Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ địa phương trong thiết kế các công trình cầu nhỏ tại Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG Ni

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY L

TRAN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VAT LIEU GO DIA PHƯƠNG TRONG THIET KE CÔNG TRÌNH CÀU NHỎ TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRAN TRUNG HIẾU

NGHIEN CỨU SỬ DUNG VAT LIEU GO DIA PHƯƠNG TRONG THIET KE CONG TRINH CAU NHO TAI VIET NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã sổ: 858.02.05

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC 1 TS TRAN VAN ĐĂNG 2, TS, LƯƠNG MINH CHÍNH.

HÀ NỘI, NAM 2021

LỜI CAM ĐOAN

“ác giả xin cam đoan day là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu va các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép tir bắt ky một nguồn nào và dưới bat ky hình thức nào Vige tham khảo các nguồn tai liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tải liệu tham khảo đúng quy định.

TácLuận vănciel

‘Trin Trung Hiểu

LỜI CÁMƠN

Đề tài luận văn Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ địa phương trong thiết kế các công trình cầu nhỏ tại Việt Nam” được thực hiện đưới sự hướng dẫn của TS Trin Văn

Đăng và TS Lương Minh Chính, Bộ Môn Công trình Giao thông, Trường Đại Học

“Thủy Lợi Nghiên cửu này được tải trợ bởi Quy Phát triển khoa học và công nghệ CQuốc gia (NAFOSTED) trong dé ti ma số 107.01-2019

Trước hết, tôi chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học va Công nghệ Quốc gia đã

tải trợ kinh phi phục vụ các thí nghiệm nghiên cứu trong luận văn.

Tôi xin bảy tô ling biết ơn sâu sắc đến TS Trần Văn Ding và TS Lương Minh Chính người đã dành rit nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám higu, Thay Cô Khoa Công Trình, và

ngành Kỹ thuật xây dựng công trình Giao thông, Phòng Quản lý khoa học và Đảo tạoSau đại học, Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quátrình học tập và nghiên cứu.

“Tôi xin cảm ơn tắt cả những đồng nghiệp, những người bạn cùng khóa dio tạo thạc sĩ,

đã cho tôi sự trợ giúp trong việc có được các thông tin và dữ liệu liên quan đến nghiên

“Cuối cùng, tôi xin biết ơn gia đình, những người đã luôn ở bênh cạnh, ủng hộ và giúp

khóa dio tạo.đỡ tôi trong suốt thời gian thực

Mặc dù tôi đã có nhiều cổ gắng để hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tinh va

căng lục của mình, tuy nhiên khó tránh khói những sai sót Vì vậy, tôi rất mong nhận

được sự góp ý, chỉ bảo của quý thay cô, bạn bê, đồng nghiệp, đó sẽ là những góp ý quý

giá để tôi có thể hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu vả công tác sau này.

“Tôi xin chân thành cảm on!

MỤC LỤC

ĐANH MỤC HÌNH ANH v

DANH MỤC BANG BIEU wii

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT vil PHAN MO DAU 1 CHUONG | TONG QUAN VE GO VA THIET KE CÂU GO 4

1.2 Thực trang áp dụng vật liệu gỗ tong công tinh cầu trên thể giới và tại Việt

Nam và trên thể giới 5143 Vật liệu gỗ 6

1.3.1 Hình thất học và edu trúc vi mô của gỗ 613.2 Nhóm gỗ 51.33 Tỉnh chit eo lý-học của gỗ 9

1.3.4 Mô hình ứng xử cơ học của gỗ in

1.4 Kết cấu gỗ liên hợp nhiều lớp ¬ vs 14

1.4.1 Khái niệm kết edu dim rổ liên hợp nhiễu lớp 4

1.42 Phân loại dim gỗ liên hợp nhiều lớp 15

L5 Kết cấu liên hợp gỗ -bé tong 161.5.1 Tổng quan về kết cấu liên hợp sỗ - bê tong, 16

1.5.2 Các nghiên cứu mới về kết cầu gỗ- be tông và công trnh thực to d® chuỗn Euroeode-5 20

1.7 Thiết kế công trình cầu theo ti chuẳn Eurocode 21

CHUONG 2 NGHIÊN CUU THUC NGHIEM DAM GO BIA PHƯƠNG 25

2.1, Chế tạo mẫu dim thí nghiệm vs - vs 25

2.3 Kết qua thí nghiệm 27 CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH CAU GO 33

3.1 Mediu 333.2 Các mô hình vật liệu áp dụng và so sánh với thực nghiệm 3

3.2.1 Mô hình đàn hồi- dẻo theo tiêu chuẩn Hill cho vật liệu gỗ ° 33

3.2.2 Mô hình din hồi ~ déo Concrete Damage Plasticity Model (CDPM) cho vật

liệu bể tông 36

3.3 Mô hình cầu liên hop gỗ- bé tong 43.3.1 Xây đựng mô hình cầu gỗ liên hợp 4

3.3.2 Đặc tính cơ học của vật liệu sử dụng, AT

3.3.3 Tải trong tác dụng " ° 48

3.34 Phân ích mô hình s0

3⁄4 Kiểm tra ứng suất của tiết diện dim gỗ liên hợp theo Eurocode 42

3⁄5 Kếthận 39

KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ 60

TAI LIEU THAM KHẢO 62

Hình 1.3 Dim vòm kích thước lớn dạng liên hợp gỗ, sử dung keo din 5

inh 1.4 Mộng liên kết răng cưa đối đầu 667

Hình 1.5 Thân cây gỗ lá kim và cây gỗ lá bản,Hình 1.6 Mô ta cấu trúc gỗ lá kim,

Hình 1.7 Mô ta cấu trúc gỗ lá bản

Hình 1.8 Cấu tạo chung các lớp của tế bào gỗ.

