Hcmute xác định sức kháng uốn của dầm btct dự ứng lực liên hợp theo tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ mới tcvn11823 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG UỐN DANH ĐỊNH CỦA DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC LIÊN HỢP THEO TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG BỘ MỚI TCVN 11823: 2017 MÃ SỐ: SV2019 -46 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG UỐN DANH ĐỊNH CỦA DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC LIÊN HỢP THEO TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG BỘ MỚI TCVN 11823: 2017 Mã số đề tài: SV2019 -46 Thuộc nhóm ngành khoa học: QUI HOẠCH – KIẾN TRÚC – XÂY DỰNG TP Hồ Chí Minh, 10/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG UỐN DANH ĐỊNH CỦA DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC LIÊN HỢP THEO TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG BỘ MỚI TCVN 11823: 2017 Mã số đề tài: SV2019 -46 Thuộc nhóm ngành khoa học: QUI HOẠCH – KIẾN TRÚC –XÂY DỰNG SV thực hiện: Phan Tấn Duy Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: Lớp 161270A, khoa Xây Dựng Nam, Nữ: Nam Năm thứ: Ngành học: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Giao Thơng Người hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Liêm TP Hồ Chí Minh, 10/2019 Luan van /Số năm đào tạo:4 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Mục tiêu đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6.1 Đối tượng 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu Chương 2: PHÂN TÍCH 10 2.1 Cơng thức xác định M n theo tiêu chuẩn TCVN 11823-5:2017 10 2.1.1 Tiết diện chữ nhật 10 2.1.2 Tiết diện chữ “T” 12 2.2 Thiết lập công thức xác định M n cho tiết diện chữ “T” hình thành từ chữ “I” liên hợp mặt cầu 13 2.2.1 Trục trung hòa qua cánh 13 2.2.2 Trục trung hòa qua bầu dầm “I” 16 2.2.3 Trục trung hòa qua sườn dầm “I” 20 Chương 3: THẢO LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN 27 3.1 Thảo luận kiến nghị 27 3.1.1 Quy đổi loại bê tông cho mặt cầu dầm 27 3.1.2 Trường hợp bố trí cáp dự ứng lực vùng chịu nén 27 3.2 Kết luận 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Kết cấu phổ biến dầm “I” BTCT dự ứng lực liên hợp mặt cầu BTCT thường Hình 2.1 Sơ đồ phân bố ứng suất mặt cắt tiết diện hình chữ nhật Hình 2.2 Sơ đồ phân bố ứng suất mặt cắt tiết diện hình chữ T Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn trường hợp trục trung hịa qua Hình 2.4 Sơ đồ tính tốn trường hợp trục trung hòa qua bầu dầm I Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn trường hợp trục trung hòa qua sườn dầm I Luan van DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials BTCT Bê tông cốt thép FHWA Federal Highway Administration LRFD Load and Resistance Factor Design TCN Tiêu chuẩn nghành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Xác định sức kháng uốn dầm BTCT dự ứng lực liên hợp theo tiêu chuẩn Thiết kế cầu đường TCVN11823:2017 - SV thực hiện: Phan Tấn Duy Mã số SV: 16127036 - Lớp: 161270A Khoa: Xây Dựng Năm thứ: Số năm đào tạo:4 - Người hướng dẫn: TS Nguyễn Duy Liêm Mục tiêu đề tài: Thiết lập cơng thức tính tốn sức kháng uốn dầm bê tông cốt thép (BTCT) dự ứng lực liên hợp theo tiêu chuẩn Thiết kế cầu đường TCVN 11823:2017 cho tiết diện chữ T với nhiều trường hợp vị trí trục trung hịa khác Tính sáng tạo: Tiêu chuẩn hành chưa trình bày cụ thể cách xác định sức kháng uốn danh định dầm