Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN VĂN NGÔN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH CHO KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN VĂN NGÔN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH CHO KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ Ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình đặc biệt Mã số: 9580206 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Nguyễn Viết Trung PGS.TS Phạm Duy Anh HÀ NỘI - 2022 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU III DANH MỤC CÁC BẢNG VI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VIII MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRONG KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU5 1.1 Khái quát vật liệu cốt sợi polyme (FRP) 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Ưu, nhược điểm GFRP 1.2 Lịch sử phát triển 1.3 Các tính chất lý đặc trưng vật liệu GFRP 10 1.3.1 Các tính chất vật lý 10 1.3.2 Các tính chất học 11 1.3.3 Ứng xử phụ thuộc thời gian 13 1.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ cao lửa 14 1.4 Các vật liệu thành phần GFRP phương pháp chế tạo 15 1.4.1 Thành phần vật liệu GFRP 15 1.4.2 Phương pháp chế tạo vật liệu GFRP 16 1.5 Độ bền GFRP 18 1.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền GFRP 18 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu độ bền 20 1.6 Khái quát nghiên cứu ứng dụng cốt GFRP 20 1.6.1 Khái quát tiêu chuẩn, dẫn thiết kế hành 20 1.6.2 Một số nghiên cứu ứng xử uốn kết cấu bê tông cốt GFRP 23 1.6.3 Một số nghiên cứu sử dụng cốt FRP cho kết cấu mặt cầu 32 1.6.4 Ứng dụng cốt FRP 42 1.7 Định hướng nghiên cứu 46 1.7.1 Nhận xét kết nghiên cứu có 46 1.7.2 Các vấn đề đề tài tập trung nghiên cứu 46 Kết luận chương 47 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH 48 2.1 Giới thiệu 48 2.2 Các giả thiết tính chất thiết kế GFRP 48 2.2.1 Các giả thiết 48 2.2.2 Các tính chất thiết kế GFRP 48 2.3 Lý thuyết thiết kế kết cấu mặt cầu cốt GFRP theo hướng dẫn AASHTO LRFD 49 2.3.1 Các trạng thái giới hạn 49 2.3.2 Các nghiên cứu thiết kế 51 2.3.3 Thiết kế chịu uốn 51 2.3.4 Thiết kế chịu cắt 57 2.3.5 Bố trí chi tiết cốt 59 2.3.6 Triển khai mối nối cốt 61 2.4 Trình tự thiết kế mặt cầu cốt GFRP theo AASHTO LRFD 2018 64 2.5 Phương pháp thiết kế mặt cầu cốt GFRP theo Tiêu chuẩn Thiết kế cầu Canada (CAN/CSA S6.1S1-10) 67 2.5.1 Tính tốn mặt cầu sử dụng phương pháp thiết kế uốn 67 2.5.2 Cơ sở thiết kế mặt cầu sử dụng phương pháp kinh nghiệm 70 2.6 Đánh giá cơng thức dùng tính tốn khả chịu tải kết cấu mặt cầu bê tông cốt GFRP 72 2.6.1 Khái quát công thức dự báo 72 2.6.2 Đánh giá công thức dự báo 74 2.7 So sánh thiết kế kết cấu mặt cầu sử dụng cốt GFRP thay cốt thép 82 Kết luận chương 84 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH 85 3.1 Giới thiệu 85 3.1.1 Các sở tiến hành thí nghiệm 85 3.1.2 Mục đích thí nghiệm 85 3.2 Lựa chọn mơ hình thí nghiệm 85 3.3 Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm 86 3.3.1 Vật liệu 86 3.3.2 Thiết bị thí nghiệm 87 3.3.3 Mẫu thí nghiệm 88 3.3.4 Bố trí thiết bị đo đạc 91 3.4 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 92 3.4.1 Sơ đồ thí nghiệm 92 3.4.2 Trình tự thí nghiệm 93 3.5 Kết thí nghiệm phân tích 93 3.5.1 Cường độ bê tông 93 3.5.2 Mơ hình phá hoại dạng vết nứt 93 3.5.3 Biến dạng bê tông cốt 96 3.5.4 Ứng xử võng - Biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng 98 3.6 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm 100 3.6.1 So sánh kết thực nghiệm với công thức lý thuyết 100 3.6.2 Phân tích ứng xử kết cấu thí nghiệm phương pháp PTHH 103 Kết luận chương 109 CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH 110 4.1 Giới thiệu 110 4.2 Nghiên cứu so sánh các phương pháp thiết kế mặt cầu 110 4.2.1 Giới thiệu 110 4.2.2 Tính toán thiết kế mặt cầu cốt GFRP theo phương pháp 110 4.2.3 So sánh khối lượng vật liệu tính theo hai phương pháp 113 4.3 Phân tích hiệu ứng dụng cốt GFRP thay cốt thép kết cấu mặt cầu 113 4.3.1 Số liệu tính tốn 113 4.3.2 Tính tốn nội lực 114 4.3.3 Tính tốn khối lượng vật liệu cốt 114 4.3.4 So sánh chi phí vật liệu cốt 115 4.4 Phân tích hiệu ứng dụng cốt GFRP thay cốt thép xét đến chi phí vịng đời 117 4.4.1 Giới thiệu 117 4.4.2 Phân tích chi phí vịng đời 117 4.5 Một số kiến nghị áp dụng tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823: 2017 kết cấu mặt cầu bê tông cốt GFRP 120 4.5.1 Các nội dung tương ứng với Phần - kết cấu bê tông [2] 120 4.5.2 Các nội dung kết cấu mặt cầu [2] 128 Kết luận chương 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130 Những kết đạt luận án 130 Những đóng góp luận án 130 Hạn chế đề tài 131 Kiến nghị hướng nghiên cứu 131 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 PHỤ LỤC 143 i LỜI CẢM ƠN Luận án thực Bộ mơn Cơng trình giao thơng thành phố Cơng trình thủy, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Giao thơng vận tải hướng dẫn cố GS.TS Nguyễn Viết Trung PGS.TS Phạm Duy Anh Tác giả luận án xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới cố GS.TS Nguyễn Viết Trung xin cảm ơn PGS.TS Phạm Duy Anh tận tình hướng dẫn khoa học suốt q trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo Bộ mơn Cơng trình giao thơng thành phố Cơng trình thủy - Trường Đại học Giao thông vận tải động viên, giúp đỡ tạo điều kiện để hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo sau đại học trường Đại học Giao thông vận tải giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập trường Tơi xin trân trọng cảm ơn Phịng Thí nghiệm vật liệu xây dựng, Trung tâm Khoa học công nghệ Giao thông vận tải - Trường Đại học Giao thông vận tải tạo điều kiện giúp đỡ thực nghiên cứu thực nghiệm Cuối bày tỏ cảm ơn đồng nghiệp, gia đình người thân giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu Mặc dù cố gắng hoàn thành luận án với tất nỗ lực thân, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong q Thầy, Cơ tận tình bảo Trân trọng cảm ơn Hà Nội, Ngày 15 tháng 11 năm 2022 Tác giả Nguyễn Văn Ngôn ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả luận án xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả Nguyễn Văn Ngôn iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU Tiếng Anh AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp hội Viên chức Đường Vận tải Mỹ) ACMA: American Composites Manufacturers Association (Hiệp hội nhà sản xuất vật liệu composit Mỹ) ACI: American Concrete Institute (Viện Bê tông Mỹ ) AFRP: Aramid Fiber Reinforced Polymers (Pôlime gia cường cốt sợi Aramid) ASCE: American Society of Civil Engineers (Hội kỹ sư Xây dựng Mỹ) ASTM: Hiệp hội Thí nghiệm Vật liệu Mỹ (American Society for Testing and Materials) BSI: British Standards Institution (Viện Tiêu chuẩn Anh) CMA Compressive Membrane Action (Tác động màng nén) CSA: Canada Standards Association (Hiệp hội tiêu chuẩn Canada) CFRP: Cacbon Fiber Reinforced Polymers (cốt polyme sợi bon) fib: International Federation for Structural Concrete (Liên đồn kết cấu bê tơng quốc tế) FRP: Fiber Reinforced Polymers (cốt sợi polyme) GFRP: Glass Fiber Reinforced Polymers (cốt polyme sợi thủy tinh) ISIS: Intelligent Sensing for Innovative Structures (Quan trắc thông minh cho kết cấu tiên tiến) IstructE: Institution of Structural Engineers (Tổ chức kỹ sư kết cấu) - 32 - Träng lỵng lan can: Ab = 228400 mm - Trọng lượng lớp phủ mặt cÇu: DC2 := ĭc Ab 1m = 5.482 kN kN DW := ĭa 1m = 1.688 m B.1.2 Hoạt tải Xét bánh xe nặng xe tải thiết kế có trọng lượng P đặt cách mép gờ chắn bánh xe 300mm (hình 2) Khoảng cách từ tim bánh xe tới tim gối - ChiỊu réng tiÕp xóc b¸nh xe: b := 510mm - Chiều dày trung bình mặt cầu: tsk = 0.24 m 500 300 x = 200 mm x 220 P Sk LL DC2 DW DC1 L1 L2 Sk Hình Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cánh hẫng - Chiều rộng dài tương đương: Ea := 1140mm + 0.833 x P LL := b + tsk Ea ( ) Ea = 1.31 m LL = 73.983 P := 145kN kN m b + tsk = 0.75 m Do người đi: Vì xét trường hợp xe tải chạy lấn người không xét tải - 33 trọng người Víi lùc tËp trung tÜnh t¶i lan can tay vịn, rào chắn bánh xe gây với cánh tay đòn lấy an toàn bằng: Mô men ngàm: Sk = 1000 mm L1 = 455 mm L2 := Sk - 500mm = 500 mm Trạng thái giới hạn sử dơng: hƯ sè lµn xe m = 1,2 γDC := 1.0 η := 1.0 γDW := 1.0 γLL := 1.5 2 Sk L2 L1 MSD := η γ DC DC1 + γ DW DW + γDC DC2 Sk + γLL 1.2 ( + 0.33) LL 2 MSD = 26.906 kN m Trạng thái giới hạn cường độ 1: η := 1.0 γDC := 1.25 γDW := 1.5 γLL := 1.75 2 Sk L2 L1 MCD := η γDC DC1 + γDW DW + γ DC DC2 Sk + γ LL 1.2 ( + 0.33) LL 2 MCD = 32.158 kN m Lực cắt ngàm: Trạng thái giới hạn sử dụng: := 1.0 γDC := 1.0 γDW := 1.0 γLL := 1.5 VSD := η γDC DC1 Sk + γDW DW L2 + γ DC DC2 + 1.2γ LL ( + 0.33) LL L1 VSD = 92.673 kN Trạng thái giới hạn cường độ 1: := 1.0 γDC := 1.25 γDW := 1.5 γLL := 1.75 VCD1 := η γ DC DC1 Sk + γ DW DW L2 + γDC DC2 + 1.2γLL ( + 0.33) LL L1 VCD1 = 109.337 kN B.2 Xác định nội lực B.2.1 Tĩnh t¶i kN DC1 := ts γ c 1m = 4.8 m kN - Do trọng lượng thân lớp phủ mặt cầu: DW = 1.688 m - Do trọng lượng mặt cầu gây ra: - Mô men tĩnh tải mặt cầu lớp phủ TTGH sư dơng: - 34 ĭDC := 1.0 MDL := ĭDW := 1.0 ( ĭDC DC1 + ĭDW DW ) S 12 = 2.163 kN m - Mô men tĩnh tải mặt cầu lớp phủ TTGH cường độ 1: DC := 1.25 MDL := ĭDW := 1.5 ( ĭDC DC1 + ĭDW DW ) S 12 = 2.844 kN m B.2.2 Hoạt tải Mô men hoạt tải tính theo phương pháp dải cách tra bảng A4-1 [2] Với khoảng cách dầm chủ S = 2000 mm Mô men d¬ng lín nhÊt (cha cã hƯ sè): MLLd = 22.78 kN m Mô men âm lớn (chưa có hệ số) xác định mặt cắt cách tim dÇm: bf , 380mm = 267 mm 3 Tra b¶ng A4-1 [2] cã: MLLa = 13.006 kN m - Mô men dương tính toán trạng thái giới hạn cường độ 1: Mud := MDL + ĭLL MLLd = 42.709 kN m LL := 1.75 - Mô men âm tính toán trạng thái giới hạn cường độ 1: Mua := MDL + ĭLL MLLa = 25.603 kN m - Mô men dương tính toán trạng thái giới hạn sử dụng: Msd := MDL + ĭLL MLLd = 36.333 kN m - Mô men dương tính toán trạng thái giới hạn sư dơng: Msa := MDL + ĭLL MLLa = 21.671 kN m Tỉng hỵp néi lùc tÝnh toán trình bày bảng LL := 1.5 - 35 Bảng Tổ hợp nội lực Bản (kN.m) Vị trí Bản hẫng (kN.m) Mô men dương Mô men âm Mô men âm TTGH cường độ 42,709 25,603 30,871 TTGH sư dơng 36,333 21,671 25,803 TTGH C Tính toán bố trí cốt tăng cường Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ: Mép bản: at := 38mm MÐp díi b¶n: ad := 25mm (tham kh¶o CAN/CSA S6-2010) Mr = FMn Sức kháng uốn bản: C.1 Cốt chịu mômen dương Mô men uốn tính toán: Mu := Mud = 42.709 kN m Gi¶ thiÕt chän dïng cèt GFRP cã ®êng kÝnh: Ŏ := 20mm s := 100mm => Diện tích cốt tăng cường tÝnh cho m réng b¶n: Af := 1000mm f20 s Af = 2404 mm => ChiÒu cao h÷u hiƯu: d := ts - ad - 0.5 Ŏ d = 165 mm f'c - 28MPa 0.05 = 0.836 > 0.65 Ĭ1 := 0.85 - 7MPa Hàm lượng cốt tăng cường với trường hợp phá hoại cân bằng: f'c Ef įcu Ļfb := 0.85 Ĭ1 = 0.006 ffd Ef įcu + ffd ffd įfd := = 0.014 Ef Chiều cao trục trung hoà tương ứng với trường hợp phá hoại cân cu cb := d = 29.118 mm įcu + įfd Hµm lượng cốt tăng cường sử dụng: Af f := = 0.0146 > Ļfb = 0.006 bd HƯ sè søc kh¸ng: => Phá hoại bê tông vùng nén - 36 Ŏ := 0.55 if Ļf Ļfb 0.3 + 0.25 Ļf Ļfb Ŏ = 0.65 if Ļfb < Ļf < 1.4Ļfb 0.65 if Ļf 1.4 Ļfb øng suất cốt tăng cường ( Ef cu) ff := ( ff := ff , ffd a := + 0.85 Ĭ1 f'c Ļf Ef įcu - 0.5 Ef įcu = 381.963 MPa ) = 381.963 MPa Af ff = 36.009 mm 0.85 f'c b => Søc kh¸ng uèn danh nghÜa Mn := a Af ff d - if Ļf > Ļfb 2 Ĭ1 cb if Ļf Ļfb Af ffd d Mn = 134.977 kN m Søc kh¸ng uèn tÝnh to¸n Mr := Ŏ Mn = 87.735 kN m > Mu = 42.709 kN m => Thoả mÃn - Kiểm tra lượng cốt tối thiĨu §iỊu kiƯn: Af.min = 0.41 f'c 2.29 bd bd ffd ffd 0.41 f'c 1MPa Af.min1 := b d = 588.15 mm ffd Af.min2 := 2.29 1MPa b d = 599.762 mm ffd ( ) Af.min := max Af.min1 , Af.min2 = 599.762 mm KiÓm tra: KT := "DAT" if Af Af.min = "DAT" "KHONG DAT" otherwise Vậy cốt tăng cường dọc bên chịu mômen dương dùng f20 a100 - 37 C.2 Cốt tăng cường chịu mômen âm Mu := Mua = 25.603 kN m M« men uèn tÝnh toán: Giả thiết chọn dùng cốt GFRP có đường kÝnh: Ŏ := 20mm s := 100mm => DiÖn tÝch cốt tăng cường tính cho m rộng bản: Af := 1000mm f20 s Af = 2404 mm => ChiỊu cao h÷u hiƯu: d := ts - at - 0.5 Ŏ d = 152 mm Hàm lượng cốt tăng cường sử dụng: Af f := = 0.0158 bd > Ļfb = 0.006 HÖ sè søc kh¸ng: Ŏ := 0.55 if Ļf Ļfb Ļf 0.3 + 0.25 Ļfb Ŏ = 0.65 if Ļfb < Ļf < 1.4Ļfb 0.65 if Ļf 1.4 Ļfb ứng suất cốt tăng cường ( Ef cu) + 0.85 Ĭ1 f'c E ff := Ļf ( ff := ff , ffd a := f įcu - 0.5 Ef įcu = 364.31 MPa ) = 364.31 MPa Af ff = 34.345 mm 0.85 f'c b => Søc kh¸ng uèn danh nghÜa Mn := Af ff d - a if Ļf > Ļfb 2 Ĭ1 cb if Ļf Ļfb Af ffd d Søc kh¸ng uèn tÝnh to¸n Mn = 118.082 kN m - 38 Mr := Ŏ Mn = 76.753 kN m > Mu = 25.603 kN m => Tho¶ m·n - KiĨm tra lượng cốt tối thiểu Điều kiện: 0.41 f'c 2.29 bd bd ffd ffd Af.min = 0.41 f'c 1MPa Af.min1 := b d = 541.811 mm ffd Af.min2 := 2.29 1MPa b d = 552.508 mm ffd ( ) Af.min := max Af.min1 , Af.min2 = 552.508 mm KiÓm tra: KT := "DAT" if Af Af.min = "DAT" "KHONG DAT" otherwise Vậy cốt tăng cường dọc bên chịu mômen âm dùng f20 a100 C.3 Cốt tăng cường chịu mômen âm cho phần hẫng mặt cầu Bố trí cốt tăng cường chịu mô men âm cho phần hẫng giống nhịp phía tiến hành kiểm tra Mô men uốn tính toán cho phÇn hÉng Muh = 30.871 kN m < Mr = 76.753 kN m => Tho¶ mÃn D Kiểm tra nứt ứng suất giai đoạn sử dụng D.1 Kiểm tra với cốt chịu mô men dương Mô men uốn tính toán TTGH sử dụng: Ms := Msd = 36.333 kN m øng suất giới hạn giai đoạn sử dụng: 0.2ffd = 126 MPa Chiều rộng vết nứt lớn xác ®Þnh ff s w := Ĭ kb dc + Ef 2 2 nf := Ef = 1.625 Ec k := Ļf nf + Ļf nf - Ļf nf = 0.1952 ( ) - 39 øng suất cốt GFRP giai đoạn sử dụng ff := Ĭ := Ms Af d k 3 = 97.971 MPa h - k d = 1.264 d - k d < 0.2ffd = 126 MPa => OK kb := 1.4 dc := h - d = 35 mm s := 100mm Khoảng cách cốt tăng cường: Chiều rộng vÕt nøt: ff s wcr := Ĭ kb dc + = 0.47 mm Ef 2 => OK D.2 KiÓm tra với cốt chịu mô men âm Mô men uốn tÝnh to¸n ë TTGH sư dơng: Ms := Msa = 21.671 kN m Ļf = 0.0158 k := Ļf nf + Ļf nf - Ļf nf = 0.2025 ( ) øng suÊt cốt GFRP giai đoạn sử dụng Ms ff := = 63.598 MPa k Af d - 3 Ĭ := < 0.2ffd = 126 MPa => OK h - k d = 1.396 d - k d dc := h - d = 48 mm Khoảng cách cốt tăng cường: Chiều rộng vết nứt: ff s := 100mm s wcr := Ĭ kb dc + = 0.38 mm Ef 2 E Kiểm tra độ võng Mô men quán tính mặt cắt nguyên bh Ig := = 6.667 10 mm 12 Tính đặc trưng tiết diện nứt mô men nøt fr := 0.62 f'c 1MPa = 3.396 MPa => OK - 40 - Mcr := f r Ig h = 22.639 kN m Icr := 1m b d k + nf Af d ( - k ) = 2.541 10 mm h Ĭd := Ļf = 0.53 Ļfb Mô men uốn tĩnh tải hoạt tải tiªu chuÈn MDL = 2.163 kN m MLL = 22.78 kN m Ma := MDL + MLL = 24.942 kN m > Mcr = 22.639 kN m Mô men quán tính hữu hiÖu M 3 Mcr cr Icr = 3.282 10 mm Ie := Ĭd Ig + 1 - Ma Ma => Ie := Ie if Ma > Mcr = 3.282 10 mm Ig otherwise Tính độ võng tĩnh tải hoạt tải: DL.LL := Ma S 48 Ec Ie = 1.143 mm TÝnh độ võng riêng tĩnh tải hoạt tải: DL := ďLL := MDL S 48 Ec Ie MLL S = 0.0991 mm 48 Ec Ie = 1.044 mm Tính độ võng dài hạn từ biÕn vµ co ngãt ĸ := 2.0 ďcp.sh := 0.6 ĸ ďDL + 0.2 ďLL = 0.37 mm ( ) ď := ďLL + ďcp.sh = 1.414 mm => Độ võng dài hạn tổng cộng: §é giíi h¹n: ďLM := S = 2.5 mm 800 => Đảm bảo điều kiện độ võng > ď = 1.414 mm - 41 F TÝnh cèt ngang F.1 Tính cốt phân bố Cốt tăng cường phụ theo chiều ngang đặt đáy để phân bố tải trọng bánh xe đến cốt dọc chịu lực Diện tích yêu cầu tính theo phần trăm cốt tăng cường chịu mômen dương đặt vuông góc với hướng xe ch¹y (TCVN 11823-9:2017 - [7.3.2]) 3840 67% S Sè phần trăm = Trong đó: S = 2000 mm 3840 = 85.87 % > 67% S Suy ra: sè phần trăm: => dùng 67% Af = 2404 mm Chän bè trÝ cèt däc ph©n bè b»ng 67% cốt chịu mô men dương: Ad := 0.67 Af Ad = 1610.68 mm (tÝnh cho 1m ph¬ng ngang cầu) => Chọn bố trí cốt dọc bên dïng F 16 a100 Ad = 1650 mm F.2 Cốt chịu co ngót nhiệt độ Lượng cốt tối thiểu chịu co ngót nhiệt độ f.st := 0.0018 => DiƯn tÝch tèi thiĨu 414MPa Es = 0.0053 Ef ffd Af.st := Ļf.st b d = 867.429 mm Cốt tăng cường phụ chọn lớn trị số này, nhiên với dày 150mm, cốt thép chống co ngót nhiệt độ phải bố trí hai lớp Khoảng cách lớn cốt thÐp nµy lµ: ( ) ts , 300mm = 300 mm => Chän bè trÝ cèt dọc cầu bên dùng F 16 a200 A'd = 825 mm G ThiÕt kÕ chèng c¾t Lùc cắt tính toán: Vu = 103.682 kN Sức kháng cắt hai phương bê tông mặt cầu: Với: k = 0.202 ( Ŏ := 0.75 ) cx := 510mm bo := cx + cy + 2d = 2352 mm cy := 362mm c := k d = 0.031 m - 42 Vc := => f'c 1MPa bo c = 317.174 kN Vr := Ŏ Vc = 237.881 kN > Vu = 103.682 kN => Đạt yêu cầu H Thiết kế mặt cầu theo kinh nghiƯm (Mơc 8.18.4.1 - CAN/CSA S6) H.1 KiĨm tra c¸c điều kiện thiết kế Để áp dụng phương pháp thiết kế theo kinh nghiệm kết cấu cần thoả mÃn điều kiện sau: - Bản mặt cầu liên hợp với dẫm đỡ đặt song song, trụ đỡ dẫm đặt song song; - Tỷ lệ khoảng cách dầm đỡ với chiều dày nhỏ 18 KHoảng cách dầm đỡ lấy theo hươgs cốt thép đặt theo phương ngang cầu; - Khoảng cách dầm đỡ không vượt 4,0 m chiều dài phần hẫng đảm bảo đủ chiều dài triển khai cho cốt thép ngang lớp đáy (chiều dài triển khai cốt thép lấy 60 lần đường kính cốt; - Cốt thép dọc vùng chịu mô men âm quy định mục 8.19.4 Mục 10 H.2 Thiết kế mặt cầu bê tông cốt GFRP - Yêu cầu cốt tối thiểu cho lớp theo phương ngang cầu: => chọn dùng D20 a125 ds Afrp := 500 Efrp - Bè trÝ cốt cho lớp lại với hàm lượng tối thiÓu 0,0035: => chän dïng D16 a250 I ThiÕt kÕ mặt cầu theo phương pháp đề nghị Phương pháp đề nghị kết hợp bố trí cốt GFRP lưới cốt thép mặt Kết tổng hợp so sánh bảng J Tổng hợp, so sánh khối lượng chi phí vật liệu cốt theo phương pháp Khối lượng cốt tăng cường cho mặt cầu tính cho nhịp theo phương pháp tổng hợp, so sánh Bảng Bảng - 43 - Bảng Tổng hỵp bè trÝ cèt thÐp (GFRP) Bè trÝ cèt GFRP (thÐp) Cèt däc trªn Cèt däc díi Cèt ngang trªn Cốt ngang Phương pháp thiết kế Phương pháp thiết kế chịu uốn Số Khối lượng (m) Phương pháp thiÕt kÕ kinh nghiÖm [26] Sè 16a200 16a100 20a100 20a100 40 1318 79 2603,05 330 2623,5 16a250 16a250 32 32 330 2623,5 16a250 (20a100) 132 Khèi lỵng (m) 1054,4 1054,4 Phương pháp đề nghị kết hợp GFRP + thép 10a200 (GFRP) 10a200 (thép) Sè Khèi lỵng (m) 40 1318 40 1318 871,2 16a250 (20a100) (GFRP) 133 877,8 Bè trÝ thÐp thùc tÕ Sè Khèi lỵng (m) 14a200 40 1318 14a200 40 1318 20a150 220 1749 20a125 263 2090,85 14a250 (thép) 133 1057,35 20a150 220 1749 B¶ng So sánh chi phí vật liệu cốt Phương pháp thiÕt kÕ ThiÕt kÕ uèn [8] ThiÕt kÕ kinh nghiÖm [36] Phương pháp đề nghị kết hợp GFRP + thép Bè trÝ cèt thÐp thùc tÕ Khèi lỵng Chi phÝ (VNĐ) Đơn giá Thành tiền 16 3921,1 m 23480 92.066.254 20 5247,0 m 34980 183.540.060 16 2980,0 m 23480 69.970.400 20 3410,9 m 34980 119.311.533 10 (thÐp) 812,2 kg 15275 12.406.119 14 (thÐp) 1267,5 kg 14900 18.885.249 10 (GFRP) 1054,4 m 9800 10.333.120 16 (GFRP) 877,8 m 23480 20.610.744 20 (GFRP) 3410,9 m 34980 119.311.533 14 2547,4 kg 14900 37.956.713 20 8622,6 kg 14900 128.476.293 Céng (VN§) Tû lƯ (%) 275.606.314 166% 189.281.933 114% 181.546.765 109% 166.433.006 100% 44 PHỤ LỤC THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG 45 MPa THEO ACI 211.1-91 A Các kết thí nghıệm vật lıệu Kết thí nghiệm loại vật liệu cát vàng (Sông Lô), đá dăm Dmax20 (Đá vôi - Hà Nam), xi măng PC40 (Bút Sơn) dùng để chế tạo bê tông tổng hợp Bảng 1, 2, Đường Lượng kính sót riêng biệt sàng (mm) (gam) 2,5 189 1,25 321 0,63 512 0,315 545 0,14 164 < 0,14 59 Lượng sót tích luỹ sàng (gam) 189 510 1022 1567 1731 1790 % lượng sót tích luỹ sàng (%) 0,00 10,56 28,49 57,09 87,54 96,70 100,00 % lượng sót tích luỹ sàng Bảng Kết thí nghiệm vật liệu cát 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,14 0,63 1,25 2,5 0,315 Đường kính lỗ sàng (mm) 5,0 Các tính chất vật lý cát: Mô đun độ lớn: 2,80; Khối lượng thể tích xốp: 1,475 g/cm3; Khối lượng riêng: 2,710 g/cm3; Hàm lượng bụi sét: 0,76%; Hàm lượng tạp chất hữu cơ: cho phép; Hàm lượng hạt > mm: 11,21 %; Độ ẩm (4,0%) Đường Lượng kính sót riêng biệt sàng (mm) (gam) 70 40 20 1032 10 6241 4572 Thành phần vật liệu cho m3 bê tông bao gồm: Nước = 142 lít Xi măng (PC40) = 500 kg Cát vàng = 690 kg Đá dăm (Dmax = 20 mm) = 1012 kg Phụ gia Viscocrete 3153 = 3,5 lít
Ngày đăng: 21/05/2023, 07:50
Xem thêm:
