Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mảnh của trụ thân đôi đến sự phân bố nội lực trong kết cấu cầu khung nhiều nhịp

I H C QU C GIA TP HCM TR NG I H C BÁCH KHOA - PH M TH HÙNG NGHIÊN C U NH H THÂN ÔI NS NG C A PHÂN B M NH C A TR N I L C TRONG K T C U C U KHUNG NHI U NH P STUDY ON THE EFFECT OF SLENDERNESS OF THE TWIN LEAF PIERS ON INTERNAL FORCE DISTRIBUTE IN MULTI-SPAN FRAME BRIDGE STRUCTURES Chuyên ngành: K thu t xây d ng Cơng trình giao thơng Mã s : 8580205 LU N V N TH C S TP H CHÍ MINH, tháng n m 2022 CƠNG TRÌNH TR Cán b h NG C HOÀN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA - HQG - HCM ng d n khoa h c: TS Lê Bá Khánh Cán b ch m nh n xét 1: PGS.TS Lê Anh Th ng Cán b ch m nh n xét 2: PGS.TS Nguy n M nh Tu n Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr ng i h c Bách Khoa, HQG Tp HCM ngày 20 tháng n m 2022 Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m: TS Lê V n Phúc Ch t ch h i đ ng PGS.TS Lê Anh Th ng CB Ph n bi n PGS.TS Nguy n M nh Tu n CB Ph n bi n TS Lê Bá Khánh TS y viên h i đ ng Thành Chung Th ký h i đ ng Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá LV Tr ngành sau lu n v n đ CH T CH H I TS Lê V n Phúc NG ng Khoa qu n lý chuyên c s a ch a (n u có) TR NG KHOA K THU T XÂY D NG –i– I H C QU C GIA TP.HCM TR NG C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM I H C BÁCH KHOA c l p - T - H nh phúc NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: Ph m Th Hùng MSHV: 2070193 Ngày, tháng, n m sinh: 18/06/1986 N i sinh: Bình Thu n Chuyên ngành: K thu t Xây d ng Cơng trình Giao thơng Mã s : 8580205 I TÊN TÀI: NGHIÊN C U NH H NG C A M NH C A TR THÂN ÔI NS PHÂN B N I L C TRONG K T C U C U KHUNG NHI U NH P STUDY ON THE EFFECT OF SLENDERNESS OF THE TWIN LEAF PIERS ON INTERNAL FORCE DISTRIBUTE IN MULTI-SPAN FRAME BRIDGE STRUCTURES II NHI M V VÀ N I DUNG: Nghiên c u t ng quan v c u có tr thân đơi c u khung (3 nh p) Xây d ng mơ hình ph n t h u h n cho k t c u tr thân đôi k t c u tr thân đ n Phân tích s nh h ng thông qua b tham s nh đ m nh III NGÀY GIAO NHI M V : 14/02/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 06/06/2022 V CÁN B H CÁN B NG D N: TS Lê Bá Khánh H NG D N TS Lê Bá Khánh TR Tp HCM, ngày 14 tháng 02 n m 2022 CH NHI M B MÔN ÀO T O PGS.TS Nguy n M nh Tu n NG KHOA K THU T XÂY D NG – ii – L IC M N hoàn thành Lu n v n này, đ u tiên tơi xin có l i c m n chân tình sâu s c nh t g i đ n Th y Lê Bá Khánh, ng i h ng d n lu n v n cho tôi, ng i ch b o t n tâm nh ng ki n th c quý giá, kiên nh n đ ng viên, khai sáng cho nhi u u su t trình làm lu n v n, c ng nh th i gian h c cao h c, xin trân tr ng c m n Th y r t nhi u Bên c nh đó, c ng xin g i l i c m n đ n tồn th q Th y, Cơ b môn C u- ng tr ng i h c Bách Khoa thành ph H Chí Minh truy n d y cho nh ng h c, ki n th c, kinh nghi m vô quý báo b ích Cu i cùng, xin cám n đ n nh ng ng i thân gia đình tơi Xin trân tr ng c m n t t c ! Tác gi Ph m Th Hùng – iii – TÓM T T LU N V N Lu n v n t p trung nghiên c u ng d ng ph n m m Midas, s d ng ph ng pháp ph n t h u h n đ mô ph ng k t c u m i tr c u tr thân đôi tr thân đ n thông th ng, nh m nghiên c u nh h ng c a đ m nh c a tr thân đôi đ n s phân b n i l c k t c u c u khung nhi u nh p, đ ng th i so sánh l i ích gi a hai d ng tr thân đôi thân đ n T đó, thơng qua d li u n i l c xu t ra, thu đ c nh ng k t lu n có đ c s li u c m t nhìn t ng quan, n n t ng h th ng hóa đ nghiên c u c th nh m ng d ng t t h n vào công tác xây d ng c u ABSTRACT This thesis focuses on researching and applying Midas software, using finite element method to simulate new structure of twin leaf piers and ordinary single-body piers, in order to research effects of the slenderness of the twin leaf piers on internal force distribute in multi-span frame bridge structures, and compare the benefits between two types of twin leaf pier and ordinary single-body pier This way, through the output internal force data, conclusions and overview are obtained, on the basis of systematizing specific researching data in order to apply in the better way to the bridge construction work – iv – L I CAM OAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên c u khoa h c đ c l p c a Các s li u lu n v n trung th c có ngu n g c rõ ràng Các k t qu c a lu n v n ch a t ng đ c công b b t c cơng trình khoa h c Tác gi hồn tồn ch u trách nhi m v tính xác th c nguyên b n c a lu n v n Tác gi Ph m Th Hùng –v– M CL C NHI M V LU N V N TH C S i L I C M N ii TÓM T T LU N V N iii L I CAM OAN iv M C L C v DANH M C CÁC HÌNH viii M U .1 CH NG 1: T NG QUAN V L NH V C NGHIÊN C U 1.1 T ng quan nghiên c u v tr thân đôi 1.1.1 Tình hình nghiên c u th gi i 1.1.2 Tình hình nghiên c u n Nghiên c u ng d ng tr c u thân đôi c u Hàm luông Nghiên c u ng d ng tr c u thân đôi c u Pá Uôn Nghiên c u ng d ng tr c u thân đơi c u Móng S n 1.2 Nh n xét c a ch CH c ng NG 2: C S LÝ THUY T THI T K C T .10 2.1 C t ch u nén u n 10 2.1.1 T ng thích bi n d ng đ ng cong t ng tác: 10 2.1.2 Phá ho i cân b ng: .13 2.1.3 Quy trình thi t k c t ch u nén l ch tâm: 14 2.2 C t ch u nén l ch tâm theo hai ph ng .15 2.3 C t m nh .16 2.3.1 m nh nh h ng c a đ m nh đ n đ b n: 16 2.3.2 Tiêu chu n b qua nh h 2.3.3 Ph ng c a đ m nh: 17 ng pháp khu ch đ i mô men: 17 2.4 Nh n xét c a ch ng 20 – vi – CH NG 3: NH H NG C A M NH C A TR THÂN ÔI NS PHÂN B N I L C 21 3.1 Gi i thi u v c u ơng Bình .21 3.2 Thi t k s b ph ng án c s cho tr thân đôi 24 3.2.1 D li u đ u vào toán thi t k .24 3.2.2 Tóm t t m t s k t qu thi t k 25 3.3 Mơ hình ph n t h u h n 32 3.3.1 Mơ hình hình h c 32 3.3.2 Thông s v t li u .33 3.3.3 T i tr ng 33 3.4 Phân tích tham s 34 3.4.1 Các tr ng h p phân tích 34 3.4.2 Bi u đ n i l c tr ng h p phân tích 37 Bi u đ My 37 Bi u đ Fz 43 Bi u đ Fx 49 Bi u đ Mx 55 Bi u đ Mz 55 Bi u đ Fy 56 3.4.3 T ng h p k t qu phân tích .57 Khi đ t xe t i thi t k Trk 57 Khi đ t t i BR 61 Khi đ t t i HL93 (Chi u cao KCN không đ i) 64 Khi đ t t i ngang ph 3.5 Nh n xét c a ch ng Oy 65 ng 66 K T LU N VÀ KI N NGH 67 TÀI LI U THAM KH O 69 – vii – DANH M C CÁC B NG B ng 1-1 Các d ng k t c u tr đ c đ xu t nghiên c u [6] B ng 1-2 L a ch n k t c u thân tr c a c u Pá Uôn [7] .6 B ng 1-3 S li u kích th B ng 3-1 Tr c tr c u - s l ng gi ng ngang c u Pá Uôn [7] ng h p phân tích 35 B ng 3-2: Chuy n đ i t dày tr sang đ m nh t ng ng 57 B ng 3-3: T ng h p s li u ch u t i Trk (Chi u cao KCN thay đ i) 57 B ng 3-4: T ng h p s li u ch u t i Trk (Chi u cao KCN không đ i) 59 B ng 3-5: T ng h p s li u ch u t i BR (Chi u cao KCN thay đ i) 61 B ng 3-6: T ng h p s li u ch u t i BR (Chi u cao KCN không đ i) .62 B ng 3-7: T ng h p s li u ch u t i HL93 (Chi u cao KCN không đ i) 64 B ng 3-8: T ng h p s li u ch u t i ph ng ngang Oy 65 – viii – DANH M C CÁC HÌNH Hình 1.1: C u G2, Hy L p (01/2005) [2] Hình 1.2: C u Hàm Lng v i nh p 150 m [6] Hình 1.3: C u Pá n có tr c u cao xây d ng [8] Hình 1.4: C u Pá Uôn n c dâng [9] Hình 1.5: Tr c u Móng S n, cao t c N i Bài - Lào Cai [10] .9 Hình 2.1 C t ch u nén l ch tâm: ng su t – bi n d ng [11] 10 Hình 2.2 ng cong t ng tác Pn - Mn [11] 12 Hình 2.3 Cm đ i v i c t m nh h khung gi ng 18 Hình 3.1 V trí c u ơng Bình (c u Trà ơn) .21 Hình 3.2 M t c t d c c u b trí đ t d m h p .22 Hình 3.3 M t s m t c t c a c u .23 Hình 3.4 Mơ hình thi t k 24 Hình 3.5 Bi u đ n i l c TTGH C 1; (a) My, (b) Fz, (c) Fx 25 Hình 3.6 Bi u đ n i l c TTGH SD ; (a) My, (b) Fz, (c) Fx 26 Hình 3.7: B trí thép m t c t đ nh tr .30 Hình 3.8: Mơ hình c u tr thân đ n thân đôi .32 Hình 3.9: Ký hi u v trí m t c t kh o sát .36 Hình 3.10: T ng quan n i l c - đ m nh_t i Trk (Chi u cao KCN thay đ i) 58 Hình 3.11: T ng quan n i l c - đ m nh_t i Trk (Chi u cao KCN không đ i) 59 Hình 3.12: T ng quan n i l c - đ m nh_t i Trk 60 Hình 3.13: T ng quan n i l c - đ m nh_t i BR (Chi u cao KCN thay đ i) 61 Hình 3.14: T ng quan n i l c - đ m nh_t i BR (Chi u cao KCN không đ i) .62 Hình 3.15: T ng quan n i l c - đ m nh_t i BR 63 Hình 3.16: T ng quan n i l c - đ m nh_t i HL93 (Chi u cao KCN khơng đ i) 64 Hình 3.17: T ng quan n i l c - đ m nh_t i ph ng ngang Oy .65 – 57 – 3.4.3 T ng h p k t qu phân tích Khi đ t xe t i thi t k Trk B ng 3-2: Chuy n đ i t dày tr sang đ m nh t ng ng t (m) 3.0 1.5 1.0 0.7 0.5 I (m4) 14.63 1.83 0.54 0.19 0.07 A (m2) 19.50 9.75 6.50 4.55 3.25 r 0.87 0.43 0.29 0.20 0.14  16.49 32.98 49.47 70.67 98.93 K lu = b = 1.2 11.9 6.5 r = (m) (m) (m) m nh:  = K*lu/r *Tr ng h p t i Trk (Chi u cao KCN thay đ i) B ng 3-3: T ng h p s li u ch u t i Trk (Chi u cao KCN thay đ i) – 58 – Hình 3.10: T ng quan n i l c - đ m nh_t i Trk (Chi u cao KCN thay đ i) – 59 – *Tr ng h p t i Trk (Chi u cao KCN không đ i) B ng 3-4: T ng h p s li u ch u t i Trk (Chi u cao KCN không đ i) Hình 3.11: T ng quan n i l c - đ m nh_t i Trk (Chi u cao KCN khơng đ i) – 60 – Hình 3.12: T ng quan n i l c - đ m nh_t i Trk – 61 – Khi đ t t i BR *Tr ng h p t i BR (Chi u cao KCN thay đ i) B ng 3-5: T ng h p s li u ch u t i BR (Chi u cao KCN thay đ i) Hình 3.13: T ng quan n i l c - đ m nh_t i BR (Chi u cao KCN thay đ i) – 62 – *Tr ng h p t i BR (Chi u cao KCN không đ i) B ng 3-6: T ng h p s li u ch u t i BR (Chi u cao KCN không đ i) Hình 3.14: T ng quan n i l c - đ m nh_t i BR (Chi u cao KCN không đ i) – 63 – Hình 3.15: T ng quan n i l c - đ m nh_t i BR – 64 – Khi đ t t i HL93 (Chi u cao KCN không đ i) B ng 3-7: T ng h p s li u ch u t i HL93 (Chi u cao KCN không đ i) Hình 3.16: T ng quan n i l c - đ m nh_t i HL93 (Chi u cao KCN không đ i) – 65 – Khi đ t t i ngang ph ng Oy B ng 3-8: T ng h p s li u ch u t i ph Hình 3.17: T ng ngang Oy ng quan n i l c - đ m nh_t i ph ng ngang Oy – 66 – 3.5 Nh n xét c a ch ng T b ng t ng h p bi u đ quan h có th nh n th y: - Khi chuy n t tr thân đ n sang thân đôi:  T i m t c t 2-2 (sát tr KCN): Mô men My không thay đ i nhi u ch nh m t ít, (Fx gi m nhi u nh ng Fz l i t ng đ i v i tr ng h p t i Trk, cịn t i BR Fx Fz đ u gi m nh ), v i t i ngang theo ph ng Oy ch có Mx t ng cịn l i khơng đ i  T i m t c t 3-3 (gi a KCN): Mô men My Fz h u nh không thay đ i, Fx gi m nhi u, v i t i ngang theo ph ng Oy h u nh không đ i  T i m t c t 1-1 (trên tr ): Mô men My gi m m nh, Fz c ng gi m nhi u nh ng Fx l i t ng h i m nh, v i t i ngang theo ph ng Oy h u nh n i l c đ u gi m  T i m t c t 4-4 cho tr ng h p t i HL93 (1/3 nh p ngoài): N i l c h u nh không thay đ i nhi u, v i t i ngang theo ph ng Oy h u nh khơng đ i - Khi t ng đ m nh (t c chi u dày thành t ng tr thân đôi t2 gi m):  T i m t c t 2-2 (sát tr KCN): N i l c tác d ng s đ ng lo t gi m theo h t  T i m t c t 3-3 (gi a KCN): Mô men My t ng h u nh r t ít, Fz h u nh không thay đ i, Fx gi m nhi u  T i m t c t 1-1 (trên tr ): N i l c tác d ng c ng s đ ng lo t gi m  T i m t c t 4-4 cho tr ng h p t i HL93 (1/3 nh p ngoài): N i l c h u nh không thay đ i nhi u – 67 – K T LU N VÀ KI N NGH K T LU N Qua nh ng phân tích nghiên c u lu n v n, có th rút m t s k t lu n nh sau:  N u ta gi m chi u dày tr thân đôi t c t ng đ m nh t t c n i l c gây k t c u nh p c ng nh tr s đ ng lo t gi m đi, cho ta l i ích v tác d ng l c lên k t c u  V i tr thân đôi, ph m vi giá tr đ m nh bi n thiên t 22 đ n d v iđ b nđ i 100, c ki m soát t t, n i l c gi m d n t ng đ m nh giúp ta có nhi u s l a ch n h n cho kích th c tr thân đơi đ v a phù h p v i u ki n kinh t mà n i l c v n có l i V ph n so sánh tác d ng c a tr thân đôi so v i tr thân đ n, qua phân tích ta có th rút r ng có nhi u l i ích khơng nh s d ng tr thân đơi thay thân đ n, c th nh sau:  Qua bi u đ đ th bi u di n t ng h p ta có th th y n i l c tác d ng lên tr thân đôi đ c chuy n hóa t m t tr sang cho hai tr , đ c bi t mô men k c n u xét cho m t m t c t k t c u nh p hay tr đ u có th th y mơ men đ u gi m, đ c bi t tr mô men gi m m t l ng l n (trung bình kho ng 85%) b t ch p vi c t ng tr l i l c nén d c tr , (trung bình t ng kho ng 70%)  Khi c u ch u t i ngang ph ng ngang c u, n i l c tr t tr thân đ n chuy n sang thân đơi đ ng lo t gi m xu ng, u cho th y tr đôi có n i l c nh h n thân đ n đ i v i nh ng l c tác d ng ph ng ngang c u  Khi xét t i HL93 di đ ng toàn c u, m t c t nh p tr n i l c đ u gi m, n i l c tr có mơ men My l c c t Fz gi m, đ c bi t My gi m r t m nh, l c d c Fx t ng không đáng k , u d n đ n m t k t lu n r ng tr thân đôi có n i l c nh h n tr thân đ n đ c bi t v i t i di đ ng – 68 – Qua đó, có th th y đ c l i ích c a tr thân đôi so v i tr thân đ n v gi i pháp thi t k nh sau: tr thân đơi có n i l c thân tr nh h n tr thân đ n đ c bi t mô men theo ph v i thân tr d ng t c at ng y, d n đ n ta có th tùy bi n thi t k tr thân đôi ng, v i u ki n c n ph i ý ki m soát đ c đ b n ch u l c ng thân tr ó m t nh ng c s có th giúp ích vi c ng d ng ch n l a gi a hai lo i tr trình thi t k c ng nh xây d ng c u KI N NGH Trong trình th c hi n vi c nghiên c u phân tích, ngồi nh ng k t lu n nêu trên, lu n v n nh ng m t c n hi u ch nh nh : Trong khuôn kh lu n v n, h c viên ch m i đ c p đ n vi c phân tích s làm vi c b ng cách s d ng mơ hình ph n t h u h n 3D ch a xét đ n t gi a tr v i nhóm c c đ t n n bên d ng tác ti p xúc i, c ng nh ch a xét đ n nh h ng c a lo i m t c t tr ph c t p khác C n ph i gi i quy t v n đ đ hoàn ch nh nâng cao đ tài – 69 – TÀI LI U THAM KH O [1] D D Matteis et al., Prestressed concrete bridges built using the cantilever method, Sétra, 2007 [2] A Liolios et al., "Design of Twin Leaf Balanced Cantilever Bridges in Greece under Seismic Conditions," IABSE Symposium Report, 01 2005, DOI:10.2749/222137805796270171 [3] A Kuzmanovic, "Preliminary Design of Slender Reinforced Concrete Highway Bridge Pier System," M.A thesis, University of Toronto, Canada, 2014 [4] H Fang and Z Chen, "Method for Determining Longitudinal Stiffness of Combined Double Thin-Walled Pier Based on Train-Track-Bridge Interaction," Advances in Civil Engineering, vol 2020, p 8, 2020 [5] Q Qiming et al., "Seismic performance of railway rounded rectangular hollow tall piers using the shaking table test," Engineering Structures, vol 220, 2020 [6] N T Hà, “C u Hàm Luông - Nh p d m bê tông c t thép d ng l c liên t c đúc h ng cân b ng l n nh t Vi t Nam (L=150m),” Công ty C ph n TVTK C u l n - H m, 2011 [7] Ng X Thình Ng V Thao, "C u Pá Uôn - K l c tr cao nh t Vi t Nam," Công ty C ph n TVTK C u l n - H m, 2011 [8] "vinhhungjsc.com," [Online] Available: https://vinhhungjsc.com/vi/cau-pauon-p93 [Accessed 20 05 2022] [9] Bình L D c, "C u cao nh t ơng Nam Á - soi bóng vào ký c," 31 12 2012 [Online] Available: https://tuoitre.vn/cau-cao-nhat-dong-nam-a soi-bong-vao-ky-uc-527602.htm [Accessed 20 05 2022] [10] N B c, "Ng m c u c n cao nh t Vi t Nam Sa Pa s p hoàn thành," 06 04 2022 [Online] Available: https://thanhnien.vn/ngam-cau-can-cao-nhat-vietnam-o-sa-pa-sap-hoan-thanh-post1445867.html [Accessed 20 05 2022] – 70 – [11] N T Hịa, K t c u bê tơng c t thép theo quy ph m Hoa K , Nhà xu t b n Xây D ng, 2003 – 71 – LÝ L CH TRÍCH NGANG H tên: Ph m Th Hùng Ngày, tháng, n m sinh: 18/06/1986 N i sinh: Bình Thu n a ch liên l c: Xuân An, Phan Thi t, Bình Thu n i n tho i liên l c: 0377090756 Email: thehung180686@gmail.com QUÁ TRÌNH ÀO T O: Th i gian 2004 – 2009 H ct p ih c Tr ng Tr ng đào t o i h c GTVT Tp HCM 2020 – Cao h c Tr ng i h c Bách Khoa Tp HCM ... F-Trk-30-L C u khung – tr thân đ n, t1 = 3.0 m TL-Trk-15-L C u khung – tr thân đôi, t2 = 1.5 m 10 TL-Trk-10-L C u khung – tr thân đôi, t2 = 1.0 m 11 TL-Trk-07-L C u khung – tr thân đôi, t2 = 0.7... F-BR-30-L C u khung – tr thân đ n, t1 = 3.0 m – 36 – 21 TL-BR-15-L C u khung – tr thân đôi, t2 = 1.5 m 22 TL-BR-10-L C u khung – tr thân đôi, t2 = 1.0 m 23 TL-BR-07-L C u khung – tr thân đôi, t2 =... theo – 34 – 3.4 Phân tích tham s 3.4.1 Các tr ng h p phân tích * Lý ch n tr ng h p phân tích:  V i lo i tr : ch n đ i t ng nghiên c u c u khung tr thân đ n c u khung tr thân đôi, nghiên c u thêm