Ứng dụng các phương pháp tính toán trong thiết kế vùng chịu lực cục bộ tại vị trí neo cáp trong dầm bê tông cốt thép dự ứng lực luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _ NGUYỄN VĂN NHỎ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TRONG THIẾT KẾ VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ TẠI VỊ TRÍ NEO CÁP TRONG DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI -2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI _ NGUYỄN VĂN NHỎ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TRONG THIẾT KẾ VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ TẠI VỊ TRÍ NEO CÁP TRONG DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm Mã số: 60.58.25 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Duy Tiến HÀ NỘI - 2014 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Trong xây dựng cơng trình đại ngồi việc tính tốn thiết kế theo u cầu mỹ quan cơng tác thiết kế cấu tạo thi cơng cơng trình phải đảm bảo u cầu chịu lực làm việc bình thường kết cấu, khu vực chịu lực tập trung lớn Do việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn khu vực cần thiết, nhằm hạn chế hư hỏng tăng tuổi thọ cơng trình Trong q trình học tập làm luận án tốt nghiệp trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội, Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ đồng nghiệp, tận tình hướng dẫn định hướng đề tài Ts Nguyễn Duy Tiến, nhằm giúp cho đề tài hoàn thành tiến độ có lợi ích thiết thực Mặt khác Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Thầy Cô khoa cơng trình, khoa sau đại học Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải tạo điều kiện cho Em có tư liệu nghiên cứu phục vụ cho đề tài Do thời gian lực có hạn, chắn đề tài có nhiều thiếu sót, mong bảo tận tình Thầy Cơ mơn đồng nghiệp Em bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc thầy cô đồng nghiệp Em xin chúc tất sức khỏe, thành công Hà Nội, ngày 10 tháng 04, năm 2014 Học viên Nguyễn Văn Nhỏ Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VÙNG CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU CẦU BTCT 1.1.Đặc điểm vùng cục thường gặp 1.1.1.Vùng B: 1.1.2.Vùng D: 1.1.3.Cách xác định vùng B vùng D: 1.1.4.Tổng quan khu vực chịu lực cục kết cấu cầu bêtông cốt thép: 1.1.5 Các phương pháp tính tốn xử lý cấu tạo vùng D cầu bêtông 1.1.6 Bố trí cốt thép đặc điểm thi công vùng kết cấu chịu lực cục bộ: 10 1.2.Qui định cấu tạo vùng cục theo tiêu chuẩn: 23 1.2.1.Quy định theo 22TCN-18-79: 23 1.2.2 Quy định theo 22TCN-272-05/AASHTO-LRFD: 29 1.2.3 Quy định theo Eurocode: BS EN 1992-1-1:2004: 32 1.3 Kết luận chương 39 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÙNG CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU BTCT 41 2.1 Phương pháp truyền thống 41 2.1.1 Theo quy trình 22TCN-18-79: 41 2.1.2 Theo TCXDVN 356-2005: 45 2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn: 55 2.2.1 Cơ sở lý thuyết: 55 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 2.2.2 Hàm xấp xỉ - Phép nội suy: 56 2.2.3 Chọn bậc đa thức xấp xỉ hay hàm xấp xỉ: 58 2.2.4 Các phương trình phương pháp PTHH: 60 2.2.5 Trình tự phân tích toán theo phương pháp phần tử hữu hạn: 62 2.2.6 Phương pháp áp dụng: 65 2.3 Phương pháp sơ đồ hệ 75 2.3.1 Cơ sở lý thuyết 75 2.3.2 Thiết kế vùng D kết cấu bê tông cốt thép sơ đồ hệ 76 2.4 Kết luận chương 89 