Nghiên cứu thiết kế hợp lý bộ dầm i cánh rộng bê tông cốt thép dự ứng lực cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn tcvn 11823 2017 đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM 2019 Đề tài NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ BỘ DẦM I CÁNH RỘNG BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC CHO CẦU GIAO THÔNG NÔNG THÔN THEO TIÊU CHUẨN TCVN 11823-2017 Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TÍN Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình HUỲNH HỮU THỌ Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình VƯƠNG DUY KHANG Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình BÙI MINH SANG Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình ĐẶNG THANH TÙNG Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Công trình Người hướng dẫn: TS NGƠ CHÂU PHƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM 2019 Đề tài NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ BỘ DẦM I CÁNH RỘNG BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC CHO CẦU GIAO THÔNG NÔNG THÔN THEO TIÊU CHUẨN TCVN 11823-2017 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tín Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình Năm thứ: 4/4.5 Ngành học: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Huỳnh Hữu Thọ Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình Năm thứ: 4/4.5 Ngành học: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông Vương Duy Khang Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình Năm thứ: 4/4.5 Ngành học: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông Bùi Minh Sang Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Cơng trình Năm thứ: 4/4.5 Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng Đặng Thanh Tùng Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp: Cầu đường anh k56 Khoa: Công trình Năm thứ: 4/4.5 Ngành học: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Người hướng dẫn: TS NGƠ CHÂU PHƯƠNG LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành lịng biết ơn sâu sắc, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giảng viên Bộ môn đường thuộc trường Đại học Giao thông Vận tải – phân hiệu thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện giúp đỡ nhóm q trình học tập nghiên cứu để hồn thành cơng trình nghiên cứu Nhóm xin chân thành cảm ơn quan, đơn vị giúp đỡ, tạo điều kiện cung cấp thông tin, vẽ, tài liệu cần thiết để nghiên cứu hoàn thành đề tài Đặc biệt, nhóm bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Ngô Châu Phương dành nhiều thời gian, quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm suốt trình thực nghiên cứu đề tài Cuối cùng, nhóm xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình bạn bè động viên, hỗ trợ nhóm nhiều suốt q trình học tập, làm việc hồn thành đề tài Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Thay mặt nhóm nghiên cứu Nguyễn Ngọc Tín Mục lục LỜI CẢM ƠN Chương Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I nông thôn theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m đánh giá tồn dầm I BTCTDUL 1.1 Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I giao thông nông thôn 1.1.1 Lịch sử phát triển dầm I Việt Nam: 1.1.2 Tình hình sử dụng dầm I cầu giao thông nông thôn nay: 1.1.3 Đặc điểm loại mặt cắt dầm I DƯL theo độ từ 15 – 18 (m): 1.2 Đánh giá tồn dầm I BTCTDUL nay: 1.3 Đề xuất giải pháp thiết kế mặt cắt dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn: 12 Chương Cơ sở lý thuyết thiết kế dầm I cánh rộng dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao 13 2.1 Thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications) tiêu