Nghiên cứu ứng xử của cầu vòm mạng lưới bình lợi 2 khi một số dây treo không làm việc,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỜ - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CẦU VỊM MẠNG LƯỚI BÌNH LỢI KHI MỘT SỐ DÂY TREO KHƠNG LÀM VIỆC NHĨM NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỜ - BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CẦU VÒM MẠNG LƯỚI BÌNH LỢI KHI MỘT SỐ DÂY TREO KHƠNG LÀM VIỆC Sinh viên thực hiện: Trần Thị Lan Anh Hoàng Nghĩa Kỷ Trần Thị Kim Thoa Nguyễn Thị Yên Nữ Nam Nữ Nữ Chịu trách nhiệm chính: Trần Thị Lan Anh Dân tộc: Kinh Lớp: Cầu hầm K51- Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Xây dựng cầu hầm Người hướng dẫn: Thạc sỹ Trần Xuân Hịa TP HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 LỜI CÁM ƠN Để hồn thành đề tài, trước hết nhóm sinh viên chúng em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến thầy cô Ban lãnh đạo nhà trường, người tạo sân chơi bổ ích này, giúp chúng em có hội trải nghiệm tham gia cơng tác nghiên cứu khoa học cịn ngồi ghế nhà trường Bằng tất lòng, chúng em xin gửi lời cám ơn tình cảm chân thành tới thầy Trần Xuân Hòa, người nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, hỗ trợ chúng em bốn tháng qua hoàn thành đề tài nghiên cứu Xin chân thành cám ơn! 1- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1- Bảng tỷ trọng vật liệu 22 Bảng 3.2- Hệ số tương ứng với trường hợp 23 Bảng 3.3- Lực dọc (H) hệ số an toàn ổn định mặt phẳng (n) thay dây từ D1 đến D10 28 Bảng 3.4- Lực dọc (H) hệ số an toàn ổn định mặt phẳng (n) thay dây từ d1 đến d10 29 Bảng 3.5- Lực dọc (H) hệ số an toàn ổn định mặt phẳng (n) đứt dây từ D1 đến D10 30 Bảng 3.6- Lực dọc (H) hệ số an toàn ổn định mặt phẳng (n) đứt dây từ d1 đến d10 30 Bảng 3.7- Lực dọc (H) hệ số an toàn ổn định mặt phẳng (n) đứt dây từ đứt từ D1-D2 đến D10-D10’ 31 Bảng 3.8- Lực dọc (H) hệ số an toàn ổn định mặt phẳng (n) đứt từ d1- d2 đến d10 - d10’ 31 Bảng 3.9-Tính tốn so sánh mơ đun đàn hồi quy đổi .39 Bảng 3.10-Nội lực dây lại ứng thay dây từ D1 đến D10 (a) 40 Bảng 3.11-Nội lực dây lại ứng đứt dây từ D1 đến D10 (b) 44 Bảng 3.12-Nội lực dây lại ứng đứt dây liền kề (thượng lưu) 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1- Cầu Bình Lợi – cầu vịm mạng lưới TPHCM (2013) Hình 1.2- Cầu Steinkjer (Na Uy-1963) Hình 1.3- Cầu Bolstadstraumen (Na Uy -1963) Hình 1.4- Cầu Fehrmarnsund (Đức - 1963) Hình 1.5- Cầu Blennerhassett (Mỹ - 2008) Hình 1.6- Mơ men uốn dọc trục dầm giản đơn chịu tải trọng phân bố Hình 1.7- Dạng hình học cầu vòm dạng cung Hình 1.8- Sự truyền lực vịm Hình 1.9- Sự phân phối mơ men lên vịm dây treo thẳng đứng với tải trọng đặt lệch Hình 1.10- Sự phân phối mơ men lên cung vòm dây treo xiên với tải trọng đặt lệch Hình 1.11- Hệ dây treo Hình 1.12- Cầu Steinkjer Đông Bắc Trondheim, Na Uy với thiết kế khơng có lan can bảo bệ bị đứt dây treo xe cộ va chạm Hình 1.13- Thay dây treo cầu Thaddeus Kosciuszko (New York) 10 Hình 1.14- Mất ổn định mặt phẳng (trái) ngồi mặt phẳng (phải) 12 Hình 2.1- Mặt cắt ngang cầu 15 Hình 2.2- Mặt đứng cầu 16 Hình 2.3- Mặt cầu 16 Hình 2.4- Đánh số thứ tự dây treo phía thượng lưu (đơn vị vẽ m) 16 