Nghiên cứu ảnh hưởng của từ biến đến sự phân bố nội lực và ứng suất trong cầu dầm liên tục thép bê tông cốt thép liên hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG - NGUYỄN QUANG KIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ ỨNG SUẤT TRONG CẦU DẦM LIÊN TỤC THÉP BÊ TÔNG CỐT THẫP LIấN HP luận văn thạc sỹ kỹ thuật H NỘI 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG - NGUYỄN QUANG KIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ ỨNG SUẤT TRONG CẦU DẦM LIÊN TỤC THÉP BÊ TÔNG CỐT THÉP LIÊN HỢP CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CẦU HẦM M S : 60.58.25 luận văn thạc sỹ kỹ thuật CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TSKH NGUYỄN NHƯ KHẢI HÀ NỘI 2012 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG - TỔNG QUAN CHUNG 13 1.1.Đặc điểm cầu thép 13 1.1.1.Ưu điểm 14 1.1.2.Nhược điểm 15 1.2.Sự xuất phát triển kết cấu nhịp thép bêtông cốt thép liên hợp 15 1.2.1.Sự đời phát triển cầu thép bêtông cốt thép liên hợp 15 1.2.1.1.Sự đời ứng dụng cầu thép bêtông cốt thép liên hợp giới 16 1.2.1.2.Sự đời ứng dụng cầu thép bêtông cốt thép liên hợp Việt Nam 21 1.2.2.Ưu nhược điểm cầu thép bêtông cốt thép liên hợp 25 1.2.2.1.Ưu điểm 25 1.2.2.2.Nhược điểm 26 1.2.3.Một số dạng mặt cắt ngang dầm thép bêtông liên hợp 26 1.2.4.Một số biện pháp điều chỉnh nội lực cầu thép bêtông cốt thép liên hợp 28 1.3.Xu hướng phát triển ứng dụng cầu thép bêtông cốt thép liên hợp 29 1.3.1.Ứng dụng vật liệu bêtông, thép chất lượng cao 30 1.3.1.1.Sử dụng bêtông chất lượng cao (HPC) 30 1.3.1.2.Sử dụng thép có chất lượng cao (HPS): 31 1.3.2.Ứng dụng dạng kết cấu mới, hợp lý 36 1.3.2.1.Ứng dụng kết dầm thép sườn sóng 36 1.3.2.2.Ứng dụng giàn thép liên hợp bêtông cốt thép 37 1.3.2.3.Ứng dụng vòm thép liên hợp bêtông cốt thép 37 1.3.2.4.Ứng dụng dầm cốt cứng uốn trước (Pre-beam) 37 1.3.3 Cải tiến hoàn thiện hình thức liên kết phận kết cấu Ứng dụng phương pháp xây dựng 38 1.4 Một số dạng cầu thép bêtông cốt thép liên hợp 39 1.4.1 Sơ đồ cầu đầm nhịp giản đơn 39 1.4.2 Sơ đồ cầu dầm nhịp liên tục 40 1.4.3 Sơ đồ cầu nút thừa 41 1.4.4 Sơ đồ cầu vòm 42 1.4.5 Sơ đồ cầu giàn 43 1.4.6 Sơ đồ cầu dây văng 45 CHƯƠNG - LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ ỨNG SUẤT TRONG CẦU THÉP BÊTÔNG CỐT THÉP LIÊN HỢP 46 2.1.Tổng quan từ biến bêtông 46 2.1.1 Khái niệm từ biến 46 2.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng từ biến 47 2.1.3 Các phương pháp nghiên cứu tượng từ biến 48 2.1.3.1 Phương pháp hệ số từ biến 48 2.1.3.2 Quan hệ hệ số từ biến ϕ thời điểm chất tải 48 a Lý thuyết già: 49 b Lý thuyết di truyền: 49 c Lý thuyết hỗn hợp 50 2.1.4 Mơ hình tính tốn hệ số từ biến số phương pháp tính từ biến áp dụng giới 51 2.1.4.1 Mơ hình tính tốn hệ số từ biến 51 2.1.4.2 Một số phương pháp tính tốn ảnh hưởng từ biến: 52 a Phương pháp tốc độ từ biến (R-C) 52 b Phương pháp giá trị dòng (R-F) 53 c Phương pháp Dischinger mở rộng (I-D) 53 d Phương pháp môđun đàn hồi có hiệu có kể đến tuổi bêtơng 54 e Phương pháp xếp chồng đường cong từ biến: 54 2.1.5 Tính tốn từ biến theo số tiêu chuẩn 55 2.1.5.1 Tính tốn từ biến theo tiêu chuẩn AASHTO tiêu chuẩn 22TCN272-05 55 2.1.5.2 