Hình 1.9 Ba mặt cắt đặc trưng 2

Hình 1.10 Dim iên hợp gỗ nhiều lớp bằng keo din (GLT) 15

Hình 1.11 Dạng kết cấu liên hợp gỗ -bê tông điển hình 17Hình 1.12 Các thí nghiệm dm liên hop gỗ nguyên cây với bể ông với các dang liên

kết chống cắt khác nhau của Carlos Martins et al,[21] 18 Hình 1.13 Mô hình phan tử hữu hạn 3D cho liên kết chốt của két cấu gỗ- bê tông : (a)

thí nghiệm ; (b) mô bình số [6] 19

Hình 1.14 Chỉ tiết cấu tạo cầu Resgia, Thụy Sĩ 19

Hình 1.16 Mô hình tải trong xe tải tandem cho kiểm tra cục bộ : 2

Hình 1.17 Bồ trí tải trong cho mô hình 2 : : 23

trí thí nghiệm uốn 4 điểm 26Hình 2.3 Thí nghiệm uốn 4 diém vả vị trí các cảm biển lực, chuyển vị 26

Hình 2.4 Phá hoại dim gỗ (phan 1) 27 Hình 2.5 Phá hoại của dim gỗ (phần 2 : 28

Hình 2.6 Đường cong Lực-Chuyển vị giữa nhịp của các dầm gỗ 29Hình 2.7 Đường cong Lye- Chuyên vi giữa nhịp của các dim gỗ xoan, 29

Hình 2.8 Dường cong Lye-Chuyén vị giữa nhịp của các dim gỗ mỡ Mô dun din hội

Ea và cường độ uốn fy của dằm được xác định lần lượt theo các công thức sau:.30

Hình 2.9 Vị trí các điểm tính toán trên đường cong Lực- Chuyển vị giữa nhịp I

Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm uốn 4 điểm theo tiêu chun EN 408 [26] 3

Hình 3.3 Điều kiện biên của mồ hình số 3sHình 3.4 Kết quả phân bổ ứng suất của mô hình phần tư hữu hạn 35

Hình 3.5 So sinh đường cong Lực/Chuyển vị gta mô bình số và thực nghiệm- dim gỗ

Hình 3.6 Thí nghiệm uốn 3 điểm mẫu dim bê tông 100x100x400 mm +?

Hình 3.7 Đường cong thực nghiệm Lye/chuyén vj của các dim bê tông 37

Hình 3.8 Dường cong ứng suit-bién dang của bê tông: (a) ứng xử kéo: (b) - ứng xử

nên 3Hình 3.9 Ứng xử cơ học phá hoại nền, kéo của bê tông 40

Hình 3.10 Mô hình 3d mẫu bê tông thí nghiệm (Abaqus) 40

Hình 3.11 Điều kiện biên áp dụng cho mô hình 3d — bê tông AL Hình 3.12 Phân bố ứng suất trong mô hình tính toán của mẫu bê tông - AL Hình 3.13 So sinh giữa đường cong cia mô hình số và thực nghiệm 4

Hình 3.14 Mô hình tổng thể cau liên hợp gỗ bê tông, 43Hình 3.15 Mặt cất ngang cu liên hợp gỗ- bê tổng 44

Hình 3.16 Cốt thép bản mặt cầu — ct liên hợp gỗ- bê tông 44 Hình 3.17 Bỏ chi thanh chỗt chống cắt, liên kết dim gỗ và bản mặt cầu 45 Hình 3.18 Phin ti C3DSR áp dụng cho bản mặt cằu và các phiém dằm gỗ 46 Hình 3.19 Phin tr T3D2 áp dụng cho thép bản mat cầu va các thanh chốt chẳng cát 46 Hình 3.20 Tải trọng xe hai trục phân bố trên các diện tích bánh xe 0,4x0,4mˆ 4gHình 3.21 Tải trọng làn phn xe chạy 9 kN/mẺ 49

Hình 3.22 Tải trọng bộ hành SkN/mẺ nàn nàn 49

Hình 3.23 Tải trong bản thân kết cầu số

Hình 3.24 Phân bổ ứng suất trên toàn bộ phần tir của mô hình ci si

Hình 3.25 Phân bổ chuyển vi trên toàn bộ cầu, 32

Hình 3.26 Đường cong F-u của độ trượt tong lin ket 33

Hình 3.27 Vj trí trục trung hòa của tiết diện liên hợp gỗ- bê tông 53 Hình 3.28 Bé rộng bản cánh hữu higu - 55 Hình 3.29 Phân bổ ứng su trên mặt cit Lign hợp 37

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Đặc tinh co lý của một số loại g thông dung (* ở độ âm H=12%) [21 )Bảng 1.2 Phân loại sổ theo cường độ chịu uốn [6] 10

Băng 1.3 Quan hệ giữa các đại lượng đàn hồi của gỗ và chi số cơ học [5] 10 Băng 1.4 Bảng phan loại dim liên hợp gỗ nhiều lớp đồng nhất (đơn vị cường độ, mô dun: Nimm?; đơn vị khối lượng riêng: kg/m") 15 Bang 1.5 Thông số kỹ thuật cầu Resgia (Thụy si) 20

Bảng 1.6 Giá trị giới hạn của độ võng dầm [7-8] 21

Bang 1.7 Số làn xe và bé rộng một làn xe theo tiêu chuẩn Eurocode : 21

Bảng 1.8 Giá tị tải trong xe tải Tandem 2Bang 1.9 Tổ hợp tai trong cầu bộ hành 24

Bang 2.1 Kết qua tinh toán cường độ và mô dun đàn hai của gỗ Thông 31

Bang 2.2 Kết qua tinh toán cường độ và mô dun đàn hồi của gỗ Xoan 31

Bang 2.3 Kết qua tinh toán cường độ và mô dun đàn hồi của gỗ Mỡ, 32 Bang 2.4 Giá trị cường độ nén, kéo dọc thé của các loại gỗ (Đơn vị: MP4) 32

Bảng 3.1 Các chỉ số cơ học din hdi- déo của gỗ, 47

Bang 3.2 Các chỉ số déo của bê tông 48

Bảng 3.3 Giá tị mô dun trượt Kser (N/mm) của các dang liên kết cho gỗ với g6[11] 54

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT

GL Glued Laminated TimberTTGHCD ‘Trang thái giới han cường độ.