BTCT dự ứng lực cho trường hợp dầm khác loại bê tông liên hợp Kết nghiên cứu: Xác định cơng thức tính toán sức kháng uốn dầm BTCT dự ứng lực tiết diện chữ T cho nhiều trường hợp vị trí trục trung hòa khác theo tiêu chuẩn Thiết kế cầu đường TCVN11823:2017 Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Khả áp dụng đề tài: Sinh viên kỹ sư ngành cầu đường Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài: Đề tài nghiên cứu đăng Tạp Chí Giao Thơng Vận Tải xuất tháng 5/2019 Ngày 25 tháng năm 2019 SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) Xác nhận Trường (kí tên đóng dấu) Luan van Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung Hiện tại, sức kháng uốn danh định ( M n ) dầm BTCT dự ứng lực xác định theo công thức tiêu chuẩn thiết kế cầu ban hành TCVN 11823-5:2017 [1] (dựa LRFD Bridge Design Specifications of America [2]) tiêu chuẩn thiết kế trước 22TCN 272-05 [3] (dựa AASHTO 98 [4]), chưa đề cập đến trường hợp bê tông dầm tiết diện chữ “I” liên hợp với mặt cầu BTCT có cường độ nén khác (xem Hình 1.1) Đối với kết cấu dầm liên hợp này, mặt cầu thường thiết kế đổ chỗ sử dụng bê tông thường có cường độ nén thấp bê tơng dầm chủ có dự ứng lực, ví dụ cơng thức xác định M n dùng công thức (29) (32) TCVN 118235:2017, công thức 5.7.3.1.1-3 5.7.3.1.2-3 TCN 272-05 có loại bê tơng Điều thực gây khó khăn cho người sử dụng quy đổi loại bê tông cho phù hợp Vì đề tài nghiên cứu bổ sung sức kháng uốn dầm BTCT dự ứng lực có tiết diện chữ “I” liên hợp với mặt cầu BTCT với trường hợp trục trung hòa qua cánh, qua bầu dầm qua sườn dầm “I” Ngồi phân tích lý thuyết, tác giả thiết lập chương trình excel tích hợp VBA để thuận tiện cho việc kiểm toán, thiết kế loại dầm nêu 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước Trong nước: Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN 11823-5:2017 ban hành biên soạn dựa tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO, LRFD Bridge Design tiêu chuẩn cũ 22TCN 272-05 dựa AASHTO 98, Hoa Kỳ Trong hai tiêu chuẩn vừa nêu có trình bày cách xác định sức kháng uốn danh định dầm bê tông cốt thép (BTCT) dự ứng lực cho trường hợp tiết diện chữ nhật chữ “T” dùng loại bê tông Điều thường không phù hợp cho loại dầm-bản liên hợp sử dụng hai loại bê tơng có cường độ nén khác Ngoài nước: trang Cơ quan Quản lý đường liên bang Mỹ (Federal Highway Administration - FHWA) có khuyến nghị quy đổi bê tơng dầm bê tơng sau xác định sức kháng uốn Luan van 1.3 Tính cấp thiết đề tài Tiêu chuẩn hành chưa trình bày cụ thể cách xác định sức kháng uốn danh định dầm bê tông cốt thép (BTCT) dự ứng lực cho trường hợp dầm khác loại bê tơng liên hợp Vì vậy, nghiên cứu trình bày cách xác định sức kháng uốn này, kết nghiên cứu giúp ứng dụng phù hợp Hình 1.1 Kết cấu phổ biến dầm “I” BTCT dự ứng lực liên hợp mặt cầu BTCT thường Ghi Hình 1.1: - Mũi tên màu đỏ bầu dầm dầm”I” BTCT dự ứng lực; - Mũi tên màu xanh mặt cầu liên hợp dầm chủ sử dụng BTCT thường Cường độ bê tông mặt cầu thường thiết kế thấp cường độ bê tông dầm “I” BTCT dự ứng lực 1.4 Mục tiêu đề tài Xác định sức kháng uốn dầm BTCT dự ứng lực liên hợp theo tiêu chuẩn Thiết kế cầu đường TCVN11823:2017 Luan van 1.5 Phương pháp nghiên cứu Từ nhu cầu thực tế sử dụng, tác giả phân tích ứng suất - biến dạng mặt cắt ngang từ xác định sức kháng uốn dầm BTCT liên hợp 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6.1 Đối tượng Dầm BTCT dự ứng lực liên hợp