .............................................................................................. 35
2.3.6.3 Kích thước lỗ mở..................................................................................... 35
2.4 Cơ sở lý thuyết trong ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định độ
cứng theo phương ngang của sàn tầng hầm: ................................................................. 37
2.4.1 Cơ sở lý thuyết ứng dụng phần mềm Sap, Etabs ........................................ 37
2.4.2 Quan hệ ứng suất và biến dạng, cách xác định modun độ cứng thực của
sàn có lổ mở thi công...................................................................................................... 37
2.5 Tổng kết chương 2 .............................................................................................. 38
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN
VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEMITOP-DOWN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ KHÁCH SẠN MAJESTIC TẠI
TP.HCM......................................................................................................................39
3.1. Giới thiệu công trình ........................................................................................39
3.1.1 Tổng quan về công trình nghiên cứu .........................................................39
3.1.2 Địa chất công trình.....................................................................................40
3.1.3 Trình tự thi công hố đào ............................................................................44
3.2 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN HỐ
ĐÀO CÔNG TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGƯỢC (BACKANALYSIS)................................................................................................................50
3.2.1 Chuyển vị ngang thực tế của tường vây ....................................................50
3.2.2 Phân tích hố đào bằng chương trình Plaxis ...............................................54
3.2.2.1 Thông số tường vây .............................................................................55
3.2.2.2 Thông số đầu vào của hệ thanh chống tường vây tính toán từ etabs...55
3.2.2.3 Tải trọng công trình xung quanh nhập vào mô hình tính.....................64
vii
3.2.2.4 Quá trình tính toán mô phỏng thi công hố đào ....................................72
3.2.3 Kết quả tính toán chuyển vị ngang trong mô hình plaxis-so sánh kết quả
tính toán với quan trắc thực tế.....................................................................................80
3.2.4 Kết quả tính toán Momen max trong mô hình plaxis................................89
3.2.5 Phân tích và Nhận xét ................................................................................92
3.2.5.1 Phân tích...............................................................................................92
3.2.5.2 Nhận xét ...............................................................................................95
3.3 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG HỆ DẦM SÀN ............95
3.3.1 Phân tích chuyển vị và nội lực hệ dầm sàn................................................96
3.3.1.1 Mô hình tính và tải trọng tác dụng.......................................................96
3.3.1.2 Kết quả chuyển vị trong 2 trường hợp tính toán................................100
3.3.1.3 Kết quả nội lực trong 2 trường hợp tính toán ....................................101
3.3.2 Nhận xét...................................................................................................105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................106
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................108
viii
DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây. ......................................... 5
Hình 1.2 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây đối với từng loại đất
(Clough and O’Rourke, 1989 & 1990) a:cát, b:sét cứng, c:sét mềm................................. 6
Hình 1.3 Mối quan hệ giữa biến dạng lớn nhất của tường, độ cứng của hệ chống và hệ số
an toàn chống trương nở .................................................................................................... 7
Hình 1.4 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây (Ou and Hsieh,2000; Ou et
al,2005) .............................................................................................................................. 8
Hình 1.5 Thông tin chi tiết của 26 hố đào sâu thu thập từ vùng T2 và K1........................ 9
Hình 1.6 Ảnh hưởng độ cứng của sàn đến biến dạng của tường vây .............................. 10
Hình 1.7 Ảnh hưởng độ cứng của thanh chống đến biến dạng của tường vây................ 10
Hình 1.8 Mối quan hệ giữa chiều sâu hố đào gây biến dạng tường tối đa và độ sâu hố
đào cho phép của 2 phương pháp Top-Down và Bottom Up .......................................... 10
Hình 1.9 Mặt bằng công trình Taipei Enterprise National Center................................... 11
Hình 1.10 Mặt cắt hố đào công trình Taipei Enterprise National Center ........................ 12
Hình 1.11 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự tăng độ cứng của
thanh chống. (a) bước đào đầu tiên; (b) bước đào thứ 2; (c) bước đào thứ 3 .................. 12
Hình 1.12 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự giảm độ cứng của
thanh chống (a) bước đào đầu tiên;(b) bước đào thứ 2;(c) bước đào thứ 3 ..................... 13
Hình 1.13 Độ võng của tường theo phương ngang và độ lún bề mặt đất của hố đào
TNEC: (a) độ võng của tường theo phương ngang và (b) độ lún bề mặt đất .................. 13
Hình 2.1 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén
3 trục thoát nước .............................................................................................................. 21
Hình 2.2 Các đường cong dẻo ứng với các giá trị trung bình khác nhau...................... 22
Hình 2.3 Định nghĩa mô đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết................................. 23
Hình 2.4 Các mặt dẻo trong mặt phẳng (p-q) của mô hình HS ....................................... 23
Hình 2.5 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0).................... 24
Hình 2.6 Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3 trục
thoát nước......................................................................................................................... 24