TTGHSD ‘Trang thai giới han sử dung

PHAN MỞ DAU

1 Tính cắp thiết của 4 ti

Kết cấu gỗ được sử dựng trong cúc công trình dân dụng, tin ngưỡng từ nhiều thể kỉ trước Các kết cầu này được tim thấy ở những ngôi nhà cổ hay nhưng ngôi đình, chữa ở các địa phương Do tính hạn chế của vật liệu gỗ khi sử dụng ngoài trời, cùng với

kích thước giới han của thân cây gỗ, mà vật liệu gỗ ngày cảng ít được sử dụng và dinbị thay thé bởi các vật liệu nhân tạo như bê tông, thép Vai trồ của vật liệu gỗ bị mai

một, điều này gây ra tác động tiêu cục về ý thức duy tỉ nguồn gỗ, nó thé hiện bằng

việc khai thác rừng quá mức so với việc tring rừng.

"Ngày nay các nước tiên tiến đã bắt đầu quan tâm và phát triển mạnh kết cầu và vật liệu gỗ trong xây dựng công trình, nhằm thay thé một phần sự phụ thuộc vào các vật liệu

hóa thạch (đó, thép), đây là ngu tải nguyên không thé phục hồi Trong khi đó, gỗ là

nguồn ti nguyên ti sinh, việc trồng rừng tạo ra môi trường xanh, cũng với chế tải

khai thác gỗ hợp lý, điều này giúp duy trì một môi trường xanh Hơn nữa các công,

trình xây đựng bằng gỗ có mức khí thải thấp hơn nhiễu lẫn so với các công tỉnh thép hay bê tng, Bidu đó gp phần chống biến đổi khí hậu ích cực.

Bài toán khó đặt ra cho các nhà khoa học, đó là làm sao áp dụng được vật liệu gỗ rong.

các công trình xây dựng mà kết cấu đôi hỏi khả năng chịu tải và vượt nhịp lớn Các

nghiên cứu trong các thập niên gin đây đã đạt được những thành tích đáng kể Kết cầu sỗ hiện đại có thể vượt được nhịp đến 60m, đó là kết cầu gỗ iên hợp din nhiều th

n hợp,

phát huy tối đa tinh năng của từng loại vật liệu Công nghệ xử lý gỗ được phát triển

Mặt khác gỗ được kết hợp với cúc vậtliệu khác như bê tổng, ạo ra kết cấu

giúp tăng khả năng áp dụng gỗ ở điều kiện ngoài trời Các nghiên cứu này chứng minh

ring kết cấu gổ hoàn toân đáp ứng các yêu cầu của công trình hiện đại

“Trong bỗi cảnh này, vt liệu và kết cấu gỗ cũng cần phải được quan tâm tới trong các

công trình xây dựng tại Việt Nam Hiện nay, thị trường gỗ tại Việt Nam mới chỉ chú

trọng tới các sản phẩm nội thất (bàn, ghê, tú , mã rất it được sử dụng trong các công

trình xây đựng.

“rong lĩnh vực công tình giao thông, kết ấu gỗ đã được sử dung cho xây dựng cầu

nhịp lớn và các cầu nhỏ đảnh cho người đi bộ, Tại Việt Nam, nhiều địa phương có sẵn

vật liệu gỗ tại chỗ, tuy nhiên các công trình cầu bằng gỗ cỏn rất hạn chế.

“Xuất phát từ các vẫn đề đồ cũng với sự đồng ý của khoa Công trình, Trường Đại hoe Thủy Lợi, cũng như sự giúp đỡ và định bướng của Thầy TS Trin Văn Đăng, thầy TS,

Lương Minh Chính, học viên đã lựa chọn luận văn: “Nghiên cứu sử dụng vật liệu gỗ

địa phương trong thiết kế các công trinh cầu nhỏ tại Việt Nam” 2 Mục đích của Đề tai

'Nghiên cứu nay nhằm đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu gỗ trong các công trình cầu nhỏ, như là cầu gỗ đành cho người đi bộ và cầu liên hợp gỗ- bê tông cho xe cơ

3 Đi tượng và phạm vi nghiên cứu

Cie đối trợng nghiên cứu bao gồm + Vitliệuvàkếtcấu gỗ

+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu Eurocode.

Pham vi nghiên cứu là các công trình cầu nhỏ có nhịp dưới 10m va rộng không quá

4, Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu,

Nghiên cứu dựa trên các kết quả đã đạt được từ các công tình khoa học đã công bổ về vã Hiệu và kết ấu gỗ, để xuất các giải pháp thiết kế cầu phi hợp với năng lực chế tạo

cũng như điều kiện địa phương cho phép.

Sử dụng các tiêu chuẩn tinh toán mới như là Eurocode.

Sử dụng các phần mễm tính toán nâng cao theo phương pháp phần tử hữu hạn như là

phần mềm ABAQUS.

5 Cấu trúc luận

(Cu trú của luận văn bao gm:

Phin mở đâu.

