Tài liệu Phân tích ứng xử của kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi có xét đến áp lực đất yếu thuộc khu vực tỉnh trà vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LA TÀI PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CỐNG HỘP TRÊN NỀN ĐÀN HỒI CÓ XÉT ĐẾN ÁP LỰC ĐẤT YẾU THUỘC KHU VỰC TỈNH TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LA TÀI PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CỐNG HỘP TRÊN NỀN ĐÀN HỒI CÓ XÉT ĐẾN ÁP LỰC ĐẤT YẾU THUỘC KHU VỰC TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông Mã số : 8.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TOẢN Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Lần đầu tiên, cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những Thầy Cô giáo trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và những Thầy Cô trong Khoa Xây dựng Cầu Đường, trong bộ môn Cầu Hầm nói riêng. Cảm ơn Thầy Cô đã tận tình dạy dỗ và chỉ bảo chúng em trong suốt 2 năm học vừa qua. Chúng em xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Xuân Toản – người đã định hướng, giúp đỡ tận tình chúng em trong suốt thời gian hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô để đề tài được hoàn thiện hơn và để chúng em vững vàng hơn khi tiếp xúc với công việc sau này. Lời cuối cùng, Em xin kính chúc các Thầy luôn mạnh khỏe. Học viên thực hiện LA TÀI LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố trong các công trình nghiên cứu khoa học nào khác. Đà Nẵng, Ngày tháng 10 năm 2019 Tác giả luận văn LA TÀI PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CỐNG HỘP TRÊN NỀN ĐÀN HỒI CÓ XÉT ĐẾN ÁP LỰC ĐẤT YẾU THUỘC KHU VỰC TỈNH TRÀ VINH Học viên: La Tài Mã số: 85.80.205 Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Luận văn trình bày các kết quả phân tích ứng xử của cống hộp 1 ngăn, 2 ngăn, 3 ngăn đặt trên nền đất yếu của khu vực tỉnh Trà Vinh và chịu các tải trọng tác dụng như: tải trọng bản thân cống hộp, áp lực đất 2 bên thành cống, hoạt tải HL93 của xe tác dụng lên cống. Qua kết quả cho ta thấy cống đặt trên nền đất yếu có ứng xử khác nhau đặc biệt ở bản đáy cống. Kết quả phân tích này làm tài liệu tham khảo để thiết kế cống hộp trên nền đất yếu. Từ khóa – phân tích ứng xử, cống hộp, hệ số nền, tải trọng tác dụng, sap2000 BEHAVIOR ANALYSIS OF STRUCTURE BASED CONJUGATES ELASTIC PRESSURE TAKING LAND MAJOR SECTOR TRA VINH PROVINCE Student: La Tai Major: Civil engineering works ID: 85.80.205 Course:K31 University of Technology - Da Nang University Abstract - Thesis presents the results of analyzing the behavior of box culvert 1 compartment 2 and compartment 3 compartment placed on soft ground of the area of Tra Vinh province and bear the load acting as load ourselves box culvert earth pressure 2 sides successful operation of the vehicle HL93 load acting on the drain. The result shows the drain placed on soft ground may behave differently in the bottom drain special. Results of this analysis makes reference to design the box culvert on soft ground. Keyword - Conduct analysis, box culvert , bedding value, load acting , Sap2000. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN GIỚI THIỆU CHUNG ..................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỐNG HỘP VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH ............................................................... 4 1.1. Giới thiệu chung về kết cấu cống hộp ......................................................................4 1.2. Đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Trà Vinh: ........................................................ 11 1.2.1 Giới thiệu sơ lượt về đặc điểm địa lý tỉnh Trà Vinh ; ...........................................11 1.2.2 Địa chất đặc trưng khu vực tỉnh Trà Vinh: ........................................................... 