Cọc Chịu đồng Thời Tải Trọng đứng, Ngang Và Moment Theo TCVN ...

Móng cọc nhà dân dụng thông thường thiết kế theo bài toán móng cọc đài thấp: tất cả tải trọng ngang của nội lực chân cột được đất tiếp nhận hoàn toàn bởi áp lực ngang của đất bên đài cọc như trình bày trong Cơ bản thiết kế đài cọc. Các trường hợp cần tính toán kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang thường gặp là các trường hợp: đài một cọc, chịu tải trọng ngang lớn (nhà công nghiệp), móng cọc đài cao...

Bài viết này trình bày một phương pháp thực hành tính toán cọc khi chịu đồng thời chịu tải trọng đứng, lực ngang và moment uốn theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu móng cọc mới TCVN 10304:2014.

Điều khoản của Tiêu chuẩn

Phụ lục A của tiêu chuẩn trình bày cụ thể: Cho phép tư vấn thiết kế dùng các chương trình máy tính mô tả tác dụng cơ học tương hỗ giữa cọc và nền (xem cọc như dầm trên nền đàn hồi). Trong đó, đất bao quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền $C_z$ tăng dần theo chiều sâu.

Hệ số nền tính toán của đất trên thân cọc $C_z$ được xác định theo công thức (A.1) của tiêu chuẩn:

$$C_z=\frac{kZ}{\gamma_c} (kN/m^3)$$</td>

$k$: hệ số tỷ lệ, tính bằng $kN/m^4$, được lấy phụ thuộc vào loại đất bao quanh cọc theo bảng A.1 của tiêu chuẩn.

$Z$: độ sâu của tiết diện cọc trong đất, nơi xác định hệ số nền, kể từ mặt đất trong trường họp móng cọc đài cao, hoặc kể từ đáy đài trong trường hợp móng cọc đài thấp.

$\gamma_c$: hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc độc lập $\gamma_c=3$

Phần mềm ứng dụng

Một phần mềm có thể áp dụng để mô hình hoá theo bài toán nền đàn hồi xung quanh cọc với hệ số nền $C_z$ biến đổi theo độ sâu là phần mềm PILE trong bộ GEO5.

Khi mô hình cọc, có thể xem cọc như một thanh ngàm cứng trong đất tại chiều sâu cách đáy đài một khoảng:

$$l=l_o+\frac{2}{\alpha_{\varepsilon}}$$

$\alpha_{\varepsilon}$: hệ số biến dạng xác định theo phụ lục A của tiêu chuẩn

$$\alpha_{\varepsilon}=5\sqrt{\frac{kb_p}{\gamma_cEI}}$$

$E$: module đàn hồi của vật liệu làm cọc, tính bằng kPa

$I$: moment quán tính của tiết diện ngang cọc, tính bằng $m^4$

$b_p$: chiều rộng quy ước của cọc, tính bằng m. Với cọc có đường kính thân cọc tối thiểu 0,8m lấy $b_p=d+1$, với các trường hợp còn lại $b_p=1,5d+0,5$, m

$d$: đường kính ngoài của cọc tiết diện tròn hay cạnh của cọc tiết diện vuông hoặc cạnh của cọc tiết diện chữ nhật trong mặt phẳng vuông góc với hướng tác dụng của tải trọng ngang.

Kết quả phân tích của phần mềm PILE cho dưới dạng nội lực, biến dạng trong thân cọc, từ đó tính toán kiểm tra vật liệu cọc (bêtông cốt thép) như với cấu kiện chịu nén lệch tâm.

Để thuận tiện trong thực hành thiết kế xây dựng, cần lập bảng tính xác định các hệ số nền theo chiều sâu theo biến đổi của các lớp đất trong trụ địa chất tính toán.

Có thể tham khảo một bảng tính tại đây và đây