“Chương 1: Tổng quan về kết cầu gỗ và thiết kể cầu gỗ

“Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm dim gỗ địa phương

Chương 3: Mô hình cầu Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHUONG1 TÔNG QUAN VE GO VÀ THIET KE CAU GO

11 Lich sử công trình cầu gỗ

G6 đã được sử dụng từ thời kỳ đồ đá mới cho vượt sông Người ta ước tính rằng các khúc gỗ được dit bằng phẳng và được phủ bằng sin ở đô 17.000 năm trước đã tạo

thành những cây cầu đầu tiên ở gỗ, tuy nhiên nhịp được giới hạn ở khoảng mười mét.

Cie cây cầu nhịp ngắn để vượt qua một nhành sông Nile cách đây 2000 đến 3000 năm 4 được ghỉ chếp trong các ti liệu của Herodotus Một cây cầu được hoàn thành ở Babylon vào năm 783 trước Công nguyên được tim thấy trong tải liệu chỉ tiết nhất

Nổi chung, trong thời cổ ại, tiến bộ kỹ thuật trong sử đụng kết cầu gỗ là do đông tau,

đặc biệt là của người Ai Cập , người Hy Lạp Quân đội của các để chế lục địa sử dụngxà lan nỗi lim giá đỡ trung gian Chúng ta có thịtrích dẫn cây cầu Darius trên co biển,Bosphorus thé kỷ thứ 6 trước Công nguyên.

Người La Mã đã phát triển các cấu trúc mới phúc tạp hơn với các cụm, đặc biệt là cầunang, dim và vòm Trong số, chúng ta có thé tích dẫn cây cầu Trajan trên sôngDannbecó niên đại từ 103 và vượt qua 1.100m mỗi nhịp 35m:

6 châu A, có những cây cầu thuyền và nhiều các loi cẩu có dỗ: , chân hoặc vom, cũng như của những giao cất bằng cầu treo đến diy leo Ở đảo Java, kỹ thuật cầu treo có niên đại từ thời cỗ đại Kỹ thuật của mồ trụ búa cũng được phát triển ở châu A,

ực trạ ung vật liệu gỗ trong công trình cầu trên thé giới va tại

'Việt Nam và trên thé giới

Kết cầu gỗ thực sự phát triển vượt bậc trong giai đoạn chiến tranh thé giới thứ 2

(1939-1945) Do yêu cầu chế tạo các cây cầu tạm, phục vụ vận chuyển hằng hóa, vật liệu gỗ

được uu tiên do mang tính địa phương, dễ tim và có sẵn Rat nhiều kỹ thuật tin tiến

trong chế tạo kết cầu gỗ được phát minh, trong đó phải kể đến là kết cấu liên hợp gỗ

nhiều lớp, liên kết bằng keo dán Loại kế

các kết cấu gỗ, vốn di bị hạn chế bởi kích thước của thân cây gỗ tự nl

day giới thiệu kết cầu gỗ liên hop nhiều lớp, sử dụng keo dán.

'Ngày nay các dim có nhịp đến 60 m đã được chế tạo và sử dụng cho các công trình nhịp lớn, như công trình cầu trong giao thông Các dạng dim vom được ưu tiên nhằm tạo dạng kết cấu phù hợp sơ đỗ chịu lực của công trình nhịp lớn.

"Hình 1.3 Dim vòm kích thước lớn dạng liên hợp gỗ, sử dụng keo dán

"Ngoài ra kết cầu gỗ ghép còn giúp loại bat những khuyết tật có sẵn của cây gỗ bằng kỹ thuật ghép mộng răng cưa đối đầu (Hình 1-4)

wy VW

ty &inh 1.4 Mộng lên kết răng cưa đối đầu

Hiện nay kết cầu gỗ dang dẫn có mat trong các công trình ở Việt Nam, tuy nhiên, ắt ít

xuất hiện trong các công tình nhịp lớn, như công trình cầu Các nghiên cứu về Sỗ còn ric hạn ch và chưa có một hướng rõ rằng

13 Vitligu gỗ

Gỗ được chia lâm hai loại: gỗ lá kim thuộc họ cây hạt tần, tên khoa học Hà học và cấu trú vi mổ ci

gymnospermes và gỗ lá bản thuộc họ cây hạt kín, có tên khoa học là angiospermes.

lá kim phổ biến như là gỗ thông, gỗ từng, gỗ xoan và các loại gỗ lá bản

Mô đứng

mot tia

Hình 1.6 Mô tả cấu trúc gỗ lá kim [7]

Gi lá kim được cấu tạo từ các mạch, có hình dạng tổ ong giống nhau Nó gp truyền nhựa trong thân cây và nuôi cây phát triển Ngoài ra các mạch này giúp hình thành cấu

trúc thân cây, và đứng vững

G6 lá bản bao gồm tử rất nhiều loại tế bảo có hình dang thay

với gỗ lá kim (Hình L7)

TẾ bào gỗ rit khác nhau Từ ngoài vào rong bao gdm vách đầu tiền và vá

_Vách thứ 2 chia làm ba lớp, Lớp đầu tiên ngoài cùng SI là các vi thé, ngh ng góc 60°

đến 80° so với với thớ dọc, Lớp giữa S2 gm cúc vi thứ xếp đặc, có góc nghiêng từ 5° «én 30° so với thé doc Chiều diy của lớp này chiếm đến 85% chiều dây của toàn bộ

vách thứ 2, Thé Sở có vai trd quyết định ứng xửeơ lý của loại sổ Thớ trong cing S3

site chịu lực cao và độ déo dai lớn

—_ Nhóm IV: Nhóm gỗ có thé mịn, tương đối bền, dễ gia công chế biển.

—_ Nhóm V: Nhóm gỗ trung bình, có ty trọng trung bình, dùng rộng rãi trong xây

—_ Nhóm VI: Nhóm gỗ nhẹ, sức chịu lực rất kém, khả năng bị mồi mot cao.

