Chuyen de 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM CAO TUYẾN NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CẦU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC NHỊP LỚN LUẬN ÁN TIẾN[.]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
PHAM CAO TUYEN
NGHIEN CUU KET CAU VA CONG NGHE CHE TAO
CAU MANG XI MANG LUOI THEP UNG SUAT TRUOC NHIP LON
LUAN AN TIEN SI KY THUAT
HA NOI, NAM 2017
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
PHAM CAO TUYEN
NGHIEN CUU KET CAU VA CONG NGHE CHE TAO
CAU MANG XI MANG LUOI THEP UNG SUAT TRUOC NHIP LON
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mãsô: 62.58.02.02
NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC 1 PGS.TS VU HOANG HUNG 2 PGS.TS TRAN MANH TUAN
HA NOI, NAM 2017
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tải liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định
Tác giả luận án
Phạm Cao Tuyến
Trang 4LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian thực hiện, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của
các Thây và các bạn bè đông nghiệp, Luận án tiên sĩ: “Nghiên cứu kêt câu và công nghệ chế tạo cầu máng xỉ măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn” đã hoàn thành
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Phòng đào tạo Đại học và Sau đại
học, Bộ môn Kết câu công trình, Khoa Công trình, Trường Đại học Thuỷ Lợi đã giúp
đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong thời gian thực hiện Luận án
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS.Vũ Hoàng
Hưng, PGS.TS.Trần Mạnh Tuân và đặc biệt tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cố PGS.TS
Vũ Thành Hải đã tận tình hướng dẫn tác giả từ những ngày đầu và có những ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện Luận án Các Thây đã tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong quá trình học tập và hoàn thành Luận án
Tác giả chân thành cám ơn các đồng nghiệp và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều
kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện Luận án
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, chắc chắn Luận án không tránh khỏi những
thiếu sót Tác giả kính mong các Thầy Cô chỉ bảo, các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài
Trang 5MỤC LỤC
M.9I8./0099.1080)0/580.))/ 01177 ix M.9Ii8./0098:7.9)065:190 005 xi
DANH MUC CAC TU VIET TAT VA GIAI THICH THUAT NGU xiv
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiỄn - ¿+ + E3 9EEESESE SE EEEEEESE SE xe 5
6 Câu trúc của Luận án -s:-5+c+ctt2 t2 t2 t2 tt 6 CHUONG 1 TONG QUAN VE CAU MANG XI MANG LUOI THÉP ỨNG SUAT TRUGC NHIP LON ececccccccececesececcsesescscecscesesceescscseacacscecseseecarstscaescseeees: 7
1.1 Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép . - + + +x+E+E+k+k+xexexsessee 7
1.1.2 Các hình dạng kết câu cầu máng xi măng lưới thép s2 «se 8 1.1.2.1 Cac hinh dang két cau than MAN seseeseseseseststsscscscesssevenevens 8 1.1.2.2 Thân máng có mặt cắt ngang hình chữ U ¿22 ss+s+s+s+s+s+cse 9
1.1.2.3 Hình dạng kết cẫu gối đỡ - - - +k*x*E+ESESESEEEEEEEEEEEEEkrkrkrkrerree 10
1.1.2.4 Hình thức kết cấu khe Co Qi cccccccccsscscsssssssessesesesessstsscscscasevsvenens 11 1.1.3 Phuong pháp tính toán cầu máng xi măng lưới thép eee 12
1.1.3.1 Tải trọng và tô hợp tải trỌng -¿- - - kg SE ekekekrkrkeerree 12
1.1.3.2 Phân tích nội lực kết cầu thân máng xi măng lưới thép - 13 1.1.3.3 Tính toán bố trí thép trong thân máng 2-2 + 2 2 s+x+x+£s£erezxd 14 1.2 Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn 2 2 2s+s+s2 se 14 1.2.1 Khái quát về cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn . - =2 se: 14 1.2.2 Tính toán cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn . - 22s s2: 15 1.3 Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn 16
1.3.1 Khái quát về cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn l6
1.3.2 Phương pháp tạo ứng suất tƯỚC + - + + EE+E+k# SE EEEEEEEEEEErErkrrereee 17
Trang 61.3.2.1 Phương pháp căng †TƯỚC - S000 0001111119911 1 1111111 1n ng 17 1.3.2.2 Phương pháp căng Sau G Q00 000001 1111199111111 111111 ng 17 1.3.3 Tính toán cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước . - 18 1.3.3.1 Ứng suất kéo trước giới hạn ¿- - - ss+E+E+ESESEEkEEEkrkekekrkrkreeerree 18 1.3.3.2 Ton hao tng suat truco ccesescsesessccscscecsvsvevevecsesesesscssscscscasavavevens 19 1.3.4 Phân tích ứng suất trong cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước 22 1.3.4.1 Đặc điểm cầu tạo cv thi 22 1.3.4.2 Trạng thái ứng suất theo phương dọc mắng ¿2 - s+s+s+ssc+z 22 1.4 Tổng quan về công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép - 25
1.4.2 Công nghệ phun Vữa - - HT 1n 1n và 26 1.4.3 Công nghệ rung trên bàn TUnØ - + 2322221111111 1 ng v.v 27
1.4.4 Nhận xét về các công nghệ chế tạO +2 +s+E+EEE+E+EEEeEEErErkrrereee 27
1.5 Tông quan về tình hình nghiên cứu câu máng xI măng lưới thép ứng suât trước
1.5.1 Tình hình chung 1111111119 11111100 1011 ng và 28 1.5.2 Những nghiên cứu về cầu máng xi măng lưới thép .-. - +: 29 1.5.3 Những nghiên cứu về cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước 30 1.6 Những vấn đề cần nghiên cứu đặt ra đối với Luận án - 5s +s+s+escse 33 1.7 Kết luận Chương l ¿5c 2ct2 t2 2 2 2121 re 34 CHUONG 2 NGHIEN CUU TRANG THAI UNG SUAT VA BIEN DANG
CÂU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP ỨNG SUÁT TRƯỚC NHỊP LỚN 35
2.2 Lập trình tính toán ứng suất và biến dạng cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn băng ngôn ngữ lập trình tham sô APDL trong ANSYS 36
2.2.1 Mô tả kết cầu cầu máng chữ .¿- - + + 2 +E+E+E+E#ESEE+EEEeESEEErkrkrrerees 36
2.2.2 Mô hình hóa kết cấu cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước 37 2.2.3 Lập trình tính kết cầu cầu máng bằng ngôn ngữ APDL - 38 2.2.4 Tính toán chuyền vị, ứng suất của cầu máng xi măng lưới thép ứng suất
2.2.4.1 Số liệu tính toán CM-XMLT-ƯST -¿-5c+5c++cxcsrtsrresrxrrrrree 39
Trang 72.2.4.3 Nhận xét kết quả tính foán ¿- - kk+E+E+ESESEEEEEEEEEEEkekekekrkrererree 44
2.2.5 Tính toán chuyền vị, ứng suất của cầu máng xi măng lưới thép thường 44
2.2.5.1 Số liệu tính toán CM-XMLT thường . 55s +x+x+Eeeeeseseee 44
2.2.5.2 Kết quả tính toán chuyên vị và ứng suất của CM-XMLT thường 45
2.2.5.3 Nhận xét kết quả tính fOán ¿- - -kk+E+E+ESESEEEEEEEEEEEEkekekekrkrererree 47
2.2.6 Kiểm tra độ tin cậy của chương trÌnh << + 111113333 ssserrseke 47
2.2.6.1 Kết quả tính toán chuyền vị, ứng suất cầu máng XMLT ứng suất trước
2.2.6.2 Kết quả tính toán chuyền vị và ứng suất cầu máng XMLT thường 49 2.3 Lập bảng tra chuyển vị và ứng suất cầu máng mặt cắt chữ U -: 50 2.3.1 Số liệu tính toán cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn . - 50 2.3.2 Bảng tra chuyên vị, ứng suất của cầu máng xi măng lưới thép ứng suất
2.4 Bảng tra chuyền vị và ứng suất của cầu máng xi măng lưới thép thường 58 2.5 Lựa chọn sơ bộ kích thước cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn 60
2.5.1 Nguyên tắc chung - + sec Stck k9 5 1T Tv 1111311 11111115 1111111151111 111 60
