Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: NGUYEN THỊ MAI SUONG

Lớp cao học: CH23C11-CS2

Chuyén nganh: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghién cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng”.

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn do tôi làm, những kết quả nghiên

cứu tính toán trung thực Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệu

liên quan nhằm khang định thêm sự tin cậy và tinh cấp thiết của dé tài Tôi không sao chép từ bất kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tôi xin chịu trách nhiệm trước Khoa và

Nhà trường.

Ha Nội, ngày 18 tháng 08 năm 2016 Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Mai Sương

LỜI CẢM ON

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tai lớp cao học CH23CI1-CS2, Trường Đại Học“Thủy Lợi- cơ sở 2, dưới sự giảng daytinh của các thay giáo, sự cổ vẫn và hướng,

dẫn nhiệt tinh của thy giáo hướng dẫn, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đỀ tài: “Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bé ting cất thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng

‘Toi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Thủy Lợi, và các thiy côgiáo cùng tập thé cán bộ công nhân viên trong trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợicho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường.

Tôi xin chân thành cảm ơn Công ty tư vẫn va chuyển giao công nghệ - Chỉ nhánh miễn

"Nam đã tạo điều kiện va giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu

Tôi đặc biệt cảm ơn thấy giáo PGS TS, Nguyễn Ngọc Thing - Người đã hướng dinkhoa học, tận tình chỉ bao tôi giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này,

“ác giả luận văn

Nguyễn Thị Mai Sương

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH no iseriiiiiiriiriii DANH MỤC CÁC BANG BIEU.

LOI CAM ĐOAN

MO DA\ 1

CHUONG 1 TONG QUAN VE CAU MANG 2

L1 — Khai quit eu máng 21.1.1 Kháiniệm cầu máng và các bộ phân của cầu máng 2

1.1.2, ‘Cac loại cầu máng, hình thức kết cầu của cầu máng 5

1.13 Tinh hình xây dựng cầu mang xi măng lưới thép ở Việt Nam và trên.

Giới 1

1.2, Các phương pháp tính toán nội lục cầu máng xi măng lưới thép 9

12.1 Neuyén ly tinh toán cầu máng 9

122 Tính toán theo phương pháp lý thuyết dằm 9 'CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN CAU MANG XI MĂNG LUOL THÉP DỰ UNG L 16

2.1 Tính toán cầu máng theo phương pháp phần tư hữu hạn 16

21.1, Tong quan vév6 wip 16 2.1.2 Noi dung và phương pháp tính chuyển vị cẳu máng xi mang lưới thép theo phương pháp phần tir hữu hạn 21 2.1.3 Ma trận độ cứng của các phần từ trong kết cấu cầu máng 2B

2.14, Bung Idi gi bi ton phân tch nội lục kết cấu máng theo phương pháp

chuyển vị 28

2.1.5 Clu trúc chương trình ~ phần mềm tính toán Sap 2000 31

2.2 Khối quit về kết cấu xi mang lưới thép dự ng lực 3522.1, Bêtông dự ứng le căng sau và căng trước 3822 Cáctổnthấtdựúg lực 39

23, Tinh toán kiểm tra kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực 44 23.1 Kiểm tra cường độ trên mặt cắt vuông góc 44

23.2, Tinh toan cường độ trên mat et nghiéng 4233 -_ Tínhtoánđộyõng 48

24 Tinh ton két edu xi măng lưới thép dự ứng lực bằng SAP2000 0

24.1, Các bước tinh toán bằng phần mềm SAP2000 50

24.2, Một số phương pháp gan cáp dự ứng lực trong Sap 2000 SL

CHUONG 3 AP DỤNG TÍNH TOÁN CAU MANG BE TONG XI MĂNG LƯỚI ‘THEP T30 THUQC HE THONG KENH CHÍNH TÂY 63

31 Giới thiệu công trình 63

3.2 Quy mô công trình 6t

33 Kếtcấu cầu ming ái

3.4, — Các tải trong tác dụng lên cầu máng 65

39, Sốliệu tính toán 663/6 Tring hợp tính toán “73.7 Phin tich kết cu cầu máng theo bài toán không gian bằng SAP2000 6T3.8 Phân tích trạng thái ứng suất va biễn dang của thân máng khi nhịp cầu máng,

thay đôi, còn mặt cắt ngang vẫn giữ nguyên 40

3.8.1 Phin ích biến dang của thin ming khi thay đổi nhịp cầu máng, còn mặt cắtngang giữ nguyễn : „703.82 Phin tich ig suit cia thin mông khi thay đội nhịp cầu mắng, còn mặt cátngang giữ nguyễn : n

3.83 Phin ich img suit cba thân mông khi thay đôi nhịp cầu mắng, còn mit cắt

ngang giữ nguyên, bổ trí dự ứng lục 15 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO `

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH

Hình 1.1 Sơ đồ mặt eit doc cầu máng ?

Hình 1.3 Mặt cắt ngang thân máng 3

Hình L4 lân máng hình thang và chữ U có giảng ngang 4

Hình 1.5 Kết cấu gối đỡ 4

Hình 1,7 Mặt cất ngang edu máng xi ming lưới thép 6

Hình 1.8 Sơ đồ mat cắt máng chữ U _ Hình 1 9 Sơ đồ tinh toán máng chữ U 10

Hình 1.10 Sơ đổ tinh toán và biểu đồ nội lực theo phương đọc ming 2Hình 1.11, Sơ để tinh toán và biểu đổ nội lực của im 4 nhịp laHình 1.12 Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực dim công son kép đều nhau 13Hình 1.13 Sơ đồ tinh toán dim công son kép có mô men ồn bằng nhau 4

Hình 1.14 Sơ đồ tính toán dim công son kép không đề 15

Hình 2 1 Một số dong kết ấu vỏ gắp trong xây dmg thủy lợi l6

Hình 2 2.Tải trọng tác dụng lên mặt cắt ngang máng 7

Hình 2, 3 Kết cầu dim turing (tri) và kết ed tắm chịu uốn (phả), 18

Hình 2 9.Phản tử tim chịu uốn 26Hình 2.10 Thanh chịu lực doc 2

Hình 2,11,Thanh chịu uốn phẳng 30Hình 2, 12 Phương pháp căng sau 3Hình 2.13 Phương pháp căng trước 39Hình 2.19 Định dang parabsn theo số liệu đã cho 3Hình 2.20 Cáp parabn theo số iệu đã cho 5ã

Hinh 2 22 Sơ dé tính toán đầm bê tông 5

Hình 2 23 Biểu đồ tính toán dam 55Hình 2, 24 Vẽ cáp ứng trước 56Hình 2.25.Gan lực căng trước 56

Hinh 2 26 Sơ độ tính toán dim bê tông UST ST

29, Nhập tọa độ các điềm đầu, giữa và cub của cáp parabon

30 Định dạng panbôn theo sé liệu đã cho31 Gin lục căng cấp

32 Sơ đồ tính toán dam bê tông UST.

Hình 2.33 Dm được mô hình hóa bằng phần tử Shell

1 Mặt cắt ngang thân mắng trường hợp không bổ trí đự ứng lực 2 Mặt cắt ngang thân máng trường hợp bổ tri dự ứng lực

3 Mô hình hóa kết cầu than máng

4 Gần áp lực nước lên thân máng (ti mặt edt sườn ngang).5 Chuyển vị tại mặt cắt giữa nhịp do THỊ,

6 Giá trị chuyển vị tại nút 31

7 Chuyển vị của thân máng.

3, Giá tị chuyển vị tại nút 66

9 Chuyển vị ti mặt cắt giữa nhịp do THỊ,10, Giá trị chuyển vị ti nút 139

11.Biéu đổ quan hệ giữa biển dang và nhịp cầu máng, không bổ tri dự ứng

12 Ứng suất S11 tại đầy máng L~öm, không có dự ứng lực 13 Ứng suất S11 tại dinh ming , L=6m, không có dự ứng lực 14 Ứng suất $11 tại đáy máng , L=8m, không có dự ứng lực.