12 1.2.3 Đặc điểm xác định đất yếu: ..................................................................................14 1.3. Hướng nghiên cứu đề tài và kết luận: .....................................................................15 1.3.1 Hướng nghiên cứu đề tài :.....................................................................................15 1.3.2 Kết luận chương I: ................................................................................................ 16 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỐNG HỘP TRÊN NỀN ĐÀN HỒI ............................................................................................................17 2.1 Mô hình tính toán : ..................................................................................................17 2.2 Cơ sở xác định thông số nền và áp lực đất: ............................................................ 18 2.2.1 Cơ sở xác định thông số nền: ................................................................................19 2.2.2 Cơ sở xác định áp lực đất 2 bên thành cống: ........................................................ 23 2.3 Cơ sở lý thuyết phân tích kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi: ................................ 26 2.3.1 Lý thuyết tính toán 22TCN272 – 05: ....................................................................26 2.3.2 Giới thiệu phần mềm phân tích kết cấu: ............................................................... 29 2.4 Kết luận: ..................................................................................................................30 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU CỐNG HỘP TRÊN NỀN ĐÀN HỒI ............................................................................................................................... 31 3.1 Các số liệu cơ bản của kết cấu cống hộp: ............................................................... 31 3.1.1 Số liệu địa chất để phân tích: ................................................................................31 3.1.2 Phân tích hệ số nền theo Winkler: ........................................................................32 3.1.3 Kích thước của cống và tải trọng tác dụng lên cống: ...........................................33 3.2 Mô hình và kết quả phân tích ứng xử kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi: .............40 3.2.1 Cống hộp cơ bản: ..................................................................................................40 3.2.2 Cống hộp mở rộng bản đáy : ..............................................................................56 3.3 Kết luận chương 3: ..................................................................................................72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................73 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................74 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Trắc dọc cống ..................................................................................................4 Hình 1.2: Thi công cống hộp 1 ngăn trên Đường huyện 39 thuộc ..................................7 Hình 1.3: Cống hộp 1 ngăn có cửa xã .............................................................................7 Hình 1.4: Cống hộp 2 ngăn.............................................................................................. 8 Hình 1.5: Thi công cống hộp 2 ngăn ...............................................................................8 Hình 1.6: Thi công cống hộp 3 ngăn ...............................................................................9 Hình 1.7: Cống hộp 3 ngăn.............................................................................................. 9 Hình 1.8: Cống hộp trên đường Nguyễn Hòa Luông, ...................................................10 Hình 1.9: Kết cấu điển hình của cống hộp 2 ngăn trên địa bàn.....................................10 