2.5.2 Lựa chọn kích thước các bộ phận của cầu ImắngØ «sa 62
2.5.2.1 Kích thước tai máng ĂG 1130020111111 11 1111 1 1n v2 62
2.5.2.2 Kích thước thanh giăng . - - - kSE+ESESESEEEEEkEEEkckekekekrkrererree 62
2.5.2.3 Khoảng cách giữa các thanh giằng - + + xxx evrerereeree 62 2.6 Tính toán cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước s- ss+s+s+sscse 63
2.6.1 Chọn hình thức kết cầu cầu máng . 2-2 + E2 +E+k+E+EeEeEE+ErkeEereei 63 2.6.2 Chọn thép ứng suất †FƯỚC . - + 2 2+ k+E+E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErErkrrreri 65 2.6.3 Tính tôn hao ứng suất tTưỚC . + ¿2E + EESE+E#E#ESESEEEEEEEESEEEErkrkrrereee 65 2.6.4 Kết quả tính toán ứng suất trong thời gian khai thác . - 5: 67 2.6.5 Bố trí cOt thép vocccecccecccsscscsesscsssesesesscevscscsesscavessesesseavsvstsesssasavetstseasavensen 68 2.7 Két ludin Chung 2 wiccccccccccccscssssssssescsescsesesesscscscscscavsvsvevevstscststssssssesssasavavevaens 69
CHUONG 3 NGHIEN CUU CONG NGHE CHE TAO CAU MANG XI MANG LUOI THEP NHIP LON BANG PHUONG PHAP RUNG AP VAN 410/9) 015 71
3.1 Đặt vẫn đề ¿+ 2x2 22 2211211211211.211211211211211111211211111211211.211111211.11 0 c0 71
3.2 Xác định vùng ảnh hưởng của một máy rung . -s++++<<<<<<sssssss2 73
Trang 83.2.1 Lựa chọn loại mấy TU'Ø c1 111009031111 9 111 ng vv kh 73
3.2.2 Pham vi anh hưởng của một máy TunØ - - - - - «+ s + svvveeeseeeeeess 74 3.3 Lựa chọn sơ đồ bố trí máy rung trong cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn 76
3.3.1 BỐ trÍ mấy TUIg ¿- - + + s+s+k+k+EEEEESEEESEEEEETEEEE115 1111115151111 1511111 xe 76
3.3.2 Phân tích chọn phương án bố trí máy + 2s s+s+£+E+E+E+E+EeEerezkxee 77
3.3.2.1 Phương án bố trí 7 máy trên ván khuôn (sơ đỗ I) ¿- 5-5552 77 3.3.2.2 Phương án bố trí 9 máy trên ván khuôn (sơ đỗ 2) ¿5-5-5552 77 3.3.2.3 Phương án bố trí I1 máy trên ván khuôn (sơ đỗ 3) ¿- 5-52 78 3.3.2.4 Phương án bố trí 13 máy trên ván khuôn (sơ đỗ 4) 5- 5-52 79
3.3.2.5 Kết luận chọn phương án bồ trí máấy - - - + +c+£sEe£++e+xzxzxexd S0 3.3.3 Tính toán kiểm tra phương án chọn -¿- 6s +s+E+E+EsEeEEererereeeeeeed S0
3.3.3.1 Xây dựng mô hình kết cầu ván khuôn - - + + + + ++x+x+xzxzxd 80 3.3.3.2 Kết quả tính toá¡n -¿ - k + SE SE ST E1E1115EE1 1111111 xe ckrkd 81 3.3.3.3 Nhận xét kết qua tinh toan ccccccecescsesessstcscecscesevsverscsesestssssssnsnens 86
3.3.3.4 Thời gian rung thực tẾ tại XưỞng -¿- - k+x+x+E+EsEeEeEerxrerkrxeeeered 86 3.3.4 Kiém tra lại khoảng cách bố trí đầm rung - + 2 2 s+s+s+Es£erezxexez 86
3.3.5 Nhan xét va kién nghie cccccscsccesssescsscscessesesscecetscssscscsvstsessssvetstsesseaeens 86 3.3.5.1 VE két qua nghién COU eseseesesesesesescssscscscssevsvevscstststssnessnsnees 86
3.3.5.2 Ưu điểm của công nghệ chế tạo CM-XMLT bằng phương pháp rung áp
3.4 Két ludn Churong 3 vocceececcccscscscscsesssscecscscsvsvevscscsesessssscscscacavavavsversnsesesessesenenees 88 CHƯƠNG4_ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNG ỨNG SUAT VA BIEN DANG CAU MANG XI MANG LUOI THEP UNG SUAT
4.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm . - 5555 5< << +++++++++ssss 89
4.1.1 Mục tiêu nghiên CỨU (c1 1111999111111 90 1111 ngờ 89
129000) ái) b2 0 — ằ 89
4.2 Xây dựng mô hình thực nghiỆm - - 55522222 2323332E5555551 5 55ExxEesrssss 90 4.3 Thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng lưới thép - -<- 90
4.3.1 Số lượng mẫu vật liệu xi măng lưới thép - - 2 2+s+s+s+Ezte+x+xexsreex 90
4.3.1.1 Mẫu thí nghiệm các loại vật liệu lưới thép - - - s+s£+szszxe: 0]
Trang 94.3.2 Mẫu thí nghiệm kéo vật liệu xi măng lưới thép . - 2 2 2 <2 <zs¿ 91 4.3.2.1 Quy cách mau thi nghiém k60 occ ceeseseececscssescssevscscetstevevseseeees 91
4.3.2.2 Số lượng mẫu thí nghiệm kéo . + + + + xxx +E+k+k+k£E£Eeereeeecee 02 4.3.3 Kết quả đo các mẫu thí nghiệm vật liệu xi măng lưới thép 92
4.3.3.1 Dụng cụ thí nghiệm kéo . - S2 2222222111291 1 11111111 11111 v2 92
4.3.3.2 Kết quả thí nghiệm kéo mẫu vật liệu xi măng lưới thép - 02
4.4 Thiết kế và chế tạo mẫu thí ¡20100022777 5 -AlBIBISS 93
4.4.2 Mẫu thí nghiệm ¿- << 2 4E 5151511 1 1 1 1 1 1131111151511 1xx 93 4.4.3 Chế tạo mẫu thí nghiệm - - + 2 +E+E+k#E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEESEEEErErkrrrrere 93
4.5 Thực nghiệm tại hiện trường ứng suất và biến dạng cầu máng xi măng lưới thép ứng suât trước nh†p ÍỚN - - 5 5622333231111 11 8383851111118 11 11111 1 ng v2 95
4.5.1 Các đại lượng CẦN ỔO CS T S112 11111111 111111111111 11111111111 111111 E111 ce 95
4.5.2 Thiết bị thí nghiệm - cscecessesesscecsssesesscscesetstsssssavststssseeaveneen 95
4.5.3 Bồ trí thiết bị đo c:-ccc tt r2 96
4.5.4 Tiền hành thực nghiệm + + 2 +E+E+k#E#ESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErErkrrrrere 98
4.6 Kết quả thực nghiệm câu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn 100 4.6.1 Ứng suất, biến dạng của máng SỐ Í ¿2s + EE+k+k+E+EeErErkersreei 100
4.6.1.1 Kết quả đo ứng suất đáy máng . «+ + cv ekekekeeeeeree 100 4.6.1.2 Kết quả đo ứng suất tai máng +22 k+s+EsEE+E+keEeEeErkrkrsereee 101 4.6.1.2 Kết quả đo độ võng day Mang eecsesesescststssscscscssesevetenens 103 4.6.1.4 Nhận xét kết quả thực nghiệm cầu máng số Ì - - <<: 104
4.6.2 Ứng suất, biến dạng của máng SỐ 2 ¿22k +E+EE+E+E+E+ESEErErkerereei 105
4.6.3 So_ sánh kết quả thực nghiệm cầu máng số l và máng số 2 (L = 12m) I7
4.6.4 Ứng suất, biến dạng của máng SỐ 3 - ¿+2 + + +EE+E+E+E+EeErErkrrereei 109 4.6.4.1 Kết quả đo ứng suất đáy máng tại mặt cắt giữa nhịp - 109 4.6.4.2 Kết quả đo ứng suất tai máng tại mặt cắt giữa nhịp 110 4.6.4.3 Kết quả đo độ võng tại mặt cắt giữa máng 5 scscceeseseee 111
4.6.4.4 Nhận xét kết quả thực nghiệm cầu máng số 3 - - 5c: 112
4.6.5 Đánh giá chung kết quả thực nghiệm các cầu máng số I, 2, 3 113
4.7 Xác định tôn hao ứng suất trước từ thực nghiệm . - 55555 ++<<<<<<sss2 113
Trang 104.8 Kết luận Chương 4 «2+ ST S311 E1 1111115111111 111111 111111 rree 115 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - 5G 21123323 SE EEEEEEEEESEEESErErErErkrkrrrerrree 116
1 Những kết quả đạt được của Luận án - - - - << << 1111113 SSSSSEssss 116
2 Nhirng dong gop mi ca LUN AN oo cece ccccsesssccceeeeeeeeeeeeesesssssaceceeeseseeeeees 118 3 Nhiing ton tai va huGng nghién cttu tiép oe ecesesesecscscscesecsssseesesescsesesescnsnees 118
DANH MUC CONG TRINH DA CONG BOQ.iecescccscsssescsesccececesesescststsesescecees 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO - - - 5< SE SE SE SE E1 1 111111111111 re 121 PHU LUC TÍNH TOÁN -¿- - SE SE S E3 1 EEE111 1113111111 rk 124
PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CM-XMLT-ƯST -5-s- se: 125 PHU LUC 2: BANG TRA CM-XMLT-ƯST 5-52 255 EE+E+E2£EzE+Ezrreersred 134 PHU LUC 3: BANG TRA CM-XMLT THƯỜNG ¿5-52 255cscszeszsce¿ 152 PHU LUC 4: PHUONG AN BO TRI MAY RUNG TREN VAN KHUON 171
Trang 11Hinh 1 6 Cac loai m6 tru gitta CU MAN eee es esesscecessesessceeetsesesscavevetseseaeens II Hình 1 7 Các loại khe co giãn thường dùng - 1111 1 1x re II
Hình 1 8 Sơ đỗ áp lực nƯỚC ¿2 6S 9 SESEEEE SE EEEEEE 1111113151111 11x 12