Hình 2.5- Đánh số thứ tự dây treo phía hạ lưu (đơn vị vẽ m) 16 Hình 2.6- Sơ đồ không gian cầu 17 Hình 2.7- Mơ hình sơ đồ không gian cầu Midas Civil 2011 17 Hình 2.8- Mơ hình mặt cầu Midas Civil 2011 17 Hình 2.9- Mơ hình mặt đứng cầu Midas Civil 2011 18 Hình 2.10-Mơ hình mặt bên cầu Midas Civil 2011 18 Hình 2.11-Mặt cắt ngang dây treo 19 Hình 2.12-Mặt cắt ngang đoạn dầm dọc biên, sườn vòm 19 Hình 2.13-Mặt cắt ngang dầm ngang (loại 1, 2, 3) 20 Hình 2.14-Mặt cắt ngang chống (loại 1, 2) 21 Hình 2.15-Mặt cắt ngang chống (loại 3, 4) 21 Hình 2.16-Đặc trưng xe tải thiết kế 22 Hình 2.17-Sơ đồ cầu trạng thái bình thường 24 Hình 2.18-Sơ đồ thay dây treo D1 25 Hình 2.19- Sơ đồ đứt dây treo D2 25 Hình 2.20- Sơ đồ đứt dây treo D3-D4 26 Hình 2.21- Dạng ổn định mặt phẳng điểm tới hạn 26 Hình 2.22- Hệ số an toàn ổn định mặt phẳng thay dây từ D1 đến D10 28 Hình 2.23- Hệ số an tồn ổn định mặt phẳng thay dây từ d1 đến d10 29 Hình 2.24- Hệ số an tồn ổn định mặt phẳng đứt dây từ D1 đến D10 30 Hình 2.25- Hệ số an tồn ổn định mặt phẳng đứt dây từ d1 đến d10 30 Hình 2.26- Hệ số an tồn ổn định mặt phẳng đứt dây liền kề (phía thượng lưu) 31 Hình 2.27- Hệ số an tồn ổn định mặt phẳng đứt dây liền kề (phía hạ lưu) 32 Hình 2.28- Ứng suất nén lớn sườn vòm thay dây từ D1 đến D10 32 Hình 2.29- Ứng suất nén lớn sườn vòm thay dây từ d1 đến d10 33 Hình 2.30- Ứng suất nén lớn sườn vòm đứt dây từ D1 đến D10 33 Hình 2.31- Ứng suất nén lớn sườn vòm đứt dây từ d1đến d10 33 Hình 2.32- Ứng suất nén lớn sườn vòm đứt dây liền kề (thượng lưu) 34 Hình 2.33- Ứng suất nén lớn sườn vòm đứt dây liền kề (hạ lưu) .34 Hình 2.34- Ứng suất nén lớn dầm ngang thay dây từ D1 đến D10 35 Hình 2.35- Ứng suất nén lớn dầm ngang thay dây từ d1 đến d10 35 Hình 2.36- Ứng suất nén lớn dầm ngang đứt dây từ D1 đến D10 35 Hình 2.37- Ứng suất nén lớn dầm ngang đứt dây từ d1 đến d10 36 Hình 2.38- Ứng suất nén lớn dầm ngang đứt dây liền kề (thượng lưu) 36 Hình 2.39- Ứng suất nén lớn dầm ngang đứt dây liền kề (hạ lưu) 36 Hình 2.40- Ứng suất kéo lớn dầm ngang thay dây từ D1 đến D10 37 Hình 2.41- Ứng suất kéo lớn dầm ngang thay dây từ d1 đến d10 37 Hình 2.42- Ứng suất kéo lớn dầm ngang đứt dây từ D1 đến D10 37 Hình 2.43- Ứng suất kéo lớn dầm ngang đứt dây từ d1 đến d10 38 Hình 2.44- Ứng suất kéo lớn dầm ngang đứt dây liền kề 38 Hình 2.45- Ứng suất kéo lớn dầm ngang đứt dây liền kề (hạ lưu) 38 Hình 2.46-Nội lực dây phía thượng lưu thay từ D1 đến D10(a) 40 Hình 2.47- Nội lực dây phía thượng lưu thay từ D1đến D10 (b) 41 Hình 2.48- Nội lực dây phía hạ lưu thay từ D1 đến D10 (a) 41 Hình 2.49- Nội lực dây phía hạ lưu thay từ D1 đến D10 (b) 41 Hình 2.50- Nội lực dây phía thượng lưu thay từ d1 đến d10 (a) 42 Hình 2.51- Nội lực dây phía thượng lưu thay từ d1 đến d10 (b) 42 Hình 2.52- Nội lực dây phía hạ lưu thay từ d1 đến d10 (a) 42 Hình 2.53- Nội lực dây phía hạ lưu thay từ d1 đến d10 (b) 43 Hình 2.54- Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ D1 đến D10 (a) 44 Hình 2.55- Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ D1 đến D10 (b) 44 Hình 2.56- Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ D1 đến D10 (a) 45 Hình 2.57- Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ D1 đến D10 (b) 45 Hình 2.58- Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ d1 đến d10 (a) 46 Hình 2.59- Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ d1 đến d10 (b) 46 Hình 2.60- Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ d1 đến d10 (a) 46 Hình 2.61- Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ d1 đến d10 (b) 47 Hình 2.62- Nội lực dây từ D1 đến D10 đứt dây liền kề phía thượng lưu 48 Hình 2.63- Nội lực dây từ D1’ đến D10’ đứt dây liền kề phía thượng lưu 48 Hình 2.64- Nội lực dây từ d1 đến d10 đứt dây liền kề phía thượng lưu 48 Hình 2.65- Nội lực dây từ d1’ đến d10’ đứt dây liền kề phía thượng lưu 49 Hình 2.66- Nội lực dây từ D1 đến D10 đứt dây liền kề phía hạ lưu 49 Hình 2.67- Nội lực dây từ D1’ đến D10’ đứt dây liền kề phía hạ lưu 50 Hình 2.68- Nội lực dây từ d1 đến d10 đứt dây liền kề phía hạ lưu 50 Hình 2.69- Nội lực dây từ d1’ đến d10’ đứt dây liền kề phía hạ lưu 51 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM MẠNG LƯỚI 1.1.1 Kết cấu vòm mạng lưới 1.1.2 Giới thiệu hệ dây treo cầu vòm mạng lưới 1.1.3 Một số nguyên nhân khiến dây treo không làm việc 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 10 1.2.1 Những nghiên cứu liên quan đến ổn định cầu vòm 10 1.2.2 Những nghiên cứu liên quan đến ứng xử cầu vòm dây treo không làm việc 13 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CẦU BÌNH LỢI KHI MỘT SỐ DÂY TREO KHÔNG LÀM VIỆC 15 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU BÌNH LỢI 15 2.2 CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU 19 2.3 GIỚI THIỆU MƠ HÌNH TÍNH TỐN 24 2.4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 26 2.4.1 Ổn định tổng thể vòm 26 2.4.2 Ứng suất dầm ngang 34 2.4.3 Sự phân phối lại nội lực dây treo 39 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 52 3.1 KẾT LUẬN 52 3.2 KIẾN NGHỊ 53 3.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 1- PHẦN MỞ ĐẦU Tháng năm 2013, thành phố Hồ Chí Minh tổ chức khánh thành đưa vào sử dụng phần tuyến đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngồi, điểm nhấn cầu Bình Lợi – cầu vịm mạng lưới Việt Nam Chịu trách nhiệm thiết kế cho kết cấu vòm lớn Việt Nam Công ty tư vấn xây dựng quốc tế Hàn Quốc (KCI) Thực tế, cầu vịm mạng lưới khơng cịn xa lạ giới, đặc biệt Đức Thụy Sĩ, nhiên sử dụng Việt Nam thời gian gần với dự án cầu Bình Lợi So với loại cầu vòm khác Việt Nam, đa phần kết cấu vịm ống thép nhồi bê tơng cầu Ông Lớn (Quận – TPHCM) hay cầu Rồng (Đà Nẵng – phần ống thép nhồi bê tông), cầu Bình Lợi có ưu điểm hẳn mặt mỹ quan kiểu dáng mảnh đảm bảo độ chắn phương diện chịu lực  Lý chọn đề tài: Khơng hồn tồn giống cầu treo dây võng hay cầu dây văng dây treo phận kết cấu, dây treo cầu vịm mạng lưới đóng vai trị quan trọng Dây treo phận nối vành vòm hệ kết cấu bên dưới, đảm nhận việc truyền tải trọng Nhìn chung dây treo làm việc bình thường, nhiên lý đó, vài dây treo bị đứt hay cần gỡ bỏ dây treo cũ để thay dây treo ứng xử cầu thay đổi Trong thiết kế kỹ thuật cầu Bình Lợi 2, đơn vị thiết kế đề cập đến vài trường hợp đứt thay dây treo phân phối lại nội lực lên dây cịn lại Tuy vậy, ứng xử khác tính ổn định cùa vòm, nội lực