15 Ứng suất $11 tại đỉnh máng, L=8m, không có dự ứng lực.

16 Ứng suắt S11 ti đáy ming , L=12m, không có dựứng lực

18 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất kéo và nhịp cầu máng, không bồ trí dự ứng, 19, Ứng suất S11 do LNT gây ra ti đáy máng, Lm, có dự ứng lực.

20 Chuyển vị thân ming, L=8m, cổ dự ứng lực

21 Ứng suất S11 tại vị trí đây ming , L=8m, có dự ứng lực

22 Ứng suất S11 tại vị trí định máng , L=8m, có dự ứng lực33 Chuyển vị của thân máng, L—12m , có dự ứng lực

24, Ứng suất SII tại vị ti đầy ming , L=12m, cổ dự ứng lực 25, Ứng suất S11 tại vit định máng , L=12m,e6 dự ứng lực

26, Chuyển vị của thân mang, L=14m , có dự ứng lực.

27 Ứng suất S11 tại vị tí đây máng , L=L4m,o6 dự ứng lực 28, Ứng suất S11 tại vị tỉ đỉnh máng , L=14m, cỏ dự ng lực

29 Chuyên vị của thân máng , L=16m , có dự ứng lực

30 Ứng suất S11 tại vị tí đây mắng , L=lớm, có dự ứng lực

Hình 3, 33 Biểu đồ quan h

PL 1 Phổ màu ứng suất Smax.L=6m, không có dự ứng lực

Hình PL 2 Phé màu ứng suất S1 trong sườn ngang, L=ớm, không có dự ứng lựcPL 3 Phổ miu Smax trong sườn ngang.L=6m, không cỏ dr ứng lực

Hình PL 4 Pho miu ứng suất S11 thân máng, L=8m, không có dự ứng lực

Hình PL 5 Phố màu ứng suắt Smax thân mang,L=8m, không có dự ứng lực.

Hình PL 6 Phỏ màu ứng suất $11 sườn ngang,L=§m, không có dự ứng lực.Hình PL 7 Phổ miu ứng suất Smax sườn ngang L=m không có dự ứng lực

Hình PL 8, Phỏ màu ứng suất S11 thân máng,L=12m, không có dự ứng lực.

inh PL 9.Phố màu ứng suất Smax thân mắng,L= 12m, không có dự ứng lựcHình PL 10 Phổ màu ứng suất SI1 sườn ngang,L=I2m, không có dự ứng lực

PL 11 Phổ mẫu ứng suất Smax sườn ngang.L=12m, không có dự ứng lực

Hình PL 12 Phổ màu ứng sắt SI1 sườn ngang,L=Em, có dự ứng lực Hình PL 13 Phổ màu ứng suất Smax sườn ngang,L=8m, có dự ứng lực.

Hình PL 14 Phổ màu ứng sudt $11 sườn ngang,L=l2m, có dự ứng lựcHình PL 15 Phổ màu ứng suit Smax sườn ngang L= 2m, cổ dự ứng lực

la ứng suất kéo và nhịp cầu máng, bổ trí dự ứng lực 82

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 2.1 Bảng phân loi bê tông ứng suất trước 37

Bảng 2 2 Hệ số ma sát 4Bảng 3,1 Bảng xác định tổn hao ays và ơụ; T

Băng PL 1 Ứng suit Smax trong thân máng 85

Bang PL 2 Ứng suất $11 trong sườn ngang 86

Bing PL 3 Ứng suit Smax trong sườn ngang 86 Bảng PL 4 Ung suit S11Bot trong thin máng, L=8m, không có dự ứng lực 7

Bảng PL 5 Ứng suất SmaxBot trong thân máng, L=8m, không có DUL 87Bing PL 6 Ung suất $11Bot trong sườn ngang, L=8m, không có dự ứng lực S8Bảng PL 7 Ung suất SmaxBot trong sườn ngang, L=&m, không có dự ứng lực §8

Bang PL 8 Ứng suất $11Bot trong thân máng, L=12m, không có dự ứng lực, 89

Bảng PL 9 Ứng suit SmaxBot rong thân ming, L=12m, không có dự ứng Iv 89

Bảng PL 10 Ứng suất S1 †Bot trong sườn ngang, L=12m, không có dự ứng lực 90

Bing PL 11 Ứng suất SmaxBot trong sườn ngang Bảng PL 12 Un

2m, không có dự ứng lực 90suất S1 Bot trong sườn ngang, L=8m, có dự ứng lực %

Bang PL 13 Ứng suất S11Bot trong sườn ngang, L=8m, có dự ứng lực % Bảng PL L4 Ứng suất SIIBot trong sườn ngang, L=12m, có dự ứng lực 93 Bang PL 15 Ứng suất Smax Bot trong sườn ngang, L=12m, có dự ứng lực 93

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

“Các kênh tưới vượt qua suối, kênh tiêu cần bồ trí các công trình chuyển nước như cầu

máng, cống luồn, siphông Tuy nhiên đa phần kênh tưới đi qua các suối, kênh tiêu đều

có cao độ đầy kênh cao hơn mục nước trong suối và kênh tiêu nên để tránh ổn thất cột

nước và bùn cát lắng dong gây tắc nghền rong quá trinh chuyển nước đồng thời để

thuận tiện cho việc quản lý vân hình, vi vây việc chọn cầu ming để chuyển nước làph hợp

Đổi với các cầu mắng lớn thường sử dụng 9 bể tông ct thép, tuy nhiền với cầu

máng yêu cầu lưu lượng nhỏ thi việc sử dụng kết cấu xi măng lưới thép là phủ hợp

Khi ‘in vượt qua các sông suối không có khả năng bố trí trụ bắt buộc phải kéo dài nhịp cầu mắng, vậy nên giải php sử dụng ứng suất rước có th đem ại hiệu quả cao

Vi vậy việc nghiên cứu ứng dụng của cầu máng xi mang lưới thép dự ứng lực là việclâm hết sức cần thicó ÿ nghĩa kinh tế ~ xã hội.

