Cọc ống thép là gì? Móng cọc ống thép cho công trình cầu phải được thiết kế theo nguyên lý như thế nào?

Nội dung chính

• Cọc ống thép là gì?
• Móng cọc ống thép cho công trình cầu phải được thiết kế theo nguyên lý như thế nào?
• Việc phân tích kết cấu cọc ống thép có thể sử dụng những phương pháp nào?

Cọc ống thép là gì?

Cọc ống thép được giải thích tại tiểu mục 3.1 Mục 3 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10834:2015 như sau:

Cọc ống thép (Steel pipe pile): Các ống thép được sử dụng làm cọc trong các công trình xây dựng, giao thông; có đường kính lớn hơn 300 mm (Bảng 4 của TCVN 9245: 2012). Các loại cọc ống thép được phân loại dựa trên cấu tạo của mũi cọc, thân cọc và phương pháp thi công.

Theo đó, cọc ống thép (Steel pipe pile): Các ống thép được sử dụng làm cọc trong các công trình xây dựng, giao thông; có đường kính lớn hơn 300 mm (Bảng 4 của TCVN 9245: 2012). Các loại cọc ống thép được phân loại dựa trên cấu tạo của mũi cọc, thân cọc và phương pháp thi công.

Cọc ống thép (Hình từ Internet)

Móng cọc ống thép cho công trình cầu phải được thiết kế theo nguyên lý như thế nào?

Móng cọc ống thép cho công trình cầu phải được thiết kế theo nguyên lý được quy định tại tiểu mục 5.1 Mục 5 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10834:2015 như sau:

Nguyên tắc thiết kế

5.1. Nguyên lý thiết kế

Móng cọc ống thép phải được thiết kế theo các trạng thái giới hạn quy định để đạt được các mục tiêu thi công được, an toàn và sử dụng được, có xét đến các vấn đề khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế.

Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì luôn luôn cần được thỏa mãn với mọi ứng lực và các tổ hợp được ghi rõ của chúng.

Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn bất phương trình (3) với mỗi trạng thái giới hạn, trừ khi có các quy định khác. Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng được lấy bằng 1,0. Mọi trạng thái giới hạn được coi trọng như nhau.

ågiQi ≤ jRn (3)

Trong đó:

gi: hệ số tải trọng - hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho hiệu ứng lực;

j: hệ số sức kháng - hệ số dựa trên thống kê dùng cho sức kháng danh định;

Qi: Hiệu ứng lực

Rn: Sức kháng danh định

Rr: Sức kháng tính toán: Rn = jRn

Theo đó, nóng cọc ống thép cho công trình cầu phải được thiết kế theo các trạng thái giới hạn quy định để đạt được các mục tiêu thi công được, an toàn và sử dụng được, có xét đến các vấn đề khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế.

Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì luôn luôn cần được thỏa mãn với mọi ứng lực và các tổ hợp được ghi rõ của chúng.

Việc phân tích kết cấu cọc ống thép có thể sử dụng những phương pháp nào?

Việc phân tích kết cấu cọc ống thép có thể sử dụng những phương pháp được quy định tại tiểu tiểu mục 5.2 Mục 5 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10834:2015 như sau:

Nguyên tắc thiết kế

...

5.2. Phân tích kết cấu

5.2.1. Tổng quát

Có thể sử dụng bất cứ phương pháp phân tích kết cấu nào thỏa mãn các yêu cầu về điều kiện cân bằng và tính tương hợp và sử dụng được mối liên hệ ứng suất - biến dạng cho loại vật liệu đang xét, chúng bao gồm các phương pháp sau và danh sách này còn có thể mở rộng hơn nữa:

• Phương pháp mô hình hệ khung,

• Phương pháp chuyển vị và phương pháp lực cổ điển,

• Phương pháp phần tử hữu hạn.

Người thiết kế được sử dụng các chương trình máy tính để dễ phân tích kết cấu và giải trình cũng như sử dụng các kết quả.

Trong tài liệu tính toán và báo cáo thiết kế cần chỉ rõ tên, phiên bản và ngày phần mềm được đưa vào sử dụng.

Các mô hình toán học phải bao gồm tải trọng, đặc trưng hình học và tính năng vật liệu của kết cấu, và khi thấy thích hợp, cả những đặc trưng ứng xử của móng. Trong việc lựa chọn mô hình, phải dựa vào các trạng thái giới hạn đang xét, định lượng, hiệu ứng lực đang xét và độ chính xác yêu cầu.

Phải đưa cách thể hiện thích hợp về đất và/hoặc đá làm móng cầu vào trong mô hình toán học của nền móng.

Kết cấu móng cọc được sử dụng trong công trình cầu có cấu tạo bao gồm nhóm cọc và bệ móng. Tải trọng tác dụng lên kết cấu trên sẽ truyền xuống nhóm cọc thông qua bệ móng. Chuyển vị theo phương ngang, phương đứng và phản lực của mỗi cọc có thể được tính toán bằng cách sử dụng mô hình phân tích hệ khung với các hệ số phản lực nền hoặc phương pháp chuyển vị với các hệ số đàn hồi.

Khi thiết kế về động đất, phải xét đến sự chuyển động tổng thể và sự hóa lỏng của đất (nếu có).

5.2.2. Phương pháp mô hình hệ khung

Mô hình hệ khung sử dụng hệ số phản lực nền được thiết lập theo chiều sâu (có thể sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn) thể hiện trong hình 1.

Các hệ số phản lực nền (kH, kV, CS) sử dụng trong mô hình hệ khung được trình bày trong mục 8.

Hình 1. Mô hình phân tích hệ khung

5.2.3. Phương pháp chuyển vị

Tính toán móng cọc dựa trên phương pháp chuyển vị (phương pháp phân tích đàn hồi), có xem xét đến chuyển vị của bệ móng, bao gồm chuyển vị theo phương thẳng đứng, phương ngang và góc quay. Giả định rằng bệ móng là cứng tuyệt đối, có thể sử dụng mô hình phân tích ở Hình 2, đặc điểm biến dạng của mỗi cọc được thay thế bằng một hệ lò xo tại đầu cọc có giá trị tương đương và bệ móng được mô hình hóa như một khối cứng trên nhiều gối lò xo đại diện cho một nhóm cọc.

Phương pháp chuyển vị sử dụng các hệ số đàn hồi (KV, K1, K2, K3, K4) theo phương ngang và phương đứng tại đầu cọc như trong hình 2 sẽ trình bày trong mục 9.

Hình 2. Mô hình phương pháp chuyển vị

Chi tiết phương pháp chuyển vị có thể tham khảo Phụ lục B

Theo đó, có thể sử dụng bất cứ phương pháp phân tích kết cấu nào thỏa mãn các yêu cầu về điều kiện cân bằng và tính tương hợp và sử dụng được mối liên hệ ứng suất - biến dạng cho loại vật liệu đang xét, chúng bao gồm các phương pháp sau và danh sách này còn có thể mở rộng hơn nữa:

- Phương pháp mô hình hệ khung,

- Phương pháp chuyển vị và phương pháp lực cổ điển,

- Phương pháp phần tử hữu hạn.