Tính tốn từ biến theo tiêu chuẩn CEB-FIP CODE 56 2.1.5.3 Tính toán từ biến theo tiêu chuẩn Đức DIN-4277 57 2.2 Ảnh hưởng từ biến kết cấu thép bêtông cốt thép liên hợp 57 2.2.1 Quan hệ biến dạng ứng suất từ biến bêtông 57 2.2.2 Tính tốn ảnh hưởng từ biến ép xít mối nối kết cấu tĩnh định: 61 2.2.3 Tính tốn ảnh hưởng từ biến kết cấu siêu tĩnh: 62 CHƯƠNG - KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ ỨNG SUẤT TRONG CẦU THÉP BÊTÔNG CỐT THÉP LIÊN HỢP DẠNG SƠ ĐỒ LIÊN TỤC BA NHỊP CÓ ĐIỀU CHỈNH NỘI LỰC BẰNG TẢI TRỌNG TẠM THỜI 65 3.1 Đặt toán 65 3.2 Tính tốn ảnh hưởng từ biến theo phương pháp mơđun đàn hồi có hiệu Eff thay đổi theo tiết diện dầm thép 69 3.2.1 Tính tốn đặc trưng tiết diện hệ 69 3.2.1.1 Đặc trưng tiết diện dầm thép 69 3.2.1.2 Đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n = Es/Ec 71 3.2.1.3 Đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n* = Es/Eeff 73 3.2.2 Ảnh hưởng từ biến đến phân bố nội lực ứng suất kết cấu siêu tĩnh 76 3.2.2.1 Biểu đồ mômen trường hợp tải trọng 76 3.2.2.2.Xác định ảnh hưởng từ biến đến phân bố nội lực kết cấu 79 3.2.2.3.Xác định ứng suất tổng tiết diện vị trí kiểm tra 83 3.3 Tính tốn ảnh hưởng từ biến theo phương pháp mơđun đàn hồi có hiệu Eff không đổi Eff = 0.333Ec 84 3.3.1 Tính toán đặc trưng tiết diện hệ 84 3.3.1.1 Đặc trưng tiết diện dầm thép 84 3.3.1.2 Đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n = Es/Ec 84 3.3.1.3 Đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n* = Es/Eeff 84 3.3.2 Ảnh hưởng từ biến đến phân bố nội lực ứng suất kết cấu siêu tĩnh 87 3.3.2.1 Biểu đồ mômen trường hợp tải trọng 87 3.3.2.2 Xác định ảnh hưởng từ biến đến phân bố nội lực kết cấu 87 3.3.2.3 Xác định ứng suất tổng tiết diện vị trí kiểm tra 89 3.4 Tính tốn ảnh hưởng từ biến đến phân bố nội lực ứng suất phần mềm Midas civil 90 3.4.1 Vật liệu, sơ đồ kết cấu trình tự thi cơng 90 3.4.2 Hệ số từ biến phát triển cường độ bêtông theo thời gian 91 3.4.3 Kết nội lực phân tích: 92 3.4.4 Xác định ứng suất tổng tiết diện vị trí kiểm tra 93 3.5 Tính tốn ảnh hưởng từ biến đến ứng suất thông qua hệ số quy đổi bêtông thép với hệ số quy đổi n =3Es/Ec tính tốn đặc trưng tiết diện liên hợp dài hạn 94 3.6 Tính tốn ứng suất dầm không xét đến tượng từ biến 95 3.7 Tổng hợp kết tính tốn 96 3.8 Khảo sát ảnh hưởng từ biến đến nội lực kết cấu cường độ bêtông thay đổi 100 3.8 Vật liệu 100 3.8.2 Hệ số từ biến phát triển cường độ bêtông theo thời gian 100 3.8.3 Kết nội lực phân tích 101 KẾT LUẬN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Một số loại thép chất lượng cao theo tiêu chuẩn Nhật Bản 34 Bảng 3.1 Thông số kích thước nhịp phương án 67 Bảng 3.2.Tiết diện dầm đoạn L1 L3 68 Bảng 3.3.Tiết diện dầm đoạn L2 68 Bảng 3.4 Bảng thông số tải trọng tác dụng vật liệu 69 Bảng 3.5 Bảng đặc trưng tiết diện dầm thép đoạn L1 L3 70 Bảng 3.6 Bảng đặc trưng tiết diện dầm thép đoạn L2 71 Bảng 3.7 Đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n đoạn L1 L3 72 Bảng 3.8 Đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n đoạn L2 72 Bảng 3.9 Bảng tính toán đặc trưng từ biến dầm đoạn L1 L3 74 Bảng 3.10 Bảng đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n* = Es/Eeff