sườn vòm, phân phối lại nội lực dây treo … mơ hình dây treo khơng làm việc lại chưa xét đến Đề tài nghiên cứu vài ứng xử cầu Bình Lợi hay vài dây treo không làm việc, bao gồm ứng xử chưa xét đến thiết kế  Mục tiêu nghiên cứu: Trên sở mơ hình cầu khác ứng với mơ hình dây treo không làm việc, tác giả tiến hành xử lý, phân tích kết quả, rút nhận xét ứng xử cầu Bình Lợi kiến nghị cần thiết 2-  Nội dung: Dựa hồ sơ thiết kế kỹ thuật cầu Bình Lợi đơn vị Tư vấn giám sát cấp Nhà nước thơng qua, tác giả mơ hình hóa cầu Bình Lợi (nhánh thượng lưu – hướng từ Thủ Đức Gị Vấp) Từ tiến hành nghiên cứu ứng với trường hợp dây treo không làm việc:  Nghiên cứu ổn định vòm  Nghiên cứu thay đổi ứng suất nén lớn sườn vòm  Nghiên cứu phân phối lại nội lực dây treo lại  Phương pháp nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu Đề tài giải thông qua phương pháp nghiên cứu sau:  Thu thập số liệu thiết kế cầu Bình Lợi  Mơ hình hóa phần mềm Midas Civil 2011 trường hợp dây treo không làm việc (thay dây, đứt dây, đứt hai dây liền kề bất kỳ) theo nội dung nghiên cứu  Tổng hợp, phân tích, so sánh, đánh giá kết trường hợp nghiên cứu dạng biểu đồ Từ Đề tài đưa kết luận, kiến nghị hướng nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Nhịp cầu Bình Lợi (nhánh từ Thủ Đức Gò Vấp)  Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu mơ hình cầu giai đoạn khai thác, xem xét làm việc vật liệu miền đàn hồi, không xét ứng xử phi tuyến, ứng xử cục  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài:  Đưa kết số ứng xử cầu Bình Lợi cầu gặp cố - ứng xử mà thiết kế kỹ thuật chưa xét đến Từ đưa kiến nghị cần thiết cho thiết kế  Cung cấp nhìn tổng quan vài ứng xử cầu vịm mạng lưới nói chung dây treo khơng làm việc qua kết nghiên cứu cầu Bình Lợi – loại cầu vòm mạng lưới điển hình 3- 2500 D1' 2000 D2' 1500 D3' D4' 1000 D5' 500 D6' D7' BT Thay D1 Thay D2 Thay D3 Thay D4 Thay D5 Thay D6 Thay D7 Thay D8 Thay D9 Thay D10 D8' Hình 2.47 Nội lực dây phía thượng lưu thay từ D1 đến D10 (kN) (b) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 BT Thay D1 Thay D2 Thay D3 Thay D4 Thay D5 Thay D6 Thay D7 Thay D8 Thay D9 Thay D10 d8 Hình 2.48 Nội lực dây phía hạ lưu thay từ D1 đến D10 (kN) (a) 2000 d1' d2' 1500 d3' 1000 d4' d5' 500 d6' d7' BT Thay D1 Thay D2 Thay D3 Thay D4 Thay D5 Thay D6 Thay D7 Thay D8 Thay D9 Thay D10 d8' Hình 2.49 Nội lực dây phía hạ lưu thay từ D1 đến D10 (kN) (b) Nhận xét: Khi thay dây phía thượng lưu (do tính đối xứng theo phương dọc cầu xét thay từ D1 đến D10), nội lực dây treo lân cận bị ảnh hưởng đáng kể Ví dụ: thay D2, nội lực D1 giảm 52% Các dây liền kề phương với dây bị đứt có gia tăng nội lực nhiều Chẳng hạn thay D5, nội lực D3, D7 tăng xấp xỉ 40% Những dây mặt phẳng xa dây bị đứt bị ảnh hưởng Những dây phía bên mặt phẳng dây khơng bị ảnh hưởng Nhìn chung trường 41 - hợp trên, nội lực dây treo dù có tăng nằm giới hạn an toàn 1800 1600 D1 1400 D2 1200 D3 1000 D4 800 D5 600 D6 400 200 D7 D8 BT Thay d1 Thay d2 Thay d3 Thay d4 Thay d5 Thay d6 Thay d7 Thay d8 Thay d9 Thay d10 D9 Hình 2.50 Nội lực dây phía thượng lưu thay từ d1 đến d10 (kN) (a) 1800 1600 D1' 1400 D2' 1200 D3' 1000 D4' D5' 800 D6' 