Đang tải... (xem toàn văn)
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 08/2022 Nghiên cứu sơ đồ tính đơn giản để phân tích theo phương ngang của kết cấu nhịp cầu dạng hộp ■ TS LÊ BÁ KHÁNH; ThS PHAN TẤN DUY ThS PHAN VINH NHÂN; Ths ĐẶNG THÀNH HOÀNG Tr[.]
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 Nghiên cứu sơ đồ tính đơn giản để phân tích theo phương ngang kết cấu nhịp cầu dạng hộp ■ TS LÊ BÁ KHÁNH; ThS PHAN TẤN DUY ThS PHAN VINH NHÂN; Ths ĐẶNG THÀNH HOÀNG Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hổ Chí Minh ĐẶTVẤNĐỂ TĨM TẮT: Bài báo tập trung vào nghiên cứu sơ đồ tính giản đơn để tính nội lực cho nắp từ việc phân tích sơ đồ tính tổng thể kết cấu nhịp (KCN) cầu dạng hộp Phương pháp "dải m" lý thuyết dầm cổ điển sử dụng để tính tốn nội lực Phần tử dùng cho phân tích tổng thể phần tử dầm dùng cho phân tích đơn giản dạng "dải m" Phần mềm Midas Civil (MC) sử dụng cơng cụ để phân tích khảo sát Vật liệu bê tông xem làm việc giai đoạn đàn hồi Từ kết phân tích, điều kiện biên phù hợp cho sơ đồ tính "dải m" gối cố định, gối lại gối di động gối phải đặt vách dầm Biểu đồ mô-men nắp khơng phụ thuộc vào vị trí mặt cắt KCN Ngồi ra, vị trí gối sơ đồ tính "dải m" khơng phụ thuộc vào liên kết KCN với trụ TỪ KHỎA: Mô-men, mặt cầu, dầm hộp, phương pháp dải, Midas Civil ABSTRACT: This study aim focus on a simplified model to calculate the internal force attop flange from analyzing overall model of the continuous box girder The strip method with width of m and the classical beam theory were used to determine the internal force in this investigation Plate element was used in overall analysis while beam element was applied in strip method analysis Midas Civil (MC) software was used as main tool in this study work And, materials are considered as working within elastic phase From the results of the analysis between overall model and strip method, the types of boundary conditions in strip method were a pinned support and roller supports The location of this supports should be placed at the web of box girder The moment diagram of top flange almost didn't depend on the sectional position of the continuous box girder Also, the located supports of strip method did not depend on the linking between the continuous box girder and pier of bridge KEYWORDS: Moment, deck slab, box girder, strip method, Midas Civil 46 KCN cầu dầm, cầu khung có mặt cắt ngang dạng hộp thường dùng để vượt nhịp khoảng từ 60 -18C m KCN cầu dạng hộp có chiểu cao thay đổi giảm trọng lượng thân kết cấu KCN cẩu dạng hộp kín có độ cứng chống xoắn, có tính thẩm mỹ cao Khơng gian lịng hộp giúp cho công tác tu KCN cầu dạng hộp kín thuận tiện loại KCN cầu khác Có nhiều cấp độ để phân tích nội lực KCN cầu dạng hộp có sơ đồ tính dạng dầm hay khung, cấp độ đơn giản tách phân tích tổng thể KCN thành phân tích theo phương dọc phân tích theo phương ngang Để phân tích cấp độ đơn giản cấp độ khác người ta thường dùng phân tích phần tử hữu hạn Các phần mềm phân tích thơng dụng nhưSAP 2000, Midas Civil có thư viện loại phẩn tử phân tích kết cấu phức tạp Việc sử dụng phần tử phức