chuẩn hành TCVN11823 – 2017 13 2.1.1 Triết lý thiết kế: 13 2.1.2 Chiều cao tối thiểu kết cấu nhịp theo tiêu chuẩn quy định: 14 2.1.3 Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn: 14 2.1.4 Hệ số tải trọng: 15 2.1.5 Khối lượng riêng cho bê tông vật liệu: 16 2.1.6 Hoạt tải: 16 2.1.7 Tải trọng thiết kế 18 2.1.8 Xếp hoạt tải xe thiết kế 18 2.1.9 Tỷ lệ gia tăng lực xung kích: IM 19 2.1.10 Co ngót từ biến 19 2.1.11 Mô đun đàn hồi 21 2.1.12 Hệ số Poisson 21 2.1.13 Mô đun phá hoại bê tông 21 2.1.14 Mô đun đàn hồi thép 21 2.1.15 Hệ số sức kháng 21 2.1.16 Các quy định làm việc vật liệu trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới hạn đặc biệt: 22 2.1.17 Phân bố ứng suất theo hình chữ nhật 24 2.1.18 sức kháng uốn danh định 25 2.1.19 Sức kháng uốn tính tốn 25 2.1.20 Cự ly tối đa cốt thép ngang 26 2.1.21 Ứng suất cắt bê tông 26 2.1.22 MẤT MÁT DỰ ỨNG SUẤT 27 Mục lục 2.1.23 Các quy định kích thước tối thiểu: 28 2.2 Bê tông cường độ cao 28 2.3 So sánh mặt cắt đánh giá mặt cắt hợp lý hệ số hiệu mặt cắt, r: 29 Chương Áp dụng tính tốn thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm I cánh rộng bê tông cốt thép dự ứng lực cho cầu khổ 6.5m, dài 15-18 m có sử dụng bê tơng cường độ cao; so sánh đánh giá với kết cấu cũ Cơng ty BETON6 HAMACO 30 3.1 Phân tích lựa chọn mặt cắt hợp lý 30 3.2 Thiết kế kiểm toán kết cấu nhịp theo tiêu chuẩn TCVN 11823 – 2017 33 3.2.1 Kết thiết kê kiểm toán dầm I cánh rộng L = 18 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m với cấp bê tông 60 MPa: 33 3.2.2 Kết thiết kê kiểm toán dầm I cánh rộng L = 18 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m với cấp bê tông 70 MPa: 37 3.2.3 So sánh đánh giá việc sử dụng bê tông cường độ cao cho dầm I cánh rộng cầu giao thông nông thôn: 42 3.2.4 Kết thiết kê kiểm toán dầm I cánh rộng L = 15 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m với cấp bê tông 60 MPa: 42 3.3 So sánh đánh giá kết với mặt cắt dầm I Công ty HAMACO BETON6 50 3.3.1 So sánh hệ số hiệu mặt cắt tổng số cáp sử dụng cho cầu giao thơng nơng thơn có khổ cầu 6.5 m chiều dài nhịp 18 m 50 3.3.2 Đánh giá kết so sánh kết luận: 51 3.3.3 Kiến nghị: 52 3.4 Kết nghiên cứu đề tài: 52 3.5 Các tài liệu tham khảo: 53 3.6 Phụ lục: 54 Trang THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hợp lý dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn TCVN11823 - 2017 - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Tín Lớp: CQ.56.CDA Năm thứ: Huỳnh Hữu Thọ Lớp: CQ.56.CDA Năm thứ: Vương Duy Khang Lớp: CQ.56.CDA Năm thứ: Bùi Minh Sang Lớp: CQ.56.CDA Năm thứ: Đặng Thanh Tùng Lớp: CQ.56.CĐA Năm thứ: - Người hướng dẫn: TS Ngơ Châu Phương Khoa: Cơng trình Số năm đào tạo: Khoa: Cơng trình Số năm đào tạo: Khoa: Cơng trình Số năm đào tạo: Khoa: Cơng trình Số năm đào tạo: Khoa: Cơng trình Số năm đào tạo: Mục tiêu đề tài: Phân tích, đánh giá dầm I giao thơng theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05 đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến dầm I theo hướng mở rộng cánh tăng cấp bê tông cho cầu giao thơng nơng thơn theo tiêu chuẩn TCVN 118232017 Tính sáng tạo: Thiết kế mặt cắt dầm I cánh rộng từ 0.5 đến 0.6 (m), mặt cắt bo trịn góc cạnh sử dụng bê tơng cường độ cao thiết kế dầm I nơng thơn có chiều dài nhịp từ 15 – 18 (m) Kết nghiên cứu: Bản vẽ thiết kế dầm I cánh rộng chiều dài nhịp 15 – 18 (m) Sử dụng bê tơng cường độ cao Bản tính kiểm tốn dầm I cánh rộng theo tiêu chuẩn TCVN11823 – 2017 Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Có thể áp dụng kết nghiên cứu đề tài để thiết kế thi công dầm I cánh rộng cho cầu giao thơng nơng