600 D7' 400 D8' 200 D9' BT Thay d1 Thay d2 Thay d3 Thay d4 Thay d5 Thay d6 Thay d7 Thay d8 Thay d9 Thay d10 D10' Hình 2.51 Nội lực dây phía thượng lưu thay từ d1 đến d10 (kN) (b) 2500 d1 2000 d2 d3 1500 d4 d5 1000 d6 d7 500 d8 d9 BT Thay d1 Thay d2 Thay d3 Thay d4 Thay d5 Thay d6 Thay d7 Thay d8 Thay d9 Thay d10 d10 Hình 2.52 Nội lực dây phía hạ lưu thay từ d1 đến d10 (kN) (a) 42 - 2500 d1' 2000 d2' d3' 1500 d4' d5' 1000 d6' d7' 500 d8' d9' BT Thay d1 Thay d2 Thay d3 Thay d4 Thay d5 Thay d6 Thay d7 Thay d8 Thay d9 Thay d10 d10' Hình 2.53 Nội lực dây phía hạ lưu thay từ d1 đến d10 (kN) (b) Nhận xét: Khi thay dây phía hạ lưu (do tính đối xứng theo phương dọc cầu xét thay từ d1 đến d10), nội lực dây treo lân cận bị ảnh hưởng đáng kể Ví dụ: thay d2, nội lực d1 tăng 54% Các dây liền kề phương với dây bị đứt có gia tăng nội lực nhiều Chẳng hạn thay d5, nội lực d3, d7 tăng 40% Những dây mặt phẳng xa dây bị đứt bị ảnh hưởng Những dây phía bên mặt phẳng dây khơng bị ảnh hưởng Nhìn chung trường hợp trên, nội lực dây treo dù có tăng nằm giới hạn an toàn 2.4.4.2 Đứt dây Mục đích: Kiểm tra phân bố lại nội lực dây lại dây bị đứt cố Do tính chất đối xứng, cần kiểm tra 10 trường hợp đứt dây (D1 đến D10) 10 trường hợp đứt dây liền kề (D1-D2 đến D10-D10’) Hệ số giảm cường độ đứt cáp: 0,45(1+33%)=0,60 Khi dây bị đứt, nội lực dây trước đứt ( nhân với hệ số 1,33) tác dụng vào đầu neo theo chiều ngược lại 43 - Số hiệu Bình dây thường treo 1434 D1 1350 D2 1594 D3 1153 D4 1552 D5 1202 D6 1581 D7 1308 D8 1483 D9 1395 D10 Đứt D1 Đứt D2 Đứt D3 Đứt D4 Đứt D5 Đứt D6 Đứt D7 Đứt D8 Đứt D9 Đứt D10 2418 1984 1296 1540 1147 1529 1261 1470 1381 2994 1891 2291 1675 1378 1518 1255 1434 1341 2442 1865 1257 2744 1391 1813 1407 1410 1358 1668 2615 1662 1797 2181 1704 1491 1427 1346 1401 1590 2993 1599 1128 2871 1372 1787 1572 1328 1584 1739 2366 1508 1847 2331 1638 1617 1269 1195 1909 1395 2974 1634 1207 2852 1390 1321 1257 1687 1420 1606 2453 1510 1799 2506 1394 1241 1518 1038 1879 1437 2870 1704 1316 1394 1240 1554 1060 1717 1501 1578 2573 1413 - Bảng 3.11- Nội lực dây lại ứng đứt dây từ D1 đến D10 (b) D1 3000 D2 Nội lực 2500 D3 2000 D4 1500 D5 1000 D6 500 D7 D8 Bình…Đứt D1Đứt D2Đứt D3Đứt D4Đứt D5Đứt D6Đứt D7Đứt D8Đứt D9Đứt D10 D9 Hình 2.54 Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ D1 đến D10 (a) 3000 D1' 2500 D2' 2000 D3' Đứt D10 Đứt D9 Đứt D8 Đứt D7 Đứt D6 D6' Đứt D5 Đứt D4 D5' Đứt D3 500 Đứt D2 D4' Đứt D1 1000 Bình thường Nội lực 1500 Hình 2.55 Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ D1 đến D10 (b) 44 - Nhận xét: Khi đứt dây phía thượng lưu (do tính đối xứng theo phương dọc cầu xét đứt từ D1 đến D10), nội lực dây treo lân cận bị ảnh hưởng nhiều Ví dụ: đứt D2, nội lực D1 tăng lần Các dây liền kề phương với dây bị đứt có gia tăng nội lực nhiều Chẳng hạn đứt D7, nội lực D5, D9 tăng xấp xỉ 1,92 lần Những dây mặt phẳng xa dây bị đứt bị ảnh hưởng Những dây phía bên mặt phẳng dây khơng bị ảnh hưởng Nhìn chung trường hợp trên, nội lực dây treo dù có tăng nằm giới hạn bền Trường hợp tăng nhiều nhất, đứt D5, nội lực D3 đạt 2993kN 0.98% giới hạn làm việc an toàn dây 3000 2500 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 