T ng quan các nghiên c u v tr thân đôi
Tình hình nghiên c u trên th gi i
Sétra (2003, 2007) đã giới thiệu hướng dẫn về cách thiết kế kết cấu bê tông ngược được xây dựng theo phương pháp đúc hẫng cân bằng Tác giả cũng đã nhấn mạnh một số sự khác nhau giữa trục thân đôi và thân đơn, tuy nhiên vẫn chưa đi vào phân tích chuyên sâu về nội lực và những đặc điểm riêng biệt của chúng.
2 d ng tr này đ làm n i b t s nh h ng khác nhau gi a chúng t s ch u l c tác d ng [1]
Liolios, Antoniou và Konstantinidis (2005) đã giới thiệu một cái nhìn tổng quan về các công trình sử dụng dầm trần đôi Hy Lạp, nêu ra phương án thiết kế, biện pháp thi công và cung cấp một số số liệu về quy mô công trình cũng như vật liệu, nhưng không đi sâu vào phân tích chi tiết của trần đôi.
Kuzmanovic (2014) đã nghiên cứu 22 cầu trên cao và hệ thống trục của chúng, xác định những ảnh hưởng khác nhau của các thông số hình học và vật liệu như bê tông, thép và vật liệu đầm nh Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các phương pháp gần đúng được sử dụng cho mục đích thiết kế sàn bêtông và xem xét kích thước mặt cắt ngang sàn thích hợp cho thép và các vật liệu đầm nh khác nhau, đồng thời tập trung vào nghiên cứu chi tiết về trục thân đôi.
Fang và Chen (2020) đã nghiên cứu phương pháp xác định động lực của nhóm trực tiếp kết hợp giữa trạng thái và trạng thái đôi làm một dữ liệu trên sự tác động của động lực Kết quả nghiên cứu này bao gồm hai phần, cụ thể là trường thông tin có động lực cao (phần dưới) và trường thành phần có động lực thấp (phần trên) Tuy nhiên, bài báo chỉ nêu gọn trong phạm vi của việc chú ý đến trạng thái của động lực và cũng chưa đề cập chi tiết về sự làm việc cũng như phân tích nội lực của trường.
Nghiên cứu của Qi Qiming, Wei Wang, Shao Changjiang, Xiao Zhenghao và He Junming (2020) tập trung vào tác động của đà chân lên trục của đầm sông Trung Quốc, sử dụng cọc cao rỗng (dạng trụ rỗng, một dạng trụ khá giống với trụ thân đôi) Bài báo cung cấp thông tin chi tiết về thiết kế của dạng trụ này, tuy nhiên, đây không phải là dạng đà truyền thống của trụ thân đôi trong phạm vi luận văn này mà chỉ là một dạng đà hàng gần giống.
Tình hình nghiên c u trong n c
Nghiên c u ng d ng tr c u thân đôi c u Hàm luông
Hàm Luông, nhánh chính của sông Mê Kông, dài 70 km và có bề rộng lòng sông biến đổi từ 1.2 đến 1.8 km, nằm trong khu vực dân cư và vườn cây ăn quả.
Chỉ số thuỷ văn và thu lũ của dòng sông được ghi nhận với Hmax-1% đạt 1.76m, Lo là 1038m, và Hmax-5% là 1.67m Khu vực phía trên có đặc điểm địa chất là đất yếu xen kẽ giữa cát bồi, sét dẻo, và tiếp theo là sét cứng, trong khi phía dưới là các lớp cát mịn.
Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật, dự án được thực hiện dựa trên điều kiện tự nhiên của khu vực và các vấn đề liên quan khác Qua nghiên cứu phân tích và so sánh các phương án kết cấu chính, bao gồm: dầm hợp thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng, dàn thép, dây văng; phương án nhịp chính được chọn là kết cấu khung BTCTD đúc hẫng cân bằng, đáp ứng tốt nhất các tiêu chí của dự án và đã được chọn làm phương án nghiên cứu chi tiết.
Các d ng tr c u có th áp d ng cho c u Hàm Luông: Tr hai thân, tr m t thân đ c nh hình v
B ng 1-1 Các d ng k t c u tr đ c đ xu t nghiên c u [6]
Tr d o gi m thi u phát sinh n i l c trong d m và thân tr do t bi n, co ngót, nhi t đ
N i l c do t bi n co ngót, nhi t đ lên tr và d m liên t c l n h n
V t li u Ti t ki m v t li u do chi u cao d m th p, thân tr m nh
Chi u cao d m và kích th c thân tr l n h n
Ki n trúc S có m t c a tr hai thân s góp ph n làm gi m b t m c đ n ng n c a h th ng k t c u ph n trên và d i
K t c u thân đ c làm gi m m c đ thông thoáng
Hình 1.2: C u Hàm Luông v i nh p chính 150 m [6]
Nghiên c u ng d ng tr c u thân đôi c u Pá Uôn
C u Pá Uôn b c qua sông à, thu c đ a bàn huy n Qu nh Nhai, t nh S n La
D án là công trình tr ng đi m tránh ng p giao thông Tây B c khi có thu đi n S n
Dự án là một công trình cầu có chiều cao thân trụ rất lớn, với chiều cao tối đa đạt 89.5m, được thiết kế và thi công trong thời gian ngắn, phù hợp với tiến trình nâng cấp đường bộ tại tỉnh Sơn La Công trình này được khởi công xây dựng vào ngày 28/5/2007 và chính thức thông xe vào năm 2010.
