Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép

Tại những địa hình khó thi côi lại chổ, một trong các giải pháp hữu hiệu ép sud trước bán tip ghép,Một tong những tu điềm của kết cầu cầu máng bE tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghé

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: Lê Đức Hạnh

Lớp cao học: CH2ICII

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên dé tài luận văn: “Nghiên cứu trạng thái ứng suât và biên dang cau máng bê

tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép”.

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 tính 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.

Hà Nội ngày tháng năm 2017

Học viên

Lê Đức Hạnh

LỜI CẢM ONLuận văn thaesi** Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dang cầu máng bê tông

cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép” đã dược tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy

định và đảm bio diy đủ các yêu cầu trong d cương được phê duyệt

“Trong quá trình thực hiện, nhờ sự giúp đỡ tận tinh của các Giáo su, Tiền sĩ Trường Đại Học Thuy Lợi, các công ty tư vin và đồng nghiệp, tác giả đã hoàn thành luận văn nay.

Tác gia chân thành cảm on TS Phạm Hồng Cường và PGS.TS Vũ Hoàng Hưng đã tin tinh hướng dẫn giấp đỡ để ác già hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Dai học Thuỷ Lợi Hà Nội các thầy

cô trong khoa Công trình đã tận tuy giảng day tá giả trong suốt quá tinh học cao học

tại trường,

Tuy đã có những cổ gắng song do thời gian có hạn, trinh độ bản thân còn hạn chế, luận văn này không thé tránh khỏi những tồn tại, tác giả mong nhận được những ý kiến đồng g6p và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, các anh chị em và bạn bé đồng

nghiệp Tác giả rất mong muốn những vấn đỀ còn tôn tại sẽ được tác giả phát tiễn ởmức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần ứng dụng những kiến thức khoa học vào phục vụ

đời sống sản xuất

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày - tháng nam 2017

Học viên

Lê Đức Hạnh.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÂU MANG 3

1.1 Khai quit về cầu máng 3

1.1.1, Khái niệm edu máng và các bộ phận cầu máng 3

1.1.2 Hình thúc cầu ming thường đồng hiện nay 5 1.1.3, Các tải trọng tác dụng lên cầu máng "

12 Tỉnh toán ứng suất và chuyển vị cầu máng BTCT ø 1.2.1 Phương pháp truyền thống tinh toán cầu máng ø

1.2.2 Tính toán cầu máng theo bài toán không gian 15

1.3 Những vẫn đề đặt ra và hướng nghiên cứu, 16

1.3.1, Nghiên cứu ứng dụng cầu máng BTCT-UST trên thể giới 16

1.3.2 Ứng dụng cầu máng BTCT tại Việt Nam, 7

1.3.3 Hướng nghiên cứu 21

1.4 Kết hận Chương 1 21

CHUONG 2: TÍNH TOÁN CÂU MANG BTCT UNG SUAT TRƯỚC BAN LAPGHÉP 232.1 Cu kiện b tông cốtthép bán lắp ghép chịu uén 232.1.1 Khái quát về kết edu be tông cốt thấp bán lắp ghép 2

2.1.2, Đặc điểm chị lực 24 2.1.3 Phan tích khả năng chị lực 25

2.2 Cầu kiện bể tông cốt thép ứng suất trước m2.2.1 Khái quát về kết cầu bề tông cốt thép ứng suất trước 27

2.2.2 Phương pháp tạo ứng suất trước.

2.2.3 Các tổn thất ứng suất trước

2.24, Lye căng trước giới hạn

2.3, Phân tích khả năng chịu lực

2.3.1 Sự làm việc của cầu máng.

2.32 Tỉnh toán cường độ trên mặt cắt vuông sóc

2.33 Tỉnh toán cường độ trên mặt cắt nghiêng

2.3.4 Tính toán độ võng

3.35 Trường hop tính toán cụ thể

2.4, Phin mềm SAP2000

SAP2000 24.1, Khái quát về phần

3.4.2 Các bước tính toán kết cầu bằng SAP2000,

2.5 Tinh toán kết cầu bê tong edt thếp ứng suất trước bán lắp ghép bằng SAP2000

2.5.1 Xử lí vẫn đề ứng suất trước trong SAP2000.

CÂU MANG BE TONGCOT THÉP UNG SUAT TRƯỚC BAN LAP GHÉP QUA SONG KỲ CUNG -

LANG SON

3.1, Giới thiệu công trình

3.2, Nghiên cứu các phương án thiết kế cầu mang

3.2.1 Phương án cầu máng BTCT thưởng.

3.2.2 Phương án ống thép liên tục,

3.23 Phương án ống thép được đỡ bằng giàn thép

3.24, Nghiên cứu đề xuất phương án

3.3 Tính toán kết cầu cầu máng BTCT ứng suất trước bán lắp ghép

3.3.1 Số liệu tính toán

6I 6

3.3.2 Trường hợp tính toán 67

3⁄4 Phan tich kết sấu cầu máng theo bài toán không gian bằng SAP2000 61

34.1, Trinh ty thi công cầu mắng BTCT Ứng suit trade bán lắp ghép 6

34.2 Mô hình tinh toán cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước ứng từ các gai

đoạn thi công và giai đoạn khai thie 6s 34.3 Phân tích ứng suất và chuyển vi trong từng giai đoạn m 3⁄44 Kiểm tra điều kiện sử dụng cầu máng ứng suất trước 19

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 86

“TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC HÌNH VEHình 1-1, Sơ đỗ mặt cắt dọc cầu ming 3

Hình 1-2 Cửa vào, cửa ra của cầu máng, 4

Minh 1-3 Mặt cắt ngang thân máng 4Hình 1-4, Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có giẳng ngang 5

Hình 1-5 Sơ dd bổ trí giá đỡ kiểu công xôn kép 5

Hình 1-6, Một cầu máng kiểu dầm công xôn kép 6

Hình 1-7 Giá đỡ cầu máng kiêu vòm (a) và kiểm vòm treo(b) 6

Hình 1-8 Một vài cầu máng dạng vom, 7

Hình 1-9 Kết cầu gối dd 7 Hình 1-10 Các kiểu trụ đỡ 8

Hình 1-11 Mặt cắt ngang máng chữ nhật 9

Hình 1-12, Mat cắt ngang máng chữ U không thanh ging và có thanh giing 10 Hình 1-13 Máng chữ nhật và chữ U có thanh giảng 10

Hình 1-14, Sơ dé phân phối lực cắt không cân bing 13

"Hình 1-15 Sơ đồ tính toán máng hình thang “4Hình 1-16, Sơ đồ tinh toán máng chữ U 15

Hình 1-17 Cầu máng BTCT Phước Hòa (nguồn internet) 19

Hinh 1-18 Cầu máng BTCT Căm Xe (nguồn internet) 19

Hình 1-19 Câu mảng BTCT sông Cầu Chay (nguồn internet) 20

Hình 1-20, Cầu máng BTCT sông Âm (nguồn internet) 20Hình 2-1, Dim lắp ghép, onHình 2-2 So sánh tinh năng dim lắp ghép và dim đỏ toàn khối ?”Hình 2-3 Biểu đồ ứng suất và biển dạng của dim lắp ghép dưới trạng thai giới hạn 26,

Hình 2-4 Tác dụng của lực căng trước 28 Hình 2-5 Phương pháp căng trước (căng trên bệ) 29 Hình 2-6 Phương pháp căng sau (căng trên bê tông) 30

Hình 2-7 Bí đổi mặt cắt thục tế của cầu mắng về mặt ất tinh toán 35

Hình 28, Sơ đồ tính tết diện chữ T, cánh nằm trong ving nén, trụ trung hỏa qua

sườn

Hình 2-9 Sơ đồ tỉnh toán nội lực trên tiết diện nghiêng

Hình 2-10, Mặt cắt thân máng cầu mắng thành mỏng ứng suất trước (mm)

Hình 2 1 Sơ đồ tính toán dim ông UST.