Hình 1.10: Bản đồ tỉnh Trà Vinh ...................................................................................11 Hình 2.1: Mô hình cống hộp.......................................................................................... 17 Hình 2.2: Mô hình cống 1 ngăn có các lực tác dụng .....................................................17 Hình 2.3: Mô hình cống 2 ngăn có các lực tác dụng .....................................................18 Hình 2.4: Mô hình cống 3 ngăn có các lực tác dụng .....................................................18 Hình 2.5: Mô hình tính cống 3 ngăn có các lực tác dụng ..............................................20 Hình 2.6: Quan hệ giữa ứng suất gây lún và độ lún ......................................................21 Hình 2.7: Chú giải Coulomb về áp lực đất ....................................................................25 Hình 2.8: Các tải trọng tác dụng lên cống .....................................................................27 Hình 2.9: Đặc trưng của xe tải thiết kế .........................................................................27 Hình 3.1: Mô hình Winkler ........................................................................................... 32 Hình 3.2: Kích thước cống hộp 1 ngăn .........................................................................34 Hình 3.3: Kích thước cống hộp 2 ngăn .........................................................................34 Hình 3.4: Kích thước cống hộp 3 ngăn .........................................................................35 Hình 3.5: Trắc dọc cống ................................................................................................ 35 Hình 3.6: Áp lực đất tác dụng lên cống .........................................................................36 Hình 3.7: Chú giải Coulomb về áp lực đất ....................................................................36 Hình 3.8: Kích thước cống hộp 1 ngăn mở rộng bản đáy .............................................37 Hình 3.9: Kích thước cống hộp 2 ngăn mở rộng bản đáy .............................................38 Hình 3.10: Kích thước cống hộp 3 ngăn mở rộng bản đáy ...........................................38 Hình 3.11: Trắc dọc cống hộp mở rộng bản đáy ........................................................... 38 Hình 3.12: Áp lực đất tác dụng lên cống mở rộng bản đáy...........................................39 Hình 3.13: Mô hình đáy cống hộp 1 ngăn cơ bản liên kết đàn hồi ............................... 40 Hình 3.14: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống hộp 1 ngăn cơ bản .............41 Hình 3.15: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống hộp 1 ngăn cơ bản .............41 Hình 3.16: Biểu đồ Mômen cống hộp 1 ngăn cơ bản ...................................................42 Hình 3.17: Biểu đồ lực dọc cống hộp 1 ngăn cơ bản ...................................................42 Hình 3.18: Biểu đồ lực cắt cống hộp 1 ngăn cơ bản .....................................................43 Hình 3.19: Mô hình đáy cống hộp 1 ngăn cơ bản trên nền tuyệt đối cứng ...................43 Hình 3.20: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên cống hộp 1 ngăn cơ bản .......................... 44 Hình 3.21: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên cống hộp 1 ngăn cơ bản .......................... 44 Hình 3.22: Biểu đồ Mômen cống hộp 1 ngăn cơ bản ....................................................45 Hình 3.23: Biểu đồ lực dọc cống hộp 1 ngăn cơ bản ....................................................45 Hình 3.24: Biểu đồ lực cắt cống hộp 1 ngăn cơ bản .....................................................46 Hình 3.25: Mô hình đáy cống hộp 2 ngăn cơ bản đặt trên nền đàn hồi ........................ 