Nội lực (kN) 2000 1500 1000 500 Đứt D10 Đứt D9 Đứt D8 Đứt D7 Đứt D6 Đứt D5 Đứt D4 Đứt D3 Đứt D2 Đứt D1 Bình thường 3000 d1' 2500 d2' d3' 2000 d4' d5' 1500 d6' 1000 d7' Đứt D10 Đứt D9 Đứt D8 Đứt D7 Đứt D6 Đứt D5 Đứt D4 d9' Đứt D3 Đứt D2 d8' Đứt D1 500 Bình thường Nội lực (kN) Hình 2.56 Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ D1 đến D10 (a) Hình 2.57 Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ D1 đến D10 (b) 45 - d10' 3000 2500 Nội lực (kN) 2000 1500 1000 500 Bình Đứt thường d1 Đứt d2 Đứt d3 Đứt d4 Đứt d5 Đứt d6 Đứt d7 Đứt d8 Đứt d9 Đứt d10 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 Hình 2.58 Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ d1 đến d10 (a) D1' Nội lực (kN) 3000 D2' 2500 D3' 2000 D4' 1500 D5' D6' 1000 D7' 500 D8' Đứt d10 Đứt d9 Đứt d8 Đứt d7 Đứt d6 Đứt d5 Đứt d4 Đứt d3 Đứt d2 Đứt d1 Bình thường D9' D10' Hình 2.59 Nội lực dây phía thượng lưu đứt dây từ d1 đến d10 (b) d1 3000 d2 d3 2000 d4 1500 d5 1000 d6 500 d7 d8 Đứt d10 Đứt d9 Đứt d8 Đứt d7 Đứt d6 Đứt d5 Đứt d4 Đứt d3 Đứt d2 Đứt d1 Bình thường Nội lực (kN) 2500 d9 d10 Hình 2.60 Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ d1 đến d10 (a) 46 - d1' 3000 d2' Nội lực (kN) 2500 d3' 2000 d4' 1500 d5' d6' 1000 d7' 500 d8' d9' Bình Đứt thường d1 Đứt d2 Đứt d3 Đứt d4 Đứt d5 Đứt d6 Đứt d7 Đứt d8 Đứt d9 Đứt d10 d10' Hình 2.61 Nội lực dây phía hạ lưu đứt dây từ d1 đến d10 (b) Nhận xét: Khi đứt dây phía hạ lưu (do tính đối xứng theo phương dọc cầu xét đứt từ d1 đến d10), nội lực dây treo lân cận bị ảnh hưởng nhiều Ví dụ: đứt d2, nội lực d1 tăng 2.1 lần Các dây liền kề phương với dây bị đứt có gia tăng nội lực nhiều Chẳng hạn đứt d7, nội lực d5, d9 tăng xấp xỉ 1,92 lần Những dây mặt phẳng xa dây bị đứt bị ảnh hưởng Những dây phía bên mặt phẳng dây khơng bị ảnh hưởng Nhìn chung trường hợp trên, nội lực dây treo dù có tăng nằm giới hạn bền Trường hợp tăng nhiều nhất, đứt d2, nội lực d1 đạt 2990 kN đạt tới 85% giới hạn làm việc an toàn dây Nội lực dây lại ứng với mơ hình đứt dây (kN) Bình thường D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 1665 1713 1672 1463 1730 1473 1804 1566 1724 1645 Đứt Đứt Đứt Đứt Đứt Đứt Đứt Đứt D1-D2 D2-D3 D3-D4 D4-D5 D5-D6 D6-D7 D7-D8 D8-D9 2977 3825 1930 1684 1581 1370 1605 1514 4888 3084 3250 1940 1991 1616 1572 1524 3009 3740 3275 2834 2200 1896 1576 1543 1953 3672 3371 2679 3453 1891 2007 1800 1508 2225 3299 3242 3439 2741 2217 2090 1317 1845 2247 3326 3320 2762 3523 1928 1358 1446 2113 2010 3278 3253 3493 2812 1463 1459 1703 1673 2198 3333 3245 2934 Đứt D9D10 1577 1474 1541 1239 2271 2048 3158 3327 - Đứt D10D10' 1639 1569 1516 1241 1873 1752 2165 3399 3093 - Bảng 3.12- Nội lực dây lại ứng đứt dây liền kề (thượng lưu) 47 - 6000 D1 5000 D2 4000 D3 3000 D4 D5 2000 D6 Đứt D10-D10' Đứt D9-D10 Đứt D8-D9 Đứt D7-D8 Đứt D6-D7 Đứt D5-D6 Đứt D4-D5 Đứt D3-D4 D8 Đứt D2-D3 Đứt D1-D2 D7 BT 1000 D9 D10 Hình 2.62 Nội lực dây từ D1 đến D10 đứt dây liền kề phía thượng lưu (kN) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 D1' D2' D3' D4' D5' D6' Đứt D10-D10' Đứt D9-D10 Đứt D8-D9 Đứt D7-D8 Đứt D6-D7 Đứt D5-D6 Đứt D4-D5 Đứt D3-D4 Đứt D2-D3 Đứt