Hình 2.7 Quan hệ giữa Eu/ cu theo chỉ số OCR và Ip (Duncan & Buchigani) .............. 27
ix
Hình 2.8 Điều kiện biên cho phân tích hố đào sâu bằng chương trình Plaxis................. 31
Hình 2.9 Định nghĩa thanh kéo – nén đúng tâm .............................................................. 32
Hình 2.10 Thanh thẳng chịu kéo (nén) đúng tâm ............................................................ 33
Hình 2.11 Biểu đồ kéo (nén) vật liệu dòn........................................................................ 34
Hình 2.12 Sự biến thiên sai số bề dày sàn ....................................................................... 35
Hình 2.13 Dạng mặt bằng và kích thước lỗ mở............................................................... 35
Hình 2.14 Mô hình – kích thước của sàn và tường vây................................................... 36
Hình 2.15 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén EA xét trên 1m sàn................................. 38
Hình 3.1 Mặt bằng hố móng công trình........................................................................... 39
Hình 3.2 Cao độ 4 tầng chống hố đào.............................................................................. 40
Hình 3.3 Mặt cắt địa chất công trình................................................................................ 42
Hình 3.4 Mặt bằng hố khoan............................................................................................ 43
Hình 3.5 Đào đất đến cao độ -2.05m ............................................................................... 44
Hình 3.6 Thi công sàn trệt................................................................................................ 44
Hình 3.7 Đào đất đến cao độ -6.66m ............................................................................... 45
Hình 3.8 Đào đất đến cao độ -9.65m ............................................................................... 45
Hình 3.9 Đào đất đến cao độ -12.65m ............................................................................. 45
Hình 3.10 Đào đất đến cao độ -16.35m ........................................................................... 46
Hình 3.11 Thi công sàn trệt.............................................................................................. 46
Hình 3.12 Đào đất đến cao độ -6.66m ............................................................................. 47
Hình 3.13 Thi công hầm B1 cao độ -6.26m..................................................................... 47
Hình 3.14 Đào đất đến cao độ -9.65m ............................................................................. 47
Hình 3.15 Thi công hầm B2 cao độ -9.35m..................................................................... 48
Hình 3.16 Đào đất đến cao độ -12.65m ........................................................................... 48
Hình 3.17 Thi công hầm B3 cao độ -12.35m................................................................... 48
Hình 3.18 Đào đất đến cao độ -18.65m ........................................................................... 49
Hình 3.19 Khu vực lỗ mở để thi công phần ngầm .......................................................... 49
Hình 3.20 Các mốc quan trắc chuyển vị tường vây của công trình …............................ 50
Hình 3.21 Chuyển vị ngang của tường vây tại mốc IL-02 (hmax = 16.35m).................. 51
x
Hình 3.22 Chuyển vị ngang của tường vây tại mốc IL-01 (hmax = 18.65)..................... 52
Hình 3.23 Mô hình 1(HK4, IL-02) .................................................................................. 54
Hình 3.24 Mô hình 2 (HK5, IL-01) ................................................................................. 54
Hình 3.25 Mặt bằng sàn có lỗ mở như thiết kế được mô hình bằng phần mềm Etabs.... 56
Hình 3.26 Mặt bằng sàn có lỗ mở lớn hơn so với thiết kế được mô hình bằng phần mềm
Etabs................................................................................................................................. 56
Hình 3.27 Sơ đồ tính trong mô hình Etabs ...................................................................... 56
Hình 3.28 Vị trí gối cố định và gối di động trong mô hình ............................................. 57
Hình 3.29 Mô hình áp lực ngang tác dụng vào tường chắn............................................. 57
Hình 3.30 Chuyển vị của sàn trệt trong Etabs với P=200kN/m....................................... 58
Hình 3.31 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng trệt có lỗ mở
theo thiết kế...................................................................................................................... 59
Hình 3.32 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B1 có lỗ
mở theo thiết kế................................................................................................................ 60
Hình 3.33 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B2 có lỗ
mở theo thiết kế................................................................................................................ 60
Hình 3.34 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B3 có lỗ
mở theo thiết kế................................................................................................................ 61
Hình 3.35 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng trệt có lỗ mở
lớn hơn so với thiết kế...................................................................................................... 62
Hình 3.36 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B1 có lỗ
mở lớn hơn so với thiết kế ............................................................................................... 62
Hình 3.37 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B2 có lỗ
mở lớn hơn so với thiết kế ............................................................................................... 63
Hình 3.38 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B3 có lỗ
mở lớn hơn so với thiết kế ............................................................................................... 63
Hình 3.39 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= 6.66m (IL-02) ................. 80
Hình 3.40 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= 9.65m (IL-02) ................. 81
Hình 3.41 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h=12.65m (IL-02) ................ 82
Hình 3.42 Chuyển vị ngang củsa tường vây tại độ sâu đào h= 16.35m (IL-02).............. 83
Hình 3.43 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= -2.0m............................... 84