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐNTẠI VỊ TRÍ ĐẦU NEO CÁP DỰ ỨNG LỰC 91 3.1 Khu vực neo cáp Dự Ứng Lực 91 3.1.1 Đặc điểm cấu tạo thi công 91 3.1.2 Thiết kế theo mơ hình hệ 93 3.1.3 Giải pháp Thiết kế ban đầu: 107 3.1.4 Phân tích đánh giá 109 3.2 Khu vực đầu dầm: 109 3.2.1 Đặc điểm chịu lực 109 3.2.2 Ví dụ neo cáp dự ứng lực đầu dầm I: 112 3.3 Kết luận chương 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Bảng 1.1: Khoảng cách tĩnh tối thiểu thành phần cốt thép căng trước 24 Bảng 1.2: Đường kính quy định nhỏ cốt thép 38 Bảng 1.3: Giá trị hệ số ảnh hưởng 6 38 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang Hình 1.1: Các vùng B D Hình 1.2: Quy cách nối thép buộc 11 Hình 1.3: Quy cách nối thép hàn đối đầu 12 Hình 1.4: Quy cách nối thép hàn ghép 12 Hình 1.5: Các trường hợp định nghĩa dầm cao 13 Hình 1.6: Các vết nứt trước dầm bị phá hoại 14 Hình 1.7: Bố trí thép cho dầm cao 15 Hình 1.8: Vị trí cắt khấc đầu dầm 15 Hình 1.9: Cấu tạo khung cốt thép cho mơ hình 16 Hình 1.10: Các vết nứt xung quanh khu vực cắt khấc 16 Hình 1.11: Thay đổi cấu tạo cho cấu kiện mẫu 17 Hình 1.12 : Thay đổi cấu tạo cho cấu kiện mẫu 17 Hình 1.13: Xử lý cấu tạo cho dạng vết nứt 18 Hình 1.14: Hình ảnh kết cấu vai đỡ 18 Hình 1.15: Mơ hình làm việc vết nứt kết cấu vai đỡ 19 Hình 1.16: Mơ hình bố trí thép cho kết cấu vai đỡ 19 Hình 1.17: Bố trí cốt thép cho vùng cục vai kê 20 Hình 1.18: Vị trí liên kết khung dầm – cột 20 Hình 1.19: Trạng thái ứng suất vết nứt nút 21 Hình 1.20: Bố trí cốt thép cho khu vực nút 21 Hình 1.21: Các ứng suất vị trí ụ neo 22 Hình 1.22: Vết nứt vị trí ụ neo 22 Hình 1.23: Vết nứt vị trí đầu neo 22 Hình 1.24: Bố trí cốt thép vùng neo 23 Hình 1.25: Phương pháp neo từ thép thẳng 34 Hình 1.26: Neo liên kết 36 Hình 1.27: Nối chồng kế cận 38 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 1.28: Chiều dài nối chồng 39 Hình 2.1: Sơ đồ tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép chịu nén cục 49 Hình 2.2: Sơ đồ tính tốn nén thủng cấu kiện bê tơng cốt thép 51 Hình 2.3:Sơ đồ tính tốn giất đứt cấu kiện bê tông cốt thép 52 Hình 2.4: Diện tích ép mặt diện tích tính tốn 54 Hình 2.5: Dạng nội suy hàm xấp xỉ theo phương pháp Lagrange 57 Hình 2.6: a- tam giác Pascal b- tháp Pascal 59 Hình 2.7: Mơ hình phần tử đơn giản 63 Hình 2.8: Thuật tốn mơ hình hóa phân tích vùng tập trung ứng suất 65 Hình 2.9: Phân chia kết cấu có đầu dầm khấc thành vùng B D 76 Hình 2.10: Ví dụ mơ hình hóa vùng D phương pháp đường truyền lực 78 Hình 2.11: Định hướng mơ hình sơ đồ hệ theo lý thuyết đàn hồi 79 Hình 2.12: Định hướng mơ hình sơ đồ hệ theo lý thuyết đàn hồi 81 Hình 3.1: Trắc dọc cầu dẫn Thuận Phước (phía Bắc) 91 Hình 3.2: Mặt cắt ngang cầu dẫn Thuận Phước 91 Hình 3.3: Mặt cắt ngang bố trí cốt thép dự ứng lực 92 Hình 3.4: Sơ đồ bố trí nhịp Liên 93 Hình 3.5: Chi tiết vị trí mối nối 93 Hình 3.6: Dòng lực dạng sơ đồ hệ chịu lực tập trung 94 Hình 3.7: Dòng lực dạng sơ đồ hệ chịu lực tập trung biên 95 Hình 3.8: Dòng lực dạng sơ đồ hệ khu vực đầu dầm có neo cáp DƯL 95 Hình 3.9: Dòng lực dạng sơ đồ hệ khu vực chịu lực tập trung 97 Hình 3.10: Sự phân bố ứng suất theo phương dọc cầu đoạn dầm mút thừa 98 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 3.12: Sơ đồ phân bố lực từ sườn dầm vào đáy cánh 99 Hình 3.13: Bức tranh ứng suất sườn dầm 100 Hình 3.14: Sơ đồ hệ sườn