Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy: Nghiên cứu kết cấu cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước căng trước

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

BÙI VĂN TRUNG

NGHIÊN CỨU KET CAU CAU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP

ỨNG SUÁT TRƯỚC CĂNG TRƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018

BQ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BQ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI.

BÙI VĂN TRUNG

NGHIÊN CỨU KET CAU CÂU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP

ỨNG SUÁT TRƯỚC CĂNG TRƯỚC

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủyMã số: 60580202

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC PGS.TS VŨ HOANG HUNG

HA NỘI, NAM 2018

LỜI CAM ĐOAN

“Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quảnghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ một

nguồn nào và dưới bit kỹ hình thức nào Vig tham khảo các nguồn tải liệu đã được

thực hiện trích dẫn và ghỉ ngu tả iệu tham khảo đúng quy định

“Tác giả luận văn.

Bùi Văn Trung

LỜI CÁM ƠN

Sau thờ gian thực hiện với sự nỗ lực của bản thân cồng với sự giáp đỡ tận tình ciacác Thầy và các bạn bè đồng nghiệp, Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu kết cấu cầu măng xi măng lưới thập ứng suất trước căng trước" đã hoàn thành.

“Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Phòng dio tao Dai học và Sau đại

học, Bộ môn Kết cấu công trình, Khoa Công trình, Trường Đại học Thuỷ Lợi đã giúp

đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho học viên trong thời gian thực hiện Luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS.Vũ Hoàng, Hing, đã tận tinh hướng dẫn tác giá và o6 những ý iến quý báu trong quá tỉnh thực hiện Luận văn Thầy đã tạo điều kiện tt nhất cho học viên trong quá nh họ tập và

hoàn thành Luận văn

“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 văn.

Do năng lực bản thân còn nhiễu hạn chế, chắc chin Luận văn không trắnh khỏi những thiểu sói Tác gi kinh mong các Thầy Cô chỉ bảo, các đồng nghiệp đồng góp ý kiến để tic giả có thể hoàn thiện, tgp tục nghiên cứu và phát tiễn để

MỤC LỤC

MO DAU ° ° " ¬ 1 Tính cắp thế của đ dải 1

2 Mie iu nghiên cứu

3 DSi tượng và phạm vi nghiên cứu

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

5, Ý nghĩa khoa học va thực tiễn .6 Cấu trúc của Luận van,

CHƯƠNG | TONG QUAN VE CAU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP UNG SUAT TRUGC 4

1.1 Tổng quan về cầu máng xi ming lưới thép [6] 4

1-1 Khái quát chung 4

1.1.2, Các hình dang kết cầu cầu máng xi mang lưới thép 1

1.1.3 Phương pháp tinh toán cầu máng xi măng lưới thép, 4

1.2 Tổng quan về kết cầu ứng suất trước [6][7]IS] 16 1.2.1 Khái quát về cầu máng xi măng lưới thép img suất trước 16 1.2.2 Phương pháp tạo ứng suất trước 7

1.2.3, Phương pháp tinh toán cầu máng XMLT-UST 19

Kết luận Chương 1 py

CHƯƠNG 2 TRẠNG THAI UNG SUAT BIEN DANG CUA CÂU MÁNG XMLT-UST CANG TRUGC : so soos 24

2.1 Đặt vấn đề.

2.2 Mô hình CM-XMLT-UST

2.1 Mô tả kết cầu cầu máng chữ U [6] 25 2.2.2 Mô hình hóa kết cầu cầu máng xi ming lưới thép ứng suất trước 25

2.2.3 Chỉnh sửa mô hình CM-XMLT-UST 21

2.24, Lập tình tính kết cầu cầu mánbằng ngôn ngữ APDL 28

2.2.5 Tinh toán chuyển vi ứng suất của cầu máng xi măng id thép dng sit trước 2)

2.2.6 Kiểm tra độ tin cậy của chương tình 33

2.3 So sánh kết quả ứng suất, chuyển vị CM-XMLT-UST căng trước và căng sau 34

24, Nghiên cứu ảnh hưởng của lục căng cáp đến trạng thái ứng suất biển dạng của cầu

máng 352.4.1 Số ligu tinh toán của CM-XMLT-UST căng trước 35

2.422 Bang tra chuyển vi, ứng suất của cầu mắng xi măng lưới thép ứng suất trước 36 2.5 Ảnh hướng của chiều dây day máng đến khả năng chịu lực của cầu máng 46

2.6 Lựa chọn sơ bộ kích thước CM-XMLT-UST căng trước 33

2.6.1 Nguyên tic chung, 33

2.6.2 Lựa chọn kích thước các bộ phận của cầu máng _

Kết luận Chương 2 5

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KẾT CẤU UNG SUAT TRƯỚC CĂNG TRƯỚC.

CHO CÂU MANGBAN THIN - LANG SON 56

3.1, Quy mô công trình 563.2 Lựa chọn phương án kết cầu thân máng 563.2.1 Cơ sở tính toán 563.2.2 Số liệu tinh toán 7

3.2.4, Chọn thép ứng suất trước 583.2.5 Tin tốn hao ứng suất trước 9

3.2.6 Kết quả tính toán ứng suất trong thời gian khai thác 61

Hình 1,6, Các loại mổ trụ giữa cầu máng B

Hình 1 7 Các loại khe co giãn thường ding 13

Hình 1.8 Sơ đồ áp lực nước 4Hình 1.9 Tác dung của lực căng trước "Hình 1.10 Phuong pháp căng trước inHình 1.11 Phương pháp căng sau 6

Hình 2.1 Két cfu thân ming 25

Hình 2.2 Mô hình cầu máng chữ U nhịp đơn L =10 m 30

Hình 2.3 Mặt cắt ngang CM-XMLT-UST 30

Hình 2.4 Phân bổ chuyển vị đứng UY tai mặt et giữa nhịp của CM-XMLT-UST 31

Hình 2 5, Phân bổ ứng suất doc SZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 31 Hình 2, 6 Mặt cắt ngang CM-XMLT-UST căng trước 33 Hình 2, 7 Đường biểu diễn ứng suất SZ theo chigu đài mắng ở đây mắng tại mặt cắt giữa nhịp do tổ hợp tai trong TH gây ra 38 Hình 2 8 Đường biểu diễn chuyển vị UY theo chiêu dai L ở đáy máng tại mặt cắt giữa nhịp do tổ hợp tải trọng TH gây ra 39 Hình 2,9, Đường bigu diễn ứng suất SZ theo chigu dài mắng ở đây mắng tại mat cất