46 Hình 3.26: Áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống hộp 2 ngăn cơ bản ...................47 Hình 3.27: Áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống hộp 2 ngăn cơ bản.....................47 Hình 3.28: Biểu đồ Mômen cống hộp 2 ngăn cơ bản ....................................................48 Hình 3.29: Biểu đồ lực dọc cống hộp 2 ngăn cơ bản ....................................................48 Hình 3.30: Biểu đồ lực cắt cống hộp 2 ngăn cơ bản .....................................................49 Hình 3.31: Mô hình đáy cống hộp 2 ngăn cơ bản đặt trên nền tuyệt đối cứng .............49 Hình 3.32: Áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống hộp 2 ngăn cơ bản ...................50 Hình 3.33: Áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống hộp 2 ngăn cơ bản.....................50 Hình 3.34: Biểu đồ Mômen cống hộp 2 ngăn cơ bản ....................................................51 Hình 3.35: Biểu đồ lực dọc cống hộp 2 ngăn cơ bản ....................................................51 Hình 3.36: Biểu đồ lực cắt cống hộp 2 ngăn cơ bản .....................................................52 Hình 3.37: Mô hình cống hộp 3 ngăn cơ bản liên kết đàn hồi ......................................52 Hình 3.38: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống hộp 3 ngăn cơ bản .............53 Hình 3.39: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống hộp 3 ngăn cơ bản ..............53 Hình 3.40: Biểu đồ Mômen cống hộp 3 ngăn cơ bản ....................................................53 Hình 3.41: Biểu đồ lực dọc cống hộp 3 ngăn cơ bản ....................................................54 Hình 3.42: Biểu đồ lực cắt cống hộp 3 ngăn cơ bản .....................................................54 Hình 3.43: Mô hình cống hộp 3 ngăn cơ bản đặt trên nền tuyệt đối cứng ....................54 Hình 3.44: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống cống hộp 3 ngăn cơ bản ....55 Hình 3.45: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống cống hộp 3 ngăn cơ bản .....55 Hình 3.46: Biểu đồ Mômen cống hộp 3 ngăn cơ bản ....................................................55 Hình 3.47: Biểu đồ lực dọc cống hộp 3 ngăn cơ bản ....................................................56 Hình 3.48: Biểu đồ lực cắt cống hộp 3 ngăn cơ bản .....................................................56 Hình 3.49: Mô hình đáy cống 1 ngăn bản đáy mở rộng liên kết đàn hồi ......................56 Hình 3.50: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ...57 Hình 3.51: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ....57 Hình 3.52: Biểu đồ Mômen cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ..........................................58 Hình 3.53: Biểu đồ lực dọc cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ...........................................58 Hình 3.54: Biểu đồ lực cắt cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ............................................59 Hình 3.55: Mô hình cống 1 ngăn bản đáy mở rộng liên kết tuyệt đối cứng..................59 Hình 3.56: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ...60 Hình 3.57: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ....60 Hình 3.58: Biểu đồ Mômen cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ..........................................61 Hình 3.59: Biểu đồ lực dọc cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ...........................................61 Hình 3.60: Biểu đồ lực cắt cống 1 ngăn bản đáy mở rộng ............................................62 Hình 3.61: Mô hình cống 2 ngăn bản đáy mở rộng đặt trên nền đàn hồi ......................62 Hình 3.62: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ...63 Hình 3.63: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ....63 Hình 3.64: Biểu đồ Mômen cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ..........................................64 Hình 3.65: Biểu