Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng thứ cấp đến giá trị nội lực của kết cấu cầu cong bằng bê tông cốt thép

Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng thứ cấp đến giá trị nội lực của kết cấu cầu cong bằng bê tông cốt thép giới thiệu nghiên cứu ảnh hưởng của co ngót và từ biến đến giá trị nội lực của kết cấu cầu cong bằng bê tông cốt thép.

52 Hoàng Phương Hoa NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG THỨ CẤP ĐẾN GIÁ TRỊ NỘI LỰC CỦA KẾT CẤU CẦU CONG BẰNG BÊ TÔNG CỐT THÉP STUDY ON THE EFFECT OF THE SECONDARY LOAD TO THE INSTRINSIC VALUE OF THE CURVED BRIDGE STRUCTURE WITH REINFORCED CONCRETE Hoàng Phương Hoa Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; hphoa@dut.udn.vn Tóm tắt - Kết cấu cầu cong sử dụng rộng rãi, đặc biệt thành phố giới Ở Việt Nam, với tốc độ phát triển nhanh chóng thành phố lớn, kết cấu cầu cong ứng dụng nhiều nút giao thông khác mức ở: Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng Bài báo giới thiệu nghiên cứu ảnh hưởng co ngót từ biến đến giá trị nội lực kết cấu cầu cong bê tông cốt thép Kết nghiên cứu tính tốn phần mềm Midas/ Civil áp dụng cho liên cong cầu dẫn Thuận Phước, kết cấu vòng xuyến nút giao thông Ngã Ba Huế, thành phố Đà Nẵng giúp nhà thiết kế thi công cơng trình có thêm tài liệu tham khảo thiết kế thi cơng kết cấu cơng trình cong bê tông cốt thép Abstract - Currently the arch bridge structure is widely used, especially in cities around the world With the rapid growth of large cities in Vietnam, curved bridge structure is being applied to many intersections in Hanoi, Hochiminh city and Danang city… This paper presents the study of effects of shrinkage and creep up to the value of its internal structure by arch bridges with reinforced concrete Research results calculated by Midas/ Civil software applied to Thuan Phuoc curved bridge, structural intersection bracelets Nga Ba Hue, Danang will help designers and construction companies have an additional reference to the design and construction of structure in reinforced concrete curved Từ khóa - co ngót; từ biến; tải trọng thứ cấp; kết cấu cầu cong; nút giao thông Key words - shrinkage; creep; secondary load; curved bridge structure; intersection Đặt vấn đề Kết cấu cầu cong bê tông cốt thép áp dụng cách có hiệu nút giao thơng khác mức, đáp ứng khả thông xe, giảm thiểu tai nạn điều kiện chật hẹp thành phố khơng có đủ diện tích cần thiết để thiết kế tổ chức giao thông với nút dạng đồng mức Trên giới nhiều nước áp dụng kết cấu cầu cong cho nút giao thông khác mức, đặc biệt thành phố lớn Tại Việt Nam, có nhiều nút giao thơng khác mức áp dụng thành phố như: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh Hình giới thiệu nút giao thơng khác mức Ngã Ba Huế, TP Đà Nẵng thi công để giải nạn kẹt xe tai nạn giao thông xảy nhiều năm địa điểm Tuy nhiên, kết cấu cầu cong, ảnh hưởng tượng co ngót từ biến bê tông đến giá trị nội lực kết cấu tương đối lớn Nội dung chủ yếu báo giới thiệu số tiêu chuẩn tính tốn ảnh hưởng co ngót từ biến đến trị số ứng suất biến dạng cơng trình, áp dụng tính tốn cho số cơng trình thi cơng địa phương Co ngót từ biến bê tơng 2.1 Co ngót bê tơng Co ngót tượng giảm thể tích nhiệt độ không đổi nước bốc sau bê tơng khơ cứng Sự thay đổi thể tích theo thời gian phụ thuộc vào lượng nước bê tông tươi, loại xi măng, cốt liệu dùng điều kiện mơi trường thời điểm đúc, q trình bảo dưỡng, lượng cốt thép tỉ lệ thể tích/diện tích bề mặt bê tơng Co ngót có loại: co ngót dẻo co ngót khơ, co ngót dẻo xuất trước, co ngót khơ xuất sau bê tơng hồn tồn ninh kết phản ứng hóa học hồn thành 2.2 Từ biến bê tông Từ biến tượng tăng biến dạng theo thời gian tải trọng không đổi Hiện tượng từ biến bê tông ảnh hưởng đến tương tác phận kết cấu Từ biến bê tông liên quan đến biến dạng theo thời gian vùng kết cấu chịu ứng suất nén thường xuyên [1, 2, 4] Từ biến phụ thuộc độ lớn độ lâu dài ứng suất nén, cường độ chịu nén tuổi bê tông chịu tác dụng lực lâu dài [5, 6, 7, 9] Khi kết cấu