IL Mục dich của đề tài

Phan tích trạng thái ứng suất biến dạng kết cầu cầu máng xi măng lưới thép dự ứng lực.

trong trường hợp bài toán không gian với chiều đài nhịp thay đổi Từ đó có thể xác

'Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu ý thuyết về kết cầu xi mang lưới thếp dự ứng lực và kết hợp sử dụng phần

mềm SAP2000 phân ích trạng thi ứng suất và biển dạng cầu máng xi măng lưới thếp

cdự ứng lực nhịp lớn trong trường hợp bài toán không gian,

IV Kết quả dự kiến đạt được

Hiểu được lý thuyết 1 xi ming lưới thép dự ứng lực.

~ Xác định quan hệ ứng suất — biển dạng trong kết cầu cầu máng xi măng lưới thép

cdự ứng lực.

= So sánh trường hợp có sử dung kết edu bê tông dự ứng lực với trường hop không

sử dung kết cầu bê tông dự ứng lực, áp dụng cho một công trình cụ thé.

au được đặc điểm chịu lực, độ bền của lại kết cấu vo mỏng bê tông cốt thếp ar ứng lực nói chung khi làm việc theo sơ đồ không gian.

CHUONG 1 TONG QUAN VE CAU MANG.

LA Khái quất cầu máng.

1.L1 Khái niệm cầu máng và các bộ phận cia cầu máng.

Cầu máng là công trình thường được sit dụng với mục đích vận chuyển nước khi hithống kênh thườg di qua các vùng có điều kiện địa hinh phúc tạp như: sông, subi,

thung lũng sâu và hep Thực tế nhu edu dẫn nước hiện nay cần xây dụng các công

tình cầu máng có nhịp lớn, chịu tải trong lớn do đó đối với loại công tình này cần sử

dụng kết dự ứng lực để đem lại hiệu quả cao.

Clu máng có các bộ phận chính: cửa vào, cửa ra, thân máng và gối đỡ (Hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ mặt cắt dọc cầu máng

1.Cira vào; 3.MỖ bên; 3.Thân mắng; 4.G4i đỡ; 5 Khe co gian; 6 Của ra; 7.Kênh 1.1.1.1 Kế cấu cửa vào, cửa ra

Cửa vào và cửa ra của cầu máng là đoạn nối tiếp thân máng với kênh din nước thượng, hạ lưu, có tác dụng làm cho dòng chảy vio máng thuận, giảm bởi tổn thất do

thu hep gây ra và đồng nước ra không làm xói lở bờ và đầy kênh,

“Tường cánh của cửa vào và cửa ra thường kim theo hai kiểu: kiểu lượn cong va kiểu

mở rộng hoặc thu hẹp in, Cửa lượn cong nước chy vào, chủy ra thuận, nhưng khi tỉ

công khó khăn hon, Góc mở rộng của tường cánh có ảnh hưởng đến dòng chảy vào và

1 Sơ bộ chiều dai

ra khỏi máng Thường lấy tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài là +

đoạn cửa vào, cửa ra lấy bằng 4 lần cột nước trong kênh Sân phòng thắm thường làm

bằng đất sắt ở trên có lát đá để phòng x6i công cổ kh ở dưới nn cửa vào, cửa ra làm

chân khay hoặc đồng ván cử,

=h Aa

ra ir

Hình 1.2 Cửa vào cửa ra của cầu máng

hi Chiều sâu nước trong kênh; L1: Chiễu dai đoạn cửa vào; 12: Chiều dai đoạn cửa ra.

11-12 Kế cấu thân mang

Thin máng lim nhiệm vụ chuyển nước, mặt cốt ngang dạng chữ nhật, bản nguyệt,

parabol hoặc chữ U có cấu tạo kin hoặc hở Vật liệu được ding để xây dựng máng

có thé là gỗ, gạch đá xây, bê tông cốt thép hoặc xi măng lưới thép Tiết diện máng phải đủ chuyên nước, độ nhắm nhỏ tránh tôn thất đầu nước, vật liệu thân máng phải bén và it thẩm nước,

“Chọn hình thức mặt cắt ngang thân máng phải dựa vào tính toán thủy lực, vật liệu làmthân máng, hình thức kết edu trụ đỡ, đoạn nổi tiếp cửa vào cửa ra

4) b)

Hình 1.3 Mat cất ngang thân máng.a Hình chữ nhật, b Hình thang; e Hình chữ U

“Cầu máng vỏ mỏng có khả ning chịu lự theo phương đọc lớn hơn theo phương ngang

rất nhiêu, dé tăng độ cứng theo phương ngang, tăng độ ôn định tong thé và cục bộ của.

thân máng, cần bổ trí các thanh giằng ngang, các sườn gia cường đọc (còn gọi là tải

máng), tạ hai đầu mỗi nhịp máng nên bổ tí sườn ngang (Hình 1.4), Với cầu máng có3

mmặt cắt ngang nhỏ, để đễ ding cho việc thi công có thể không bổ tr cic thanh giảng ngang, song néu cần có thé ting thêm chiều diy thành máng.

ine neveswine

Hình 1.4, Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có ging ngang

Khi có nhu cầu đi lại trên mặt máng, có thể bổ trí đường cho người di Với cầu máng lớn qua sông suối có thể kết hợp làm cầu giao thông trên đình.

L113 Kếtcấtgốiđỡ

Gói đỡ thân máng gdm có gối đỡ ở bên (mồ bên) và gối đỡ ở giữa (Ary giữa) Mồ bên thường dũng kigu trọng lực (Hình 1.5), côn trụ giữa khi chiều cao trụ không lớn cũng

hay dùng kiểu trong lực, khi chiểu cao của trụ lớn thường dùng kiểu khung hoặc kiểu

hỗn hợp,

Hình L5 Kết cấu gối đỡ

1 Mé biên kiểu trong lực; 2 Cửa vào; 3 Thân máng; 4 Phin dat dip; 5 Thiết bị thoát nước; 6, Mat dat tự nhiên; 7 Trụ giữa

Try giữa kiểu trọng lục có thé bằng gạch xây, bằng đá xây hoặc bê tông, thường ding

cổ các trụ có chiều coo đưới 10m, trọng lượng bản thân của trụ kiểu trọng lực thưởng

4

rit lớn, do đó đôi hỏi nền phải có sức chịu tải cao (Hình 1.6a) Trụ đỡ kiểu khung cóhai loại: khung đơn và khung kép, khung dom thường dùng cho các trụ cao dưới 15m

(Hình 1.6), còn trụ kép thường dùng khi các trụ có chiều cao từ 15 đến 20m (Hình

1.60) Mông của mổ và trụ có thể đt rực iẾp len nền tr nhiên, khi nén yếu có thể đặt

a, Trụ kiểu trọng lực; b Trụ kiểu khung don; e Trụ kiểu khung kép.

1.1.2 Các loạimáng, hình thức kết cấu của cầu máng.

iu máng có thanh giằng và cẩu máng không có thanh giẳng.

Tiy theo điều kiện và yêu cầu của từng công tình cụ thể, chúng ta sử dụng loại cầu

máng cho phủ hợp để đảm bảo điều kiện kinh tế và kỳ thuật.