dầm 101 Hình 3.15: Phân bố ứng suất cánh 103 Hình 3.16: Sơ đồ hệ cánh dầm hộp 104 Hình 3.17: Phân bố ứng suất đáy 106 Hình 3.18: Dạng sơ đồ hệ đáy dầm hộp 106 Hình 3.19: Mặt cắt ngang dầm bố trí cốt thép thường 108 Hình 3.20: Vết nứt đáy dầm vị trí mối nối 109 Hình 3.21: Sơ đồ cấu tạo nút đầu dầm 110 Hình 3.22: Bức tranh ứng suất sơ đồ hệ cho khu vực đầu dầm 111 Hình 3.23: Sơ đồ ứng suất sơ đồ hệ đầu dầm có khấc 111 Hình 3.24: Cấu tạo khu vực đầu dầm 113 Hình 3.25: Cấu tạo cốt thép bố trí theo cấu tạo thiết kế 115 Hình 3.26: Sơ đồ dịng ứng suất khu vực đầu dầm 116 Hình 3.27: Sơ đồ vùng neo có lực tác dụng 118 Hình 3.28: Sơ đồ vùng neo có lực tác dụng 118 Hình 3.29: Sơ đồ cho vùng đầu đầm có lực neo tác dụng 118 Hình 3.30: Chi tiết sơ đồ hệ cho vùng đầu dầm 119 Hình 3.31: Mặt cắt ngang dầm, ứng suất nơi tiếp giáp vùng B 119 Hình 3.32: Tải trọng tác dụng lên giàn 120 Hình 3.33: Kết nội lực sơ đồ hệ 120 Hình 3.34: Bố trí cốt thép nút 122 Hình 3.35: Cấu tạo cốt thép đai bố trí theo phương pháp tính tốn sơ đồ hệ 125 Hình 3.36: Sơ đồ hệ căng lực DƯL neo kề 126 Hình 3.37: Dịng ứng suất sơ đồ hệ gợi ý cẩu dầm 127 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần với phát triển kinh tế đất nước giới hệ thống giao thơng đường nước ta nói chung ngành cầu nói riêng phát triển mạnh, góp phần lớn cho việc lại việc vận chuyển hàng hóa đường vùng nước Sự phát triển ngành công nghệ vật liệu ứng dụng vào thực tế, tiêu biểu ứng dụng cơng nghệ căng cáp dự ứng lực vào kết cấu bêtông cốt thép, nói bước phát triển mạnh thay đổi cách toàn diện mặt kết cấu công nghệ lĩnh vực xây dựng nói chung ngành cầu nói riêng, đáp ứng tốt phương diện yêu cầu kiến trúc, khả chịu lực, khả vượt nhịp lớn, tính chống thấm kết cấu, v.v Bên cạnh ưu điểm nói, kết cấu bêtơng cốt thép dự ứng lực tồn số khó khăn riêng chẳng hạn yêu cầu cao cường độ cáp, cường độ bêtông đủ lớn, tồn nhiều vị trí phức tạp phương diện thiết kế thi cơng chẳng hạn vị trí đầu neo cáp, vị trí ụ neo cáp dự dứng lực, mà thơng thường vị trí chịu lực cục thường xảy vết nứt có nhiều khả làm suy giảm khả chịu tải tuổi thọ kết cấu Tuy nhiên phương pháp tính tốn thiết kế vùng chịu lực cục chủ yếu sử dụng phương pháp mơ hình mặt cắt truyền thống, phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp mơ hình hệ Phương pháp mơ hình mặt cắt truyền thống tồn khó khăn việc phân tích không mô tả chất làm việc, truyền lực vùng cục không xét đến tương tác mặt học nội lực, giả thiết lực cắt biến dạng không Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp mơ hình hệ hai phương pháp dùng để diễn tả Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 121 Pr sức kháng ép nhân hệ số (P = 900000 N) j : hệ số sức kháng, lấy 0,7 (điều 5.5.5.2) A1 : diện tích gối (mm ); A1 =b.a b: bề rộng mặt neo b=200 mm (theo cấu tạo neo) m: hệ số điều chỉnh; m=1,13 (được xác định theo điều 5.7.4.2c) f c : cường độ chịu nén bê tông f c =40/1,18 MPa = 33,9 N/mm Kết tính tốn a = 19,7 cm Vậy, kích thước đệm neo b  h  20  20 cm ) thoả mãn yêu cầu chịu lực (b) Kiểm tra đệm gối Việc thực tính tốn tương tự cho thấy kích thước đệm gối ( b  h  50  30 cm ) thoả mãn yêu cầu chịu lực Bố trí cốt thép giằng Diện tích cốt thép đai vị trí giằng tương ứng xác định sau: Fs  N   fy Trong đó: N: Nội lực giằng, j : hệ số sức kháng, lấy 0,7 Fs : diện tích thép cần thiết (mm ) fy : cường độ chảy thép (240 MPa) Ứng với giằng có giá trị nội lực lớn (thanh nối nút 11) 32,3,7 T = 323 kN, diện tích cốt thép đai cần thiết Fs =1922,6mm2 Chọn cốt thép đai có đường kính  = 16 mm số lượng cốt đai cần thiết n = 9,6 Số lượng cốt thép đai sử dụng 10 Các có cấu tạo dạng chữ U, bố trí phân bố khoảng hai giằng đứng (67,7 cm) Như vậy, khoảng cách 15 cm Tính tốn tương tự cho cho giằng khác cho thấy cách bố trí cốt thép đai Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 122 an tồn Do đó, cách bố trí áp dụng cho toàn khu vực đầu dầm Xác định kích thước hình học nút Kích thước nút xác định vào lượng cốt thép yêu cầu giằng xác định nguyên tắc bố trí cốt thép quy định tiêu chuẩn Sau bố trí xong cốt thép, kích thước vùng nút kiểm tra lại theo điều kiện chịu lực chống vào nút điều kiện chịu lực thân vùng nút Hình 3.33: Bố trí cốt thép nút Chiều cao nén xác định theo công thức sau h  la  sin  s , la  12  d ba   s Trong đó, s: bước cốt đai, s = 15 cm dba: đường kính thanh, dba = 16 mm o qs :góc chống phương ngang, qs = 23,7 Từ giá trị trên, h = 31,8 cm Kiểm toán cường độ nén Điều kiện cường độ chống xác định từ công thức 5.6.3.2-1 Pr =   Pn Trong đó: Pr: Lực tính tốn chống (được xác định từ mơ hình sơ đồ hệ thanh) Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 123 Pn: Lực kháng danh định chống, xác định theo công thức 5.6.3.3.1-1 tiêu chuẩn, Pn  fcu A cs  : hệ số sức kháng, lấy 0,7 fcu : ứng suất chịu nén giới hạn, lấy theo điều 5.6.3.3.3 A cs : diện tích mặt cắt ngang có hiệu nén (a) Ứng suất chịu nén giới hạn fcu  fc  0,85  fc 0,8  170  e1 fc : cường độ nén lăng trụ fc = 40/1,18=33,9 MPa e1 xác định sau: e1  es   es  0, 002   cotg a s Trong đó: a s : góc nhỏ chịu nén kéo liền kề (16,9 ) es : biến dạng kéo bê tông ( es lớn lấy 0,005 dùng bê tông) Từ giá trị trên, fcu =18,4 MPa (b) Kích thước chống Chiều cao chống xác định từ nút trình bày Bề rộng chống phía mép mép 60 cm Bề rộng chống khác 33,8 cm (c) Ứng suất chịu nén Ứng suất chống xác định theo công thức sau f c  Pn /   bc  hc bc: bề rộng chống hc: chiều cao nén Ứng suất lớn chống tính f c  17, 78 MPa Giá trị nhỏ ứng suất chịu nén giới hạn fcu 18,43 MPa  nên Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 124 chống thoả mãn yêu cầu chịu lực Tính tốn cốt thép dọc thường Cốt thép dọc thường bố trí để với cốt dự ứng lực chịu lực kéo phần đáy dầm Độ lớn lực kéo xác định theo điều kiện cân theo phương ngang nút hay biểu đồ ứng suất Hình 3.30 Độ lớn lực kéo N = 411 kN Diện tích cốt thép dọc thường xác định từ công thức 5.6.3.4.1-1 Pn  fy A st  A ps  f pe  fy   A st  Pn j  A ps  f pe  fy  fy Với: fy cường độ chịu kéo chảy cốt thép dọc thường, f y  240 M P a A st diện tích cốt thép dọc thường A ps diện tích cốt thép dự ứng lực Ở đây, theo cấu tạo hình học, bó nằm vị trí tính tốn, Aps = 980mm2 fpe:là ứng suất cốt thép dự ứng lực xét tất mát fpe = 640 Mpa Với giá trị trên, A st < Do đó, cốt thép thường cần bố trí theo cấu tạo để đảm bảo điều kiện chống nứt thiết kế ban đầu hợp lý Kiểm toán nút Nút chọn để kiểm toán nút sơ đồ hình 3.5.12 Đây nút dạng CTT, chịu kéo theo hai phương, chịu nén theo phương (để thiên an tồn, hiệu ứng có lợi bỏ qua) Ứng suất nén vùng nút xác định từ ứng suất mặt tiếp xúc với chống fn  N b  h với N nội lực dọc chống số 9, N = 618000 N; b h kích thước chống này, b = 338 mm; h = 318 mm Do đó, fn  6,33 MPa Cường độ chịu nén vùng nút xác định theo điều 5.6.3.5 Đối với nút có hai kéo, fn ,eff  0, 65f fc ; f hệ số chiết giảm, f = 0,7 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 125 Thay giá trị tương ứng vào công thức trên, fn ,eff  15, MPa Do f n  f n ,eff nên nút thoả mãn yêu cầu chịu lực 3.2.2.1.2.6- So sánh kết với kết tính tốn thiết kế mẫu:  Khi tính tốn theo phương pháp sơ đồ hệ thanh, lượng cốt thép theo phương đứng (cốt đai) cần tối đa 16 bố trí với bước 15cm (Hình 3.34) Cốt thép uốn dạng hình chữ U (thanh G2) Cách bố trí phù hợp với bố trí cốt thép đai thực tế thiết kế 150 150 667 1604 g2- d16 507 g2- d16- L = 4016 Hình 3.34: Cấu tạo cốt thép đai bố trí theo phương pháp tính tốn sơ đồ hệ  Ứng suất lớn bê tông tải trọng nhân hệ số 17,78 MPa Giá trị nhỏ cường độ chịu nén bê tông (18,43 MPa)  Theo thiết kế mẫu, lượng cốt thép dọc bố trí Φ16 Cốt thép này, tính tốn kể trên, cần thiết theo cấu tạo để khống chế chống nứt trạng thái giới hạn sử dụng  Ta thấy ưu điểm phương pháp sơ đồ hệ dùng để tính tốn, thiết kếvà thi cơng là: - Về kết tính tốn phù hợp với thiết kế tính tốn mẫu: số lượng thép đai, bước thép đai, cốt thép dọc tính tốn rõ cho thanh, Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận n văn thạc th sỹ kỹ thuật 126 nút đầu dầm rấtt chi ti tiết, - Về mặtt trình bày cá số liệu rõ ràng, tường minh so với v dùng phần mềm để thiết kế - Về chấtt ch rõ trạng thái chịu lực vịị trí neo đầu dầm, thiết kế tính tốn sở s của giai đoạnn (giai đo đoạn thi cơng, khai thác) Có thể dự đoán v vấn đề nguy hiểm, m, khó khăn thi cơng để đưa vào tính tốn thiếtt k kế 3.2.2.1.2.7 Một ột số xem xét b bổ sung: Sơ đồ tính tốn đ xây dựng với trường hợp chịu lự ực giai đoạn khai thác Tuy nhiên, q trình thi cơng cần c lập sơ đồ đ hệ tương ứng với bướ ớc thi công cốt thép đượcc tính trư trường hợp bất lợi sử dụng ng đ để thiết kế dầm Những ng thao tác thi công ảnh hưởng lớn đến bố trí cốtt thép dầm d gồm: 3.2.2.1.2.7.1- Trình tự ự căng kéo dự ứng lực Khi căng neo hay neo sử dụng sơ đồ hệ Hình 3.36 Hình 3.26 Nếu căng lực neo không gần n có th thể coi kết hợp củaa sơ đồ hệ độc lập: sơ đồ hệ cho lực nén điển hình có lựcc neo m lực nén từ vùng B sơ đồ hệ có lực nén phản lực gối i Nếu N neo mà vị trí gần có ssơ đồ hệ sau (Hình 3.35) Hình 3.35: Sơ đồ hệ căng lực dự ứng lực neo k kề 3.2.2.1.2.7.2- Quá trình ccẩu lắp dầm Học viên: Nguyễn n Văn Nhỏ Nh - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 127 Hình 3.36: Dịng ứng suất sơ đồ hệ gợi ý cẩu dầm Khi cẩu lắp dầm, điểm tác dụng lực tập trung đặt vị trí lỗ cẩu dầm Khi đó, sơ đồ hệ gợi ý Hình 3.36 Trong q trình thi cơng, số điểm kê hình thành lực tập trung Do vậy, vị trí đó, cần lập sơ đồ hệ để kiểm tra lượng cốt thép cần thiết 3.2.3.Kết luận chương Đặc điểm làm việc khu vực neo cốt thép dự ứng lực nghiên cứu, mô tả làm rõ sơ đồ hệ dựa phân tích xuất ứng suất kéo lan rộng chuyển hướng lực neo khu vực kết cấu gần neo Ví dụ tính tốn xử lý cấu tạo khu vực neo cáp dự ứng lực vị trí mối nối thi công dầm hộp liên tục cầu dẫn Thuận Phước cho thấy việc bố trí cốt thép thường khu vực cần cải thiện Phân tích sở lý thuyết đàn hồi mơ hình phần tử hữu hạn rõ ứng suất kéo xuất sườn dầm hai cánh trên, dầm hộp, cáp dự ứng lực neo tập trung sườn dầm Trong vị trí trên, có đáy (cánh dưới) dầm hộp ứng suất kéo (σ = 9MPa) vượt giới hạn chịu kéo bê tông (fck = 3,18MPa) nhiều lần Với lượng cốt thép đường kính 13mm đặt cách khoảng @125mm bố trí dựa tham khảo kết cấu tương tự, việc xuất vết nứt đáy theo phương dọc cầu vị trí đầu dầm khơng thể tránh khỏi, việc tăng cường thêm cốt thép đáy dầm lên gấp đôi (giảm khoảng cách cốt thép xuống 62,5mm tăng đường kính cốt thép lên 20mm) khống chế vết nứt Đối Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 128 với phần cánh dầm, sơ đồ hệ tương ứng cho thấy, ứng suất kéo xuất với lượng cốt thép lớn mặt cầu, không cần điều chỉnh vết nứt khống chế Riêng sườn dầm, kết tính tốn phần tử hữu hạn sơ đồ hệ cho thấy ứng suất kéo xuất (σc =2,16 MPa) nhỏ cường độ chịu kéo bê tông (fck = 3,18MPa) Đối với dầm cầu Thuận Phước, việc không tăng cường cốt thép đai sườn dầm, đó, chấp nhận Tuy nhiên, với kết cấu dầm tương tự, đề xuất tăng cường thêm lượng cốt thép để đề phòng tác động bất lợi căng cốt thép tải lệch phía hay phía sườn dầm Từ phân tích đặc điểm chịu lực cho thấy việc tính toán khu vực đầu dầm theo phương pháp sơ đồ hệ cần thiết Do trường ứng suất nhiễu loạn nên việc áp dụng phương pháp mặt cắt để tính tốn khơng phù hợp Phương pháp sơ đồ hệ cung cấp tranh rõ ràng trạng thái chịu lực sở tốt cho việc thiết kế Việc so sánh kết phương pháp tính tốn theo sơ đồ hệ ví dụ tính tốn khu vực neo cáp mối nối đầu dầm hộp cầu Thuận Phước thiết kế mẫu tương ứng cho thấy, lượng cốt thép đai bố trí thiết kế mẫu vừa đủ để thoả mãn yêu cầu chịu lực trạng thái chịu lực, nhiên đáy dầm hộp bố trí cốt thép bị thiếu nên có vết nứt xảy Trong đó, cốt thép dọc thường đóng vai trò cấu tạo để khống chế nứt, chưa căng cáp dự ứng lực Đối với ví dụ tính tốn khu vực neo cáp đầu dầm I kết phương pháp tính tốn theo sơ đồ hệ thiết kế mẫu tương ứng lượng cốt thép đai bố trí thiết kế mẫu vừa đủ để thoả mãn yêu cầu chịu lực trạng thái chịu lực Phương pháp sơ đồ hệ cho phép phân tích cách rõ ràng trạng thái làm việc kết cấu theo giai đoạn thi công Trên sở này, người Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 129 kỹ sư đưa giải pháp cấu tạo thích hợp để kết cấu khơng bị phá hoại q trình thi cơng Qua hai ví dụ ta thấy ngồi việc dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn thiết kế mặt khác nên kiểm tốn vùng chịu lực cục mơ hình hệ thanh, với giả thiết phù hợp với tình thi cơng xảy nhằm tránh sai sót đáng tiếc xảy lỗi dùng phần mềm, khơng dự đốn hết tình phức tạp xảy thi công Các cơng tác nhằm hồn thiện cơng tác tính tốn thiết kế cơng trình Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua công tác nghiên cứu tính tốn xem xét cơng trình thực tế kết cấu có nhiều vùng làm việc phức tạp, vùng có biến đổi khơng bình thường ứng suất gọi vùng D Sự phá hoại kết cấu khu vực chịu lực cục mà nguyên nhân khâu tính tính tốn thiết kế chưa hồn chỉnh, dạng hư hỏng nứt chưa bố trí cốt thép hợp lý, chưa dự đốn hết khả xảy q trình thi cơng Việc nghiên cứu, tính tốn vùng D tổ chức như: Uỷ ban Bê tông Châu Âu (Committé Euro International du Béton - CEB); Hiệp hội Bê tông DƯL Quốc tế (Fédération Internationale de la Precontrainte - FIP), American Association of State Highway and Transportation OfficialsAASHTO Viện Bê tông Hoa-Kỳ (ACI) nghiên cứu, đưa quy định, tiêu chuẩn thiết kế vùng D chi tiết Ở nước ta phần lớn Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (sao chép từ Tiêu chuẩn nước Nga) quan tâm nhiều đến vùng B, việc tính tốn thiết kế vùng D thường dựa theo qui tắc kinh nghiệm quan sát thực nghiệm Năm 2005 Bộ giao thông vận tải định ban hành tiêu chuẩn thiết kế cấu 22TCN 272-05 Trong tiêu chuẩn có áp dụng phương pháp sơ đồ hệ áp dụng để tính tốn thiết kế vùng cục tương đối chi tiết Việc tính tốn thiết kế vùng cục dùng phương pháp sau: - Phương pháp gần đúng: theo điều 5.102 22TCN 18-79 - Phương pháp phần tử hữu hạn: Cơ sở phương pháp làm rời rạc hóa miền liên tục phức tạp tốn Các miền liên tục chia thành nhiều miền (phần tử) Các miền liên kết với Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 131 điểm nút Trên miền này, dạng biến phân tương đương với toán giải xấp xỉ dựa hàm xấp xỉ phần tử, thoả mãn điều kiện biên với cân liên tục phần tử Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng để giải gần tốn phương trình vi phân phần với điều kiện biên cụ thể, dùng để xác định trường ứng suất biến dạng vật thể, thích hợp cho việc phân tích kết cấu chịu lực tổng thể phân bố nội lực liên tục kết cấu Ngoài phương pháp phần tử hữu hạn giải tốn trường hợp phi tuyến vật liệu mô dính bám bêtơng cốt thép Tuy nhiên phương pháp có hạn chế khơng đưa dẫn bố trí neo cốt thép vùng chịu lực cục - Phương pháp sơ đồ hệ thanh: phương pháp thích hợp cho việc phân tích thiết kế vùng cục kết cấu bêtông cốt thép Phương pháp mơ tả dịng lực kết cấu, qua giúp người thiết kế đưa việc kiểm tra bố trí cốt thép, vị trí khơng đảm bảo việc cân lực neo giữ cốt thép Phương pháp sơ đồ hệ áp dụng cho vùng khác kết cấu bêtông cốt thép bổ sung cho lý thuyết đàn hồi tuyến tính kết cấu nứt, trường hợp không quy định rõ tiêu chuẩn Phương pháp sơ đồ hệ công cụ hiệu cho việc chẩn đốn, đánh giá cơng trình Hiện khâu tính tốn thiết kế chưa áp dụng phương pháp tính tốn khác cho vấn đề Có thể nói việc nghiên cứu, tính tốn vùng chịu ứng suất cục phần mềm mơ hình tính tốn tương ứng cho ta nắm tranh dòng ứng suất thực tế kết cấu, qua nhằm khắc phục tình trạng đáng tiếc xảy Cụ thể chương đề tài có nêu hai ví dụ cụ thể tính tốn thiết kế vị trí đầu neo cáp dự ứng lực, thấy kết cấu phức Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 132 tạp khơng tính tốn kỹ lưỡng, khơng tính tốn nhiều mơ hình cho vấn đề xảy cố nứt thi công đưa cơng trình vào sử dụng Ngun nhân bố trí cốt thép khơng phù hợp Hiện với phát triển phần mềm phân tích kết cấu chun dụng, mơ hình tính tốn thiết kế cho vùng chịu lực cục áp dụng đưa vào tiêu chuẩn ngành việc khắc phục sai sót khâu thiết kế dể dàng kiểm soát được, với điều kiện vùng chịu lực phức tạp người thiết kế phải áp dụng phương pháp khác để giải vấn đề, nhằm so sánh kiểm tra chéo sai sót Như nghiên cứu phương pháp sơ đồ hệ tỏ có nhiều ưu điểm bật, nhiên cần phải kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn giúp tối ưu hóa việc xác định kích thước bố trí cốt thép Kiến nghị Do thời gian có hạn nên đề tài xem xét số vấn đề liên quan đến vùng ứng suất cục đầu neo cáp dự ứng lực dầm bêtơng cốt thép Đối với vấn đề tính tốn ứng suất cục kiến nghị cần phải có nghiên cứu sâu lý thuyết tính tốn, thực nghiệm vùng khác như: khu cực vách ngăn dầm, khu vực đầu dầm có cắt khấc, khu vực xà mũ trụ, bệ cọc, gối cầu, nhằm tiêu chuẩn hóa cấu tạo vùng cục (tiêu chuẩn hóa kích thước bố trí cốt thép), tiêu