Phân tích thiết kế vùng chịu lực cục bộ trong kết cấu cầu bê tông cốt thép ứng dụng trong tính toán bệ cọc không gian luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Phân tích thiết kế ứng suất cục kết cấu cơng trình xây dựng quan tâm nhiều chuyên gia đầu 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 điểm riêng Đề tài tập trung sâu nghiên cứu cụ thể đặc điểm bật với mục tiêu làm rõ chất việc phân tích áp dụng vào thực tế thiết kế, cấu tạo thi công 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 lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Duy Tiến, người có nhiều góp ý giúp đỡ tận tình 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 cô 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! Hà nội, ngày 12 tháng 04 năm 2014 Tác giả Nguyễn Hồng Hoàng Ngọc Học viên: Nguyễn Hồng Hoàng Ngọc Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN  MỤC LỤC  DANH MỤC BẢNG BIỂU  DANH MỤC HÌNH VẼ  PHẦN MỞ ĐẦU 1  CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VỀ CÁC VÙNG CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP 3  1.1.Đặc điểm vùng cục thường gặp (cấu tạo , thi công) 3  1.1.1 Đặc điểm cấu tạo thi công vùng cục 5  1.1.2 Các phương pháp tính tốn xử lý cấu tạo vùng D cầu bê tông nước ta 6  1.2 Qui định cấu tạo theo tiêu chuẩn 7  1.2.1 22TCN-18-79 7  1.2.2.22TCN-272-05/AASHTO-LRFD (nguồn 22TCN272-05) 19  1.2.3 Eurocode: BS EN 1992-1-1:2004 29  1.3 Kết luận chương 39  CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 41  2.1 Phương pháp truyền thống 41  2.1.1 22TCN-18-79 41  2.1.2 TCXDVN 356:2005 47  2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 54  2.2.1 Cơ sở lý thuyết 54  2.2.2 Phương pháp áp dụng 65  2.3 Phương pháp mô hình hệ 73  2.3.1 Cơ sở lý thuyết 73  2.3.2 Kiểm tốn mơ hình hệ theo 22TCN-272-05 84  Học viên: Nguyễn Hồng Hoàng Ngọc Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 2.4 Kết luận chương 89  CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HỆ THANH TÍNH TỐN BỆ CỌC KHƠNG GIAN 90  Đặc điểm cấu tạo thi công 90  Đặc điểm chịu lực 91  3.3 Ứng dụng thiết kế tính tốn bệ cọc phẳng bệ cọc khơng gian 95  3.3.1 Ví dụ 1: Tính tốn bệ cọc phẳng 95  3.3.2 Ví dụ 2:Tính tốn bệ cọc không gian 102  3.4.Phân tích 117  3.5 Kết luận chương 119  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 120  KẾT LUẬN 120  KIẾN NGHỊ 122  TÀI LIỆU THAM KHẢO 123  Học viên: Nguyễn Hồng Hoàng Ngọc Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1- Chiều dài nhỏ (theo số lần đường kính) chơn cốt thép chịu kéo xiên vào vùng kéo (Nguồn: 22TCN18-79) 11 Bảng 1.2- Khoảng cách tĩnh tối thiểu thành phần cốt thép căng trước 13 Bảng 1.3 - Đường kính tối thiểu đoạn uốn cong 21 Bảng 1.4 - Đường kính yêu cầu nhỏ để tránh hư hỏng cốt thép 29 Bảng 1.5- Giá trị hệ số ảnh hưởng α6 33 Bảng 3.1 So sánh phương pháp tính tốn ví dụ 102 Bảng 3.2 Nội lực , phân loại thanh: 110 Bảng 3.3 Giá trị xác định cốt thép chịu lực yêu cầu bệ cọc không gian tính theo kéo bệ: 112 Bảng 3.4 So sánh phương pháp tính tốn ví dụ 116 Bảng 3.5 So sánh phương pháp tính toán 118 Học viên: Nguyễn Hồng Hoàng Ngọc Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Các vùng B D kết cấu cầu 3  Hình 1.2 Vùng cục đầu dầm cắt khấc 4  Hình 1.3 Vùng cục Bệ móng cọc 4  Hình 1.4 Bố trí cốt thép cho khu vực đầu dầm cắt khấc vai đỡ 6  Hình1.5 Bố trí cốt thép bệ móng cọc 7  Hình1.6 Quy định khoảng cách cốt thép 8  Hình 1.7 Cấu tạo neo móc thép 9  Hình 1.8 Cấu tạo thép neo hàn 9  Hình 1.9 Bố trí cốt thép cho vùng cục 10  Hình1.10 Quy cách uốn thép 11  Hình1.11 Quy cách nối thép buộc 12  Hình1.12 Quy cách nối thép hàn đối đầu 12  Hình 1.13 Quy cách nối thép hàn ghép 12  Hình 1.14 Cấu tạo thiết bị neo cáp ứng suất trước 14  Hình 1.15 Neo cáp dự ứng lực 17  Hình 1.16 Thi cơng neo cáp dự ứng lực 18  Hình 1.17 Bố trí cốt thép cho vùng nút 20  Hình 1.18 Quy định neo cốt thép cho nút 21  Hình 1.19 Bố trí cốt thép cho dầm cao 26  Hình 1.20 Bố trí cốt thép dầm hẫng 27  Hình 1.21 Trạng thái ứng suất vết nứt nút 27  Hình 1.22 Bố trí cốt thép cho khu vực nút 28  Hình 1.23 Các vết nứt xung quanh khu vực cắt khấc 28  Hình 1.24 Xử lý cấu tạo cho dạng vết nứt 28  Hình 1.25 Quy cách neo cốt thép 30  Hình 1.26 Giá trị cd cho dầm 31  Học viên: Nguyễn Hồng Hoàng Ngọc Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 1.27 Neo liên kết 32  Hình 1.28 Đường hàn ngang thiết bị neo 32  Hình 1.29 Nối chồng 33  Hình 1.30 Phần trăm nối chồng đoạn nối 33  Hình 1.31 Bố trí cốt thép ngang cho ghép nối tiếp 34  Hình 1.32 Diện tích nén tăng khả neo 35  Hình 1.33 Cấu tạo bệ cọc 36  Hình 1.34 Mơ hình hệ cho h2/h1 Pu = T12 =4,4MN Đạt Kiểm toán khả chịu kéo kéo 34: φ.Pn = φ.fy.Ast = 0,7.390.0,0177 = 4,83MN >Pu = T34 =4,4MN Đạt Kiểm toán khả chịu kéo kéo 23: φ.Pn = φ.fy.Ast = 0,7.390.0,0265 = 7,23MN >Pu = T23 =6,78MN Đạt Kiểm toán khả chịu kéo kéo 41: φ.Pn = φ.fy.Ast = 0,7.390.0,0265 = 7,23MN >Pu = T41 =5,55MN Đạt +Kiểm tra đoạn neo cần thiết cho kéo Với cốt thép chịu lực 32,36 công thức để xác định chiều dài neo lbd theo điều 5.11.2 tiêu chuẩn 22TCN-272-05 lấy sau: ldb12;34  ldb 23;41  0, 02 Ab f y f c' 0, 02 Ab f y f c'  1145 mm ≥ 0,06dbfy = 749 mm  1450 mm ≥ 0,06dbfy = 842 mm Trong đó: Ab12;34 = 804 mm2 Ab23;41 = 1018 mm2 diện tích cốt thép; fy = 300 MPa cường độ chảy quy định cốt thép; f’c = 30 MPa cường độ nén quy định bêtông thời điểm 28 ngày db12;23 = 32mm db23;41 = 36mm đường kính cốt thép Cũng theo điều 5.11 quy trình nêu trên, chiều dài triển khai cốt thép kéo ld tính tốn sở chiều dài neo ldb có kể đến hệ số chiết giảm chiều dài neo Trong trường hợp này, hệ số chiết giảm chiều dài neo lấy As , req As , prov Trong As,req diện tích cốt thép cần thiết Học viên: Nguyễn Hồng Hồng Ngọc 114 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật kéo theo yêu cầu chịu lực kéo T12 T34; As,req = T12/0,7fy = 16117 mm2 diện tích cốt thép bố trí theo thiết kế As,prov = 17688 mm2 Như vậy, chiều dài đoạn neo cần thiết cho 12 34 : ld = 911mm Diện tích cốt thép cần thiết kéo theo yêu cầu chịu lực kéo T23 ; As,req = T23/0,7fy = 24848,75 mm2 diện tích cốt thép bố trí theo thiết kế As,prov = 26468 mm2 Chiều dài đoạn neo cần thiết cho 23: ld = 939mm Chiều dài đoạn neo cần thiết cho 41: ld = 998mm +Kiểm toán nút chịu nén nút (nút nguy hiểm nhất) Diện tích nút chịu nén Acs = w.t =(lbsin630+hscos630)*t Acs=(0,7*sin630+0,2cos630) *6 = 4,29 m2 Ứng suất chịu nén giới hạn nén 62 fcu = 11,951/4,29 = 2,79 MPa < fn,eff = 17,85 MPa  Đạt +Kiểm toán nút kéo nén đỉnh cọc nút (nút nguy hiểm nhất) Diện tích nút chịu kéo nén Acs = w.t =(lbsin630+hacos630)*t Acs=(0,80*sin630+0,2cos630) *6 = 4,82 m2 Ứng suất giới hạn kéo:(thanh kéo lớn 23) fcu = 6,78/4,82 = 1,41 MPa