giữa nhịp do tổ hp tải trọng TH gây ra 4

Hình 2 10 Đường biểu diễn chuyển vị UY theo chiều dài L ở đầy máng tại mặt cắt

giữa nhịp do tổ hợp tải trong TH gây ra 4

Hình 2.11 Đường biểu di ứng suất SZ theo chiều dài L ở đáy máng tại mặt cắt giữa

nhịp do tổ hợp tải rọng TH gây ra 4

Hình 2, I2 Dường biểu di chuyển vị UY theo chiều dai ở đấy máng tại mat cit gta

nhịp do tổ hợp ải tong TH gây ra 45

Hình 2 I3 Đường biểu diễn ứng suit SZ theo chiều đãi máng ở đầy máng tại mặt cắt

giữa nhịp do tổ hợp tải trong TH gây ra 48

Mình 2, 14 Đường biểu diễn chuyển vị UY theo chiều dai máng ở đầy máng tại mật

cắt giữa nhịp do ổ hợp tải trong TH gây ra 49

Hình 2 15 Dường biểu diễn ứng suất SZ theo chiều di ming ở đáy máng tại mặt cắt

giữa nhịp do tổ hop tải rong TH gây ra si

Hình 2 16, Daring biểu điễn chuyển vi UY theo chiều đi mảng ở đáy mắng tại mặt

cắt giữa nhịp do ổ hợp tải trong TH gây ra 32Hình 3.1, Mgt ct ngang cầu ming Ban Thin 37

thép cầu ming UST và thép cầu mắng thường đ2

DANH MỤC HÌNH

Bảng 1.1 Ứng suất kéo trước gi hạn ck (daN/em2) 9

Bang 1.2 Tổ hợp tổn hao UST của các giai đoạn 2

Bảng 2.1 Chuyển vi đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 3 Bảng 22 Ứng su tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 32 Bảng 23 Chuyển vị UY tai mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 3 Bảng 2.4 Ứng suất SZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 3B Bảng 2.5 So sinh ứng suất SZ ti mặt cit giữa nhịp của CM-XMLT-UST 34 Bảng 2.6, So sinh chuyển vi đứng UY tại mặt it gia nhịp của CM-XMLT-UST 34

Bảng 2.7 Kích hước mat cit ngàng CM-XMLT-UST căng trước 3

Bảng 2.8, Ứng suit SZ tại đây cầu máng ứng với R=0,6 m 37 Bang 2.9, Chuyển vj UY ở day mang tai mặt cắt giữa nhịp của cầu máng với R=0,6 38 Bang 2.10 Ứng suất SZ tại đáy cầu máng ứng với R=0,8 m 40 Bang 2.11 Chuyển vị UY ở day máng tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng ứng với

R=0ãm dị

Bảng 2.12 Ứng suất SZ tại day cầu máng ứng với R=I,0 m 43 Bảng 2.13 Chuyển vi UY ở diy máng ta mặt cắt giữa nhịp của chu mắng với 4

Bảng 2.14 Kích thước mặt cất ngang CM-XMLT-UST căng trước 46Bảng 2.15 Ứng suất SZ tại diy cầu mắng ứng với 10-0.2 m 47Bảng 2.16, Chuyển vị UY ở đây ming tại mặt cit giữa nhịp của cầu ming ứng vớit0-02m 48

Bảng 2.17 Ứng suất SZ tại đầy cầu mảng ứng với 10-025 m 50 Bảng 2.18, Chuyển vị UY ở diy mắng ti mặt cit giữa nhịp của cầu mắng ứng với

10-0.25m siBảng 3.1 Bing xie định tổn hao chỗ và ch? 60

Tình 32 Bồ tr cốt thép cầu máng UST vả thếp cầu máng thường @

CM-XMILT-UST: Cầu mang - Xi măng lưới thép -Ứng suất thép XMLT-UST : Xi ming lưới thép -Ứng suấtthép

M6 DAU 1 Tính cấp thiết của để tai

Kết cấu xi ming lưới thép (XMLT) ra đời cách day trên 150 năm nhưng đã bị lang quên trong lầu được khôi phục lại vào những năm đã

40 của thể kỷ trước Tuy nhiên XMLT của các nước đều ít ứng dụng vào lĩnh vực kênh

máng, cầu mắng XMLT trong công trình thủy lợi (CTTL)

6 Việt Nam những nghiên cứu về lý thuyết va công nghệ chế tạo XMLT trong lĩnh

vực thủy lợi phát triển mạnh vào những năm: 1990, Bao gdm các đề ải nghiên cứu về tính toán thiết kể, công nghệ ch tạo kênh máng và CM-XMLT nhịp ngẫn, nhịp lớn Tiếp đến là giáo tình, tà liệ tỉnh toán XMLT cũng được biên soạn Các tiêu chuẩn «guy tình về hướng dẫn nh toán thiết kế Cầu mắng vỏ mỏng XMLT cũng được ban

hành lần lượt các năm 2006 và 2012 [1]I2]I3]I4]I5].

“Tuy nhiền đến nay việc tinh toán thiết kể và th công CM-XMLT tại Việt Nam vin còn nhiều hạn chế, CM-XMLT vẫn chỉ được sử dung ở loại nhịp ngắn với chiều đài nhịpkhông vượt quá 8m, thông dụng vẫn là loại nhịp có chiễu dai ớm, đồng thời đường kinh ming XMLT (tết diện chữ U) không vượt quả |,2m nhưng phổ biển cũng chỉ ở

giới hạn dường kính từ (0,6+1,0)m.

Để có thể dạng hết khả năng chịu lực của cấu kiện XMLT, đồng thời đáp ứng được êu cầu của thực tẾ ngày cảng cao đối với cầu mảng nhịp lớn đồi hỏi phải đi sâu nghiên cứu hình thức kết cấu của CM-XMLT nhịp lớn Sir dụng kết cẩu cầu ming xi

măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn là một giải pháp đem li hiệu quả cao khi tăng

nhịp của cầu máng

(CM-XMLT-UST khác CM-XMLT thông thường ở chỗ trước khi chịu tác dụng của ngoại lực, clu ming đã được nén trước Lục nền trước này làm giảm một phin hay

toàn bộ ứng suất kéo do ngoại lực sinh ra, do đó làm tăng kha năng chống nứt theo

phương đọc va tạo nên độ vồng trước, làm giảm được độ vòng tổng cộng của chu

máng khi khu thấc

"Để tạo UST trong các kết cấu BTCT nói chung hay XMLT nói riêng, cốt thép được kéo căng sau đồ neo vào cấu kiện, do cốt thép có xu hướng phục hồi co lạ lâm cho cầu

kiện chịu nén Căn cứ vào cốt thép căng trước hay sau có thể phân thành hai loại

phương pháp căng trước và phương pháp căng sau.

Đo thin máng XMLT có dang vỏ trụ và chidu dây của thân máng

lễ dàng khống cl

1g thuận tiện trong việc khống chếmồng, nên chỉ

thích hợp với thép ƯST đặt thẳng Với phương pháp căng sau ế được

lực kéo căng thép UST trong từng giai đoạn, nên cí

biến dang và nứt, vấn dé được xem là nhạy cảm với kết cầu XMLT vỏ mỏng.

Trong nghiên cứu của TS, Phạm Cao Tuyển đã xây dựng Chương tỉnh tính toán m6

phỏng CM-XMLT-UST với mé hình cáp UST đặt thing và sử dụng phương pháp căng sau Do cáp UST được neo tai hai đầu máng, khi căng cáp UST trong thép qua đầu neo truyén vào thân máng, cấp và thành lỗ không tip xúc, dây cáp vẫn thing trong khi thân máng bị vồng lên hoặc lm xuống so với trạng thái ban đầu vì vậy thường phát sinh ứng suất cục bộ lớn khi tăng chiều dai nhịp mắng dẫn đến phá hoại cục bộ tại đầu neo.