Hình I 9 Tác dụng của lực căng {TƯỚC . -Ă Q00 9 ngờ 16 Hinh 1 10 Phurong phap cang trurG on cccccceesssssssssscceeeeeeeceeeesesesssssnaeeeeeesseeeeeees 17 Hinh 1 11 Phurong phap cang Sau .ccccccccccssssssceccceesesneceeeeeesssseceeeceesssseeeeeeesessnaeees 18
Hình 2 1 Két cau than mang oo ccccccccscsccecsescscsecscssscsesscscscsnsesscavsvstsesscavevenssseavens 37 Hinh 2 2 M6 hinh cau mang chit U nhip don L =12 movies 41 Hình 2 3 Mặt cắt ngang CM-XMLT-USTT -¿- 52 SE+E+EEE£ESEEEEEEEEEEEEEErkrreee 41
Hình 2 4 Phân bố chuyền vị tổng chuyên vị tông USUM - 25-52 255252: 42
Hình 2 5 Phân bố chuyền vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 42 Hình 2 6 Phân bố ứng suất dọc §ŠZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 43 Hình 2 7 Mô hình tổng thể CM-XMLT thường . - 2252 2+s£S+£z£EzezEzrsrsse, 45 Hình 2 § Mặt cắt ngang CM-XMLT thường ¿- - + + s+E+E+E+EeESEE+EeEeEeEererkrsee 45
Hình 2 9 Phân bố chuyền vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường46
Hình 2 10 Phân bố ứng suất SZ tại mặt cắt giữa nhịp CM-XMLT thường 46 Hình 2 11 Phân bố ứng suất SX tại mặt cắt giữa nhịp CM-XMLT thường 46
Hình 2 12 Mặt cắt ngang CM-XMLT-ƯST và CM-XMLT thường - 48
Hinh 2 13 Duong biéu dién chuyén vi dung UY(L) ở day mang tai mat cat gitra nhip
do cdc thanh phan tai trong gay ra ccscccsssescsscscecsescsscscseerscsesscavetstssscavevstssseaeens 53
Hinh 2 14 Duong biéu dién ung suat doc SZ(L) 6 day mang tai mat cat giữa nhịp do
các thành phần tải trọng gây ra -. - - - + SE E19 518 1111115131111111511 1111111111 xe 54
Hinh 2 15 Duong biéu dién ung suat doc SZ(L) 6 dinh mang tai mat cat giữa nhịp do
các thành phần tải trọng gây ra -. - - - + SE E19 518 1111115131111111511 1111111111 xe 55
Trang 12Hình 2 1ó Đường biểu diễn ứng suất ngang SX(L) ở đáy máng tại mặt cắt giữa nhịp do các thành phân tải trọng Øây ra + + SE k‡ESESEEEESEEEEEEEE121111511 1111111111 xe 56
Hình 2 17- Bồ trí cốt thép thường và thép USTT + 2 2+s+S+£+E££E+E+E+EeEerezksee 69
Hình 3 I Máng XMLT thường nhịp L = 12m, D = 1,2m, 6 = 4cm, H = 1,4m, san xuất
bằng phương pháp rung áp ở xưởng thực nghiệm tại Kon Tum 5-5-5 2 5c: 72
Hình 3 2 Mô hình động lực học của hệ kết cầu ván khuôn 2-2- 2 25-52: 75
Hình 3 3 Mô hình tính toán xác định phạm vi ảnh hưởng của lực kích động 75
Hình 3 4 Chuyển vị của tâm tại vị trí đặt lực theo thời QIAN fUnØ - «««««« 76
Hình 3 5 Giới hạn phạm vi ảnh hưởng của lực kích động .- - - - - -<<<<5 76 Hình 3 ó6 Rung áp dùng cho ván khuôn tTOnØ - - - < << 1S 11111 1 re 79 Hình 3.7 Cửa số nhập kích thước cơ bản của ván khuôn . 2-2 - +cs£s+s+xzsz2 81 Hình 3.8 Cửa số nhập thông số cơ bản của máy rung + sss+s+x+x+x+x+x+s+escxe 81 Hình 3 9 Mô hình phân tử hữu hạn kết cầu ván khuôn chế tạo máng L = 12 m 81
Hinh 3 10 Cita s6 nhap thoi gian tinh todn GDI oo eseseeeessesescsseretseeseaeens 82 Hình 3 11 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại thời điểm 1s 82
Hình 3 12 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại thời điểm 2s 82
Hình 3 13 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại thời điểm 3s 82
Hình 3 14 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại thời điểm 20s 82
Hình 3 15 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại vị trí đặt máy rung Hình 3 16 Cửa số nhập thời gian tính toán Œ2 + 2 ©++k+x+ESESEE+EeEeEeErkrkrsee 83 Hình 3 17 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng thời điểm 6015 83
Hình 3 18 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng thời điểm 602s 83
Hình 3 19 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng thời điểm 603s 84
Hình 3 20 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng thời điểm 620s 84
Hình 3 21 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại vị trí đặt máy rung Hình 3 22 Cửa số nhập thời gian tính toán G3 + 22s+s+ESESEE+EeEeEeErkrkrsee 84 Hình 3 23 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương ngang thời điểm 1501s 85
Hình 3 24 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương ngang thời điểm 1502s 85
Trang 13Hình 3 26 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương ngang thời điểm 1520s 85 Hình 3 27 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương ngang tại vị trí đặt máy rung
Hinh 4.1 Mau thi nghiém kéo XMLT M250, M300, M350 - 55552 92 Hình 4.2 Chế tạo mẫu CM-XMLT-ƯST nhịp L =12 m - 2-2 2 25s+s+£cszsze: 94
Hình 4.3 Chế tạo mẫu CM-XMLT-ƯST tại chỗ máng nhịp L = 18 m 94
Hình 4.4 Thiết bị đo chuyển vị và biến dạng băng đồng hồ cơ học -: 96
Hình 4.5 Thiết bị đo biến dạng lá điện trỞ - - - - E+E+E+ESESEEEEEEEEEEEekekekreesreeree 96
Hình 4.6 Thiết bị kéo cáp ứng suất †FƯỚC ¿-¿- - k+E+E+E+ESESEEEEEEEEEEEEEEeErkrkesrerree 96 Hình 4.7 Vị trí và mã các điểm đo máng số 1, 2 và số 3 tại mặt cắt giữa máng 97
Hình 4.8 Bồ trí thiết bi đo biến dạng tại đáy máng . + + + <Sx+x+x+x+E+Eeeeeeeeexe 97
Hình 4.9 Bồ trí thiết bi đo biến dạng tại tai máng và thành máng . 98 Hình 4.10 Quá trình gia tải cát vào trong máng thực nghiệm << <++ 98
Hình 4.11 Máng XMLT đang tiến hành căng cáp ƯST và neo . -5-5- 5-52: 99
Hình 4.12 Đường biểu diễn ứng suất đáy máng và lực nén trước máng số l 101 Hình 4.13 Đường biểu diễn ứng suất tai máng và lực nén trước máng số l 102 Hình 4.14 Đường biểu diễn chuyển vị đáy máng và lực nén trước máng số l 103 Hình 4.15 Đường biểu diễn quan hệ ứng suất đáy máng và lực nén trước máng số 3 Hình 4.16 Đường biểu diễn quan hệ ứng suất tai máng và lực nén trước mang sé 3 111 Hình 4.17 Đường biểu diễn quan hệ độ võng và lực nén trước máng số 3 112
DANH MUC BANG BIEU
Bang 1.1 Ung suat kéo trudc gidi han o, (daN/cm’) w.c.ccccecscsssessesesessssesessetsteneeee 18 Bảng I.2 Tổ hợp tôn hao ƯST của các giai đoạn - + 2 s+s+s+EsEEE+kexeEsrrerkrsee 21
Trang 14Bảng 2.1 Chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 43
Bảng 2.2 Ứng suất tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-ƯST - 2s se: 43 Bang 2.3 Chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường 46
Bảng 2.4 Ứng suất tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường . - 47
Bảng 2.5 Chuyển vị UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-ƯST - 48
Bang 2.6 Ung suat SZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST - 48
Bang 2.7 Chuyén vi UY tai mat cat giữa nhịp của CM-XMLT thường 49
Bang 2.8 Ung suat SZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường - 49
Bảng 2.9 Kích thước mặt cắt ngang CM-XMLT-UƯSTT 2 2 2+s+s+£+Ee+ezxsez 50 Bảng 2.10 Chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng CM-C 52
Bang 2.11 Ung suat doc SZ 6 day mang tai mat cat giữa nhịp của cầu máng CM-C 53
Bang 2.12 Ung suat doc SZ 6 dinh mang tai mat cat gitta nhip cla cau mang CM-C 54 Bang 2.13 Ứng suất ngang SX ở đáy máng tại giữa nhịp của cầu máng CM-C 55
Bảng 2.14 So sánh chuyến vị tính theo lý thuyết vỏ và lý thuyết dầm 56
Bảng 2.15 So sánh ứng suất tính theo lý thuyết vỏ và lý thuyết dầm - 58
Bảng 2.16 Chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng CM-C* 59
