Tài liệu Luận văn thạc sĩ xây dựng độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ có một tầng neo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ------------------------- VŨ LÊ MINH ĐỘ TIN CẬY VỀ ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA CÔNG TRÌNH DẠNG TƯỜNG CỪ CÓ MỘT TẦNG NEO LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ----------------------- VŨ LÊ MINH KHÓA: 2008-2011 LỚP: CH08X ĐỘ TIN CẬY VỀ ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA CÔNG TRÌNH DẠNG TƯỜNG CỪ CÓ MỘT TẦNG NEO LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ: 60.58.20 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN VĂN VI Hà Nội - 2011 1 Môc lôc Nội dung Trang Mục lục 1 Danh mục các bảng biểu 3 Danh mục các hình vẽ 4 Lời cảm ơn 7 Mở đầu 9 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ch­¬ng 1: Ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một 11 neo và các phương pháp tính toán 1.1. Phân tích các dạng mất ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo 1.2. Các phương pháp tính ổn định chung của tường cừ một neo theo quan điểm tiền định 11 15 1.3. Phân tích phương pháp tính ổn định theo trạng thái giới hạn và tiền đề dẫn đến tính toán ổn định của kết cấu tường cừ một 16 neo theo lý thuyết độ tin cậy Ch­¬ng 2: Độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo 2.1. Nguyên tắc tính toán độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo 2.2. Các phương pháp tính toán xác suất làm việc an toàn về ổn định chung của tường cừ một neo 26 26 32 2.2.1. Phương pháp tuyến tính hóa 32 2.2.2. Khái niệm chung về phương pháp Monte Carlo 41 2.3. Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của các công trình 45 2 bằng phương pháp mô hình hóa thống kê từng bước 2.3.1. Thuật toán tiền định 45 2.3.2. Quá trình mô hình hóa thống kê 47 Ch­¬ng 3: Xác định độ tin cậy về ổn định chung của tường 51 cừ một neo 3.1. Độ tin cậy của tường cừ một neo về mất ổn định theo mặt trượt trụ tròn 3.1.1. Thuật toán tiền định tính ổn định chung của tường cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn 3.1.2. Xác định xác suất làm việc an toàn của tường cừ một neo về ổn định chung theo mặt trượt trụ tròn 51 51 55 3.2. Độ tin cậy của tường cừ một neo về mất ổn định theo mặt trượt phẳng 3.2.1. Thuật toán tiền định tính ổn định chung của kết cấu theo mặt trượt phẳng 3.2.2. Độ tin cậy của tường cừ một neo về trượt phẳng Ch­¬ng 4: Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của công trình bến số 2 cảng Hải Phòng 4.1. Tài liệu về công trình bến số 2 cảng Hải Phòng 4.2. Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của công trình theo mặt trượt trụ tròn 60 60 62 64 64 66 4.2.1. Sơ đồ tính toán công trình 66 4.2.2. Nội dung và kết quả tính toán 67 4.2.3. Phân tích các kết quả tính toán 94 Kết luận và kiến nghị 95 Tài liệu tham khảo 96 3 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Mức độ an toàn của công trình theo Tiêu chuẩn Trung Quốc Bảng 1.2. Các mức thiết kế kết cấu theo Tiêu chuẩn Nhật Bản 23 24 Bảng 4.1. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O1 ( x1 = 3m, y1 = 5m) 68 Bảng 4.2. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O2 ( x2 = 3, y2 = 3) 74 Bảng 4.3. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O3 ( x3 = 3, y3 = 7) 79 Bảng 4.4. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O4 ( x3 = 7m, y4 = 8.109m) 84 Bảng 4.5. Các số liệu đưa vào tính toán độ tin cậy về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O5 ( x5 = 1m, y5 = 8.109m) 89 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1. Kết cấu tường cừ có một neo. 11 Hình 1.2. Cấu tạo và các bộ phận chủ yếu của tường cừ một neo. 12 Hình 1.3. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt cong. 14 Hình 1.4. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc. 14 Hình 1.5. Sơ đồ tính về ổn định xoay quanh điểm gắn neo. 15 Hình 1.6. Sự giao nhau của các đường cong phân bố độ bền và tải trọng. 21 Hình 1.7. Dẫn xuất “đặc trưng an toàn” của Rgianitsưn A. R. 22 Hình 2.1. Tìm kỳ vọng và phương sai của Y. 33 Hình 2.2. Sơ đồ khối của phương pháp tuyến tính hóa. 41 Hình 3.1. Sơ đồ tính tường cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn. 52 Hình 3.2. Biểu đồ thực nghiệm của mômen gây trượt Mtr. 57 Hình 3.3. Biểu đồ thực nghiệm của mômen giữ Mg. Hình 3.4. Xác định độ tin cậy Pminmin. 58 Hình 3.5. Sơ đồ tính cừ theo mặt trượt gẫy khúc. Hình 4.1. Cảng Hải Phòng và thiết bị xếp dỡ. 60 Hình 4.2. Sơ đồ vị trí bến số 2 trong Cảng Hải Phòng. 66 Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo công trình bến số 2, Cảng Hải Phòng. Hình 4.4. Sơ đồ tính toán công trình bến số 2, Cảng Hải Phòng. 66 Hình 4.5. Sơ đồ phân mảnh các cột đất tính toán ổn định chung công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng. 59 65 67 67 Hình 4.6. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O1 ( x1 = 3m, y1 = 5m) . Hình 4.7. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ Mg đối với tâm trượt O1. 68 71 5 Hình 4.8. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt Mtr đối với tâm trượt O1. Hình 4.9. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O2 ( x2 = 3m, y2 = 3m) Hình 4.10. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ Mg đối với tâm trượt O2 Hình 4.11. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt Mtr đối với tâm trượt O2. Hình 4.12. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải 72 73 76 77 78 Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O3 ( x3 = 3, y3 = 7) Hình 4.13. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ Mg đối với tâm trượt O3 Hình 4.14. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt Mtr đối với tâm trượt O3 Hình 4.15. Sơ đồ xác định Pmin công trình bến số 2 Cảng Hải 81 82 83 Phòng Hình 4.16. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt 84 O4 ( x4 = 7m, y3 = 8.109m) Hình 4.17. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ Mg đối với tâm trượt O4 Hình 4.18. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt Mtr đối với tâm trượt O4 87 87 Hình 4.19. Sơ đồ tính toán xác suất công trình bến số 2 Cảng Hải Phòng về ổn định chung tại vị trí tâm trượt O5 ( x5 = 1m, y5 = 8.109m) Hình 4.20. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen giữ Mg đối với tâm trượt O5 Hình 4.21. Biểu đồ thực nghiệm phân bố của mômen gây trượt Mtr đối với tâm trượt O5 89 92 92 6 Hình 4.22. Sơ đồ xác định Pmin min công trình bến số 2 Cảng Hải 94 Phòng. Hình 4.23. Sơ đồ tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2 cảng Hải Phòng theo phương pháp Bishop Hình 4.24. Kết quả tính ổn định trượt sâu của công trình bến số 2 cảng Hải Phòng theo phương pháp Bishop Hình 4.25. Đường chu tuyến ứng với hệ số ổn định K O min . 