đoạn L1;L3 75 Bảng 3.11 Bảng tính tốn đặc trưng từ biến dầm đoạn L2 75 Bảng 3.12 Bảng đặc trưng tiết diện liên hợp với hệ số quy đổi n* = Es/Eeff đoạn L2 76 Bảng 3.13 Bảng giá trị biểu đồ mơmen vị trí tiết diện (KNm) 77 Bảng 3.14 Bảng tính lực phụ từ biến gây 81 Bảng 3.15 Bảng tính lực phụ từ biến gây lặp vòng 81 Bảng 3.16 Bảng tính lực phụ từ biến gây lặp vòng 82 Bảng 3.17 Bảng tính lực phụ từ biến gây lặp vòng 82 Bảng 3.18 Bảng giá trị nội lực phụ MCR tiết diện từ biến (KNm) 83 Bảng 3.19 Kết tính tốn ứng suất tiết diện 83 Bảng 3.20 Bảng tính đặc trưng từ biến dầm đoạn L1 L3 85 Bảng 3.21 Bảng tính đặc trưng tiết diện thép bêtông liên hợp với hệ số quy đổi n* = Es/Eeff đoạn L1; L3 86 Bảng 3.22 Bảng tính đặc trưng từ biến dầm đoạn L2 86 Bảng 3.23 Bảng tính đặc trưng tiết diện thép bêtông liên hợp với hệ số quy đổi n*=Es/Eeff đoạn L2 87 Bảng 3.24 Bảng tính lực phụ từ biến gây 87 Bảng 3.25 Bảng tính lực phụ từ biến gây lặp vòng 88 Bảng 3.26 Bảng tính lực phụ từ biến gây lặp vòng 88 Bảng 3.27 Bảng tính lực phụ từ biến gây lặp vòng 89 Bảng 3.28 Bảng giá trị nội lực phụ MCR tiết diện từ biến (KNm) 89 Bảng 3.29 Kết tính tốn ứng suất tiết diện 90 Bảng 3.30 Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn 92 Bảng 3.31 Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn 93 Bảng 3.32 Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn 93 Bảng 3.33.Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn 93 Bảng 3.34 Kết tính tốn ứng suất tiết diện 94 Bảng 3.35 Bảng kết ứng xuất tiết diện xét đến từ biến (thông qua hệ số quy đổi 3n) 95 Bảng 3.36 Bảng kết ứng xuất tiết diện không xét đến từ biến (tính với hệ số quy đổi n) 96 Bảng 3.37 Bảng kết biểu đồ mơmen vị trí nhịp biên có Mmax 97 Bảng 3.38 Bảng kết biểu đồ mơmen vị trí gối B có Mmin 97 Bảng 3.39 Bảng kết biểu đồ mơmen vị trí nhịp có Mmax 98 Bảng 3.40 Bảng kết ứng suất vị trí nhịp biên có Mmax 98 Bảng 3.41 Bảng kết ứng suất vị trí gối B có Mmin 99 Bảng 3.42 Bảng kết ứng suất vị trí nhịp có Mmax 99 Bảng 3.43 Bảng trường hợp cường độ bêtông 100 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Hiện tượng gỉ cầu thép 15 Hình 1.2 Các dạng kết cấu nhịp thép bêtơng cốt thép liên hợp 16 Hình 1.3 Cầu Stromsund 17 Hình 1.4 Cầu Salbris 17 Hình 1.5 Mặt cắt ngang cầu Geschnitztalbruke 18 Hình 1.6 Cầu Khung mút thừa qua kênh Volga-Đôn 18 Hình 1.7 Cầu Cognac 19 Hình 1.8 Cầu Hontani 20 Hình 1.9 Cầu Dole 20 Hình 1.10 Cầu Mauprê 20 Hình 1.11 Một số cầu có hệ thay cho sườn dầm 21 Hình 1.12 Cầu Bến Chang Vĩnh Phúc 22 Hình 1.13 Cầu Đò Quan, Nam Định 22 Hình 1.14 Mặt cắt ngang cầu sử dụng dầm Pri-beam Quốc lộ 18 23 Hình 1.15 Cầu Đrakr’ơng, Quảng Trị 23 Hình 1.16 Cầu Bính, Hải Phịng 24 Hình 1.17 Cầu Rào II, Hải Phòng 24 Hình 1.18 Cầu vượt Chùa Bộc – Thái Hà – Tây Sơn 25 Hình 1.19 Cầu vượt Láng Hạ – Thái Hà – Huỳnh Thúc Kháng 25 Hình 1.20 Một số mặt cắt cầu thép bêtông cốt thép liên hợp 27 Hình 1.21 Tiến trình ứng dụng HPS Mỹ 32 Hình 1.22 Phát triển cầu sử dụng thép cường độ cao HPS Mỹ 32 Hình 1.23 So sánh số thời tiết số loại thép 35 Hình 1.24 Một số loại mặt cắt sử dụng thép chất lượng cao HPS 35 Hình 1.25 Cấu tạo dầm thép sườn