Hình 2-12 Sơ đồ mang lưới phần tử Shell và cáp UST

Hình 2-13 Nhập tọa độ các điểm đầu và giữa của cáp thẳng

Hình 2-14, Sơ đồ ải trọng phân bổ DL và cáp UST

Hình 2-15 Biểu đỗ ứng suất S11 của dim ứng với THỊ

Hình 2-16 Sơ đồ chuyển vị cia dim ứng với tổ hop THỊ

Hình 2-17 Nội lực tại mặt cắt giữa nhịp dim

Hình 2-17 Dim được mô hình hóa bằng phan từ Shel

Hình 2-18 Phổ mẫu ứng suất do tổ hợp tải trọng THỊ

Hình 2-19, Phổ mẫu chuyển vị U3 do tổ hợp ti trọng THỊ

Hình 2-20, Mạng lưới phần tử Solid của dằm và cáp UST

Hình 2-21, Nhập tọa độ các điểm đầu và cuối của cáp thẳng

Hình 2-22, Sơ đồ ải trọng phân bổ DL, LL và cáp UST

Hình 2:23 Biểu đỗ ứng suất S11 của dim ứng với THỊ

Hình 2-24 Sơ đồ chuyển vị của dầm ứng với tổ hop ti trong THỊ

Hình 2-25 Nội lực tại mặt cắt giữa dầm

Hình 2-26 Dim được mô hình hóa bằng phần tử Solid

Hình 2-27, Biểu đồ ứng suất S11 của dim ứng với THỊ

Hình 2-28 Sơ đồ chuyển vị của dim ứng với tổ hợp tải rong THỊ

Hình 2-29 Nội lục tại mặt cất giữa dim

Hình 3-1 Cầu máng BTCT nhịp đơn đài 18m.

Hình 3-2 Cầu mắng kiểu giản liên tye 3 nhịp

Hình 3-3 Mặt cắt ngang thin mắng

35 37

dị

30 si 32 32 33 33

33

3 ss

s4

ss 56 56 37 37 37 37 s s sẽ 61

“

“

Hình 3-4 Mặt bằng cánh hạ giản v 6

Hình 3-5 Giàn đỡ ống thép 6

Hình 3-6 Cầu máng BTCT ứng suất trước bán lắp ghép kết hợp trụ cầu giao thông 64

Hình 3-7 Mặt cắt ngang cầu và mắng hình chữ nhật 65 Hình 3-8 Mặt cắt ngang cầu và máng hình chữ U 65 Hình 3:9 Kết cấu cầu và máng hình chữ nhật 66 Hình 3-10 Kết cấu cầu và máng hình chữ U 66

Hinh 3-11 Kích thước mặt cắt ngang cầu 6THình 3-12, Dim dục tiết diện chữ T “0Hình 3-13 Mạng lưới phần tử khối 69Hình 3-14, Mạng lưới phần tử khối của cầu máng 10

Hình 3-15 Sơ đồ áp lực nước và người đi tác dụng lên cầu máng 70

Hình 3-16, Phổ miu ứng suắt $22(DEAD) của dim dọc 7

Hình 1-17 Phổ mẫu ứng sudt S22(LNT*) của dim doe n

Mình 3-18, Chuyển vị ại giữa nhịp dim do DEAD nHình 3-19 Chuyển v tai giữa nhịp dim do LNT* n

Mặt cắt ngang cầu tại vị tri dầm ngang 72

Hình 3.21 Phổ mẫu ứng suất S22(DEAD) của dim dọc B Hình 3-22 Phổ mẫu ứng suất $22(LNT*) của dim dục 7 Hình 3:23 Chuyển vị i giữa nhịp dim do DEAD Ta

Hình 3.24 Chuyển v ti giữa nhịp dim do LNT^ T

Hình 3-25, So đỗ ải trọng M+ALN, 14 Hình 3.26 So đồ tai trong người di ND ?”

Hình 3-27 Sơ đỗ áp lực gió phía gió day W1 T§

Hình 3.28, Phổ mẫu ứng suất $22 do TH2 n Hình 3-29 Phổ mau ứng sắt $22 do LNT* n

Hình 3-30 , Pho mẫu ứng suất $22 do TH2A T8

Hình 3-31 Chuyển vị tại giữa nhịp dầm đọc do THA,

Hình 3-32 Phổ miu ứng suất S22(TH) của cầu

Hình 3-33, Phổ mi ứng suất $22(TH2) của cầu và mắng tại mặt cắt giữa nhịp

Hình 3-34, Phổ mẫu ứng suất S22(TH2) của máng

Hình 3-35 Chuyển vị U3(TH2) ở đáy dim và đáy máng tại mặt cắt giữa nhịp.

19 80 sọ 80

ai

DANH MỤC CÁC BANG BIÊUBảng 2-1 Biển dang của thiết bị neo AL (mm) 31Bảng 2-2 Các hệ số ma sit kvi # 3

Bang 2-3 Tén thất ứng suất trước do co ngót và từ biến của bêtông (ch4 + øhŠ)

(daN/em?) 33

Bảng 2-4 Tổ hop ổn thất img suit trước trong các giai đoạn 34

Bảng 2.5 Tính toán xác định trọng tâm tiết điện 4

Bang 2-6 Tính toán xác định mô men quán tính tiết diện (mm4), 44Bảng 2-7 Chuyển viva ứng suất S11 tai mặt cắt giữa dim 5

Bảng 2-8 Nội lực tại mặt cắt giữa dim %

Bảng 3-1 Trọng lượng bản thân của hai dim dọc m

Bảng 3.2 Trọng lượng bản thân của cầu đỡ mắng ? Đăng 3.3 Trọng lượng ming và trọng lượng nước 75 Bảng 3-4 Tải trọng người di 16 Bảng 3-5 Tải tong gió 16

Bảng 3.6 Chuyển vị tại giữa dim do TH2, TH2A và THẠA 19

Bảng 3-7 Chuyển vị tại giữa nhịp mắng do LNTR, TH2 và TH2C 8

MỞ DAU

11 TÍNH CAP THIẾT CUA ĐÈ TAL

Clu ming là công trình thường gặp trong công trình thủy lợi, ding để dẫn nước khi

vượt qua các sông, suối Khi cin vượt qua các nhịp quá lớn cầu máng bê tông cốt thép

thường không đáp ứng được, thì cần dùng giải pháp cầu máng bé tông cốt thếp ứng suất trước Tại những địa hình khó thi côi lại chổ, một trong các giải pháp hữu hiệu

ép sud trước bán tip ghép,Một tong những tu điềm của kết cầu cầu máng bE tông cốt thép ứng suất trước bán

lắp ghép là do được chia nhỏ thành 3 bộ phận nên giảm nhỏ trọng lượng cấu kiện cầu.

lắp Cấu kiện chị lực chủ cầu bằng bê tông cốt thép ứng suất trướcBản mặt cu thì công tại chỗ Máng dẫn nước hình chữ nhật hay chữ U thi sông tại chổ

hay chế tạo ở xưởng và lắp ghép tại hiện trường Kết cầu máng có thể cắt thành từng