Trong phương pháp căng trước cốt thép dược kéo căng rên bệ chuyên dụng và được neo vào giá đỡ của bệ căng, Sau khi căng cốt thép xong, đổ vita xi ming và bảo

dưỡng, đợi cho vữa xi măng dat tối một cường độ chịu lục (hường không dưới 70%

cường độ thiết ké) để bảo đảm cho thép UST và vữa xi măng có đủ lực dinh, tgp đến cất rời cốt thép khỏi giá căng Do thép UST co lại làm cho cầu máng chịu nén trước.

trên toàn bộ chiều dai mang,

Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp căng sau đổi với cầu máng nhịp lớn và khắc phục những hạn chế của Chương tỉnh CM-XMLT-UST tie giả đã Ina chọn dé tải luận văn "Nghiên cứu kết cấu cầu máng xi măng lưới thép ứng suất

trước căng trước” sẽ có ý nghĩa khoa học và thực.

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) căng trước,3.lượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của Luận văn là kết cắu CM-XMLT-UST căng trước Day là được coi là mới đối với CM-XML1

một loi kết ở Việt Nam, vì vậy rất nhiều

để cần phải nghiên cứu như: nội lực, biển dạng của kết cấu tương ứng với các loại kích

thước, hình dang cầu máng; mỗi quan hệ giữa nội lực, bién dạng với lực căng của cấp

UST Do thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên chỉ có thể nghiên cứu trong phạm vi

giới hạn sau

Philựa chọn mô hìnhtoán, chỉnh sửa mô hình tính toán đã có, thực nghiệm

trên máy tính nghiên cứu về quy luật ứng suất và biển dạng của CM-XMLT thường và

(CM-XMLT-UST căng trước.

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu phổ biển ở trong nước và trên th giới

~ Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa những kết quả nghiên cứu đã có.~ Phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên máy tinh

5, Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Sul Ý nghĩa khoa học

Hoan thiện mô hình kết'CM-XMILT-UST căng tước

Làm sáng t trạng thái ứng suất biển dang của kết cầu CM-XMLT-UST căng trước

Xác định được ảnh hưởng của một vài tham số đến trang thái ứng suất biến dạng của

cầu máng.

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

'Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thé áp dụng trong thiết kế và chế tạo cầu máng cho các công trình dẫn nước ở Việt Nam

6 CẤu trúc của Luận văn.

“Chương 1: Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước.

“Chương 2: Nghiên cứu trang thái ứng suất biển dạng cia cầu máng XMLT-UST căng

Chương 3: Ap dụng kết cu ứng suất trước căng trước cho cầu máng Bản Thin ~ Lang

Sơn,

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAU MANG XI MĂNG LU‘ THÉP UNG SUÁT TRƯỚC

1.1 Tổng quan về cầu máng xi ming lưới thép [6]

LLL Khái quát chung

Cũng giống như cầu máng BTCT, CM-XMLT cũng là một loại công tình 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 lăng, kệnh rach, vũng đất trăng hoặc thay thể cho một đoạn kênh qua vùng dat thắm nước nhiều.

CM-XMLT gồm các bộ phận chính: cửa vào, cửa n, thân máng, trụ đỡ tình 1.1,

vibổ trí va thiết kế cửa vào, cửa ra tính toán thuỷ lực trong ming, tin toán dong chy tg cửa vào cửa ra, các biện pháp chẳng thắm, chống x6 lớ,rvănh lắng đọng bin cắt tong luận văn này sẽ không đề cập đến Luận văn chủ yếu đi sâu vio các phần nghiên cứu nội lực kết cấu thân máng XMLT.

91 3 7 8

1 Cửa vào; 2 Mé biên trong lực; 3 Thân máng: 4 Tru đỡ khung kép; 5 Trụ đỡ khung đơn,

6 Móng tụ đồ, 7 Khe có giãn; 8 Cửu ra; 9 Kônl10, Mặt đắt tự nhiền Hình 1 1, Sơ đồ kết cầu cầu máng.

Kết cấu thân máng được phân thành bai loại: kiểu dim và kiễu vòm, thông thường

dùng kiểu dim 1tân máng kiểu dim có đặc điểm chịu lực như một dim có gối đỡ là sắc trụ giữa và mé biên Tuỷ theo vị trí các gối tựa và vị trí các khớp nồi, thân máng kiểu dim lại được phân thành hai loại loại dim đơn, loi dim một nhịp có mút thửa hoặc dầm liên tục Đối với cu máng BTCT chủ yêu sử dụng nhịp kiểu dim đơn

thường không vượt quá 10 m, và nhịp cầu máng kiểu mút thừa (khoảng cách giữa hai

gối đỡ) thường không quá 25 m Với CM-XMLT thường chỉ sử dụng nhịp kiểu dim

4

don với chiều dài không quá 6 m Do đó cin phải nghiên cứu thêm các hình thức kết

cấu thin máng để có thể tăng chiều dai nhịp máng, giảm trọng lượng bản thân, tikiệm vật liệu.

1.1.2 Các hình dạng kết cắt máng xi măng lưới thép.

1.1.2.1 Các hình dạng kết cấu thân máng

“Thân máng XMLT có ình dạng v6 trụ mang, mặt cắt ngang của thân máng có th à

"hình chữ nhật, hình thang, hình chữ U, hình parabol (hình 1.2) Chọn hình thức mặt.

cắt thân máng phải dav tính oán thủy lục, vật liệu làm cầu máng, phương pháp thi

sông, hình thức kết cu trụ đỡ, đoạn nỗi tếp cửa vào, của ra Hình thức mat cắt thân

máng thường dùng là hình chữ nhật, hình thang và hình chit U,

ta) a) fe)

4 Hình chữ nhật; b Hành thang; e Hình chữ U; 4 Hình elip; e Hình pamabôn

Hình I.2 Hình dạng mặt cắt thân máng

“Cầu máng mặt cắt chữ nhật và hình thang có cầu tạo đơn giản, ễ thi công, dé nồi tiếp với đoạn cửa vào và cửa ra, Chu máng chữ U có trạng thi thủy lụ tốt hơn cầu máng

7

máng chữ U cũng tốt hơn, trọng lượng của hình chữ nhật, khả năng chịu lực của cải

cầu máng này khá nhẹ, nên rất thuận tiện cho việc đúc sẵn và lắp ghép Các mặt cất

khác ft dling vì tính toán và thi công khá phức tap.

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 dn định tổng thể và cục bộ của máng, thưởng bé trí các thanh

máng) Khi cố yêu cầu về vận tả thủy

giằng ngang và các sườn gia cường dọc (ta

không thể bổ tí các thanh giing ngang, thi cần bổ trí các sườn gia cường ngang hoặc tăng thêm chiều day thành máng (hình 1.3).