lượn sóng 36 Hình 1.26 Dầm thép sườn sóng dùng cầu Himi Yuma, Nhật Bản 36 Hình 1.27 Cầu giàn thép liên hợp bêtông ứng dụng Cầu Lully 37 Hình 1.28 Ứng dụng cầu vịm thép bêtông liên hợp cầu Damen Avenue 37 Hình 1.29 Sản xuất dầm Pre-Beam nhà máy 38 Hình 1.30 Sơ đồ nhịp giản đơn áp dụng đường vành đai 3-Hà Nội 40 Hình 1.31 Sơ đồ nhịp liên tục áp dụng cầu Đò Quan (Nam Định) 41 Hình 1.32 Sơ đồ cầu vịm Damen Avenue Chicago 42 Hình 1.33 Mặt cắt ngang cầu Damen Avenue Chicago 42 Hình 1.34 Chi tiết liên kết dầm ngang cầu Damen Avenue Chicago 43 Hình 1.35 Cầu Lully Thụy Điển 43 Hình 1.36 Mặt cắt ngang chi tiết liên kết giàn với cầu Lully 44 Hình 1.37 Cầu Kinokawa 44 Hình 1.38 Sơ đồ cầu treo (Cầu Bính) 45 Hình 2.1 Phân tích thành phần biến dạng từ biến 47 Hình 2.2 Quy luật phát triển từ biến theo lý thuyết già 49 Hình 2.3 Quy luật phát triển từ biến theo lý thuyết di truyền 50 Hình 2.4 Quy luật phát triển từ biến theo lý thuyết hỗn hợp 50 Hình 2.5 Mơ hình tính tốn hệ số từ biến 51 Hình 2.6 Mơ hình phương pháp Dischinger mở rộng 53 Hình 2.7 Phương pháp xếp chồng đường cong từ biến 55 Hình 2.8 Sự làm việc đoạn dầm liên hợp 58 Hình 2.9 Sơ đồ tính ứng suất từ biến 61 Hình 2.10 Sơ đồ tính dầm liên tục 63 Hình 3.1 Sơ đồ hệ kết cấu 65 Hình 3.2 Tạo ứng suất nén trước bê tông tải trọng tạm thời 66 Hình 3.3 Chi tiết mặt cắt ngang dầm 67 Hình 3.4 Mặt cắt ngang dầm thép 70 Hình 3.5 Mặt cắt ngang dầm thép liên hợp 71 Hình 3.6 Mặt cắt ngang dầm thép liên hợp 73 Hình 3.7 Biểu đồ mômen trường hợp tải trọng 77 Hình 3.8 Biểu đồ mơmen M1;M2 hệ 80 92 Hình 3.16 Đường cong quy luật phát Hình 3.15 Đường cong quy luật phát triển cường độ bê tông f’c=40Mpa triển từ biến 3.4.3 Kết nội lực phân tích: Giai đoạn giai đoạn mặt cầu chưa tham gian làm việc nên không sảy tượng từ biến ảnh hưởng từ biến đến nội lực kết cấu Từ giai đoạn đến giai đoạn mặt cầu tham gian làm việc nên sảy tượng từ biến làm thay đổi nội lực kết cấu Sau phân tích ta có biểu đồ nội lực phụ phát sinh từ biến sau: M2 M3 M2 M1 M1 Hình 3.17 Biểu đồ mơmen thứ cấp MCR tính theo Midas Civil Bảng 3.30 Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ M1 -9.55 -13.92 -17.80 -21.49 -28.05 -34.76 -40.33 -58.01 M2 -31.83 -46.41 -59.33 -71.62 -93.50 -115.87 -134.42 -193.37 M3 -31.83 -46.41 -59.33 -71.62 -93.50 -115.87 -134.42 -193.37 93 Bảng 3.31 Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ M1 -21.46 -31.10 -87.01 -123.21 M2 -71.55 -103.68 -131.69 -158.15 -204.61 -251.68 -290.05 -410.71 M3 -71.55 -103.68 -131.69 -158.15 -204.61 -251.68 -290.05 -410.71 -39.51 -47.45 -61.38 -75.50 Bảng 3.32 Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ M1 -22.27 -31.72 -84.15 -117.08 M2 -74.25 -105.74 -132.62 -157.73 -201.35 -245.06 -280.51 -390.26 M3 -74.25 -105.74 -132.62 -157.73 -201.35 -245.06 -280.51 -390.26 -39.79 -47.32 -60.40 -73.52 Bảng 3.33.Bảng giá trị nội lực phụ tiết diện từ biến giai đoạn Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ -82.78 -109.58 -130.31 -148.50 -178.97 -208.36 -231.62 -299.30 M2 -275.92 -365.26 -434.36 -495.01 -596.57 -694.54 -772.07 -997.67 M3 -275.92 -365.26 -434.36 -495.01 -596.57 -694.54 -772.07 -997.67 M1 3.4.4 Xác