thơn theo tiêu chuẩn góp phần vào phát triển sở hạ tầng giao thơng Việt Nam đẩy nhanh q trình phát triển kinh tế xã hội Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ họ tên tác giả, nhan đề yếu tố xuất có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Trang Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (ký, họ tên) Trang PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hiện nhu cầu phát triển giao thông nông thơn Việt Nam cơng trình cầu nhỏ vượt kênh, rạch, nhánh sông nhỏ khu vực đồng Sông Hồng đồng Sông Cửu Long cấp bách để tạo điều kiện giao thông thuận lợi kết nối vùng nông thôn với thành phố đẩy nhanh tốc độ phát triển kinh tế đất nước Các cầu giao thơng nơng thơn đóng vai trò quan trọng việc đảm bảo lưu thơng hàng hóa với tỉnh miền tây nam có hệ thơng kênh rạch chằn chịt, tạo mỹ quan cho khu vực xung quanh cơng trình đồng thời thể trình độ phát triển địa phương lĩnh vực giao thông vận tải, thu hút đầu tư thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội Các cầu giao thơng nơng thơn có nhịp từ 15 - 18 (m) đa phần sử dụng dầm I bê tông đúc sẵn mặt cắt có góc cạnh phần vút cánh cánh dưới, bề rộng cánh nhỏ từ 220 (mm) đến 250 (mm) cấp bê tông thiết kế từ 42 - 60 (MPa) công ty Bê Tông 6, 620 Châu Thới, HAMACO Hậu Giang, thiết kế theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272 - 05 với tải trọng H8, 0.5HL93 Vào ngày 29/12/2017 BKHCN ban hành tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN11823 - 2017 dựa tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng sức kháng AASHTO (AASHTO 2012, LRFD Bridge Design Specification) Tiêu chuẩn TCVN11823 - 2017 ban hành thay cho tiêu chuẩn cũ 22TCN272 - 05 thiết kế cầu đường Lý lựa chọn đề tài nhầm cải tiến mặt cắt dầm theo xu hướng mở rộng cánh bo trịn góc cạnh cánh trên, cánh nách dầm kết hợp với sử dụng bê tông cường độ cao cho dầm I thiết kế với mặt cắt hợp lý, thẩm mỹ hơn, giúp đẩy nhanh trình thi cơng giảm số lượng dầm chủ tiết kiệm vật tư, kinh phí mà đảm bảo khả chịu lực cho cơng trình phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế ban hành để đáp ứng nhu cầu phát triển cơng trình giao thơng nói chung cơng trình cầu giao thơng nơng thơn nói riêng theo xu hướng phát triển chung giới Trang Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Phân tích, đánh giá dầm I giao thơng theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05 đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến dầm I theo hướng mở rộng cánh tăng cấp bê tông cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn TCVN 11823-2017 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Căn vào tài liệu vẽ, tính tốn thiết kế mặt cắt dầm I nông thôn nhịp từ 15 - 18 (m) để đánh giá phân tích Phương pháp nghiên cứu: lý thuyết, thơng qua tính tốn để so sánh, phân tích đánh kết kết hợp theo yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn thiết kế hợp lý kết luận Các nội dung nghiên cứu đề tài: - Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I giao thơng theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m, từ đánh giá tồn dầm I BTCTDUL - Cơ sở lý thuyết thiết kế dầm I cánh rộng dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao - Áp dụng tính tốn thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm I cánh rộng bê tông cốt dự ứng lực cho cầu khổ 6.5m, dài 15-18 m; làm sở so sánh đánh giá với kết cấu cũ Công ty HAMACO, Bê Tơng Qua rút nhận xét, kết luận kiến nghị Kết cấu đề tài: Chương Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I nông thôn theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m đánh giá tồn dầm I nông thôn