D1-D2 BT D7' D8' D9' D10' Hình 2.63 Nội lực dây từ D1’ đến D10’ đứt dây liền kề phía thượng lưu (kN) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 d1 d2 d3 d4 d5 d6 Đứt D10-D10' Đứt D9-D10 Đứt D8-D9 Đứt D7-D8 Đứt D6-D7 Đứt D5-D6 Đứt D4-D5 Đứt D3-D4 Đứt D2-D3 Đứt D1-D2 BT d7 d8 d9 d10 Hình 2.64 Nội lực dây từ d1 đến d10 đứt dây liền kề phía thượng lưu (kN) 48 - 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 d1' d2' d3' d4' d5' d6' d7' Đứt D10-D10' Đứt D9-D10 Đứt D8-D9 Đứt D7-D8 Đứt D6-D7 Đứt D5-D6 Đứt D4-D5 Đứt D3-D4 Đứt D2-D3 Đứt D1-D2 BT d8' d9' d10' Hình 2.65 Nội lực dây từ d1’ đến d10’ đứt dây liền kề phía thượng lưu (kN) Nhận xét: Khi đứt dây liền kề phía thượng lưu (do tính đối xứng theo phương dọc cầu xét 10 trường hợp), nội lực dây treo lân cận bị ảnh hưởng nhiều Ví dụ: đứt D2-D3, nội lực D1 tăng 2.94 lần Các dây liền kề phương với dây bị đứt có gia tăng nội lực nhiều Chẳng hạn đứt D6-D7, nội lực D4, D5, D8, D9 tăng 127%, 92%, 76% 104% Những dây mặt phẳng xa dây bị đứt bị ảnh hưởng Những dây phía bên mặt phẳng dây khơng bị ảnh hưởng Nhìn chung trường hợp trên, nội lực dây treo lân cận tăng nhiều vượt giới hạn làm việc an toàn vật liệu 2500 D1 2000 D2 D3 1500 D4 D5 1000 D6 500 D7 D8 Đứt d10-d10' Đứt d9-d10 Đứt d8-d9 Đứt d7-d8 Đứt d6-d7 Đứt d5-d6 Đứt d4-d5 Đứt d3-d4 Đứt d2-d3 Đứt d1-d2 BT D9 D10 Hình 2.66 Nội lực dây từ D1 đến D10 đứt dây liền kề phía hạ lưu (kN) 49 - 2500 D1' 2000 D2' D3' 1500 D4' D5' 1000 D6' 500 D7' D8' D9' Đứt d10-d10' Đứt d9-d10 Đứt d8-d9 Đứt d7-d8 Đứt d6-d7 Đứt d5-d6 Đứt d4-d5 Đứt d3-d4 Đứt d2-d3 Đứt d1-d2 BT D10' Hình 2.67 Nội lực dây từ D1’ đến D10’ đứt dây liền kề phía hạ lưu (kN) 6000 d1 5000 d2 4000 d3 3000 d4 d5 2000 d6 1000 d7 d8 Đứt d10-d10' Đứt d9-d10 Đứt d8-d9 Đứt d7-d8 Đứt d6-d7 Đứt d5-d6 Đứt d4-d5 Đứt d3-d4 Đứt d2-d3 Đứt d1-d2 BT d9 d10 Hình 2.68 Nội lực dây từ d1 đến d10 đứt dây liền kề phía hạ lưu (kN) 50 - 4000 3500 d1' 3000 d2' 2500 d3' 2000 d4' d5' 1500 d6' 1000 d7' 500 d8' Đứt d10-d10' Đứt d9-d10 Đứt d8-d9 Đứt d7-d8 Đứt d6-d7 Đứt d5-d6 Đứt d4-d5 Đứt d3-d4 Đứt d2-d3 Đứt d1-d2 BT d9' d10' Hình 2.69 Nội lực dây từ d1’ đến d10’ đứt dây liền kề phía hạ lưu (kN) Nhận xét: Khi đứt dây liền kề phía hạ lưu (do tính đối xứng theo phương dọc cầu xét 10 trường hợp), nội lực dây treo lân cận bị ảnh hưởng nhiều Ví dụ: đứt d2-d3, nội lực d1 tăng 2.9 lần Các dây liền kề phương với dây bị đứt có gia tăng nội lực nhiều Chẳng hạn đứt d6-d7, nội lực d4, d5, d8, d9 tăng 127%, 94%, 76% 107% Những dây mặt phẳng xa dây bị đứt bị ảnh hưởng Những dây phía bên mặt phẳng dây không bị ảnh hưởng Nhìn chung trường hợp trên, nội lực dây treo lân cận tăng nhiều vượt giới hạn làm việc an toàn vật liệu 51 - CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3.1 KẾT LUẬN Sau phân tích mơ hình dây treo khơng làm việc (bao gồm trường hợp thay dây bất kỳ, đứt dây bất kỳ, đứt dây liền kề bất kỳ), kết nghiên cứu thể ứng xử sau: Sự ổn định sườn vịm: Ổn định mặt phẳng: Tiết diện vịm có dạng hình hộp rỗng, mơ men qn tính lớn, giữ cho vòm ổn định mặt phẳng Kết phân tích cho thấy tính ổn định giữ nguyên có từ đến dây treo liền kề khơng làm việc Ổn định ngồi mặt phẳng: Ở