định ứng suất tổng tiết diện vị trí kiểm tra Ứng suất tiết diện xác định theo công thức: M I M l + M CR M hoat Ứng suất đáy dầm thép: σ b = + + + σ bCR, ST e WST WST ,C WST ,C Ứng suất đỉnh mặt cầu : σ t = − M l + M CR M hoat − − σ cCR e WST ,C WST ,C σ bCR, ST , σ cCR : phần thay đổi ứng suất thép bêtông phân phối lại nội lực từ biến Kết tính tốn thể bảng sau: 94 Bảng 3.34 Kết tính tốn ứng suất tiết diện STT Tiết diện Mmax Tiết diện Mmin Tiết diện Mmax nhịp biên gối B nhịp σb σt σb σt σb σt (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) Sơ đồ 86.81 -33.34 -59.23 -15.23 140.34 -32.69 Sơ đồ 77.52 -32.62 -57.61 -14.67 122.81 -30.21 Sơ đồ 82.54 -31.47 -54.06 -13.50 109.42 -28.06 Sơ đồ 66.08 -30.87 -54.60 -12.93 102.21 -26.71 Sơ đồ 59.94 -29.61 -53.13 -11.71 91.62 -24.67 Sơ đồ 55.04 -28.60 -53.53 -10.85 83.85 -23.16 Sơ đồ 51.52 -27.55 -51.50 -9.93 78.15 -21.98 Sơ đồ 43.73 -25.17 -52.91 -8.11 66.95 -19.40 3.5 Tính tốn ảnh hưởng từ biến đến ứng suất thông qua hệ số quy đổi bêtông thép với hệ số quy đổi n =3Es/Ec tính tốn đặc trưng tiết diện liên hợp dài hạn Khi tính ứng suất mơmen ngắn hạn gây ta tính với tiết diện liên hợp ngắn hạn với hệ số quy đổi bêtông sang thép n=Es/Ec Khi tính ứng suất mơmen dài hạn gây ta tính với tiết diện liên hợp dài hạn với hệ số quy đổi bêtông sang thép n=3Es/Ec Ứng suất dầm xác định theo công thức: Ứng suất đáy dầm thép: MI Ml M hoat σb = + + WST WSTe ,C WST ,C Ứng suất đỉnh mặt cầu : σ t = − Ml M hoat − WSTe ,C WST ,C Kết tính tốn thể bảng sau: 95 Bảng 3.35 Bảng kết ứng xuất tiết diện xét đến từ biến ( thông qua hệ số quy đổi 3n) Tiết diện Mmax Tiết diện Mmin Tiết diện Mmax nhịp biên gối B nhịp STT σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) Sơ đồ 62.02 -39.46 -99.64 -31.81 124.20 -45.78 Sơ đồ 56.21 -39.45 -91.48 -32.64 111.40 -43.89 Sơ đồ 63.20 -38.74 -84.57 -32.29 100.26 -41.94 Sơ đồ 48.47 -38.48 -82.08 -32.26 95.10 -40.51 Sơ đồ 44.21 -37.69 -77.52 -31.85 86.39 -38.32 Sơ đồ 41.34 -37.03 -74.48 -31.51 80.36 -36.48 Sơ đồ 38.54 -36.24 -71.48 -31.01 75.03 -35.13 Sơ đồ 34.11 -34.40 -67.41 -29.79 65.95 -31.41 3.6 Tính tốn ứng suất dầm không xét đến tượng từ biến Ứng suất kết cấu tính thơng qua hệ số quy đổi bêtông sang thép với hệ số quy đổi n =Es/Eb Ứng suất dầm xác định theo công thức: Ứng suất đáy dầm thép: σb = MI Ml M hoat + + WST WST ,C WST ,C Ứng suất đỉnh mặt cầu : Ml M hoat σt = − − WST ,C WST ,C Kết tính tốn thể bảng sau: 96 Bảng 3.36 Bảng kết ứng xuất tiết diện không xét đến từ biến ( tính với hệ số quy đổi n) STT Tiết diện Mmax Tiết diện Mmin Tiết diện Mmax nhịp biên gối B nhịp σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) Sơ đồ 59.18 -26.79 -105.80 -7.97 121.32 -32.93 Sơ đồ 53.58 -26.80 -96.96 -9.53 108.92 -31.92 Sơ đồ 60.70 -26.56 -89.65 -10.34 98.01 -30.96 Sơ đồ 46.10 -26.60 -86.80 -11.16 93.07 -30.32 Sơ đồ 41.99 -26.50 -81.81 -12.19 84.61 -29.32 Sơ đồ 39.34 -26.41 -78.28 -13.09 78.85 -28.44 Sơ đồ 36.62 -26.21 -75.10 -13.58 73.62 -27.77 Sơ đồ 32.62 -25.75 -70.15 -14.98 64.98 -25.79 3.7 Tổng hợp kết tính tốn M0: giá trị mômen không xét đến ảnh hưởng từ biến M1: giá trị mômen xét đến ảnh hưởng từ biến theo phương