BTCTDUL Chương Cơ sở lý thuyết thiết kế dầm I cánh rộng dự ứng lực sử dụng bê tơng cường độ cao Chương Áp dụng tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm I cánh rộng bê tông cốt thép dự ứng lực cho cầu khổ 6.5m, chiều dài dầm 15-18 m; so sánh đánh giá với kết cấu cũ công ty HAMACO Trang BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chương Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I nơng thơn theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m đánh giá tồn dầm I BTCTDUL 1.1 Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I giao thơng nơng thôn 1.1.1 Lịch sử phát triển dầm I Việt Nam: Lịch sử phát triển xây dựng cầu Việt Nam, với phát triển ngành khoa học, kinh tế, xã hội, quốc phòng Sự phát triển ngành khoa học cầu đường gắn liền với tăng trưởng kinh tế, văn hoá Với quốc gia, mạng lưới giao thông coi mạch máu nối liền trung tâm kinh tế, trị, văn hố quốc phịng, nối liền giao thơng nước với nước khu vực Sự phát triển đa dạng thành tựu ngành khoa học nói chung tác động lớn đến tính đa dạng thành tựu công nghệ thiết kế thi cơng cầu Đó việc nghiên cứu, ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật tiên tiến đại, đồng với việc cải tiến công nghệ cũ, lạc hậu thường xuyên tổng kết kinh nghiệm thiết kế xây dựng góp phần đưa ngành khoa học cầu đường phát triển ngang tầm nước khu vực Thời kỳ đất nước tăng cường mở rộng hợp tác mặt với quốc gia khác giới, đầu tư lớn nhiều mặt nước bạn, lĩnh vực giao thông tạo nên phát triển nhanh công tác tư vấn, thiết kế xây dựng cầu Trong thời kỳ đầu thập niên năm 1990, tiêu chuẩn thiết kế cầu Việt Nam dựa tảng tiêu chuẩn thiết kế thiết kế điển hình Liên Xơ cũ Đối với dạng kết cấu nhịp phổ biến, cầu có nhịp giản đơn bê tông cốt thép (BTCT) bê tông cốt thép dự ứng lực (DƯL) thường sử dụng dầm có tiết diện kiểu chữ T, chữ I Trang 41 Bước cốt đai kiểm toán sức kháng cắt: Mặt cắt x Dầm smax Dầm smax biên Chọn bước cốt đai, s Kiểm tra Lựa chọn bước cốt thép ngang chống cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 0.594 2.225 4.45 Ltt/2 8.9 600 600 598 598 598 600 600 596 596 596 200 300 500 500 500 OK OK OK OK OK Kiểm toán sức kháng cắt mặt cắt Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 x 0.594 2.225 4.45 Vn 572551 644199 498339 466273 Dầm Vr 515.296 579.779 448.505 419.645 Vu 457.348 432.105 364.512 276.367 Kiểm tra OK OK OK OK Vc 175855 199619 265123 242491 Vs 395983 310529 231482 222160 Vp 0 0 Dầm Vn 571838 510148 496605 464651 biên Vr 514.655 459.133 446.945 418.186 Vu 447.681 422.96 356.777 270.496 Kiểm tra OK OK OK OK Ltt/2 8.9 466273 419.645 114.151 OK 167480 150850 318331 286.498 111.798 OK Đơn vị (m) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Đơn vị (m) (N) (kN) (kN) (N) (N) (N) (N) (kN) (kN) Kết kiểm tra lượng cốt thép dọc bố trí: Kiểm tra cốt thép dọc mặt cắt Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 x 0.594 2.225 4.45 8.9 Vu/ϕv 508164 480116 405013 307074 126834 ϕf 1 1 Dầm Aps 592.26 592.26 1875.49 1875.49 1875.49 fps 1846.16 1846.16 1815.3 1815.3 1815.3 Kiểm tra OK OK OK OK OK Vu/ϕv 497423 469956 396419 300551 124220 ϕf 1 1 Dầm Aps 592.26 592.26 1875.49 1875.49 1875.49 fps 1844.18 1844.18 1809.88 1809.88 1809.88 Kiểm tra OK OK OK OK OK Đơn vị (m) (N) (mm2) (MPa) (N) (mm2) (MPa) Trang 42 3.2.3 So sánh đánh giá việc sử dụng bê tông cường độ cao cho dầm I cánh rộng cầu giao thông nông thôn: - Việc sử dụng bê tông cường độ cao 60 (MPa) 70 (MPa) cho dạng mặt cắt dầm nhận kết tính tốn trên, cho thấy sử dụng bê tông cường độ cao cấp 70 (MPa) nội lực gây có lớn nội lực dùng bê tông cấp 60 (MPa) khơng nhiều, với lượng cáp bố trí