Đang tải... (xem toàn văn)
TÓM TẮT ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1. Nghiên cứu đã khẳng định được sự cần thiết áp dụng kết cấu dầm đúc sẵn sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng công trình cầu ở vùng Đông Nam Bộ. 2. Thiết kế được các cấp phối bê tông C60, C70, C80 có độ sụt cao sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ, với cốt liệu thô sử dụng đá dăm Phú Mỹ - Bà Rịa và cốt liệu mịn phối trộn giữa cát sông và cát nghiền với tỉ lệ 60/40, phù hợp cho sản xuất dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với quy mô công nghiệp. 3. Đối với các cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu vùng Đông Nam Bộ, nghiên cứu đã đưa ra cách xác định một số chỉ tiêu cơ lý để phục vụ cho công tác thiết kế kết cấu dầm cầu bê tông dự ứng lực đúc sẵn khi sử dụng các cấp phối đó như mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo khi uốn, hệ số quy đổi khối ứng suất tương đương. 4. Đã đề xuất các thông số kích thước mặt cắt phù hợp đối với kết cấu dầm I cánh rộng sử dụng bê tông cường độ cao với các chiều dài nhịp 24m, 33m, 60m. 5. Khẳng định được tính hiệu quả của việc dùng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao so với các loại hình dầm truyền thống sử dụng bê tông thông thường hiện nay trong khu vực Đông Nam Bộ: Giảm chiều cao dầm từ 150mm đến 450mm; giảm khối lượng vật liệu từ 10% đến 50%.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VÕ VĨNH BẢO NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHO PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số: 9580205 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Giao thơng Vận tải Người hướng dẫn khoa học: GS TS Trần Đức Nhiệm PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Phản biện 1: ……………………………………………… Phản biện ……………………………………………… Phản biện 3: ……………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp Trường Đại học Giao thơng Vận hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải Thư viện Quốc gia tải vào MỞ ĐẦU Tính cần thiết đề tài Đối với miền nam Việt Nam, khu vực kinh tế trọng điểm mà hạt nhân khu vực Đông Nam Bộ có tiềm nguồn lực để phát triển mạnh mẽ, nhiều khu đô thị nhanh chóng hình thành, tốc độ thị hóa vùng Đông Nam Bộ thuộc mức cao nước, từ nhu cầu xây dựng hệ thống hạ tầng kỹ thuật đòi hỏi tương ứng Để đáp ứng nhu cầu xây dựng hệ thống giao thông đô thị khu vực Đơng Nam Bộ, cần có nhiều giải pháp kết cấu dầm phục vụ cho dự án xây dựng cầu thị Loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực với bê tông cường độ cao nhiều quốc gia giới áp dụng vào xây dựng cơng trình giao thơng, ưu điểm bê tơng cường độ cao tăng khả chịu lực kết cấu từ giúp thiết kế kết cấu có kích thước nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn, vượt nhịp xa độ bền gia tăng chất lượng bê tông tốt Tuy nhiên, khu vực Đông Nam Bộ, dự án xây dựng cơng trình cầu sử dụng bê tơng có cường độ từ 50MPa trở xuống Đây vấn đề bỏ ngỏ cần xem xét giải Với tiềm có sẵn khu vực Đông Nam Bộ vật liệu để sản xuất bê tông cường độ cao, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao vào xây dựng cơng trình cầu giao thơng khu vực Đơng Nam Bộ hướng đắn Mục tiêu luận án - Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ thực nghiệm đánh giá số đặc tính học quan trọng vật liệu mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo uốn, phát triển cường độ theo thời gian, để phục vụ cho công tác thiết kế chế tạo kết cấu dầm bê tông dự ứng lực - Phân tích lựa chọn loại hình kết cấu dầm bê tơng dự ứng lực đúc sẵn có