Luận văn đi sâu nghiên cứu cho loại mặt cắt ngang thân máng XMLT có dạng chữ U.

Hình 1.3 Cấu tạo thân máng

1.1.2.2 Thân máng có mặt cắt ngang hình chữ U'

Hình dạng máng chữ U thường dùng hiện nay có đáy là nửa hình tròn, có thêm hai

thành bên thing đứng (hình 1.4) Máng chữ U được sử dụng nhiề ác tu, điểm: trạng thái thủy lự tốc, độ cứng theo phương doc lớn, dé thi công Dé tăng độ cứng theo phương ngang và phương đọc, thân máng thường được gia cường bằng các sườn dọc (ai máng), bằng các sườn ngang (đai mắng) và các thanh ging ngang Máng chữ U được phân thành hai log: không có thanh giảng ngang (hình 14a) và loại có thanh giảng ngang (hình 1b)

@ o

4 Mang không có thanh giẳng ngang; b Mang có anh giảng ngangHình 1 4 Hình dạng kết cấu thân máng XMLT chữ U

1.1.2.3 Hình dạng kết cầu gỗi đỡ

Gối đỡ thân máng gồm có gối đỡ mé biên và gối đ trụ giữa (hinh 1.5) Mé biên ngoài tác dụng là gối đở thân máng nó còn là liên kết nối tiếp đầu máng với đoạn cửa vào, cửa ra của kênh dẫn, còn trụ giữa chỉ cớ chúc năng là đỡ hân mắng

‘Try giữa kiểu trọng lực có thé bằng gạch xây, bằng đá xây hoặc bê tông, thường dùng cho những trụ có chiều cao dưới 10 m, trong lượng bản thân của trụ lúễu trọng lực

thường rất lớn, do đó đòi hỏi nén phải có sức chịu tải cao (hình 1.6a) Trụ đỡ kiểu

Khung có hai loại: khung đơn (đình 1.66) và khung kép (hình 1.6.) thường dùng cho

sắc trụ cao dưới 20 m Kiểu hin hợp có phn dưới kiểu trong lự, còn phần trên kiễu n 25 m (hình 1.6) Móng của mồ trụ có thé

p trên nền tự hiền, khi nỄn yếu có th đặtkhung, chiều cao của trụ hỗn hợp có thị

@ iD) fo) (a

44 Tru kid trọng lực; b Tru kiểu đơn: e Trụ Miẫu khung kép; d Tru kiêu hỗn hop nh 1 6 Các loại mồ trụ giữa cầu mang

1.1.24 Hình thức kết cấu khe cơ giãn

Gitta các đoạn tong thân máng cin phải bổ trí khe co giãn, khoảng cách giữa các khe

co giãn từ (12+20) m Vật liệu làm khe co giãn vừa có tinh co giãn, vừa có khả năng

chống 1 nước (ảnh 1.7)

— H3N2

1 Tắn ao su hay chỗ: đáo 2, Văa cá nhựa đường 3 Dy day tm nea đường 4 Vải ton

nhựa đường hay sợi vải thuỷ tinh tẩm nhựa đường (6 lớp); 5 Vita cát epoxy day 2mmMinh 1 7 Các loại khe co giãn thường dùng,

B

1.1.3 Phương pháp tinh toán cầu máng xi măng lưới thép

11.3.1 Tải trọng và ổ hợp tải trong

Tải wong tác dung lên cầu máng gồm có:

~ Trọng lượng bản thân cầu máng

~ Ap lực nước ứng với mực nước thết kể và mực nước kiểm tra được thể hiện ởhình 18,

Hình 1 8, Sơ đỗ ấp lực nước

~ Tải trọng người qua lại trên cdu máng thưởng lấy 2,5 kN/mẺ.

~ Áp lực gió ở độ cao z so với mốc chuẩn, xác định theo công thức:

W = Wa.k.c (kN/m?) (El

trong dé: Wop lực gió cơ bản lấy theo bản đồ phan ving lực gió (kN/m),

k — hệ số xéLtới sự thay đổi ấp lực gi theo độ cao;e — hệ số khí động.

~ Lire ma sát ở gối đỡ: lực ma sát xuất hiện theo phương dọc mắng tác đụng lên

trụ khi thân máng bị co ngót hay din nở do nhiệt độ thay đổi được tính theo công thức:

=G1 (kN) 42)

trong đó: - G—áp lực tác dụnglên gối (kN);

†— hệ số ma sát giữa thân máng và g6i đỡ,

~ Ap lực thủy động: Áp lực thủy động tác dụng lên một đơn vị di

tinh theo công thức (I-3) và có điểm đặt của hợp lực ở 2/3 độ sâu mực nước thiết kế

Ww’ >

trong đỏ: v- vận tốc đồng chảy tinh toán (m/s);

ÿ - trọng lượng riêng của nước (kN/m))8 - gia tốc trọng trường (g=9,81 mis?);

ki - hệ số phụ thuộc vào hình dạng của trụ

- Các tải trọng khác: động đất, tải trọng cẩu lắp, lực va chạm của vậtnày thì tùy trường hợp cụ thể mà xét

“Tổ hợp ti trong: Phân tích nội lực và tính toán cốt thép thân máng XMLT được thạc

hành với các tổ hợp tải trọng cơ bản (trọng lượng bản thân máng + tai trọng người qua

lại + trong lượng nước ứng với độ sâu mực nước thiết kế) và kiểm tra với tổ hợp tải

trọng đặc biệt (tong lượng bản thân máng + tải trọng người qua lại + trọng lượngnước ứng với độ sâu mực nước kiểm tra + tải trọng gid),

1.1.3.2 Phân ích nội lục kết cứu 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 ging, do đó việc phân tích nội lự thân mang trên cơ sở các

phương tình vỉ phân cơ bản của lý thuyết vo móng không gian để tim lời giải chính xác tì hầu như không thé thực hiện được, mà chi 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 th thiết kế đồi 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

đăng phương phip phin từ hữu hạn và giải theo chuyển vi, hiện nay có nhiễu phần mềm mạnh cho phép phân tích các kết cẫu vỏ có dang bắt kỳ và chịu tải tong tỷ ý như SAP2000 hay ANSYS, song đồi hỏi người sử dung phải có hiểu biết nhất định về lý thuyết vô mỏng và phương pháp phần tử hữu bạn.

15

Đối với cầu máng nhỏ có thể dùng phương pháp gin đúng để phân tích nội lực thân

máng, một trong các phương pháp hiện nay thường dùng là thay bài toán tinh vỏ mỏng

không gian bằng hai bài oán phẳng rêng bit theo phương doe và phương ngang máng, được gọi là phương pháp tinh theo "lý thuyết dim” Theo lý thuyết tinh toán

này, phương doc thân máng được tính như bai toán dim, phương ngang máng được

tính như một hé phẳng (khung phẳng) có bé rộng đơn vị được cắt ra từ thân máng chịu tắt cả các tải trong tác dụng lên đoạn máng dé và được cân bing nha các lực tương hỗ của các phần máng hai bên, được gọi là "phương pháp lực cắt không cân bằng”

‘Theo các tài liệu hướng dẫn tính toán CM-XMLT thông thưởng phương pháp tinh toán máng the lý thuyết dim cho lời giải trong đổi chính xác khi tỷ số giữa chiều dài 10, còn khi L/D„< 10 mà vẫn tính theo lý: rộng tiết điện máng L/D,

nhịp máng và

thuyết dim thi cần tăng thêm thép chịu lực theo phương đọc máng.

1.1.3.3 Tinh toán bd tríthép trong thân máng

“Tính toán và bồ trí thép trong thân máng được thạc hành theo phương pháp tính toán sấu kiện BTCT hoặc cấu kiện XMLT vỀ mặt cường độ biển dang và nứt

Theo phương dọc CM-XMLT được tính toán về mặt cường độ trên mặt cắt vuông góc.i

và mặt cit nghiêng theo cầu kiện chịu uốn có ti tính toán đưa về dang chữ I, chữT 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 bé rộng vết nứt 1.2 Tổng quan về kết cầu ứng suất trước (61718)

1.3.1 Khái quất về cầu máng xi măng lưới tháp ứng suất trước

CM-XMLT-UST khác CM-XMLT thông thường ở chỗ trước khi chịu tác dụng của ngoại lực, cầu máng đã được nền trước, Lực nén trước này ầm giảm một phần hay

toàn bộ ứng suất kéo do ngoại lực sinh ra (trọng lượng bản thân máng, áp lực nước và

tải trọng người di lại), do đó làm tăng kha năng chồng nút (heo phương dọc và tạo nên

độg tước, làm giảm được độ võng tổng cộng của cầu máng khi khai thác Do đó

CM-XMLT-UST có thể vượt qua được các nhịp lớn hon CM-XMLT thông thường.

xo «4

Hình 1.9 Tác dụng của lực căng trước

“Tác dụng của UST có thể hấy rõ trong sơ đồ hình 1.9, dưới tác dụng của ngoại lự (áp

lực nước, người qua lạ, trọng lượng bản thân máng thi dưới cùng của ming sinh

ứng suất kéo ơi Nếu trước khi chịu tác dụng của ngoại lực, cho clu máng chịu một

lực nén lệch tâm N, làm cho thé dưới cùng sinh ta ứng suất nén ơi Vậy sa kh tác

cdụng cia ngoại he, ứng suất cuỗi cing củ tiết diện máng bằng tổng ứng suất của hai trường hợp tải trọng trên Ứng suc th dưới cùng của mắng có thé chịu nén ơi ~ >0)

hoặc chịu kéo khí ơi - ø+<.

1.2.2 Phương pháp tạo ứng suất trước

Để tạo UST trong các kết cấu BTCT nói chung hay XMLT nói riêng, cốt thép được

i kiện, do cốt thị

căng sau đồ neo vào «6 xu hướng phục hỗ co ại lầm cho cầu

kiện chịu nén Cũng có thể dùng phương pháp làm giãn dai ct thép, neo hai đầu cốt thép, sau đỏ làm lạnh, cốt thép sẽ cơ ngắn lại tạo thành UST Căn cử vào cốt thép căng

trước hay sau có thể phân thành hai loại: phương pháp căng trước và phương phápcăng sau

1.2.2.1 Phương pháp căng trước

“Trong phương pháp căng trước cốt thép được kéo căng trên bệ chuyên dụng và được

neo vào giá đỡ của bệ căng Sau khi căng cốt thép xong, đổ vữa xỉ ming và bio

đường, đợi cho vita xi măng đạt tối một cường độ chịu lực (hường không dưới 704:

cường độ tiết kẾ để bảo đảm cho thép UST và vữa xỉ mang có đủ lực dính, tiếp đến cắt rời cốt thép khỏi giá căng Do thép UST co lại làm cho cầu máng chịu nén trước,

tạo thành CM-XMLT-UST (hình 1.10),

1

see TT Tu

1 CAs thp ứng sud rước; 3 Giá đồ cũng cổ thép; 3 Thiết bị men 4 Kéo căng cổt thépbằng shi bị kéo; 5 Cẩn Min ứng su ước; 6, Mãi bằng thi công, 7 Cu Kiện x mãng lưới

thấp đã cho xong

Minh 1 10 Phường pháp căng trước

1.22.2 Phương pháp căng sau

Trong phương pháp căng sau, thin máng XMLT được thi công trước có chữa sin các lỗ tại vị trí bố trí thép UST, đợi cho thân máng dat toi cường độ chịu lực (không nhỏ hơn 70% cường độ thiết), luồn thép UST qua lỗ, lợi dụng thân máng làm bệ căng sốt thép

Sau khi căng xong cốt thép, ding các đầu neo neo chặt cốt thép vào hai dầu máng iếp đến phut vừa vào diy lỗ Ứng suất trước trong thép qua đầu neo truyền vào thân máng

làm cho máng chịu nón trước thể hiện trên hình 1.11

» » Z Z

GGA Z 7 Wy Z2

1 Thân máng thi công có chữa lỗ; 2 Luin dây thép và léo căng:3 Neo cột thép; 4 Phur vữa vào lỗ và bit đầu

Hình 1 11 Phương pháp căng sau

1.2.3 Phương pháp tnh toin cầu mang XMLT-UST1.2.3.1 Ung suất kéo trước giới han

Ứng suit kéo trước lớn nhất cho phép trong cốt thép ứng suất trước (thép UST) được sợi là ứng suất giới hạn và được ký higu là ov Ứng suất trước giới hạn phụ thuộc vào loại cốt thép dùng và phương pháp tạo UST.

Bang 1.1, Ứng suất kéo trước giới hạn ok (daN/em2)

Phương pháp tạo UST

Loại cốt thép — —

Phương pháp căng trước | Phương phấp cing sau

~ Soi thép, sợi thép ben O7R, 065,

- Cốt thép kếo lạnh 09R), O85R,

Chủ thich: R},- cường độ tiêu chuẩn của thép UST

Ứng suất kéo trước giới hạn ơ càng lớn tì ứng suất nền trước càng lớn khả năng chống nứt của thân máng cảng cao Nhưng để xé đến ứng suất kéo trước không cho

phép vượt quá giới hạn chay của thép, xéttới lực kéo căng cỏ thé không chính xác,chất lượng mỗi hàn có thé không tt, nên lực kéo giới hạn nếu lấy quá cao có thé gây

mắt an toàn Cho nên khi thiết kế CM-XMLT-UST giá trị ox không được lấy vượt quá

tịho ở bằng 1.1 ở trên,1.2.3.2 Tấn hao ting suất trước.

Ứng suất kéo trước tạo ra trong thép UST, sau khi neo UST bj giảm, lượng giảm nay

được gọi là tổn thất hay tổn hao UST, do nisu nguyên nhân như đo biến dạng của

thiết bị neo, do ma sát giữa lỗ luôn thép và thép UST, do chênh lệch nhiệt độ giữa thép

UST và giá căng, do co ngót và từ biến của vữa xi măng, do chủng thép UST, do thân

máng bị ép co Các tổn 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 bién dạng tương đối

AL/L của thép UST do các nguyên nhân nói trên, nên các tổn hao này tính theo tiêu

chuẩn thikế của các nước cũng không khác nhau nhiều.

19

- Tén hao UST do biển dang của thiết bị neo ơu - Cốt thép kéo căng sau khỉ neo, dobiển dang của thit bị neo làm thép UST co ngắn lại một đoạn AL(mm) và thép UST

sẽ bị tốn hao một lượng ứng suất bà

oy =, d4) trong đó: L là chiều đài thếp UST; AL là giá trị biển dang của thép UST phụ thuộc vào thiết bị neo (có thể lấy giá trị AL bằng 1.5 Lin dịch chuyỂn của neo do các nhà chế tạo cung cấp và không nhỏ hơn 2 mm); By là môđun đàn hỗi của thép UST

- Tên hao UST do ma sit giữa lỗ lun thép và thép UST ơụ - Khi kéo căng thép UST theo phương pháp căng sau, giữa thép UST và lỗ luỗn thép sinh lực ma sát ứng suất thép UST tại đầu kéo à uth ứng uất thực ti mặt cắt in tn là (ok

(ee as en")

trong dé: k-hệ số ma sát giữathép UST và vách lỗ của lỗ luồn thép; x = chiễu dai của đây từ đầu neo đến mặt cất inh toán (mộ; hệ số ma sat giữa thép UST và định lỗ luồn thes

9 - thay đổi góc của day tính từ đầu và mặt cit tính toán x (radian).

- Tổn hao UST do chênh lệch nhiệt độ giữa thép UST và giá căng oss - Trong phương

pháp căng trước, thép UST khỉ neo có nhiệt độc, sau d6 thi công thân máng và bảo

dường, nhiệt độ thép UST ting lên t7 Do chênh lệch nhiệt độ tước và sau khi căng,thép UST bị ching lại tạo nịtổn hao UST.

645-4, (1-17) =0,00001%2,0x10%at =20AC (daMen) (1-6)

trong dé: AP =(C~)-chênhlệch nhệ độ,

= 0,00001/1°C - hệ số dan dài của thép UST;

03106 (daN/cm?) - médun đàn hồi của thép UST

= Tến hao UST do co ngét của vữa xỉ ming oy-Trong phương pháp căng trước, vừa

xi măng tong quá tình đông cứng sẽbị co ngớt Biển dang tương đối co ngot ce thay

đối rong khoảng từ 0,0004 + 0.0008, thường tẾyc =0,0006 Tên hao UST do cơ ngớt

cđược tính theo công thức sau:

- Tén hao UST do từ biến của bê tông oys~ Dưới tác dụng của UST bê tông sinh ra từ

biến, ir biển làm cho cầu kiện bị co ngắn lại gây nên tôn hao UST Tén hao UST do từ

biến được xác định theo công thức sau:

rong bê tông tại trong tâm của thép UST có xét

Ry - cường độ của bé tông khi gây UST;

bg số được lẤy bằng I khi bê tông đồng cứng tự nhiên và lấy bằng

(0.85 hi bê ông bảo đưỡng nhiệt trong ấp suất Khí quyển

~ Tổn hao UST do sự nới ứng suất thép UST oye Hiện tượng nói của UST tương

tự như hiện tượng từ biển, khi thép UST được kéo căng xong, cổ định chiều damột thời gian ứng suất bị giảm, hiện tượng này gọi là sự nới (ching) thép UST Tổn

thể lấy như sau:

64-0025, khi œ=0/7R;

háo do ching ứng suit

0.0356, - khi ơ,=03R; a)

~ Tén hao UST do vita xi mang thân máng bị ép co os7~ Ngay sau khi tic dung UST,

xủy ra biến dang ép co trong via xi ming lâm giảm ứng suit trong thép UST Tôn hao ứng suất do thân máng bị ép co được xác định theo công thức.

Sụ= Bạt 6, (1-10)

“Trong đó: op là ứng suất thân máng tại vị tí trọng tâm thép UST

Tir các công thức tính én hao UST ở rên ta thấy chúng phụ thuộc lẫn nhau, sự xuất hiện của tổn hao này có ảnh hưởng qua lại đối với tổn hao kia, do đó để có giá trị

chính xác của các tén hao ta cần phải tinh lặp Trong các cấu kiện UST thông thường

chỉ cần lời giải gần đúng có thé lấy kết quả của bước lặp đầu tiên Ở đây ta có thể sử

dụng bảng tính Excel thực hiện giải lặp để tính các tổn hao.

“Tổn hao được phân thành 2 nhóm, nhóm thứ nhất và nhóm thứ bai như trong bảng 1.2“Tổng các tổn hao ơn theo các công thức trên không nhỏ hơn giá trị sau:

- Phương pháp căng trước: 1000 daN/er

- Phương pháp căng sau: 800 daN/cmP'

Bang 1.2 Té hợp tổn hao UST của các giai đoạn

Tổ hợp cúc tổn hao UST | Phương phip căng trước | Phương phip cing sau

“Tin hao rước khi thân máng ` on +ou-+ou tou +

chịu nén trước øu (nhóm 1) ow one oie

~Tổn hao san Khi thin máng

sp ác + + 6y

chịu nén trước owe (nhóm II)

Kết luận Chương 1

Luận văn đã ting quan về các nghiên cứu và ứng dụng kết cu XMLT cho kênh mángXMLT,CM-XMLT trong lin vực thấy lợi trên thể giới và tại Việt Nam

(L <6 m) của Việt Nam đã có

CM-XMLT nhịp ngấi

những tiến bộ, những kinh nghiệm nhất định v cả lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng.

Trước nhu cầu thực tế cần thiết phải nghiên cứu và phát triển kết cấu CM-XMLT UST, luận văn đã đặt ra vẫn đỀ nghiên cứu tính toán và để xuất kết sắu

CM-XMLT-“Trải qua hơn 20 năm phát trễ

UST căng trước Day là một loại kết cắu mới kết hợp giữa XMLT và thép UST, được đăng riéng cho CM-XMLT với chiều đài nhịp có th lên đến 30 m.

Đối với CM-XMLT-UST căng sau đã được nghiên cứu và thử nghiệm bởi TS PhạmCao Tuyến Tác giả đã xây dựng được một Chương trình tính toán mô phỏng

CM-XMLT-UST với mô hình cáp UST đặt thing và sử dụng phương pháp căng sau Do

cáp UST được neo tại hai đầu máng, khi căng cáp UST trong thép qua đầu neo truyền vào thân máng, cáp và thành lỗ không tiếp xúc, day cáp vẫn thẳng trong khi thân mángbị vồng lên hoặc lõm xuống so với trạng thái ban đầu vi vậy thường phát sinh ứng suắt se bộ lớn khi tăng chigu di nhịp máng dẫn đến phá hoại cục bộ ti đầu neo.