13.3 Tính chất cơ -học của gỗ

“Gỗ là vật liệu tự nhiên, các tính chất cơ lý học của gỗ phụ thuộc vào loại gỗ, khối

lượng riêng, độ âm và môi trường sống của gỗ Bảng 1.1 mô tả một số đặc tính cơ lý

của các loại g thông dung.

Bang 1.1 Đặc tính cơ lý của một số loại gỗ thông dụng (* ở độ ẩm H=12%) [2]

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1072:1971 [3] phân loại gỗ địa phương theo tính chất eo

lý của từng loại gỗ Tuy nhiên tiêu chuẩn đã được thực hiện từ năm 1971, và chưa

được cập nhật mới Ngoài ra, hai tiêu chuẩn mới TCVN 8164: 2015 [4], TCVN 8574: 2010 [5] đã được thiết lập cho phân hạng kết cầu gỗ theo độ bền Tiêu chuẩn Châu Âu

EN 338 [6] phân loại gỗ lá kim thành 12 loại từ C14 đến CSO tương ứng với cường độ.

chịu uốn tương ứng từ L4MIPa đến SOMPa, Gỗ lá bản được phân loại từ DIS đến D70) tương ứng với cường độ chịu tốn từ 18 MPa đến 70 MPa (Bảng 1.2)

Bang 1.2 Phân loại gỗ theo cường độ chịu uốn [6]

EE Teta] ers J cts | can | cay | cai ear] cso | cas cáo [cas] eso]

Trong đó

~_ H: Độ Âm của gỗ

= po: Khôi lượng riêng của gỗ ứng với độ ẩm 12%

p: Khối lượng riêng của gỗ ứng với độ âm thực tếSi: M dun đàn hồi trong mặt phẳng ij ( j= 1 + 6)

— E: M6 dun din hồi đạc thứ —_ G:Mô dun din hồi trượt

= R:Phuomg sai—_ B: Hệ số không đối

Guitard 1987 [7] đưa ra mối quan hệ giữa các đại lượng đàn hồi của gỗ và chỉ số cơ

học của n6 (Bang 1.3) Nghiên cứu được thực hiện rên các loại gỗ lá kim có trọng

lượng riêng trung bình là 450 kg/m? và các loại gỗ lá bản có trọng lượng riêng trungbình là 650 kg/m’,

134 Mô hình ứng xứ cơ học của gỗ

Ứng xử cơ học của gỗ phụ thuộc vio thé kim việc của gỗ, do gỗ là một vật liệu đa hướng Ngoài ra các yếu tổ như độ dm, nhiệt độ, tải trọng tác động cũng ảnh hưởng

đến tính chit co học của gỗ Ứng xử cơ học của gỗ rit phức tạp, có thể giả thiết dưới

các dang mô hình như : dn hi, dẻo, din nhớt, cơ học hắp thu.

Ứng xử cơ học của gỗ được xem xét ở ba mặt cắt đặc trưng (Hình 1.9) Mặt cắt hướng tâm (LR) là mặt phẳng cit qua lõi cây.

~_ Mặt cắt ngang (RT) là mặt phẳng vuông góc với thân cây

—_ Mặt cắt tiếp tuyển (LT) là mặt phẳng song song và không cùng tvới trục của

cây gỗ,

“Trong đó các kí hiệu L thể hiện trục dọc thớ, R là trục hưởng tâm và T là trục tiếp

tuyển,

Hình 1.9 Ba mặt cắt đặc trưng.

“Thân cây gỗ được lý tưởng hóa bởi hệ trục tọa độ tổng thé (0,¢1,¢2,¢3), trong đó c3 là trục của thân cây gỗ Mỗi điểm P nằm trong hệ tọa độ cực địa phương (P.cr.e0.cz), có tọa độ (1, 0,7).

OPeredebrezAer

“Trong đó P` là hình chiều của P trong mặt phẳng (O, el, e2)

Ứng xử cơ học din tuyển tinh của một môi trường liên tue thể hiện mỗi quan hệ ng uất và biển dạng, được mô t bởi định luật Hook

giữa các thành phần.

(1-5) “Trong đồ 2:2 lẫn lượt li ten-xo ứng suất va ten-xo biển dang

GuiSw lần lượt là ten-xơ bậc bổn của mô đun đàn hồi và mô đun mềm.

Đôi với vật liệu gỗ C,„2Š¿, phụ thuộc vào tính tự nhiên của vật liệ cũng như nhiệt độvà độ âm

"Để đơn giản trong kí hiệu, các đại lượng din hỏi được đặt như sau

—_ Đối với biển dạng:

‘Ung xử cơ học din hai tuyến tinh của gỗ được viết đưới dang sau:

Yon Ye, Ye,

MỸ Ky “ k i

eel J2: (1-10)

Per, 9 For.

“Trong đó: Ey;E,;E, :mô dun Young theo true R; T; GniGuiGor “Mô đun trượt.

YaŠ 4È ye số Poisson

“Gỗ đạt trang thi chảy do ngay khi ứng suất đạt gi tr tới hạn , hay được gọi là giới

han đàn hồi, được thể hiện qua tiêu chuẩn chây déo fp

f, =||~(R+ø,) ay

Be) tp

“Trong đó || là giá tri chuẫn của en-xơ ứng suất; R là ứng suất cứng nguội đẳng hướng; AA là biến dạng đo tích lay; Q và b là các chỉ sổ của cứng nguôi đẳng hướng Ứng xử chảy déo da hướng của gỗ được xác định bởi tiêu chuẩn bậc 2 của Hill [8] (Che chỉ số của tiêu chuỗn Hill được ình bảy chỉ ễt trong phần chương 3 (Mô hình

cầu gỗ).