khả ứng dụng với bê tông cường độ cao thiết kế chế tạo dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ - Ứng dụng tính tốn thiết kế kết cấu dầm điển hình loại hình dầm lựa chọn bước sử dụng bê tông cấp phối bê tông bước để ứng dụng dự án giao thông khu vực Đông Nam Bộ Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Về vật liệu: nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ để chế tạo cấp phối bê tơng cường độ cao có đặc tính phù hợp cho công tác thi công dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn Về kết cấu: nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm I cánh rộng bê tông dự ứng lực đúc sẵn nhịp giản đơn cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ Về tải trọng: Giới hạn tải trọng nghiên cứu toán tải trọng tĩnh Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu phát triển giao thông khu vực Đơng Nam Bộ Đơng Nam Bộ vùng có mức độ thị hóa cao phát triển nhanh chóng Mật độ dân số tập trung cao khu công nghiệp vùng lân cận Các tỉnh khu vực có tốc độ thị hóa cao, chênh lệch thu nhập với vùng khác dẫn đến tình trạng di dân ạt từ tỉnh lân cận thị Tình trạng chung đô thị là: nhu cầu nhà lớn, nhu cầu giao thông cá nhân luân chuyển hàng hóa lớn vượt khả hệ thống hạ tầng hữu Trong đô thị hữu, quỹ đất dành cho giao thơng cịn hạn hẹp, chi phí đền bù giải tỏa mặt lớn, nên tuyến đường cao tuyến ngầm trọng phát triển nhiều 1.2 Các loại hình kết cấu dầm bê tơng dự ứng lực đúc sẵn ứng dụng phát triển xây dựng cơng trình cầu Tại Việt Nam, với cầu nhịp vừa nhỏ (chiều dài từ 60m trở xuống), kết cấu nhịp dạng dầm giản đơn kết cấu nhịp áp dụng nhiều Bảng 1-1: Thống kê dạng dầm dự ứng lực đúc sẵn sử dụng phổ biến Việt Nam STT A B C D E Phương thức chế tạo DẦM BẢN RỖNG Dầm 9m Dự ứng lực căng trước Dầm 12m Dự ứng lực căng trước Dầm 15m Dự ứng lực căng trước Dầm 18m Dự ứng lực căng trước Dầm 21m Dự ứng lực căng trước Dầm 24m Dự ứng lực căng trước DẦM TIẾT DIỆN CHỮ T Dầm T 24m Dự ứng lực căng sau Dầm T 33m Dự ứng lực căng sau DẦM TIẾT DIỆN CHỮ I Dầm I 18,6m Dự ứng lực căng trước căng sau Dầm I 24,54m Dự ứng lực căng trước căng sau Dầm I 33m Dự ứng lực căng trước căng sau Dầm I 42m Dự ứng lực căng trước DẦM TIẾT DIỆN SUPER-T Dầm SuperT 38,2m Dự ứng lực căng trước MỘT SỐ DẠNG DẦM MỚI ĐƯỢC ĐƯA VÀO VIỆT NAM Dầm T ngược 25m Dự ứng lực căng trước Dạng dầm cầu Hiện giới, loại hình dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn áp dụng rộng rãi kể đến loại dầm Bulb- Tee, dầm I cánh rộng (Wide Flange Girder), dầm U-Beam, dầm BathTub, dầm Pi 1.3 Tình hình ứng dụng xu phát triển bê tông cường độ cao (HSC), bê tơng tính cao (HPC) xây dựng sửa chữa cầu Bê tông cường độ cao HSC tính cao HPC nghiên cứu áp dụng rộng rãi nhiều nước giới, dẫn đầu nước Mỹ, Đức, Pháp, Nhật Nhiều nước khác quan tâm phát triển loại hình kết cấu bê tơng cường độ cao Trung Quốc, Hàn Quốc, Úc, Na Uy, Anh, Canada Trong thiết kế kết cấu nhịp cầu Việt Nam, bê tông dùng phổ biến với dải cường độ thường áp dụng [4050]MPa cho kết cấu dầm dự ứng lực, mặt cầu đổ chỗ thường dùng bê tông với cường độ [3035]MPa Ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh tỉnh lân cận vùng Đông Nam Bộ, nhiều nhà máy bê tông đưa vào sản xuất bê tông cường độ cao đến 80MPa chủ yếu dùng chế tạo cấu kiện cọc bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CẤP 60MPA ĐẾN 80MPA SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ ỨNG DỤNG CHO DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN 2.1 Khái quát bê tông cường độ cao Bê tông cường độ cao chế tạo dựa số điều chỉnh sau: Giảm tỉ lệ nước xi măng (N/X): sử dụng phụ gia giảm nước cao hệ mới, tỷ lệ N/X giảm nhiều mà đảm bảo độ sụt yêu cầu Bổ sung số loại sản phẩm có độ mịn cao: có loại sản phẩm thường sử dụng tro bay, muội silic metakaolin hoạt tính 2.2 Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ Vùng Đông Nam Bộ có nguồn cung cấp đá xay chất lượng tốt dồi dào, Nguồn gốc đá chủ yếu đá bazan, cường độ đá gốc dao động khoảng 100Mpa đến 200Mpa Nguồn đá có cường độ cao tập trung khu vực Tân Cang, Định Quán tỉnh Đồng Nai, Châu Pha Bà Rịa-Vũng Tàu, Dĩ An Bình Dương Nguồn cát cung cấp chủ yếu vùng Đông Nam Bộ từ sông Tiền, cát vàng Tân Châu (An Giang) vật liệu phổ biến nguồn cung dồi giá thành thấp Tuy nhiên, mô đun độ lớn đạt khoảng 1.75 (theo TCVN 7572-2:2006), dùng cát sông, không đảm bảo yêu cầu cấp phối Hiện vùng Đông Nam Bộ, cát nghiền sản xuất Phú Mỹ tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu lựa chọn thay thế, bổ sung hợp lý cho cốt liệu mịn chế tạo bê tông cường độ cao Đề tài đề xuất sử dụng cốt liệu mịn có tỷ lệ trộn 60% cát sông với 40% cát nghiền để ứng dụng phần nghiên cứu Thiết kế cấp phối bê tông C60 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ +Yêu cầu thiết kế: - Cường độ chịu nén 28 ngày mẫu trụ từ 60Mpa trở lên - Độ sụt yêu cầu: 160mm + Các bước thiết kế: theo ACI211.4R-08 Kết thiết kế trình bày bảng 2-13 Bảng 2-13: Cấp phối C60 chọn sau thử nghiệm Kí hiệu BT N/CKD Đ (kg) C (kg) N (lit) C60 0.3145 1120 720 150 FA SF X (kg) (kg) (kg) 477 PGSD (lít) Thiết kế cấp phối bê tông C70 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ +Yêu cầu hỗn hợp: - Cường độ nén 28 ngày mẫu trụ từ 70Mpa - Độ sụt yêu cầu: 160mm + Các bước thiết kế: theo ACI211.4R-08 Kết thiết kế trình bày bảng 2-15 Bảng 2-15: Cấp phối C70 chọn sau thử nghiệm FA SF PGSD Kí hiệu Đ C N X N/CKD BT (kg) (kg) (lit) (kg) (kg) (kg) (lít) C70 0.264 1120 700 140 530 4.77 Thiết kế cấp phối bê tông C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ +Yêu cầu hỗn hợp: Cường độ nén 28 ngày mẫu trụ từ 80Mpa Độ sụt yêu cầu: 160mm + Các bước thiết kế: theo ACI211.4R-08 Kết thiết kế trình bày bảng 2-17 Bảng 2-17: Cấp phối C80 chọn sau thử nghiệm FA SF PGSD Kí hiệu Đ C N X N/CKD BT (kg) (kg) (lit) (kg) (kg) (kg) (lít) C80 0.26 1120 780 140.4 540 5.2 Đánh giá cường độ chịu nén cấp phối thử nghiệm C60, C70, C80 sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ Cường độ chịu nén đặc trưng cấp phối C60, C70, C80 chọn xác định theo kết thí nghiệm nén mẫu hình trụ 15x30(cm) với số lượng 12 mẫu cho cấp phối Kết thí nghiệm bảng 2-19 Bảng 2-19: Kết xác định cường độ đặc trưng cấp phối C60, C70, C80 C60 C70 67.2 74.3 Cấp phối f’c (MPa) C80 84.5 2.3 Nghiên cứu xác định số đặc trưng học bê tông với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ Cường độ chịu kéo uốn Cường độ chịu kéo uốn xác định thí nghiệm phịng mẫu dầm kích thước 15x15x60 (cm), tiêu chuẩn sử dụng để thí nghiệm ASTM C78-02, số lượng mẫu thí nghiệm dùng xác định cường độ chịu kéo uốn 12 mẫu cho cấp phối So sánh giá trị thu từ thí nghiệm với giá trị ước tính theo TCVN 11823 cấp phối C60, C70, C80 sau: Cấp phối Cường độ đặc trưng (MPa) C60 C70 C80 67,2 74,3 84,5 fr theo cường độ đặc trưng (TCVN 11823) (MPa) 5,16 5,43 5,79 fr từ thí nghiệm (MPa) Độ chênh lệch (%) 8,867 7,284 7,640 171,84 134,14 131,95 Các giá trị thí nghiệm thu cao so với ước tính theo cơng thức TCVN 11823:2017 30%, để ước tính giá trị mô đun đàn hồi cấp phối bê tơng C60, C70, C80 cách xác hơn, sử dụng cơng thức ước tính cường độ chịu kéo uốn đề xuất sau: f