pháp mơđun đàn hồi có hiệu thay đổi theo vị trí tiết diện M2: giá trị mơmen xét đến ảnh hưởng từ biến theo phương pháp mơđun đàn hồi có hiệu khơng đổi (Eff=0.333Ec) M3 : giá trị mômen xét đến ảnh hưởng từ biến xác định Midas ∆M1=M1-M0 ∆M2=M2-M0 ∆M3=M3-M0 97 Bảng 3.37 Bảng kết biểu đồ mơmen vị trí nhịp biên có Mmax M0 M1 M2 M3 ∆M1 ∆M2 ∆M3 (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) Sơ đồ 1444.94 1347.87 1349.02 1362.16 -97.07 -95.92 -82.78 Sơ đồ 1822.38 1682.45 1682.24 1712.8 -139.93 -140.14 -109.58 Sơ đồ 2493.65 2308.77 2306.14 2363.34 -184.88 -187.51 -130.31 Sơ đồ 2396.77 2183.12 2178.28 2248.27 -213.65 -218.49 -148.50 Sơ đồ 2888.65 2611.89 2601.8 2709.68 -276.76 -286.85 -178.97 Sơ đồ 3421.34 3092.81 3078.06 3212.98 -328.53 -343.28 -208.36 Sơ đồ 3840.01 3448.2 3427.15 3608.39 -391.81 -412.86 -231.62 Sơ đồ 5423.91 4903.74 4874.89 5124.61 -520.17 -549.02 -299.30 STT Bảng 3.38 Bảng kết biểu đồ mơmen vị trí gối B có Mmin M0 M1 M2 M3 ∆M1 ∆M2 ∆M3 (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) Sơ đồ -1747.51 -2071.07 -2067.23 -2023.43 -323.56 -319.72 -275.92 Sơ đồ -2334.68 -2801.1 -2801.81 -2699.94 -466.42 -467.13 -365.26 Sơ đồ -2823.99 -3440.27 -3449.03 -3258.35 -616.28 -625.04 -434.36 Sơ đồ -3350.72 -4062.88 -4079.03 -3845.73 -712.16 -728.31 -495.01 Sơ đồ -4292.56 -5215.08 -5248.71 -4889.13 -922.52 -956.15 -596.57 Sơ đồ -5357.91 -6453 -6502.19 -6052.45 -1095.09 -1144.28 -694.54 Sơ đồ -6254.32 -7560.36 -7630.53 -7026.39 -1306.04 -1376.21 -772.07 STT Sơ đồ -9810.86 -11544.75 -11640.94 -10808.53 -1733.89 -1830.08 -997.67 98 Bảng 3.39 Bảng kết biểu đồ mômen vị trí nhịp có Mmax M0 M1 M2 M3 ∆M1 ∆M2 ∆M3 (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) (KNm) Sơ đồ 2563.46 2239.9 2243.74 2287.54 -323.56 -319.72 -275.92 Sơ đồ 3246.46 2780.04 2779.33 2881.2 -466.42 -467.13 -365.26 Sơ đồ 3760.6 3144.32 3135.56 3326.24 -616.28 -625.04 -434.36 Sơ đồ 4292.07 3579.91 3563.76 3797.06 -712.16 -728.31 -495.01 Sơ đồ 5195.85 4273.33 4239.7 4599.28 -922.52 -956.15 -596.57 Sơ đồ 6179.64 5084.55 5035.36 5485.1 -1095.09 -1144.28 -694.54 Sơ đồ 6965.68 5659.64 5589.47 6193.61 -1306.04 -1376.21 -772.07 Sơ đồ 9937.32 8203.43 8107.24 8939.65 -1733.89 -1830.08 -997.67 STT Bảng 3.40 Bảng kết ứng suất vị trí nhịp biên có Mmax STT Khơng xét đến từ biến Xét đến từ biếnqua hệ số Eff=Ec/3 Tính theo phương pháp Eff=0.333Ec Tính theo phương pháp Eff thay đổi theo tiết diện σb σt (Mpa) (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) Sơ đồ 59.2 -26.8 62.0 -39.5 86.2 -32.9 86.1 Sơ đồ 53.6 -26.8 56.2 -39.5 76.5 -31.8 Sơ đồ 60.7 -26.6 63.2 -38.7 81.1 Sơ đồ 46.1 -26.6 48.5 -38.5 Sơ đồ 41.5 -26.5 44.2 Sơ đồ 39.3 -26.4 Sơ đồ 36.6 Sơ đồ 32.6 Sử dụng Midas civil σb (Mpa) σt (Mpa) -32.6 86.8 -33.3 76.5 -31.8 77.5 -32.6 -30.2 81.2 -30.4 82.5 -31.5 64.6 -29.5 64.7 -30.0 66.1 -30.9 -37.7 58.2 -27.9 58.4 -28.6 59.9 -29.6 41.3 -37.0 53.3 -26.9 53.6 -27.7 55.0 -28.6 -26.2 38.5 -36.2 49.6 -25.5 50.0 -26.4 51.5 -27.6 -25.8 34.1 -34.4 49.3 -31.5 42.4 -24.3 43.7 -25.2 99 Bảng 3.41 Bảng kết ứng suất vị trí gối B có Mmin σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) Tính theo phương pháp Eff thay đổi