với mặt cầu với hai loại bê tông khác 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu - Bản mặt cầu sử dụng BTCT thường, dầm “I” sử dụng BTCT dự ứng lực đóng vai trị sườn dầm chữ “T” - Xét dầm chịu mô men dương Luan van a a a M n  Aps  f ps  (d p  )  As  f y  (d s  )  As'  f y'  (d s'  ) 2 a h  0,85  1  f cb'  (bb  bwqd )  hb  (  b ) 2 h a  0,85  1  f cb'  (btqd  bwqd )  ht  (hb  t  ) 2 485,7 485,7 485,7 )  500  400  (1230  )  432  400  (50  ) 2 485,7 180  0,85  30  0,84  (1600  219,6)  180  (  ) 2 200 485,7  0,85  30  0,84  (610  219,6)  200  (180   ) 2  10499,94  kN m   60  100  1604,8  (1180  Vậy sức kháng uốn trường hợp M n  10499,94  kN m 2.2.3.3 Phân tích quy đổi bê tơng mặt cầu thành bê tông dầm Bề rộng bầu dầm quy đổi thành bbqd  bb Ecb , với Ecd E cb mô đun đàn Ecd hồi bê tơng dầm bê tơng Tính tốn tiết diện hình chữ T với fc'  fcd' Vị trí trục trung hịa: c Y (2.2.9) k  Aps  f pu 1  f  1  bw  dp ' cd Y  Aps  f pu  As  f y  As'  f y'  1  f cd'  1  (bbqd  bw )  hb  1  f cd'  1  (bt  bw )  ht Kiểm tra điều kiện để trục trung hòa qua sườn dầm I: c  hb  ht Sức kháng uốn danh định lấy mô men O: 24 Luan van a a a M n  Aps  f ps  (d p  )  As  f y  (d s  )  As'  f y'  (d s'  ) 2 a h  1  1  f cd'  (bbqd  bw )  hb  (  b ) 2 h a  1  1  f cd'  (bt  bw )  ht  (hb  t  ) 2 (2.2.10) 2.2.3.4 Ví dụ tính tốn Giống ví dụ quy đổi bê tông mặt cầu bê tông dầm Xét dầm – liên hợp Hình có kích thước sau: Dầm có chiều cao dầm h  1100 mm , chiều rộng cánh bt  500 mm , bề dày cánh ht  200 mm , chiều cao sườn hw  700 mm , bề rộng sườn bw  180 mm Thép đáy dầm: 5 20 Lớp bê tông bảo vệ abv  50 mm Bê tơng dầm có cường độ nén fcd'  45 MPa , mô đun đàn hồi cáp E ps  197000 MPa Cường độ kéo đứt cáp f pu  1860 MPa Diện tích tổng cộng tao cáp Aps  60 cm2 cách đáy dầm 100 mm Bản mặt cầu có chiều dài bb  1600 mm , dày hb  180 mm Thép mặt cầu 1212 Bản mặt cầu có cường độ chịu nén fcb'  30 MPa Giả thiết cốt thép đạt tới giới hạn chảy dẻo f y  f y'  400 MPa Tính tốn: E Hệ số qui đổi mặt cầu dầm: nqd  cb  Ecd f cb' 30   0,82 ' f cd 45 Chiều rộng mặt cầu qui đổi: bbqd  nqd  bb  0,82  1600  1312 mm Tính tốn tiết diện hình chữ T với fc'  fcd'  45 MPa ( f cd'  28)  0,05  0,73 Hệ số 1  0,85  Hệ số k   (1,04  f py f pu )   (1,04  0,9)  0,28 25 Luan van Vị trí trục trung hịa theo (2.2.9): c  491,12 mm thỏa mãn điều kiện c  hb  ht  380 mm Với c  491,12 mm suy a  1  c  491,12  0,73  358,52 mm f ps  f pu  (1  k c 0, 28  491,12 )  1860  (1  )  1643, MPa dp 1180 Sức kháng uốn danh định trường hợp theo (2.2.10): a a a M n  Aps  f ps  (d p  )  As  f y  (d s  )  As'  f y'  (d s'  ) 2 a h  0,85  1  f cd'  (bbqd  bw )  hb  (  b ) 2 h a  0,85  1  f cd'  (bt  bw )  ht  (hb  t  ) 2 358,52 358,52 358,52 )  500  400  (1230  )  432  400  (50  ) 2 358,52 180  0,85  45  0,73  (1312  180)  180  (  ) 2 200 358,52  0,85  45  0,73  (500  180)  200  (180   ) 2  10924,68  kN m   60  100  1643,2  (1180  Vậy sức kháng uốn trường hợp M n  10924,68  kN m 26 Luan van Chương 3: THẢO LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN 3.1 Thảo luận kiến nghị 3.1.1 Quy đổi loại bê tông cho mặt cầu dầm Trường hợp mặt cắt chữ T có trục trung hịa qua bầu dầm ta có sức kháng uốn danh định quy đổi bê tông dầm bê tông cho giá trị nhỏ trường hợp ngược lại M nvd  8321,5  kN m   M nvd  8559,5  kN m  ường hợp mặt cắt chữ T có trục trung hịa qua sườn dầm ta có sức kháng uốn danh định quy đổi bê tông dầm