14 Kết cấu gỗ liên hợp nhiều lớp

Ngày nay, kết cfu cỗ liên hợp (Glued Laminated Timber (GLT)), được sử đụng rồng

rãi rong các công trình xây dựng tại nhiễu quốc gia, do có được những aru thể vượt trội so với gỗ nguyên khối, cả về khả năng chịu tải và mức độ thích nghỉ với môi

Phin này giới thiệu những khái niệm chung về kết edu GLT, phân loại kết cầu GLT

theo tiêu chuẩn Eurocode 5 và những áp dụng của kết cấu GLT trong công trình cầu.

1.41 Khái niệm kết cấu dầm gỗ liền hợp nhiều lop

Dam GLT là một kết cấu gồm nhiều lớp gỗ được din ching lên nhau bằng keo Mỗi lớp gỗ lại là một tổ hop nhiều tắm gỗ có kích thước ngắn hơn được ghép dán đối đầu

với nhau bằng mộng răng lược (finger joint) Độ diy của mỗi phiến gỗ tối da là 45mm.

a dai dầm GLT có thé đạt tới 40m, chiều cao dầm có thé đạt 2,5m và chiều rộng.

nhỏ nhất phải đạt 1/10 chiều cao có thể được chế to dưới dạng dim thẳng hoặc dầm cong.

¬. Hình 1.10 Dim liên hợp gỗ nhiều lớp bằng keo dán (GLT)

Dim GLT đã được chuẩn hỏa bằng bộ tiêu chuẩn ENI400 [9], nhằm phục vụ tính toán, thiết kế, Song song với đó, rt nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm phát triển loại kết cấu này

1.42 Phân loại dim gỗ liên hợp nhiễu lip

Dim liên hợp gỗ nhiều p én, sử dụng các lớp gỗ cùng loại, có cường độ tương đương,

được phân thành 7 lại dầm như trong bằng sau [9]

Bảng 14 Bang phân loại dim liên hop gỗ nhiều lớp đồng nhất (don vị cường độ, mô

đun: Nim’; đơn vị khối lượng riêng: kg/m’)

Trong đó

= GL:cấp gỗ

fingxi Cường độ chịu uốn

—_ Eour Cưông độ chị nên đọc thớ

= fea: Cường độ chịu nền ngang thứ= fac Cường độ chịu cất

~ Enya? Mô đơn din hồi đọc thớt = ma: MO dan dn hồi ngang thứ = Gmes: Mô dun đàn hồi trượt

15 Kết cấu liên hợp gỗ - bê tông.

1.5.1 Ting quan về kết cầu liên hợp gỗ be tông

Kết cầu liên hợp gỗ- bê tông đã được phát minh cách đây khoảng gần 100 năm Các

kết cấu dạng sin đã được sử dụng cho các công trình din dụng và công trình cầu giao thông Một trong các dự án đầu tiên được thực hiện bởi MeCoullough năm 1943, Ông đã thực hiện các thí nghiệm, gọi là «Oregon tests» trên các dim liên hợp gỗ- bê tông

trong dự ân giảm chỉ phí các công trình cầu nhịp ngắn của Sở đường bộ Oregon (Mỹ).

“Tại châu âu, dang kết cầu này đã được phát triển khi cải tạo lại các công trình sử dụng kết cất sổ, hoặc trong các công trình làm mới Một rong các dự án nỗi bật nhất đượcthực hiện bởi Naterer năm 1996 [1], rong đó ông sử dụng một hệ thống các tắm đình

liên kết cho các sả liên hợp của ede công trình nhà nhiều tn Hướng nghiên cứu lớn

nhất được tập trung vào cúc dạng của liên kết chống cắt, được sử dụng cùng với bê tông thông thường và dằm gỗ nhiều thớ dán hoặc dầm nguyên khối Tuy nhiên khá ít

nghiên cứu thực hiện theo hướng vật liệu khác nhau.

Dang phổ én nhất của kết cấu gỗ- bê tông đó là bản bê tông được ngàm vào phần dinh của dim gỗ với các liên kết chống cắt nhỗ (Hình 1.11) Trong kết cẩu sn hợp,

bản bê tông chịu nén, dim gỗ chịu kéo, uốn, và liên kết chẳng cắt chịu lực cất trượt

giữa hai hành phần bản b tông và dim gỗ.

ân bê tông Liên kết chống cắt

Hình 1.11 Dang kết cầu liên hợp gỗ -bé tông điển hình.

Un điểm vượt trội của loại kết cấu này khi so sánh với kết cầu gỗ thông thường đồ là cường độ chịu tải và độ cứng Nó giúp giảm độ võng khi chịu tải, cái thiện khả năng

giảm tiếng dn và chịu lửa Tải trọng bản thân của kết cầu có thể giảm tới 50% khi so

sánh với kết cầu bể tông cốt thép

Li kết chống cit la một chỉ sổ quan trong, nỗ ảnh hưởng lớn tới sức kháng tổng t

của dim Do đó liên kết cin được thiết kế đủ cứng và đủ khỏe để tối wu khả năng liên

hợp Độ trượt giữa bản bê tông và dim gỗ ảnh hưởng lớn tới ứng xử cơ học của kết

cấu liên hợp

(Che chi din tinh toán cho lign kết chống cắt được quy định trong tiêu chuẩn Eurocode 5 phin 1-1 (EN 1995-1-1:2004) [11] Các chỉ đẫnthit kể cho kết cầu liên hợp

tông được tình bảy trong Euroeode 5 phần 2 (EN 1995-1-2:2004) [12]

Mặc đủ có rit nhiều nu điểm, song việc sử dụng bé tổng tươi cũng cỏ nhưng hạn chế

như sau

= Ảnh hưởng do co ngót trong quá trình đông cứng của bề tông và hiện tượng từ biến. trong bê tông cũng gây ra các biển dạng cục bộ và bit lợi cho dim.

= Các công tác bê tông cũng làm tăng thời gian thi công và giá thành công trình.