theo tiết diện σb σt (Mpa) (Mpa) Sơ đồ -105.8 -8.0 -99.6 -31.8 -61.3 -13.8 -61.6 -13.3 -59.2 -15.2 Sơ đồ -97.0 -9.5 -91.5 -32.6 -61.0 -12.2 -61.0 -12.3 -57.6 -14.7 Sơ đồ -89.7 -10.3 -84.6 -32.3 -59.0 -9.7 -58.7 -10.2 -54.1 -13.5 Sơ đồ -86.8 -11.2 -82.1 -32.3 -59.6 -9.0 -59.2 -9.8 -54.6 -12.9 Sơ đồ -81.8 -12.2 -77.5 -31.9 -58.9 -6.9 -58.2 -8.1 -53.1 -11.7 Sơ đồ -78.3 -13.1 -74.5 -31.5 -59.2 -5.9 -58.4 -7.4 -53.5 -10.9 Sơ đồ -75.1 -13.6 -71.5 -31.0 -57.8 -4.2 -56.9 -5.8 -51.5 -9.9 Sơ đồ -70.2 -15.0 -67.4 -29.8 -58.3 -2.9 -57.4 -4.6 -52.9 -8.1 STT Không xét đến từ biến Xét đến từ biếnqua hệ số Eff=Ec/3 Tính theo phương pháp Eff=0.333Ec Sử dụng Midas civil σb σt (Mpa) (Mpa) Bảng 3.42 Bảng kết ứng suất vị trí nhịp có Mmax σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) σb (Mpa) σt (Mpa) Tính theo phương pháp Eff thay đổi theo tiết diện σb σt (Mpa) (Mpa) Sơ đồ 121.3 -32.9 124.2 -45.8 138.3 -31.1 138.1 -30.8 140.3 -32.7 Sơ đồ 108.9 -31.9 111.4 -43.9 119.4 -27.4 119.4 -27.4 122.8 -30.2 Sơ đồ 98.0 -31.0 100.3 -41.9 104.4 -23.7 104.7 -24.0 109.4 -28.1 Sơ đồ 93.1 -30.3 95.1 -40.5 97.1 -22.1 97.5 -22.5 102.2 -26.7 Sơ đồ 84.6 -29.3 86.4 -38.3 85.7 -19.0 86.3 -19.7 91.6 -24.7 Sơ đồ 78.9 -28.4 80.4 -36.5 78.1 -17.4 78.7 -18.1 83.9 -23.2 Sơ đồ 73.6 -27.8 75.0 -35.1 71.7 -15.2 72.5 -16.1 78.2 -22.0 Sơ đồ 65.0 -25.8 66.0 -34.4 61.5 -13.2 62.1 -14.0 67.0 -19.4 STT Không xét đến từ biến Xét đến từ biếnqua hệ số Eff=Ec/3 Tính theo phương pháp Eff=0.333Ec Sử dụng Midas civil σb (Mpa) σt (Mpa) 100 3.8 Khảo sát ảnh hưởng từ biến đến nội lực kết cấu cường độ bêtông thay đổi Do thời hạn có hạn nên phạm vi luận văn khảo sát ảnh hưởng từ biến dến nội lực kết cấu phần mềm Midas Civil Trình tự thi cơng mục 3.4.1 trình bày Sơ đồ kết cấu lựa chọn để khảo sát sơ đồ mục 3.1 3.8 Vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng cường độ bêtông đến ảnh hưởng thay đổi nội lực kết cấu từ biến co ngót thay đổi cường độ bêtông mặt cầu sau: Bảng 3.43 Bảng trường hợp cường độ bêtông f’c (Mpa) 30 40 50 60 Ec (Gpa) 27.69 31.96 35.75 39.16 3.8.2 Hệ số từ biến phát triển cường độ bêtông theo thời gian Hệ số từ biến phát triển cường độ bêtông theo thời gian lấy theo quy trình CEB-FIP Hình 3.18 Đường cong quy luật phát triển từ biến 101 Hình 3.19 Đường cong quy luật phát Hình 3.20 Đường cong quy luật phát triển cường độ bê tông f’c = 30Mpa triển cường độ bê tơng f’c = 40Mpa Hình 3.21 Đường cong quy luật phát Hình 3.22 Đường cong quy luật phát triển cường độ bê tông f’c = 50Mpa triển cường độ bê tông f’c = 60Mpa 3.8.3 Kết nội lực phân tích Hình 3.23 Biểu đồ mơmen thứ cấp từ biến gây giai đoạn Hình 3.24 Biểu đồ mômen thứ cấp từ biến gây giai đoạn 102 Hình 3.25 Biểu đồ mơmen thứ cấp từ biến gây giai đoạn Hình 3.26 Biểu đồ mơmen giai đoạn chưa xét đến từ biến Hình 3.27 Biểu đồ mơmen thứ cấp từ biến gây giai đoạn Hình 3.28 Biểu đồ mômen tổng cộng kết cấu xét đến từ biến Hình 3.29 Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtông mặt cầu vị trí nhịp biên giai đoạn 103 Hình 3.30 Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtông mặt cầu vị trí nhịp gối B giai đoạn Hình 3.31.Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtơng mặt cầu vị trí nhịp biên giai đoạn Hình 3.32 Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtơng mặt cầu vị trí nhịp gối B giai đoạn 104 Hình 3.33 Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtông mặt cầu vị trí nhịp biên giai đoạn Hình 3.34.Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtơng mặt cầu vị trí nhịp gối B giai đoạn Hình 3.35 Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtông mặt cầu vị trí nhịp biên giai đoạn Hình 3.36 Biểu đồ thay đổi mômen thứ cấp kết cấu tăng mác bêtông mặt cầu vị trí nhịp gối B giai đoạn 105 KẾT LUẬN Ngày nay, cơng trình cầu xây dựng với độ ngày lớn, việc tính tốn cần phải xem xét cách kỹ lưỡng yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử kết cấu Trong kết cấu siêu tĩnh, nội lực thứ cấp nguyên nhân từ biến, co ngót, nhiệt độ, chuyển vị gối tựa…gây kết cấu cần phải xem xét tính đến trình thiết kế Đặc biệt cầu nhịp lớn, ảnh hưởng nội lực thứ cấp đáng kể nên bỏ qua Trong luận văn nghiên cứu tính tốn số ví dụ ảnh hưởng từ biến đến phân bố nội lực ứng suất kết cấu cầu dầm liên tục TBTCTLH rút số kết luận sau: - Trong kết cấu cầu dầm liên tục TBTCTLH tác dụng từ biến làm phân phối lại ứng suất kết cấu mà cịn phát sinh thêm phản lực phụ kết cấu - Nội lực thứ cấp phát sinh kết cấu làm tăng mômen âm gối làm giảm dương nhịp - Khi chiều dài nhịp tăng lên ảnh hưởng từ biến đến nội lực ứng suất kết cấu tăng - Kết tính tốn theo hai phương pháp mơ đun đàn hồi có hiệu số phương pháp mô đun đàn hồi thay đổi theo tiết diện cho kết sai khác không lớn - Khi chiều dài nhịp nhỏ xác định nội lực phụ XiCR khơng cần phải lặp XiCR hội tụ nhanh Khi chiều dài lớn xác định XiCR cần phải tính lặp nhiều vòng giá trị XiCR hội tụ - Khi tăng mác bêtơng nội lực phụ phát sinh kết cấu giảm, ảnh hưởng từ biến đến nội lực kết cấu giảm 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 272-05 Nguyễn Bình Hà, Nguyễn Minh Hùng (2004), Cơ sở thiết kế ví dụ tính tốn cầu dầm cầu giàn thép, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Bình Hà (2008), Sự phân bố nội lực cầu dầm liên tục bê tông cốt thép liên hợp điều chỉnh nội lực, Tạp chí cầu đường, Hà Nội Nguyễn Như Khải, Nguyễn Bình Hà, Phạm Duy Hịa (2008), Cầu thép bêtông cốt thép liên hợp , Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Như Khải, Nguyễn Minh Hùng (1997), Cầu thép, Tủ sách sau đại học, Trường Đại Học Xây Dựng, Hà Nội Nguyễn Văn Oánh (2007), Ảnh hưởng từ biến kết cấu cầu dầm liên tục thi công phương pháp đúc hẫng, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học Xây dựng, Hà Nội Ngô Đăng Quang, Trần Trọng Linh, Bùi Cơng Độ, Nguyễn Trọng Nghĩa (2005), Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas Civil, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội GS.TS Lê Đình Tâm (2007), Cầu thép, Nhà xuất giao thông vận tải, Hà Nội Chu Quốc Toản (2004), Nghiên cứu ứng dụng vật liệu thép chất lượng cao bêtông chất lượng cao vào kết cấu liên hợp cầu đường ôtô, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội 10.TS Nguyễn Xuân Toản, Ths Nguyễn Văn Mỹ (2010), Thiết kế cầu thép, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội