Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ địa phương trong thiết kế các công trình cầu nhỏ tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP &PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI TRẦN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU GỖ ĐỊA PHƯƠNG TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH CẦU NHỎ TẠI VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP &PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI TRẦN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU GỖ ĐỊA PHƯƠNG TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẦU NHỎ TẠI VIỆT NAM Chuyênngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mãsố: NGƯỜI HƯỚNG DẪNKHOAHỌC 858.02.05 TS TRẦN VĂNĐĂNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH HÀ NỘI, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả Luận văn Chữ ký Trần Trung Hiếu LỜI CẢM ƠN Đề tài luận văn “Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ địa phương thiết kế cơng trình cầu nhỏ Việt Nam” thực hướng dẫn TS Trần Văn Đăng TS Lương Minh Chính, Bộ Mơn Cơng trình Giao thơng, Trường Đại Học Thủy Lợi Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số107.01-2019.1 Trước hết, chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia tài trợ kinh phí phục vụ thí nghiệm nghiên cứu luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Văn Đăng TS Lương Minh Chính, người dành nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Thầy Cơ Khoa Cơng Trình, ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình Giao thơng, Phịng Quản lý khoa học Đào tạo Sau đại học, Đại học Thủy Lợi tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình học tập nghiên cứu Tơi xin cảm ơn tất đồng nghiệp, người bạn khóa đào tạo thạc sĩ, cho tơi trợ giúp việc có thơng tin liệu liên quan đến nghiên cứu Cuối cùng, xin biết ơn gia đình, người ln bênh cạnh, ủng hộ giúp đỡ suốt thời gian thực khóa đào tạo Mặc dù tơi có nhiều cố gắng để hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khó tránh khỏi sai sót Vì vậy, tơi mong nhận góp ý, bảo q thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp, góp ý q giá để tơi hồn thiện q trình nghiên cứu cơng tác saunày Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤCHÌNHẢNH .v DANH MỤCBẢNGBIỂU vii DANH MỤC CÁC TỪVIẾTTẮT .viii PHẦNMỞĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GỖ VÀ THIẾT KẾCẦUGỖ .4 1.1 Lịch sử cơng trìnhcầugỗ 1.2 Thực trạng áp dụng vật liệu gỗ cơng trình cầu giới Việt Nam trênthếgiới 1.3 Vậtliệugỗ 1.3.1 Hình thái học cấu trúc vi mơcủagỗ 1.3.2 Nhómgỗ .8 1.3.3 Tính chất lý-họccủa gỗ 1.3.4 Mơ hình ứng xử họccủagỗ 11 1.4 Kết cấu gỗ liên hợpnhiềulớp 14 1.4.1 Khái niệm kết cấu dầm gỗ liên hợpnhiềulớp 14 1.4.2 Phân loại dầm gỗ liên hợpnhiềulớp 15 1.5 Kết cấu liên hợp gỗ -bêtông 16 1.5.1 Tổng quan kết cấu liên hợp gỗ -bêtông .16 1.5.2 Các nghiên cứu kết cấu gỗ- bê tơng cơng trìnhthực tế 18 1.5.3 Thiết kế kết cấu liên hợp gỗ- bê tông theo tiêuchuẩnEurocode-5 .20 1.6 Vật liệubê tông .21 1.7 Thiết kế cơng trình cầu theo tiêuchuẩnEurocode 21 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DẦM GỖĐỊAPHƯƠNG 25 2.1 Chế tạo mẫu dầmthínghiệm 25 2.2 Thí nghiệm uốn4điểm 26 2.3 Kết quảthínghiệm 27 CHƯƠNG MƠ HÌNHCẦUGỖ 33 3.1 Mởđầu 33 3.2 Các mơ hình vật liệu áp dụng so sánh vớithựcnghiệm .33 3.2.1 Mơ hình đàn hồi- dẻo theo tiêu chuẩn Hill cho vậtliệugỗ 33 3.2.2 Mơ hình đàn hồi – dẻo Concrete Damage Plasticity Model (CDPM) cho vật liệubêtông 36 3.3 Mơ hình cầu liên hợp gỗ-bêtơng 42 3.3.1 Xây dựng mơ hình cầu gỗliênhợp 43 3.3.2 Đặc tính học vật liệusửdụng 47 3.3.3 Tải trọngtác dụng .48 3.3.4 Phân tíchmơhình 50 3.4 Kiểm tra ứng suất tiết diện dầm gỗ liên hợptheoEurocode .52 3.5 Kếtluận 59 KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ .60 TÀI LIỆUTHAMKHẢO 62 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cầu gỗcổđại Hình 1.2 Dầm liên hợp gỗ nhiều lớp, sử dụngkeodán Hình 1.3 Dầm vịm kích thước lớn dạng liên hợp gỗ, sử dụngkeodán Hình 1.4 Mộng liên kết cưađốiđầu .6 Hình 1.5 Thân gỗ kim gỗlábản .6 Hình 1.6 Mơ tả cấu trúc gỗlákim Hình 1.7 Mơ tả cấu trúc gỗlábản Hình 1.8 Cấu tạo chung lớp tếbàogỗ .8 Hình 1.9 Ba mặt cắtđặctrưng 12 Hình 1.10 Dầm liên hợp gỗ nhiều lớp keodán(GLT) 15 Hình 1.11 Dạng kết cấu liên hợp gỗ -bê tơngđiểnhình .17 Hình 1.12 Các thí nghiệm dầm liên hợp gỗ nguyên với bê tông với dạng liên kết chống cắt khác Carlos Martinsetal.