kháng uốn cốt đai chống cắt Nên việc sử dụng bê tông cường độ cao có ý nghĩa tăng sức kháng cắt cho bê tơng bố trí bước cốt đai chống cắt lớn so với dầm I HAMACO BETON6 nên dầm I cánh rộng thiết kế với mặt cắt dầm không thay đổi toàn chiều dài dầm việc đảm bảo chống cắt cần bố trí bước cốt đai nhỏ thép chống cắt sử dụng thép có đường kính danh định lớn Qua phân tích nhóm nghiên cứu kiến nghị việc lựa chọn cấp bê tông 60 (MPa) cho dầm I cánh rộng giao thông nông thôn hợp lý để tiết kiệm 3.2.4 Kết thiết kê kiểm toán dầm I cánh rộng L = 15 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m với cấp bê tông 60 MPa: Các đặc trưng hình học: Các đặt trưng hình học Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 - Diện tích bê tơng vùng chịu kéo 0.098 0.098 0.098 0.098 0.098 0.5H (tính cắt) 337.5(mm) - Diện tích mặt cắt nguyên dầm chủ, Ag 0.152 0.152 0.152 0.152 0.152 - Trọng tâm m/c nguyên đến đáy dầm, Yg 0.229 0.229 0.229 0.229 0.229 - Mơ men qn tính m/c ngun dầm, Ig 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 - Mô men tĩnh m/c nguyên dầm với trục 0.03483 0.03483 0.03483 0.03483 0.03483 ox qua đáy dầm, Sx Đơn vị (m2) (m2) (m) (m4) (m3) Tọa độ bố trí cáp dự ứng lực: Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Số lượng k/c đến Số lượng k/c đến Số lượng k/c đến Số lượng k/c đến Số lượng k/c đến cáp đáy dầm cáp đáy dầm cáp đáy dầm cáp đáy dầm cáp đáy dầm 35 35 11 35 11 35 11 35 85 85 85 85 85 135 135 135 135 135 450 450 450 450 450 Kết nội lực: Trang 43 Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 x 0.486 1.85 3.7 7.4 Mô men tĩnh tải hoạt tải gây TTGHCĐ - I Dầm Mu 158.299 539.327 907.083 1167.71 Dầm Mu 182.263 620.232 1040.91 1334.53 biên Mô men tĩnh tải hoạt tải gây TTGHSD - I Dầm Ma 103.797 354.122 597.054 772.166 Dầm Ma 117.299 399.691 672.383 865.947 biên Đơn vị (m) Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 x 0.486 1.85 3.7 7.4 Lực cắt tĩnh tải hoạt tải gây TTGHCĐ - I Dầm V(DC+DW) 144.147 134.736 108.909 75.2695 12.7831 Vu 397.809 376.368 317.608 241.246 102.005 Dầm V(DC+DW) 137.757 128.761 104.056 71.8311 11.8102 biên Vu 389.194 368.21 310.711 236.01 99.8712 Lực cắt tĩnh tải hoạt tải gây TTGHSD - I Dầm V(DC+DW) 110.476 103.22 82.857 55.238 Va 255.789 241.642 202.412 150.319 51.1119 Dầm V(DC+DW) 106.334 99.3507 79.7507 53.1671 biên Va 250.373 236.522 198.135 147.219 50.4467 Đơn vị (m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) Trang 44 Tổng hợp mát dự ứng suất: - Mất mát ứng suất sau truyền lực: ΔfpT 1= ΔfpES Mặt cắt x ΔfpT1 Gối 65.109 0.72H 0.486 62.384 Ltt/8 1.85 148.12 Ltt/4 3.7 142.42 Ltt/2 7.4 137.87 Đơn vị (m) (MPa) Ltt/2 7.4 232.13 Đơn vị (m) (MPa) - Mất mát ứng suất tính đến đổ bê tơng mặt cầu: ΔfpT 2= ΔfpES + (ΔfpSR + ΔfpCR + ΔfpR1) Mặt cắt x ΔfpT2 Gối 134.67 0.72H 0.486 130.7 Ltt/8 1.85 260.02 Ltt/4 3.7 244.91 - Tổng mát ứng suất: ΔfpT = ΔfpES + ΔfpLT = ΔfpES + (ΔfpSR + ΔfpCR + ΔfpR1) id + (ΔfpSD + ΔfpCD + ΔfpR2 - ΔfpSS) df Mặt cắt x Dầm Dầm biên ΔfpT ΔfpT Gối 252.55 253.76 0.72H 0.486 241.01 242.61 Ltt/8 1.85 406.81 409.23 Ltt/4 3.7 366.69 369.71 Ltt/2 7.4 334.88 338.19 Đơn vị (m) (MPa) (MPa) Kiểm tra ứng suất tạm thời bê tông trước xảy mát (sau truyền DƯL) a/ Kiểm tra ứng suất bê tông thớ dầm: Kiểm tra giới hạn ứng suất bê tông thớ dầm chủ Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) fct 3.36793 2.68082 2.49134 1.97446 0.99505 (MPa) Kiểm tra giới hạn OK OK OK OK OK ứng suất b/ Kiểm tra ứng suất bê tông thớ dầm: Kiểm tra giới hạn ứng suất bê tông thớ dầm chủ Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) fcd -12.096 -11.549 -15.571 -20.41 -24.454 (MPa) Kiểm tra giới hạn OK OK OK OK OK ứng suất Kiểm tra ứng suất bê tông trạng thái giới hạn sử dụng sau xảy mát a/ Ứng suất bê tông lực dự ứng lực gây ra: Ứng suất bê tông thớ thớ dầm chủ Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) Dầm fdult 2.89324 2.92247 4.19548 5.16168 5.45607 (MPa) fduld -10.392 -10.497 -15.059 -20.162 -24.22 (MPa) Dầm fdult 2.89019 2.91842 4.18638 5.14732 5.43902 (MPa) biên fduld -10.381 -10.482 -15.027 -20.106 -24.145 (MPa) Trang 45 b/ Kiểm tra ứng suất bê tông lực dự ứng lực tải trọng thường xuyên gây ra: Kiểm tra giới hạn ứng suất bê tông thớ mặt cầu Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) Dầm fdt -0.1506 -0.5146 -0.8767 -1.1579 (MPa) OK OK OK OK OK Kiểm tra Dầm fdt -0.1743 -0.5959 -1.0153 -1.3415 (MPa) biên Kiểm tra OK OK OK OK OK Kiểm tra giới hạn ứng suất bê tông thớ dầm chủ Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) Dầm fct -2.8932 -5.3199 -12.436 -19.267 -24.34 (MPa) Kiểm tra OK OK OK OK OK Dầm fct -2.8902 -5.1835 -11.971 -18.472 -23.274 (MPa) biên Kiểm tra OK OK OK OK OK c/ Kiểm tra ứng suất bê tông lực DƯL hữu hiệu, tải trọng thường xuyên hoạt tải gây ra: Kiểm tra giới hạn ứng suất bê tông thớ mặt cầu Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) Dầm fdt -0.7981 -2.6869 -4.4537 -5.591 (MPa) Kiểm tra OK OK OK OK OK Dầm fdt -1.085 -3.6524 -6.0523 -7.5925 (MPa) biên Kiểm tra OK OK OK OK OK Kiểm tra giới hạn ứng suất bê tông thớ dầm chủ Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) Dầm fct -2.8932 -5.4634 -12.927 -20.097 -25.396 (MPa) Kiểm tra OK OK OK OK OK Dầm fct -2.8902 -5.4159 -12.765 -19.809 -24.97 (MPa) biên Kiểm tra OK OK OK OK OK Kiểm tra giới hạn ứng suất bê tông thớ dầm chủ Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) Dầm fcd -10.392 -7.0448 -3.4555 -0.8625 0.43124 (MPa) Kiểm tra OK OK OK OK OK Dầm fcd -10.381 -6.7255 -2.4142 0.81865 2.45912 (MPa) biên Kiểm tra OK OK OK OK OK Trang 46 Kiểm tra giới hạn ứng suất cốt thép dự ứng lực: Giới hạn ứng suất cốt thép dự ứng lực sau truyền lực: fdul = fpj - ΔfpT1 ≤ fpbt = 0.75fpu = 1395 Kiểm tra giới hạn ứng suất cốt thép dự ứng lực sau truyền lực Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) fdul 1329.89 1332.62 1308.5 1280.84 1257.13 (MPa) Kiểm tra OK OK OK OK OK (MPa) Giới hạn ứng suất cốt thép dự ứng lực TTGH sử dụng sau tính tồn mát: fdul = fpj - ΔfpT ≤ 0.8fpy = 1339.2 (MPa) Kiểm tra giới hạn ứng suất cốt thép dự ứng lực sau truyền lực Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 Đơn vị x 0.486 1.85 3.7 7.4 (m) fdul 1142.45 1153.99 1125.49 1090.9 1060.12 (MPa) Kiểm tra OK OK OK OK OK Trang 47 Kết kiểm toán khả chịu uốn dầm chủ (TCVN11823 - 2017 - P5 - 7.3.2) - Kiểm tra sức kháng uốn tính tốn: - Sức kháng uốn danh định: Kiểm toán sức kháng uốn dầm chủ TTGH cường độ I Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 Ltt/2 x 0.486 1.85 3.7 7.4 Mn 689.48 689.48 1023.37 1438.27 1822.33 Dầm Mr 689.476 689.476 1023.37 1438.27 1822.33 Mu 158.299 539.327 907.083 1167.71 Kiểm tra OK OK OK OK OK Mn 687.50 687.50 1019.44 1429.83 1809.55 Dầm Mr 687.501 687.501 1019.44 1429.83 1809.55 biên Mu 182.263 620.232 1040.91 1334.53 Kiểm tra OK OK OK OK OK Đơn vị (m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu (TCVN11823 - 2017 - P5 - 7.3.3) Xác định mô men nứt, Mcr (kN.m) - Mdnc tổng mô men tĩnh tải gây không nhân hệ số tác dụng lên mặt cắt liền khối mặt cắt không liên hợp: Mặt cắt x Mdnc Sc Dầm Snc fcpe Mcr Mdnc Sc Dầm Snc biên fcpe Mcr Bảng tính mơ men nứt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 0.486 1.85 3.7 4E+07 1.4E+08 2.4E+08 1.8E+08 1.8E+08 1.8E+08 1.8E+08 3.5E+07 3.5E+07 3.5E+07 3.5E+07 10.3916 10.4965 15.0593 20.1622 3519.99 3369.54 3872.51 4480.22 3.7E+07 1.3E+08 2.2E+08 1.7E+08 1.7E+08 1.7E+08 1.7E+08 3.5E+07 3.5E+07 3.5E+07 3.5E+07 10.3806 10.482 15.0267 20.1061 3201.5 3077.82 3566.58 4149.92 Ltt/2 Đơn vị 7.4 (m) 3.1E+08 (N.mm) 1.8E+08 (mm3) 3.5E+07 (mm3) 24.2203 (MPa) 4959.85 (kN.m) 2.9E+08 (N.mm) 1.7E+08 (mm3) 3.5E+07 (mm3) 24.1445 (MPa) 4610.5 (kN.m) Trang 48 Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: Mặt cắt x Dầm Dầm biên Mr 1.33Mu Mcr Kiểm tra Mr 1.33Mu Mcr Kiểm tra Bảng tính mơ men nứt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 0.486 1.85 3.7 689.476 689.476 1023.37 1438.27 210.537 717.305 1206.42 3519.99 3369.54 3872.51 4480.22 OK OK OK OK 687.501 687.501 1019.44 1429.83 242.409 824.909 1384.41 3201.5 3077.82 3566.58 4149.92 OK OK OK OK Ltt/2 7.4 1822.33 1553.06 4959.85 OK 1809.55 1774.92 4610.5 OK Đơn vị (m) (kN.m) (kN.m) (kN.m) Ltt/2 7.4 Đơn vị (m) (mm) (mm) (mm) (mm) (kN.m) (kN.m) (kN.m) Chọn bước cốt đai chống cắt: Mặt cắt x Dầm smax Dầm smax biên Chọn bước cốt đai, s Kiểm tra Lựa chọn bước cốt thép ngang chống cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 0.486 1.85 3.7 506 506 503 493 481 505 505 502 491 479 200 250 250 450 450 OK OK OK OK OK (mm) Kết kiểm toán chống cắt: Kiểm toán sức kháng cắt mặt cắt Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 x 0.486 1.85 3.7 Vn 508383 523907 496073 341250 Dầm Vr 457.545 471.516 446.466 307.125 Vu 397.809 376.368 317.608 241.246 Kiểm tra OK OK OK OK Vc 147695 147695 130641 127826 Vs 405718 324575 254195 138176 Vp 0 0 Dầm Vn 553413 472269 384836 266003 biên Vr 498.072 425.042 346.353 239.402 Vu 389.194 368.21 310.711 236.01 Kiểm tra OK OK OK OK Ltt/2 7.4 380393 342.354 102.005 OK 141509 158513 300022 270.02 99.8712 OK Đơn vị (m) (N) (kN) (kN) (N) (N) (N) (N) (kN) (kN) Trang 49 Kết kiểm toán bố trí cốt thép dọc: Kiểm tra cốt thép dọc mặt cắt Mặt cắt Gối 0.72H Ltt/8 Ltt/4 x 0.486 1.85 3.7 Vu/ϕv 442010 418187 352897 268051 Vs 368594 364293 332307 180836 Vp 0 0 Mu 1.6E+08 5.4E+08 9.1E+08 Dầm Nu 0 0 Vu 397809 376368 317608 241246 ϕf 1 1 Aps 592.26 592.26 888.39 1283.23 fps 1841.28 1841.28 1832.33 1819.62 Kiểm tra OK OK OK OK Vu/ϕv 432438 409123 345235 262233 Vs 405718 324575 254195 138176 Vp 0 0 Mu 1.8E+08 6.2E+08 1E+09 Dầm Nu 0 0 Vu 389194 368210 310711 236010 ϕf 1 1 Aps 592.26 592.26 888.39 1283.23 fps 1838.84 1838.84 1829.08 1814.68 Kiểm tra OK OK OK OK Ltt/2 Đơn vị 7.4 (m) 113339 (N) 113339 (N) (N) 1.2E+09 (N.mm) (N) 102005 (N) 1678.07 (mm2) 1806.41 (MPa) OK 110968 (N) 110968 (N) (N) 1.3E+09 (N.mm) (N) 99871.2 (N) 1678.07 (mm2) 1800.55 (MPa) OK Trang 50 3.3 So sánh đánh giá kết với mặt cắt dầm I Công ty HAMACO BETON6 3.3.1 So sánh hệ số hiệu mặt cắt tổng số cáp sử dụng cho cầu giao thông nơng thơn có khổ cầu 6.5 m chiều dài nhịp 18 m Bảng so sánh tiêu dầm I cánh rộng L = 18m Tên đơn vị UTC2 Dầm I cánh rộng 0.6m HAMACO Bê Tông Chiều dài dầm 18 18 18 18 Chiều cao dầm 0.65 0.65 0.65 0.65 Bề rộng cánh 0.25 0.25 0.25 0.60 Mơ men qn tính mặt cắt 0.00603 0.00600 0.00603 0.00988 Diện tích mặt cắt nguyên 0.16671 0.16641 0.16671 0.18601 K/c từ trọng tâm đến mép 0.33194 0.33254 0.31806 0.28487 K/c từ trọng tâm đến mép 0.31806 0.31746 0.33194 0.36513 Hệ số hiệu mặt cắt 0.438 0.436 0.438 0.520 Biểu đồ so sánh hệ số hiệu mặt cắt dầm I 650 bề rộng cánh 0.6 m với dầm I 18 m đơn vị Trang 51 So sánh tông số tao cáp dự ứng lực sử dụng cho cho cầu khổ 6.5 (m) 3.3.2 Đánh giá kết so sánh kết luận: -Qua số liệu tính tốn biểu đồ chứng minh rõ dầm I cánh rộng có mặt cắt hiệu dầm I truyền thống nhờ việc mở rộng cánh mặt cắt thiết kế hợp lý bo