Bang 2.17 Ứng suất tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng CM-C* 2- 5s: 59 Bang 2.18 Ứng suất theo phương dọc Š⁄Z 2 ++s+S+EESEE+E+E+ESEEEEEEEESEeEerkrkrsee 64 Bảng 2.19 Bảng xác định tôn haO Ons VA Opyscecececcscecececesescsccesesescscscecesescscseaceetseseacseees 66 Bang 2.20 Chuyén vị UY (mm) ở đáy máng tại g1ữa nhịp . 5 << <<<sssss2 68 Bang 2.21 Ứng suất ŠZ, tại giữa nhịp ¿- - + + SE kEEEEEEESEEEE15111111111e 111k 68 Bảng 4.1 Thí nghiệm cấp phối cho Im” vữa các loại . - + 2 2 s+s+£s+ss£szssrsd 9Ị Bảng 4.2 Kết quả cường độ kéo phá hoại các loại mẫu vật liệu XMLTT 93
Bảng 4.3 Lực kéo UST ở cuối mỗi giai đoạn căng cáp 5- + + ce+e+ssesree 100 Bảng 4.4 Kết quả đo ứng suất đáy máng CM-XMLT-ƯST số 1 - 101
Bảng 4.5 Kết quả đo ứng suất tai máng CM-XMLT-UST số I - 102
Bảng 4.6 Kết quả đo độ võng đáy máng CM-XMLT-UST số I - 103
Bảng 4.7 Kết quả đo ứng suất đáy máng CM-XMLT-ƯST số 2 - 105
Bảng 4.8 Kết quả đo ứng suất tai máng CM-XMLT-UST số 2 5- 2c: 105 Bảng 4.9 Kết quả đo độ võng đáy máng CM-XMLT-UST số 2 - 106
Trang 15Bang 4.11 Tổng hợp kết quả đo ứng suất tai máng CM-XMLT-UST số I và 2 107
Bảng 4.12 Tổng hợp kết quả đo độ võng đáy máng CM-XMLT-ƯST số 1 và 2 108
Bảng 4.13 Kết quả đo ứng suất đáy máng CM-XMLT-ƯST số 3 - 109
Bảng 4.14 Kết quả đo ứng suất tai máng CM-XMLT-UST số 3 - 110
Bảng 4.15 Kết quả đo độ võng đáy máng CM-XMLT-ƯST số 3 - 111
Bang 4.16 Bảng tổng hợp ứng suất và độ võng của câu máng số l và 2 114
Bảng 4.17 Bảng tổng hợp ứng suất và độ võng của cầu máng số 3 - 115
Trang 16DANH MUC CAC TU VIET TAT VA GIAI THICH THUAT NGU
ACI AIT APDL ASRCT
BTCT CM-XMLT CM-BTCT-UST CM-XMLT-UST CTTL
CSTD
DHTL IDRC INA IFIC
LATS NAS NBRO
American Concrete Institute (Viện Bê tông Hoa Kỳ) Asian Institute of Technology (Vién Cong nghệ Châu Á)
Ansys Parametric Design Language (Ngôn ngữ thiết kế tham số) Applied Scientific Research Corporation of Thailand (Hiép hdi Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng của Thái Lan)
Bê tông cốt thép
Cầu máng xi măng lưới thép
Cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước Cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước Công trình thủy lợi
Commission on Science and Technology for Development (Uy ban Quốc tế Phát triển Khoa học Công nghệ)
Đại học Thủy Lợi
International Development Research Centrer Italian Naval Academy
International Ferrocement Information Center (Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Quốc tế)
Luận án tiễn sĩ
National Academy of Sciences (Hoc vién Khoa học Quốc gia Ý) National Building Research Organisation (Vien Nghién cttu Xay dung quéc gia Sri Lanka)
Trang 17NZFCMA New Zealand Ferro Cement Marine Association (H6i xi mang
lưới thép hàng hải New Zealand)
Trang 18MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài
Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) nói chung và kết cấu xi măng lưới thép (XMLT) nói
riêng được khám phá đầu tiên trên thế giới gần như của cả ba người: một nhà làm vườn
người Pháp, Joseph Monier (1823-1906), đã sử dụng xi măng và lưới thép để làm chậu
trồng cây vào năm 1849; một thợ xây người Anh, William B Wilkinson (1819-1901), đã tạo ra những thanh dầm bê tông băng cách đặt những dây thừng nhỏ cũ vào mặt bên căng của dầm (1854); và cuối cùng Joseph Louis Lambot (1814-1887), kỹ sư người Pháp đã tạo ra một con thuyền bằng XMLT (1848) Cũng trong thời gian đó ở Mỹ,
Thaddeus Hyatt (1816-1901) được coi là người đầu tiên phân tích ứng suất dầm BTCT và đã đóng góp một phần không nhỏ vào lý thuyết BTCT [1]I2][3]I4] Đó là bước đi
tiên phong của XMLT nhưng sự phát triển tiếp theo lại khác so với ban đầu do công nghệ chế tạo lưới thép rất phức tạp và không phù hợp với giai đoạn nảy Thay vào đó, người ta sử dụng những thanh thép lớn để tạo ra kết cầu BTCT thông thường hiện nay và khái niệm về XMLT hầu như lãng quên trong gần 100 năm sau đó
Những năm đầu của thập kỷ 1940, Pier Luigi Nervi (1891-1979) đã phục hồi lại khái niệm đầu tiên của XMLT khi ông quan sát thấy bê tông được gia cố bằng những lớp
lưới thép đã tạo ra một loại vật liệu có những tính chất cơ lý giống như một loại vật liệu
đồng nhất có khả năng chịu va chạm, loại XMLT này cũng được chứng minh có tính
dẻo, đàn hôi và đặc biệt là tính bên Sau chiến tranh thế giới thứ hai, Nervi đã chứng
minh lợi ích của XMLT khi dùng nó để chế tạo tàu thuyền và ông đã đóng được một con tàu với thân tàu băng XMLT dày 36 mm [5] Sau đó XMLT được ứng dụng rộng
rãi vào những năm đầu của thập kỷ 1960 ở Anh, New Zealand, và Australia Vào năm
1965, một du thuyền làm bằng XMLT của một người Mỹ được sản xuất tại New
Zealand, Awahnee đã đi vòng quanh thế giới hai vòng mà không có bất cứ vấn đề nghiêm trọng nào xảy ra [5].
Trang 19Trong suốt những năm cuối 60 và đầu 70 của thế kỷ trước, khoa học vật liệu xây dựng đã chuyển hướng sang vật liệu XMLT như một lĩnh vực mới cho việc nghiên cứu Các
tài liệu kỹ thuật XMLT bắt đầu xuất hiện và nghiên cứu về cách sử dụng vật liệu
XMLT đã không ngừng gia tăng Một sự kiện quan trọng là việc thành lập Trung tâm
Thông tin XMLT Quốc tế (IEIC) ở Viện Công Nghệ Châu Á (AIT) tại Thái Lan vào
tháng 10 năm 1976 Cộng tác với Hội XMLT hàng hải New Zealand (NZFCMA), IFIC đã xuất bản Tạp chí vé XMLT (The Journal of Ferrocement) Mét tap chi khac nhu Tap
chi Quéc té vé két cau xi mang (The International Journal of Cement Composites), sau đó đôi thành Kết cấu xi măng và bê tông (Cement and Concrete Composites) thường có
những trang có liên quan dén XMLT [6][7][8][9][10] Nam 1974 Viện Bê tông Hoa Kỳ
(ACT) thành lập Uỷ ban ACI 549 chuyên nghiên cứu về các sản phâm XMLT và BTCT
mỏng khác, có nhiệm vụ nghiên cứu và báo cáo những thành tựu khoa học, thực tiễn thi công, những ứng dụng thực tế của XMLT và phố biến các hướng dẫn cho công trình
XMLTT [11][12] Bên cạnh đó một số quốc gia khác có sử dụng kết cầu XMLT cũng có những nghiên cứu khoa học về vật liệu nay nhu: Canada, Mexico, Brazil, Nga, Trung
Quốc, Ấn Độ, Sri Lanka Hầu hết các nghiên cứu về XMLT của các nước đều không ứng dụng vào lĩnh vực kênh máng, CM-XMLT trong công trình thủy lợi (CTTL), chỉ
một số ít được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực này ở Nga và Trung Quốc Nhưng
chính những nghiên cứu này đã tạo những điều kiện để chúng ta tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về kết cầu XMLT ứng dụng cụ thể trong lĩnh vực CTTL
Nhìn chung kết cầu XMLT đóng một vai trò quan trọng đối với cả những nước đã và đang phát triển Với yêu cầu về kỹ năng kỹ thuật ở mức độ không cao và những tính năng ưu việt của nó, XMLT phù hợp với các nước đang phát triển trong những ứng
dụng đơn giản về kết câu nhà, bể chứa nước, thùng chứa thực phẩm, hệ thống kênh
máng, cầu máng dẫn nước tưới cho nông nghiệp và cấp nước cho sinh hoạt Ở những nước đã phát triển, sự ứng dụng công nghệ tiên tiến cho hệ thống xây dựng và sản xuất đã làm cho nó càng trở nên thu hút đôi với những ứng dụng cho các loại kết câu phức tạp hơn, đa dạng hơn và thâm mỹ hơn trong xây dựng nhà cửa cũng như những kết
cầu xây dựng khác.
Trang 20Ở Việt Nam những nghiên cứu về lý thuyết và công nghệ chế tạo XMLT trong lĩnh vực thủy lợi phát triển mạnh vào những năm 1990 Bao gồm các đề tài nghiên cứu về tính
toán thiết kế, về công nghệ chế tạo kênh máng và CM-XMLT nhịp ngăn, nhịp lớn Và tiếp đến là những giáo trình, tài liệu tính toán XMLT cũng được biên soạn Các tiêu
chuẩn, quy trình về hướng dẫn tính toán thiết kế Cầu máng vỏ mỏng XMLT cũng được ban hành lần lượt các năm 2006 va 2012 [13][14][15][16]
Đối với kết cầu CM-XMLT nói riêng, đây là kết câu tương đối đặc biệt được sử dụng nhiều ở Việt Nam và đã có hơn hai mươi năm nghiên cứu CM-XMLT ngày càng được
sử dụng rộng rãi hơn trong các CTL với các ưu điểm nổi bật: trọng lượng bản thân nhẹ, tiết kiệm vật liệu, tuổi thọ cao, khả năng chống nứt tốt, kiến trúc đẹp Tuy nhiên
đến nay việc tính toán thiết kế và thi công CM-XMLT vẫn còn nhiều hạn chế, CM-
XMLT vẫn chỉ được sử dụng ở loại nhịp ngăn với chiều dài nhịp không vượt quá 8 m,
thông dung van là loại nhịp có chiều dài 6 m, đồng thời đường kính máng XMLT (tết
diện chữ U) không vượt quá 1,2 m nhưng phô biến cũng chỉ ở giới hạn đường kính từ (0,6+1,0) m
Hệ thống kênh tưới của các dự án thủy lợi ngày càng gặp phải các loại địa hình phức tạp, bị chia cắt nhiều nên phải vượt qua nhiều sông, suối, thung lũng Với cầu máng nhịp ngắn L < 6 m, chi phí xây dựng sẽ cao do tốn rất nhiều mồ trụ cầu, hơn nữa độ an toàn cũng thấp khi có quá nhiều mồ trụ có chiều cao lớn và phải thi công ở giữa lòng
sông, suối Do đó CM-XMLT nhịp lớn sẽ là giải pháp thực sự cần thiết để giảm giá
thành và tăng cường đảm bảo an toàn cho các công trình CM-XMLT vượt sông, suối
Để có thể tận dụng hết khả năng chịu lực của cau kiện XMLT, đồng thời đáp ứng được
yêu cầu của thực tế ngày càng cao đối với cầu máng nhịp lớn đòi hỏi phải đi sâu vào
nghiên cứu các loại hình thức kết cấu của CM-XMLT nhịp lớn Qua một số kết quả
nghiên cứu ban đầu cho thấy khả năng chịu lực của kết câu không gian của máng
XMLT rất lớn, đối với máng nhịp đơn thì chiều dài máng XMLT có thể kéo dài đến 12
m mà không cần sử dụng thêm các biện pháp khác Đối với các loại nhịp máng có chiều
dài từ (12+30) m vẫn có thể dùng kết cầu máng XMLT nhưng phải tính toán tăng cường
Trang 21thép ƯST Đối với các loại nhịp máng có chiều dài > 30 m nếu dùng kết cấu máng
XMLT thì phải kết hợp đồng thời cả với thép ƯST và kết câu dây văng hoặc dây treo Bên cạnh việc nghiên cứu tính toán kết cầu CM-XMLT nhịp lớn, cũng phải đồng thời chú ý đến việc nghiên cứu các công nghệ thi công mới cho phù hợp với các hình thức
kết câu nhịp lớn Có như thế mới đảm bảo cho việc ứng dụng các loại kết cầu CM-
XMTLT nhịp lớn trong thực tiễn
Do đó việc lựa chọn để tài Luận án “Nghiên cứu kết cấu và công nghệ chế tạo câu máng xỉ măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, nếu thành công sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao trong thiết kế và thi công cầu máng nhịp lớn trong các công trình dân nước
2 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước (CM-XMLT-UST) nhịp lớn tại hiện trường làm cơ sở xây dựng chương trình tính toán
chuyên dụng kết cầu CM-XMLT-UST nhịp lớn trên máy tính để dễ dàng cho việc tính
toán thiết kế và để xuất công nghệ chế tạo CM-XMLT phù hợp 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của Luận án là kết cấu CM-XMLT-UST nhịp lớn Đây là một loại kết câu được coi là mới đối với CM-XMLT ở Việt Nam, vì vậy rất nhiều vấn dé
cần phải nghiên cứu như: nội lực, biến dạng của kết cấu tương ứng với các loại kích
thước, hình dạng cầu máng: mối quan hệ giữa nội lực, biến dạng với lực căng của cáp
UST, nghiên cứu các loại công nghệ chế tạo XMLT nhịp lớn, chế tạo ván khuôn thích
hợp, lựa chọn công nghệ tạo ƯST phù hợp với việc căng cáp cho kết cầu mong
Khối lượng nghiên cứu rất lớn, có thể lên đến hàng ngàn bài toán, thời gian tính toán
cũng phải mất hàng năm, phải có cơ sở vật chất để chế tạo mô hình và thiết bị thí
nghiệm để đo đạc ứng suất và biến dạng của mô hình Do thời gian và phương tiện
nghiên cứu còn hạn chê nên chỉ có thê nghiên cứu trong phạm vị giới han sau:
Trang 221 Phân tích lựa chọn mô hình tính toán, lập trình tính toán, thực nghiệm trên máy tính nghiên cứu về quy luật ứng suất và biến dạng của CM-XMLT thường và CM-XMLT-
UST nhịp lớn
2 Kết hợp thực nghiệm trên máy tính và hiện trường nghiên cứu về công nghệ chế tạo CM-XMLT nhịp lớn bằng phương pháp rung áp ván khuôn
3 Thực nghiệm tại hiện trường nghiên cứu về quy luật ứng suất và biến dạng của CM-
XMLLT thường và CM-XMLT-UST nhịp lớn, theo mô hình thực (tỉ lệ 1:1)
4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Luận án tiếp cận cả lý thuyết và thực nghiệm hiện trường trong đó sử dụng các phương pháp nghiên cứu phố biến ở trong nước và trên thế giới như:
- Phương pháp tông hợp, phân tích và kế thừa những kết quả nghiên cứu đã có - Phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên máy tính
- Phương pháp thực nghiệm tại hiện trường
- Và một số phương pháp đánh giá kết quả đo đạc và tính toán
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1 Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu lý thuyết tính toán trong luận án đã đóng góp làm sáng tỏ thêm về phân bồ ứng suất trong kết cầu CM-XMLT-UST, giúp lựa chọn được kích thước hợp lý về mặt
kêt câu cho một sô chi tiệt hoặc cầu kiện của câu máng
Nghiên cứu thực nghiệm cho phép kiêm nghiệm mô hình toán
Nghiên cứu về công nghệ thi công giúp lựa chọn và bố trí máy đầm để chế tạo CM- XMLT vỏ mỏng bằng công nghệ rung áp ván khuôn
5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Trang 23Các kêt quả nghiên cứu của luận án có thê áp dụng trong thiệt kê và chê tạo cầu máng thi công thủ công cho các công trình dần nước ở Việt Nam
6 Cầu trúc cúa Luận án
Luận án ngoài phần Mở đầu và Kết kuận, 38 tài liệu tham khảo, 06 tài liệu tác giả đã
công bố và 04 Phụ lục, nội dung chính của Luận án được trình bày trong 04 Chương
bao gôm 120 trang, 72 hình vẽ và 40 bảng biểu:
Chương 1: Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn
Chương 2: Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng xi mang lưới thép ứng suất trước nhịp lớn
Chương 3: Nghiên cứu công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn bằng phương pháp rung áp ván khuôn
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường ứng suất và biến dạng cầu mang xi
măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn
Trang 24CHUONG 1 TONG QUAN VE CAU MANG XI MANG LUOI THEP UNG SUAT TRUOC NHIP LON
1.1 Tổng quan về cau mang xi mang lưới thép 1.I.L Khái quát chung
Cũng giống như cầu máng BTCT, CM-XMLT cũng là một loại công trình dẫn nước thường được dùng khi các tuyến kênh dẫn nước cần phải vượt qua các vùng địa hình bị
chia cắt như: sông, suối, thung lũng, kênh rạch, vùng đất trũng hoặc thay thế cho một
đoạn kênh qua vùng đât thầm nước nhiêu
CM-XMLT gồm các bộ phận chính: cửa vào, cửa ra, thân máng, trụ đỡ (hình 1.1) Việc
bố trí và thiết kế cửa vào, cửa ra, tính toán thuỷ lực trong máng, tính toán dòng chảy tại cửa vào cửa ra, các biện pháp chống thấm, chống xói lở, tránh lăng đọng bùn cát trong luận án này sẽ không đề cập đến Luận án chủ yếu đi sâu vào các phần nghiên cứu
nội lực kết cầu thân máng XMLT
Hình I 1 Sơ đồ kết cấu cầu máng
1 Của vào: 2 Mô biên trọng lực: 3 Thân máng; 4 Trụ đð khung kép; 5 Trụ đỡ khung đơn;
6 Mong tru do; 7 Khe co gidn; 8 Cuara; 9 Kénh;10 Mat dat tu nhién
Kết cầu thân máng được phân thành hai loại: kiểu dầm và kiểu vòm, thông thường dùng
kiểu dầm Thân máng kiêu đầm có đặc điểm chịu lực như một dầm có gối đỡ là các trụ
giữa và mồ biên Tuỳ theo vị trí các gối tựa và vị trí các khớp nối, thân máng kiểu dam
lại được phân thành hai loại: loại dầm đơn, loại đầm một nhịp có mút thừa hoặc dầm
liên tục Đối với cầu máng BTCT chủ yếu sử dụng nhịp kiểu dầm đơn thường không
vượt quá 10 m, và nhịp cầu máng kiểu mút thừa (khoảng cách giữa hai gối đỡ) thường
Trang 25không quá 25 m Với CM-XMLT thường chỉ sử dụng nhịp kiểu dầm đơn với chiều dài không quá 6 m Do đó cần phải nghiên cứu thêm các hình thức kết câu thân máng để có thể tăng chiều dài nhịp máng, giảm trọng lượng bản thân, tiết kiệm vật liệu
1.1.2 Các hình dạng kết cấu cầu máng xỉ măng lưới thép 1.1.2.1 Các hình dạng kết cấu thân máng
Thân máng XMLT có hình dạng vỏ trụ mỏng, mặt cắt ngang của thân máng có thể là
hình chữ nhật, hình thang, hình chữ U, hình parabol (hình 1.2) Chọn hình thức mặt
cắt thân máng phải dựa vào tính toán thủy lực, vật liệu làm cầu máng, phương pháp thi
công, hình thức kết câu trụ đỡ, đoạn nối tiếp cửa vào, cửa ra Hình thức mặt cắt thân
a Hình chữ nhật, b Hình thang; c Hình chữ U d Hìnhelip, e Hình parabôn
Cầu máng mặt cắt chữ nhật và hình thang có cầu tạo đơn giản, dễ thi công, dễ nối tiếp
với đoạn cửa vào và cửa ra Cầu máng chữ U có trạng thái thủy lực tốt hơn cầu máng
hình chữ nhật, khả năng chịu lực của cầu máng chữ U cũng tốt hơn, trọng lượng của cầu
máng này khá nhẹ, nên rất thuận tiện cho việc đúc sẵn và lắp ghép Các mặt cắt khác ít
dùng vì tính toán và thi công khá phức tạp
Cầu máng vỏ trụ mỏng có khả năng chịu lực theo phương dọc lớn hơn nhiều phương ngang Khi trên kênh không có yêu cầu về vận tải thủy, để tăng thêm độ cứng của phương ngang tăng độ ốn định tổng thể và cục bộ của máng, thường bố trí các thanh giằng ngang và các sườn gia cường dọc (tai máng) Khi có yêu cầu về vận tải thủy không thể bó trí các thanh giằng ngang, thì cần bố trí các sườn gia cường ngang hoặc
tăng thêm chiều dày thành máng (hình 1.3)
Luận án đi sâu nghiên cứu cho loại mặt cắt ngang thân máng XMLT có dạng chữ U.
Trang 261 Sườn dọc (tai máng); 2 Giằng ngang; 3 Sườn ngang
Hình I 3 Câu tạo thân máng
1.1.2.2 Thân máng có mặt cắt ngang hình chữ LU
Hình dạng máng chữ U thường dùng hiện nay có đáy là nửa hình tròn, có thêm hai thành bên thăng đứng (hình 1.4) Máng chữ U được sử dụng nhiều vì nó có các ưu điểm: trạng thái thủy lực tốt, độ cứng theo phương dọc lớn, dễ thi công Để tăng độ cứng theo phương ngang và phương dọc, thân máng thường được gia cường bằng các sườn đọc (tai máng), băng các sườn ngang (đai máng) và các thanh giằng ngang Máng chữ U được phân thành hai loại: không có thanh giăng ngang (hình I.4a) và loại có thanh giằng ngang (hình 1.4b)
Sơ bộ kích thước tiết diện thân máng có thể tham khảo các số liệu dưới đây:
- Bè dày của thành mang t = (1/15+1/25)R,, thuong chon t = (3+6) cm - Chiéu cao doan thang đứng của thành máng f = (0,1+0,3)D,
trong đó: D„=2R, là đường kính trong của lòng máng
- Kích thước tai máng thường chọn như sau: a = (I,5+2,5)t; b = (1+2)t; c = (1+2)t - Chiều cao thành mang: H=H,+AH (m)
trong đó: H; là chiều sâu cột nước tính toán, AH = (0,2+z0,5) m là độ cao vượt an toàn
- Tỷ số H/L < (1/15+1/20) va H/D, <1
Trang 27- Sườn ngang tại vị trí gối tựa có kích thước lớn hơn sườn ngang ở trong nhịp, đường viền ngoài thường có dạng gấp khúc tạo thành gối tựa cho thân máng
- Đề đảm bảo điều kiện chống nứt theo phương ngang, đoạn cong ở đáy máng thường lam day hơn, kích thước phân này có thể lấy như sau:
t¿= (1,0+1,5); d; = (0,5z0,6)R¿; So= (0,3~0,4)R.,
F+
Gối đỡ thân máng gồm có gối đỡ mồ biên và gối đỡ trụ giữa (hình 1.5) Mồ biên ngoài
tác dụng là gối đỡ thân máng nó còn là liên kết nối tiếp đầu máng với đoạn cửa vào, cửa ra của kênh dẫn, còn trụ giữa chỉ có chức năng là đỡ thân máng
4 6
1 Mố biên; 2 Cửa vào; 3 Thân máng, 4 Dat dap; 5 Thiét bi thodt nuéc 6 Mat dat Hinh 1 5 Cau tao mé bién
10
Trang 28Trụ giữa kiểu trọng lực có thể bang gạch xây, bằng đá xây hoặc bê tông, thường dùng
cho những trụ có chiều cao dưới 10 m, trọng lượng bản thân của trụ kiểu trọng lực
thường rất lớn, do đó đòi hỏi nền phải có sức chịu tải cao (hình I.6a) Trụ đỡ kiểu
khung có hai loại: khung đơn (hình I.6b) và khung kép (hình I.6c) thường dùng cho các trụ cao dưới 20 m Kiểu hỗn hợp có phần dưới kiểu trọng lực, còn phân trên kiểu
khung, chiều cao của trụ hỗn hợp có thê đến 25 m (hình 1.6d) Móng của mồ trụ có thể đặt trực tiêp trên nên tự nhiên, khi nên yêu có thê đặt trên nên cọc
Hình 1 6 Cac loai m6 tru gitra cau mang
a Tru kiéu trong luc; b Tru kiéu don; c Tru kiéu khung kép; d Tru kiéu hon hop
1.1.2.4 Hình thức kết cấu khe co giãn
Giữa các đoạn trong thân máng cần phải bố trí khe co giãn, khoảng cách giữa các khe
co giãn từ (I2+20) m Vật liệu làm khe co giãn vừa có tính co giãn, vừa có khả năng
Trang 291.1.3 Phương pháp tính toán cầu máng xi măng lưới thép 1.1.3.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng
Tải trọng tác dụng lên cầu máng gồm có: - Trọng lượng bản thân cầu máng
- Áp lực nước ứng với mực nước thiệt kê và mực nước kiêm tra được thê hiện ở
hinh 1.8
Hinh 1 8 So dé dp luc nuéc
- Tải trọng người qua lại trên cầu máng thường lấy 2,5 kN/nử
- Ap lực gió ở độ cao z so với mốc chuẩn, xác định theo công thức:
trong do: W¿- áp lực gió cơ bản lấy theo bản đồ phân vùng lực gió (kN/m');
k— hệ số xét tới sự thay đổi áp lực gió theo độ cao;
c — hệ số khí động
- Lực ma sát ở gối đỡ: lực ma sát xuất hiện theo phương dọc máng tác dụng lên trụ khi thân máng bị co ngót hay dãn nở do nhiệt độ thay đối được tính theo công thức:
T=G.f (kN) (1-2) trong do: G — áp lực tác dụng lên gối do (kN);
f - hệ sô ma sát giữa thân máng và gôi đỡ
Trang 30- Ap lực thủy động: Áp lực thủy động tác dụng lên một đơn vị diện tích trụ được
tính theo công thức (1-3) và có điểm đặt của hợp lực ở 2/3 độ sâu mực nước thiết kế:
2
28
trong dé: v - vận tốc dòng chảy tinh todn (m/s);
y - trọng lượng riêng của nước (kN/m’°);
g - gia toc trong truong (g=9,81 m/s”):
k¡ - hệ số phụ thuộc vào hình dạng của trụ
- Cac tải trọng khác: động đât, tải trọng câu lặp, lực va chạm của vật nôi, các lực
này thì tùy trường hợp cụ thể mà xét
Tổ hợp tải trọng: Phân tích nội lực và tính toán cốt thép thân máng XMLT được tiễn
hành với các tổ hợp tải trọng cơ bản (trọng lượng bản thần máng + tải trọng người qua
lại + trọng lượng nước ứng với độ sâu mực nước thiết kế) và kiểm tra với tô hợp tải
trọng đặc biệt (trọng lượng bản thân máng + tải trọng người qua lại + trọng lượng nước
ứng với độ sâu mực nước kiểm tra + tải trọng gid)
1.1.3.2 Phân tích nội lực kết cấu thân máng xi mang lưới thép
Thân máng là một kết cấu vỏ mỏng không gian, thường được gia cường bằng các sườn
dọc, sườn ngang và thanh giằng, do đó việc phân tích nội lực thân máng trên cơ sở các
phương trình vi phân cơ bản của lý thuyết vỏ mỏng không gian để tìm lời giải chính xác thì hầu như không thể thực hiện được, mà chỉ có thể dùng các phương pháp số để tìm lời giải gần đúng, như phương pháp sai phân hữu hạn phương pháp PTHH
Đối với các cầu máng lớn và trung bình thì thiết kế đòi hỏi nội lực có độ chính xác cao,
cần phân tích nội lực thân máng theo bài toán vỏ mỏng không gian Tốt nhất là dùng phương pháp phân tử hữu hạn và giải theo chuyển vị, hiện nay có nhiều phần mềm mạnh cho phép phân tích các kết cấu vỏ có dạng bất kỳ và chịu tải trọng tuỳ ý như
SAP2000 hay ANSYS, song đòi hỏi người sử dụng phải có hiểu biết nhất định về lý
thuyết vỏ mỏng và phương pháp phần tử hữu hạn
Trang 31Đối với cầu máng nhỏ có thể dùng phương pháp gần đúng để phân tích nội lực thân máng, một trong các phương pháp hiện nay thường dùng là thay bài toán tính vỏ mỏng không gian bằng hai bài toán phăng riêng biệt theo phương dọc và phương ngang máng, được gọi là phương pháp tính theo “lý thuyết dầm” Theo lý thuyết tính toán này, phương dọc thân máng được tính như bài toán dầm, phương ngang máng được tính như một hệ phăng (khung phăng) có bề rộng đơn vị được cắt ra từ thân máng chịu tất cả các
tải trọng tác dụng lên đoạn máng đó và được cần bằng nhờ các lực tương hỗ của các
phân máng hai bên, được gọi là “phương pháp lực cắt không cân bằng”
Theo các tài liệu hướng dẫn tính toán CM-XMLT thông thường, phương pháp tính toán
máng theo lý thuyết dầm cho lời giải tương đối chính xác khi tỷ số giữa chiều dài nhịp máng và bê rộng tiết diện máng L/D,„> 10, còn khi L/D,< 10 mà vẫn tính theo lý thuyết
dầm thì cần tăng thêm thép chịu lực theo phương dọc máng 1.1.3.3 Tính toán bố trí thép trong thân máng
Tính toán và bố trí thép trong thân máng được tiến hành theo phương pháp tính toán cầu
kiện BTCT hoặc cấu kiện XMLT về mặt cường độ, biến dạng và nứt
Theo phương dọc CM-XMLT được tính toán về mặt cường độ trên mặt cắt vuông góc
và mat cat nghiéng theo câu kiện chịu uốn có tiết diện tính toán đưa về dang cht I, chi T hoặc chữ T ngược để xác định lượng cốt thép chịu lực, kiểm tra độ võng và không
cho phép xuất hiện vết nứt hoặc kiểm tra bề rộng vết nứt
Tất cả các vấn đẻ trên đã được trình bày chỉ tiết trong các tài liệu [13][14][15][16]
1.2 Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn
1.2.1 Khái quát về cầu máng xỉ măng lưới thép nhịp lớn
CM-XMLT được sử dụng rộng rãi trong các CTTL với các ưu điểm nỗi bật như trọng
lượng bản thân nhẹ, tiết kiệm vật liệu, tuôi thọ cao, khả năng chống nứt tốt Tuy nhiên cho đến nay việc tính toán thiết kế và thi công CM-XMLT vẫn còn nhiều hạn chế, cho
nên CM-XMLT vẫn phổ biến ở loại chiều dài nhịp đơn không vượt quá § m, thông dụng vẫn là nhịp có chiều dài 6 m, đồng thời đường kính lòng máng XMLT cũng chỉ mới dừng 0 gidi han D, = (1+1,2) m
Trang 32Hệ thống kênh dẫn nước của các CTTL ngày càng gặp phải các loại địa hình phức tạp, bị chia cắt nhiều nên phải vượt qua nhiều sông, suối, thung lũng Với các cầu máng có chiêu dài nhịp L < 6 m (được gọi là nhịp ngăn), chi phí xây dựng cầu máng sẽ cao do
tốn rất nhiều mồ trụ cầu, hơn nữa độ an toàn cũng thấp khi có quá nhiều mồ trụ có chiều
cao lớn và phải thi công ở giữa lòng sông Do đó CM-XMLT nhịp lớn sẽ là giải pháp
thực sự cần thiết để giảm giá thành và đảm bảo an toàn cho các công trình CM-XMLT
vượt sông, suối Việc sử dụng kết cầu máng XMLT nhịp lớn cho các công trình dẫn
nước chắc chăn sẽ đem lại hiệu quả kinh tê cao
Vì vậy để có thể tận dụng hết khả năng chịu lực của câu kiện XMLT, đồng thời đáp ứng
được yêu cầu của thực tế ngày càng cao đối với cầu máng nhịp lớn đòi hỏi phải đi
sâu vào nghiên cứu các loại hình thức kết cầu của CM-XMLT nhịp lớn Qua một số kết
quả tính toán nghiên cứu ban đầu của tác giả [14][17] cho thấy khả năng chịu lực của kết cầu không gian của máng XMLT rất lớn, đối với máng nhịp đơn thì chiều dài máng
XMLT có thể kéo dài đến 16 m mà không cần sử dụng thêm các biện pháp khác Đối với các loại nhịp máng có chiêu dài từ (16+30) m vẫn có thể dùng kết câu máng XMLT
nhưng phải tính toán tăng cường thêm thép ƯST Đối với các loại nhịp máng có chiều dai > 30 m nên dùng kết cấu máng XMLT hoặc BTCT nhưng phải kết hợp với thép
UST va két cau day văng hoặc dây treo
1.2.2 Tính toán câu máng xi mang lưới thép nhịp lớn
Tính toán phân tích nội lực và bố trí thép cho CM-XMLT nhịp lớn cũng tương tự như tính toán cho thân máng XMLT nhịp ngắn, tùy theo yêu cầu độ chính xác mà có thể sử
dụng lý thuyết dầm hay lý thuyết vỏ mỏng không gian để tính
Trong các nghiên cứu trước đây của tác giả cho CM-XMLT nhịp lớn [14][17] đã sử dụng phần mềm SAP2000 để tính toán mô phỏng cho hàng trăm bài toán Trên cơ sở phân tích kết quả của ứng suất và biến dạng của các loại kích thước CM-XMLT chữ U: đường kính trong lòng máng D,„, chiều cao H, chiều dài nhịp L kích thước tai máng, kích thước và khoảng cách các thanh giăng
Tác giả đã rút ra được kết luận về:
Trang 33- Kích thước hợp lý của tai máng và khoảng cách giữa các thanh giăng
Đồng thời cũng rút ra được một số nhận xét:
- Với CM-XMLT mặt cắt chữ U, kết câu nhịp đơn có L = (12:20) m thì vật liệu XMLT
thông thường vẫn đảm bảo khả năng chịu lực
- Không nên sử dụng kết cầu máng XMLT thông thường khi chiều dài nhịp lớn hơn 12
m, vì biến dạng của thân máng sẽ vượt quá biến dạng cho phép Nên sử dung két cau máng XMLT có bố trí thép ƯST nhằm giảm độ võng của đáy máng và tăng khả năng
chịu lực cho thân máng
1.3 Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn 1.3.1 Khái quát về cầu máng xỉ măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn
CM-XMLT-ƯST khác CM-XMLT thông thường ở chỗ trước khi chịu tác dụng của
ngoại lực, cầu máng đã được nén trước Lực nén trước này làm giảm một phân hay toàn bộ ứng suất kéo do ngoại lực sinh ra (trọng lượng bản thân máng, áp lực nước và tải
trọng người đi lại), do đó làm tăng khả năng chống nứt theo phương dọc và tạo nên độ vồng trước, làm giảm được độ võng tổng cộng của cầu máng khi khai thác Do đó CM-
XMLT-UST có thê vượt qua được các nhịp lớn hơn CM-XMLT thông thường
Hình 1 9 Tac dung cua luc cang trudc
Tác dụng của UST có thể thay ro trong so đồ hình 1.9, dưới tác dụng của ngoại lực (áp lực nước, người qua lại, trọng lượng bản thân máng ) thớ dưới cùng của máng sinh ứng suất kéo Ơa Nếu trước khi chịu tác dụng của ngoại lực, cho cầu máng chịu một lực
nén lệch tâm N, làm cho thớ dưới cùng sinh ra ứng suất nén ơ; Vậy sau khi tác dụng của ngoại lực, ứng suât cuôi cùng của tiệt diện máng băng tông ứng suât của hai trường
16
Trang 34hợp tải trọng trên Ứng suất thớ dưới cùng của máng có thể chịu nén ơ; - ø; > 0 hoặc chịu kéo khi ơi - ø < 0
1.3.2 Phương pháp tạo ứng suất trước
Dé tao UST trong các kết cầu BTCT nói chung hay XMLT nói riêng, cốt thép được kéo căng sau đó neo vào câu kiện, do cốt thép có xu hướng phục hồi co lại làm cho cầu kiện chịu nén Cũng có thể dùng phương pháp làm giãn dài cốt thép, neo hai đầu cốt thép,
sau đó làm lạnh, cốt thép sẽ co ngăn lại tạo thành ƯST Căn cứ vào cốt thép căng trước
hay sau có thể phân thành hai loại: phương pháp căng trước và phương pháp căng sau [18][19]
1.3.2.1 Phương pháp căng trước
Trong phương pháp căng trước cốt thép được kéo căng trên bệ chuyên dụng và được neo vảo giá đỡ của bệ căng Sau khi căng cốt thép xong, đỗ vữa xi măng và bảo dưỡng,
đợi cho vữa xI măng đạt tới một cường độ chịu lực (thường không dưới 70% cường độ
thiết kế) để bảo đảm cho thép UST và vữa xi măng có đủ lực dính, tiếp đến cắt rời cốt
thép khỏi giá căng Do thép ƯST co lại làm cho cầu máng chịu nén trước, tạo thành CM-XMLT-UST (hinh 1.10)
1 Cốt thép ứng suất trước; 2 Giá đỡ căng cốt thép; 3 Thiết bị neo; 4 Kéo căng cốt thép bằng thiết bị kéo; 5 Cấu kiện ứng suất trước; 6 Mặt bằng thi công; 7 Cấu kiện xi măng lưới thép
đã chế tạo xong
Hình T 10 Phương pháp căng trước 1.3.2.2 Phương pháp căng sau
Trong phương pháp căng sau, thân máng XMLT được thi công trước có chừa sẵn các lỗ
tại vị trí bỗ trí thép UST, đợi cho thân máng đạt tới cường độ chịu lực (không nhỏ hơn
Trang 3570% cường độ thiết kế), luồn thép ƯST qua lỗ, lợi dụng thân máng làm bệ căng cốt
thép
Sau khi căng xong cốt thép, dùng các đầu neo neo chặt cốt thép vào hai đầu máng, tiếp đến phụt vữa vào đây lỗ Ứng suất trước trong thép qua đầu neo truyền vào thân máng làm cho máng chịu nén trước thê hiện trên hình I.I 1
1 Thân máng thi công có chùa lỗ; 2 Luôn dây thép và kéo căng
3 Neo cột thép, 4 Phụt vữa vào lỗ và bịt đầu
Hình T I1 Phương pháp căng sau 1.3.3 Tính toán cầu máng xỉ măng lưới thép ứng suất trước 1.3.3.1 Ủng suất kéo trước giới hạn
Ứng suất kéo trước lớn nhất cho phép trong cốt thép ứng suất trước (thép ƯST) được
gọi là ứng suất giới hạn và được ký hiệu là ơø, Ứng suất trước giới hạn phụ thuộc vào
loại cốt thép dùng và phương pháp tạo ƯST
Bảng I.1 Ứng suất kéo trước giới hạn ø, (daN/cm')
Chú thích: R° - cường độ tiêu chuẩn của thép UST
Ứng suất kéo trước giới hạn ơy càng lớn thì ứng suât nén trước càng lớn, khả năng chông nứt của thân máng cảng cao Nhưng đê xét đên ứng suât kéo trước không cho
phép vượt quá giới hạn chảy của thép, xét tới lực kéo căng có thể không chính xác, chất
18
Trang 36lượng mối hàn có thể không tốt, nên lực kéo giới hạn nếu lẫy quá cao có thể gây mất an
toàn Cho nên khi thiết kế CM-XMLT-UST giá trị ø, không được lẫy vượt quá trị số
cho 6 bang 1.1 ở trên
1.3.3.2 Tổn hao ứng suất trước
Ứng suất kéo trước tạo ra trong thép ƯST, sau khi neo UST bị giảm, lượng giảm này được gọi là tốn thất hay tốn hao ƯST, do nhiều nguyên nhân như do biến dạng của thiết bị neo, do ma sát giữa lễ luôn thép và thép ƯST, do chênh lệch nhiệt độ giữa thép ƯST và giá căng, do co ngót và từ biến của vữa xi măng, do chùng thép ƯST, do thân máng bị ép co Các tôn hao này được xác định theo các công thức trong các tiêu chuẩn thiết kế của mỗi nước, các công thức này đều dựa trên độ giảm biến dạng tương đối AlL/L của thép ƯST do các nguyên nhân nói trên, nên các tốn hao này tính theo tiêu chuẩn thiết kế của các nước cũng không khác nhau nhiều
- Tôn hao ƯST do biến dạng của thiết bị neo ơại - Cốt thép kéo căng sau khi neo, do
biến dạng của thiết bị neo làm thép ƯST co ngăn lại một đoạn AL(mm) và thép ƯST sẽ bị tốn hao một lượng ứng suất bằng ơi:
AL
trong đó: L là chiều dài thép ƯST: AL là giá trị biến dạng của thép ƯST phụ thuộc vào
thiết bị neo (có thể lây gia tri AL bang 1,5 lần dịch chuyển của neo do các nhà chế tạo cung cấp và không nhỏ hơn 2 mm); E, là môđun đàn hồi của thép UST
- Tốn hao UST do ma sát giữa lễ luồn thép và thép UST ơy; - Khi kéo căng thép UST
theo phương pháp căng sau, giữa thép ƯST và lỗ luồn thép sinh lực ma sát, ứng suất
thép UST tại đầu kéo là ơy thì ứng suất thực tế tại mặt cắt tính toán là (Ơy - On) :
1
trong đó: k- hệ số ma sát giữa thép ƯST và vách lỗ của lỗ luồn thép;
x - chiêu đài của dây từ đầu neo đên mặt cắt tính toán (m);
Trang 37u - hệ số ma sát giữa thép ƯST và đỉnh lỗ luôn thép;
0 - thay đôi góc của dây tính từ đầu và mặt cắt tính toán x (radian)
- Tốn hao ƯST do chênh lệch nhiệt độ giữa thép ƯST và giá căng ơạs - Trong phương
pháp căng trước, thép UST khi neo có nhiệt độ t?, sau đó thi công thân máng và bảo
dưỡng, nhiệt độ thép ƯST tăng lên t$ Do chênh lệch nhiệt độ trước và sau khi căng,
thép ƯST bị chùng lại, tạo nên tôn hao ƯST:
o,; = aE, (t} -t?)=0,00001x 2,0x10° At’ = 20At° (daN/cm?) (1-6)
trong dé: At® =(t} -t?) - chénh léch nhiét 46;
œ = 0,00001/1°C - hệ số dãn đài của thép UST;
E„= 2.0x10” (daN/cm') - môđun đàn hồi của thép ƯST
- Ton hao UST do co ngót của vữa xi măng ơua - Trong phương pháp căng trước, vữa xi măng trong quá trình đông cứng sẽ bị co ngót Biến dạng tương đối co ngót e„ thay đôi
trong khoảng từ 0,0004 ~ 0.0008, thường lấy s„ = 0,0006 Tôn hao ƯST do co ngót
được tính theo công thức sau:
- Tén hao UST do từ biến của bê tông øns- Dưới tác dụng của ƯST bê tông sinh ra từ biến, từ biễn làm cho cấu kiện bị co ngắn lại gây nên tôn hao UST Tén hao UST do tir
biến được xác định theo công thức sau:
Gø,,=1500œ-> (daN/em) khi 22 <0,75 (1-8a)
Trang 38œ - hệ số được lây băng 1 khi bê tông đông cứng tự nhiên và lây bằng 0,85 khi bê tông bảo dưỡng nhiệt trong áp suất khí quyền
- Ton hao UST do su noi tmg suat thép UST oy - Hiện tượng nới của thép ƯST tương
tự như hiện tượng từ biến, khi thép UST được kéo căng xong, cố định chiều dài, sau
một thời gian ứng suất bị giảm, hiện tượng này gọi là sự nới (chùng) thép ƯST Tồn hao do chùng ứng suất có thể lấy như sau:
G,„= 0,0250, khi ơ,=0,7R.,
- Tôn hao UST do vita xi mang than mang bi ép co oy7 - Ngay sau khi tác dung UST,
xảy ra biến dạng ép co trong vữa xi măng làm giảm ứng suất trong thép UST Ton hao
ứng suất do thân máng bị ép co được xác định theo công thức:
trong dé: o, 1a img suat than mang tai vi trí trọng tâm thép UST
Từ các công thức tinh ôn hao ƯST ở trên ta thay chung phu thudc lẫn nhau, sự xuất
hiện của tốn hao này có ảnh hưởng qua lại đối với tôn hao kia, do đó để có giá trị chính xác của các tốn hao ta cần phải tính lặp Trong các câu kiện UST thông thường chỉ cần
lời giải gần đúng có thể lẫy kết quả của bước lặp đầu tiên Ở đây ta có thể sử dụng bảng tính Excel thực hiện giải lặp để tính các tôn hao
Tồn hao được phân thành 2 nhóm, nhóm thứ nhất và nhóm thứ hai như trong bảng 1.2 Tổng các tốn hao ơn theo các công thức trên không nhỏ hơn giá trị sau:
- Phương pháp căng trước: 1000 daN/cm” - Phương pháp căng sau: 800 daN/cm?
Bảng 1.2 Tổ hợp tôn hao ƯST của các giai đoạn
Tổ hợp các tôn hao ƯST Phương pháp căng trước | Phương pháp căng sau
Trang 39
- Tôn hao trước khi thân máng On + Cha + ha + Ơns +
chịu nén trước 6}; (nhém I) On6
- Tôn hao sau khi thân máng
ở „ „ Oh? Ons + On6 + On7 chịu nén trước Øn (nhom IT)
1.3.4 Phân tích ứng suất trong câu máng xi măng lưới thép ứng suất trước
1.3.4.1 Đặc điểm cấu tạo
Như trên đã trình bày, khi cầu máng cần vượt qua các nhịp lớn, giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng chịu lực theo phương dọc máng là sử dụng UST Do thân máng XMLT có dạng vỏ trụ và chiều dày của thân máng rất mỏng, nên chỉ thích hợp với thép ƯST đặt thăng và dùng phương pháp căng sau Với phương pháp căng sau dễ dàng khống chế được lực kéo căng thép ƯST trong từng giai đoạn, nên cũng thuận tiện trong việc không chê biên dạng và nứt, vần đê được xem là nhạy cảm với kêt câu XMLT vỏ mỏng Trong các giáo trình tính toán “Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước” đều trình bày dưới dạng bài toán dầm, cho nên với CM-XMLT vỏ mỏng có nhịp lớn, phân tích nội lực theo phương dọc dùng lý thuyết dầm có nhiều thuận lợi, nhưng theo phương ngang
gặp nhiều khó khăn vì không biết nội lực để tính toán và bố trí thép cho cầu máng theo
phương ngang Tính toán theo lý thuyết dầm là thay bài toán tính vỏ mỏng không gian bằng 2 bài toán riêng biệt theo phương dọc và theo phương ngang Do cầu máng vỏ
mong chi tao UST theo phương dọc máng, nên tính toán và cấu tạo CM-XMLT-ƯST
theo phương ngang giống như CM-XMLT thông thường 1.3.4.2 Trạng thải ứng suất theo phương dọc máng
Trạng thái ứng suất trong CM-XMLT-UST theo phương dọc máng dùng phương pháp căng sau có thể phân thành 5 giai đoạn như ở bảng I.3, vì CM-XMLT không cho phép nứt, nên trong cả 5 giai đoạn cầu máng đều làm việc trong giai đoạn đàn hồi và giả thiết
là vật liệu đàn hồi tuyến tính
Giai đoạn 1: Căng thép UST trên thân máng với ứng suất kéo trước ơ, Neo thép, do tính đàn hồi thép co ngăn lại sinh lực nén trước và bắt đầu xuất hiện các tốn hao ứng
suât nhóm [I được kí hiệu là øn¡, nên lực nén trước chỉ còn băng A„/(Gx-Gn)
Trang 40Giai đoạn 2: Lực nén trước đặt lệch tâm với thần máng, nên thân máng chịu nén lệch
tâm sinh ứng suất nén thân máng ở thớ phía có thép ƯST
Giai đoạn 3: Toàn bộ tôn hao ƯST xuất hiện, trên thân máng đạt “ứng suất Ôn định”
Giai đoạn 4: Giai đoạn tác dụng tải trọng lên thân máng, sinh ứng suất kéo ở đáy máng và sinh ứng nén ở đỉnh máng
Giai đoạn 5: Nếu tổng ứng suất do ngoại lực và do lực nén trước đã trừ đi các loại tốn hao ứng suất mà lớn hơn cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của XMLT thì đáy máng bị nứt
Bảng I.3 Trạng thái ứng suất của CM-XMLT-ƯST - phương pháp căng sau
TT Các giai đoạn chịu lực Biểu đồ ứng suất
4 | Giai đoạn tác dụng tải trọng
5 Mién chiu kéo xuat hién vét Ce
CM-XMLLT là một kết cầu có dạng vỏ mỏng và được tăng cường độ cứng theo phương
dọc bằng các sườn dọc (tai máng) và được tăng cường độ cứng theo phương ngang
băng các sườn ngang và các thanh giăng ngang, nên nêu phân tích trạng thái ứng suât và