[21] 18 Hình 1.13 Mơ hình phần tử hữu hạn 3D cho liên kết chốt kết cấu gỗ- bê tơng : (a) thí nghiệm ; (b) mơ hìnhsố[16] 19 Hình 1.14 Chi tiết cấu tạo cầu Resgia,ThụySĩ 19 Hình 1.15 Mơ hìnhtảitrọng 22 Hình 1.16 Mơ hình tải trọng xe tải tandem cho kiểm tracụcbộ 23 Hình 1.17 Bố trí tải trọng cho mơhình2 23 Hình 2.1 Thiết bị đo độ ẩmcủagỗ .25 Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm uốn4điểm 26 Hình 2.3 Thí nghiệm uốn điểm vị trí cảm biến lực,chuyểnvị 26 Hình 2.4 Phá hoại dầm gỗ(phần1) 27 Hình 2.5 Phá hoại dầm gỗ(phần2) .28 Hình 2.6 Đường cong Lực-Chuyển vị nhịp dầmgỗthông .29 Hình 2.7 Đường cong Lực- Chuyển vị nhịp dầmgỗxoan .29 Hình 2.8 Đường cong Lực-Chuyển vị nhịp dầm gỗ mỡ.Mô đun đàn hồiEm,globalvà cường độ uốn fmcủa dầm xác định theo cơng thức sau: 30Hình 2.9 Vị trí điểm tính tốn đường cong Lực- Chuyển vịgiữanhịp 31 Hình 3.1 Mơ hình phần tử hữuhạn(Abaqus) .34 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm uốn điểm theo tiêu chuẩn EN408[26] 34 Hình 3.3 Điều kiện biên mơhìnhsố 35 Hình 3.4 Kết phân bố ứng suất mơ hình phần tửhữuhạn .35 Hình 3.5 So sánh đường cong Lực/Chuyển vị mơ hình số thực nghiệm- dầmgỗ .36 Hình 3.6 Thí nghiệm uốn điểm mẫu dầm bê tơng100x100x400mm 37 Hình 3.7 Đường cong thực nghiệm Lực/chuyển vị dầmbêtơng .37 Hình 3.8 Đường cong ứng suất-biến dạng bê tông: (a)- ứng xử kéo; (b) - ứng xử nén 38 Hình 3.9 Ứng xử học phá hoại nén, kéo củabêtông .40 Hình 3.10 Mơ hình 3d mẫu bê tơng thínghiệm(Abaqus) .40 Hình 3.11 Điều kiện biên áp dụng cho mơ hình 3d –bê tơng 41 Hình 3.12 Phân bố ứng suất mơ hình tính tốn mẫubêtơng 41 Hình 3.13 So sánh đường cong mơ hình số vàthựcnghiệm 42 Hình 3.14 Mơ hình tổng thể cầu liên hợp gỗ -bêtơng 43 Hình 3.15 Mặt cắt ngang cầu liên hợp gỗ-bêtông 44 Hình 3.16 Cốt thép mặt cầu – cầu liên hợp gỗ-bêtơng 44 Hình 3.17 Bố chí chốt chống cắt, liên kết dầm gỗ bảnmặtcầu .45 Hình 3.18 Phần tử C3D8R áp dụng cho mặt cầu phiếndầmgỗ 46 Hình 3.19 Phần tử T3D2 áp dụng cho thép mặt cầu chốt chống cắt.46 Hình3.20Tảitrọngxehaitrụcphânbốtrêncácdiệntíchbánhxe0,4x0,4m2 48 Hình 3.21 Tải trọng phần xe chạy9kN/m2 49 Hình 3.22 Tải trọng bộhành5kN/m2 49 Hình 3.23 Tải trọng thânkếtcấu 50 Hình 3.24 Phân bố ứng suất tồn phần tử mơhìnhcầu 51 Hình 3.25 Phân bố chuyển vị toànbộcầu .52 Hình 3.26 Đường cong F-u độ trượt trongliênkết 53 Hình 3.27 Vị trí trục trung hịa tiết diện liên hợp gỗ-bê tơng 53 Hình 3.28 Bề rộng cánhhữuhiệu 55 Hình 3.29 Phân bố ứng suất mặt cắtliênhợp 57 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc tính lý số loại gỗ thông dụng (* độ ẩmH=12%)[2] Bảng 1.2 Phân loại gỗ theo cường độ chịuuốn[6] 10 Bảng 1.3 Quan hệ đại lượng đàn hồi gỗ số cơhọc [5] 10 Bảng 1.4 Bảng phân loại dầm liên hợp gỗ nhiều lớp đồng (đơn vị cường độ, mô đun: N/mm2; đơn vị khối lượngriêng:kg/m3) 15 Bảng 1.5 Thông sốkỹthuật cầu Resgia(Thụysĩ) 20 Bảng 1.6 Giá trị giới hạn độ võngdầm[7-8] 21 Bảng 1.7 Số xe bề rộng xe theo tiêuchuẩnEurocode 21 Bảng 1.8 Giá trị tải trọng xetảiTandem 22 Bảng 1.9 Tổ hợp tải trọng cầubộhành 24 Bảng 2.1 Kết tính tốn cường độ mơ đun đàn hồi củagỗThông 31 Bảng 2.2 Kết tính tốn cường độ mơ đun đàn hồi củagỗXoan 31 Bảng 2.3 Kết tính tốn cường độ mơ đun đàn hồi củagỗMỡ 32 Bảng 2.4 Giá trị cường độ nén, kéo dọc thớ loại gỗ (Đơnvị:MPa) 32 Bảng 3.1 Các số học đàn hồi- dẻocủagỗ 47 Bảng 3.2 Các số dẻo củabêtông 48 Bảng 3.3 Giá trị mô đun trượt Kser (N/mm) dạng liên kếtchogỗ vớigỗ[11].54 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GLT TTGHCĐ TTGHSD Glued LaminatedTimber Trạng thái giới hạn cườngđộ Trạng thái giới hạn sửdụng