Dy trên Chương trình CM-XMLT-UST đã có, luận văn đã tiến hành chính sửa cho

thép ứng suất trước căng trước để khắc phục những nhược điểm nêu trên và đưa thêm.

yếu tổ phi tuyển của vật liệu XMLT vào tong mô hình tính toán.

CHƯƠNG 2 TRẠNG THAI UNG SUAT BIJHƯƠNG i ) DANG CUA

CAU MANG XMLT-UST CĂNG TRƯỚC

3.1 Đặt vấn đề

Khi sử dụng phương pháp căng sau, do cấp UST được neo tại hai đầu máng, khi căng

cáp UST trong thép qua đầu neo truyền vio thân máng, cáp và thành lỗ không

vi vậy thường phát sinh ứng suất cục bộ lớn khi tăng chiều dai nhịp máng dẫn đến phá hoại cục bộ tại đầu neo.

Trong phương pháp căng trước cốt thép được kéo căng rên bệ chuyên dụng và được neo vào giá đỡ của bệ căng Sau khỉ căng cốt thép xong, đổ vữa xỉ măng và bảo

dưỡng, đợi cho vữa xi măng dat tới một cường độ chịu lục (hường không dưới 70%

cường độ thiết kế) để bảo đảm cho thép UST và vữa xi ming có đủ lực đính, tếp đến cất rời cốt thép khỏi giá căng Do thép UST co lại làm cho cầu máng chịu nén trước.

trên toàn bộ chiều dai mang,

“Xác định trang thái ứng suất và chuyển vị của CM-XMLT theo bài toán vỏ mỏng không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn là hợp lý nhất do phản ánh được tương

đối chính xác sự làm việc thực tế của cầu máng là một kết cầu không gian làm việctheo hai phương, phương doe và phương ngang máng Nếu tính toán theo lý thuyết

dim đơn giản hơn vé mặt lý thuyết, đưa bài toán làm việc hai chiều về bài toán làm việc một chiều Nên chỉ cho trạng thái ứng suất và biển dạng theo một phương, đó là

ứng suất pháp theo phương dọc trục máng và chuyển vị theo phương đứng thẳng góc

Với tục ming

ANSYS là một phẫn mềm phân tích phần từ hữu hạn thông dụng, có khả năng thiết kế

theo tham số dựa trên ngôn ngữ lập trinh FORTRAN để xây dựng bài toán tổng quấtmô phòng kết cầu cần thay đổi nhiễu lin các giá tị như kích thước hình học, ải trong(ấp lực nước, lực căng cép, ti trong người di), vật liệu 0 Dựa tiên phn mém này, tác

gid đã thực hành thiết kế mô phỏng kết cấu CM-XMLT-UST theo các tham số định trước, từ đồ lim cơ sở cho vige nghiên cứu sự biến đổi rạng thái ứng su - biển dạng kết cầu cầu máng khi cho các tham số thiết ké thay đổi.

2

2.2, Mô hình CM-XMLT-UST

2.2.1 Mo tả kết edu cầu máng chữ [6]

Câu máng nhịp đơn iL (m là một kế cấu võ mông không gian được thể hiện & hình2.1a, Mặt cắt ngang thân mắng có dạng chữ U như ở hình 2.16, đấy máng dạng nửa trụtròn có đường kính trong Dy (m), vách đứng có chiều cao f (m), chigu day thânlắng L

(a), tai máng tế diện hình thang có kích thước sxbxe (m), thanh ging tết diện chữ nhật h,xb; (m), sườn ngang tiết diện chữ nhật có kích thước bch; (m), đáy máng có.

chiều dày t, (m), b rộng tựa dy (m), bễ rộng góc vats, (m).

Hình 2.1 Kết cấu thân máng

2.2.2 Mô hình hóa kết cầu cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước

Mô hình hóa kết edu thân máng XMLT-UST theo bai toán không gian bing phương, pháp phần tứ hữu hạn sử dụng 2 loại phần tứ

Phin từ khối 2 điểm nút SOLIDI87 mô phỏng kết cấu thin máng Phin từ cáp 2 điểm nút LINKS mô phỏng cáp UST.

Hai đầu máng được kê tự do lên g i đỡ như dim đơn, một đầu ràng buộc các chuyển.

vị thing, một đầu ràng buộc chuyển vị thing theo phương đứng và phương ngang,

Kết cầu thân máng XMLT-UST được mô hình hóa theo các tham số chính:

- Chiều dài nhịp thân máng L (m);

~ Mặt cit ngang thân máng gồm có bán kính bên trong lòng máng R.=D./2(m); chiềucao vách thẳng đứng f (m);

- Chiều dày thân máng t(m);

- Tai máng tiết điện hình thang có kích thước axbxe (m);

- Thanh ging có tiết điện chữ nhật b,xh; (m), khoảng cách giữa các thanh giảng Le (m),thường lấy bằng 2m;

~ Sum ngang tt dig chữ nhật có kích thước xh, (am);

ều diy đấy máng tím), bề rộng day máng dy (m), bề rộng góc vt an)

= Tham số vật liệu XMLT có môđun đản hỗi E (kN/m*), hệ số Poisson v, khối lượng riêng ye (Tim);

~ Tham số cáp UST gồm có số lượng sợi cáp, đường kính sợi cáp (m);

- Tham sổ vật ligu cấp UST gm có médun đản hồi Ee (kN/m), hệ số Poisson v, khối lượng riêng c (Tim) và lực kéo cáp LKC (KN);

~ Chiều cao nước chứa trong máng Hy (m), lượng riêng của nước yn (T/m));

“Thân máng chủ yêu chịu các tải trong sau

+ Trọng lượng bản thân máng (TLBT)

~ Ap lực nước trong máng (ALN);

~ Lực kéo cấp hay còn gọi là lực nén tạo UST trong máng (LKC®).

Cầu máng vỏ mong XMLT-UST mật cất chữ U thép UST chỉ có thể bổ tr thing ở đầy

ming, nên đáy máng cin có chiều day lớn hơn thành máng, Còn máng có nhịp ngắn và

wubình không ding UST, nên đầy máng chỉ cần dày hom thành máng chút st hoặc

có chiều day bằng chiều dày thành máng, trong trường hợp này đáy máng có dang nữa trụ tron dé dàng cho việc tạo vvăn khuôn Trong lập tình cũng dã quan tâm đến yếu tổ này.

2.2.3 Chỉnh sữa mô hình CM-XMLT-UST

“Cách thức phân tích bê tông cốt thép nói chung và xi măng lưới thép ứng suất trước nói riêng trong ANSYS có hai loi rồi rge (discret) và chỉnh thể (smeared) Phương

thức rời rac chính là xem xét lần lượt tác dụng của bê tông và cốt thép (ảnh hưởng đối

với tổng th), lấy tải wong để thay thé tác dụng của cốt thép ứng suất tước như

phương pháp tải rong tương đương Phương thức chỉnh thé li xem xét đồng thời tác

dụng của XMLT và thép ứng suất trước, dùng phần tử LINK (phần từ kéo nến dọc trục) để mô phong thép ứng suất rước, ví dụ như phương pháp giảm nhiệt, phương pháp biến dang ban đầu, Hai phương thức này đều có những ru và nhược điểm riêng

(1) Phương pháp rồi rac:

‘Ua điểm: không cin xem xét vị tí của cốt thép ứng suất tước mà có th trực tiếp x dựng mô hình, chia lưới phần tử đơn gián, hiệu ứng ứng suất trước đối với tổng thể của kết cầu có thể hiễn thị khá rõ ring

Nhược điểm: không thuận lợi để mô phỏng ảnh hưởng của vị trí cáp đến kết cấu tong thể, không xem xét phân bổ và phương tác dung của cáp đổi với bể tông, không thé môi phông quá trình kéo cáp, không dé xem xét tác dụng đồng thời của các tải trọng ngoài, Không thé mô phỏng tên hao ứng suất do ứng lực cấp khác nhau,

(2) Phương pháp tổng thể

'Coi XMLT và cốt thép là hai loại phin tir riêng biệt, phương pháp giảm nhiệt mô phòng ứng suất trước khá đơn giản đồng thời có thé mô phỏng tốn hao ứng suất trước, sử dụng một vài phần tử và hằng số thực là có thể thực hiện được Khi sử dụng.phương pháp biến dang ban đầu có thé mô phòng các giá trị khác nhau của cấp rất đễ

L cầu có 1

iu điểm: vị trí cụ thể của cấp nhất định, ảnh hưởng đổi vớ š được xem

xt; có thé mô phòng căng cáp khác nhau dé tối ưu trình tự căng cấp; có thể thu được

hưởng ứng ứng suất của cấp dưới tải trọng tùy ý; có thể mô phỏng tổn hao ứng sul

Nhược điểm: xây dựng mô hình khá phức tạp đặc biệt khi cáp nhiều và bổ trí tuyển

cong,

Có thé nói sử dụng phương pháp giảm nhiệt trong mô tông thể thực hiện khá đơn.

giản nhưng vẫn có thể xem xét hưởng ứng ứng suất biển dạng cục bộ kết cầu

XMLT-UST Với lực kéo cáp bắt kỳ N có thể xác định được nhiệt độ giảm cin thiết của cấp

ứng suất trước

T=- N/EAG

trong đó: E là mô dun din hii của cáp: A Ta điện tích mặt cắt ngang của cáp: ø là hệ số

giãn nở nhiệt

Phần tử của cáp UST và XMLT là liên tục nên tránh được hiện tượng ứng suất cục bộ

tai hai đầu neo.

2.2.4, Lập trình tính kết cầu cầu máng bằng ngôn ngữ APDL

Chương trình tinh kết cấu CM-XMLT-UST có chỉnh sửa cáp ứng suất trước căng sau

được xây dựng trên cơ sở phương pháp phần từ hữu han, ding ngôn ngữ lập trình tham

xố APDL (ANSYS Parametric Desi

chuyên dụng phân tích kết cau cẩu máng tiết diện chữ U dưới dang file macro, để giải

gn Language) trong ANSYS là một chương trình.

bài toán kết cầu CM-XMLT-UST có kích thước tùy ý và trường hợp đặc biệt của nó là

CM-XMLT thường (không UST)

Với phương thức này sẽ dip ứng được yêu edu tính toán hàng loạt bài toán kết cầu cầu

máng chữ U với các kích thước thân máng thay đổi như chiều dồi nhịp L, đường kính trong thân máng D, chiều cao thành máng H, có mặt cắt ngang của máng UST va

máng không ding UST với các ti trọng chủ ytác dụng lên cầu máng (trọng lượng,

bản thân, áp lực nước, tải trọng người đi lại) và các cấp lực nén trước, rất dễ dàng

không gặp khó khăn nào,

Mônh hóa kết cầu CM-XMLUST theo APDL, toàn bộ các dữ liệu ban đầu nhập

vào chương trình được thực hiện qua cửa số giao diện với người sử đụng.

“Toàn bộ chương trình chuyên dụng CM-XMLT-UST tính chuyển vị và ứng suất cầumáng nhịp đơn mặt cắt chữ U có thé xem trong Phụ lục.

Dưới đây trình bay hai ví dụ

225 Tinh toán chuyễn vị ứng suất của cầu mắng xi măng lưới thép ứng suất trước

2.2.5.1 SỐ liệu tính toán CM-XMLT-UST

Các số liệu tính toán chuyển vị và ứng suất của CM-XMLT-UST được đưa vào

chương tinh qua cửa s giao diện với người sr dụng gằm các số liệu saw

~ Kích thước chính của cầu máng: Chi {dai nhịp máng L =10 m, bán kính trong thân.máng Ro = D./2 = 0,6 m, chiều cao vách đúng f = 0.8 m, chiều d

lay thành máng t=

- Kich thước tai máng: Tại máng it diện hình thang cổ ích thước a = 02 m, b =

0,125 m, c=0075 m;

~ Kích thước thanh giảng: Thanh ging it diện chữ nhật có ích thước b, = 0,15 m, bự = 0,10 m và số khoảng thanh giằng ng = 6;

~ Kích thước sườn ngang: Suén ngangiết diện chữ nhật, sườn hai đầu có b rộng hy =

0,15 m, chiều cao hy0,15m;

S0 m, sườn giữn có BE rộng bạ = 0.15 m, chiễu cao hy = - Kích thước diy máng: Chiều dày đáy máng lớn hom thành ming có kích thước ty =

(020m, ds =0.50m và $= 028m;

~ Tham số cáp UST: Số lượng đây cấp n = 5, đường kính ống cáp Dd = 0,025 m,0,02 m;

đường kính cáp De

~ Đặc trưng cơ học của vật liệu XMLT M300: Médun đàn hồi = 2,78x10" kN/m?, hệ số

Poisson = 0,167, khối lượng riêng =2,1582 Tím”,

~ Tham số của vật liệu làm cáp và lực căng cáp: Môđun đản hồi = 91<10*kN/mẺ, hệ số Poisson = 0,3, khối lượng riêng = 0, lực căng cáp LKC* = 600 kN:

~ Ấp lực nước tác dụng vào trong lòng máng với giả thiết bit lợi nhất là máng đầy

nước Hạ = L2 m, Khối lượng điền = 1 Tìm)

“Cho chạy chương tình và ign thị kết quả tính toán cầu máng này từ bình 2.2 đến hình

26 Giá trị chuyển vị và ứng suất pháp SZ doc thân máng tại mặt cất giữa nhịp do tổ.

hợp tai trong THTLBT+ALN+LLKC* và do các thành phần tả trọng của tổ hợp tải

trọng này được thé biện trong bảng 2.1 và bảng 2.2.

29

2.2.5.2 Kết quả tính toán chuyến vị và ứng suất của CM-XMLT-UST

Mô hình tính toán cầu máng chữ U nhịp đơn được thể hiện ở hình 2.2, mặt cắt ngưng

thân máng ứng với cae số liệu đầu vào đã cho gồm có thành máng, diy máng tải

mắng thanh ging, sườn đứng giữa và suồn đứng biên được th hiện ở bình 2.3