= Với những công trinh có quy mô lớn có th sử dụng hình thức cầu mắng bằng vậtliệu bé tông cốt thép và để giảm giá thành công trình có thể sử đụng hình thức cầumắng bing vật liệu xi măng lưới theVỏ mang.

= Clu máng vỏ mỏng la loi hình kết edu nhọ, có nhiễu ưu điểm: đảm bảo tính kinh

tế, thích hợp với nhiều địa hình, hình thức kết cấu gọn, đẹp vật liệu thường dàng để chế tạo là bê tông cốt thép, xi ming lưới thếp hoặc bê tông it cốt thép

"Hình dạng mặt cắt có thé là nữa hình tròn, hình chữ U, hình thang, hình Elips hoặc.

Hiện nay, cầu máng xi măng lưới thép vỏ móng có hình chữ U được sứ dung phổ biểnvì các tính năng: có lợimặt thủy lực, độ cứng hướng dọc lớn, nội lực hưởng ngang,nhỏ, thi công thuận lợi

112.2 - Hình thức kết cấu thân máng.

chữ U Thân máng được đặt trên các gối đỡ, trụ đỡ theo hình thức dầm liên tục, dim

ngang của cầu máng thường được thiết kế hình chữ nhật, hỉnh thang hoặc hình công son Phương pháp tỉnh toán nội lực và bê tông cốt thép của cầu máng theo phương ngang cũng tương tự như đối với cầu ming bing gach da Thân mắng có mặt

cắt chữ nhật: Máng chữ nhật không có thanh giẳng ngang thường áp dụng các cầumáng loại nhỏ có chiều dài không lớn Thành bên của loại cầu máng này dưới tác dụngcủa áp lực nước sẽ chịu lực giống như một bản công xôn Khi thành đáy máng cao thì

moment trốn ở đáy v: lớn.ch ming sẽ lớn nên lượng thép dùng trong thân máng siing ngang làm tăng khả năng chịu lực của thành bên và đáy máng nên có thể

giảm được lượng cốt thép.

Cầu máng loại vừa và loại lớn sẽ bổ tí thêm thanh giẳng ngang trên định mắng để

tăng khả năng chịu lực theo phương ngang của máng.

‘Thin ming cổ mặt cắt hình chữ U : Máng có mặt cắt hình chữ U cỏ đầy là nửa trụ

tròn, hai thành bên thẳng đúng, Các cầu máng loại nhỏ có chiều di không lớn thường

không có thanh giằng ngang Theo phương dọc máng, máng vỏ mỏng chữ U thường có.

hình thức máng một khoang đặt trên các m6 đỡ, tính toán theo sơ đồ dim dom giản

hoặc công son kép,

a} |

Xi hư Thư

Hình 1 7 Mat cắt ngang cầu máng xi măng lưới thép

6

Kí thước máng võ mỏng hình chữ U bằng xi măng lưới thép thường được th

như sau

~ Chiều dày thành máng: _ tthường lấy bằng 2,5 đến 3,5cm.

Chiều cao đoạn thẳng đúng f của thành ming ly từ 10 % đến 30% chiều rộng lông

Kích thước tai máng : 3,Št < a <5,5t04a <b<0,5402a <e<0/4ã

Kích thước mặt cắt ngang của thanh ging bh, = 10+ 20cm, b, = 8z L5em ~ Mặt cắt ngang của các sườn ngang có b, = 15cm, h, = 4t £St

11.3 Tình hình xây đựng cầu máng xi mang lưới thép ở Việt Nam và trên THEGi

113.1 Tĩnh hình xây dụng cầu mảng xi măng lưới thép trên Thé giới

Nguồn nước là ải nguyên đặc biệt quan tong, không chỉ là một trong những thành phần thết yêu của sự sống và môi trường, mà còn là điều kiện để khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên khác và là nguyên liệu không thể thay thể của các ngành kinh tế

cũng như các ngành liên quan.

Hệ thông kênh và công trình trên kênh là một bộ phận thiết yếu trong các hệ thông thủy lợi Vậy nên việc tinh tn thiết kế sao cho lợi nhất, tân dựng được ti ru nguồn

tải nguyên nước là một vẫn để hết sức khó khăn,

Những vùng có điều kiện dia hình phic tạp, hệ thông kênh thường di qua các vũng cổ

địa hình phức tạp như: Sông, suối, thung King sâu và hẹp thi việc sử dụng cầu máng

luôn là lựa chọn số một của các nha thiết kể.

Hiện nay, với sự phát triển ngày cảng mạnh mẽ của các công nghệ hiện đại trong lĩnhvực xây dung Công nghệ sản xuắt xi măng lưới thếp ngày cảng được hoàn thiện, và

hiện đại hoá cao nhằm tăng năng suit, tăng chất lượng, gm chỉ phi nhân công, giảm

thành xây dựng Công cuộc áp dụng kết cầu xi măng lưới thép vào xây dmg

máng là một vấn đề hết sức phủ hợp,

"Nhìn chung kết cấu xi măng lưới thép đóng một vai trỏ quan trọng đối với hầu hết các nước rên Thể giới Với yêu cầu về kỹ thuật ở mức độ thấp và những tính năng ưu việt

của nó, xi ming kưới thép phù hợp với các nước đang phát tiễn trong những ứng dụng

8 bể chứa nu

đơn giản hùng chúa thực phẩm, hệ thing kênh mảng, cầu ming dẫn

nước tưới cho nông nghiệp và cấp nước cho sinh hoạt Ở những nước phát triển, sự

ứng dụng công nghệ tiên tiến cho hệ thông xây dựng va sản xuất đã làm cho nó cảng.

trở nên thu hút đối với những ứng dụng cho các loại kết cầu phức tạp hơn, đa dang hơn

và thẩm mỹ hon trong xây dựng nhà cửa cũng như những kết edu xây dựng khác Hầu hết các nghiên cứu v8 xi ming lưới thép cia các nước du không cổ những ứng

dụng vào lĩnh vực cầu máng xi măng lưới thép trong công trình thủy lợi Nhưng chính

những nghiên cứu này đã tạo những điều kiện và cơ sở khoa học để chúng ta tiếp tục

trình thủy lợi

ci sâu hơn về kết ấu sĩ măng lưới hếp ứng dụng cụ thé trong lĩnh vực công.

11.32 Tink hình xây dụng cầu ming xi măng lưới thép tại Việt Nam

Ở Việt Nam, các công tình thủy lợi lớn nhỏ ở nước ta hầu hết đều cố sử dụng cầu

trông, iệ sử dng cầu máng đem li hiệu quả kinh và kỹ thuật cao, độc it kế cầuxi măng lưới thép đã phát triển mạnh trong thời gian qua Các cầu máng xi ming lướithếp có ch

cho các đoạn kênh nỗi có chiều cao so với mặt dat tự nhiên tử 2-6m Một số công trình đã được thiết kế và thi công như kênh tưới chính Hỗ Dak Loh (Kon Tam, 2002): Kênh,

chính hồ Đắk Lô (Lâm Đồng, 2004); Kênh chính Hồ Ding Xoai (Bình Phước, 2008);

Kênh chỉnh Đông và Tây hồ Đồng Tròn (Phú Yên, 2009), Cầu mảng tại KI+200 trên

kênh ĐI „ cầu máng B16 thuộc hệ thống kênh chính Đông lamor Sử du

Mu dài nhịp từ 6-8m được đặt trên các trụ đỡ để vượt sông suối, hay thay

xi ming lưới thép để dẫn nước tong công tinh thủy lợi có nhiều ưu điểm

như: giảm giá thành xây dựng, giảm diện tích đắt đền bù, công trinh đẹp, ít tốn kém

chỉ phí quản lý, vận hành, sửa chữa.

mắng nhịp ngắn L< 6m, chỉ phí xây dung sẽ cao do tén rất nhiều mổ trụ cầu, mặt khác độ an toàn cũng thấp khi nhiễu mé trụ có chiều cao lớn và phái thi công ở giữa long sông, suối Do đó cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn sẽ là giải

pháp tối trụ để giảm giá thành và tăng cường dim bảo an toàn cho các công trinh cầumáng xi mang lưới thép vượt sông, suối.

"Để đáp ứng được yêu âu của thực tẾ ngày cảng cao đối với cầu máng nhịp lớn đồi

hỏi phải di sâu vào nghiên cứu các loại hình thức kết cấu của cầu máng xi mang lưới

thép nhịp lớn Qua nghiên cứu ban đầu cho thấy kha năng chịu lực của kết cầu máng xi

măng lưới thép tăng lên khi sử dung cốt thép dự ứng lực.

Do dé trong luận văn ác giả sẽ đi sâu vào nghiên cứu cho loại hình kết cầu cẫu mảng xi măng lưới thép dự ứng lực nhịp lớn Với kết cấu máng xi măng lưới thếp dự ứng lực

nhịp lớn chắc chin sẽ đem lại hiệu quả kinh tẾ cao trong thiết kế và th công cầu mángnhịp lớn trong các công trình dẫn nước

1⁄2 Các phương pháp tính toán nội lực cầu máng xi măng lưới thép.

12.1 Nguyên tính toán cầu mắng

Ê sơ bộ có thé mắng loại nhỏ có bể rộng thân máng đưới 1,2 m, hoặc khi thi

đảng phương pháp "Lý thuyết dim” để tính toán và phân tích nội lực thân máng Phương pháp tính toán theo không gian thay thé cho bài toắn phẳng tinh theo phương

đạc mắng và theo phương ngang ming Theo phương dọc thin ming được tính như

bài toán dim, theo phương ngang thân máng được tính như một hệ phảng (khung.

phẳng) có bé rộng bằng một đơn vi được cất ra từ thân máng, chịu tắt cả các ải trọng túc dung lên đoạn ming đó và được cân bằng nhờ các lục tương bỗ của các phẫn ming

ở bai bên

1.2.2 Tinh toán theo phương pháp lý thuyết dầm

1.2.2.1 Tink toán phương ngang máng theo sơ đỗ kết edu vỏ mỏng — trường hợp‘mat cất ngang máng hình chữ U

a, Đặc điềm và sơ đồ tính toán

Xét một đơn vị chiều di thân máng có thanh giảng ở vị tí đối xi, hân máng làm

việc như một hệ siêu tĩnh ( Hình 1.8) Mgt khác, do hình dạng bình học của mặt cắt

ngang và tai trọng đều là đối xứng (khi không xét đến trọng tải gió và lực động đái phân bố lực cắt không cân bằng trên mặt cắt ngang cũng là đi xứng Sơ đồ tinh toán

kết cầu có thé chon theonh L9

Lực ác dung lên thin mắng gồm cổ:

qi: Trọng lượng bản thân máng.

Px Ấp lực nước vuông góc với thành ming

P: Lực tập trung tác dụng tại định máng (Bao gồm trong lượng bản thân bộ

phân tai máng, trọng lượng bản thân thanh giằng ngang và tải trọng của bản đường.

Hình 1 8, Sơ đổ mặt cắt ming chữ U _ Hình 1.9 Sơ đồ nh toán mắng chữ U

6 Tĩnh toán nội lự thân mắng

Sử dụng phương pháp lực của cơ học kết cấu dé tìm nội lực X,

Hệ cơ bản của phương trình chính te: ðn Xi*Áip

trong đó

âiy: Hệ số chính, chuyển v theo phương X,, do X=I gây ra

An Áp, Og» Âu, Bie: Số hạng tự do ~ chuyển vị theo phương Xi, do cácngoại lực p, Mo, dị; Post sinh ra

Mỹ Mị, ,Mj,M¿,,„M;: Biểu đỗ mô men do các tải trọng P, Mo, dụ, Pos + gây rẻ

trong hg cơ bản,

Biểu đồ lực dọc N, lực cất Q được xác định bằng cách tách nút.

1.22.2 Tỉnh toán theo phương doc máng

a Đặc điểm và phân loại dam

Can cứ vào sự khác nhau của vị trí, sự phân bổ các khớp nỗi của công trình cầu máng, số lượng các mỗ đỡ và khung đỡ, thân ming được tính toán theo sơ đồ dim đơn hoặc cdầm liên tục:

~ Đầm công son đơn thường áp dụng cho phần nỗi tếp giữa cầu ming với đoạn cửa

vio, cửa ra của công trình dẫn nước,

loại sau: đầm c¿

= Đầm công son kếp được chía thành g son kép đều nhau, công son kếp có mô men tốn bằng nhan, công son kép không du và mô men uốn không

bằng nhau

b Sơ đồ tính toán và biéu dé nội lực * Kết cấ am đơn

Ua điểm của loại dim này là sơ đồ tỉnh toán đơn giãn, thi công thuận lợi, có thể sử

dụng các phương pháp lắp ghép Trong các ving có tác dụng của ải trong động loại

dằm này uw điểm hơn về mặt chịu lục so với dầm công son kép Với các ưu điểm này

nên trong thực tế thường dung cầu máng nhịp don để tinh toán.

"Nhược điểm của nó là mô men uốn giữa khoang rất lớn, toàn bộ bản đáy chịu kéo, dẫn đến yêu cầu về khả năng chống nút và chống thắm khó đảm bảo hơn, đặc biệt là đối

với các công trình dẫn nước nằm trong vùng ảnh hưởng của các yếu tổ xâm thực (hồachất nước biễn, môi tưởng bị ð nhiễm, )

Sơ đồtoán và biểu đồ nội lực của cầu máng tính toán theo sơ đồ dim đơn có dạng

Hình 1.10 Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực theo phương dọc máng * Kết cầu dim liên tục nhiều nhịp

‘Uu điểm của loại kết edu này là cải thiện được điều kiện chịu lực của dim, biểu đỗ mo liệu làm khóp nói và chống thắm Nhược điểm men phân bổ cả hai phi, tết kiệm

của loại kết cấu này khó thi công, lắp ghép.

Đổi với c Jiu ming dài, dim dọc thường được tinh toán như dim liền tụ n nhịp

6 gối tựa là các mé và khung đỡ, chịu tả trọng phân bổ đều của nước trong máng và

trọng lượng bản thin dim, Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực (mô men, lực cất) của dim đỡ 4 nhịp có dạng như Hình 1.11 Tinh toán kết céu dim dọc được tiến hành như

cấu kiện chịu uốn.

Hình 1.11, Sơ đồtính toán va bigw đổ nộ lực của đầm 4 nhịp

* Kết cfu dim công son kép đều nhau

Đối với dim công son kếp có chiều dài đoạn công son L 2, dưới ác dụng của tải

trọng phân bổ đều, biểu đồ mô men uốn sẽ gây căng phía trên toàn bộ chiều đãi dim Bản dầy sẽ ở trang thai luôn luôn chịu nền và điều kiện này rit có lợi đối với yêu cầu chống nứt và chống thắm cho bản day của công trình dẫn nước nói chung và đặc biệt

Hình 1.12 Sơ đồ tính toán và bi «43 nội lực dim công son kép đều nhau * Kết cầu dim công son kép có mô men uén bằng nhau

“Chiều dai đoạn công son trong trường hợp này L,.354L Dưới tác dụng của tải trọng

phân bé đều, mô men uốn gây căng trên lớn nhất tại gối đờ và mô men uốn gây căng

B

dưới lớn nhất gi giữa nhịp dim có gi tr bằng nhau, kết cầu hợp lý vé mặt chịu lực, để dàng b6 tri vật liệu.

Nhung do phải bổ tr thép chịu lục cả phn trên và phần đưới của thân máng nên có thể tăng thêm chi phí xây dựng.

Sơ dé tính toán và biểu đồ nội lực của phương dọc máng trong trường hợp này có dạng

như Hình 1.13

Hinh 1.13 Sơ đồ tinh toán dim công son kép có mô men * Kết cầu dim công son kép không đều.

Kết cấu dim loại này có chiều dai đoạn công son L,=(0,4:0,45)L trong trường hợp này, mô men uốn căng dưới lớn nhất ở giữa nhịp thường nhỏ hơn mô men gây cũng trên tại gối đỡ, bản đáy tại vị tri gối đỡ chịu nén, có lợi đối với tính toán khả năng chịu.

lực và yêu cầu chống thắm cho cầu mang,

Vé khả năng chống nứt, do chiều dài công son L, <0,5L, mô men uốn căng trên tại gốiđờ nhỏ hơn so với dầm công son kép đều nhau nên có lợi hơn Mô men tến căng dưới

lớn nhất ở giữa nhịp có giá tỉ nhỏ hơn so với ác trường hop nêu trên, nên có thế tho mãn cả 2 yêu cầu vé kha năng chịu lực va chống nứt

So đồ tính toán và biểu đồ nội lực của phương dọc máng theo sơ đồ dim công son kép

không đều có dang như Hình 1.14

Lees8w

Hình 1.14, Sơ đồ tinh toán đầm công son kép không đều, Tinh toán Kết cầu bê tông cất thép thân mang theo phương doc

[Noi lực theo phương đọc cầu máng được xúc định theo các sơ đồ chịu lực đã nêu và

bằng các phương pháp thông thường của cơ học kết cấu Căn cứ vào nội lye M và Q tìm được, phương dọc máng được tính toán như cấu kiện chịu uốn với các dạng mặt cắt khác nhau

Thông thường cầu máng bê tông cốt thép có tiết diện chữ T, chữ I, chữ U, hình hộp.tiết điện ngang ding trong tinh toán được ính đổi về tiết diện tương đương có dạngchữ T hoặc chữ I ủy thuộc vào hình dáng, kích thước các bộ phận của một cắt ngang

cầu ming

Kế luận chương 1:

“Trong chương này tác giả khái quát tổng quan vẻ cầu máng: về cấu tạo, về kích thước,

v à ứng dung kết cấu xi măng lưới thép dự ứng lực ở Việt Nam.inh hình nglvà trên Thể giới

sn canh đó tác giả cũng đã nêu ra các phương pháp tinh toán nịlực cầu máng ximang lưới thép thông thường: tính toán theo phương dọc máng và tính toán theophương ngang ming,

CHUONG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN CAU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP DỰ ỨNG LUC

2.1 Tinh toán cầu máng theo phương pháp phần từ hữu hạn

"Nhằm giải quyết những tồn tại và hạn chế của các phương pháp tính toán kết cầu cầu.máng trước đây, trong phần này xét sự làm việc chỉnh thể của cầu máng theo bai toánkhông gian Trong phạm vì của luận văn này, chỉ giới hạn nghiên cứu ứng dụng

phương pháp phần từ hữu han dé tính toán các cầu mảng ở dạng vỏ gấp (cầu máng hở) hoặc vỏ gắp kin (cầu máng hình hộp) có các mặt là tắm phẳng hoặc có thé phân chia

gần đúng thành các tắm phẳng.

21 Ting quan về võ gấp

2 1 Một số dang kết cầu v6 gắp trong xây dựng thủy lợi

Tắm và vỏ là các dạng kết cấu được sir dạng nhiều trong kỹ thuật và chúng thường dang chịu uốn Phin tử vỏ được xem là tổ hợp của phan tử tắm chịu uốn và

độ cong không đổi hoặc thay đổi theo các phương x và y Khi v6 được chia thành một tử chịu trang thải ứng suất phẳng Kết cfu v6 tương tự như kết cấu tắm nhưng có

số hữu hạn các phần tir có kích thước đủ nhỏ, thi mỗi phần tử có thể được xem như làphần tử tắm phẳng chịu uốn với một phương xác định trong không gian Tuy nhiên,

6 phương khác nhau, vi vậy biển dang tốn trong phn tử này lại

Vo gắp là kết cầu võ trong đó mặt vỏ là mặt phẳng gấp khúc Giao tuyễn giữa các mặt

như có khả

phẳng là liên kết giữa các tắm Liên kết này được coi là liên kết cứng nế

năng truyền toàn bộ các thành phần nội lực trong tắm phẳng tir tắm này sang tim kia Liên kết này được coi li khớp nếu như không có khả năng truyền mô men từ im này,sang tim kia Do mô men chống uỗn của mặt cắt vỏ nói chung và vô gấp nói riêng có

i kệ

giá tì mô dun chống wn của mặt cắt cia khác có cũng diện ích, nên trong xây dụng kết cấu võ gdp được sử dụng khá phổ biển Trong xây dựng giao thô 1g thủy

lợi thường sử dụng nhiều loại kết cầu này như: kết cấu cầu hộp trong giao thông, kết sấu cổng lộ thiên, cổng ngằm, cầu mắng, xỉ phông.

Với các loại cầu máng có mặt cắt ngang hình chữ U, parabol có thé coi là kết cầu vỏ gắp (vỏ mông được coi như tập hợp bởi cúc phin tử phẳng)

Nói chung, kết cầu vỏ gấp thường gặp là kết cấu vỏ trong đó giao tuyến của các mặtvõ có phương song song với nhau Với kết cấu cầu mảng liên kết giữa cúc mặt vỏ

thường làiên kết cứng vi thành mắng thường được đổ liên khối với bản đầy hoặc định

mang, còn liên kết khớp giữa các mặt vỏ chi gặp ở các cầu máng có thành máng và.

đình máng làm ở dang tách rồi.

Tai trọng tác dụng lên kết cấu vỏ gấp thông thường là tải trọng trực tiếp có phương nằm trong mặt phẳng của võ hay vuông góc với mặt phẳng của vỏ, hoặc có các ti

trọng có thể đưa về hai loại đó.

Hình 2 2.Tải trọng tác dụng lên mặt cắt ngang máng,

Do đặc tính của cầu tạo và chịu lực, một mặt phẳng của v6 gp có thể coi như tổ hợp bởi hai loại ết cấu cơ bản là kết cầu dim tường và kết cầu tắm chịu udn, dưới đây sẽ

sọi mặt phẳng của v6 gắp là tắm vỏ.

Hình 2.3 Kết cấu dim tường (tái) và kết cấu tắm chịu tồn (phải) Tại một điểm bắt kỹ trên mặt trung gian của v6 có các thành phn chuyển vị su:

~ Các chuyển vị thẳng u,v đọc theo các trục x, y nằm trong mặt phẳng của tim.

= Các chuyển vị thẳng w đọc theo trục z có phương vuông góc với mặt phẳng.

của tắm.

-Cátuyển vị góc Ox, Oy quay quanh trục x và trục y.yz

Hình 2 4.Hệ toa độ cục bộ của phan từ vỏ

Trong tính toán v6 gấp, thành phần góc xoắn 0z quanh trục z thường bỏ qua, phần vi v6 hẳu như không chịu tác dụng của mô men xoắn ngoại lực nằm trong mặt phẳng của tắm v6, phần vì mỗi tắm phẳng là thành phần của vỏ có độ cứng chống xoắn khá lớn

xung quanh trục Z.

“Tại điểm bất ky của vỏ có các thành phần nội lực sau:

- Lực đọc Nx, Ny và lực cất Nay đọc theo các phương x, y nằm trong mặt

phẳng v6.

~ Mô men tốn Mx, My và mô men xoắn Mxy nằm trong các mặt phẳng có pháp

tuyển x,

“Các thành phần chuyén vị và nội lực này là tổ hợp bởi các thành phần chuyển vị và nội

lực của tắm tường và tắm chịu uốn, trong đó:

Is

= u,v Ng Ny, Nyy là các thành phin chuyển vị và nội lực của tắm tường (bài

toán ứng sult phẳng của lý huyết dn hồ).

~w, Ox, By, Mx, My, Mxy là các thành phần chuyên vị và nội lực của tắm chịu Với tim tường ta có phương trình hình học liên hệ giữa các biển dang và chuyển vị ở

điểm bị <a tắm (phương tình Cauchy) biểu dn ở dạng ma tên

Voi E là mô đun đản hôià ụ là hệ số poison của vật

Là véc tơ ứng suất

`Với tắm chịu uốn ta có phương trình liên hệ giữa biến dang và độ võng t)=#Zz)

Trong đồ

Z là khoảng cách từ điểm nghiên cứu đến mặt phẳng trung bình của tấm + là véc tơ độ cong của điểm tương ứng với điểm bất ky trên mặt trung gian của tim

xác định bằng công thức:

"Trong đó:

Liên hệ giữa ứng suất và biển dạng ở điểm bit kỳ của tắm chịu uốn cũng được biểu diễn một cách tương tự như ở tắm tường, song với tắm chịu uốn thông thường người ta dia vào quan hệ giữa ứng suất và nội lực, giữa biển dạng và độ cong để thết lập quan

hệ giữa nôi lực và độ cong của tắm Quan hệ này được biểu diễn ở dạng ma trận như

20

“Trong đó

Là ma trận các của tắm với h là chiễ

ng số din hỗ đây của tắm, E là mô dun din

à ụ là hệ số poison của vật liệu.am

{aM} =| My } La vée tơ nội lực của tim với Mix, My là mô men uốn côn

May là mô men xoắn tác dụng trên mặt cất của tắm, tính trên một độ dài bằng đơn vị

Ngoài ra, với tắm chịu uốn liên hệ giữa góc xoay và độ võng được biểu diễn bằng cáccông thức sau:

9 2

Khi giải vo gắp bằng phương pháp phần từ hữu hạn, phần tử được sử dung phổ biển là

phần tử hình chữ nhật, trong đó các chuyển vị u, v trong mặt phẳng của tắm được xắp

xi bằng him bậc nhất còn độ võng w được xắp xi bằng hàm bậc bốn khuyết Phương cấu, điều

pháp phần tir hữu hạn cho lời giải với các tình huồng tải trọng, hình thức ki

kiện rằng buộc về chuyển vị một cách đa đạng.

2.1.2 Nội dung và phương pháp tính chuyén vị cầu mắng xi mang lưới thép theo phương pháp phan tử hữu han

-.L2.1 Các dang phân tử trong kết cấu cầu mắng xi măng lưới iếp

Kết cấu thân cầu máng, khi phân ích bằng phương pháp phần tử hữu hạn, có thé phân tích thành 2 loại kết cầu la:

- Kết cấu dang thanh: gồm các bộ phận như dim dọc, sườn ngang và các thanh

giằng

~ Kết cấu dang v6: gỗm bản nh, hành bên và bản diy.

Nhu đã trình bày, vỏ gấp có thể coi là kết cấu tổ hợp hai loại kết cấu cơ bản là dim

tường và lắm chịu uốn

CChuyển vị thẳng tai điểm bat ky của thân máng gém các thành phan sau

+ Với thanh chịu uốn và kéo nén đồng thời= U(x) theo phương trục X

= W(x) theo phương trục Z

+ Với dim tưởng:

~ Utx,y) theo phương trục X

~ V(x, y) theo phương trục ¥

+ Với tim chịu ud:

~ W(x, y) theo phương trục Z

Bai toán cơ bản được xem xét với mọi trường hợp của tải trọng Vật liệu của kết cầu

được coi là đồng nhất, đẳng hướng và din hồi tuyển dính

2.1.2.2 Noi dung của phương pháp chuyển vị

Nhu đã trình bay ở trên, phương pháp chuyển vị chọn các chuyển vị nút là dn số của Bồi toán, Muỗn xic định chúng, ta ph hit lập các phương tnh căn bằng tin học Nếu như đối với mỗi phần tử hữu hạn luôn luôn tổ tại mi quan hệ giữa các ứng luc nút {F}, và các chuyển vi mit}, dạng {Z}, =[K] {a tì đối với kết cấu cũng có

mỗi quan hệ tương tự. tF)=[KHAI

Mỗi hệ số ky của ma trận độ cứng kết edu chính là tổng tắt cả các hệ số ky của ma trận

độ cứng các phần tứ.

k= Dh

Nội dung của phương pháp chuyển vị là thiết lập ma trận độ cũng [K] của cả kt edu,giải hệ phương trình {F} = [KỊ,1AI để tim vecto chuyển vị nút {A] từ đồ dựa vào ma

trận ứng suất của các phần tử để tìm ra ứng suất hoặc nội lực trong kết cấu 2.1.3, Ma trận độ cứng của các phần tử trong kết edu cầu máng

2.13.1 Ma trận độ cứng của phần tử thanh chịu uốn

Phin tr thanh chịu uốn với hai điểm nút vàj cổ các véc to ti và vée tơ chuyển vị nút

Voi him xắp xi độ võng đưới dang đa thức bậc ba:Woy = artaaxtasx tax?