đoạn hay có chiễu dài bằng chiễu dài cầu đỡ máng

Do đây là một loại

được ứng dụng ở Vi

inh kết cấu mới được tác giả nghiên cứu để xuất và chưa từng

Nam, vì vậy việc nghiên cứu trạng thi ứng suất và chuyển vi

Ân thết khicủa cầu máng từ giai đoạn thi công đến giai đoạn khai

tính toán thiết kế loại hình kết cầu mới này

12 MỤC DICH CUA DE TAL

Nghiên cứu trang thai ứng suất và biển dang của cầu máng bê tổng ct thép bin lắpghếp ứng suất trước, từ đó đưa ra phương dn chọn chiều đài máng hợp lý ứng với matcắt ngang đã chọn trước

1.3 CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN COU

Nghiên cứu lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt thép ứng suất trước và sử dụng chức

năng tinh toán dim bê tông cốt thép ứng suất trong phần mềm SAP2000 để xác định

trạng thái ứng suất và biến dạng của các bộ phận cầu máng bê tổng cốt tp lắp ghép

‘va dp dụng vào tính toán công trình cụ thé có xét tới kiện thi công

L4 KET QUA DỰ KIẾN ĐẠT DUG

- Xây dmg được mô hình tinh toán kết cấu cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn có xét

kiện và tiết bị thi công, với giải pháp là đàng kết cầu cầu máng bê tông cốt

thép bán lắp ghép

~ Ap dụng tính toán cho một công tinh cụ thể

CHUONG 1: TONG QUAN VE CAU MANG

1.1 Khái quát v8 cầu máng [1]

LLL Khải niệm cầu mang và các bộ phận cầu mắng

Cla máng là kết cấu thường gặp tong công tình thủy lợi Trong những trường hop

kênh dan phải vượi qua thung lũng, sông suối có thé dùng cầu máng dé đảm bảo việcdẫn nước trong kênh Với cầu máng bê tông cốt thép thông thường nhịp cầu ming

dang dim đơn chỉ vào khoảng từ 15m đến 20m Để giảm được số lượng các gối đỡ,

đặc được các mdit có hiệu quả khi cầu ming

giữa, điều kiện thi công khó khăn dé bê tông tại chỗ các hạng mục cầu máng Cần thiết

kế cả máng bê tông cốt thép ứng suắt trước nhịp lớn bán lắp ghép

(Cau máng có các bộ phận chính: cửa vào, cửa ra, thân máng và gối đỡ (xem hình 1-1).

ts as in aa

ay

Hình 1-1 Sơ đồ mat cắt dọc câu máng

1.Cửa vào; 2 Mồ bên; 3.Thân máng; 4 Gối da; 5.Khe co giãn; 6 Cửa ra; 7 Kênh

1.1.1.1 Kết cầu cửa vào, cửa ra

dẫn nước.

Cửa vào và cứu ra của cầu máng là đoạn nổ tiếp thân ming vớ

thượng, hạ lưu, có tác đụng làm cho dòng chảy vào máng thuận, giảm bởi tổn thắt do thủ hep gây ra và đồng nước ra không làm xối lở bở và đây kênh,

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

mở rộng hoặc thu hẹp dần Cửa lượn cong nước chảy vào, cháy ra thuận, nhưng khi thỉ

sông khó khăn hơn Góc mở rộng của tưởng cánh có ảnh hưởng đến dòng chảy vào và

a khoi ming, Thường Ii tý số giữa chiu rộng và chiễu dài là +2, Sơ bộ chi di

dđoạn cửa vào, cửa ra lấy bằng 4 lin cột nước trong kênh Sản phòng thắm thường làm

bằng dắt

chân khay hoặc đồng ván cử.

6 trên có lát đá để phòng xói cũng có khi ở dưới nén cửa vào, cửa ra làm

Te

4 z

tí 2

Hình 1-2 Cita vào, cửa ra của cầu máng

he Chiều sâu nước trong kênh; LI: Chiểu đài đoạn của vào;

12: Chiều dài đoạn cửa ra

1.1.2 Kết cấu thận mang

Thân máng làm nhiệm vụ chuyển nước, mặt cắt ngang dang chữ nhật, bán nguyệt,

parabol hoặc chữ U , có cầu tạo kin hoặc hở Vật liệu được dùng để xây dựng máng

có thể là gỗ, gach đá xây, bẽ tông cốt thép hoặc xi măng lưới thp Tit diện máng phi

đủ chuyển nước, độ nhám nhỏ tinh tổn thất đầu nước, vật liệu thân máng phải bền và

thấm nước

Chon hình thức mặt cắt ngang thân máng phải dựa vào tinh toán thủy lực, vật liệu làm

thân máng, hình thức kết cầu trụ đỡ, đoạn nỗi tiếp cửa vào cửa ra

2 »)

Hình 1-3 Mat edt ngang thân mắng

á Hình chữ nhật, b Hình thangs Hình chữ U

Cầu máng vỏ trụ mỏng có khả năng chịu lực theo phương doc lớn hơn theo phương:

ngang rất nhiễu, để tăng độ cứng theo phương ngang, tăng độ ổn định tổng thể và cục

bộ của thin máng, cần tr các thanh ging ngang, các sườn gi cường dọc (cồn gợi

máng có mặt cắt ngang nhỏ, đ dễ dang cho vi

ng), ti hai đầu mỗi nhịp máng nên bổ trí sườn ngang (hình 1-4) Với cầu

c thi công có thể không bổ trí các thanh.

iẳng ngang, song nếu cẳn có thẻ tăng thêm chiều day thành máng.

Hình 1-4 Kết edu thân máng hình thang và chữ U có giằng ngang

Khi có nhu cầu đi lại trên mặt máng, có thể bổ trí đường cho người di, trường hợp nay

sắc cấu kiện cầu máng cin được kiểm tra thêm với tải trong 250daN/m?, Với cầu mánglớn qua sông subi có th kết hợp làm edu giao thông trên đình

1.1.1.3 Kết cấu gối do

Ca máng dựa vào giả đỡ theo nhiễu hình thức, tuỷ the tình hình cụ thể mà lựa chọn

C6 thể chỉ kế bai đầu vào bờ theo hình thức gỗi tự do

Nếu cầu máng dai có thể đặt trên giá

đỡ theo hình thức dầm liên tục hoặc

ddim công xôn kép Loại có dim công

xôn kép (hình 1-5) khi chọn chiều dài

của nhịp 1 và chiều dai của mút thừa a

theo quan hệ I = 27a thi giá trị mômen

âm và dương lớn nhất xảy ra trong dầm

bằng nhan, ign cho bổ trí cốt thép

z ˆ

- h lạ

"Hình 1-5 So dd b tí giả đ liễu công

xôn kép

“Hình 1-6, Mật cầu máng kiêu dm công xôn kép

Máng có thể đặt trực tiếp trên giá đỡ (hình 7a) hoặc trên hệ thống dim dọc (hình

1-Tb)

Trường hợp cầu mang vượt qua lòng sông sâu và không rộng, nước chảy lại khá xiét,

nb hú bt, vẫn có thể dng hình thức đầm liên tục và các giá đ tựa trên một vồngvồm (hình 1-72) Trường hợp địa chất hai bên bờ yếu, dùng hình thức vòm treo (hình1-Tb) để giảm lực truyền cho hai bờ Lúc đó thành máng chịu kéo theo phương đứng

Tình 1-7, Giá đỡ cầu máng Hắu vom (a) và kiểm vòm tree(bJGối đỡ thân máng gồm có gối đỡ ở bên (mồ bên) và gối đỡ ở giữa (trụ giữa) MO bênthường dùng kiểu trọng lực (hình 1-9), còn trụ giữa khi chiều cao trụ không lớn cũng

hay dùng kiểu trong lực, khi chiéu cao của trụ lớn thường dùng kiểu khung hoặc kiểu hỗn hợp,

Hình 1-9 Két cấu gối đề:

4 biên hig trọng lực: 2 Cửa vào; 3 Thân mảng; 4 Phần đắt dp

5 Thi bị toát nước; 6 Mat dt tự nhiên, 7, Trụ giữa

Trụ giữa kiểu trọng lực 6 thể bằng gạch xây, bằng đá xây hoặc bề tông, thưởng dùng

có các trụ có chidu cao dưới 10m, trong lượng bản th

rất lớn, do đó đòi hỏi nén phải có sức chịu tải cao (hình 1-10a) Trụ đỡ kiểu khung có

hai loại: khung don và khung kép, khung don thưởng dùng cho các trụ cao dưới lãm

của trụ kiểu trọng lực thường,

(hình 10b), còn trụ kếp thường dùng khi các trụ có chiều cao từ 15 đến 20m (hình

1-1), Móng của mổ và trụ có

a b) o

Hình 1-10 Các kiểu trụ đỡ.

ca, Trụ kiểu trọng lực; b Trụ kiểu khung đơn; e Trụ kiểu khung kép

11.2 Hình thức cầu ming thường ding hiện nay [1

1.1.2.1 Thân máng có mặt cắt hình chữ nhật

4) Máng chữ nhật không có thanh ging ngang (hình 1-TIa)

Thanh bên của loại cầu máng này dưới tác dụng của áp lực nước sẽ chịu lực như một

bản công xôn Khi thành máng cao thì mômen uỗn ở đáy vách máng sẽ lớn, do đó

lượng thép ding trong thân máng ẽ lớn Nhưng loại máng này o6 kết cầu đơn giản, dễ

thi công, nên vẫn được dùng trong các cầu máng loại nhỏ

b) Mang chữ nhật có thanh giẳng ngang (hinh 1-11b)

Đối với cầu máng loại vừa và lớn edn bổ ut thêm các thanh ging ngang trên đỉnh

máng để tăng khả năng chịu lực theo phương ngang của máng, khoảng cách giữa các

thanh ging ngang từ 1~3m, Sự có mặt của các thanh giằng ngang cải thiện được điều

kiện chịu lực của thành bên vả đáy mang theo phương ngang, do đó có thể giảm bớt.

được lượng cốt thép

Hình 1-11, Mặt edt ngang máng chữ nhật

a Không thanh ging: b Có thanh ging,

6) Kích thước mặt cắt ngang cia cầu máng chữ nhật

Chọn sơ bộ như sau:

~ Chiều cao thành máng:

h=H+AH (m) at trong đó: H Tà chiễu ao cột nước tính toán, AH = 0,1-0.2m là độ vượt cao an toần để

tránh nước trào ra khi có sóng gió, được chọn phụ thuộc vào cắp công trình

- Chiều rộng day mắng thường chọn để báo đảm điều kiện thủy lực

Hình dang máng chữ U thường dùng hiện nay cỏ day là nữa trụ ồn, có thêm hai thành

bên thing đứng (hình 1-12) Cũng tương tự như máng chữ nhật, để tăng độ cứng thân

ming thường được gia cưởng bằng các sườn dọc (tai máng) theo phương ngang và

bằng các các thanh giẳng ngang theo phương dọc Do đó máng chữ U cũng được phân

thành hai loại: loại không có thanh ging ngang (hình 1-12a) và loại có thanh ging

ngang (hình 1-126)

‘Chon sơ bộ kích thước mặt cắt ngang thân máng hình chữ U theo các số liệu sau đây:

~ Chiều cao đoạn thẳng đứng của thành máng £(0.1-0.3)D, a3)

~ Kich thước tai mắng thường chon như sau

5~5,5)t, (4)

b=(0,4~0,5)a, (1-5)

e=(02-04)a <6)

= Kich thước mật cắt của thanh giẳng cổ chiu cao h,= 10-20em, bé rộng

b,-~15em, khoảng cách gia các thanh ging L, 3m.

~ Mặt cất của các sườn ngang (đai) có chiều cao h,=(4~3)t, bề rộng b,=8~15em

Hình 1-12, Mặt edt ngang máng chữ U không thanh giằng và có thanh giẳng Sườn ngang tại vi trí g tựa có kích thước lớn hơn sườn ngang ở trong nhịp, đường

viễn ngoài thường có dạng đường gắp khúc tạo thành kết cấu gi tga cho thân máng

‘Dé thỏa mãn điều kiện chồng nứt theo phương ngang, đoạn đáy máng thường làm dayhơn, kích thước phần này có thé lắy như sau:

Hình 1-13 Máng chữ nhật và chữ U có thanh giẳng

1.1.3 Các tải trọng tác dụng lên cầu máng |1]

Tải trọng tác dụng lên cẫu máng gồm có:

"Trọng lượng bản thân cầu máng.

~ Áp lực nước ứng với mục nước thết kể và mục nước kiểm tra

Wo- áp lực gió cơ ban theo bản đồ phân vùng áp lực gió (TCVN 2737-1995);

k hệ số xét tố áp lực gió thay đổi theo chiễu cao

e - hệ số khí động,

~ Lực ma sắt ở gối đố: Lực ma sét xuất hiện theo phương dọc máng tác dụng lên tru

Khi thân máng bị giãn nở hay co ngót do nhiệt độ thay 46, được tính theo công thức:

T=GF (kN) (10) trong dé: G- lực thẳng đứng tác dung len gối đỡ;

trong dé: v- vận tốc đòng chảy tính toán (v/s);

- trọng lượng riêng của nước,

š - gin lốc trọng trường (g=9 8n

ky = hệ số phụ thuộc vào hin dang của tr, với hình trụ vuông có Ky=L5; tụ hình chữ

nhật có cạnh dài theo phương dòng chảy có k; 3; Trụ hình tròn có k,=0/8; Trụ hình

ưu tuyển có k,=0/6,

~_ Các tải trọng khác như động đất, ải trọng cẩu lắp, lực va chạm của vật nỗi, các lực

này thì tùy từng trường hợp cụ thể mà xem xét.

1.2 Tính toán ứng suất và chuyển vị cầu máng BTCT [1]

1.3.1 Phương pháp truyền thông tính toán câu máng

Đổi với cầu máng nhỏ có bẻ rộng thân máng dưới 1,2 m, hoặc khi thiết kế sơ bộ có thểdũng phương pháp “Ly thuyết dim” để phân tích nội lực thân máng Nội dung cia

phương pháp nảy là thay bai toán tinh không gian bằng hai bài toán phẳng riêng biệt theo phương dọc và theo phương ngang máng Theo lý thuyết tính toái này thì theo phương doc thân máng được tinh như bài toán dim, theo phương ngang thân máng

được tính như một bệ phẳng (khung phẳng) có b rồng bằng một đơn vị được cắt ra từ

thân máng, chịu tit cả các tai trọng tác dụng lên đoạn máng đó và được cân bằng nhờ

các lực tương hỗ của các phần máng ở hai bên

1.2.1.1 Tĩnh toán thân mang theo phương dọc

Tùy theo vị tí các khớp nổi và mổ dd cầu máng, sơ đồ tính toán than máng theo

phương dọc cổ thể là một dim đơn, dim liên tục, dim một nhịp có một hoặc hai mút

thửa

Kết cấu cầu máng nhịp đơn được sử dụng rộng rãi do có ưu điểm dé thi công và lắp

ghép, ấu tạo mỗi nối chẳng r rỉ nước giữa hai đoạn máng cũng dễ dàng vì khớp nỗi

được bổ trí ngay ở vị tr gối tựa Nhược điểm của kết edu cầu máng nhịp đơn là ở vị tígiữa nhịp có momen adn lớn, đấy máng sinh ứng suất kéo, bit lợi vé mặt chống nút và

chống thắm Để khắc phụ nhược điểm này với cầu máng có khẩu độ lớn có thể đăng cầu máng xi măng lưới thép ứng suất rước

“Theo phương dọc máng cầu máng nhịp đơn có momen tên lớn nhất (Mmax) tại giữanhịp và lực cắt lớn nhất (Qmax) tại đầu dim, xác định theo công thức (I-12) và (I-13)

trong đố: q- ong lượng bin thin mắng và tong lượng nước trong mings

L.- nhịp tính toán của cầu máng.

1.2.1.2 Tinh toán thân máng theo phương ngang

a) Nội lực theo phương ngang máng được tính như một hệ phẳng có bé rộng bằng don

vi khi không có thanh giing (xem hình 1-14), khi có thanh giằng lấy bằng khoảng cách.

giữa ha thang giảng, được tách ra từ thân máng chịu tắt cả ác t tong tác dụng lên

nó gồm có trọng lượng bản thân, áp lực nude, trọng lượng bản thân đường người di, trọng lượng người qua lạ v.v Các lực này có chiều hướng xuống dưới và được cân.

bằng với các lực tương hỗ của hai phần máng hai bên gọi là "lực cắt không cân bằng”

Tình 1-14 Sơ đổ phân phối lực cắt không cân bing

Ð) Lực cắt không cân bằng là hiệu của hai lực cắt QU và Q2 ở hai mặt bên của phần

được tich ra và được phân bổ theo chiều cao của mặt cắt ngang theo quy luật ứng suấttiếp trong dim Hop lục của các ứng tut tiếp này có chiỀu ngược với chiều của tổngsắc lực tác đụng lên phn cầu kiện được tách ra Trong sơ đỗ hình I-14 thi Al, A2 và

‘A3 lin lượt là lực cắt không cần bằng phân phối lê ti, thin và đây mắng,

©) Các thanh giảng có edu tạo chi yếu để chịu lực dọc Nội lực trong khung có thé tim

duge bằng phương pháp lực Nếu bỏ qua momen uén và lực ct trong thanh ging thì

khung ngang là kết cầu có một bộc siêu tĩnh.

4) Sơ đồ tính toán nội lực trong máng theo phương ngang của máng hình thang cho ởMình 1-15 và máng chữ U ở hình 1-16, Lye tác đụng lên thân máng gdm có

8 - trong lượng bản thân của máng;

«) Với máng hình thang và hình chữ nhật, lực cắt không cân bằng phân phối cho bảnđây vi tai máng quá nhỏ so với vách bên nên có thể xem tổng lực cất bằng không cânbằng XP phân bổ đều lên vách ming Với máng có mit cắt chữ U tổng lực cắt không

cân bằng phân bố đều lên toàn thân máng và có phương tiếp tuyển với đường trung bình của chiều dày vỏ máng.

Hinh 1-15 Sơ đồ tính toán máng hình thang

Ð) Với máng có mặt cắt ngang hình chữ U, sơ dé tinh toán nội lực theo phương ngang máng được biểu diễn ở hình 1-16, các ký hiệu trong hình vẽ có ý nghĩa tương tự như ở

‘mang mặt cắt hình thang.

3) Le đọc XI trong thanh giảng được xác định theo công thức (1-14)

` as

tong dé: 8,,-chuyén vj ngang 6 diém O do X; bằng 1 sinh a;

pee Âu, sÃ,„„Á,y Ay chuyển vị ngang ở điểm O Hin lượt do các lực Pp, Mạ

dụ, Pụ, sinh ra

Hình 1-16, Sơ đồ tính toán máng chữ U h) Lực dọc trục, lực cắt và momen uốn trong hệ siêu tinh xác định theo công thức (1- 15), (1-16) và công thức (1-17)

1.2.2 Tink toán cầu máng theo bài toán không giam

Khi phân tích nội lực và biến dạng cầu máng theo hệ phẳng không phản ánh được tác

‘dung qua lại giữa các bộ phản với nhau, nên kết qua tinh toán không phản ảnh đúng

trang thấi làm việc thực của cầu máng Mat khác khi phân tích cầu máng theo bài toánphẳng không xét được tác dụng đồng thời của nhiề loại ti trong một hic, đặc biệt đối

trước Phương pháp phần tứ hữu hạn (PTHH)

với cầu máng sử dụng bê tông ứng st

là phương pháp tìm dang gần đúng của ham chưa biết trong miền xác định của nó bằng.

inh toán bằng các miễn con gọi là phần tử và biểu điển miền rời raecách thay mid

bằng những him xip xi Các phần tử này xem như chỉ được nổi với nhau ở một số

điểm nút được chọn trên mat hoặc trên cạnh biên của phan tử gọi là nút Thông thường

hàm xip xi được biểu diễn qua các giá tr của hàm tại các nút này và thường được

chọn dưới dạng him đa thức nguyên Dạng của him da thức này phải chọn sao cho

thoả mãn điều kiện hội tụ của bai toán, đó là "Hàm xấp xỉ phải phản ánh được trangthái chuyển động của phần tử khi coi là vật rắn tuyệt đối", đễ sao cho khí tăng số phần

tử lên khá lớn thì kết quả tính toán phải tiễn đến kết quả thực Hiện nay các phần mềmthông dụng như SAP2000, ANSYS đều dựa trên phương pháp phần tử hữu han để

phân tích trang thái làm việc thực tế của công trình mang lại hiệu quả rõ rệt sơ với các

phương pháp tính toán truyền thống Với cầu máng có kế cầu phức tạp và chịu nhiễu

tải trọng đặc bit, việc mô phông kết cfu theo bài toán không gian là cần tiết để phản

ánh đúng trạng thái làm việc thực của cầu máng

1.3 Những vin đề đặt ra và hướng nghiên cứu

14.1 Nghiên cứu ứng dung cầu máng BTCT-UST trên thé giới

Đối v máng BTCT-UST được sử dụng tương đối rộng rã trên thể giới đặc biệt

là Trang Quốc Các cầu máng BTCT-L T ở Trung Quốc chủ yếu có mat cắt chữ U

hoặc mặt cắt chữ nhật Đối với cầu máng mặt cắt chữ U, cáp UST được kéo cả theophương ngang vi phương dọc mắng; đối với máng mặt cất chữ nhật, cấp UST được

kéo theo phương ngang và phương dọc máng cả ở day và ở thành.

Các nghiên cứu về cầu máng BTCT-UST ở nước ngoài da phần từ Trung Quốc, noi

ứng dụng cầu máng BTCT-UST tương đối nhiều tong các dự án chuyển nước giữa các lưu vực sông Các nghiên cứu điển hình có:

Zhao Yu (1999), Phân tích phần tử hữu hạn ba chiều kết cấu cầu máng mặt cắt hình

bê tông ứng suất trước trong công tinh chuyỂn nước từ Nam ra Bắcmềm phân tích phần tử hãu han ALGOR FEAS đã chứng minh tinh hợp lý

hộp sử du ét quả từ pt

của phương án sử dụng hình thức kết cấu, kích thước và bổ trí thép ứng suất trước củacầu máng ng suit, bién dạng của cầu máng đều théa mãn các yêu cầu của quy phạm.Bai Xin-li (2001), Phân tích phần tử hữu hạn kết cấu cầu máng vỏ mỏng ứng suấttrước mặt cắt chữ U nhịp liên tục, Bãi bán đã tiễn hành phân ích kế cấu cầu máng võ

mông ứng suất trước mặt cắt chữ U với phương án nhịp liên tục và đưa ra kết quả phân

tích tĩnh và phân tích đặc tính động Kết quả đã chi rõ so với phương án nhịp don,

16

phương ấn nhịp iên tục cho kết quả biển dạng, ứng suit và lượng dùng cốt thép đềunhỏ hơn, ứng suất kéo lớn nhất và ứng suất nén lớn nhất đều thỏa mãn yêu cầu độcường độ thiết kế được quy định trong quy phạm, chuyển vị lớn nhất cũng thỏa mãn

su cầu về độ cứng và kiến ngh củ tiễn phương án thiết kế ban đền

‘Cheng wa (2008), Thiết kế cầu máng vỏ mỏng mặt cắt chữ U loại lớn s dụng bê tông ứng suất trước theo hai phương Bài báo đã giới thiệu thiết kế cấu go thân máng cầu

0 sánh

máng theo phương ngang và phương dọc từ 4 tiền hành phân ích kết cấu và

¢ quả thí nghĩ nguyên mẫu 1:1, Qua thực tiễn cho thấy, hình thức cầu máng

vỏ mỏng mặt cắt chữ Ư sử dụng bê tông ứng suất trước theo hai phương dp ứng tốtcác yêu cầu về chịu lực, nứt và thấm

Li Xiao-ke (2009), Nghiên cứu phân ích quá tình th công cầu máng hình thức dim tường hai Lin ứng suit trước Ung dụng nguyên lý thiết kế và thì công lắp ghép, bài

bảo đã để xuất phương án thi công hai lin ứng suất trước cho cầu máng hình thứctường dim kiễu bán lắp ghép kết hợp ché tạo trước và đỗ tại chỗ (xem hình 1-13) Tiềnhành mô phỏng số toàn bộ quá trì thi công cầu máng dé làm sáng tỏ quy luật phân.

bổ ứng suất và đặc tính biển hình của b tông trong quá tình thi công bai lẫn ứng suấttrước, thiết lập tình tự thi công hợp lý Kết quả cho thấy sử dụng phương án thi công

ai lẫn ứng suất trước không chỉ giải quyết được vẫn để thi công bê tông mà còn giảm

được giá trị vồng ngược của cầu máng

‘Ma Xian-fu (2013), Phân tích thí nghiệm.

ứng suất trước loại lớn tại hiện tường Thông qua thí nghiệ

ước cầu máng vỏ mong mặt cắt chữ U

dắt biển

do đạc ứng

dạng và biến hình kết cấu thân máng dưới tác dụng của các mực nước trong mángkhác nhau và so sánh với kết quả tính toán trên mô hình số cho thấy sau khi loại bỏ

ảnh hưởng của các nhân tổ ph tả trọng như nhiệt độ, từ biển bê tổng cho kết quả

tương đối phù hợp Đồng thời thông qua thí nghiệm tích nước, tính an toàn của cầu

máng được kiểm chứng.

1.3.2 Ủng dụng cầu mắng BTCT tai Việt Nam

Việt Nam chưa có một iu máng nào sử dụng công nghệ UST mặc đỏ cũng đã có

những nghiên cứu và đề xuất công nghệ này Các nghiên cứu vé cầu máng BTCT hoặc

1

BICT-UST tại Nam hiện nay rit it đa phần trong các Luận văn Thạc si và trong

các thuyết minh tính toán lựa chọn phương án các dự án thủy lợi thủy điện

Tein Văn Tuỳnh, Nguyễn Trí Trinh (2013), Nghiên cứu phương pháp thiết kế cầumắng loại lớn theo sơ đồ không gian bằng phương pháp phần từ hữu hạn Tác giả đãnghiên cứu đề xuất được phương pháp thiết kế cầu máng loại lớn (Phương pháp

PTHH) và ứng dụng để tính toán cho một số trường hợp để tờ đó nói lên được tinh ưu việt và tính chất khác biệt của phương pháp PTHH với các phương pháp tính toán

khác, Đưa rà được các ý kiến về phạm ví ứng dụng các phương pháp tính tn trồngcác điều kiện cụ thể khác nhau cho phù hợp

Nguyễn Thị Thùy Trung, Vũ Thanh Te (2014), Nghiên cứu xác định kích thước hợp lýcủa cầu máng bằng vit liệu lông vỏ mỏng theo sơ đồ không gian Trong Luận văn

tức giả đã tinh toán nội tye kết cầu cầu máng BTCT theo sơ đồ kết cầu vỏ mỏng không

thông Kết quả nghiên cứu của Luận văn cho thấy hiệu quả của việc sử dụng bê tông

ứng suắt trước khi tăng được chiễu dài nhịp lên gdp hai lin so với cầu máng BTCT thông thường.

Nguyễn Van Ding, Vũ Hoàng Hưng (2016), Nghiên cứu trang th ứng suất và biển

dang của cầu giao thông trên công và trên đập tràn kết hợp làm cầu máng dẫn nước.

Dưới đây là một số hình ảnh cầu máng BTCT kết hợp cầu giao thông phía trên điễn

hình ở Việt Nam:

Hình 1-18 Cầu máng BTCT Cam Xe (nguồn internet)

L2 SAE aS

Hình 1-20 Cau máng BTCT sông Âm (nguén internet)

20

1.33 Hướng nghiền cinu

Các cầu máng bê tông cốt thép ở Việt Nam thường kết hợp với cầu giao thông phía

trên hoặc chung trụ cầu Đối với cầu giao thông cin nhịp tương đối lớn (hông thường

cu dim ứng suất trước là 33m) Cầu máng BTCT ứng suất trước thường không đáp

ứng được nhịp này Vì vậy để có th tin dụng trụ cầu hoặc clu giao thông cin nghiên cứu sử dụng cầu máng BTCT bán lắp ghép, trong đó phần cầu như cầu giao thong, phần máng được đặt lên mặt cầu.

Do dé đề tài đã tiền hành nghiên cứu lý thuyết tính toán dằm bê tông cốt thép ứng suất

trước và sử dụng chức năng tính toán dm bê tông cốt thếp ứng suất rong hẳn mềm,

SAP2000 để xác định trang thái ứng suit và biển dang của các bộ phận cầu máng bê

ông cốt thép lắp ghép và áp dụng vào tín toán công trình cụ thể có xét tới điều kiện

thi công.

Xây dựng được mô hình tính toán kết cấu cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn có xét

tới điệu kiện và thết bị thi công, với giải pháp là đồng kết ấu cẫu máng bê tổng cốt

thép bán lip ghép Từ đó áp dung cho một công trình cụ thể

1.4 Kết luận Chương 1

Vin đề lợi dung tổng hợp nguồn nước là một bài toán tổng hợp cho các nhà quản lý, thiết kế, xây dụng thủy lợi Trong đó hệ thống kênh và công trình trên kênh đông vai trò quan trọng như huyết mạch trong các hệ thống thủy lợi Việc nh toán thiết kể, xây

dmg kênh và công tình tên kệnh phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất

Với các ving có điều kiện dia ình phúc tạp như các tình miễn nối, ty nguyên, bệthống kênh thường đi qua các vùng có địa hình phức tạp như: sông, suỗi, thung lũngsâu và hep thì việc sử dụng cầu máng luôn là lựa chọn số một của các nhà thết kế vì

các tính năng tụ việt của nó.

CCác công tinh thủy lợi lớn nhỏ ở nước ta hầu hết đều có sử dụng cầu mắng, việc sử

dụng cầu máng dem lại hiệu qua kinh tế và kỹ thuật cao.

Có nhỉ loi sử dụng trong thực tẾ theo vật liệu sửmắng đã được ngt

dụng có cầu máng bằng gỗ, cầu máng bằng gạch, đá xây, cầu máng bê tong cắt thép,cầu máng xi măng lưới thép vó mỏng Theo hình thức kết cấu có sơ đỏ kết cầu đỏ liễn

21

có thánh ging và chu máng không có thanh giằng

Mình chữ nhật, cầu máng có mặt cắt

lu máng có mặt cẻ inh thang, cầu máng.

Tay theo điều kiện và yêu cầu của từng công trình cy thể, chúng ta sử dụng loại cẩu

máng cho phù hợp để đảm bảo di kiện kinh tế và kỹ thuật.

'CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CAU MÁNG BTCT UNG SUÁT TRƯỚC BAN LAP

GHÉP.

2.1 Cấu kiện bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu uốn [2]

DLL Khái quát về két cấu bê tông cốt thép bản lắp ghép

‘Cau kiện bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu uốn hay còn gọi là dim bê tông hai lần đỏ.Lần thứ nhất đúc trong nha máy tạo thành dim đúc sẵn và vận chuyển đến công trường

để lắp đặt, lần thứ hai thi công tại hiện trường, sau khi đặt bản sản đúc sẵn trên dim

cứng suất trước (hoặc không ứng suất trước) với một khoảng hở nhất định, đổ bê tôngtrên dim làm cho bản và dim liên kết thành một khối như hình 2.1, Dim đúc sẵn và bêtông đồ sau có khả năng cùng làm việc như một khối và chủ yếu phụ thuộc lực dính

trên mat tiếp giáp, Theo tinh năng chịu lực dim lip ghép có thé phân thành hai loại

“dim lắp ghép chịu lực một giai đoạn” và “dim lắp ghép chịu lực bai giai đoạn”, Loạithứ nhất là chi dim đúc sẵn ở đưới được bố tri chống đỡ đủ tin cậy để bảo đảm tải

trọng tác dung trong giai đoạn thi công trực tiếp truyền đến chống đỡ, dim đúc sin

không chịu lực, sau khi lớp bé tông đổ sau đạt đến cường độ, tháo đỡ chống đỡ, từ đó

mặt cắt tổng thể chịu tai trọng Loại thứ bai là chỉ giai đoạn thi công phía dưới dim

không cần chồng đỡ, dim đúc sẵn đảm nhiệm tải trọng không đổi tác dụng trong giaiđoạn thi công (dầm đúc sẵn, trọng lượng bản thân bản, trọng lượng bản thân bê tông

đỗ sau) và hoạt tải thi công, sau khi bê tông đồ sau đạt đến cường độ, trên nền tangdằm dic sẵn đã chịu lực lúc này tải trong thi công phin nhiễu đã đỡ bỏ), tr mặt cắt

tổng thé tiếp tục chịu thêm tải trọng không đổi (như trọng lượng bản thân sin, mái)

cùng với hoại tải mặt sin hoặc mai giai đoạn sử dung, vì vậy được goi là “dim lip

ghép chịu lực hai giải đoạn” Tính năng kết cấu của “dim lắp ghép chịu lực một giai

đoạn” không khác nhiều so với dim đổ toàn khối thông thường Dưới đây chỉ giới

thi “dim lắp ghép chịu lực hai giai đoạn”.

Mình 22 biểu tị so sánh tính năng của dim đơn lắp ghép (hai lẫn đổ hoặc hin hợp)

với dim đơn dé toàn khối hoàn toàn giống nhau về điều kiện (hình dạng mặt cắt, kíchthước, cốt thép, cường độ vật i, phương thức gia

Hình 2-2 So sánh tinh năng dầm lắp ghép và dim đổ toàn ki

(a) Quan hệ mémen — độ võng; (b) Quan hệ mômen — ứng si thép

Từ hình 22 có thể thấy rằng, giải đoạn chịu lực của dim lắp ghép trước khi đỗ lần 2(M<MI), độ võng giữa nhịp tăng lên khả nhanh so với đầm đổ toàn khối, xuất hiệnvất nit cũng kh sớm, đây là đo độ cao của dim lip ghép giai đoạn nảy nhỏ hơn độ

sao của dầm đồ toàn khối Khi dim lắp ghép làm việc ở giai đoạn thứ hai, độ cao mặtcắt dim tăng lớn, độ cổng tăng lớn khiế độ võng tang lên khá chậm:

Tit hình 2-2b có thể thấy rằng, trước khi dim bị phá hoại, ứng suất cốt thép chịu kéo.trong dim lip ghép đều lớn hơn dim đồ toàn khối, đây là một trong những đặc điểmchịu lực của dim lắp ghép

2.13, Phân tích khả năng chịu lực

Khả năng chịu lực giới han của dm lắp ghép bẻ tông cốt thép thông thường và dim đồtoàn khi cơ bản giống nhau Cỏ thé sử dụng công thức tính toin khả năng chịu lực

giới hạn trong lý thuyết bê tông cốt thép thông thường để đánh giá khả năng chống

uốn của dim lắp ghép Nhưng đối với dim lắp ghép bê tông ứng suất trước, khi đoạn

thềm déo của cốt thép chịu lực rất ngắn hoặc không có, ảnh hưởng của mô men MItrước khi lip ghép đến khả năng chịu lực giới hạn của dim lắp ghép được củi thiện

ác định

như thé nảo khi phá hoại vẫn là một vấn dé can phải nghiên cứu Trước đây nghiên.phần nào, lúc này ứng suất thực tẾ của cốt thép chịu lực dim lip ghép được

cứu vấn đề khả năng chịu lực ding lý thuyết cân bằng giới hạn, dựa vảo kết quả thi

nghiệm, chỉ xem xét điều kiện cân bằng tĩnh lực thiết lập công thức inh toắn khả năngchịu lựe, do nó chưa xem xét điều kiện biến hình của mat cát vì vậy không thể xác

của cốt thị

định ứng suất thực

tim được biện pháp giải quyết vẫn dé nay

chịu lực, xuất phát từ giá thiết mặt cắt phẳng, có t

Khi phân tích khả năng chịu lực dầm lắp ghép sử dụng giả thiết mat cắt phẳng, edn có

thêm các giả thếtcơ bản dưới đây

Bign dang trung bình của bê tông và cốt thép trước và sau khi lắp ghép phân bổ tuyểntinh đọc theo chigu cao mặt cắt, biển dạng của dim lắp ghép ở trang thải giới hạn khảnăng chịu lực là biểu đồ bao biến dang mặt cắt trước và sau lắp ghép, gần đúng phù

hợp với phân bổ tuyển tính phẳng;

Biểu đồ ứng suất vũng chịu nén của bê tông dằm lắp ghép là đường cong tương tựđường cong ứng suất biển dạng của bê tông, có thể dig hệ số đặc trưng K1, K2 và K3

để biểu thị biểu đồ ứng suất dưới trạng thai giới hạn;

Khi mép ngoài củng bê tông vùng chịu nén đạt đến biến dang nén giới hạn ecu, coi

«dim lắp ghép phát sinh phá hoại:

Không xem xét tác dụng kháng kéo của bê tông dưới trạng thải giới han;

Đã biết đường cong quan hệ ứng suất biển dạng của cốt thép.

Với những giả thiết như trên, dùng hình 2-3 để biểu thị biểu đồ ứng suất và biển dangcủa dim lắp ghép đưới trạng thi giới han

ZHOU Wanghua [] kiến nghỉ lấy hệ số đặc tung biểu đồ ứng suit vũng bể tông chịunén của dằm lắp ghép như dưới đây:

K,

=06 KỊK,=075, K,=045

KK, :

Từ điều kiện tương thích về biến dang:

Đổi với dim lắp ghép bể tông cốt thép

BAR 10, 26)Wø.-pø„ }

Trong hai công thức (2.1) và (2.4) loại trừ x, thu được:

su — biến dang của cốt thép chịu ko khi gia tải giai đoạn 1

Dựa vào công thức (2.6) hoặc (2.7) có thể thông qua phương pháp giải lặp tính toán.

thu được ứng suat của cốt thép chịu lực của dầm lắp ghép bé tông cốt thép hoặc dimlip ghép bê tông ứng suất trước dưới trạng thi giới hạn Tính toán theo các bước như

đưới đây:

‘iu tiên giả thiết giá tr ow, thay vào công thức (2.6) hoặc công thức (2.7) thu được

Gu sạc Và cụ trong công thức có thé dựa vào tỉnh trang ứng suất trước và độ lớn của

gia ải giải đoạn 1 để xác định ơ„„ mới được tra từ By trên đường cong quan hệ ứng

suất — biến dang cốt thép thực tế, Nếu giá trị oxy này tiệm cận với giái trị oy giả thiếtban đầu thì ngừng lặp, o này đạt yêu cầu; Thay giá trị øạ này vào công thức (2.6)

hoặc công thức (2.7) theo các bước trên đến khi thỏa mãn thi ngừng

‘Saw khi thu được 6, có thể theo điều kiện cân bằng tinh lực hoặc công thức (2.5) đểtính toán khả năng chống ồn của dim lắp ghép

2.2 Cầu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước [3]

2.2.1 Khái quit về hết cầu bê tông cắt thép ứng suất trước

Kết cấu BTCT ứng su trước khác edu BTCT thông thường ở chỗ trước khi chịu tác dụng của ngoại lực, edu máng đã được nén trước Lực nén trước này làm giảm một phần hay toàn bộ ứng suất kéo do ngoại lực sinh ra (trong lượng bản thân máng, ấp lực nước và tải trọng người đi lại), do dé làm tăng khả năng chống nút theo phương doc và

tạo nên độ vồng trước, làm giảm được độ võng tổng cộng của kết cấu khi khai thác

Do dé kết cầu BTCT-ƯST có thể vượt qua được các nhịp lớn hơn kết cầu BTCT thông

Hinh 2-4 Tác dung của lực căng trước.

Tác dụng của ứng suất trước có thể thấy rõ trong sơ đồ hình 2-4, dưới tác dụng của

ngoại lực (áp lực nước, người qua lại, trọng lượng bản thân máng ) thé dưới ei

của dim sinh ứng suất kếo os, Néw trước khi chịu tác dung của ngoại lực, cho dim

chịu một lực né lech tâm N, lầm cho ths đưới cùng sinh ra ứng suất né y sau

khi tác dung cũa ngoại lục, ứng suất cuỗi cùng của tiết diện dim bằng tổng ứng suấtcủa hai trường hợp tải trọng trên Ứng suất thớ dưới cùng của dim o6 th chịu nén oy -

4 > O hoặc chịu kéo khi a, - ø< 0,

22,

2.2.2.1 Phương pháp căng trước

Phương pháp tạo ứng suất trước

Phương pháp căng trước, hay còn gọi là phương pháp căng trên bệ, là dùng biện pháp

Xỹ thuật làm cho các thanh cốt thép bị din ra một lượng cần thiết và tiến hành neo giữ

chúng vào các bệ hoặc tường chịu lực Các hệ thống neo giữ này làm cho các thanh cốt

thép không co lại được và tôn tại trong chúng ứng suất kéo Công tác lắp đặt các cốt

thép thường, các chỉ tiết đặt sẵn và đổ bê tông cấu kiện được tiến hành trong khi thanh cốt thép được giữ trong trạng thái bị căng Sau khi bê tông đạt cường độ nhất

định th tiến hành buông các thanh cốt thép căng Lực co lại của các thanh cốt thếpđược truyền vào bê tông gây ra ứng suất trước Các thanh cốt thép căng có thể có dangthẳng hoặc gấp khúc Việc tạo hình gấp khúc cho các thanh cốt thép căng được thựchiện nhờ các mốc neo liên kết với bộ căng hoặc khuôn Nồi chung phương pháp căng

trước là phương pháp hiệu quả, nhất la trong trường hợp sản xuất các cầu kiện đồng

loạt

“Hình 2-5 Phương pháp căng trước (căng trên bệ).

a Trước khi buông cốt thép ULT b Sau khi buông cốt thép

1 Cét thép ULT 3, Van Khuôn

3 Bệ cũng 4 Thế bị kéo hep

5 Thiết bị cổ định cất thép ULT 6 Trục trung tâm

2.2.2.2 Phương pháp căng sau |4]

Phương pháp căng sau, hay còn gọi là phương pháp căng trên bê tông, được thực hiện

như sau: trước tiên tiến hành lắp đặt cốt thép thường, các chỉ tiết đặt sin, các ông (rảnh) để đặt cốt thép căng và đỏ bê tông, sau đó đặt các thanh cốt thép căng vào các

tống (rãnh) chita sẵn (có thé đặt sẵn cốt thép căng ngay từ diu); tién hành căng cốt thép

và neo giữ không cho nó co lại bằng các thiết bị neo (các thiết bị neo làm nhiệm vụtuyển lực do cốt thép bị căng gây ra lên bê tổng, gây ra cho bê tông ứng suất trước):tiếp đồ tiến hành bơm vữa vào các ng (rãnh) để bảo vệ cốt thép căng và tạ ra sự liên

tue giữa cốt thép căng và phin bê tông Đó chính là loại bê tông ứng suất trước căng sau có bám dính Nếu không bơm vita

bám dính

ng ứng uất trước căng sau không

2

ÑiHinh 2-6 Phương pháp căng sau (căng trên b tong)

Trong quả trình căng Saw khí căng

1 Cắt thép ULT 2 Cấu kiện bê tông cốt thép

3 Ông rãnh 4 Thiết bị kích

5 Neo 6 Trục trang tâm

Các tin tắt ứng suất trước

Ứng suất trước là thủ pháp sử dụng lực din hồi của các thanh cốt thép được căng để

gay cho bê tông ứng suất nén nhằm triệt tiêu toàn bộ hoặc một phan ứng suất kéo do.

tải trong ngoài gây ra sau này, Lúc đầu ứng suất kéo rong cất thép được áp dat với

một giá tị nào đó, nhưng cùng với thời gian và sự làm việc của kết cấu, ứng suất này

bị giảm đi một phan Lượng ứng suất bị giảm di này gọi là tôn hao (rng suất trước (gọi

tắt là tôn hao), Đối với cốt thép cường độ cao, tổn hao ứng suất trước có thể đạt đến 30% ứng suất căng ban đầu, còn đổi với cốt thép cường độ thấp thì con số này có thể

cao hơn nhiễu, thậm chí có thé làm tiệt tiêu hoàn toàn ứng suất căng ban đầu Xác

định một cách chính xác các nguyên nhân, quy luật và phương pháp tinh toán tôn hao

ứng suất trước là một vẫn để khó Trong các tiêu chun người ta thường đưa ra các

phương pháp đơn giản, gần đúng để in toán tổn hao ứng suất trước Điều may mắn là

trong trường hợp thông thường tổn hao ứng suất trước trong cốt thép căng không ảnhhưởng đến cường độ chịu lực của cấu kiện bê tông ứng suất trước, mà chỉ ảnh hướng,

đến khả năng chống nút và sự làm việc bình thường của kết

30