96 96 97 7 Lêi c¶m ¬n Nền kinh tế của nước ta ngày càng phát triển mạnh mẽ. Song song với sự phát triển đó, ngành xây dựng cũng đã và đang phát triển không ngừng. Việc tính toán thiết kế các kết cấu ngày càng đòi hỏi phải có độ chính xác cao, tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định. Hiện nay việc tính toán các công trình xây dựng theo các quy phạm hiện hành được gọi là phương pháp các trạng thái giới hạn. Đặc điểm của phương pháp này là mang tính chất tiền định, không xét một cách đầy đủ tính chất ngẫu nhiên của các tham số kết cấu và tải trọng được đưa vào tính toán, cũng như không xét đến các yếu tố thời gian. Vì thế trong quá trình khai thác sử dụng, không ít những công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi đã bị biến dạng hoặc phá hoại trước thời gian quy định và gây nên những tổn hại không nhỏ trong đời sống kinh tế xã hội. Ví dụ như công trình nhà máy điện nguyên tử Trecnôbưn, cầu Rào (HP), rạp hát Nguyễn Trãi (Hà Đông), siêu thị Sơun, dàn khoan biển Bắc, 11 nhà máy điện hạt nhân của Nhật Bản phải đóng cửa (2004) để kiểm tra rò rỉ hơi nước; sập mái chợ Maxcơva (2/2006) do tuyết rơi dày, và nhiều công trình nhỏ bị sự cố,… Năm 2007 sự cố sập hai nhịp cầu dẫn cầu Cần Thơ; sập cầu trên sông Mississippi. Để khắc phục hiện tượng kết cấu công trình xây dựng bị hư hỏng do các tác động ngẫu nhiên, người ta sử dụng lý thuyết độ tin cậy để tính toán. Tính toán theo lý thuyết độ tin cậy là xu hướng mới mà nhiều nước đang áp dụng. Xu hướng này đã và đang được áp dụng ở Vệt Nam. Vı̀ vâ ̣ y đề tà"Độ i tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ có một tầng neo '' đươ ̣ c cho ̣ n là m nô ̣ i dung nghiên cứ u củ a luâ ̣ n văn. 8 Vớ i sự nỗ lự c củ a bả n thân cô ̣ ng vớ i sự hướ ng dẫn tâ ̣ n tı̀ nh củaTS. Nguyễn Văn Vi, luâ ̣ n văn đã hoà n thà nh theo đú ng đề cương đă ̣ t ra. Tôi xin bà y tỏ lò ng kı́ nh tro ̣ ng và biế t ơn sâu sắ c đế n thầ y hướ ng dẫn TS . Nguyễn Văn Vi cù ng cá c thầ y cô trong bô ̣ mônXây dự ng Dân dụng và Công nghiệp, Ban Giá m hiê ̣ u, khoa Đà o ta ̣ o Sau đa ̣ i ho - trườ ̣ c ng Đa ̣ i ho ̣ Kiến c Trúc Hà Nội đã ta ̣ o điề u kiê ̣ n, tâ ̣ n tı̀ nh chı̉ bả o và giú p đỡ tôi trong suố t quá trı̀ nh ho ̣ c tâ ̣ p và nghiên cứ u. Cuố i cù ng, tôi cũ ng xin đươ ̣ c tỏ lò ng cả m ơn tớ i đồ ng nghiê ̣ p, ba ̣ n bè và gia đı̀ nh, sự khı́ ch lê ̣ đô ̣ ng viên ta điệ̀ ou kiê ̣ n về vâ ̣ t chấ t cũ ng như tinh thầ n là mô ̣ t nguồ n lự c to lớ n giú p tôi vươ ̣ t qua nhữ ng khó khăn trong suố t quá trı̀ nh ho ̣ c tâ ̣ p và nghiên cứ u để hoà n thà nh luâ ̣ n văn tha ̣ c kỹ sĩ thuâ ̣ t nà y. Hà Nô ̣ i, ngà y 18thá ng 02 năm 2011 Ho ̣ c viên Vũ Lê Minh 9 MỞ ĐẦ U Tại Việt Nam quá trình đô thị hoá đang diễn ra một cách mạnh mẽ, hàng loạt các công trình ngầm đô thị như tầng hầm cho các nhà cao tầng, khách sạn, các đường hầm chui qua đường giao thông, các gara ôtô ngầm dưới đất…đang được xây dựng ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng và các khu đô thị khác trên cả nước. Các công trình