đồ lực dọc cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ...........................................64 Hình 3.66:Biểu đồ lực cắt cống 2 ngăn bản đáy mở rộng .............................................64 Hình 3.67: Mô hình đáy cống 2 ngăn bản đáy mở rộng đặt trên nền tuyệt đối cứng ....65 Hình 3.68: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ...65 Hình 3.69: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ....65 Hình 3.70: Biểu đồ Mômen cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ..........................................66 Hình 3.71: Biểu đồ lực dọc cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ...........................................66 Hình 3.72: Biểu đồ lực cắt cống 2 ngăn bản đáy mở rộng ............................................66 Hình 3.73: Mô hình đáy cống 3 ngăn bản đáy mở rộng đặt trên nền đàn hồi ...............67 Hình 3.74: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ...67 Hình 3.75: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ....67 Hình 3.76: Biểu đồ Mômen cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ..........................................68 Hình 3.77: Biểu đồ lực dọc cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ...........................................68 Hình 3.78: Biểu đồ lực cắt cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ............................................68 Hình 3.79: Mô hình cống 3 ngăn bản đáy mở rộng trên nền tuyệt đối cứng ................69 Hình 3.80: Gán áp lực lớp phủ tác dụng lên bản nắp cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ...69 Hình 3.81: Gán áp lực đất tác dụng lên 2 bên thành cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ....69 Hình 3.82: Biểu đồ Mômen cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ..........................................70 Hình 3.83: Biểu đồ lực dọc cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ...........................................70 Hình 3.84: Biểu đồ lực cắt cống 3 ngăn bản đáy mở rộng ............................................70 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các lớp địa tầng Trà Vinh phân bố đại diện như sau: ..................................13 Bảng 1.2: Địa chất điển hình công trình 30/4, huyện Cầu Kè, trên địa bàn Trà Vinh: 13 Bảng 1.3: Bảng mô tả các loại đất .................................................................................13 Bảng 2.1: Bảng tra giá trị µ theo Vesic .........................................................................19 Bảng 2.2: Bảng tra k theo quy trình 22TCN 18-79 .......................................................21 Bảng 2.3: Trị số v, β và A của các loại đất ....................................................................22 Bảng 2.4: Hệ số điển hình của áp lực đất ngang tĩnh ................................................24 Bảng 2.5: Góc ma sát của các loại vật liệu khác nhau ..................................................25 Bảng 2.6: Tỷ trọng .......................................................................................................26 Bảng 3.1: Đặc trưng cơ lý của các lớp đất ....................................................................31 Bảng 3.2: Chiều dày của các lớp đất .............................................................................32 Bảng 3.3: Chiều dày của các lớp đất .............................................................................33 Bảng 3.4: Bảng tổng hợp các lực tác dụng lên cống hộp bình thường ......................... 37 Bảng 3.5: Bảng tổng hợp các lực tác dụng lên cống hộp bình thường .......................... 