Một số vấn đề về tính toán, bố trí cốt thép dự ứng lực cho cầu dầm hộp bê tông cốt thép trên đường cong,luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình giao thông ch k9

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học giao thông vận tải NGUYễN BùI QuốC BảO luận án thạc sỹ khoa häc - kü tht MéT Sè VÊN §Ị VỊ TÝNH TO¸N, Bè TRÝ CèT THÐP Dù øng lùc cho cầu dầm hộp btct đường cong Hà Nội - 2005 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học giao thông vận tải luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật số vấn đề tính toán, Bố TRÝ CèT THÐP Dù øng lùc cho cÇu dÇm hép btct đường cong Hà Nội Tháng 11 năm 2004 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học giao thông vận tải MộT Số VấN Đề Về TíNH TOáN, Bố TRí CốT THéP Dự ứng lực cho cầu dầm hộp btct đường cong luận án thạc sỹ khoa häc - kü thuËt Ng­êi h­íng dÉn: Ng­êi thùc hiƯn: Líp: ngµnh: Khoa : Ts Hoµng Hµ Ks Ngun Bùi Quốc Bảo Cao học khoá Xây dựng công trình giao thông Sau đại học Hà Nội - 2004 mục lục Nội dung STT Trang Phần mở đầu Tổng quan tình hình ứng dụng dầm hộp BTCT DƯL cho cầu 01 đường cong Chương I Mục đích nghiên cứu đề tài 02 tổng quan vỊ tÝnh to¸n, bè trÝ cèt thÐp d­l cho cầu dầm hộp đường cong I.1 Khái quát chung vỊ dÇm hép sư dơng cÇu cong 03 I.2 Các vấn đề tính toán, bố trí cốt thép DƯL cho cầu dầm hộp 09 BTCT đường cong áp dụng Việt Nam I.2.1 Các vấn đề tÝnh to¸n 09 I.2.2 Bè trÝ cèt thÐp, cèt thÐp DƯL 19 I.2.3 Tính toán bố trí cốt thép DƯL 25 I.3 Kết luận chương I 35 Chương II phương pháp tính toán xác định nội lực bố trí cốt thép dưl cho dầm hộp cong II.1 Nguyên lý tính toán nội lực cầu cong 37 II.1.1 Nguyên lý tính toán cầu cong 37 II.1.2 Tính nội lực dầm giản đơn cong xon có độ cong không 44 đổi II.1.2.1 Tính dầm đơn giản có độ cong không đổi 44 II.1.2.2 Tính dầm cong xon mặt phẳng Oxy 48 II.1.3 Tính dầm cong có độ cong 49 II.2 Xây dựng chương trình tính toán 54 II.2.1 Sơ đồ khối chương trình Tính toán vẽ đường ảnh hưởng 54 nội lực cầu cong sử dụng ngôn ngữ lập trình Pascal: II.2.2 Các ví dụ minh hoạ 56 II.3 Bố trí cốt thép DƯL 59 II.3.1 Trường hợp kết cấu nhịp thẳng 65 II.3.2 Trường hợp kết cấu nhịp cong với bán kính cong R=150m 65 II.3.3 Trường hợp kết cấu nhịp cong với bán kính cong R=90m 65 Chương III vận dụng phương pháp tính toán bố trí cốt thép dưl cho cầu dầm hộp cong nút giao thông phía đông cầu trần thị lý thành phố đà nẵng III.1 Giới thiệu chung 94 III.1.1 Quy mô xây dựng 94 III.1.2 Các tiêu chuẩn kỹ thuật 95 III.2 Tính toán bố trí cốt thép DƯL cho cầu dầm hộp (bản) cong 96 nút giao thông phía Đông Cầu Trần thị Lý (các nhánh rẽ NV1 NV2) III.2.1 Quy trình sử dụng tài liệu tham khảo 96 III.2.2 Quy mô tiêu chuẩn thiết Kế 96 III.2.3 Đặc trưng vật liệu 96 III.2.4 Bố trí chung cầu 98 III.2.5 Tải trọng 99 III.2.6 Tổ hợp tải trọng 101 III.2.7 Bố trí cấu tạo cáp DƯL: 101 III.3 Đánh giá, so sánh tiêu kinh tÕ - kü thuËt 118 PhÇn KÕT LUËN I Kết luận 119 II Kiến nghị 120 III Hướng phát triển nghiên cứu 121 tài liệu tham khảo Đặng Hữu, Đỗ Bá Chương, Nguyễn Xuân Trục - Sổ tay thiết kế đường ôtô NXB Khoa học vµ Kü thuËt, Hµ Néi, 1976 Hå ChÊt, Do·n Minh Tâm - Sổ tay phòng hộ gia cố đường - NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 1985 Gs.Ts Dương Học Hải, Ts Hồ Chất - Phòng chống tượng phá hoại đường vùng nói - NXB Khoa häc vµ Kü tht, Hµ Néi, 2002 Ks Phan Xuân Đại, Ks Nguyễn Chính Bái - Các giải pháp phòng chống sụt lở đất đá đường - NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2001 Nguyễn Khánh Tường - Rọ đá công trình thủy lợi, giao thông, xây dựng - NXB Xây dựng, Hà Nội, 2001 PTS Nguyễn Sỹ Ngọc - ổn định bờ dốc - Trường Đại học GTVT, Hà Nội, 1995 Dự thảo tiêu chuẩn thiết kế tường chắn phòng chống đất sụt đường ôtô Chủ trì đề tài ThS Phạm Hồng Quang - Viện KHCN GTVT, Hà Nội, 2004 Định hình tường chắn trọng lực bêtông đá xây 86-06X - Viện thiết kế Bộ GTVT, Hà Nội, 1986 Các tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô: TCVN 4054-85 TCVN 4054-98 10 Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu (Đại học Đồng Tế - Trung Quốc) - Công trình mặt đường - NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 1996 11 Địa chất sở - Bộ môn Địa chất sở Môi trường, Trường Đại học Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh 12 Gs Ts Phan Tr­êng PhiƯt - ¸p lùc đất tường chắn đất - NXB Xây dựng, Hà Nội, 2001 13 Alan E.Kehew - Địa chất học cho kĩ sư xây dựng cán kỹ thuật môi trường - NXB Giáo dục, Hà Nội, 1998 14 R Whitlow - Cơ học đất - NXB Giáo dục, Hà Nội, 1997 Phần mở dầu PHầN Mở đầu Tổng quan tình hình ứng dụng dầm hộp BTCT DƯL cho cầu đường cong: Trong công công nghiệp hoá đại hoá kinh tế Việt Nam, vấn đề xây dựng phát triển mạng lưới giao thông đô thị chiến lược đầu tư phát triển trọng điểm, khắc phục tình trạng ùn tắc giao thông Định hướng mục tiêu chủ yếu cải tạo phát triển sở hạ tầng kỹ thuật đô thị đến năm 2020, xây dựng mạng lưới giao thông đô thị đại, sÏ cã nhiỊu nót giao th«ng quan träng cïng møc nâng cấp thành nút giao thông khác mức Giải pháp để đảm bảo nút giao thông khu vực nút giao khác mức cầu vượt Hiện nay, hầu hết khu vực đô thị lớn Việt Nam, việc xây dựng cầu vượt đòi hỏi diện tích chiếm dụng phải nhất, đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật đại, kết cấu hài hoà với kiến trúc đô thị, đồng thời phải có biện pháp thi công hợp lý không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường thành phố Tuỳ theo đặc điểm nhu cầu giao thông cần thiết thành phố mà xây dựng hệ thống giao thông cao nhiều tầng hệ thống cầu đan xen Cầu mạng lưới giao thông đô thị đại có nhiều dạng: cầu thẳng, cầu cong cầu chéo góc so với trục mà cần vượt qua Các cầu vượt nút giao khác mức đô thị lớn Việt Nam chủ yếu cầu thẳng, cầu cong dầm thẳng, mặt cầu cong Đối với cầu dầm thẳng, cong dầm thường lắp ghép giản đơn, mặt cắt ngang chữ I, chữ nhật dầm Bản mặt cầu đổ chổ, mặt tạo cong theo yêu cầu thiết kế tuyến Với cầu vậy, giải vấn đề kết cấu, chưa giải vấn đề thẩm mỹ Một yêu cầu cần thiết khác đô thị đại cần phải có cầu vượt nhịp lớn: vượt qua đường trục (có mặt cắt ngang rộng) thành phố, vượt qua hệ thống cầu gồm nhiều tầng Vì phát sinh yêu cầu thiết kế cầu cong có độ nhịp trung bình lớn với mặt cắt ngang dạng hay dạng hộp thoả mÃn yêu cầu kiến trúc Một số vấ n đề tính toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT ®-êng cong Trang PhÇn më dÇu Mơc ®Ých nghiên cứu đề tài: Do hầu hết cầu vượt nằm đô thị có mặt xây dựng bị hạn chế nên đòi hỏi độ nhịp trung bình (25 - 40m), đồng thời chiều cao kiến trúc dầm thấp nên việc chọn kết cấu dầm dạng hợp lý Việc lựa chọn kết cấu dầm có: biện pháp thi công đơn giản, phù hợp với việc bố trí nhánh cong giao nút Một đặc điểm dầm cong có dầm hộp cong chịu uốn xoắn ngang chịu tĩnh tải hoạt tả tim Mo men uốn mô men xoắn thường có tác dụng bất lợi đến làm việc chung toàn công trình Trong phạm vi đề tài thông qua việc xác định thành phần nội lực (lực dọc, lực cắt, momen uốn, momen xoắn) để xem xét việc bố trí cèt thÐp ( th­êng lµ cèt thÐp dù øng lùc) để chịu momen uốn momen xoắn Từ tạo cách nhìn tổng thể cấu tạo, bố trí cốt thép dự ứng lực theo sơ đồ không gian hợp lý Có kết luận án nhờ động viên khuyến khích giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn đồng nghiệp Tôi xin trân trọng biết ơn TS Hoàng Hà đà quan tâm giúp đỡ tận tình hướng dẫn suốt trình thực luận án Tôi xin chân thành cám ơn giúp đỡ thầy giáo, cô giáo khoa Công trình khoa Sau Đại học - Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội Cám ơn bạn đồng nghiệp đà động viên, khuyến khích giúp đỡ thời gian qua Cuối cùng, lúc phải đảm nhiệm công việc quan thực luận án nên thời gian nghiên cứu bị hạn chế, phạm vi nghiên cứu luận án nhiều hạn chế tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp, dẫn thầy cô giáo đồng nghiệp Xin trân trọng cám ơn Một số vấ n đề tính toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT ®-êng cong Trang Ch­¬ng 1: Tỉng quan vỊ tÝnh toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT đ-ờng cong chương i tổng quan tính toán, bố trí cốt thép dưl cho cầu dầm hộp đường cong I.1 Khái quát chung dầm hộp sử dụng cầu cong: Xây dựng phát triển mạng lưới giao thông đô thị mục tiêu chủ yếu chiến lược đầu tư phát triển sở hạ tầng đô thị công công nghiệp hoá đại hoá Hiện việc quy hoạch xây dựng mạng lưới giao thông đường đô thị đà nghiên cứu chuẩn bị cho kế hoạch đầu tư cải tạo phát triển theo định hướng phát triển kinh tế đô thị giai đoạn năm 2020 Đối với thành phố lớn để phát triển mạng lưới giao thông, tránh ùn tắc xe cần phải: xây dựng trục đường vành đai ngoại vi theo tiêu chuẩn đường xa lộ cao tốc bao quanh thành phố, cải tạo mở rộng đường trục trục song hành hướng tâm, xuyên tâm từ quốc lộ, cửa ngõ dẫn vào thành phố, xây dựng nút giao cắt lập thể trọng điểm kết hợp tổ chức phân luồng xe để khắc phục tình trạng tắc nghẽn giao thông đô thị Từ định hướng cho thấy năm đến phải xây dựng hàng loạt nút giao cắt khác mức, hệ thống giao thông cao cho mạng lưới giao thông đô thị Những công trình đòi hỏi phải đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật đại, hình dáng kết cấu đẹp hài hoà với kiến trúc đô thị phải có biện pháp thi công hợp lý Và để thực nội dung trên, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ xây dựng cầu nút giao không đồng mức yêu cầu cần thiết cấp bách Hầu hết vị trí dự kiến bố trí nút giao cắt lập thể yêu cầu phải vượt qua tuyến đường vành đai có bề rộng lớn vị trí nút có diện tích chật hẹp, công tác giải phóng mặt gặp nhiều khó khăn nên vị trí xây dựng cầu vượt có dạng cong chứng tỏ có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu đặt Một số vấ n đề tính toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT đ-ờng cong Trang Chương 1: Tổng quan tính toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT đ-ờng cong Việc thiết kế cầu cong với bán kính cong thích hợp làm cho cầu có hình dáng đẹp, tạo cảm giác êm thuận cho phương tiện tham gia giao thông hạn chế công tác di dời công trình văn hoá kiến trúc Kết cấu nhịp hình hộp bê tông cốt thép đổ chổ thường có sơ đồ liên tục khung, có khả vượt nhịp 30-120m Khi nhịp lớn người ta dùng giải pháp cầu dây văng dầm cứng hình hộp Chiều cao kết cấu nhịp thường không đổi suốt chiều dài nhịp Chiều rộng hộp tuỳ thuộc vào khổ cầu nằm khoảng 7-20m Khi chiều rộng cầu lín cã thĨ bè trÝ kÕt cÊu nhÞp gåm nhiỊu hộp Mặt cắt ngang kết cấu nhịp hình hộp gặp loại hộp hộp có nhiều sườn (h×nh 1.1) B b b b) h bc hd c h hc bc hd ht c B hc a) c) 1600 hd=14 206 40 - 50 850 1076 262 α 230 ht=14 1600 262 350 A-A 368 250 A A 350 1150 Hỗnh 1.1: Caù c daỷng mỷt cừ t ngang kóỳ t cỏỳ u nhởp hỗnh họỹp nkóỳ t cáú u âäøtảichäù Hép nhiỊu s­ên ¸p dơng chiỊu rộng B>20m tương quan chiều cao chiều rộng hộp h/B100 m chiều rộng mặt nên hạn chế < 20 m để hạn chế nội lực xoắn kết cấu + Phương pháp tính toán: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán cho kết xác giải triệt để vấn đề phức tạp cña kÕt cÊu (nh­ RM8 - 2000, SAP 2000 ) Tính toán nội lực dầm theo số quy trình nước (trong có tiêu chuẩn 22TCN-272- 01) vận dụng cho công trình cầu để tương thích với phương pháp tính toán có sẵn chương trình III Hướng phát triển nghiên cứu tiếp theo: Do phạm vi hạn chế đề tài nên chưa nghiên cứu sâu số vấn đề, kiến nghị cần nghiên cứu tiếp: + Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện chương trình tính toán nội lực kết cấu cầu cong có đặc trưng hình học tiết diện ngang thay đổi dọc theo chiều dài nhịp + Nghiên cứu ảnh hưởng cáp ngang đến việc giảm momen xoắn dầm + Nghiên cứu việc bố trí gối cầu để tăng độ ổn định (về xoắn) kết cấu nhịp chịu tải trọng lệch tâm Một số vấ n đề tính toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT đ-ờng cong Trang 121 Phần kết luận Tài liệu tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế cầu ®­êng bé TCN272-01 - Bé GTVT – 2001 Tiªu chuÈn thiÕt kÕ ®­êng bé TCN272-01 - Bé GTVT – 2001 Quy trình dầm BTƯST đúc hẫng phân đoạn - AASHTO – 1989 ThiÕt kÕ kÕt cÊu BTCT đại theo ACI - PGS.TS Nguyễn Viết Trung NXB GTVT 1999 Kết cấu bê tông ứng st tr­íc (Prestressed concrete) – Smec Australia 1980 CÇu bê tông cốt thép PGS.TS Nguyễn Viết Trung, TS Hoàng Hà, TS Nguyễn Ngọc Long Đề tài Nghiên cứu công nghệ xây dựng công trình cầu cao nút giao cắt lập thể Viện Khoa học công nghệ GTVT Đề tài cấp Một số vấn đề tính toán thiết kế cầu cong mà số B 99.35.79 TS Lê Đắc Chỉnh Gibshman M.E Popov V.I Proektirovanie transportnykh soorujenii Moscow Transport, 1988 10.Gibshman M.E Popov V.I Proektirovanie transportnykh soorujenii Moscow Transport ,1980 11.Designing for Creep &Shrinkage in Concete Structures - American Concrete institute SP-1976 12.Planing / Design Considerations for Freeway and Interchanges - Joel P Leisch – 1990 13.A Policy on Geometric of Higway and Streets - AASHTO – 1990 14.Tablysu dlia raxtrieta proletn­kh stroenyi transporn­k xoouennyi Transporrt- Moskva 1985 Mét số vấ n đề tính toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT đ-ờng cong Trang 122 Chương 3: Vậ n dụng ph-ơng pháp tính toán bố trícốt thép DƯL cho cầu v-ợt nút giao phía Đông cầu Trần thịLý-Thành phố Đà Nẵng Một số vấ n đề tính toán, bố trícốt thép DƯL cho cầu dầm hộp BTCT đ-ờng cong Trang