tạp phần tử tấm, phần tử khối cho kết tốt so vớ việc dùng mô hình tính tốn dạng dầm.Tuy nhiên, mơ hình số dùng phần tử tấm, phẩn tử khối lại tốn nhiểu thời gian mơ phỏng, tính tốn tốn nhiều thời gian để xử lý kết thu Trong TCVN 11823-4:2017 [1] có để cập đến hiệu ứng khung mặt cắt ngang dạng hộp Theo đó, phải xét thành phần bụng, đáy KCN dạng hộp vào phân tích tính tốn mặt cầu Gần đây, nhiểu nhà nghiên cứu công bố nghiên cứu việc sử dụng phần tử phức tạp để phân tích nộ lực KCN cầu dạng hộp [2-7] Scordelis [2] sử dụng phương pháp phẩn tử gấp (utilize folded-plate) phân tích kết cấu cầu Cheung [3] dùng phương pháp dả hữu hạn (finite strip method) để nghiên cứu ứng xử cấu trúc lăng trụ (prismatic structures) Razaqpur and Li [4] dùng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích KCN cầu dầm hộp thẳng có nhiều khoang dựa lý thuyết dầm thành mỏng Vlasov (Vlasov's thin-walled beam theory) sau Razaqpur and Li [5] kết hợp phương pháp phấn tử hữu hạn lý thuyết dầm thành mỏng để phân tích KCN cẩu dắm hộp cong có nhiều khoang Dawe cộng [6] đưa công thức dải hữu hạn cho vênh rung lắc kết cấu lăng trụ liên hợp Phạm Quốc Quân Lê Văn Nam dùng phân tích phần tử hữu KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 tn để phân tích ứng suất biến dạng cầu dầm cong j tiết diện hộp kín [7], Bài báo phân tích việc ứng dụng phương pháp "dải i" lý thuyết dầm cổ điển để tính nội lực cho nắp 2.4 Kích thước toán Trong báo này, khảo sát KCN dạng hộp kín có vách đứng Hình 2.2 thể bố trí chung KCN CN cầu dạng hộp Loại phân tích cịn gọi phân ch theo phương ngang KCN cẩu dạng hộp PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu Trong báo này, phần mềm Midas Civil (MC) ùng làm công cụ khảo sát Theo quy định MC, ại lượng mơ-men dùng để khảo sát phân tích ỉng thể ký hiệu Mxx (Hình 3.2) Đại lượng mơ-men :ó tác dụng tương đương) dùng để khảo sát hân tích đơn giản "dải m" ký hiệu My M2 , tường viết chung My2 Để dễ theo dõi Mxx, My2 ẽ gọi chung M22 Mô-men M22 dùng để khảo át mơ-men dùng để bố trí thép theo hướng nắp 2.1 Định hướng nghiên cứu - Từ phân bố mô-men theo sơ đổ tổng thể, tìm đồ tính đơn giản dạng "dải m" để tính mơ-men M22cho 0 >ản nắp KCN dạng hộp có khoang - Sự phù hợp "sơ tính đơn giản"được khẳng định lằng cách so sánh giá trị M22 điểm có giá trị cực rị nắp 2.2 Mơ hình hóa Phần tử phần tử khói dùng cho phân ích tổng thể Phần tử dầm dùng cho phân tích đơn giản dạng dải m" Vật liệu làm KCN BTCT có fc'= 40 MPa xem thư làm việc giai đoạn đàn hói tuyến tính 2.3 Nghiên cứu tham số KÊT QUẢ VÀ THÀO LUẬN CHO KCN CÓ HỘP, KHOANG 3.2 KCN kê nhiều điểm 3.2.1 Chiều cao KCN không đổi Trong khảo sát này, đáy có chiểu dày khơng đổi 0,25 m Bảng Tổng hợp tham sô'nghiên cứu Chiều cao dầm Liên kết KCN trụ Không đổi Kê nhiều điểm "Toàn bộ"; 8,0 kN/m2 Ngàm điểm Lệch; 8,0 kN/m2 Ngàm chu tuyến Hãng; 8,0 kN/m2 d) b)i a) I Tải bàn nắp Tuyến; 8,0 kN/m Thay đổi c) [ I _ I Hình 3.1: Đặc điểm KCN có chiểu cao khơng đối a) - Tải toàn giũa vách; b) - Tải phân bố đặt lệch; c) - Tải hẫng; d) - Tải dạng tuyến Hình 2.1: Minh họa số trường họp đặt tải lên nắp KCN, kẽ nhiêu