chuẩn hóa phương pháp tính để dễ dàng kiểm sốt thực nhanh chóng Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO A- Tiếng Việt [1] Bộ Giao Thông Vận Tải (2005), "Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05." [2] Bộ giao thông vận tải (1979), "Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN18-79" [3] Bộ giao thông vận tải (2005), "Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 356:2005" [4] Bùi Xuân Học (2010), "Nghiên cứu biện pháp xử lý nứt dầm super-T" [5] Công ty Cổ phần tư vấn xây dựng 533 (2003), '' Hồ sơ thiết kế cầu Thuận Phước'' [6] Nguyễn Xuân Lựu (2010), Phương pháp Phần tử hữu hạn, NXB Giao thông vận tải Hà Nội [7] Nguyễn Duy Tiến (2008), Mơ hình hệ thiết kế kết cấu cầu bê tông cốt thép, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải [8] Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học Việt- Đức (10/2006), Những vấn đề tính tốn thiết kế cầu, Đại học giao thơng vận tải, Hà Nội [9] Nguyễn Đức Thanh cộng (2006), Nghiên cứu áp dụng mơ hình chống giằng thiết kế kết cấu cầu bê tông cốt thép'', Đề tài cấp DT 064025 [10] Nguyễn Viết Trung, Hồng Hà (2008), ''Cơ sở phân tích kết cấu Cầu – Hầm'', Hà Nội [11] Nguyễn Viết Trung cộng (2005) "Tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép theo mơ hình giàn ảo" NXB Xây dựng [12] Trần Thế Truyền (2011), ''Phá hủy rạn nứt bêtông học ứng dụng'', NXB xây dựng Hà Nội B- Tiếng Anh [13] AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (1998), American Association of State Highway and Transportation Officials, SI Units, Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 134 Second Edition [14] ACI 318-05 (2005), Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-05) and Commentary (ACI 318RM-02), ACI Committee 318 [15] ASCE-ACI 445 (1998), Recent Approaches to Shear Design of Structural Concrete State-of-the-Art Report by ASCE-ACI Committee 445 on Shear and Torsion, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol 124, No 12 [16] EN 1992-1-1 (2004), Eurocode 2: Design of concrete structures [17] H R Schwarz (1991), "Methode der finiten Elemente", B G Teubner Stuttgart [18] M Y H Bangash (1989), "Concrete and concrete structures: numerical modeling and application", Elsevier science Publishers LTD [19] O C Zienkiewicz, R L Taylor (2000) “The finite element method”, Volum 2, fifth edition, Butterworth-Heinemann [20] O.C.Zienkiewicz, K.Morgan (1983), "Finite elements and approximation", John Wiley & Sons.Robert D.Cook, David S.Malkus, Michael E Plesha (1988), “Concepts and Applications of Finite Element Analysis” Third Edition, University of Wisconsin-Madison [21] Schlaich, J.; Schäfer, K; Jennewein, M (1987): "Toward a Consistent Design of Structural Concrete" PCI-Journal, V.32, No.3, 75-150 Học viên: Nguyễn Văn Nhỏ - Lớp CHCH K20-1 Filename: Luan van Nguyen Van Nho Directory: C:\Documents and Settings\Admin\Desktop Template: C:\Documents and Settings\Admin\Application Data\Microsoft\Templates\Normal.dotm Title: Subject: Author: Ms Keywords: Comments: Creation Date: 4/13/2014 3:13:00 PM Change Number: 46 Last Saved On: 4/17/2014 2:33:00 PM Last Saved By: Ms Total Editing Time: 1,795 Minutes Last Printed On: 11/4/2014 3:04:00 PM As of Last Complete Printing Number of Pages: 143 Number of Words: 27,761 (approx.) Number of Characters: 158,238 (approx.)