r 0,83 f 'c (Mpa) Mô đun đàn hồi (2.29) Mơ đun đàn hồi xác định thí nghiệm mẫu trụ 15cm30cm với số lượng mẫu thí nghiệm cấp phối C60, C70 C80 12 mẫu/cấp phối Tiêu chuẩn sử dụng: theo ASTM 469/469M-10 Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi thể bảng 2-23 Bảng 2-23: Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi mẫu trụ Cấp phối C60 Cấp phối C70 Cấp phối C80 Tên mẫu Ec (Mpa) Tên mẫu Ec (Mpa) Tên mẫu Ec (Mpa) C60-M25 52580.0 C70-M25 54109.5 C80-M25 62751.0 C60-M26 53832.8 C70-M26 51866.0 C80-M26 56443.0 C60-M27 55815.9 C70-M27 51131.5 C80-M27 57818.9 C60-M28 54085.1 C70-M28 57881.9 C80-M28 58187.2 C60-M29 55441.7 C70-M29 60778.6 C80-M29 58541.7 C60-M30 56695.0 C70-M30 59997.1 C80-M30 52114.2 C60-M31 56754.3 C70-M31 58279.4 C80-M31 58169.2 C60-M32 67927.6 C70-M32 57878.2 C80-M32 61192.9 C60-M33 56754.3 C70-M33 54899.6 C80-M33 62727.4 C60-M34 55386.7 C70-M34 60454.9 C80-M34 59985.9 C60-M35 48569.5 C70-M35 59971.3 C80-M35 56113.3 C60-M36 52129.2 C70-M36 59913.0 C80-M36 58503.2 Trung Trung 55497.7 bình: Trung 57263.4 bình: 58545.6 bình: Căn kết thí nghiệm, đề tài đề xuất sử dụng cơng thức ước tính mơ đun đàn hồi cho bê tông cường độ cao với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ theo dạng: Ec 3.385 105 w c2.55 (f'c )0.285 (Mpa) Biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian bảo dưỡng (2.30) biến dạng bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ sau: o với tham số cần xác định f c f 'c 1 o Giá trị tham số xác định cho mẫu thí nghiệm theo phương pháp bình phương cực tiểu, kết xác định tham số theo bảng 2-37 Bảng 2-37: Kết xác định tham số dựa vào liệu thí nghiệm Tên mẫu C60-M3 C60-M4 C60-M5 C60-M6 C70-M2 19.5 14.3 24.9 14.1 86.3 Tên mẫu C70-M3 16.9 C70-M4 53.4 C70-M5 16.9 C70-M6 72.1 C80-M1 9.0 Giá trị trung bình t/b = 28.08 22.7 10.6 35.4 10.2 14.9 Tên mẫu C80-M2 C80-M3 C80-M4 C80-M5 C80-M6 Dựa kết tính, đề tài đề xuất sử dụng giá trị tham số =28.1 Để xây dựng biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng hoàn chỉnh, cần xác định giá trị cu tỷ lệ tương đối cu so với o, đó, ta xem xét tương quan o max theo bảng sau: Bảng 2-38: Tổng hợp giá trị biến dạng tương đối o max max o 100 STT Tên mẫu o max o 10 C60-M3 C60-M4 C60-M5 C60-M6 C70-M2 C70-M3 C70-M4 C70-M5 C70-M6 C80-M1 -0.002436 -0.002134 -0.002400 -0.002329 -0.002252 -0.002121 -0.002358 -0.002164 -0.002206 -0.002338 -0.002496 -0.002364 -0.002404 -0.002478 -0.002313 -0.002384 -0.002396 -0.002387 -0.002280 -0.002421 2.5 10.8 0.2 6.4 2.7 12.4 1.6 10.3 3.4 3.6 11 C80-M2 12 C80-M3 13 C80-M4 14 C80-M5 15 C80-M6 Trung bình: -0.002123 -0.002267 -0.002616 -0.002588 -0.002100 -0.002295 -0.002232 -0.002480 -0.002619 -0.002716 -0.002269 -0.002416 5.1 9.4 0.1 4.9 8.0 5.4 Đề tài đề xuất sử dụng giá trị max = 0.0023 cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ, tỉ số cu o chọn 5% Từ đó, biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng o nén cấp phối bê tông C60, C70, C80 sử dụng vật liệu vùng Đông Nam Bộ trình bày hình 2-19 f’c o=0.95max max=0.0023 Hình 2-19: Đường cong biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng nén bê tông cường độ cao với vật liệu khu vực Đông Nam Bộ Định dạng biểu đồ hình 2-19 sử dụng để xác định hệ số α1 1 khối ứng suất nén tương đương tiết diện dầm bê tơng cốt thép có tiết diện chữ nhật cách xác định tham số k1, k2 k3 , tham số xác định sau: - k1 = 0.541; - k2 = 0.3365; kk Suy ra: 1 0.804 2k - k3 = 1 = 2k2 = 0.673 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ 60MPA ĐẾN 80MPA ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG KHU VỰC ĐƠNG NAM BỘ 3.1 Giới thiệu Trong chương trình bày nội dung tính tốn kết cấu dầm điển hình sử dụng cấp phối bê tông C60, C70, C80 với chiều dài nhịp 60m, 33m 24m, sử dụng cấp phối vật liệu bê tông cường độ cao C60, C70, C80 trình bày chương 3.2 Lựa chọn vật liệu cho dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn mặt cầu đổ chỗ Các loại vật liệu sau nội dung tính tốn kiểm toán: Vật liệu sử dụng dầm dự ứng lực: + Cốt thép dự ứng lực: - Loại thép tao độ tự chùng thấp Grade 270 - Đường kính danh định 15,2mm + Cốt thép thường: - Giới hạn chảy fy = 400MPa + Bê tông cường độ cao cấp phối C60: - Cường độ chịu nén f’c = 67,2MPa + Bê tông cường độ cao cấp phối C70: - Cường độ chịu nén f’c = 74,3MPa + Bê tông cường độ cao cấp phối C80: - Cường độ chịu nén f’c = 84,5MPa Vật liệu sử dụng mặt cầu: + Cốt thép thường mặt cầu: - Giới hạn chảy fy = 400MPa + Bê tông mặt cầu: - Cường độ chịu nén f’c = 30MPa 3.3 Phân tích lựa chọn dạng kết cấu dầm thơng số kích thước mặt cắt ngang dầm Loại hình dầm lựa chọn dựa theo tiêu chí sau: - Ứng dụng cho kết cấu đúc sẵn - Khả vượt nhịp lớn - Khả thi công cẩu lắp khơng q khó khăn Phân tích yếu tố kỹ thuật loại hình dầm ứng dụng nước quốc tế, đánh giá tiêu chí theo bảng sau: Bảng 3-1: Tổng hợp phân tích loại hình dầm đúc sẵn Loại dầm Dầm rỗng Dầm I Dầm T Dầm Super-T Dầm T ngược Dầm BulbTee Dầm I cánh rộng Dầm U-beam Dầm Bath-tub Chiều dài nhịp Khoảng cách Tính ổn định đáp ứng dầm cẩu lắp Loại hình dầm truyền thống 9m đến 24m Nhỏ Tốt 12.5m đến 33m Trung bình Kém 24m đến 33m Trung bình Trung bình 38.2m Trung bình Tốt 10m đến 33m Trung bình Trung bình Loại hình dầm tiến tiến giới 24m đến 45m Trung bình Trung bình Độ khó cơng tác đầm lèn 24m đến 60m Lớn Tốt Trung bình 23m đến 36.5m 24m đến 36m Lớn Lớn Tốt Tốt Khó Khó Dễ Trung bình Trung bình Khó Khó Trung bình Với phân tích trên, nhận thấy loại hình dầm I cánh rộng loại hình phù hợp để ứng dụng cho dự án xây dựng cầu giao thông đô thị khu vực Đông Nam Bộ Kết cấu dầm bê tông dự ứng lực căng trước khơng có bố trí ống gen sườn dầm mà thường có dãy tao thép dự ứng lực uốn xiên đoạn đầu dầm để giảm ứng suất kéo thớ đầu dầm tăng thêm khả chống cắt cho đoạn đầu dầm Với giả định kết cấu dầm phải dùng cốt thép đai chống cắt từ 12mm đến 18mm, cốt thép dự ứng lực dạng tao có đường kính danh định 15,2mm, bề dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu cho phép theo quy trình sử dụng bê tơng cường độ cao 25mm, khoảng cách từ tim đến tim tao cáp 51mm, suy bề rộng tối thiểu sườn dầm theo yêu cầu cấu tạo sau: Bảng 3-5: Tính tốn giá trị tối thiểu bề rộng sườn dầm theo cấu tạo STT Chiều dày bê tông bảo vệ (mm) 25 25 25 25 Đường kính thép đai (mm) 12 14 16 18 Đường kính danh định tao thép (mm) 15,2 15,2 15,2 15,2 Khoảng cách tao thép (mm) 51 51 51 51 Bề rộng sườn dầm tối thiểu (mm) 140,2 144,2 148,2 152,2 Như vậy, chiều dày sườn dầm nên chọn 155mm để dự phòng số sai số chế tạo lắp đặt cốt thép Với tham khảo kích thước loại dầm I cánh rộng có, đề tài đề xuất sử dụng định dạng mặt cắt ngang dầm I cánh rộng sau: Bảng 3-6: Số liệu kích thước dầm WF2300 sử dụng bê tông cường độ cao Đại lượng Kí hiệu WF2300 Chiều dài nhịp (m) L 60 Cấp bê tông (Mpa) f’c 67.2;74.3;84.5 Tổng số tao cáp 15.2mm ncap 74 s 2.5 Khoảng cách dầm (m) BỀ RỘNG(m) Chiều rộng bầu dầm b1 0.980 Chiều rộng vút đáy b2 0.413 Chiều rộng sườn dầm b3 0.155 Chiều rộng vút b4 0.548 Chiều rộng cánh b5 1.250 CHIỀU CAO(m) Chiều cao bầu dầm h1 0.180 Chiều cao vút đáy h2 0.120 Chiều cao sườn dầm h3 1.830 Chiều cao vút h4 0.090 Chiều cao cánh h5 0.080 Chiều cao dầm H 2.300 Các ký hiệu bảng 3-6 trình bày hình 3-1 Hình 3-1: Ký hiệu kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh rộng Tương tự, kết cấu dầm I cánh rộng với chiều dài nhịp 24m 33m chọn số liệu kích thước cụ thể sau: Bảng 3-7: Số liệu kích thước dầm WF800 WF1200 Đại lượng Kí hiệu WF800 WF1200 Chiều dài nhịp (m) L 24 33 Cấp bê tông (Mpa) f’c 67.2;74.3;84.5 67.2;74.3;84.5 Tổng số tao cáp 15.2mm ncap 32 38 s 2.5 2.5 Khoảng cách dầm (m) BỀ RỘNG(m) Chiều rộng bầu dầm b1 0.980 0.980 Chiều rộng vút đáy b2 0.413 0.413 Chiều rộng sườn dầm b3 0.155 0.155 Chiều rộng vút b4 0.548 0.548 Chiều rộng cánh b5 1.250 1.250 CHIỀU CAO(m) Chiều cao bầu dầm h1 0.130 0.130 Chiều cao vút đáy h2 0.120 0.120 Chiều cao sườn dầm h3 0.380 0.780 Chiều cao vút h4 0.090 0.090 Chiều cao cánh h5 0.080 0.080 Chiều cao dầm H 0.800 1.200 3.4 Một số nội dung thiết kế chủ yếu Các bảng tính tốn kiểm tốn chi tiết dầm WF2300 với cấp phối C60, C70, C80 trình bày phần phụ lục.Kết tính tốn tổng hợp theo bảng sau: Bảng 3-8: Tổng hợp kết tính tốn dầm WF2300 TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN Đại lượng Ký hiệu WF2300 Chiều dài nhịp (m) L 60 Cấp bê tông (MPa) f’c 67.2 74.3 Hệ số dự trữ sức kháng (sức kháng/yêu cầu) Độ võng 1.59 1.64 Mô men M 1.12 1.14 Lực cắt V 2.89 3.21 84.5 1.71 1.16 3.62 Bảng 3-9: Tổng hợp kết tính tốn dầm WF1200 TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN Đại lượng Ký hiệu WF1200 Chiều dài nhịp (m) L 33 Cấp bê tông (MPa) f’c 67.2 74.3 Hệ số dự trữ sức kháng (sức kháng/yêu cầu) Độ võng 1.46 1.51 Mô men M 1.24 1.25 Lực cắt V 2.34 2.57 84.5 1.56 1.25 2.92 Bảng 3-10: Tổng hợp kết tính tốn dầm WF800 TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN Đại lượng Ký hiệu WF800 Chiều dài nhịp (m) L 24 Cấp bê tông (MPa) f’c 67.2 74.3 Hệ số dự trữ sức kháng (sức kháng/yêu cầu) Độ võng 1.22 1.25 Mô men M 1.27 1.28 Lực cắt V 1.85 2.04 84.5 1.3 1.29 2.31 Kết kiểm toán cho thấy giá trị nội lực, ứng suất biến dạng dầm WF2300, WF1200 WF800 sử dụng bê tông cường độ cao giới hạn cho phép Trường hợp sử dụng bê tông cường độ 50MPa, thiết kế điển hình trước với loại hình dầm I cánh rộng đề xuất sử dụng dầm WF1300 cho nhịp 33m WF900 cho nhịp 24m Đề tài thử nghiệm tính tốn kiểm toán dầm WF800 WF1200 để xem xét khả đáp ứng giảm chiều cao dầm, kết tính tốn kiểm tốn cho thấy sử dụng bê tơng cường độ 50MPa, kiểm toán ứng suất độ võng dầm khơng đạt u cầu, thế, việc chiết giảm chiều cao dầm thực sử dụng bê tông cường độ cao Tương tự vậy, nhịp 60m sử dụng bê tông cấp 50MPa, chiều cao dầm I cánh rộng tối thiểu phải 2450mm đảm bảo yêu cầu kiểm tốn ứng suất Từ kết trên, nhận thấy sử dụng bê tông cường độ cao với cấp phối C60, C70, C80, mặt cắt điển hình dầm I cánh rộng giảm chiều cao vượt nhịp 60m, 33m, 24m tương ứng 150mm, 100mm 100mm so với sử dụng bê tông cường độ thông thường cấp 50MPa CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT KẾT CẤU NHỊP CẦU DÙNG DẦM I CÁNH RỘNG VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO SO VỚI CÁC KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC THÔNG THƯỜNG HIỆN NAY 4.1 Khái qt Đối với cơng trình cầu có chiều dài nhịp đến 60m, loại hình dầm bê tông dự ứng lực nhịp giản đơn phổ biến khơng có thiết kế tương xứng, ngoại trừ loại hình dầm hộp vốn khơng hiệu kinh tế kỹ thuật so với dầm định hình Do đó, loại hình dầm I cánh rộng dùng bê tơng cường độ cao có ưu rõ ràng phân khúc chiều dài nhịp 60m Việc so sánh đánh giá nội dung chương tập trung đánh giá khả ứng dụng dầm I cánh rộng sử dụng cấp phối bê tông cường độ cao C60, C70, C80 so với số loại hình dầm định hình thơng thường với chiều dài nhịp 24m 33m chiều dài nhịp thường sử dụng dự án xây dựng giao thông đô thị khu vực Đông Nam Bộ 4.2 Các phương án so sánh Việc thực so sánh đánh giá tiêu kinh tế -kỹ thuật trình bày thơng qua trường hợp nghiên cứu sau: Trường hợp 1: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 24m Kết cấu nhịp dầm bê tông cốt thép dự ứng lực dạng dầm điển hình sử dụng phổ biến với dầm nhịp nhỏ (12m, 15m, 18m, 21m 24m) Ưu loại hình dầm rỗng có chiều cao dầm thấp, giúp giảm chiều cao tổng cộng kết cấu nhịp, đáp ứng tốt vấn đề tĩnh không cầu cầu vượt đô thị, giúp giảm chiều dài vuốt nối đường vào cầu dẫn đến giảm chi phí dự án Trong so sánh này, đề tài sử dụng số liệu cầu dầm bê tông dự ứng lực có nhịp dài 24m Dầm chủ dạng dầm điển hình có kht lỗ rỗng có chiều cao dầm 950mm Dầm WF800 trình bày chương sử dụng để so sánh với nhịp dầm 24m Theo kết tính tốn mặt cắt ngang cầu sử dụng 05 dầm chủ với khoảng cách 2,5m Trường hợp 2: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 33m Kết cấu nhịp dầm chữ I bê tông dự ứng lực nhịp 33m dạng dầm điển hình sử dụng phổ biến nhiều dự án giao thông năm gần khu vực Đông Nam Bộ So sánh sử dụng mặt cắt ngang cầu rộng 12m, khoảng cách dầm 2,4m, tương ứng với khoảng cách dầm chủ rộng áp dụng Việt Nam cho dầm I 33m Để so sánh với dầm I33m, sử dụng phương án dầm I cánh rộng với dầm chủ WF1200, khoảng cách dầm chủ 2,5m trình bày chương 4.3 Phân tích so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật Khả dự trữ sức kháng phương án trường hợp trình bày theo bảng sau: Bảng 4-1: So sánh dự trữ sức kháng trường hợp Các phương án so sánh trường hợp Dầm nhịp 24m Dầm WF800 Hạng mục M/C M/C M/C gối M/C gối nhịp nhịp Mr / Mu 1.664 1.29 Vr / Vu Độ võng 2.25 - 3.20 1.98 2.31 - 2.47 1.3 Với kết trên, thiết kế điển hình dầm I cánh rộng có độ dự trữ mô men, lực cắt độ võng hoạt tải thấp so với dầm rỗng truyền thống đảm bảo yêu cầu chịu lực Kết hệ tất yếu việc chiết giảm chiều cao dầm I cánh rộng, 800mm, so với 950mm dầm rỗng vượt chiều dài nhịp So sánh sức kháng phương án trường hợp trình bày theo bảng sau: Bảng 4-2: So sánh dự trữ sức kháng trường hợp Các phương án so sánh trường hợp Dầm I nhịp 33m Dầm WF1200 Hạng mục M/C M/C M/C gối M/C gối nhịp nhịp Mr / Mu 1.7 1.25 Vr / Vu 3.29 4.11 2.92 2.95 Độ võng 2.07 1.56 Với kết trên, thiết kế điển hình dầm I cánh rộng có độ dự trữ mô men, lực cắt độ võng hoạt tải thấp so với loại dầm truyền thống đảm bảo yêu cầu chịu lực Kết hệ tất yếu việc chiết giảm chiều cao dầm I cánh rộng Để đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật, xem xét khối lượng vật liệu sử dụng phương án so sánh Kết tính tốn so sánh trường hợp thể bảng sau: Bảng 4-3: Tổng hợp kết tính tốn so sánh nhịp 24m Loại dầm Dầm (12 dầm) Dầm WF800 Khối lượng BT (m3) dầm nhịp KL cáp DƯL (kg) dầm nhịp KL thép thường (kg) dầm nhịp 15.26 183.12 759.81 9117.72 1994.83 23937.98 10.75 53.76 845.57 4227.84 2216.96 11084.8 (5 dầm) So sánh 29.4% 46.37% 46.31% Kết tính tốn so sánh trường hợp thể bảng sau: Bảng 4-4: Tổng hợp kết tính tốn so sánh nhịp 33m Loại dầm Dầm I (5 dầm) Dầm WF1200 (5 dầm) So sánh Khối lượng BT (m3) dầm nhịp KL cáp DƯL (kg) dầm nhịp KL thép thường (kg) dầm nhịp 23.73 118.65 1625.83 8129.15 3816.17 19080.85 17.09 85.47 1380.65 6903.27 3418.04 17090.22 72% 72% 84.9% 84.9% 89.6% 89.6% Với kết so sánh trên, thấy chiều dài nhịp thơng thường, dầm I cánh rộng có ưu trọng lượng kết cấu nhịp so với loại hình dầm truyền thống, giảm tải trọng lên hệ thống mố trụ móng cơng trình cầu Đánh giá lợi ích khác sử dụng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao Ở trường hợp 2, chiều cao dầm chủ dầm I cánh rộng 1200mm thấp 450mm so với chiều cao dầm I truyền thống Điều giúp ích cho cơng trình cần vượt tĩnh khơng thị, loại hình cầu vượt nút giao thông Giảm chiều cao giúp giảm chiều dài vuốt nối đường vào cầu dẫn đến giảm diện tích giải phóng mặt bằng, vốn cơng tác khó khăn tốn nhiều chi phí đô thị lớn khu vực Đông Nam Bộ Trong trường hợp 1, việc giảm chiều cao dầm chủ, số lượng phiến dầm I cánh rộng sử dụng dầm so với 12 phiến dầm rỗng Điều việc giúp giảm lượng vật tư sử dụng cịn giúp giảm chi phí vận chuyển lao lắp dầm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận án tập trung nghiên cứu có số đóng góp sau: - Nghiên cứu khẳng định cần thiết ứng dụng bê tông cường độ cao cho kết cấu dầm cầu dự ứng lực đúc sẵn xây dựng cơng trình giao thơng vùng Đông Nam Bộ - Thiết kế cấp phối bê tơng C60, C70, C80 có độ sụt cao sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ, với cốt liệu thô sử dụng đá dăm Phú Mỹ - Bà Rịa cốt liệu mịn phối trộn cát sông cát nghiền với tỉ lệ 60/40, phù hợp cho sản xuất dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với quy mô công nghiệp - Đối với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu vùng Đông Nam Bộ, nghiên cứu đưa cách xác định số tiêu lý để phục vụ cho công tác thiết kế kết cấu dầm cầu bê tông dự ứng lực đúc sẵn sử dụng cấp phối sau: Mơ đun đàn hồi: Ec 3.385 105 w c2.55 (f'c )0.285 (Mpa) Cường độ chịu kéo uốn: f r 0,83 f 'c (Mpa) j ' Cường độ theo ngày tuổi: f cj' fc28 0,84 0,97 j Hệ số quy đổi ứng suất khối: α1 = 0.804; 1 = 0.673 - Đã đề xuất thơng số kích thước mặt cắt phù hợp kết cấu dầm I cánh rộng sử dụng bê tông cường độ cao với chiều dài nhịp 24m, 33m, 60m - Khẳng định tính hiệu việc dùng dầm I cánh rộng với bê tơng cường độ cao so với loại hình dầm truyền thống sử dụng bê tông thông thường khu vực Đông Nam Bộ: Giảm chiều cao dầm từ 150mm đến 450mm Giảm khối lượng vật liệu từ 10% đến 50% Kiến nghị Để hoàn thiện việc ứng dụng vào chế tạo kết cấu dầm bê tông dự ứng lực với bê tông cường độ cao quy mơ cơng nghiệp, cần có thêm nghiên cứu mang tính dài hạn độ bền, từ biến nghiên cứu đảm bảo khả sản xuất hàng loại đảm bào chất lượng chế độ bảo dưỡng kết cấu trình chế tạo Nghiên cứu phát triển số loại hình dầm khác sử dụng bê tơng cường độ cao Mặt khác, đưa vào chế tạo thử nghiệm dầm với kích thước thực thực nghiệm đánh giá mơ hình dầm thực tế DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ “Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất công thức xác định mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đơng Nam Bộ”, Tạp chí Giao thơng vận tải, tháng 01/2021 “Nghiên cứu thực nghiệm xác định đường cong ứng suất - biến dạng bê tông cường độ cao từ 60mpa đến 80mpa sử dụng vật liệu khu vực Đơng Nam Bộ”, Tạp chí Giao thơng vận tải, tháng 03/2021 ... Phản biện 3: ……………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp Trường Đại học Giao thông Vận hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Trường Đại học... dầm rỗng vượt chiều dài nhịp So sánh sức kháng phương án trường hợp trình bày theo bảng sau: Bảng 4-2: So sánh dự trữ sức kháng trường hợp Các phương án so sánh trường hợp Dầm I nhịp 33m Dầm... dài nhịp 24m 33m chiều dài nhịp thường sử dụng dự án xây dựng giao thông đô thị khu vực Đông Nam Bộ 4.2 Các phương án so sánh Việc thực so sánh đánh giá tiêu kinh tế -kỹ thuật trình bày thông qua