điểm Hình 3.2: Phổmơ-men M2Ỉ ( Ma ), kN.m/m theo phân tích tổng thể 47 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 111011 Hình 3.3: Biểu đồ mơ-men 101011 (My2), kN-m theo phân tích "dải m" * Nhận xét sơ từ kết củơ phân tích tổng thể: Khi dùng phương pháp "dải m" phải đật gối vách (web); Có phù hợp cao giá trị mô-men M22 theo sơ đồ "dải m" với sơ đồ tổng thể Biểu M22 nắp "không" phụ thuộc vào vị trí mặt cat KCN; Có thể cần khảo sát giá trị M22 mặt cắt gần gối (mc014 = 9,0 m) mặt cắt nhịp (mc050 = 31,5 m) Các nhận xét lưu ý cho việc khảo sát 3.2.2 Chiểu cao KCN thay đổi Trong khảo sát này, tỷ số y/z (Hình 3.1) thay đổi từ 1,85 (ở gối) đến 3,77 (giữa nhịp) b) - Khi phân tích sơ đồ “dải m" Hình 3.6: Biểu đồ mõ-men Hình 3.4: Tọa độ điểm mặt cắt gối giũa nhịp kN-m tải tuyến 3.2.2.2 Tải "toàn bộ" 3.2.2.1 Tải tuyến kN/m tim dâm Hình 3.5: Phân bố theo dọc KCN mô-men Mĩ2 (MJ, kN-m/m a) - Khi phân tích tổng thể 48 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ b) - Khi phân tích so đồ "dải m" Hình 3.8: Biểu đồ mõ-men M22, kN-m tải lệch 3.2.2A Tải hẫng -26.6 b) - Khi phân tích sơ đồ “dải m“ Hình 3.7: Biểu đồ mơ-men Mỉ2, kN-m tải tồn 3.2.23 Tải lệch 49 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 Bảng 3.2 Tổng họp giá trị M2Ỉ (kN-m) KCN ngàm tồn mặt bíc Mặt cắt 3D_ 2D_ 3D_ M014 M014 M050 M050 (6-5) 'I (5) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Tuyến, M+ 7,7 6,9 -10,4 7,1 6,7 -5,6 Tuyến, M- -5,1 -6,2 21,6 -5,5 -6,2 12,7 20,0 15,7 -21,5 17,3 15,1 -12,7 -22,4 -27,1 21,0 -24,3 -27,4 12,8 Tải, M+ 9.0 m (2) 2D Toàn bộ, M+ -26.0 Toàn bộ, M- 31.5 m Lệch, M+ 12,2 9,9 -18,9 12,6 9,8 -22,2 Lệch, M- -12,9 -16,7 29,5 -15,8 -16,0 1,3 Hẫng, M- -25,6 -26,0 1,6 -25,9 -26,0 0,4 3.4 KCN ngàm điểm Trường hợp dùng để mơ làm việc cí KCN cẩu khung, thân trụ có dạng cột có kích thư< nhỏ so với với kích thước đáy hộp Một số kết qt phân tích trình bày Bảng 3.3 b) - Khi phân tích sơ "dải m" Hình 3.9: Biểu đồ mõ-men M22, kN-m tải hẫng Bảng 3.1 Tổng hợp giá trị Mĩ2, kN-m Mặt cắt Tải, M± 3D_ 2D_ M014 M014 (2) 3D_ 2D_ M050 M050 !L2)% (5) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Tuyến, M-I- 6,9 6,9 0,0% 6,5 6,7 3,1% Tuyến, M- -6,2 -6,2 0,0% -6,1 -6,2 1,6% Toàn bộ, M+ 15,9 15,7 -1,3% 13,8 15,1 9,4% Toàn bộ, M- -27,3 -27,1 -0,7% -26,0 -27,4 5,4% Lệch, M+ 9,9 9,9 0,0% 10,3 9,8 -4,9% Lệch, M- -16,6 -16,7 0,6% -14,3 -16,0 11,9% Hẫng, M- -26,0 -26,0 0,0% -25,6 -26,0 1,6% Ghi chú: 3D - Sơ đồ phân tích tổng thể; 2D - Sơ đồ phân tích "dải m" M014 - Mô-men M22 mặt cắt cách gối m (9 m/63 m~0,14) M050 - Mô-men M22 mặt cắt nhịp (31,5 m/63 m = 0,50) 3.2.2.5 Nhận xét sơ Từ kết phân tích tổng thể, tạm thời có số nhận xét sơ cho sơ "dải m": - Khơng so sánh giá trị "Hẫng, M+", tải hẫng, người ta quan tâm đến giá trị "Hẫng, M-" Phải đặt gối vách (web); - Điểu kiện biên phù hợp là: Một gối cổ định gối cịn lại gối di động - Có phù hợp cao mô-men M22 nắp theo sơ đổ "dải m"với sơ đồ tổng thể - Có thể cần khảo sát giá trị M22 vị trí M014 M050 - VỊ trí gối sơ đổ dải m khơng phụ thuộc vào liên kết KCN với trụ 3.3 KCN ngàm tồn mặt bích Trường hợp dùng