bê tông cho giá trị nhỏ trường hợp ngược lại: M nvd  10499,94  kN m   M nvd  10924,68  kN m  Như xác định sức kháng uốn danh định cách đổi bê tông dầm bê tơng thiên an tồn Cơ quan Quản lý Đường Liên bang Hoa Kỳ (The Federal Highway Administration - FHWA) đề cập đổi bê tơng dầm bê tơng [5] khơng có giải thích lý Theo tác giả, việc đổi bê tơng dầm bê tơng lý sau: vùng bê tông mặt cầu nằm vùng nén cực hạn nên trạng thái phá hoại khơng cịn đàn hồi tuyến tính, dùng tỉ lệ mô đun đàn hồi để quy đổi cho vùng bê tông không phù hợp Với phân tích trên, nhóm tác giả báo kiến nghị xác định sức kháng uốn danh định cách đổi bê tông dầm bê tông mặt cầu 3.1.2 Trường hợp bố trí cáp dự ứng lực vùng chịu nén Trong đa số trường hợp, số lượng cáp cường độ cao bố trí vùng chịu kéo nhiều vùng chịu nén Do dùng phương pháp mô men tĩnh để xác định số lượng vị trí tổng cáp mặt cắt ngang sau áp dụng cách xác định sức kháng danh định nêu 3.2 Kết luận - Đề tài nghiên cứu cung cấp thơng tin hữu ích cách xác định sức kháng uốn dầm BTCT dự ứng lực tiết diện chữ “I” liên hợp mặt cầu với trường hợp vị trí trục trung hòa khác theo tiêu chuẩn TCVN 11823-5:2017 27 Luan van - Trong trường hợp mặt cầu dầm có cường độ nén khác tính sức kháng uốn danh định dầm chữ T, kiến nghị quy đổi bê tông dầm bên tông mặt cầu 28 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 11823-5:2017, “Thiết kế cầu đường - Tập 5: Kết cấu bê tông,” [2] AASHTO, “LRFD Bridge Design Specifications of America”, 2012 [3] 22 TCN 272-05 (2005), “Tiêu chuẩn thiết kế cầu,” [4] AASHTO LRFD (1998), Bridge Design Specifications of America, Second Edition, SI Edition [5] https://www.fhwa.dot.gov/bridge/lrfd/pscus055.cfm Luan van PHỤ LỤC BÀI BÁO Luan van PHỤ LỤC BẢNG TÍNH I.Mục đích Chương trình excel tích hợp VBA để thuận tiện cho việc kiểm toán, thiết kế loại dầm nêu Ứng với vị trí trục trung hịa giúp kiểm tra điều kiện cách nhanh chóng chuẩn xác Hiển thị sơ đồ tính ứng với trường hợp rõ ràng tường minh Tự động hóa lúc kiểm tra điều kiện trục trung hòa xuất giá trị sức kháng uốn danh định tương ứng Luan van II.Giới thiệu chương trình Phần giao diện giới thiệu Nút checkbox tạo hiệu ứng dòng tiêu đề Giới thiệu tên bảng tính Nút form Giới thiệu Luan van Phần số liệu đầu vào DỮ LIỆU ĐẦU VÀO Vùng hiển thị sơ đồ tính Nút hiển thị sơ đồ tính Luan van Vùng kiểm tra điều triện trục trung hịa Cửa sổ Thơng báo sau hồn tất kiểm tra điều kiện Nút Nút Kiểm Tra Vùng lấy sức kháng uốn danh định vị trí trục trung hịa Form hiển thị công thức Cửa sổ hiển thị kết Luan van Vùng thông báo kiểm tra điều kiện không thỏa xuất moment Quay lại Trường hợp Form quay lại trường hợp Ứng với vị trí trục trung hịa Luan van Cửa sổ viết code VBA Vùng quản lí Chương trình Luan van Nơi viết code cho chương trình Luan van Luan van ... BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG UỐN DANH ĐỊNH CỦA DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC LIÊN HỢP THEO TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU ĐƯỜNG BỘ MỚI TCVN 11823: 2017 Mã số đề... liên hợp dầm chủ sử dụng BTCT thường Cường độ bê tông mặt cầu thường thiết kế thấp cường độ bê tông dầm “I” BTCT dự ứng lực 1.4 Mục tiêu đề tài Xác định sức kháng uốn dầm BTCT dự ứng lực liên hợp. .. TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Xác định sức kháng uốn dầm BTCT dự ứng lực liên hợp theo tiêu chuẩn Thiết kế cầu đường TCVN11823: 2017 - SV thực hiện: