Các mô hình phân tích thiết kế cho những vùng chịu lực cục bộ và ứng dụng cho trường hợp khu vực đầu dầm super t,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN VIỆT ANH CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH THIẾT KẾ CHO NHỮNG VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ VÀ ỨNG DỤNG CHO TRƯỜNG HỢP KHU VỰC ðẦU DẦM SUPER-T LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Tp Hồ Chí Minh- 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN VIỆT ANH CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH THIẾT KẾ CHO NHỮNG VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ VÀ ỨNG DỤNG CHO TRƯỜNG HỢP KHU VỰC ðẦU DẦM SUPER-T Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm Mã số: 62.58.25 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN DUY TIẾN Tp Hồ Chí Minh- 2012 MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu 1.1 ðặt vấn ñề 1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: Tổng quan vùng cục kết cấu cầu BTCT 2.1 ðặc ñiểm vùng ứng suất cục thường gặp 2.2 Quy ñịnh cấu tạo cho vùng cục 10 2.3 Vùng cục cho số cấu kiện điển hình 15 2.3.1 Vùng cục kết cấu dầm cao 15 2.3.2 Vùng cục dầm cắt khấc… 18 2.3.3 Vùng cục bọ kết cấu vai ñỡ 22 2.3.4 Vùng cục liên kết nút khung……………… 24 2.3 Nhận xét 25 Chương 3: Các phương pháp phân tích thiết kế vùng cục kết cấu cầu BTCT 20 3.1 Tổng quan phương pháp phổ biến 26 3.2 Phương pháp truyền thống 28 3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 37 3.3.1 Khái niệm chung 37 3.3.2 Nội dung phương pháp 38 3.3.3 Trình tự phân tích tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn 39 3.3.4 Hàm xấp xỉ - phép nội suy 41 3.3.5 Các phương trình phương pháp phần tử hữu hạn 45 3.3.6 Các bước phân tích theo PTHH tính toán cho vùng tập trung ứng suất Midas Civil 47 3.4 Phương pháp mơ hình hệ 52 3.4.1 Nguyên lý sở lý thuyết sơ ñồ hệ 53 3.4.2 Phương pháp áp dụng theo 22TCN 272-05 65 3.5 Nhận xét 74 Chương 4: ðặc ñiểm cấu tạo thi cơng chịu lực khu vực đầu dầm super-T 76 4.1 Lịch sử phát triển dầm super-T 76 4.2 ðặc ñiểm cấu tạo thi công 78 4.2.1 Phân tích đánh giá công nghệ chế tạo thi công dầm super-T 79 4.2.2 Nhận xét 91 4.3 ðánh giá thực trạng làm việc dầm super-T trình khai thác 92 4.4 ðặc ñiểm chịu lực khu vực ñầu dầm super-T 94 4.4.1 Khu vực neo cáp dự ứng lực 94 4.4.2 Khu vực ñầu dầm 94 Chương 5: Ứng dụng phương pháp phân tích vùng đầu cầu dầm super-T 97 5.1 Ví dụ áp dụng 97 5.2 Kết luận 107 Chương 6: Kết luận kiến nghị 109 6.1 Kết luận 109 6.2 Kiến nghị 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 LỜI CẢM ƠN Phân tích ứng suất cục kết cấu cơng trình xây dựng quan tâm nhiều chuyên gia ñầu ngành kết cấu, kỹ sư bạn sinh viên chuyên ngành xây dựng Nhưng việc phân tích chất ứng dụng vào cơng trình thực tế khơng phải vấn đề dễ dàng có nhiều phần mềm kết cấu chuyên dụng Ngày có nhiều phương pháp phân tích ứng suất cục với ưu ñiểm riêng ðề tài tập trung ñi sâu nghiên cứu cụ thể ñặc ñiểm bật với mục tiêu làm rõ chất việc phân tích áp dụng vào thực tế thiết kế, cấu tạo thi cơng để hạn chế hư hỏng, đảm bảo tuổi thọ cơng trình Luận văn kết học tập, nghiên cứu thân em thiếu hướng dẫn, bảo giúp đỡ tận tình thầy q trình học tập Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Duy Tiến, người có nhiều góp ý giúp đỡ tận tình q trình em thực luận văn Vì lực thời gian có hạn, luận văn khó tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, góp ý thầy đồng nghiệp Em bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy giáo, bạn đồng nghiệp kính chúc thầy, bạn sức khỏe, thành công Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 Học viên: Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ðặt vấn ñề Trong phân tích tính tốn kết cấu cơng trình nói chung kết cấu cầu nói riêng, việc xác định ứng xử phận kết cấu chịu lực phức tạp thách thức ñối với kỹ sư kết cấu Với cơng trình cầu mố neo, đầu dầm, n tháp, neo cáp,…Kết cấu cầu có ñặc ñiểm bật tải trọng tác dụng lớn, tính chất chịu lực phức tạp Hình 1.1 Mơ hình không gian cầu extrados Midas Nhiều phần mềm phân tích phần tử hữu hạn học phát triển giới Một số chúng là: ANSYS, PLAXIS, SAP2000, STAADPro, MIDAS,… Mỗi phần mềm có khả định việc mơ hình hóa phân tích ứng suất cục Những thư viện phần tử hữu hạn mơ hình hóa trạng thái ứng suất phức tạp phần mềm khác ða số phần mềm ứng dụng phân tích kết cấu cơng trình ưa sử dụng phần tử hữu hạn tuyến tính Một số phần mềm ANSYS, ABAQUS, LUSAS, sử dụng phần tử bậc cao thường phần tử có mức độ phức tạp vừa phải Hình 1.2 Mơ hình PTHH phân tích phiến dầm dầm Super-T Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Các công trình cầu nước ta ngày có qui mơ ñộ phức tạp kết cấu cao Các cầu treo dây văng, cầu treo dây võng, cầu extrados, cầu vòm, cầu ñúc hẫng, cầu vượt thành phố ñã ñang ñược xây dựng với ñộ vượt nhịp ngày lớn Các tượng hư hỏng kết cấu cầu theo thực tế thường xảy vị trí chịu lực cục Do u cầu phân tích tính tốn thiết kế ngày địi hỏi cao phân tích kết cấu chịu lực cục phần quan trọng nội dung phân tích kết cấu cơng trình Việc nghiên cứu mơ hình tính tốn thích hợp cho dạng kết cấu đóng góp tích cực vào việc giải trọn vẹn vấn đề tính tốn thiết kế cơng trình xây dựng nói chung, cơng trình cầu nói riêng, u cầu mà thực tế địi hỏi 1.2 Mục đích nội dung nghiên cứu Mục ñích nghiên cứu nhằm làm rõ việc áp dụng phương pháp, mơ hình để xử lý kết cấu chịu lực cục nói chung để có định hướng cấu tạo chi tiết nhằm khắc phục hư hỏng thường xảy khu vực Qua ñó, tiến hành nghiên cứu từ kết thực tiễn số dự án cầu, ñánh giá ñịnh hướng nghiên cứu mơ hình phân tích ứng dụng tính tốn vùng kết cấu tập trung ứng suất kết cấu cầu dầm super-T, ñặc biệt khu vực ñầu dầm super – T ñược phân tích chi tiết tính tốn kiến nghị cấu tạo Hình 1.3 Mơ hình PTHH đầu dầm Super-T Những kiến nghị mơ hình phân tích số khuyến cáo tính tốn thiết kế kết cấu ñưa Nội dung nghiên cứu: Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Tìm hiểu đặc ñiểm cấu tạo vùng cục bộ, xem xét ñặc ñiểm hư hỏng cầu ñang khai thác, ñánh giá dạng phá hoại nghiên cứu số mơ hình tính tốn cho vùng tập trung ứng suất kết cấu
ðánh giá phù hợp mơ hình lý thuyết tính tốn
Áp dụng chương trình tính tốn số phần mềm chun dụng như: Midas Civil Cast để phân tích, kiểm nghiệm đánh giá lý thuyết
Phân tích cấu kiện cụ thể ñưa nhận xét kiến nghị tính tốn thiết kế 1.3 Phương pháp nghiên cứu ðề tài ñi vào nghiên cứu phương pháp tính tốn ứng suất vị trí chịu lực cục kết cấu BTCT từ mơ hình phân tích phần tử Solid, sau ứng dụng để tính tốn cho khu vực đầu dầm super – T Phương pháp nghiên cứu dựa hư hỏng thu ñược thực tiễn khai thác cơng trình cầu, đánh giá sở sử dụng lý thuyết kết hợp với mơ hình Việc kiểm nghiệm đánh giá kết từ thực tiễn mơ hình có hỗ trợ số phần mềm phân tích kết cấu có uy tín MIDAS/Civil, Cast ñược thực Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC VÙNG CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 ðặc ñiểm vùng ứng suất cục thường gặp Ứng suất cục bộ, hay ứng suất tập trung, xuất nơi kết cấu có đặt lực tập trung, thay đổi đột ngột hình dạng kích thước, nơi có liên kết, nơi vật liệu khơng liên tục tính chất học Tại nơi này, ứng suất phân bố không theo quy luật cụ thể, thường có giá trị tăng vọt lên giảm xuống nhanh xa nơi có tập trung ứng suất, ứng suất có giá trị bất thường gọi ứng suất tập trung Vật liệu vị trí có tập trung ứng suất vật liệu dẻo phát triển nhanh chóng vùng dẻo ứng suất cục ñến giới hạn dẻo làm thay ñổi tập trung ứng suất có phân bố lại ứng suất, vật liệu giịn hay vật liệu có thềm chảy dẻo ngắn bị phá hoại đột ngột Do thực tế khu vực tập trung ứng suất người ta ñã phải có biện pháp cấu tạo đặc biệt a) Các vùng cục điển hình kết cấu cầu BTCT Trong cơng trình cầu bê tơng có nhiều khu vực chịu lực cục kể kết cấu phần phần nơi tiếp giáp chúng Có thể thấy vùng khơng liên tục mặt hình học( kích thước kết cấu thay đổi đột ngột) hay khơng liên tục mặt học (nơi có tác dụng lực tập trung lớn) mố neo, ñầu dầm, vai kê, yên tháp, yên loe, neo cáp, chân trụ, chân tháp… Yên tháp Neo cáp văng Dầm ngang Gối, đầu dầm Chân tháp Hình 2.1 Các vùng ứng suất cục cầu BTCT Nguyễn Việt Anh Chân trụ Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Tại kết cấu phần trên, vùng chịu lực cục thường gặp khu vực gối cầu ðối với dầm BTCT DƯL khu vực cịn có thêm neo cáp DƯL làm cho tình hình làm việc kết cấu thêm phức tạp Có thể nói vùng xung quanh neo cốt thép DƯL ñều vùng cục nhạy cảm, phát sinh ứng suất nén kéo cục lớn, gây nứt bê tông Trong cầu treo dây văng, dây võng khu vực neo dây cáp vào kết cấu nhịp vùng cục nhạy cảm Một vùng cục thuộc kết cấu phần kể đến bệ cọc, nơi lực từ chân mố trụ ñược truyền xuống cọc theo cấu khó chuẩn đốn phương pháp mặt cắt thơng thường dầm thường mỏng Ngoài ra, phận mố trụ khu vực gối cầu vùng cục tiếp nhận lực gối cầu tác dụng tập trung truyền xuống phần thân mố trụ phía Khu vực thân trụ, nơi có thay đổi kích thước mặt cắt hay chuyển từ mặt cắt ñặc sang mặt cắt rỗng vùng cục phổ biến b) ðặc ñiểm cấu tạo thi công vùng cục Trong thực tế, người ta dùng nhiều biện pháp cấu tạo ñể hạn chế tăng ñột ngột phá hoại ứng suất tập trung làm lượn trơn chỗ kích thước thay đổi đột ngột, tăng diện tích tác dụng ngoại lực mặt, gia cường thêm vật liệu nơi ứng suất tập trung làm thêm ñai cứng vào chu vi cấu kiện, bổ sung hệ lưới thép chống nén cục bộ, thêm cốt sợi (sợi thép) vào bê tơng chỗ có trạng thái ứng suất khối (chỗ có neo cáp dự ứng lực…) Vùng chịu ứng suất cục vùng dễ bị phá hoại sớm, công tác thi công địi hỏi chất lượng cao Q trình thi cơng vùng chịu lực cục ln ln quan tâm giám sát chặt chẽ có kế hoạch cụ thể cho công tác Việc nghiên cứu lựa chọn vật liệu sử dụng cho kết cấu vùng ñược kiểm tra chất lượng kỹ càng, ñồng thời trình gia cơng thép, hệ thống ván khn, theo dõi cơng tác bê tơng, kiểm tra cường độ vật liệu q trình căng cáp dự ứng lực phải kiểm tra chuyên gia, kỹ sư giỏi thực lực lưỡng cơng nhân có trình độ chun mơn cao Có quy trình giám sát chặt chẽ giai đoạn thi cơng hạn chế khơng đồng vật liệu tức hạn chế thay đổi đột ngột mơđun đàn hồi vật liệu Sẽ có hệ thống ván khn cấu tạo ñặc biệt cho vùng nhằm tránh tác Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật dụng lực cưỡng căng kéo cắt cáp DƯL Ngồi ra, cơng tác giảm thiểu hiệu ứng xung kích lực nén cục tác động vào kết cấu cắt tao cáp DƯL ñược hạn chế c) ðặc ñiểm phân tích tính toán Với vùng chịu lực cục phận kết cấu khác có bố trí cốt thép khác Hiện tiêu chuẩn bê tông cốt thép chuyên nghành khác thường nhắc đến chi tiết vấn đề tính tốn bố trí cốt thép cho vùng ứng suất cục Cốt thép vùng chịu ứng suất cục thường bố trí theo kinh nghiệm theo tốn đơn giản nhằm giảm tập trung ngoại lực Sự ảnh hưởng hệ nội lực nhiễu loạn dòng ứng suất có nhiều tác động đồng thời khơng nhắc ñến Ví dụ khu vực gối cầu, ụ neo, đầu dầm thường bố trí tầng lưới thép sát bề mặt, thẳng góc chiều dài dầm ñể chịu ngoại lực tập trung từ kết cấu nhịp,lực neo truyền vào Trong phân tích kết cấu, hai nội dung phân tích thường thực phân tích tổng thể phân tích cục Phân tích tổng thể nghiên cứu làm việc chung hệ thống kết cấu, quan tâm ñến ứng xử tương tác phận kết cấu (các phần tử) với Ngược lại, phân tích cục tập trung nghiên cứu ứng xử vùng cục ñó thường bất lợi kết cấu ðể thực phân tích cục bộ, cần thiết trước phải thực phân tích tổng thể nhằm xác định điều kiện biên cho kết cấu cục Ngược lại, kết phân tích cục xem xét để hiệu chỉnh lại mơ hình phân tích tổng thể làm xác làm việc kết cấu Trong phân tích tổng thể, giả thiết tính tốn ñược sử dụng thường ñơn giản Loại phần tử hay sử dụng phần tử Chính lý ñã hạn chế việc phản ánh làm việc ñúng số phận kết cấu ðể khắc phục hạn chế này, phân tích cục thường sử dụng giả thiết nhằm tạo mơ hình tính tốn sát thực với ứng xử thực tế phận kết cấu Ngun lý St Venant giả thiết Becnuli ñược sử dụng để định hướng cho việc lựa chọn mơ hình phân tích tổng thể phân tích cục Về mặt học, hiểu đơn giản phận kết cấu làm việc cục tồn ứng suất cục ñiều kiện biên xác lập kết cấu khơng liên Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Chiều dài nhịp L=38.3m; - Chiều cao dầm 1.75m; - Mặt cắt ngang có dầm cách 2.32m; - Hoạt tải thiết kế HL93, khai thác với xe Sơ ñồ mặt cắt ngang cầu hình 5.13 Hình 5.2 Dầm super-T cắt khấc L=38.3m Mơ hình phân tích tổng thể phân tích với việc sử dụng phần tử ðể khảo sát trạng thái làm việc ñầu dầm super-T cắt khấc, ta xét trường hợp sau đây: Bảng 5.1 Các trường hợp phân tích Trường hợp Kết cấu Tiết diện dầm Tải trọng tác dụng TH1 Dầm ñược ñặt lên gối mố trụ cầu, tiến hành đổ bê tơng mặt cầu Mặt cắt dầm superT chưa liên hợp -Trọng lượng thân dầm,- Lực DƯL , - Tĩnh tải: mặt cầu, ván khn, dầm ngang, lan can TH2 Nhịp dầm thi cơng hồn chỉnh đưa vào khai thác Mặt cắt dầm superT liên hợp BTCT mặt cầu -Trọng lượng thân dầm, - Lực DƯL, - Tĩnh tải: mặt cầu, ván khuôn, dầm ngang, lan can, Hoạt tải khai thác (a) Nguyễn Việt Anh Trường hợp (b) Trường hợp Hình 5.3 Mơ hình kết cấu tổng thể dầm 98 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Tiến hành phân tích tính tốn kết cấu tổng thể dầm theo trường hợp theo 22TCN-272-05 phần mềm Midas Civil ta có kết nội lực chuyển vị mặt cắt tiếp giáp phần đặc đầu dầm phần cịn lại dầm Kết sở để phân tích cục Bảng 5.2 Nội lực chuyển vị mặt cắt liên kết Nội lực tính Fx (kN) tốn -3325.8 Trường TH1 hợp TH2 -3193.7 Chuyển vị tính Dx (m) toán Trường TH1 0.00001980 hợp TH2 0.00001250 Fy (kN) 0 Dy (m) 0 Fz (kN) -542.3 -783.5 Dz (m) -0.001189 0.000924 Mx (kN.m) 0 Rx (rad) 0 My (kN.m) -771.5 -1557.2 Mz (kN.m) 0 Ry (rad) Rz (rad) 0.000757 -0.000567 0 Bảng 5.3 Hệ số ñàn hồi mặt cắt biên Hệ số ñàn hồi SDx SDy SDz SRx SRy SRz kN/m kN/m kN/m kN.m/rad kN.m/rad kN.m/rad 0 456097.561 847943.723 0 1019154.56 2746384.48 0 Trường TH1 167969697 hợp TH2 255496000 ðể phân tích cục làm việc khu vực ñầu dầm super-T cắt khấc, giả thiết bê tông chưa xuất vết nứt vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi tuyến tính Trong phân tích thực phân tích cho TH1 Mơ hình hóa phân tích cục gồm u cầu sau: - Bê tơng dầm mơ hình phần tử khối; - Cốt thép thường ñược mô tả phần tử Tạo phần tử thép vị trí thích hợp cách nối trực tiếp ñiểm nút; ðiều kiện biên: - Tại vị trí gối cầu sử dụng gối liên kết cứng; - Tại mặt phẳng liên kết ñầu dầm với đoạn dầm cịn lại sử dụng điều kiện biên gối ñàn hồi kết hợp với lực biên tính mơ hình tổng thể Với giả thiết, lực kéo bó cáp trước lúc đóng neo 2400kN, sau đóng neo, tính mát ứng suất lại khoảng 1960kN Lấy kết kết nội lực ta nhập số liệu vào phần mềm Midas Civil Nguyễn Việt Anh 99 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 5.4 Mơ hình phân tích cục tải trọng cáp dự ứng lực Hình 5.5 Mơ hình liên kết đàn hồi vị trí tiếp giáp với phần cịn lại Nguyễn Việt Anh 100 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 5.6 Kết phân tích ứng suất cục Nguyễn Việt Anh 101 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 5.7 Bức tranh ứng suất mặt cắt tim dầm Hình 5.8 Biến dạng khu vực ñầu dầm a)Liên hệ kết PTHH sơ ñồ hệ thanh: Trạng thái ứng suất chịu lực điển hình vùng đầu dầm chịu lực tác dụng neo căng cáp dự ứng lực phản lực từ gối Trong đó, phản lực tác dụng từ gối nguyên nhân gây nhiễu loạn ứng suất lớn vùng ñầu dầm Do vậy, tính tốn, trường hợp lựa chọn trường hợp dầm ñặt lên gối giai ñoạn khai Nguyễn Việt Anh 102 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật thác Lúc dầm chịu tác dụng lớn từ phản lực (do toàn tĩnh tải hoạt tải sinh ra) Dựa vào tranh ứng suất ta thấy : vị trí đặt lực tập trung (lực neo, phản lực gối…) hướng dòng ứng suất thay ñổi liên tục Như sử dụng phương pháp mặt cắt để tính tốn vùng kết khơng đáng tin cậy Dịng ứng suất nén có xu hướng phân tán q trình tới khu vực ứng suất nén khác Do vậy, hướng dịng ứng suất điểm neo có xu hướng giao thao với có tham gia phản lực gối, nên tạo thành dòng ứng suất nén theo phương chéo Dòng ứng suất nén chéo có phương trùng với phương hợp lực lực nén cáp dự ứng lực phản lực gối Càng xa ñiểm ñặt lực theo phương dọc dầm, ứng suất đặn có xu hướng vng góc với mặt cắt vùng B (phù hợp giả thiết Becnuli) Qua kết thu ñược dễ dàng thấy phận có ứng suất cục xuất trình chế tạo khai thác Kết lần khẳng ñịnh, hư hỏng nứt vị trí đầu dầm super-T cắt khấc chủ yếu ảnh hưởng lực cục Như ñã ñề cập trên, tượng nứt theo dạng phổ biến nhất, hai vị trí ứng suất cục phân bố phức tạp, cấu tạo cần ý khu vực Dựa vào tranh ứng suất hình 5.7, ta xác định ñược sơ vùng nén vùng kéo, ñể làm sở cho việc mơ hình hệ Kết hợp với ñiều kiện cấu tạo khu vực ñầu dầm super-T, lựa chọn sơ ñồ hệ ñể xây dựng nên sơ ñồ hệ hợp lý theo ñịnh hướng tối ưu hóa ðể việc chọn lựa sơ ñồ hệ phù hợp, người thiết kế cần phải ñưa ñược hệ tĩnh ñịnh, từ phát triển thành hệ khác, kể hệ siêu tĩnh Căn ñơn giản ñể lựa chọn dựa vào giả thiết học kết cấu, mà miếng cứng Các miếng cứng phát triển theo ngun tắc đơi Từ ñó có ñược hệ khu vực cần nghiên cứu Sau có sơ ñồ hệ phát triển thành hệ khác, để kiểm chứng tối ưu hóa việc lựa chọn sơ đồ tính tốn, dựa vào tiêu chí ∑T l i i nhỏ ðiều so sánh q trình phân tích đây: Nguyễn Việt Anh 103 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Từ biểu đồ ứng suất có ñược ta có sơ sơ ñồ hệ hình 5.9 Hình 5.9 Mơ hình 1: khơng bố trí lưới cốt xiên b)Các sơ ñồ hệ ñưa ra: Với tải trọng có ngoại lực nội lực từ phần rỗng tác dụng, ta xây dựng sơ ñồ hệ từ hình 5.9 phần mềm Cast Sau tiếp tục phát triển sơ đồ ban đầu thành sơ ñồ Kết thu ñược bảng ñây: TT Các sơ ñồ hệ Nguyễn Việt Anh 104 Li(m) Ti(kN) 1.565 3023.9 1.525 1560 1.140 1645.3 0.175 801 1.565 1654.3 1.525 1645.3 0.925 1560 0.175 801 ∑T l i i 9127.220 6681.237 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 1.565 1654.3 1.525 503.2 1.451 2188.7 0.925 1560 0.175 801 1.565 527.2 1.525 503.2 1.955 1472.7 0.925 513 0.175 801 So sánh kết sơ ñồ ñưa ra, ta thấy ñược sơ đồ có ∑T l i i 8116.432 5086.571 nhỏ Như vậy, sơ đồ có cốt xiên sơ ñồ hợp lý nhất, ñáp ứng ñược ñiều kiện làm việc kết cấu thỏa mãn nguyên lý lượng biến dạng nhỏ Sơ ñồ hệ có cốt thép đặt xiên xét ñến cấu tạo Dưới ñây kết thu phân tích sơ đồ hệ có bố trí lưới cốt xiên Hình 5.12 Mơ hình SðHT Cast sơ ñồ chống-giằng Nguyễn Việt Anh 105 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 5.13 Sơ lựa chọn kích thước chống –giằng Hình 5.14 Kiểm tra ứng suất giàn ảo Hình 5.15 Kiểm tra làm việc nút Nguyễn Việt Anh 106 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Kết cấu ñảm bảo ñiều kiện chịu lực tỷ số ứng suất tính tốn/ ứng suất giới hạn vật liệu nhỏ Trong trường hợp tỷ số lớn 1, kỹ sư kết cấu phải ñiều chỉnh lại thiết kế để đảm bảo an tồn cho kết cấu Việc kiểm toán phần mềm Cast kết hợp với tiêu chuẩn 22TCN 272-05 cho thấy hợp lý việc lựa chọn cốt thép người thiết kế 5.2 Kết luận - Từ phân tích đặc điểm chịu lực cho thấy việc tính tốn khu vực ñầu dầm super-T kết hợp phương pháp PTHH SðHT cần thiết Do ñây trường ứng suất bị nhiễu loạn nên việc áp dụng phương pháp mặt cắt để tính tốn khơng an toàn Phương pháp SðHT bước diễn giải rõ rang trạng thái chịu lực sở cho việc thiết kế - Phương pháp SðHT cho phép phân tích cách rõ ràng trạng thái ứng làm việc kết cấu theo giai ñoạn thi cơng (đặc điểm Midas Civil điểm bật) Trên sở người thiết kế ñưa giải pháp cấu tạo thích hợp ñể kết cấu khơng bị phá hoại q trình thi cơng - Tình trạng nứt đầu dầm super-T cắt khấc nguyên nhân lực cục (theo kết luận tác giả Bùi Xuân Học ñề tài: Nghiên cứu biện pháp xử lý nứt dầm super-T, Báo cáo tổng kết ñề tài KHCN cấp Bộ GTVT mã số DT084035, Hà Nội 2010) Những dầm superT bị nứt khơng bố trí cốt thép xiên cục số lượng, chiều dài dính bán tao cáp dự ứng lực chưa phù hợp Các dạng vết nứt dầm super-T ñã ñề cập dễ dàng khắc phục Vết nứt dạng chủ yếu ứng suất cục cáp dự ứng lực, vết nứt dạng không phức tạp, cần ý khai cấu tạo cho vùng cục gia cố thép ñai xoắn ốc xung quanh neo cáp dự ứng lực hình bên ðể khắc phục tình trạng vết nứt cần: bổ sung lưới cốt thép xiên D20@100, bố trí sát bề mặt bê tơng góc khấc lưới cốt xiên D16@100 phía trong, đồng thời tăng kích thước vát góc đầu khấc từ 100x100 lên tối thiểu 107 Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 150x150 ðối với phần tiếp giáp phần ñặc phần rỗng dầm cần bổ sung thép D14 cấu tạo cánh dầm D14 dài 1m sườn dầm Chiều dài lưới thép hàn D32 phải tính tốn phụ thuộc vào ñặc ñiểm cấu tạo ñiểm nút, nghĩa chiều dài lưới thép hàn phải vượt qua vị trí giao mơ hình hệ Trong điều kiện cụ thể, lưới thép xiên tính tốn điều chỉnh để phù hợp với ñộ dầm Super-T Hiện nay, thiết kế dầm super-T thường bố trí hệ thống cốt thép chống nứt hình 5.16 đây: REINFORCING DETAIL AT END OF GIRDER S=1/25 (140) NC04-D12-160 NC02-D16-100 NC01-D12-200 NS02-D16-100 NL01-D16-200 900 NL08-D16-200 1750 NL02-D16-200 NL03-D16-200 850 NL04-D16-100 NS09-D16-200 1-NL07-D20 CL OF BEARING NS01-D16-100 1000 NL06-D20 1200 2200 4-NL05-D12 NL09-D16 NC06-D20 NC03-D16-100 NC02-D16-100 1400 NC01-D12-200 90 7-NL13-D12 NS05-D20-100 NS06-D16-100 900 5-NL10-D20 NS08-D16-100 LIFTING LUG 90 1750 115 5-NL12-D16 NS07-D16-100 NC07-D20 850 NC05-D32 5-NL11-D16 NS04-D16-100 NL04-D16-100 1-NL07-D20 OF BEARING CL NS03-D20-100 1000 1200 2200 Hình 5.16 Cấu tạo cốt thép đầu dầm super-T chống cục Nguyễn Việt Anh 108 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Sự phá hoại kết cấu xuất khu vực ñầu dầm super-T chủ yếu dạng hư hỏng nứt mà nguyên nhân chưa hợp lý bố trí cấu tạo số khu vực Những dầm super-T cắt khấc khơng bố trí cốt thép xiên cục bộ, bố trí số lượng, chiều dài dính bám tao cáp DƯL chưa phù hợp bị nứt trình khai thác Phần nghiên cứu ứng suất cục phần mềm phân tích kết cấu chuyên dụng sở để có cách nhìn tổng quan phân bố ứng suất qua tranh ứng suất có mặt cắt Qua định hình đặc điểm cấu tạo để kết cấu làm việc hợp lý tiết kiệm vật liệu Phần nghiên cứu tổng quan phương pháp SðHT cho thấy, phương pháp công cụ đặc biệt thích hợp cho việc tính tốn xử lý cấu tạo khu vực chịu lực cục kết cấu BTCT, có kết cấu cầu bê tơng Nội dung, tính rõ ràng khả ứng dụng rộng rãi phương pháp ñã ñược nghiên cứu, chứng minh thừa nhận nhiều nước phát triển giới Phương pháp SðHT ñã ñược thức đưa vào phần lớn tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến quốc gia quốc tế Trong ñó phương pháp ñược tiếp cận nước ta hạn chế cần ñược nghiên cứu áp dụng Mặc dù ñã ý thức ñịnh tầm quan trọng "nhạy cảm" khu vực chịu lực cục kết cấu cầu BTCT phần lớn kỹ sư thiết kế thể quan tâm thái ñộ cẩn thận thiết kế thi cơng mà chưa tìm hiểu rõ chất chịu lực khu vực thường khơng lý giải cách minh bạch giải pháp xử lý cấu tạo cốt thép Số người hiểu biết rõ chất làm việc cục kết cấu hạn chế, phần lớn dụng thiết kế điển hình, kinh nghiệm dựa vào qui định cấu tạo qui trình thiết kế Kết khảo sát theo tài liệu Thạc sỹ Bùi Xuân Học “ Nguyên nhân biện pháp khắc phục tình trạng nứt đầu dầm Super-T cắt khấc số cơng trình cầu” cho thấy, việc tính tốn kết cấu cầu bê tơng xây dựng nước ta Nguyễn Việt Anh 109 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật thời ñược thực theo cách thơng thường theo đặc điểm cấu tạo Về ñáp ứng ñược khả chịu lực bình thường, nhiên mức độ an tồn kết cấu trường hợp tải trọng ñặc biệt việc hạn chế ñộ mở rộng vết nứt, ñảm bảo ñộ bền lâu dài kết cấu nhìn chung cịn nằm ngồi tầm kiểm sốt Phần nghiên cứu áp dụng mơ hình phân tích kết cấu kết hợp phương pháp SðHT cho cầu bê tông phần trọng tâm ñề tài Kết phần phân tích sở tài liệu tính tốn kết cấu cầu BTCT Việt Nam giới, mà thơng qua đề xuất xử lý cấu tạo ñể nâng cao chất lượng thiết kế phận kết cấu tương tự ñược ñưa ra, tài liệu ñể bạn sinh viên kỹ thuật, kỹ sư thiết kế tham khảo xử lý toán tương tự Sự kết hợp nghiên cứu ñề tài hai vấn ñề chịu lực khu vực ñầu dầm Super-T ñã ñược thực ðặc ñiểm làm việc khu vực neo cốt thép DƯL mơ tả làm rõ SðHT dựa phân tích xuất ứng suất kéo lan rộng chuyển hướng lực neo khu vực kết cấu gần neo Tại vị trí việc bố trí cốt thép thường cần cải thiện Việc phân tích sở lý thuyết đàn hồi mơ hình phần tử hữu hạn rõ vùng ứng suất cụ thể Tại khu vực chịu tác dụng cục phản lực gối cầu có lực từ neo cáp DƯL Sự làm việc phức tạp, ñăc biệt xuất ứng suất kéo khu vực ñầu dầm Super-T ñã ñược thể thông qua tranh ứng suất SðHT tương ứng Qua kết phân tích, tổng hợp từ tài liệu giải pháp bố trí cốt thép đai khu vực ñầu dầm ñáp ứng ñược yêu cầu chịu lực khống chế vết nứt Tuy nhiên, cốt thép dọc thường cần phải ñược bổ sung ñể thoả mãn yêu cầu chống nứt Ngồi ra, việc phân tích SðHT giai đoạn thi cơng khác cho thấy, cần kiểm sốt chặt chẽ trình tự căng cáp DƯL để tránh ứng suất kéo lớn xuất 6.2 Kiến nghị Trong phân tích kết cấu vùng chịu ứng suất cục bộ, cần nghiên cứu kỹ cần ñưa vào chi tiết tài liệu giảng dạy quy trình áp dụng Cần tìm hiểu kỹ sơ đồ kết cấu, kết hợp phân tích tương hỗ phần mềm ứng dụng Việc kết hợp sử dụng phần mềm Midas Civil 110 Nguyễn Việt Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Cast ñề tài ví dụ, kết hợp làm cho người kỹ sư thiết kế xử lý vùng kết cấu phức tạp xác Kết nghiên cứu ñề tài cung cấp cho người thiết kế có nhìn cụ thể cơng tác nghiên cứu ứng dụng Ngồi ra, cịn áp dụng ñơn vị tư vấn thiết kế, bạn sinh viên kỹ sư chuyên ngành xây dựng giao thông chuyên ngành xây dựng công trình quan tâm Nguyễn Việt Anh 111 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO AASHTO LRFD Bridge Design Specifications American Association of State Highway and Transportation Officials, SI Units, Second Edition, 1998 ACI 318-05: Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-05) and Commentary (ACI 318RM-02) ACI Committee 318 Wolfgang Merretz, Godfrey Smith: Standardization and detailing for supportT bridge girders Ausroad 1997 Bridge Conference Kart-Heinz Reineck: Examples for the design of structal concrete with Trust and Tie models Nguyễn Xuân Lựu: Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Giao thong vận tải, 2007 Tiêu chuẩn thiết kế cầu Việt Nam 22TCN-272-05, Bộ giao thơng vận tải, 2005 Nguyễn ðình Tâm; Cầu Bê tơng cốt thép đường tơ, NXB Xây dựng, 2005 Nguyễn Viết Trung; Dương Tuấn Minh; Nguyễn Thị Tuyết Trinh: Tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép theo mơ hình giàn ảo,NXB Xây dựng, 2005 Nguyễn Viết Trung; Nguyễn Trọng Nghĩa: Thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm Super-T, NXB Xây dựng, 2008 10 Bùi Xuân Học: Nghiên cứu biện pháp xử lý nứt dầm super-T, Báo cáo tổng kết ñề tài KHCN cấp Bộ GTVT mã số DT084035, Hà Nội 2010 11 Phần mềm ứng dụng phân tích kết cấu: Midas Civil 6.3; Cast Nguyễn Việt Anh 112