B ng 1-2 L a ch n k t c u thân tr chính c a c u Pá Uôn [7]
Kích th c Thân tr : 2x(250 x 600)cm
Kh n ng làm vi c c ng kháng u n d c c u l n: c ng kháng u n d c c u nh :
N i l c trong thân tr do nhi t đ , đ ng đ t, co ngót, t bi n nh
N i l c trong thân tr do nhi t đ , đ ng đ t, co ngót, t bi n l n
Ki n trúc K t c u thanh m nh, có tính m quan cao
- V i d ng k t c u thân tr 2 nhánh t ng b n BTCT có chi u dài t do l n, c n ph i b trí gi ng ngang nh m đ m b o kh n ng n đ nh c a các nhánh trong quá trình thi công và khai thác [7]
B ng 1-3 S li u kích th c tr c u - s l ng gi ng ngang c u Pá Uôn [7]
Tr chi u cao thân tr , m
Kho ng cách tim 2 t ng, m
Các thân tr chính b ng p trong lòng h , nên vi c b trí D L cho thân tr không có tính kh thi, do đó b trí c t thép th ng [7]
Hình 1.3: C u Pá Uôn có tr c u cao khi xây d ng [8]
Hình 1.4: C u Pá Uôn khi n c dâng [9]
Nghiên c u ng d ng tr c u thân đôi c u Móng S n
Cầu Móng Sến, điểm đầu cuối của đoạn đường quốc lộ 4D, là một trong những cầu khó đi nhất và nguy hiểm nhất khi di chuyển từ TP Lào Cai lên xã Sa Pa Cầu đang gấp rút hoàn thành các hạng mục cuối cùng với thiết kế bằng bê tông cốt thép, bề mặt rộng 14m và 4 làn xe Cầu dài 612m, trong đó nhịp dài nhất là 132m, được thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng Do bắc qua thung lũng cao gần 100m, công trình thường xuyên bị bao phủ bởi mây mù Khởi công từ tháng 2/2020, cầu Móng Sến sẽ trở thành một công trình cao nhất Việt Nam, mang ý nghĩa quan trọng trong xây dựng tuyến đường kết nối cao tốc Nội Bài – Lào Cai đến khu du lịch quốc gia Sa Pa, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Lào Cai và khu vực Tây Bắc.
Hình 1.5: Tr c u Móng S n, cao t c N i Bài - Lào Cai [10].
Nh n xét c a ch ng
Nghiên cứu về kết cấu trụ thân đôi vẫn còn hạn chế và chưa có tiêu chuẩn cụ thể nào tại Việt Nam cho việc thiết kế và thi công Mặc dù trong những năm gần đây, loại kết cấu này đang được áp dụng nhiều hơn cho các công trình đặc thù, nhưng vẫn thiếu thông tin rõ ràng về đặc điểm và ứng dụng của nó Do đó, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu chi tiết hơn về khả năng chịu lực của kết cấu trụ thân đôi, so sánh với kết cấu trụ thân đơn để từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý và hiệu quả.
CH NG 2: C S LÝ THUY T THI T K C T
C t ch u nén và u n
T ng thích bi n d ng và đ ng cong t ng tác
Hình 2.1 C t ch u nén l ch tâm: ng su t – bi n d ng [11]
Giới thiệu về việc tính toán kết cấu chịu nén lệch tâm, bài viết nêu rõ rằng biến dạng của các thép là s và ’s, trong khi biến dạng giới hạn của bê tông vùng nén là u Đặc biệt, sức chịu tải của bê tông vùng nén được biểu diễn bằng 0.85f’c, và chiều cao của vùng bê tông chịu nén được xác định bằng a = 1c.
Sau đây là hai ph ng trình c b n đ i v i c t ti t di n ch nh t ch u nén l ch tâm Ph ng trình cân b ng l c (hình 2.1) đ c vi t nh sau:
Ph ng trình cân b ng mô men so v i tr c c t:
Với công thức e = Mu/Pu, ta có thể xác định mối quan hệ giữa mô men uốn (Mu) và lực cắt (Pu) Các thành phần fs, f’s và a có thể được biểu diễn thông qua thành phần n s c, tương ứng với khoảng cách trục trung hòa Mối quan hệ hình học trong biểu đồ biên dạng cho phép xác định chính xác các giá trị này, đặc biệt khi ε = 0.003 Từ hai phương trình đã cho, chúng ta có thể xác định được hai giá trị n s Pn và c Trong thực tế, cần phải điều chỉnh các giá trị fs, f’s để đạt được fy, nhằm đảm bảo tính chính xác trong thiết kế kết cấu thép.
Tuy nhiên trong th c hành, ng i ta th ng xây d ng đ ng cong t ng tác đ b n đ xác đ nh l c d c và mô men phá ho i đ i v i c t cho tr c, trong đó đ l ch tâm thay đ i t 0 đ n ∞
Hình 2.2 ng cong t ng tác Pn - Mn [11]
Trên đ ng cong t ng tác Pn - Mn, đ ng tia th hi n đ l ch tâm e = Mn/Pn
Trục đứng Pn thể hiện khối nén trung tâm Po (với e = 0) được tính theo công thức Pn = 0.85f’c (Ag-Ast) + Astfy Mô men uốn Mo (là giá trị trước khi bị ngã) là trọng tâm ứng suất nén trong bê tông Trọng tâm này là nơi xảy ra hiện tượng phá hoại bê tông vùng nén, và trọng tâm cũng là nơi xảy ra hiện tượng phá hoại do cốt thép chịu kéo Đối với tác động đã cho, ứng suất tác động là tổng hợp của các điểm được xây dựng bằng cách sau:
(a) Tính toán cb v trí phá ho i cân b ng;
(b) Ch n giá tr c t Po (e = 0) đ n Pn = 0: mi n phá ho i kéo khi c < cb
(đ l ch tâm l n) và mi n phá ho i nén khi c > cb (đ l ch tâm nh );
(c) V i m i giá tr c đã ch n, bi n d ng và ng su t trong c t thép, h p l c trong bê tông vùng nén đ c tính toán nh sau:
Chi u cao vùng bê tông ch u nén: a = 1c và a ≤ h
H p l c trong kh i bê tông ch u nén:
(d) L c d c Pn và mô men Mn theo giá tr c đã ch n trên đ c tính toán theo các bi u th c (2.3) và (2.4)
Giá trị Pn và Mn được tính toán để xác định một điểm trên đường cong tác động Pn – Mn Các tính toán này được thực hiện lặp đi lặp lại trong quá trình xây dựng đường cong tác động Pn – Mn nhằm xác định độ bền giới hạn của các tấm Quá trình này được thực hiện trên máy tính với các chương trình hỗ trợ Các cấp lực và mô men ngoại lực cần nằm trong đường cong sẽ được kiểm tra chặt chẽ.
Phá ho i cân b ng
Ng công t ng tác được chia thành hai miền phá hoại: miền phá hoại nén và miền phá hoại kéo Ranh giới giữa hai miền này được xác định bởi tia ngang với đỉnh tâm eb Tại đó, lực dọc là Pb và mô men uốn được xác định.
Mô hình tác động của bê tông vùng nén trong cột thép chịu kéo là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu Theo tiêu chuẩn ACI 318, hiện tượng "phá hoại cân bằng" cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn cho công trình Việc hiểu rõ các đặc điểm của bê tông và thép trong vùng nén sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của kết cấu.
T i đi m phá ho i cân b ng (ranh gi i phá ho i nén và phá ho i kéo), các thông s tính toán đ c xác đ nh nh sau:
Các bi u th c t (2.5) đ n (2.10) đ c s d ng đ tìm ng su t trong c t thép và h p l c trong vùng bê tông ch u nén Sau đó, t các bi u th c (2.3) và (2.4), có th xác đ nh đ c Pb và Mb.
Quy trình thi t k c t ch u nén l ch tâm
Trong thực hành thiết kế, một số sản phẩm của Hoa K đã thiết lập các đường cong tác dụng để tính toán cắt tỉa chính xác với vật liệu đặc thù và các thông số tính toán cho trục Tuy nhiên, các mẫu đường cong này không bao trùm hết tất cả các trường hợp cần tính toán và thiết kế trong thực tế Hơn nữa, các thông số tính toán đều chỉ định tìm các thông số tính toán theo các đường cong mẫu được biểu hiện qua đạn và tính toán của Hoa K (Mỹ), nên việc sử dụng chúng rất khó khăn đối với kỹ sư Việt Nam.
Dựa trên tài liệu và kinh nghiệm từ Hoa Kỳ, nghiên cứu đã thực hiện tính toán và thiết kế cấu trúc chịu nén lách tâm bằng phương pháp "phương pháp đúng dẫn" để đạt hiệu quả tối ưu trong xây dựng.
(a) Kích th c ti t di n c a c t ch u nén l ch tâm có th l a ch n s b theo bi u th c sau d i v i đ l ch tâm e