bến, cảng biển lớn như Cảng Hoàng Diệu- Hải Phòng, cảng Cái LânQuảng Ninh… cũng đã được nâng cấp và xây mới. Việc lựa chọn phương án thiết kế, thi công công trình ngầm và các công trình bến cảng luôn là bài toán phức tạp. Có nhiều dạng kết cấu được sử dụng trong thiết kế và thi công các công trình nói trên nhưng kết cấu dạng tường cừ một tầng neo đang được sử dụng nhiều với ưu điểm lớn như: Giảm chiều sâu chôn tường, phương pháp thi công nhanh và ít tốn kém. Một trong những vấn đề quan trọng, được đặc biệt chú ý khi thiết kế, thi công và khai thác các công trình tường cừ một neo là ổn định của chúng. Trong nhiều trường hợp, công trình đảm bảo đủ độ bền, độ cứng nhưng vẫn bị loại bỏ, không thể khai thác được nữa do bị mất ổn định. Đã có nhiều phương pháp được nêu ra để tính ổn định chung của công trình tường cừ một neo. Các phương pháp này phản ánh ở mức độ nào đó thực trạng của công trình khi bị mất ổn định. Nhưng vấn đề trở nên phức tạp khi xét đến đặc tính ngẫu nhiên của các tham số kết cấu, tải trọng, đất nền và đất lấp được sử dụng trong tính toán. Đề tà i "Độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ có một tầng neo '' đươ ̣ c cho ̣ n là m nô ̣ i dung nghiên cứ u củ a luâ ̣ n văn. Mu ̣ c tiêu nghiên cứ u củ a đề tà i: Mu ̣ c tiêu củ a đề tà i là nghiên cứ u cơ sở lý thuyế ttiền định của phương pháp tính ổn định trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc và mặt trượt trụ tròn đồng 10 thời nghiên cứu độ tin cậy về ổn định chung của công trình dạng tường cừ một neo và kiến nghị đưa vào áp dụng trong các tiêu chuẩn tính toán hiện hành ta ̣ i Viê ̣ t Nam. Phương phá p nghiên cứ u: Để đa ̣ t đươ ̣ c mu ̣ c tiêu nghiên cứ u nêu trên cầ n sử du ̣ ng tổ hơ ̣ p cá c phương phá p nghiên cứ u sau: - Phương phá p nghiên cứ u lý thuyế t. - Phương phá p phân tı́ ch tư duy hê ̣ thố ng. - Sử dụng và khai thác các chương trình phần mềm chuyên dụng nhằm tự động hóa quá trình tính toán. Nô ̣ i dung nghiên cứ u củ a đề tà i: Chương 1. Ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo và các phương pháp tính toán. Chương 2. Độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo. Chương 3. Xác định độ tin cậy về ổn định chung của tường cừ một neo. Chương 4. Tính toán độ tin cậy về ổn định chung của công trình bến số 2, cảng Hải Phòng. Cá c kế t quả nghiên cứ u củ a đề tà i luâ ̣ n văn cóhểt đươ ̣ c sử du ̣ ng là m tà i liê ̣ u tham khả o, nghiên cứ u và á p du ̣ ng tính toán độ tin cậy khi thiết kế và thi công công trı̀ nh ngầ m đô thi có ̣ sử dụng kết cấu tường cừ một neo, công trình bến cảng biển và nế u đươ ̣ c hoà n thiê ̣ n thêm, sẽ là cơ sở khoa ho ̣ c để kiế n nghi ̣ đưa vào các tiêu chuẩn tính toán hiện hành ở Viê ̣ t Nam. Do trı̀ nh đô ̣ và năng lự c có ha ̣ n, dù tôi đã cố gắ ng rấ t nhiề u nhưng chắ c chắ n nô ̣ i dung luâ ̣ n văn khó có thể trá nh khỏ i sai só t, rấ t mong cá c thầgiáo, y cô giá o, cá c ba ̣ n đồ ng nghiê ̣ p gó p ý . 