40 Bảng 3.6: Phần trăm chênh lệch nội lực giữa cống bản đặt trên nền đàn hồi so với cống bản đặt trên nền tuyệt đối cứng .....................................................................................71 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. Đặt vấn đề Những thành tựu hơn 20 năm đổi mới của đất nước theo đường lối của Đảng đã thúc đẩy ngành xây dựng trưởng thành về nhiều mặt. Nhiều công nghệ xây dựng tiên tiến đã được áp dụng ở Việt Nam. Hoạt động xây dựng đã và đang chuyển mình theo xu thế công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Một trong những tiêu chí để đánh giá trình độ công nghiệp hóa ngành xây dựng là tỷ lệ sử dụng các sản phẩm bê tông công nghiệp vào công trình. Sản phẩm bê tông hiện có mặt trên mọi công trường, đóng vai trò quan trọng nhất là ở các kết cấu của các công trình xây dựng cơ sở hạ tầng như: các hệ thống cấp thoát nước, công trình thủy, cầu, cảng, thủy lợi, thủy điện... Các công trình thoát nước hiện nay có nhu cầu sử dụng cống hộp lại khá lớn vì tốc độ thoát nước tốt cũng như các đặc tính riêng biệt so với các sản phẩm khác có cùng công dụng. * Ưu điểm của cống: - Khả năng thoát nước nhanh chóng, giúp cho công trình giải quyết một lượng nước lớn khi mưa xuống một cách nhanh chóng. - Ngăn xâm thực mặn, điều tiết thủy lợi tốt. - Cống hộp có khả năng chịu lực, chịu mài mòn của nước cao. - Khi xe di chuyển qua cống hộp sẽ êm thuận hơn qua cầu. - Kích thước dài giúp cho công trình có thể tiết kiệm được chi phí. - Cống ít bị rò rỉ. - Dễ dàng vệ sinh, bảo trì. Một trong những ưu điểm của cống hộp bê tông là được đổ bê tông toàn khối nên có độ bền cao trong môi trường nước thải độc hại. Hơn nữa còn rút ngắn thời gian thi công, tiết kiệm nhân lực… 2. Lý do chọn đề tài Cống hộp bê tông được sử dụng rất nhiều tại các công trình xây dựng hiện nay. Các vấn đề ngập úng khi có mưa lớn có thể giải quyết một cách dễ dàng nhờ dung tích lớn thoát nước tốt, khả năng ngăn được xâm thực mặn. Kết cấu cống hộp được sử dụng rộng rãi ở trong nước, đặc biệt khu vực tỉnh Trà Vinh. Địa chất khu vực tỉnh Trà Vinh có đặc điểm rất riêng và rất yếu do vậy kết cấu cống đặt trên nền địa chất yếu cần phải xem xét khi phân tích thiết kế để đảm bảo hiệu quả sử dụng lâu dài và tiết kiệm chi phí. Việc phân tích ứng xử của kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi có xét đến áp lực đất yếu thuộc khu vực tỉnh Trà Vinh là cần thiết. 2 Đề tài “Phân tích ứng xử của kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi có xét đến áp lực đất yếu thuộc khu vực tỉnh Trà Vinh” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 3. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu ứng xử của kết cấu cống hộp trên nền đất yếu thuộc khu vực tỉnh Trà Vinh. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp ứng dụng chương trình tính toán. Trong đó: + Phương pháp lý thuyết: Xác định cơ sở lý thuyết chủ đạo dựa trên các tài liệu tham khảo có liên quan để phân tích tính toán kết cấu. + Ứng dụng các chương trình vào phân tích tính toán kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi có xét đến áp lực đất yếu. 4. Tính cấp thiết của đề tài: Ngày nay khi xây dựng các đô thị mới hiện đại và cải tạo cơ sở hạ tầng của các đô thị cũ chúng ta đang tiến hành việc hạ ngầm đường dây điện, cáp thông tin, nước sinh hoạt…. và giải pháp cho vấn đề đó như thế nào. Một trong những giải pháp mà các nước tiên tiến đã áp dụng từ rất lâu đó là việc đặt ngầm tất cả các đường dây trên kể cả đường cấp nước vào một hệ thống hộp kỹ thuật. Cống hộp thoát nước là loại cấu kiện khá phổ biến trong công trình giao thông của cả nước nói chung và tỉnh Trà Vinh nói riêng. Hiện nay khi thiết kế cống các đơn vị thiết kế chỉ sử dụng mẫu cống định hình mà không phân tích kết cấu thường gây một số sự cố hư hỏng cống nh: nứt, sụp, lún, gẫy,.... Địa chất Trà Vinh có đặc điểm rất yếu nên cần phải xem xét phân tích thiết kế để đảm bảo hiệu quả lâu dài và tiết kiệm chi phí. 5. Bố cục của đề tài Mở đầu Đặt vấn đề - Lý do chọn đề tài (Sự cần thiết phải nghiên cứu). Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu Tính cấp thiết của đề tài Bố cục đề tài: Chương 1: Tổng quan về kết cấu cống hộp và đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. 1.1 Giới thiệu chung về kết cấu cống hộp 1.2 Đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Trà Vinh 1.3 Hướng nghiên cứu của đề tài và kết luận chương 1 Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi. 2.1 Mô hình tính toán 2.2 Cơ sở xác định các thông số nền và áp lực đất 2.3 Cơ sở lý thuyết phân tích kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi 2.4 Kết luận chương 2 3 Chương 3: Phân tích ứng xử kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi. 3.1 Các số liệu cơ bản của kết cấu cống hộp 3.2 Mô hình và kết quả phân tích ứng xử kết cấu cống hộp trên nền đàn hồi 3.3 Kết luận chương 3 Kết luận 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỐNG HỘP VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH 1.1. Giới thiệu chung về kết cấu cống hộp Cống là một công trình nhân tạo khá phổ biến trên một tuyến đường. Tác dụng chủ yếu của cống là dùng để thoát nước của các dòng chảy thường xuyên hay định kỳ chảy qua phía dưới nền đắp, ngoài ra cống còn làm đường chui dân sinh. Khẩu độ cống là chiều rộng lớn nhất của tiết diện thoát nước. Trường hợp cống có nhiều lỗ thì khẩu độ được tính bằng tổng số khẩu độ của mỗi lỗ. Số lượng các công trình thoát nước trên tuyến phụ thuộc vào điều kiện địa hình, khí hậu trong đó cống chiếm 80%-:-90% số lượng các công trình thoát nước. Ở Việt Nam đối với đường cấp IV miền núi trung bình 1km đường có 4-:-9 cái cống. Giá thành xây dựng cống thường chiếm 10%-:-20% giá thành toàn bộ tuyến. Cống khác cầu nhỏ ở chỗ là nước chảy trong cống không những chỉ có chế độ chảy không áp mà còn có loại chảy có áp hoặc bán áp và chiều cao đất đắp trên đỉnh cống (kể cả chiều dày kết cấu áo đường) tối thiều là 0,5m (đối với đường ôtô) còn đối với đường sắt tối thiểu là 1,0m. Hình 1.1: Trắc dọc cống Cấu tạo một cống bao gồm 3 bộ phận cơ bản như sau: * Đầu cống - Tác dụng: + Điều tiết dòng nước chảy vào và chảy ra khỏi cống; 5 + Giữ ổn định cho mái dốc nền đắp hai đầu cống; + Giữ ổn định cho cống không bị dịch chuyển dọc. - Các bộ phận cơ bản của đầu cống gồm có: + Tường đầu, tường cánh được xây bằng đá hộc, gạch nung hoặc bê tông. Mặt ngoài cống và phần tiếp giáp giữa tường đầu với nền đất trát lớp vữa xi măng. + Sân cống. * Thân cống Là bộ phận chủ yếu của cống cho nước thoát qua dưới nền đường và chịu toàn bộ tải trọng của đất xung quanh và của đoàn xe tác dụng lên nó. Tải trọng tác dụng không phân bố đều theo chiều dọc cống: phần giữa cống có trị số lớn nhất sau đó giảm dần về hai phía đầu cống, do đó nền đất dưới cống thường bị lún không đều dẫn đến cống dễ bị uốn dọc hoặc bị nứt vỡ. Đối với cống hộp thi công đổ liền tại công trường người ta thường chia ra làm nhiều đoạn, mỗi đoạn có chiều dài thường 3-:-5m. * Móng cống Có tác dụng truyền và phân chia áp lực của tải trọng xuống nền đất và giữ ổn định cho cống theo phương thẳng đứng. Trong một số trường hợp móng hai đầu cống còn có tác dụng giữ ổn định dọc cống, không cho cống bị trôi và chống thấm nước vào nền đất dưới móng cống. Móng cống có cấu tạo tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình. Thông thường nền móng của cống được chia làm 3 loại bao gồm: + Loại I: móng cống đặt trên nền đất thiên nhiên. Loại móng này áp dụng đối với loại đất nền là sỏi cuội, cát chặt, sét cứng có cường độ > 2,5kg/m2. Cao độ đặt cống trên mực nước ngầm tối thiểu là 0,3m. + Loại II: móng cống là một lớp đệm đá dăm trộn cát. Loại móng này áp dụng đối với nền là đá phong hoá hoặc lớp đất sét, cát hạt nhỏ, nền đất không thoát nước. + Loại III: móng được xây bằng đá có cường độ 40kg/m2 trở lên hoặc gạch mác M100 xây bằng vữa xi măng mác M100, làm bằng bê tông hoặc BTCT lắp ghép. Loại móng này được áp dụng đối với tất cả các loại đất sét, đất cát có cường độ tính toán lớn hơn ứng suất tính toán dưới đất móng. Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo của các loại móng cống mà người ta lại chia ra làm loại là móng mềm và móng cứng. Móng cứng là loại móng cống được đặt trên nền đá tự nhiên hay móng đá xây, bê tông, bê tông độn đá hộc, hoặc BTCT. * Đất đắp trên cống Để bảo vệ thân cống và lớp sơn phòng nước thì sau khi xây xong cống phải đắp ngay đất trên thân cống, đất đắp trên cống dùng như loại đất đắp nền. Khi đắp phải chia thành từng lớp. Các ưu điểm kết cấu của cống: + Cống không làm thay đổi các điều kiện chuyển động của xe ôtô chạy trên 6 đường khi qua vị trí cống; không hạn chế mặt đường và lề đường; không yêu cầu thay đổi loại kết cấu mặt đường trên cống. + Việc bố trí cống có thể bố trí một cách dễ dàng với bất kỳ một tổ hợp nào của biểu đồ và trắc dọc mà vẫn không gây nên sự phức tạp của kết cấu. + Do nằm sâu dưới nền đường nên sự tăng tải trọng của đoàn xe ít ảnh hưởng đến cống. Vì vậy khi nâng cấp đường (tăng cấp tải trọng) ít khi phải tăng cường cống (nhất là khi chiều cao đất đắp trên đỉnh cống lớn). Trong phân tích kết cấu công trình cống ta sử dụng tiêu chuẩn 22TCN 272:05 để làm cơ sở để tính toán cho công trình cống hộp. Bộ tiêu chuẩn này đưa ra những yêu cầu tối thiểu. Các quy định của Bộ tiêu chuẩn này dựa vào phương pháp luận thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD), các hệ số được lấy từ lý thuyết độ tin cậy dựa trên kiến thức thống kê hiện nay về tải trọng và tính năng của kết cấu. Ngoài ra trong quá trình phân tích kết cấu cống còn sử dụng tiểu chuẩn Việt Nam TCVN 9116 – 2012 Cống bê tông cốt thép để phân tích. Khi phân tích kết cấu cống đòi hỏi người làm phải nghiên cứu, điều tra khảo sát, thực nghiệm khá chặt chẽ. Hiện nay cùng với tiến trình hội nhập, nhiều phương pháp phân tích kết cấu trong thiết kế, các công nghệ thi công tiên tiến được áp dụng vào thực tiễn xây dựng các công trình Cống hộp ở Việt Nam. Cùng với đó việc áp dụng các phần mềm phân tích hiện đại như Sap 2000, Midas/civil, C-pro, robot structural… Vào chương trình tính toán cũng trở nên phổ biến hơn, tuy nhiên việc khảo sát, thiết kế và kiểm toán cống hộp cần đảm bảo các bước phân tích tính toán cơ bản nhất định. Việc phân tích kết cấu cống là một công tác rất tổng hợp, bao gồm các công tác thu thập số liệu từ điều tra khảo sát thủy văn, tính toán lưu lượng nước, chọn loại cống và bố trí chung, tính toán thủy lực: xác định khẩu độ cống, tính toán các thiết bị tiêu năng, tính xói và gia cố hạ lưu cống, cho đến việc thiết kế và kiểm toán cống, tính toán hệ số nền cho cống, vv… Trong quá trình phân tích cống cần đảm bảo phân tích đầy đủ các trạng thái giới hạn của kết cấu cống. Theo phương pháp thủ công thì thường lập bảng tính trên Excel để phân tích kết cấu cống. Hiện nay, hệ thống phần mềm thiết kế và phân tích kết cấu công trình phát triển tương đối mạnh và hỗ trợ đắt lực cho người sử dụng đồng thời cho kết quả số liệu có độ chuẩn xác cao. Tại khu vực tỉnh Trà Vinh có địa chất yếu và rất riêng, khi thiết kế các công ty thường sử dụng bản vẽ cống đã định hình từ trước để áp dụng triển khai thi công mà không phân tích ứng xử của cống. Đều này rất nguy hiểm trong quá trình sử dụng, nguy hiểm hơn khi triều cường ngày càng dâng cao ảnh hưởng đến kết cấu công trình. Một số công trình cống đã bị hỏng, cuốn trôi khi đưa vào sửa dụng không lâu. 7 Hình 1.2: Thi công cống hộp 1 ngăn trên Đường huyện 39 thuộc huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh Hình 1.3: Cống hộp 1 ngăn có cửa xã 8 Hình 1.4: Cống hộp 2 ngăn Hình 1.5: Thi công cống hộp 2 ngăn 9 Hình 1.6: Thi công cống hộp 3 ngăn Hình 1.7: Cống hộp 3 ngăn 10 Hình 1.8: Cống hộp trên đường Nguyễn Hòa Luông, thành phố Trà Vinh Cống hộp ở nước ta thường sử dụng các loại 1 ngăn, 2 ngăn và 3 ngăn vật liệu sử dụng kết cấu bê tông cốt thép có khả năng chịu nén và uốn tốt. Hình 1.9: Kết cấu điển hình của cống hộp 2 ngăn trên địa bàn tỉnh Trà Vinh