Ma trận độ cứng của phần tĩ thanh chịu uốn tig

2.13.2 Ma trận độ cứng của phần tử thanh chịu lực đọc

Vée to tai và véc tơ chuyển vị (Hình 2.6)

LẦU *Mã

Hình 2 6.Phần tử thanh chịu lực doc

Chọn him xắp xi chuyển vị đưới dạng uyễn tính

2.1.34 Ma trận độ cứng của phần tử dim — tưởng hình chữ nhật

`Xết phần tử e hình chữ nhật trong mặt phẳng xy có 4 điểm nút i,j ky 1 (Hinh 2.8) Mỗi nút có 2 thành phần chuyển vị theo phương x và y

Vee to tải va véc tơ chuyển vị nút của phần tire:

Ta có thể biểu diễn dưới dang tổng quat:

Ngbs) = 1/49(1#rn)(T®S si) với i= 1,2,3,4 và rụ s, là tọa độ tự nhiên của nút ¡

“Các đại lượng cin tìm là chuyển vị w, các góc xoay 6, và 6, đều được biểu diễn bởi các tổ hợp tuyên tính của bốn hằm nội suy song tuyển tính trên:

Ea

“Các thành phần của véc tơ các độ cong được biểu diễn qua các thành phần của vée tơ

chuyển vị nút như sau:

lãi bài toán phân tích nội lực kắt cầu máng theo phương phái2.14.1 Ma trộn độ cứng của các phần tử trong hệ tọa độ chung

Goi xyz là hệ toa độ riêng của từng phần từ (nồi chung mỗi phần tử có một hệ trực xyz

khác nhau) Đối với từng phin tử, liên hệ giữa véc to tai và véc tơ chuyển vị nút đã

{Gi là mã trận biển đổi tọa độ

Khi đó, trong hệ trục tọa độ chung x'y'z', ma trận độ cứng [K”], được xác định theocông thức;

(x1 =[eÏ [x][e]

Trong trường hợp tổng quát (hệ không gian), nếu ma trận chỉ hướng của hệ trục xyz sovới hệ true x'y°2` dang:

#I, I1, f1, 1 E1, HỊ,

Và nếu tại mỗi điểm nút có đủ 12 thành phần chuyển vị, thi ma trận biến đổi toa độ từ

hệ trục riêng xyz sang hệ trục chung x'y'Z° có dang:

* Thanh chu uốn phẳng và kéo (nbn) đồng Hỏi

Vin chọn trụ 2° tring true Z như trên, đồng thời ma trận đối xứng trong hệ trục riêng

thì ma trận biển đổi tọa độ có dạng

214.2 Quy đối tải trọng và chuyển vị cưỡng bức thành tải trọng tập trung đặt tại

các mit của phan tử

Cc ải trong phân bổ th tích, phân bổ diện ích và biến dạng cưỡng bức:

IN]: Ma trận liên hệ giữa vée tơ chu)

©huyễn nút {A} của phần tử:

IUI= [NHA),

2.14.3 Hệ phương trình của phương pháp chuyén vi

vị {U} của điểm bit

Hg phương trình của phương pháp chuyển vị viết cho cả kết cầu có dang:

trong đó

|: Là vé ti

{a}: Vée tơ chuyên v nút của cả kết cấu

IKI: Ma trận độ cứng của cả kết cấu Tất cả đều viết ong hệ toa độ

2.15 Cầu trúc chương trinh ~ phin mém tính toán Sap 2000 2.15.1 Những tin tai của phương phúp tính toán edu máng

“Thực tế thân máng là kết cấu thành mỏng không gian, chịu lực tương đối phức tạp Trong thực it kế hiện nay, thân máng được tính toần tích rồi thình các cầu kiện

tiêng lẽ hoc tính theo các sngang).

đồ kết sấu phẳng đính theo phương dạc và phương Điều đó đã dẫn đến những mặt tồn gi, chưa hợp lý và khác so với điều kiện làm việc thực tế của kết cấu, một số trường hợp có thé là nguyên nhân dẫn đến sự có, phá

hỏng công trình, gây lang phí vật liệu, khó khan trong thi công, quản lý vận hành và

"bảo dưỡng công trình,

4L

hb toán thiết

Xem xết các phương pháp đã áp dụng trong thực tẾ kế các cầu ming

trong nước và thé giới, có thể nêu ra một số điểm tồn tại sau:

Phuong pháp tinh toán theo sơ đồ kết cầu phẳng: Việc thay các liên kết tại một số vị trí chưa nhất quần Điều đó có thể không làm thay đổi phương pháp tinh cho bộ phận

kết cấu công trình khác,

Việc lựa chọn hình thức liên kết trong sơ đồ tinh toin thanh ging của cầu mồng vô

mỏng chưa nhất quán Điều đó không chỉ làm cho nội lực của bản thân thanh giẳng bị

“Trong nhiều tủ liệu trình bày về phương pháp tinh toin cầu mảng của các nước trên thể giới và Việt nam còn tồn tại nhiều quan điểm kháe nhau về sơ dé tinh va còn phải

tục nghiên cứu, trao

Từ phân tích trên ta đưa ra nhận xét: Do bai toán phẳng không thé phản ánh đúng thực

kết giữa các phần kiện, trong tính toán sẽ dẫn đến một

sai số trong kết qua tinh toán, có một số vị trí kết quả tính toán lớn hơn so với thực

tế, một số vị tí kết quả nội lực lại nhỏ Cho nên dẫn tới việc thiết kế cho bai toán

phẳng sẽ không thể hoàn toàn đảm bảo tính kinhvà kỹ thuật

2.1.5.2 Chương trình phẩm mém tính toán Sap 2000

4 Giới tiệt Khải qué vé phần mém Sap 2000

Củng với xu hưởng ngày cảng phát iển của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực xâydmg, quá tình tự động hóa tính toán và thiết kế với sự hỖ trợ của máy tính bằng các

phần mềm chuyên dụng

“rong những năm 1980 trở lại đy công nghệ máy tinh đã có những bước tến mạnh

mẽ, nó góp phần thúc đây nghiên cứu và phát tiễn công nghệ trên Thể giới trong hẳuhết các lĩnh vục khoa học kỹ thuật Trong lĩnh vực xây dựng, công nghệ máy tinh cingđã được ứng dụng rộng rủi, bao gồm các phần mềm quản lý xây dựng, kinh tế xây

dựng, phân tích nội lực kết cắu, tiết kế kết ấu thép và thiết kế kết cầu bê tông cốt

thép,