để mô làm việc KCN cầu khung, mặt cắt ngang thân trụ có kích thước xấp xì với kích thước đáy hộp Một số kết phân tích trình bày Bảng 3.2 5Ũ Hình 3.10: Minh họa cho trường họp KCN kết nối với trụ dạng cỊ Bảng 3.3 Tổng hợp giá trị M22 (kN-m) KCN ngâm điểm Mặt cắt 3D_ Tải, M± (1) M014 2D MOI (3-2) 3D_ 2D_ (2) M050 M050 (6-5) (511 * (2) (3) (4) (5) (6) (7) 7,7 6,9 -10,4 7,1 6,7 -5,6 Tuyến, M- -5,1 -6,2 21,6 -5,5 -6,2 12,7 Toàn bộ, M+ 20,1 15,7 -21,9 17,3 15,1 -12,7 Toàn bộ, M- -22,5 -27,1 20,4 -24,3 -27,4 12,8 Lệch, M+ 12,4 9,9 -20,2 12,6 9,8 -22,2 Lệch, M- -12,2 -16,7 36,9 -15,8 -16,0 1,3 Hẫng, M- -26,0 -26,0 0,0 -25,9 -26,0 0,4 Tuyến, M+ 3.5 Nhận xét thảo luận Từ kết phân tích tổng thể, có số nhận X( sơ cho sơ đổ "dải m": - Không so sánh giá trị "Hẫng, M+", tải hẫn người ta quan tâm đến giá trị "Hẫng, M-" - Điều kiện biên phù hợp cho sơ đồ tính "dải là: gối cố định gối lại gối di động Các gi đặt vách (bản bụng) - Có phù hợp cao mô-men M22 nắ theo sơ đổ "dải m"với sơ đổ tổng thể KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 08/2022 - Chỉ cẩn khảo sát giá trị M22 vị trí MOI4, giá trị M+ tăng thêm khoảng 20% - VỊ trí gối sơ đồ dải m không phụ thuộc nhiều vào liên kết KCN với trụ KÊT LUẬN Có thể dùng sơ đồ "dải m" để phân tích cho nắp i KCN dạng hộp với lưu ý sau: - Điểu kiện biên phù hợp là: gói cố định i lại gối di động; - Các gối đặt vách (bản bụng); - Chỉ cần khảo sát giá trị M22 vị trí M014, giá trị M+ n tăng thêm khoảng 20% Tài liệu tham khảo [1 ] TCVN 11823-4:2017, Thiết kế câu đường bộ, Phẩn 4: lân tích đánh giá kết cấu" [2], A.c Scordelis (1974), Folded plates for bridges, Bull Assoc Shell Spat Struct., vol.16 (1), no.57, pp.29-38 [3] Y.K Cheung (1976), Finite Strip Method in Structural alysis, Pergamon Press, Sydney [4], A.G Razaqpur and H.G.Li (1991), Thin walled multi-cell X girder finite element, J Structural Engineering, vol.117, 10, pp.2953-2971 [5] A.G Razaqpur and H.G.Li (1994), Refined analysis curved thin-walled multi-cell box girders, Computers and uctures, vol.53, no.1, pp.131-142 [6] DJ Dawe and V.Peshkam (1989), Buckling and iration of finite-length composite prismatic plate structures th diaphragm ends, Comp Meth App Meeh Engng., 1.77, pp.1-30 [7] Phạm Quốc Qn (2010), Phán tích ứng suất biến •ng tiết diện hộp kín cấu dầm cong, Luận văn ạc sỹ, Trường Đại học Bách khoaTP Hổ Chí Minh Ngày nhận bài: 16/5/2022 Ngày chấp nhận đăng: 17/7/2022 Người phản biện: TS Đặng Đăng Tùng TS Nguyễn cảnh Tuấn 51 ... báo này, khảo sát KCN dạng hộp kín có vách đứng Hình 2.2 thể bố trí chung KCN CN cầu dạng hộp Loại phân tích gọi phân ch theo phương ngang KCN cẩu dạng hộp PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu Trong báo này,... My2 Để dễ theo dõi Mxx, My2 ẽ gọi chung M22 Mô-men M22 dùng để khảo át mơ-men dùng để bố trí thép theo hướng nắp 2.1 Định hướng nghiên cứu - Từ phân bố mơ-men theo sơ đổ tổng thể, tìm đồ tính đơn. .. - Sơ đồ phân tích tổng thể; 2D - Sơ đồ phân tích "dải m" M014 - Mơ-men M22 mặt cắt cách gối m (9 m/63 m~0,14) M050 - Mô-men M22 mặt cắt nhịp (31,5 m/63 m = 0,50) 3.2.2.5 Nhận xét sơ Từ kết phân