vịm có giằng ngang, giữ cho vịm tính ổn định không gian, giảm thiểu khả bị xoắn Kết phân tích cho thấy có từ đến dây treo liền kề không làm việc vịm giữ ổn định ngồi mặt phẳng Ứng suất nén lớn sườn vòm: Vòm chịu tải trọng gián tiếp từ hệ mặt cầu truyền thông qua dây treo Kết cho thấy dây bị thay, ứng suất nén lớn vịm tăng khơng đáng kể, cao 46% Độ gia tăng ứng suất lớn dây bị đứt, cao 48% đứt d4, ứng suất nén đạt 74%fy Khi dây liền kề bị đứt, ứng suất nén vòm tăng mạnh, độ tăng lớn đứt D1-D2 d1-d2, ứng suất nén đạt 98%fy Ứng suất dầm ngang: Ứng suất nén lớn dầm ngang: Trong trường hợp thay dây, đứt hay hai dây bất kỳ, ứng suất nén cực đại dầm ngang không thay đổi nhiều so với trạng thái bình thường, ứng suất nén lớn đạt 98%fy 52 - Ứng suất kéo lớn dầm ngang: Trong trường hợp thay dây, đứt hay hai dây bất kỳ, ứng suất kéo cực đại dầm ngang khơng thay đổi nhiều so với trạng thái bình thường, hầu hết trường hợp vật liệu nằm giới hạn đàn hồi, trừ trường hợp đứt d4-d5 ứng suất kéo lớn vượt 21%fy Sự phân phối nội lực dây treo lại: Kết phân tích cho thấy có từ đến dây treo liền kề khơng làm việc dây nằm liền kề, phương với dây bị đứt nội lực tăng lên đáng kể Những dây xa, nội lực thay đổi Đặc biệt, dây bên mặt phẳng dây nội lực giữ nguyên Khi thay đứt dây hệ dây treo an toàn Trường hợp đứt dây liền kề phía thượng lưu hạ lưu, nội lực dây lân cận tăng đáng kể vượt giới hạn cho phép (nhỏ giới hạn chảy vật liệu) 3.2 KIẾN NGHỊ Hiện cầu vịm Bình Lợi 2- cầu vòm mạng lưới TPHCM đưa vào sử dụng Việc nghiên cứu vài ứng xử cầu số dây treo khơng làm việc có ý nghĩa quan trọng cơng tác tu bảo dưỡng Vì lẽ đó, tác giả đưa số kiến nghị sau:  Khi có từ đến dây treo khơng làm việc, n tâm tính ổn định vịm  Khi thay đứt dây treo bất kỳ, cầu làm việc an toàn với ứng xử phân tích  Khi đứt hai dây liền kề dây lân cận cịn lại làm việc khơng cịn an tồn 3.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong phạm vi giới hạn nghiên cứu khoa học sinh viên, đề tài chưa xem xét tất ứng xử cầu vịm Bình Lợi vài dây treo không làm việc Hy vọng thời gian tới có nhiều nghiên cứu sâu cầu Bình Lợi hay cầu vịm mạng lưới nói chung, quan tâm đến ứng xử khác như: 53 -  Ứng xử cầu vật liệu khơng cịn làm việc miền đàn hồi (quan tâm đến ứng xử phi tuyến ổn định, nội lực, chuyển vị …)  Sự ổn định cục số phận cầu (thanh giằng, chống )  Sự thay đổi đặc trưng động học tần số dao động riêng cầu… 54 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Maxime Varennes “Design of a single-track railway network arch bridge”, Master of Science Thesis Stockholm, Sweden, 2011 [2] Francisco Millanes Mato, Miguel Ortega Cornejo and Jorge Nebreda Sánchez “Design and Construction of Composite Tubular Arches with Network Suspension System: Recent Undertakings and Trends”, Journal of Civil Engineering and Architecture, ISSN 1934-7359, USA, 2011 [3] Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Cơng Độ, Nguyễn Trọng Nghĩa, “ Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas/Civil”, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội, 2005 [4] Công ty tư vấn xây dựng quốc tế Hàn Quốc (KCI) "Hồ sơ thiết kế kỹ thuật cầu Bình Lợi 2", 2010 55 -