chịu tải trọng, thời điểm chất tải trọng kết cấu phát sinh biến dạng tức thời theo chiều ứng suất    E0 Khi tải trọng tiếp tục trì biến dạng tăng thêm ε0 gọi biến dạng từ biến Nếu gia tải đến thời điểm t = t1, dỡ tải khỏi kết cấu biến dạng đàn hồi phục hồi biến dạng từ biến có phần phục hồi theo thời gian εv (biến dạng đàn hồi sau) phần biến dạng khơng có khả phục hồi εf Như biến dạng từ biến εc= εv + εf Hình Phối cảnh nút giao thông khác mức Ngã Ba Huế TP Đà Nẵng Từ biến co ngót quan hệ chặt chẽ với nhau, theo quy luật chung: bê tơng chịu co ngót tốt chịu từ biến tốt hai tượng liên quan đến tượng thủy hóa vữa xi măng yếu tố ảnh hưởng khác ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(86).2015 Nói chung tượng từ biến co ngót ảnh hưởng đến biến dạng kết cấu, phân bố nội lực, phân bố ứng suất tiết diện quy nạp sau: - Đối với kết cấu siêu tĩnh từ biến làm cho nội lực phân bố lại, gây nội lực thứ cấp Tính tốn co ngót, từ biến theo tiêu chuẩn thiết kế Trong báo này, tác giả xin giới thiệu phương pháp tính tốn co ngót, từ biến bê tơng theo tiêu chuẩn: Thể tích Diện tích Thời gian khơ (ngày) Hình Hệ số ks tỷ lệ thể tích bề mặt Hệ số từ biến [1, 3] xác định sau:   (4) Và kh hệ số độ ẩm lấy theo Bảng 3.1 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 3.1.1 Tính tốn từ biến   t , ti   3,5kc k f 1,58    1064  3,  A       P   923        Hệ số hiệu chỉnh ks - Khi chịu uốn, từ biến vùng chịu nén làm tăng độ võng kết cấu, trụ làm tăng độ lệch tâm, làm giảm lực chịu tải kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) ứng suất trước, từ biến co ngót gây mát ứng suất trước 53 t   A  0,0142  P  26 e ks   t   45  t  Bảng Hệ số kh độ ẩm tương đối 0,6  H  0,118   t  ti    (1)  ti 0,6  10   t  ti   120    Trong đó: H độ ẩm tương đối (%); kc hệ số ảnh hưởng tỷ lệ khối lượng/ bề mặt thành phần (Hình 2) tính theo công thức: t       A  A 0,0142  0,0213    P  P  26e  t  1,8  1, 77 e  kc   (2)   t 2,587         45  t   Với: kf hệ số ảnh hưởng cường độ bê tông: 62 kf  ; 42  f c' t tuổi bê tông; ti tuổi bê tông chất tải; f’c cường độ nén mẫu bê tơng 28 ngày Diện tích bề mặt dùng để xác định tỷ lệ thể tích/ diện tích diện tích phơi khơng khí Hệ số hiệu chỉnh kc Thể tích Diện tích mặt Độ ẩm tương đối trung bình xung quanh (%) kh 40 50 60 70 80 90 100 1,43 1,29 1,14 1,00 0,86 0,43 0,00 Nếu bê tông bảo dưỡng ẩm bị phơi trước kết thúc ngày bảo dưỡng Co ngót xác định phương trình cần tăng 20% Với bê tông bảo dưỡng nước khơng có cốt liệu co ngót ta có biểu thức:  sh  ks kh ( t )0, 56.103 35,  t (5) 3.2 Tiêu chuẩn thiết kế theo ACI 209 [4, 5, 6, 7, 10] 3.2.1 Tính tốn từ biến ACI 209 (1998) đưa mối quan hệ hệ số từ biến  (t ,  ) thông qua biểu thức:  (t , )  (t   ) 0.6  * ( ) 10  (t   )0.6 (6) Trong đó: t tuổi bê tông thời điểm xét tính ngày; τ tuổi bê tơng thời điểm đặt tải;  * ( ) là hệ số từ biến cuối bê tông đặt tải vào tuổi và xác định bằng:  * ( )  2, 35       (7) Với  là hệ số dùng để điều chỉnh phụ thuộc yếu tố sau: (t-t1)Thời gian chất tải (ngµy) Hình Hệ số kc phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích bề mặt 3.1.2 Tính tốn co ngót Với bê tơng bảo dưỡng ẩm khơng có cốt liệu co ngót, biến dạng co ngót sh tính bằng:  t  3  sh   k s kh  (3)  0,51.10  35  t  Trong đó: t thời gian khơ; ks hệ số kích thước lấy theo Hình theo cơng thức: phụ thuộc vào tuổi bê tông thời điểm đặt tải  Bê tông bảo dưỡng ẩm khi  > ngày Bê tơng bảo dưỡng nóng khi  > ngày phụ thuộc vào độ ẩm tương đối môi trường λ(%).λ λ > 40% phụ thuộc vào giá trị h0 = 4V/S, (V: thể tích, S: diện tích bề mặt) Khi h0 < 150mm, nhận giá trị cho Bảng 2: Bảng Giá trị γ3 tính tốn từ thể tích diện tích bề mặt h0(mm) 50 75 100 125 150  1,30 1,17 1,11 1,04 1,00 54 Hoàng Phương Hoa Khi 150< h0 < 380mm, được tính theo cơng thức: h0 t- < 365ngày h0 t- > 365ngày Khi h0 > 380mm, = [1+1,13e-0,0213V/S] phụ thuộc vào độ sụt bê tông tươi s(mm), s phụ thuộc tỷ số trọng cốt liệu nhỏ tổng trọng lượng cốt liệu ψ(%), ψ phụ thuộc vào trọng lượng khơng khí a(%), a