11 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA KẾT CẤU TƯỜNG CỪ MỘT NEO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 1.1. Phân tích các dạng mất ổn định chung của kết cấu dạng tường cừ một neo. Công trình dạng tường cừ có một neo là loại kết cấu xây dựng có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. a) b) c) d) Hình 1.1. Kết cấu tường cừ có một neo: a) làm tường chắn ở các tầng ngầm của các nhà cao tầng hoă ̣ c củ a các đường hầm giao thông đường bộ; b) làm công trình bến; c) ở sau cầu tàu chính; d) làm tường ụ tàu khô. 12 Kết cấu tường cừ có một neo có thể được sử dụng làm tường chắ n ở hai bên của đường lên xuống và trong các tầng ngầm của các nhà cao tầng, tường chắ n củ a các đường hầm trong giao thông đường bộ, tườ ng củ a cá c hố mó ng có chiề u cao lớ n và thờ i gian thi công dà i,… Trong ngành Cảng - đường thủy, kết cấu tường cừ có một neo được sử dụng cho các loại bến có các quy mô khác nhau, hoặc làm công trình phía sau cầu tàu chính, nối cầu chính với bờ và đảm bảo ổn định cho cầu chính. Loại kết cấu này cũng có thể được sử dụng làm tường các ụ tàu khô trong các nhà máy đóng và sửa chữa tàu thủy, làm tường các âu tàu, làm công trình kè bờ,… Kết cấu dạng tường cừ một neo có cấ u ta ̣ o và cá c bô ̣ phâchủ ̣ n yếu sau: MN 4 1 2 3 5 0.00 Hình 1.2. Cấ u ta ̣ o và cá c bô ̣ phâ ̣ n chủ yếu của tường cừ một neo: 1- Tường mặt; 2- Thanh neo và các liên kết; 3- Bản neo; 4- Dầ m mũ; 5- Khố i đấ t lấ p sau tường. 1. Tường mặt: Có tác dụng chắn giữ đất và phần chôn sâu vào trong đất nền giữ cho tường ổn định. 2. Thanh neo và các liên kết: Mục tiêu sử dụng neo là để cải thiện khả năng làm việc của kết cấu tường chắn, tức là giữ cho tường chắn ổn định, phân phối lại mô men trên 13 tường. Như vậy, neo cần phải thoả mãn về độ bền (sức chịu nhổ, chịu kéo) và sự làm việc chung của cả hệ thống (tức sự tương tác lẫn nhau). Cấu tạo neo gồm 3 phần sau: - Phần đầu thanh neo: Là phần liên kết với kết cấu tường chắn. Nó phải đảm bảo vững chắc đầu neo và không làm biến dạng hay phá huỷ cục bộ tường chắn. - Phần thân tự do: Là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định. Phần tự do (thân neo) cần có cường độ và tiết diện đảm bảo chịu được sức căng. Chiều dài phần tự do phải đủ để phần cố định của neo nằm vào vùng đất ổn định sau mặt trượt tiềm năng một đoạn χ nào đó theo giá trị χ được khuyến cáo lựa chọn bằng 1,5m hay 0,2H hoặc lớn hơn (H là chiều cao tường chắn). - Phần neo: phần cuối của kết cấu neo có thể là bản neo, tường neo hoặc bầu neo. Bản neo hoặc tường neo thường được làm bằng bê tông cốt thép. Trong trường hợp tường mặt bằng cọc ván thép, bản neo được làm từ cọc ván thép tường mặt với chiều dài hợp lý. Bầu neo là phần cuối cùng của neo được cố định chắc chắn vào nền đất cố định. Nó phải đảm bảo khả năng dính bám với đất và không làm mở rộng vùng biến dạng dẻo của đất nền bao quanh nó. Vì vậy, vùng này phải có kích thước đủ lớn và cần được củng cố bằng cách mở rộng vùng neo, cải thiện phần đất quanh vùng veo, tăng độ sâu và chiều dài dính bám của bầu neo,... 3. Khối đất tác dụng tương hỗ với công trình: Cùng làm việc với công trình chịu tác động của các loại tải trọng,… Thực tế khai thác các công trình tường cừ có một neo đã chỉ ra rằng, khi mất ổn định chung theo sơ đồ trượt sâu, công trình cùng với khối đất nền và đất lấp có thể mất ổn định chung theo một trong các dạng sau: 14 MN 0.00 Hình 1.3. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt cong. - Trượt sâu theo một mặt trượt cong nào đó (hình 1.3), hiện nay người ta coi mặt trượt này chủ yếu có dạng trụ tròn thuộc sơ đồ bài toán phẳng, khối đất trượt cùng với công trình và mặt trượt đi qua mũi cọc tường mặt. - Trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc với sơ đồ mất ổn định do chuyển dịch tịnh tiến của khối đất trượt cùng với công trình (hình 1.4). MN Cá c mă ̣ t trươ ̣ t có thể xả y ra 0.00 Hình 1.4. Sơ đồ trượt sâu theo mặt trượt gãy khúc. 15 - Mất ổn định xoay quanh điểm gắn neo. q Zh Ea1 Ea2 0.00 Zp Ea4 Z5 Ea3 Z2 MN Eh Ea5 Ea6 Ep Ea7 B Hình 1.5. Sơ đồ tính về ổn định xoay quanh điểm gắn neo. Công trình mất ổn định xoay quanh điểm gắn neo thường chỉ xảy ra trong những trường hợp riêng biệt: tường mặt làm việc theo sơ đồ tường cứng và tựa tự do trong nền, hoặc nền đất trước tường quá yếu,…Vì thế trong luận văn chỉ xét hai trường hợp trượt sâu của công trình: trượt theo mặt trượt gãy khúc và theo mặt trượt trụ tròn. 1.2. Các phương pháp tính ổn định chung của tường cừ một neo theo quan điểm tiền định. Đã có nhiều tác giả nêu phương pháp tính kiểm tra ổn định chung của tường cừ một neo và các phương pháp này đều dựa vào một trong hai nhóm các phương pháp sau: - Nhóm 1: Nhóm các phương pháp giả thiết trước hình dạng của mặt trượt và coi khối trượt như một vật thể rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn. Các 16 phương pháp này dựa trên các tài liệu thí nghiệm về dạng mặt trượt và nhiều kết quả quan trắc các mặt trượt của mái dốc trong thực tế mà đưa ra các giả thiết đơn giản hoá về hình dạng mặt trượt và phương pháp tính toán tương ứng. - Nhóm 2: Nhóm các phương pháp dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn của các điểm trong khối đất. Các phương pháp thuộc nhóm này dựa vào giả thiết cơ bản là, mọi điểm trong khối đất mái dốc phải thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn. Nhóm phương pháp thứ hai có lời giải chặt chẽ, phản ánh gần đúng trạng thái ứng suất trong khối đất bị phá hoại nhưng do lời giải của bài toán rất phức tạp, tốn nhiều công sức nên nhóm phương pháp này chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Đại diện cho nhóm này là các phương pháp của W. Rankine, F. Kotter, V. V. Xôcôlốvsky,… Nhóm phương pháp giả thiết trước hình dạng của mặt trượt, đặc biệt là dạng mặt trượt trụ tròn đối với đất dính, mặc dù có những hạn chế nhất định nhưng được áp dụng phổ biến trong thực tế do tính đơn giản và thiên về an toàn hơn so với các phương pháp nhóm thứ hai. Phương pháp tính toán ổn định tường cừ một neo dựa trên giả thiết mặt trượt trụ tròn đã được K. E. Pettecxon nêu ra năm 1916, sau đó được phát triển bởi nhiều nhà khoa học khác như H. Krey-Bishop, K. Terzaghi, W. Fellenius,… và được đánh giá là tương đối phù hợp với thực tế. Vì thế trong luận văn, phương pháp tính toán ổn định tường cừ một neo theo mặt trượt trụ tròn được lấy làm phương pháp tiền định, làm cơ sở cho tính toán xác suất ổn định của tường. 1.3. Phân tích phương pháp trạng thái giới hạn và tiền đề dẫn đến tính toán ổn định của kết cấu tường cừ một neo theo lý thuyết độ tin cậy. 17 Theo tà i liê ̣ u 7], [ vào cuối những năm 40 của thế kỷ XX, với mục đích tạo ra các Quy phạm và Tiêu chuẩn mới để tính toán và thiết kế các kết cấu xây dựng, ở Liên Xô đã thành lập Hội đồng nhà nước về chuẩn hoá các phương pháp tính toán. Thành phần Hội đồng gồm các nhà bác học xô-viết lỗi lạc: N. X. Streletsky, V. M. Kelđưsh, A. A. Gvôzđév, I. I. Golđenblat, V. A. Balđin và những người khác. Hội đồng này lần đầu tiên đã đề nghị một phương hướng mới trong tính toán các kết cấu xây dựng: phương pháp các trạng thái giới hạn. Các phương pháp tương tự cũng được sử dụng ở nhiều nước khác trên thế giới dưới tên gọi “phương pháp bán xác suất”, chúng là cơ sở cho nhiều Tiêu chuẩn thiết kế của Châu Âu và Tiêu chuẩn ISO [22]. Trong phương pháp mới, một hệ số an toàn duy nhất của phương pháp tải trọng phá hoại đã được thay thế bằng hàng loạt các hệ số, xét đến các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến trạng thái kết cấu: - Hệ số độ tin cậy về vật liệu; - Các hệ số độ tin cậy về tải trọng (hệ số vượt tải và hệ số tổ hợp tải trọng); - Các hệ số điều kiện làm việc của kết cấu và các cấu kiện của nó; - Các hệ số độ chính xác của các thao tác công nghệ; - Các hệ số độ tin cậy về tính chất quan trọng của kết cấu. Đã có sự thay đổi các tiêu chí đánh giá độ bền và các tính chất khác của kết cấu. Việc thiết kế, xây dựng và khai thác công trình cần phải được thực hiện sao cho không để xảy ra các trạng thái giới hạn của nó. Trạng thái của kết cấu, mà với trạng thái ấy kết cấu không thể thoả mãn các yêu cầu khai thác, được gọi là trạng thái giới hạn [7]. Các trạng thái giới hạn có thể xảy ra của các kết cấu và nền của chúng được chia thành các nhóm. Các trạng thái giới hạn thuộc nhóm thứ nhất: Đó là các dạng phá hoại dẫn đến làm mất khả năng chịu tải của các cấu kiện hoặc dẫn đến sự bất lợi 18 hoàn toàn cho việc khai thác công trình. Các dạng phá hoại như thế liên quan đến mất ổn định về hình dạng và vị trí, xuất hiện sự chảy dẻo của vật liệu, mở rộng vết nứt quá mức,… Các trạng thái giới hạn thuộc nhóm thứ hai: đó là các trạng thái gây khó khăn cho việc khai thác bình thường các công trình và được đặc trưng bởi các biến dạng, chuyển vị tịnh tiến và xoay không cho phép của công trình, các dao động, sự hình thành vết nứt,… Điều kiện để không xảy ra trạng thái giới hạn có thể được viết dưới dạng sau đây [7]: + Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất k n ΨF (a i F p , nc , md , ma ) ≤ ΨR (bi R p ) , (1.1) nghĩa là, nội lực trong kết cấu không được vượt quá khả năng chịu tải; + Đối với nhóm trạng thái giới hạn thứ hai k n Ψ (a i F p , bi R p , nc , md , ma ) ≤ C , (1.2) trong đó, vế trái có thể là giá trị độ võng, bề rộng vết nứt,…, còn vế phải là giá trị giới hạn cho phép của các đại lượng trên, được cho trong các tài liệu tiêu chuẩn. Trong các công thức (1.1) và (1.2): F p – giá trị tải trọng tính toán: F p = nf Fn, trong đó: nf – hệ số vượt tải, Fn – giá trị tải trọng tiêu chuẩn; R p – giá trị cường độ tính toán của vật liệu kết cấu: R p = Rn /nm , trong đó: nm – hệ số độ tin cậy về vật liệu; Rn – giá trị cường độ tiêu chuẩn của vật liệu; kn – hệ số độ tin cậy về tính chất quan trọng của kết cấu; nc – hệ số tổ hợp tải trọng; md – hệ số điều kiện làm việc; ma – hệ số độ chính xác do công nghệ; C – hằng số, được cho trước đối với một số trạng thái giới hạn (về độ võng, bề rộng vết nứt,…); ai – hàm các tham số kích thước của kết cấu; bi – hàm các tham số của mặt cắt ngang các cấu kiện,…