trịn góc cạnh khơng tăng tính thẩm mỹ mà làm tăng khả chịu lực Lượng cáp sử dụng đồng thời giảm số lượng dầm cho cầu giao thông nông thôn khổ 6.5 (m) - Kết hợp với việc sử dụng bê tông cường độ cao tăng khả chống cắt cho bê tông nên không cần thiết mở rộng bề rộng đầu dầm để chống cắt dầm I thiết kế theo tiêu chuẩn cũ Dầm I với bề rộng cánh cánh cho dầm ổn định q trình thi cơng, kết hợp thi cơng mặt cầu bán lắp ghép tiết kiệm hệ thống ván khuôn bỏ lại Thiết kế dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN11823 – 2017 với bề rộng cánh 0.6 (m) cho mặt cắt dầm I có chiều dài nhịp từ 16 -18 (m) chiều cao dầm 0.65 (m); dầm I cánh rộng có chiều dài nhịp 15 (m) với chiều cao dầm 0.5 (m) bề rộng cánh từ 0.5 – 0.6 (m), kết hợp với việc sử dụng bê tông cường độ cao cho dầm I cánh rộng đảm bảo tính thẩm mỹ, khả chịu lực theo yêu cầu thiết kế tiêu chuẩn TCVN11823 – 2017 Trang 52 3.3.3 Kiến nghị: Bề rộng cánh cho dầm I cầu giao thơng nơng thơn lựa chọn từ 0.5 - 0.6 (m) cho dầm có chiều cao từ 0.5 đến 0.65 (m) với chiều dài nhịp từ 15 (m) đến 18 (m) thiết kế với mặt cắt đảm bảo kích thước tối thiểu theo tiêu chuẩn quy định, kết hợp bo trịn vị trí góc cạnh để tăng thẩm mỹ cho mặt cắt dầm đồng thời tăng mỹ quan cho cơng trình cầu giao thơng nơng thơn Lực chọn bán kính bo phù hợp đảm bảo chiều dày lớp bê tông bảo vệ đồng thời nên thiết kế mặt cắt với kích thước tối thiểu sử dụng bê tông cường độ cao 60 (MPa) trở lên để tiết kiệm vật liệu giảm tải trọng thân cho kết cấu nhịp Sử dụng dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn với hệ số hiệu mặt cắt cao nhiều so với dầm I cũ nên giảm số lượng dầm chủ mặt cắt ngang, kết cấu nhịp mảnh gọn nhẹ Sử dụng bê tông cường độ cao để tăng sức chống cắt bê tông, thành phần lực dự ứng lực theo phương lực cắt thi công căng trước với sơ đồ kéo thẳng để tăng bước cốt đai không cần thiết thiết kế mặt cắt mở rộng sườn dầm khu vực đầm dầm chịu lực cắt lớn 3.4 Kết nghiên cứu đề tài: Bản vẽ thiết kế hợp lý dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn nhịp 18 (m) khổ cầu 6.5 m (xem phụ lục) Bản tính nội lực kiểm tốn dầm I cánh rộng giai đoạn khai thác theo tiêu chuẩn TCVN11823-2017 Trang 53 3.5 Các tài liệu tham khảo: [1] Bộ KH&CN, tiêu chuẩn thiết kế cầu đường TCVN11823 – 2017 [2] American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2012) [3] PGS.TS Tống Trần Tùng, Thiết kế số dạng dầm dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao cho cơng trình cầu [4] GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS TS Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long, Cầu bê tông cốt thép, Nhà xuất Giao Thông vận tải 2007 [5] Ngô Đăng Quang, Nguyễn Duy Tiến, Kết cấu bê tông cốt thép, Nhà xuất giao thông vận tải 2010 [6] GS.TS Phạm Duy Hữu, PGS.TS Nguyễn Ngọc Long, Giáo trình bê tơng cường độ cao chất lượng cao [7] TS Mai Lựu, ThS Lê Hồng Lam, Cầu bê tông thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN11823 – 2017 [8] California Department of Transportation, BRIDGE DESIGN AIDS [9] GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Hoàng Hà, ThS Đào Duy Lâm Các ví dụ tính tốn cầu dầm I, T, Super T bê tông cốt thép dự ứng lực, Nhà xuất xây dựng Hà Nội – 2012… [10] TS Ngơ Văn Minh, PGS.TS Nguyễn Ngọc Long, Phân tích phi tuyến dầm I cánh rộng xác định hệ số kết cấu vùng phá hoại cục dầm tác dụng dự ứng lực tải trọng khai thác, Báo khoa học công nghệ Trang 54 3.6 Phụ lục: Bản vẽ dầm I cánh rộng L = 18 m, khổ cầu 6.5 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m, cấp bê tông 60 MPa Trang 55 Mơ hình 3D kết cấu nhịp cầu giao thông nông thôn dầm I cánh rộng nhịp 18 m