Một phương án chống xoắn trong thiết kế cầu cong bê tông cốt thép dự ứng lực

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN 978 604 82 2548 3 121 MỘT PHƯƠNG ÁN CHỐNG XOẮN TRONG THIẾT KẾ CẦU CONG BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC Đặng Việt Đức Trường Đại học Thủy lợi, email da[.]

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 MỘT PHƯƠNG ÁN CHỐNG XOẮN TRONG THIẾT KẾ CẦU CONG BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC Đặng Việt Đức Trường Đại học Thủy lợi, email: dangvietduc@tlu.edu.com GIỚI THIỆU CHUNG Trong giao thông hình cơng trình nút giao khác mức nhiều tầng, tuyến đường cao uốn lượn theo hướng tuyến, tuyến tránh đường đèo men theo taluy âm, vượt khe núi sâu, khu vực nhạy cảm với với tượng sụt trượt áp dụng ngày rộng rãi Các dạng cơng trình đảm bảo giữ nguyên tốc độ khai thác (cầu vượt cầu cao tuyến đường cao tốc), đảm bảo lực thông hành nút giao cắt khác mức nhiều nhánh điều kiện đô thị lớn.Cầu cong giúp phương tiện giao thơng lưu thơng an tồn qua khu vực có địa hình hiểm trở, vực sâu độ dốc chiều cao taluy lớn, không bị gián đoạn giao thông đặc biệt mùa mưa bão địa điểm nhạy cảm với tượng sụt trượt Cầu cạn làm giảm thiểu tác động đến điều kiện tự nhiên mà cơng trình đường qua, tránh tình trạng chia cắt đường đắp cao gây (cầu cao khu vực bảo tồn thiên nhiên) Với tất dạng cơng trình nêu trên, kết cấu nhịp cong phận cấu thành quan trọng, cần quan tâm kỹ công tác thiết kế kỹ thuật thiết kế biện pháp tổ chức thi cơng Khó khăn thiết kế cầu cong vấn đề kiểm soát xoắn phát sinh dầm.Mô men (MM) xoắn xuất cong tác dụng tất hình thức tải trọng tác dụng, không với tải đặt lệch tâm mà với tải trọng nằm tâm, tĩnh tải thân dầm, tĩnh tải lớp phủ mặt cầu, gờ chắn bánh, lan can, cột điện Các thành phần hoạt tải đặt tâm hay lệch tâm tác dụng hệ thống cáp dự ứng lực (DƯL) gây xoắn dầm Phương án bố trí gối trụ không cho phép mặt cắt dầm biến dạng xoắn gây mức xoắn khác phát sinh dầm Trụ bố trí gối (gối đơn), cho phép mặt cắt dầm biến dạng xoắn, thường có quy mơ nhỏ hình dạng mảnh tiết kiệm chi phí cho gối cầu phận đắt tiền Tuy nhiên biến dạng xoắn cho phép MM xoắn tích lũy vị trí trụ có gối chống biến dạng xoắn, vị trí gối chống chống xoắn có giá trị phân bố MM xoắn lớn Ngược lại, với giải pháp bố trí gối chống mặt cắt dầm xoay, xoắn bị hạn chế, phân bố nhịp, nhiên lượng gối quy mô kết cấu trụ cầu lớn dẫn đến tăng giá thành cơng trình Giải pháp bố trí gối lệch tạo nên MM xoắn phản lực gối đặt lệch gây ra, cân phần MM xoắn phát sinh dầm cong (hình 1) Tu Ps Ts = P s x e e Hình Cơ sở chống xoắn bố trí lệch gối Bài báo trình bày giải pháp thiết kế chống xoắn cho kết cấu cầu cong bằng, dầm hộp đơn nhịp liên tục với liên cầu mà trụ bố trí gối đơn cho phép mặt cắt biến dạng xoắn Bán kính cong kết cấu nhịp có giá trị 70m - xấp xỉ với giá trị nhỏ 121 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 tiêu chuẩn thiết kế đường cấp đồng [4] Khẩu độ nhịp 40 m chiều dài thường áp dụng trong nút giao cắt khác mức giới Việt Nam [1] Với thông số độ nhịp dạng mặt cắt (bao gồm xác định và bố trí đường bó cáp) xuất phát từ dầm thẳng tương ứng Mức độ an toàn khai thác kết nhịp kiểm tra lại thông qua sức kháng uốn, cắt xoắn, ứng suất cắt - xoắn kết hợp nội lực hệ nhịp dầm cong liên tục theo tiêu chuẩn 22TCN272-05[5] mô tả chuỗi phần tử hợp lý cho kết tin cậy để phục vụ cơng tác tính tốn thiết kế Với độ dốc dọc không vượt 4%, giả thiết cầu cong mặt xem phù hợp Hệ DƯL mô tả chức Internal Tendon, phần mềm Midas/Civil định nghĩa hệ ngoại lực tương đương tác dụng lên dầm [3] Điều kiện biên trụ mố định nghĩa để mơ tả vị trí gối chống xoay mặt phẳng vng góc với đường tim dầm Điều kiện biên mơ tả gối trung gian cịn lại để phần tử dầm biến dạng xoắn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU vị trí gối trung gian đó, nằm trục dầm Kết cấu khảo sát cầu dầm hộp lệch so với trục dầm khoảng 0.5m (hình BTCT DƯL nhịp liên tục cong với 3) Mơ hình xét đến trình tự thi cơng đổ bán kính 70m, độ nhịp 28+4@40+28 bê tông chỗ tịnh tiến với phân đoạn (m) Sơ đồ kết cấu thể hình thi cơng gồm nhịp biên đoạn với liên cho phép mặt cắt dầm biến hẫng m, phân đoạn có chiều dài dạng xoắn vị trí gối trung gian (gối thi công chiều dài nhịp 40m, mối đơn).Có trường hợp khảo sát: (a) nối cách trụ đoạn 8m, phân đoạn cuối gối đơn bố trí tâm dầm (b) dài 20m, mối nối thi cơng gối đơn bố trí lệch 0.5m so với trục nằm vị trí có giá trị nội lực nhỏ dầm (hình 2) L =40 m 40m 40m 28m 40m T3 40m T2 8m R=70m R =70 m T1 Gối chống x oa y Gối cho phép xoay Mo Liên dầm biế n dạng xoắ n Liê n dầm biến dạng xoắn M6 T5 T4 0.5 m L =40 m 0.5m 0.5m 0.5m 0.5m 0.5m T3 0.5m 0.5m T5 T4 M6 T2 Gối chống xoay R =70 m G ối cho phép xoay T1 Mo Hình Sơ đồ kết cấu có gối đơn bố trí lệch tâm Kết cấu mơ hình theo thuật tốn Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn (PP PTHH): rời rạc chuỗi phần tử khung dầm kê liên tục gối nối đất Các phần tử thẳng có chiều dài đủ nhỏ để đảm bảo mô tả yếu tố cong mặt dầm Với mặt cắt dạng hộp đơn có chiều rộng < 12m độ nhịp 40m đảm bảo giả thiết nhịp dầm Hình Mơ hình kết cấu cho dầm cong khảo sát có gối đơn bố trí tâm lệch tâm KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu khảo sát này, số lượng cáp DƯL thơng số hình học dầm cầu cong chiều cao dầm, chiều dày thành hộp… tính tốn từ nội lực dầm 122 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 thẳng tương ứng [2] Kết giá trị đường bao MM xoắn kết cấu dầm cong có liên gối đơn biểu diễn hình Có thể thấy phân bố MM xoắn có giá trị lớn vị trí mố trụ nơi có giá trị phân bố lực cắt MM uốn lớn MM xoắn vị trí mố, trụ có xu hướng tăng dần độ lớn đến vị trí trụ tiếp giáp liên, vị trí bố trí gối chống xoắn Giá trị bao MM xoắn vị trí trụ có giá trị tuyệt đối lớn đáng kể so với giá trị vị trí gối trụ khác, xấp xỉ 14500kN.m nhỏ mức kháng xoắn mặt cắt 19348 kN.m đề cập [2] Tại vị trí gối cho phép dầm biến dạng xoắn, có điểm nhảy đường bao MM xoắn vị trí có bước nhảy lực cắt bước nhảy phân bố MM xoắn gây lực theo phương ngang hướng tâm hệ thống ứng suất trước Đường bao MM xoắn nhịp dầm cong trường hợp kết cấu dầm cong bố trí gối cho phép không cho phép biến dạng xoắn so sánh với biểu đồ hình Kết cho thấy giá trị bao MM xoắn trường hợp dầm cong liên bố trí gối cho phép biến dạng xoắn cho giá trị tuyệt đối bao MM xoắn lớn gần gấp lần giá trị trường hợp dầm cong bố trí tất gối chống xoắn (14500 so với xấp xỉ 7500 (kN.m)) Hình Đường bao MM xoắn trường hợp gối bố trí chống biến dạng xoắn có liên cho phép biến dạng xoắn Với giải pháp bố trí lệch gối trình bày, đường bao MM xoắn phân bố đồng vị trí gối mố trụ trung gian, không giống trường hợp bố trí gối đơn vị trí trục dầm - phân bố giá trị bao xoắn lớn khu vực gối chống xoắn phân chia liên xoắn Giá trị lớn cận cận không chênh lệch (-8763 6249 (kN.m)) Sự phân bố giá trị bao MM xoắn kết cấu dầm cong bố trí gối lệch xem gần tương tự trường hợp bố trí gối chống dầm xoay Hình Đường bao MM xoắn trường hợp gối đơn bố trí bố trị lệch Sự so sánh giá trị đường bao xoắn dầm cong có gối đơn bố trí bố trí lệch thể hình Tại khu vực phân bố giá trị bao MM xoắn lớn việc bố trí gối lệch làm giảm đáng kể giá trị bất lợi, cụ thể như vị trí gối chống xoay cầu vị trí phân chia liên xoắn, giá trị tuyệt đối bao MM xoắn kết cấu có gối bố trí gối lệch 0.6 lần so với giá trị bất lợi kết cấu nhịp cong có gối bố trí KẾT LUẬN Trong giải pháp bố trí liên dầm biến dạng, gối trung gian liên dầm bố trí đơn cho phép mặt cắt gối biến dạng xoắn, làm phân bố xoắn truyền tích lũy đầu liên với giá trị bao MM xoắn tăng đáng kể, đặc biệt vị trí gối chống xoắn liên Giải pháp bố trí gối đơn lệch phía ngồi so với tim dầm phân bố lại giá trị bao MM xoắn, dạng giống bố trí gối chống xoắn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đình Tâm - Giáo trình Cầu Bê tơng cốt thép (Tập 1, 2) [2] Lương Minh Chính, Đặng Việt Đức, Dương Anh Tuấn, “Cầu Cong BTCT DƯL: Lực chọn thơng số thiết kế phương pháp tính tốn”, Tuyển tập hội nghị Khoa học thường niên năm 2017 Trường Đại học Thủy lợi tr90-tr.92 [3] Midas IT - Midas/Civil User Manual [4] TCVN 4054: 2005 Đường ô tô - yêu cầu thiết kế [5] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 - 05 123 ... [1] Lê Đình Tâm - Giáo trình Cầu Bê tơng cốt thép (Tập 1, 2) [2] Lương Minh Chính, Đặng Việt Đức, Dương Anh Tuấn, ? ?Cầu Cong BTCT DƯL: Lực chọn thông số thiết kế phương pháp tính tốn”, Tuyển tập... biến dạng xoắn, có điểm nhảy đường bao MM xoắn vị trí có bước nhảy lực cắt bước nhảy phân bố MM xoắn gây lực theo phương ngang hướng tâm hệ thống ứng suất trước Đường bao MM xoắn nhịp dầm cong trường... xuất phát từ dầm thẳng tương ứng Mức độ an toàn khai thác kết nhịp kiểm tra lại thông qua sức kháng uốn, cắt xoắn, ứng suất cắt - xoắn kết hợp nội lực hệ nhịp dầm cong liên tục theo tiêu chuẩn