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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2022 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Trần Đức Nhiệm PGS.TS Nguyễn Ngọc Long HÀ NỘI- 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi thực Các số liệu kết trình bày luận án trung thực, chưa công bố tác giả hay cơng trình khác Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2022 Tác giả Võ Vĩnh Bảo LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sỹ thực Trường Đại học Giao thông Vận tải hướng dẫn khoa học GS.TS Trần Đức Nhiệm PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy định hướng khoa học, liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi suốt q trình nghiên cứu, có lúc nghiên cứu sinh cảm tưởng khó tiếp tục nghiên cứu nhờ động viên, khích lệ thầy cộng với nỗ lực không ngừng nghỉ thân, đến luận án hoàn thành Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn nhà khoa học nước, tác giả cơng trình nghiên cứu nghiên cứu sinh sử dụng trích dẫn luận án nguồn tư liệu quý báu, kết liên quan q trình nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Hội đồng Tiến sỹ Trường Đại học Giao thông Vận tải tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hồn thành chương trình nghiên cứu Cuối biết ơn đến gia đình liên tục động viên để trì nghị lực, hy sinh thầm lặng, cảm thông, chia sẻ thời gian, sức khỏe khía cạnh khác sống trình thực luận án Tác giả Võ Vĩnh Bảo i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ 1.1.1 Giới thiệu vùng Đơng Nam Bộ 1.1.2 Tình hình phân bố dân cư mức độ phát triển đô thị khu vực Đơng Nam Bộ 1.1.3 Tình hình giao thơng khu đô thị hữu khu vực 1.1.4 Nhu cầu xây dựng phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ 1.2 Các loại hình kết cấu dầm bê tơng dự ứng lực đúc sẵn ứng dụng phát triển xây dựng cơng trình cầu 11 1.2.1 Hiện trạng kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn sử dụng phổ biến dự án xây dựng cầu Việt Nam vùng Đông Nam Bộ 11 1.2.2 Tình hình ứng dụng xu hướng phát triển kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn giới 13 1.3 Tình hình ứng dụng xu phát triển bê tông cường độ cao (HSC), bê tơng tính cao (HPC) bê tơng siêu tính (UHPC) xây dựng sửa chữa cầu 18 1.3.1 Tình hình ứng dụng bê tơng HSC, HPC UHPC nước ngồi xây dựng giao thông 18 1.3.2 Thực tiễn ứng dụng bê tông cường độ cao cho kết cấu cầu Việt Nam nói chung vùng Đơng Nam Bộ nói riêng 20 1.4 Xác lập chủ đề nghiên cứu để đạt mục tiêu đề tài 22 Kết luận chương 22 ii CHƯƠNG NGHIÊN CỨU 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 24 2.1 Khái quát bê tông cường độ cao 24 2.1.1 Cơ chế tạo thành cường độ bê tông cường độ cao 24 2.1.2 Yêu cầu vật liệu sản xuất bê tông cường độ cao 25 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 27 2.2.1 Đánh giá phù hợp vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ việc chế tạo bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa 27 2.2.2 Thiết kế cấp phối bê tông cường độ từ 60MPa đến 80MPa (HSC) sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ 35 2.3 Nghiên cứu xác định đặc trưng học bê tông với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ 49 2.3.1 Các đặc trưng cần nghiên cứu 49 2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá đề xuất phương trình ước tính số đặc trưng học bê tơng với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ 51 2.4 Đánh giá lực công nghệ chế tạo dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn dùng bê tông cường độ cao để đáp ứng cho dự án xây dựng giao thông đô thị khu vực ĐôngNam Bộ 73 Kết luận chương 75 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 76 3.1 Giới thiệu 76 3.2 Lựa chọn vật liệu cho dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn mặt cầu đổ chỗ 76 3.3 Phân tích lựa chọn dạng kết cấu dầm thơng số kích thước mặt cắt ngang dầm sử dụng bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa 78 3.3.1 Lựa chọn loại hình dầm bê tơng dự ứng lực nhịp giản đơn sử dụng bê tông cường độ cao ứng dụng cho giao thông khu vực Đông Nam Bộ 78 iii 3.3.2 Lựa chọn thơng số kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh rộng sử dụng bê tông cường độ cao 80 3.4 Một số nội dung thiết kế chủ yếu 85 3.4.1 Kết tính tốn kiểm tốn dầm WF2300 sử dụng cấp phối bê tông C60, C70, C80 86 3.4.2 Kết tính tốn kiểm tốn dầm WF1200 sử dụng cấp phối bê tông C60, C70, C80 93 3.4.3 Kết tính tốn kiểm tốn dầm WF800 sử dụng cấp phối bê tông C60, C70, C80 100 3.4.4 Kết tính tốn kiểm tốn dầm I cánh rộng với bê tông cấp 50MPa 106 Kết luận chương 107 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 108 4.1 Khái quát 108 4.2 Các phương án so sánh 108 4.2.1 Trường hợp 1: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 24m 108 4.2.2 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 110 4.3 Phân tích so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật 112 4.3.1 Đánh giá khả dự trữ sức kháng phương án so sánh 112 4.3.2 So sánh khối lượng vật liệu sử dụng phương án 113 4.3.3 Đánh giá lợi ích khác sử dụng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao 114 Kết luận chương 114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 118 Tài liệu tham khảo 119 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Bản đồ vị trí địa lý vùng Đơng Nam Bộ Hình 1-2: Ùn tắc giao thơng ngã tư Linh Xuân - Linh Trung vào cao điểm Hình 1-3: Cầu vượt Hàng Xanh cầu vược ngã tư Thủ Đức 11 Hình 1-4: Dầm I AASHTO kiểu I-IV (trái) kiểu V-VI (phải) 11 Hình 1-5: Tiết diện mẫu dầm Bulb-Tee 14 Hình 1-6: Tiết diện mẫu dầm I cánh rộng 15 Hình 1-7: Tiết diện dầm U-Beam 15 Hình 1-8: Tiết diện dầm Bath-Tub 16 Hình 1-9: Tiết diện dầm UHPC pi-girder FHWA đề xuất 16 Hình 1-10: Cơng trình cầu vượt Louetta, Texas 17 Hình 1-11: Cơng trình cầu San Angelo, Texas 18 Hình 2-1: Đá dăm (Bà Rịa) sử dụng làm cốt liệu chế tạo bê tơng cường độ cao 28 Hình 2-2: Đường cong cấp phối đá dăm Bà Rịa-Vũng Tàu (TCVN 75722:2006) 28 Hình 2-3: Đường cong cấp phối đá dăm Bà Rịa-Vũng Tàu theo ASTM C136 29 Hình 2-4: Đường cong cấp phối cát sơng 31 Hình 2-5: Đường cong cấp phối cát nghiền 32 Hình 2-6: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 50/50 33 Hình 2-7: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 60/40 33 Hình 2-8: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 70/30 34 Hình 2-9: Độ sụt mẫu thử C60-1 41 Hình 2-10: Độ sụt mẫu thử C70-1 44 Hình 2-11: Hình ảnh mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn fr 53 Hình 2-12: Vị trí điểm nứt gãy dầm 54 Hình 2-13: Bộ gá thí nghiệm mơ đun đàn hồi 56 v Hình 2-14: Biểu đồ phân bố ứng suất vùng chịu nén cấu kiện chịu uốn 61 Hình 2-15: Loại strain gauge sử dụng thí nghiệm 62 Hình 2-16: Thiết bị nén mẫu thiết bị thu thập liệu 62 Hình 2-17: Hình ảnh mẫu thí nghiệm trước nén 63 Hình 2-18: Hình ảnh mẫu thí nghiệm sau kết thúc 63 Hình 2-19: Đường cong biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng nén bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đơng Nam Bộ 72 Hình 3-1: Ký hiệu kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh rộng 84 Hình 3-2 Mặt cắt ngang cầu sử dụng tính tốn thiết kế dầm 86 Hình 3-3 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 87 Hình 3-4 Kết kiểm tốn lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 87 Hình 3-5 Kết kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 88 Hình 3-6 Kết kiểm tốn độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 88 Hình 3-7 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 89 Hình 3-8 Kết kiểm toán lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 89 Hình 3-9 Kết kiểm tốn ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 90 Hình 3-10 Kết kiểm toán độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 90 Hình 3-11 Kết kiểm tốn mô men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 91 Hình 3-12 Kết kiểm tốn lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 91 Hình 3-13 Kết kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 92 Hình 3-14 Kết kiểm tốn độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 92 Hình 3-15 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 93 Hình 3-16 Kết kiểm tốn lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 94 Hình 3-17 Kết kiểm tốn ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 95 Hình 3-18 Kết kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 95 Hình 3-19 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 95 vi Hình 3-20 Kết kiểm toán lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 96 Hình 3-21 Kết kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 97 Hình 3-22 Kết kiểm tốn độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 97 Hình 3-23 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 97 Hình 3-24 Kết kiểm tốn lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 98 Hình 3-25 Kết kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 99 Hình 3-26 Kết kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 99 Hình 3-27 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 100 Hình 3-28 Kết kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 100 Hình 3-29 Kết kiểm tốn ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 101 Hình 3-30 Kết kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 101 Hình 3-31 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 102 Hình 3-32 Kết kiểm tốn lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 102 Hình 3-33 Kết kiểm toán ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 103 Hình 3-34 Kết kiểm tốn độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 103 Hình 3-35 Kết kiểm tốn mơ men dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 104 Hình 3-36 Kết kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 104 Hình 3-37 Kết kiểm tốn ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 105 Hình 3-38 Kết kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 105 Hình 4-1 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm 109 Hình 4-2 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm I33 110 109 Trong so sánh này, nghiên cứu sinh 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 Chi tiết mặt cắt ngang hình 4-1 12000 2000 3500 2000 500 950 150 500 3500 500 11x1000=11000 Hình 4-1 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm 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 12,7mm - Cường độ chịu kéo fpu = 1860MPa - Giới hạn chảy fpy = 1674MPa - Mô đun đàn hồi Ep = 197000MPa - Số lượng tao cáp dự ứng lực cho dầm n = 34 + Cốt thép thường: - Giới hạn chảy fy = 250MPa - Mô đun đàn hồi Es = 200000MPa + Bê tông dầm: - Cường độ chịu nén f’c = 40MPa - Trọng lượng thể tích wc = 2400 kg/m3 - Mô đun đàn hồi Ec = 31975MPa - Cường độ bê tông thời điểm tạo dự ứng lực f’ci = 34MPa - Mô đun đàn hồi thời điểm tạo dự ứng lực Eci = 29480MPa 500 110 - Cường độ chịu kéo uốn fr = 3,98MPa Bê tông sử dụng liên kết mặt cầu: - Cường độ chịu nén f’c = 30MPa - Chiều dày lớp bê tông hf = 150mm - Trọng lượng thể tích wc = 2450 kg/m3 - Mô đun đàn hồi Ec 0.0017w c (f'c )0.33 =31349,54MPa - Cường độ chịu kéo uốn f r 0.63 (f'c )0.5 = 3,45MPa 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 4.2.2 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 12000 2000 3500 3500 2000 500 1650 500 1200 4@2400=9600 Hình 4-2 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm I33 Vật liệu sử dụng dầm dự ứng lực: 1200 111 + Cốt thép dự ứng lực: - Loại thép tao độ tự chùng thấp Grade 270 - Đường kính danh định 12,7mm - Cường độ chịu kéo fpu = 1860MPa - Giới hạn chảy fpy = 1674MPa - Mô đun đàn hồi Ep = 197000MPa - Số lượng tao cáp dự ứng lực cho dầm n = 60 + Cốt thép thường: - Giới hạn chảy fy = 250MPa - Mô đun đàn hồi Es = 200000MPa + Bê tông dầm: - Cường độ chịu nén f’c = 40MPa - Trọng lượng thể tích wc = 2400 kg/m3 - Mô đun đàn hồi Ec = 31975MPa - Cường độ bê tông thời điểm tạo dự ứng lực f’ci = 34MPa - Mô đun đàn hồi thời điểm tạo dự ứng lực Eci = 29480MPa - Cường độ chịu kéo uốn fr = 3,98MPa Vật liệu sử dụng mặt cầu: + Cốt thép thường mặt cầu: - Giới hạn chảy fy = 400MPa - Mô đun đàn hồi Es = 200000MPa + Bê tông mặt cầu: - Cường độ chịu nén f’c = 40MPa - Trọng lượng thể tích wc = 2450 kg/m3 - Mơ đun đàn hồi Ec = 31975,35MPa 112 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 4.3.1 Đánh giá khả dự trữ sức kháng phương án so sánh Khả dự trữ sức kháng phương án trường hợp trình bày theo bảng sau: Bảng 4-1: So sánh dự trữ sức kháng phương án dầm trường hợp Các phương án so sánh trường hợp Hạng mục Dầm nhịp 24m Dầm WF800 M/C gối M/C nhịp M/C gối M/C nhịp Mr / Mu - 1.664 - 1.29 Vr / V u 2.25 3.20 2.31 2.47 - 1.98 - 1.3 Độ võng Với kết trên, thiết kế điển hình dầm I cánh rộng có độ dự trữ mơ 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 Khả sức kháng phương án trường hợp trình bày theo bảng sau: Bảng 4-2: So sánh dự trữ sức kháng phương án dầm trường hợp Các phương án so sánh trường hợp Hạng mục Dầm I nhịp 33m Dầm WF1200 M/C gối M/C nhịp M/C gối M/C nhịp Mr / Mu - 1.7 - 1.25 Vr / V u 3.29 4.11 2.92 2.95 - 2.07 - 1.56 Độ võng 113 Với kết trên, thiết kế điển hình dầm I cánh rộng có độ dự trữ mơ 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 4.3.2 So sánh khối lượng vật liệu sử dụng phương án 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 (5 dầm) Khối lượng BT (m3) KL cáp DƯL (kg) dầm nhịp dầm 15.26 183.12 759.81 9117.72 1994.83 23937.98 10.75 53.76 845.57 4227.84 2216.96 11084.8 46.37% 46.31% So sánh 29.4% nhịp KL thép thường (kg) dầm nhịp 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) KL cáp DƯL (kg) KL thép thường (kg) dầm nhịp dầm nhịp 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 thông 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 114 4.3.3 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 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 trình bày cịn giúp giảm chi phí vận chuyển lao lắp dầm Vì vậy, việc ứng dụng dầm I cánh rộng thay loại hình dầm truyền thống mang lại lợi ích lâu dài đầu tư xây dựng cơng trình giao thơng đô thị khu vực Đông Nam Bộ Kết luận chương Với nội dung kết thực trên, đề số kết luận sau: - Kết tính tốn cho thấy khả giảm từ 10% đến 50% trọng lượng toàn kết cấu nhịp sử dụng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao so với loại hình dầm thơng thường Từ giảm tải trọng lên hệ thống mố trụ móng cơng trình - Đối với cơng trình cần chiều cao dầm thấp, trước thường lựa chọn kết cấu dầm rỗng, dầm I cánh rộng giải pháp tốt để lựa chọn - Loại hình dầm I cánh rộng sử dụng bê tông cường độ cao bổ sung, thay hợp lý loại hình kết cấu nhịp thơng thường cơng trình cầu có chiều dài nhịp từ 20m đến 40m 115 - Đối với phân khúc chiều dài nhịp từ 40 đến 60m, dầm I cánh rộng sử dụng bê tơng cường độ cao 60MP80MPa phương án phù hợp để sử dụng thay cho loại hình kết cấu nhịp dấm hộp nhịp giản đơn, vốn không hiệu kinh tế, sử dụng khu vực Đông Nam Bộ 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn này, nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ đặc trưng lý vật liệu để ứng dụng vào thiết kế kết cấu dầm I cánh rộng đúc sẵn phục vụ phát triển giao thông đô thị khu vực Đơng Nam Bộ Trong đó, nghiên cứu tổng quan chương cho thấy số vấn đề bỏ ngỏ đề xuất ứng dụng bê tơng cường độ cao với loại hình tiên tiến vào thiết kế kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn nhịp giản đơn Trên sở đó, nghiên cứu thực nghiệm chương tìm hiểu đặc trưng lý cụ thể vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ đưa vào thiết kế kết cấu dầm dự ứng lực điển hình chương với nhịp 24m, 33m 60m ứng dụng cho cơng trình cầu giao thơng phù hợp với đặc thù khu vực Đông Nam Bộ Kết thiết kế so sánh với số loại hình kết cấu thơng thường ứng dụng rộng rãi dự án khu vực Đông Nam Bộ Trong luận án này, nghiên cứu sinh tập trung nghiên cứu có số đóng góp sau: - Nghiên cứu khẳng định cần thiết áp dụng kết cấu dầm đúc sẵn sử dụng bê tông cường độ cao xây dựng công trình cầu vùng Đơng 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 117 công tác thiết kế kết cấu dầm cầu bê tông dự ứng lực đúc sẵn sử dụng cấp phối sau: Mô đun đàn hồi: Ec 3.385 105 w c 2.55 (f'c )0.285 (Mpa) Cường độ chịu kéo uốn: f r 0,83 f 'c (Mpa) Cường độ theo ngày tuổi: f cj' Hệ số quy đổi ứng suất khối: α1 = 0.804; 1 = 0.673 j ' fc28 0,84 0,97 j - 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 tông cường độ cao so với loại hình dầm truyền thống sử dụng bê tơng thông thường khu vực Đông Nam Bộ: Giảm chiều cao dầm từ 150mm đến 450mm: giúp giảm chiều cao kết cấu nhịp, dễ dàng ứng dụng dự án cầu đô thị Giảm khối lượng vật liệu từ 10% đến 50%: giúp giảm chi phí chế tạo dầm giảm tải trọng lên mố trụ Kiến nghị Để hồn 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 118 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 Đông 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 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông Phạm Duy Anh, Bê tông cường độ cao chất lượng cao, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, 2008 [2] Ngô Văn Minh, Nguyễn Ngọc Long, Trần Mạnh Cường, Phân tích số yếu tố kinh tế kỹ thuật khả áp dụng dầm I cánh rộng cho chiều dài nhịp vừa nhỏ Việt Nam, Tạp chí GTVT số tháng 12 năm 2017, 2017 [3] Quyết định số 943/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ, Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội vùng Đông Nam Bộ đến năm 2020, 2012 [4] TCVN 11823, Tiêu chuẩn thiết kế cầu phần 1÷12, 2017 [5] TCVN 10306, Bê tông cường độ cao-thiết kế thành phần mẫu hình trụ, 2014 [6] TCVN 7572, Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử, 2006 Tiếng Anh [7] ACI committee 318, Building code requirement for structural Concrete (ACI 318-14) and commentary, 2014 [8] ACI committee 363, Report on High-Strength Concrete (ACI 363R-10), 2010 [9] ACI committee 211, Guide for Selecting Proportions for High-Strengh Concrete Using Portland Cement and Other Cimenttitious Materials (ACI 211.4R), 2008 [10] ACI committee 363, Guide to Quality Control and Assurance of HighStrength Concrete (ACI 363.2R-11), 2011 [11] PCA, Design and Control of Concrete Mixtures 15th edition, 2011 120 [12] PCA, Guide Specification for High-Perfomance Concrete for Bridge, 2005 [13] ASTM C618-19, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete, 2019 [14] ASTM C127-88, Standard Test Method for Specific Gravity and Absorption of Coarse Aggregate, 2001 [15] ASTM C78-02, Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple Beam with Third-Point Loading), 2002 [16] ASTM C136-14, Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates, 2014 [17] ASTM 469/469M-10, Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression, 2010 [18] AASHTO executive committee, AASHTO LRFD bridge design specifications, customary US units 2012, 2012 [19] AASHTO executive committee, Standard specification for highway bridges, 17th edition, 2002 [20] CPCI, CPCI design manual 4, 2004 [21] Caltrans, California amendment to the AASHTO LRFD bridge design specifications (2012 sixth edition), 2014 [22] Precast/prestressed Concrete Institute, Bridge design manual, MNL-133-97, 2003 [23] Precast/prestressed Concrete Institute, Bridge design manual, The high performance solution, 1997 [23] Transportation research board, NCHRP report 595, Application of the LRFD Bridge Design Specifications to High-Strength Structural Concrete: Flexure and Compression Provisions, 2007 121 [24] Transportation research board, NCHRP report 579, Application of the LRFD Bridge Design Specifications to High-Strength Structural Concrete:Shear Provisions, 2007 [25] Transportation research board, NCHRP report 603, Transfer, Development, and Splice Length for Strand/Reinforcement in High-Strength Concrete, 2008 [26] Transportation research board, NCHRP report 549, Simplified Shear Design of Structural Concrete Members , 2007 [27] ACI-ASCE committee 445, Recent Approaches to Shear Design of Structural Concrete, ACI 445R-99, 1999 [28] K.H Yang, J.H Mun, M.S Cho, T.H.K Kang, Stress-strain model for various unconfined concretes in compression, ACI Structural Journal, 2014 [29] Robert F Mast, Unified design provision for reinforced and prestressed concrete flexual and compression members, ACI Structural Journal, 1992 [30] F.J Vecchio, M.P Collins, The modified compression-field theory for reinforced concrete elements subjected to shear, ACI structural journal, 1986 [31] A.E Naaman, Muhamed H Harajli, J.K Wight, Analysis of ductility in partially prestressed concrete flexural member, PCI Journal, 1986 [32] B.C Skogman, M.K Tadros, R Grasmick, Flexural strength of prestressed concrete members, PCI Journal, 1988 [33] Stephen J Seguirant, Richard Brice, Bijan Khaleghi, Flexural Strength of Reinforced and Prestressed Concrete T-Beams, PCI Journal, 2005 [34] Ravi K Devalapura, M.K Tadros, Stress-strain modelling of 270 ksi lowrelaxation prestressing strands, PCI Journal, 1992 122 [35] M Menegotto, P.E Pinto, Method of analysis for cyclically loaded R.C plane frames including changes in geometry and non-elastic behavior of element under combined normal force and bending, IABSE report of working commissions, 1973 [36] R.J.G Macgregor, M.E Kreger, J.E Breen, Strength and ductility of threespan externally post-tensioned segmental box girder bridge model, Research project 3-5-85/8-365, 1989 [37] T.H Wee, M.S Shin, M.A Mansur, Stress-strain relationship of highstrength concrete in compression, Journal of materials in civil engineering, 1996 [38] Carreira, D.J., and Chu, K.H., Stress-strain relationship for plain concrete in compression, ACI journal 83(6), 1985 [39] Shaoyun Sun, D.A Kuchma, Shear behavior and capacity of large-scale prestressed high-strength concrete bulb-tee girders, Newmark structural engineering laboratory, report NSEL-002, 2007 [40] Turner-Fairbank Highway Research Center, Optimized Sections for HighStrength concrete Bridge Girders—Effect of Deck Concrete Strength, FHWA-HRT-05-058, 2006 [41] E.L Labib, Y.L Mo, T.T.C Hsu, Shear Cracking of Prestressed Girders with High Strength Concrete, International Journal of Concrete Structures and Materials, 2013 [42] Anand B Zanwar, S.S Jamkar, Study of ACI and DOE Mix Design Methods for High Strength Concrete using Crushed and Uncrushed Aggregate, 2016 [43] K.Lynn Geren, Maher K Tadros, The NU Precast/Prestressed Concrete Bridge I-Girder Series, 1994 [44] Basile G Rabat, Henry G Russell, Optimized Section For Precast Prestressed Bridge Girders, 1982 123 [45] Legeron F., Paultre P., Prediction of The Modulus of Rupture of Concrete, ACI Materials Journal Volume 97 No.2, 2000 [46] Bing L., Park R and Tanaka H., Constitutive Behavior of High-Strength Concrete under Dynamics Loads, ACI Structual Journal Volume 97 No.4, 2000 [47] Richard M Baker, Design of Highway bridge - an LRFD approach - 2nd edition, Wiley, 2007 [48] Michael P Collins, Denis Mitchell, Prestress concrete structures, Response Publication, 1997 [49] Antoine E Naaman, Prestress concrete analysis and design - Fundamentals - Second edition, Techno Press 3000, 2004 [50] Alan H Mattock, Flexural strength of prestressed concrete sections by progammable calculator, PCI journal, 1979 [51] A E Naaman, F M Alkhairi, Stress at ultimate in unbonded post-tensioning tendons: part - proposed methodology, ACI structural journal, 1991 [52] S V T Janaka Pepera, Hiroshi Mushuyoshi, Shear behavior of reinforced high-strength concrete beams, ACI structural journal, 2013 [53] Gongchen Du, Xuekang Tao, Ultimate stress of unbond tendons in partially prestressed concrete beams, PCI journal, 1985 [54] Muhamed H Harajli, A.E Naaman, Evaluation of the ultimate stress in partially prestressed flexural members, PCI journal, 1985 [55] Robert E Loov, A general equation for the steel stressed for bonded prestressed concrete members, PCI journal, 1988 [56] F.T.K Au, J.S Du, Prediction of of ultimate stress in unbonded prestressed tendons, Magazine of concrete research, 2004 ... Các phương án so sánh 108 4.2.1 Trường hợp 1: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 24m 108 4.2.2 Trường hợp 2: so sánh phương án dầm I cánh rộng... rộng với phương án dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 33m 110 4.3 Phân tích so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật 112 4.3.1 Đánh giá khả dự trữ sức kháng phương án so sánh 112 4.3.2 So sánh khối lượng... tính toán dầm WF800 105 Bảng 3-11: Tổng hợp kết tính tốn dầm WF800 WF1200 106 Bảng 4-1: So sánh dự trữ sức kháng phương án dầm trường hợp 112 Bảng 4-2: So sánh dự trữ sức kháng phương án dầm