— Tim cáchly giữa bề tổng và phần dim gỗ nhằm ngăn sự xâm nhập hơi im vào gỗ,

cũng làm giảm liên kết giữa gỗ và bê tông.

1.32 Các nghiên cứu mới về kết cầu gỗ: bê tông và công trinh thực tế

Một số lượng đồ sộ cúc nghiên cứu tập trung vào phân tích thực nghiệm ứng xử của

liên kết chống cắt, nhằm đánh giá sự làm việc của các loại khác nhau, cuối cùng tối ưu va phát iển sire kháng tổng thể của dm liên hợp qua thiết kế hợp lý iền kết chốngcất

Hình 1.12 Các thí nghiệm dim liên hợp gỗ nguyên cây với bê tông với các dạng liên

Xết chống cất khác nhau của Carlos Martins etaL[21]

Hình 1.12 thể hiện các thí nghiệm của Carlos Martins cũng các cộng sự v8 ảnh hưởng sửa liên kết chống cắt tới sức kháng tổng thể của dim liên hợp, Trong đó liên kết dạng chốt cho site kháng uốn lớn nhất (13,2MP:), liên kết định vit và thanh xiên cho sức kháng như nhau (12,1 MPa),

Một số nghiên cửu hướng tối sử dụng cúc vật liệu gia cường như lưới sợi thủy tỉnh

nhằm tăng cường khả năng chịu kéo khi uốn của dim gỗ, tr dé nâng cao sức kháng

tổng thé của dim liên hợp [IS]

Song song với các hướng nghiên cứu thực nghiệm ki hướng nghiên cứu theo phương,

pháp số Các mô hình số phần tử hữu hạn được xây dung nhằm dự báo ứng xử cục bộ

vả tổng thể của kết cấu A, Dias [16] vi các cộng sự đã xây dựng thành công mô hình

3D cổ thé dự bảo ứng xử của liên kết chốt cho kết cu liên hợp gỗ - bê tông (Hình biệt là công trình cầu Trường hợp sau đây là một ví dụ Cầu Resgia (Thụy Sỹ là cầu

ấu liên hợp gỗ- bê tông đã được áp dụng rộng rai trong các

liên hợp gỗ - bê tông sử dụng bản mặt cầu bê tông, chịu phần tải trọng nén, Nhịp chính cấu tạo dạng dim vòm, kết hợp với các chỉ tiết dim dọc, dim ngang và cột chống gỗ Yeu cầu chiều dày tối thiếu của bản mặt cầu bé tông phải không nhỏ hơn 22 em Tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng giới han là 5,

Liên kết giữa ban mặt cầu và kết cầu dim gỗ bằng các chỉ tết thép góc hoặc trực tiếp

với thép cốt chị lực trong bản mặt cầu.

Bang 1.5 Thông số kỹ thuật cầu Resgia (Thuy si)

sn công trình Cầu vượt sông Resgia (Thụy Sp)

Lớp chế tạo trước diy (em) | 6

Lớp dé tại chỗ day (em) |16

15.3 Thiết kể kết cu liên hợp gỗ: bê tông theo tiêu chuẩn Eurocode-5

“Theo tiêu chuẩn Burocode-5 [11-12], thiết kế kết cấu liên hợp gỗ- bê tông cần phải

thỏa man bai trang thái, trạng thái giới hạn cường độ TTGHCDva trạng thải giới hạn

sử dụng TTGHSD dưới tác dụng của tải trọng ngắn hạn và dai hạn, TTGHCD là đánh

giá ứng suất giới hạn của các vật liệu cầu thành kết cấu liên hợp như gỗ, bê tông và

liên kết kháng cắt TTGHSD là kiểm tra độ võng cho phép.

Eurocode-5 phần I [11], đưa m một phương pháp đơn giản để tỉnh toán các chỉ số cơ học của dim liên hợp có liên kết đeo, theo các chỉ dẫn sau

= Dam giản đơn có nhịp tính toán la L Đồi với các dim liên tục, các công thức được sử dung với chiều di nhịp L bằng 0.8L, và 2 lần chiều đãi đoạn mút thừa đối với

dằm mút thừa

—_ Kết ấu gỗ thành phẫn có th là gỗ nguyên khối hoặc Ia gỗ liên hợp có liên kết keo = Các thành phần được liên kết với nhau bởi khỏa chống cắt có m6 dun trượt K

Khoảng cách giữa các liên kết chống cắt là không đổi hoặc thay đổi theo lực cắt

giữa hai giả tr smin và smax với sạu,S4sz

Phương pháp này dựa trên lời giải của các phương tinh vi phân của dim với dang liên

hợp Phương pháp đơn giản này gọi là «y-method», lần đầu tiên được giới thiệu trong nghiên cứu của Mohler K [22] Phương pháp này được chứng minh hiệu quả đối với cdầm liên hợp.

‘Theo Eurocode 5, giá trị độ võng tới hạn được quy định trong Bảng 1.6.

Bảng 1.6 Gi tỉ iới hạn của độ võng dim [7-8]

Wins Wea WanDim gian don | 11300-1500 | 1250- L350 | —LA30- L300

Dim Ning 1300-1500 | L/125- L170 | _LiT5- Li1s0 L: chiều dai tinh toán của dim.

1.6 Vậtliệu bé tong

Bê tông là hỗn hop bao gồm đá, cát, xi măng, nước và các phụ gia, Bê tông có tỉ rong

là 2400 kg/m’, “Theo Eurocode 2 [23] bê

loại, ứng với cường độ chịu nén từ 12 đến 90MPa Tiêu chuẩn Eurocode 2 [19] quysố Poisson vtông được chia làm 14

định các chỉ dẫn kỹ thuật liên quan đến kết cấu bê tông Mô hình vật liệu của bê tông được giả thiết theo mô hình phá hoại đèo (Concrete Damage Plasticity Model), chỉ tit mô hình được thể hiện trong tai liệu [24],

1.7 Thiếtkế công trình cầu theo tiêu chuẩn Eurocode

lầu theo tiêu chuẩn.lới thiệu một số điểm quan trọng trong thiết

Eurocode, Tiêu chuẳn Eurocode sẽ được sử dụng cho các trường hợp nghiên cứu trong.

phần cuối của luận án.

Theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode EN1991.2-2003 [25], số làn xe và bề rộng mỗi làn

được quy định trong bảng sau:

Bảng 1.7 Số lin xe và bề rộng một lần xe theo tiêu chuẩn Eurocode

+ Môhìnhtâitrọng 1: Gồm hai thành phần:

“Tải trong tập trung của 2 trục xe tandem: một trục xe có tải trong là ao Qu, trong đó tải

trọng một bảnh xe 0,5 ag Q,được đặt trên một diện tích 0.4x0.4 mẺ

“Tải phân bổ đều: ag qu

‘dg và dy: hệ số điều chỉnh tải trọng, không nhỏ hơn 0,8 Trong nghiên cứu này giá trị

được lấy bằng L

Bảng 1.8 Giá tr tải trọng xe tải Tandem

Vị trílần | Tai trọng 1 trục xe Qu | Tải trong phân bố đều qu Phần côn lại (qa) 0 25

Mô hình tải trong 1 được bỗ tri như trong hình sau:

=$a

Khoảng cách hai tục xe là L2m bề rộng lần xe w=3m

Đối với các kiểm tra cục bộ, mô bình tải trọng 1 được bổ trí như trong hình sau:

"Hình 1.16 Mô hình tải trong xe tải tandem cho kiểm tra cục bộ

+ Mô hình ải trọng 2: gồm một trục xe đơn có ải trọng fou với Qu cô giá ti

bằng 400 kN, trong đó bao gồm cả tác dụng xung kích của xe, Tải trọng này được áp

dụng cho một số vị trí trên phần xe chạy Tuy nhiên, trường hợp thích hợp là chỉ sử dụng một trục xe, Hệ số Do được dé nghị ấy bằng giả tị của ao Mô hình tải trọng 2 được bố trí như hình sau:

+: L TH

Hình 1.17 Bồ trí tải trong cho mô hình 2

+ Mô hình tải trong 3: Mô hình tai trọng này kể tới các trường hợp xe đặc biệt,

duge phép di qua cầu thiết kể Mô hình được áp dung cho từng trường hợp cụ thể, Giá

trị tải trong xe đặc biệt tham khảo thêm trong tiêu chuẩn Eurocode 1991.2.2003 [25]

+ Mô hình tải trong 4: Tai trọng làn có giá trị 5 KN/m* Tải trọng làn phải được

đặt trong môt mô hình tải trọng, có ké đến tác động xung kích của xe,

“Trưởng hợp thiết kế cầu bộ hành:

“Tải tong đứng bao gồm: Tải phân bổ đều qa (5 kN/mỒ: Tải tập rung Q (10 KN trên

0.1x0.1m® — áp dụng cho kiểm tra cục bộ) và Tải trọng phục vụ Quy (xe cứu thương,

xe cứu hỏa, theo yêu

Tải trọng ngang: được đặt ở phần bản mặt cầu Giá tải rong ngang tối thiểu được lấy như sau:

10% giá tr tải trong phân bé (10% 5k}của dự án)

Hoje 60% giá trị tải trọng tập trung (60%4*10 KN)

Bảng 1.9 Tổ hợp ải trọng cầu bộ hành

Tải trong đứng “Tải trọng ngang

Kosi Gi ons) Tủ phn bd qa | TáiphụcvụQ Que

“Tổ hợp 1 Qe 0 Qe“Tổ hợp 2 0 Qác Qe

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DAM GO DIA

2.1 Chế tạo mẫu dim thí nghiệm

Dim được cắt và siy tại kho nhằm giới hạn độ âm của dim, Sau đỏ các dim được

chuyển đến và thí nghiệm tại phòng thi nghiệm cơ học, trường Đại Học Xây Dựng Hà

Nội lại địa chỉ 55 Giải Phong, Hai Bà Trưng, Hà Nội.

“Các dim gỗ thông đã được cắt va bao nhẫn theo kích thước thiết kế, với chiễu dai là

0/91 m, mặt cắt là 45x70 mm

khoảng 20°C và độ âm không khí 66% Độ âm trong gỗ đo được trong khoảng từ 12

Các dim gỗ được duy trì tong phòng ở nhiệt độ đến 15% Số lượng dầm được chế tạo là 12 dằm Trọng lượng riêng của gỗ được xác

định khoảng 450-500 kg/m’, Trong đó ba loại gỗ được nghiên cứu gồm gỗ thông, gỗxoan và gỗ mỡ Mỗi loại sổ trên được chế tạo 3 dầm và tổng số dim được thí nghiệm

là9 dim,

Hình 2.1 Thiết bị đo độ am của gỗ.

3⁄2 Thinghiệm uốn4 điểm

Cae dim gỗ được b tr thi nghiệm uốn 4 điểm theo tiga chuẩn Eurocode EN-408 [26] Sơ đồ bổ trí thí ngthể hiện trong hình vẽ sau:

hi nghiệm uốn 4 điễm,

Thiết bị thí nghiệm là một máy nén đầu Sử dụng đối trọng là trọng lượng của san công tác Toản bộ neo giữ của máy nén được bắt bu lông xuống sản

“Cảm biến lực và chuyển vi được kết ni và truyền dữ liệu trực tiếp vỀ máy tính chủ, “ắc độ gia ti được thế lập là 10nrníphút, đầm bảo không có ảnh hướng động của tã