Luận án tiến sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu kết cấu và công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn

BQ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY L

PHẠM CAO TUYẾN

NGHIÊN CỨU KET CÁU VÀ CÔNG NGHỆ CHE TAO

CÂU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP UNG SUÁT TRƯỚC NHỊP LON

LUẬN ÁN TIEN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO BQ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHAM CAO TUYẾN

NGHIÊN CỨU KET CAU VÀ CÔNG NGHỆ CHE TAO

CẦU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP UNG SUÁT TRƯỚC NHỊP LON

Chuyên ngành: KY thuật xây dựng công trình thủyMi sé: 62.58.0202

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC 1 rs VŨ HOANG HUNG2 PGS.TS TRAN MANH TUAN

HA NOI, NAM 2017

LỜI CAM ĐOAN

“Tác giả xin cam doan day là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quanghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ mộtnguồn nào và dưới bắt ky hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tải liệu (nếu có) đãđược thực hiện trích dẫn và ghỉ nguồn tải liệu tham khảo đúng quy định.

“Tác giả luận án

Phạm Cao Tuyển

LỜI CÁM ƠN

Sau thời gian thực hiện, với su nỗ lục của bản thân cùng với sự giúp đỡ tân tình củamn sĩ: “Nghiên cứu kết cấu và công.các Thầy và các bạn bè đồng nghiệp, Luận án.

nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thập ứng suất trước nhịp lớn” đã hoàn thành“Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, Phòng đào tạo Đại học và Sau đạihọc, Bộ môn Kết cầu công trình, Khoa Công tình Trường Đại học Thuỷ Lợi đã giápđỡ tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong thời gian thực hiện Luận án

“Tác giả xin chân thành cảm on sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tỉnh của PGS.TS.Vũ HoàngHưng, PGS.TS.Trin Mạnh Tuân và đặc biệt tô lòng biết ơn sâu sắc đến cổ PGS.TSVũ Thành Hải đã tận tinh hướng dẫn tác giả từ những ngày đầu và có những ý kiếnquý báu trong quá trình thực hiện Luận án Các Thầy đã tạo điều kiện tốt nhất choNCS trong quá trình học tập và hoản thành Luận án.

“ác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp và bạn bé đã nhiệt tinh giúp đỡ, ạo điềukiện thuận lợi cho tắc giả trong quá trình học tập và thực hiện Luận án,

Do năng lục bản thân còn nhiễu hạn chế, chốc chắn Luận án không tránh khỏi nhữngthiểu sot Tác gi kính mong các Thầy Cô chỉ bảo, các đồng nghiệp đồng góp ý kiến đểtác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tải

3 Đối tượng và phạm vi nghiền cứu

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.5 ¥ nghĩa khoa học vả thực tiễn

6 Cấu trúc của Luận án.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CÂU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP UNGSUÁT TRƯỚC NHỊP LỚN.

1.1 Tổng quanmáng xi măng lưới thép1.1.1, Khái quất chung.

1.1.2 Các hình dạng kết cấu cầu máng xi măng lưới thép.1.1.2.1 Các hình dang kết cấu thân máng

1.1.2.2 Thân ming ¢6 mặt cắt ngang hình chữ U1.1.2.3 Hình dang kết su gối đỡ.

1.1.24, Hình thức kết cấu khe co giãn

1.1.3 Phương pháp tinh oán cầu máng xi mang lưới thép1.1.3.1 Tải trong và tổ hợp ải trọng

1.1.3.2 Phân tích nội lực kết cấu thân máng xi măng lưới thép.1.1.3.3 Tính toán bổ trí thp trong thân mắng,

1.2 Tổng quan vé cầu mắng xi mang lưới thép nhịp lớn1.2.1 Khái quất về cầu mắng xi măng lưới thép nhịp lớn122inh toán cẻmáng xi ming lưới thép nhịp lớn

1.3 Tổng quan về cầu máng xi mang lưới thép ứng suất trước nhịp lớn.1.3.1 Khái quát về cầu máng xi mang lưới thép ứng suất trước nhịp lớn1.3.2 Phương pháp tạo ứng suất trước.

1.3.2.1 Phương pháp căng trước, 171.3.2.2 Phương pháp căng sau 71.3.3, Tính toán cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước 181.3.3.1 Ung suất kéo trước giới hạn 18

1.3.3.2 Tén hao ứng st trước 19

1.3.4, Phân tích ứng suất trong cầu mắng xi mang lưới thép ứng suất trước 221.3.4.1 Đặc điểm cầu tạo 21.3.4.2 Trang that ứng suất theo phương đọc mắng 21.4 Tổng quan về công nghệ ch tạo cầu máng xi mang lưới thép 351.4.1 Công nghệ tt tay 351.4.2 Công nghệ phun vừa 261.4.3 Công nghệ rung trên bàn rung 271.4.4, Nhận xét về các công nghệ chế tạo 21.5 Tổng quan vé tình hình nghiên cầu cầu mắng xi măng lưới thép ứng suất trướcở trong và ngoài nước 28

L5.1.Tình hình chung 31.5.2 Những nghiên cứu về cầu máng xi ming lưới thép 291.5.3 Những nghiên ci về cầu máng bê tông cốtthếp ứng suất trước 301.6 Những vẫn đề cần nghiên cứu đặt đối với Luận án 31.7 Két in Chương 1 +

CHUONG 2_ NGHIÊN CỨU TRẠNG THAI UNG SUÁT VÀ BIEN DANGCÀU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉP UNG SUAT TRƯỚC NHỊP LỚN 35

2.1 Đặt vấn đề 352.2 Lập trình tinh toàn ứng suất và biển dang cầu mắng xi măng lưới thép ứng suấttrước nhịp lớn bằng ngôn ngỡ lập trình tham số APDL trong ANSYS 36

2.2.1, Mô tà kết cấu cầu máng chữ U 362.2.2 Mô hình hóa kết cấu cầu máng xi mãng lưới thép ứng suất trước 7

3123 Lập trình tính kết cấu cầu máng bằng ngôn ngữ APDI 382.2.4, Tinh toán chuyển vị, ứng suất của cầu máng xi ming lưới thép ứng suất

trước 39

2.2.4.1 Số liệu tinh toán CM-XMLT-UST 393.3443 Kết quả tính toán chuyển vị và mg suất của CM-XMLT-UST 40

2.2.4.3 Nhận xét kết quả tính toán 42.2.5, Tính toán chuyển vị, ứng suất của cầu mang xi ming lưới thép thường 44.2.2.51 Số liệu tinh toán CM-XMLT thường 442.25.2 Kết qui tính toán chuyển vị và ứng suất của CM-XMLT thường 45qua tính toán 4

2.2.6, Kiểm tra độ tin cậy của chương trình, AT

2.2.6.1, Kết qui tinh toán chuyển vi, img suất cẫu ming XMLT ứng suit trước482.2.6.2 Kết qui tinh toán chuyển vi và ứng suất cầu mắng XMLT thường 49

2.3 Lập bang tra chuyển vị và ứng suất cầu máng mặt cắt chữ U, s023.1 Số iệ tính oán cầu máng xi măng lưới th nhịp lớn 502.32, Bing tra chuyển vi, img suất của cầu máng xi ming lưới thép ứm

2.65 Bồ tícốt thép 68

2.7 Kết luận Chương 2 69

CHUONG 3 NGHIÊN CUU CÔNG NGHỆ CHE TẠO CAU MANG XI

MĂNG LƯỚI THÉP NHỊP LON BANG PHƯƠNG PHAP RUNG AP VAN

KHUON 7

3.2 Xác định vùng ảnh hưởng của một máy rung 7

3.2.1, Lựa chọn loại máy rung B3.2.2 Phạm vi ảnh hưởng của một máy rung 143.3 Lựa chọn sơ đồ bổ tri máy rung trong cầu máng xi mãng lưới thép nhịp lớn 763.31 BS tí máy rung 163.32 Phân tích chọn phương dn bi trí máy n3.3.2.1, Phuong án bồ trí 7 máy trên ván khuôn (sơ đồ 1) T13.3.2.2 Phương án bổ trí 9 máy rên ván khuôn (sơ đổ 2) n3.3.2.3, Phương ân bổ t 11 may trên vin khuôn (sơ đồ 3) 1w3.3224, Phương án bổ tí 13 may trên vấn khuôn (sơ đồ 4) 19

3.3.2.5 Kết luận chọn phương án bổ tí máy 80

3.3.3 Tinh toán kiểm tra phương án chọn 80

3.33.1, Xây dựng mô hình két ef vần khuôn 803.3.3.2 Kết quả tinh toán §L3.3.3.3, Nhận xế kết quả tính ton 863.3.34, Thời gian rung thực 8 tai xưởng 86

3.3.4 Kiếm tra lại khoảng cách bổ trí dim rung 86

3.3.5, Nhận xét va kiến nghị 86

3.35.1, VỆ kết qua nghiên cứu 863.3.5.2 Ưu điểm của công nghệ chế tạo CM-XMLT bing phương pháp rung áp.873⁄4 Kết luận Chương 3 88

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNG UNG.SUAT VÀ BIEN DẠNG CAU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP UNG SUATTRƯỚC NHỊP LỚN 89

4.1 Mue tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm 894.1.1, Mục tiêu nghiên cứu 894.1.2, Nội dung thực nghiệm 894.2 Xây dựng mô hình thực ngh 904.3 Thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng lưới thép 90

4.3.1 Số lượng mẫu vat ligu xi mang lưới thép 904.3.1.1, Mẫu thí nghiệm các loại vật liệu lưới thép 9

4.3.2, Mẫu thí nghiệm kéo vật liệu xi mang lưới thép.43.2.1 Quy cách mẫu thí nghiệm kéo.

43.2.2 Số lượng mẫu thí nghiệm kéo

4.3.3, Kết qua do các mẫu thí nghiệm vật liệu xi măng lưới thép

4.33.1, Dung cụ thí nghiệm kéo

4342 qua thí nghiệm kéo mẫu vật liệu xi mang lưới thép.

4.4, Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm44.1 Vậtliệu

4.4.2 Mẫu thí nghiệm

4.4.3, Chế tao mẫu thí nghiệm

4.6.44, Nhận xétcquả thực nghiệm cầu máng số 3

4.6.5, Đánh giá chungua thực nghiệm các cầu máng số 1, 2, 3

4,7 Xác định ổn hao ứng suất trước ừ thực nghiệm

Hà

48, Kết luận Chương 4

KET LUẬN VÀ KIỀN NGHỊ

1 Những kết quả đạt được của Luận án.

2 Những đóng góp mới của Luận án3 Những tồn tại và hướng nghiền cứu tiếp.4 Kiến nghị

DANH MỤC CONG TRÌNH DA CÔNG BO.TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHU LUC TÍNH TOÁN :

PHY LUC 1: CHUONG TRÌNH TINH CM-XMLT-ƯSTPHY LUC 2: BANG TRA CM-XMLT-UST.

PHU LUC 3: BANG TRA CM-XMLT THƯỜNG.

PHU LUC 4: PHƯƠNG AN BO TRÍ MAY RUNG TREN VAN KHUÔN.

120121124

125134152m

Hình 1 6 Các loại mồ try giữa cầu máng "

Hình 1 7, Các loại khe co giãn thường dùng "Hình 1.8 Sơ đồ áp lực nước ụHình 1.9 Tác dụng của lục căng rước 16Hình 1.10 Phuong pháp căng trước ”

Hình 1 11 Phương pháp căng sau 18

Hình 2.1 Kết cấu thân máng 37Hình 2 2 Mo hình cầu máng chữ U nhịp đơn L =12 m 4i

3 Mit cắt ngang CM-XMLT-UST 41

4 Phân bổ chuyển vị tổng chuyển vi tong USUM 4

5 Phân bổ chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST 42

6 Phân bd ứng suất dọc SZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-KMLT-UST 43

7 Mô hình tổng thé CM-XMLT thường 45

Hình 2.8 Mat cắt ngang CM-XMLT thường 45Hình 2.9 Phân bố chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường46,Hình 2 10 Phân bố ứng suất SZ tại mat cắt giữa nhịp CM-XMLT thường 46Hình 2.11 Phân bổ ứng suất SX tại mặt cắt giữa nhịp CM-XMLT thường 46Hình 2 12 Mặt cắt ngang CM-XMLT-ƯST và CM-XMLT thường 48

Hình 2 13, Dưỡng biểu diễn chuyển vị đứng UY(L) ở đáy ming ti mặt cit giữa nhịp

4do các thành phần tải trọng gây ra 3

Hình 2 14, Đường biểu diễcác thành phần tải trọng g

sing suất đọc SZL) ở đấy mắng tại mặt ct giữa nhịp dostHình 2 15 Đường biểu diễn ứng suất dọc SZ(L) ở đỉnh máng tại mặt cắt giữa nhịp docác thành phần tải trọng gây ra, 5s

Hình 2 16 Đường bi

«do các thành phần tải trọng gây ra 56Hình 2 17- Bồ ti cốt thép thường và thép UST “Hình 3 1 Máng XMLT thường nhịp L = 12m, D 4em,H

diễn ứng suất ngang SX(L) ở đáy mắng tại mặt cắt giữa nhịp

Am, sản xuấtbằng phương pháp rung áp ở xưởng thực nghiệm ti Kon Tum: nHình 3.2 Mô hình động lực họ của hệ két eu vấn khuôn 15Hình 3,3 Mô hình inh tn xác định phạm vi ảnh hướng của lục 75Hình 3.4 Chuyển vị của tắm tạ itl đặt lực theo thi gian rung 1%6

3 5 Giới hạn phạm vi ảnh hưởng của lực kích động T6

3.6 Rang áp ding cho vần khuôn trong 19

Hình 3.7 Cửa số nhập kích thước cơ bản của vin khuôn 81

Hình 3.8 Của số nhập thông số co bản của máy rung, 81inh 3.9 Mô hình phần từ hữu han kết cấu ván khuôn chế tạo máng L = 12 m 8

Hình 3 10 Cửa số nhập thời gian tinh toán GĐ1 82

Biên độ dao động của vin khuôn theo phương đúng ti thd điểm Is 82Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại thời điểm 2s 82Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng tại thời điểm äs 2Biên độ dao động của vin khuôn theo phương đứng tại thời điểm 20s 82Biên độ dao động của vin khuôn theo phương đứng tai vị tí đặt máy rung83

Cura số nhập thời gian tinh toán G2 83

Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng thời điểm 6OIs 83602s 83

Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng thời

Biên độ dao động của vin khuôn theo phương đồng thời diém 603s 343 20 Biên độ dao động của ván khuôn theo phương đứng thời điểm 620s 8421 Biên độ dao động của văn khuôn theo phương đứng tại vị trí đặt máy rung,84

Cita số nhập thời gian tính toán GDS 84

Biên độ dao động của ván khuôn theo phương ngang thời điểm 1501s 5

Biên độ dao động của ván khuôn theo phương ngang thời điểm 1502s &5

Hình 3 26 Biên 46 dao động của vin khuôn theo phương ngang thời điểm 1520s 85Hình 3 27 Biên độ dao động của vần khuôn theo phương ngang tại vị trí đặt máy rung85

Hình 4.1 Mẫu thí nghiệm kéo XMLT M250, M300, M350 2h 4.2 Chế tạo mẫu CM-XMLT-UST nhịp L=12 m 944.3 Chế tạo mẫu CM-XMLT-UST tai chỗ máng nhịp L= 18 m o4Hình 4.4 Thiết bj do chuyển vi va biến dang bằng đồng hỗ cơ học, %Hình 4.5 Thiết bị đo biển dạng lá điện trở 96Hình 4.6 Thiết bị kéo cấp ứng suất trước %Hình 4.7 Vị trí và mã các điểm do máng số 1, 2 và số 3 tại mặt cắt giữa máng 9THình 4.8 Bồ trí thiết bị đo biến dang ti đầy máng 9Hình 49 Bồ trí thiết bị đo bién dạng tại ai máng và thành máng 98

h 4.10, Quá tình gia tải cất vào trong máng thực nghiệm 98

Hình 4.11 Máng XMLT đang tiển hành căng cáp UST và neo 90

Hình 4.12, Dường biểu diễn ứng suất đáy máng và lục nén trước máng số 1 ÚI4.13, Đường biểu diễn ứng suất tai máng và lực nén trước máng số 1 1024.14, Đường biểu diễn chuyền vị đáy máng và lực nén trước máng số 1 103Hình 4.15 Đường biễu diễn quan hệ ứng suất đáy máng và lục nén trước máng số 3nôHình 4.16, Dường biểu diễn quan hệ ứng suất tai máng và lực nén trước máng số 3 111Hình 4.17 Đường biểu diễn quan hệ độ võng và lực nón trước máng số 3 Hà

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 1.1, Ứng suất kéo trước giới hạn oy (daNM/em°) 18

Bang 1.2 Tổ hợp tôn hao UST của các giai đoạn 21

Bang 2.1 Chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-KMLT-ƯST,Bảng 22 Ứng suit tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-UST.

Bang 2.3 Chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường.Bang 2.4 Ứng sut ti mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường

Bảng 2.5 Chuyển vị UY tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-USTBảng 26 Ứng suất SZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT-USTBảng 27 ChuyỂn vị UY tai mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thườngBảng 2.8, Ứng suất SZ tại mặt cắt giữa nhịp của CM-XMLT thường

Bang 2.9 Kích thước mặt cắt ngang CM-XMLT-UST.

Bang 2.10 Chuyển vị đứng UY tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng CM-C.

Bảng 2.11 Ứng suất dọc SZ ở diy máng tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng CM-CBảng 2.12 Ứng suất đọc $2.6 định máng tại mat cất giữa nhịp của cầu máng CM-C 54Bảng 2.13 Ứng suất ngang SX ở đầy mắng tại giữa nhịp của cầu máng CM-C

Bảng 2.14 So sánh chuyển vi tính theo lý thuyết vỏ và lý thuyết dằmBảng 2.15 So sánh ii, ết dầmtính theo lý thuyết võ và lý thuy

Bảng 2.16 Chuyển vị đứng UY tai mặt cit giữa nhịp cia cầu máng CM-C*Bảng 2.17 Ứng suất tại mật cất giữa nhịp của cầu máng CM-C"

Bảng 2.18 Ứng suất theo phương dọc SZBảng 2.19 Bảng xác định tổn hao ơụ và Gy

Bảng 2.20 Chuyển vị UY (mm) ở đầy máng ti giữa nhịpBảng 221 ting suất SZ tại giữa nhịp

Bảng 41 Thí nghiệm cấp phối cho Im vữa các loại

Bang 4.2 Kết quả cường độ kéo phá hoại các loại vật liệu XMLT.Bảng 43 Lực kéo UST ở cuỗi mỗi giai đoạn cing cáp.

Bang 4.4 Kết quả đo ứng suất đáy máng CM-XMLT-UST số 1Bảng 4 5 Kết quả do ứng suất tại máng CM-XMLT-UST số |Bảng 4.6 Két quả đo độ võng đáy ming CM-XMLT-UST số 1Bảng 47 Kết quả do ứng suất diy ming CM-XMLT-UST số 2Bảng 4.8 Két quả đo ứng suất tai máng CM-XMLT-UST số 2Bang 4.9 Kết qua đo độ võng diy máng CM-XMLT-UST số 2.

Bảng 4.10 Tổng hop kết qua do ứng suit đấy máng CM-XMLT-UST số 1 và 2

102103105105106

Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả do ứng suất tai máng CM-XMLT-UST số 1 và 2

Bang 4.12 Tổng hợp kết qua đo độ võng đáy máng CM-XMLT-UST số 1 và 2

Bảng 4.13, Kết quả đo ứng suất diy ming CM-XMLT-UST số 3Bảng 4.14 Kết qua đo ứng suất ti máng CM-XMLT-UST số 3Bảng 415 Kết quả đo độ võng đầy ming C UST số 3LXMI/

Bảng 4.16 Bang tổng hợp ứng suất và độ võng của cầu mắng số 1 và 2Bảng 4.17 Bang tổng hợp ứng suit và độ võng của cầu máng số 3

1aus

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

American Conerete Insitute (Viện Bé tổng Hoa Kỷ)

Asian Institute of Technology (Viện Công nghệ Châu A)

Ansys Parametric Design Language (Ngôn ngữ thiết kể tham số)Applied Scientific Research Corporation of Thailand (Hiệp hộiNghiên ci Khoa học Ứng dụng của Thái Lan)

Bê tông cốt thép.

Cầu ming xi măng lưới thép

Cầu ming bê tông ct thép ứng suất trướcCầu mắng xi măng lưới thép ứng suất trướcCông trình thủy li

‘Commission on Science and Technology for Development (Uyban QuốcPhát triển Khoa học Công nghệ)

Đại học Thủy Lợi

International Development Research Centrer

alian Naval Academy

International Ferrocement Information Center (Trung tâmNghiên cứu Phat triển Quốc tổ)

Luận án tiến sĩ

National Academy of Sciences (Học viện Khoa học Quốc gia Ý)National Building Research Organisation (Viện Nghiên cứu Xây,dựng quốc gia Sri Lanka)

National University of Singapore (Đại học Quốc gia Singapore)

NZECMA New Ze land Ferro Cement Marine Association (Hội xi măngưới thép hàng hải New Zealand)

XMLT Xi mang lưới thép

1 Tính cấp thiết của đề tài

tiêng được khám phá đầu tiên trên thé giới gần như của cả ba người: một nhà làm vườna bê tông cét tháp (BTCT) nói chung và kết cấu xi ming lưới thép (XMLT) nóingười Pháp, Joseph Monier (1823-1906), đã sử dụng xi mãng và lưới thép để làm chậutrồng cây vào năm 1849; một thợ xây người Anh, William B Wilkinson (1819-1901).43 tạo ra những thanh dim bê tông bing cách đặt những dy thừng nhỏ cũ vio mặt bêncăng của dim (1854); và cuối cũng Joseph Louis Lambot (1814-1887), kỹ sư ngườiPháp đã tạo ra một con thuyền bằng XMLT (1848) Cũng trong thời gian đó ở Mỹ,‘Thaddeus Hyatt (1816-1901) được coi là người đầu tiên phân tích ứng suit dầm BTCTvà đã đóng góp một phần không nhỏ vào lý thuyết BTCT [IJI2]3]l4] Đó là bước điphong của XMLT nhưng sự phát tiễn tiếp theo li khác so với ban đều do côngnghệ chế tạo lưới thép rắt phức tap và không phù hợp với giai đoạn này Thay vào đó,người ta sử dung những thanh thép lớn để tạo ra kết sầu BTCT thông thường hiện nayvà khái niệm về XMLT hau như lãng quên trong gần 100 năm sau đó.

Những năm đầu của thập kỷ 1940, Pier Luigi Nervi (1891-1979) đã phục hồi lại kháiniệm đầu tiên của XMLT khi ông quan sát thấy bê tông được gia cỗ bằng những lớplưới thép đã tạo ra một loại vật liệu có những tính chất cơ lý giống như một loại vật liệuđồng nhất có khả năng chịu va chạm, loại XMLT này cũng được chứng minh có tinhdo, din hỗi và đặc biệt là tính bên Sau chiến ranh th giới thứ hai, Nervi đã chứngminh lợi ích của XMLT khi dùng nó để chế tạo tàu thuyền và ông đã đóng được mộtson tàu với hân tàu bằng XMLT dày 36 mm [5] Sau đó XMLT được ứng dung rộngrãi vào những năm đầu của thập kỷ 1960 ở Anh, New Zealand, và Australia, Vào năm.1965, một du thulàm bằng XMLT của một người Mỹ được sản xuất tại New

Zealand, Awahnee đã đi vòng quanh thể giới hai vòng mà không có bắt cứ vấn để

nghiêm trọng nào xảy ra [5]

“rong suốt những nim cuỗi 60 và đầu 70 của thé kỷ trước, khoa học vật liệu xây dựng4a chuyển hướng sang vật liệu XMLT như một lĩnh vực mới cho việc nghiên cứu Cáctài liệu kỹ thuật XMLT bit đầu xuất hiện và nghiên cứu về cách sử dụng vật liệuXMLT đã không ngừng gia tăng Một sự kiện quan trọng là việc thành lập Trung tâm

Thông tin XMLT Quốc tế (IFIC) ở Viện Công Nghệ Châu A (AIT) tại Thái Lan vào

tháng 10 năm 1976, Cộng tác với Hội XMLT hàng hải New Zealand (NZFCMA), IEICđã xuất bản Tạp chí về XMLT (The Journal of Ferrocement), Một tp chi khác như Tapchí Qui

đồ đổi thành Kết cấu xỉ ming và bê tông (Cement and Concrete Composites) thường cónhững trang có liên quan đến XMLT [6][7]I8]I9][10] Năm 1974 Viện Bê tông Hoa Ky(ACD thành lập Uy ban ACI 549 chuyên nghiên cứu vẻ các sản phim XMLT và BTCTmỏng kh:

về kết cấu xi măng (The International Journal of Cement Composites), sau.

c, có nhiệm vụlên cứu và báo cáo những thành ựu khoa học, thục tiễn eisông, những ứng dụng thục tế của XMLT và phổ biến các hướng dẫn cho công tinhXMLT [111112] Bên cạnh đó một số quốc gia khác có sử dụng kết cầu XMLT cũng có.

những nghiên cứu khoa học vẻ vật liệu này như: Canada, Mexico, Brazil, Nga, Trung.

Quốc, An Độ, Sri Lanka Hầu hết các nghiên cấu v8 XMLT của các nước đều không

1), chỉ

ứng dụng vào lĩnh vực kênh máng, CM-XMLT trong công trình thủy lợi (C

một số it được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực này ở Nga và Trung Quốc Nhungchính những nghiên cứu này đã tạo những điễu kiện đễ chúng tap tục nghiên cứu sâuhơn về kết cấu XMLT ứng dụng cụ thé trong lĩnh vực CTL.

Nhìn chung kết cấu XMLT đồng một vai trò quan trọng đổi với cả những nước đã vàdang phát triển Với yêu cầu vé kỹ năng kỳ thuật ở mức độ không cao và những tính.năng wu việt của nó, XMLT phù hợp với các nước dang phat triỂn trong những ứng.

dung đơn giản về kết cấu nhà, bễ chứa nước, thùng chứa thực phẩm, hệ thống kênhtráng, cầu máng dẫn nước tưới cho nông nghiệp và cắp nước cho sinh hoạ Ở nhữngnước đã phát triển sự ứng dụng công nghệ tên tiền cho hệ thống xây dựng và sản xuất4 làm cho nó cing trở nên thu hút đối với những ứng dung cho các loi kết cầu phúctạp hơn, đa dạng hơn và thẳm mỹ hơn rong xây dựng nhà của cũng như những kếtcấu xây dựng khác.

'Ở Việt Nam nhị é tạo XMLT trong lĩnh vựcthủy lợi phát triển mạnh vào những năm 1990 Bao gồm các đề t nghiên cứu về tínhtoán thiết kể, về công nghệ chế tạo kênh máng và CM-XMLT nhịp ngắn, nhịp lớn Vàtiếp đến là những giáo trình, tài liệu tinh toán XMLT cùng được biên soạn Các ti

chuẩn, quy trình về hướng dẫn tinh toán thiết kế Câu máng vỏ mong XMLT cũng được"ban hành lẫn lượt các năm 2006 và 2012 [13][14]f15]I16]

với kết cấu CM-XMLT nói riêng, day là kết cấu tương đối đặc biệt được sử dụngnhiều ở Việt Nam và đã có hơn hai mươi năm nghiên cứu CM-XMLT ngày cảng đượcsử dung rộng rãi hơn trong các CTTL với các ưu diễm nỗi bật, trọng lượng bản thân

nh, tết kiệm vật iệu, tổi tho cao, khả năng chống nứt tốt, iến trúc đẹp Tuy nhiênđến nay việc nh toán tiết kế và thi công CM-XMLT vẫn còn nhiễu hạn chế, CM-XMLT vẫn chỉ được sử dung ở loại nhịp ngắn với chiều dai nhịp không vượt quá 8 m,

máng XMLT (điện chữ U) không vượt quá 12 m nhưng phỏ biển cũng chỉ ở giới hạn đường ki

(0,6+1,0) m.

thông dung vẫn là loại nhịp có chiều dài 6 m, đồng thời đường

Hệ thống kênh tưới của các dự án thủy lợi ngày ng gặp phải các loại dia hình phứctạp, bị chia cắt nhiều nên phải vượt qua nhiễu sông, suối, thung lũng Với cầu mángnhịp ngắn L < 6 m, chỉ phí xây dựng sẽ cao do tốn rất nhiễu mổ trụ cầu, hơn nữa độ antoàn cũng thấp khi có quá nhiều mé trụ có chiễu cao lớn và phải thi công ở giữa lòngsông, suối Do đó CM-XMLT nhịp lớn sẽ là giải pháp thực sự cần thiđể giảm giá

thành và tăng cường đảm bảo an toàn cho các công trình CM-XMLT vượt sông, suối

"Để có thể tận dụng hét khả năng chịu lực của cấu kiện XMLT, đồng thời dip ứng đượcyêu cầu của thực tế ngày càng cao đối với cầu máng nhịp lớn đòi hỏi phải di sâu vàonghiên cứu các loại hình thức kết cấu của CM-XMLT nhịp lớn Qua một số kết quả

nghiên cứu ban đầu cho thấy khả năng chịu lực của kết cấu không gian của mángXMLT rit lớn, đối với máng nhịp đơn thì chiễu đài máng XMLT só thể kéo đài đến 12m ma không cần sử dụng thêm các biện pháp khác Đối với các loại nhịp máng có chiềuđài từ (12+30) m vẫn có thé dùng kết cấu máng XMLT nhưng phải tinh toán tăng cường.

thép UST Đối với các loại nhịp máng có chiều dà“XMILT thì phải kết hợp đồng thờ

> 30 m nếu ding kết cấu máng.cả với thép UST và kết cấu đây văng hoặc day treo.

Bên cạnh việc nghiên cứu tính toán kết cầu CM-XMLT nhịp lớn, cũng phải đồng thờichi ý đến vige nghiên cứu các công nghệ thi công mới cho phù hợp với các hình thứckết cấu nhịp lớn Có như thế mới đảm bảo cho việc ứng dụng các loại kết cấu CM-

XMLT nhịp lớn trong thực

Do đó việc lựa chọn đề cứu kde cấu và công nghệ chế to cầumắng xi ming ltháp ứng suất trước nhịp lớn” có ý ighia khoa học và thực tinếu hành công sẽ dem li hiệu quả kinh tế cao trong thết kế và thi công cầu máng nhịp

lớn trong các công trình dẫn nước.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu trạng thái ứng suất1 va biến dang cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước

(CM-XMLT-UST) nhịp lớn tại hiện trường làm cơ sở xây dựng chương trình tính toán

chuyên dụng kết cầu CM-XMLT-UST nhịp lớn tên máy tính để dễ đàng cho việc tínhtoán thiết kế vi đề xuất công nghệ chế tạo CM-XMLT phù hợp,

3,.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của Luận án là kết cấu CM-XMLJST nhịp lớn Đây là mộtloại kết cấu được coi là mới đối với CM-XMLT ở Việt Nam, vì vậy rất nhiều vẫn đsẵn phải nghiên cứu như: nội lực, biển dang của kết cấu tương ứng với các loi kíchthước, ình dạng cầu máng; mỗi quan hệ giữa nội lục, biển dạng với lực căng của cấp,UST, nghiên cứu các loại công nghệ chế tạo XMLT nhịp lớn, chế tạo vần khuôn thích

hợp, lựa chọn công nghệ tạo UST phù hợp với việc căng cáp cho kết cầu mỏng.

Khôi lượng nghiên cứu rất lớn, có thé lên đến hàng ngàn bài toán thời gian tính toáncũng phải mắt hàng năm, phải có cơ sở vật chất để chế tạo mô hình và thiết bị thínghiệm để do đạc ứng suất và biển dang cia mô hình Do thời gian và phương tiệnnghiên cứu còn hạn chế nên chỉ có thé nghiên cứu trong phạm vi giới hạn sau

1 Phân tích lựa chọn mô hình tính toán, lập trình tính toán, thực nghiệm trên máy tínhnghiên cửu về quy luật ng sut và bién dạng của CM-XMLT thường và CM-XMLT-

CM-4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Luận án tiếp cận cả lý thuyết và thực nghiệm hiện trường trong đồ sử dụng các phươngpháp nghiên cứu phổ biển ở trong nước và trên th giới như

Phương pháp tổng hợp phântích và kể thừa những kết quả nghiên cứu đã cổ.

= Phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên máy tính.

= Phương php thực nghiệm tại hiện trường

‘Va một số phương pháp đánh gi kết qua đo đạc va tính toán5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

.%1 Ý nghĩa khoa học

"Nghiên cứu lý thuyết tinh toán trong luận án đã đóng góp làm sáng tỏ thêm về phân bổ.cứng suất trong kết cấu CM-XMLT-ƯST, giúp lựa chọn được kich thước hợp lý về mặtkết cấu cho một số chỉ tiết hoặc cấu én của clu máng.

"Nghiên cứu thực nghiệm cho phép kiểm nghiệm mô hình toán.

Nghiên cứu vỀ công nghệ tỉ công giúp lựa chọn và bổ tri may dim để ch tạo ‘XMLT vỏ mỏng bằng công nghệ rung áp ván khuôn.

CM-5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Cácqua nghiên cứu của luận án có thể áp dụng trong thiết kế và chế tạo cầu mắng

thi công thủ công cho các công trình dẫn nước ở Việt Nam.6 Cấu trúc của Luận án

Luận án ngoài phần Mở dầu và Kết kuận.sông b và 04 Phụ lục, nội dung chính của La

38 tài liệu tham khảo, 06 tài liệu tác giả đãin án được trình bay trong 04 Chươngbao gồm 120 trang, 72 hình vẽ và 40 bang biểu:

“Chương Ì: Tổng quan vé cầu máng xi mang lưới thép ứng suit trước nhịp lớn

Chương 2: Nghiên cứ và biến dang cầu ming xi măng lưới théptrạng thái ứng sing suất trước nhịp lớn

Chương 3: Nghiên cứu công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn bằngphương pháp rung áp vấn khuôn

“Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường ứng suất và biển dang cầu máng ximăng lưới thếp ứng suất trước nhịp lớn

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE CAU MANG XI MĂNG LƯỚI THÉPỨNG SUÁT TRƯỚC NHỊP LỚN

1.1 Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép

TLL Khải quát chung

Cũng giống như cầu máng BTCT, CM-XMLT cũng là một loại công trình dẫn nước

thường được dùng khi các tuyển kênh dẫn nước cần phải vượt qua các vùng địa hình bịchia cắt như: sông, suối, thung lũng, kênh rạch, vùng đất tring hoặc thay thể cho mộtđoạn kênh qua ving đất thắm nước nhiều,

CMEXMLT gẳm các bộ phân chính: cửa vào, cửa ra thân máng, trụ đỡ (hình 1.1) Việc

bố trí và thiết kế cửa vào, cửa ra, tính toán (huỷ lực trong máng, tính toán dòng chảy tại

cửa vào cửa ra, các biện pháp chống thắm, chống x6i lở, tránh lắng đọng bùn cáttrong luận án này sẽ không đề cập đến Luận ấn chủ yéu đi sâu vio các phin nghiên cứu

nội lực kết cầu thân máng XMLT.

Hình 1 1 Sơ đồ kết cấu cầu máng.

1 Cửa vàn; 2, Mồ biên trọng lực; 3 Thân máng: 4 Trụ đỡ khung Rep: 5 Trụ đỡ khung dom:

6 Móng tru dy 7 Khe co gidn: 8 Cửa ra: 9 Kénh;10 Mat dt tự nhiền

Kết cấu thân máng được phân thành hai loại: kiểu dm và kiểu vòm, thông thường dangkiểu dim, Thân máng kiểu dim có đặc điểm chịu lực như một dim có gối đỡ là các trụ

giữa và mỗ biên, Tuy theo vị tr các gối tựa và vị trí các khớp nối, thân máng kiểu dimnh hai loại: loại dim don, loại dim một nhịp có mút thừa hoặc dimlại được phân t

liên tục Đối với cầu máng BTCT chủ yếu sử dụng nhịp kiểu dim đơn thường khôngvượt quá 10 m, và nhịp cầu máng kiểu mút thừa (khoảng cách giữa hai gối đỡ) thưởng.

m Với CM-XMLT thường chỉ sử dụng nhịp kiểu dim đơn v¿ đàikhông quá 6 m Do đó cần phải nghiên cứu thêm các hình thức kết cấu thân máng dé có.không quá

thể tăng chiều dài nhịp máng, giảm trọng lượng bản thân, tiết kiệm vật liệu.1.1.2 Các hình dạng kết cấu cầu mắng xi măng lưới thép

1.1.2.1 Các hình dạng kết cầu thân mắng

Thân máng XMLT có

hình chữ nhật, hình thang, hình chữ U, hình parabol (hình 1.2) Chon hình thức mặtcắt thân máng phải dựa vào tính toán thủy lực, vật liệu làm cầu máng, phương pháp thi

dạng võ trụ mỏng, mật cắt ngang của thin máng có thé

công, hình thức kết cấu trụ đỡ, đoạn nd tigp cia vào, cửa rú Hình thức mặt cắt thân

máng thường ding là hình chữ nhật, hình thang và hình chữ U.

“0 ©

inh 1.2 Hình dạng mặt cắt thin máng

4 Hình chữ mht; b Hinh thang: c Hành chữ Us đ Hình cip: ` Hinh parabin

Ca máng mặt cit chữ nhật và hình thang có cầu tạo đơn giản dễ thì công, dễ nồi tiếpvới đoạn cửa vào và cửa ra Chu máng chữ Ư có trang thái thủy lực tt hơn cầu máng

Mình chữ nhật, khả năng chịu lực của cầu máng chữ Ư cũng tt hơn, trọng lượng của cầumáng này khá nhẹ, nên rt thuận tiện cho việc đúc sin và lắp ghép Các mặt cắt khác iđùng vì tinh toán và thi công khá phức tạp.

Cầu máng vỏ trụ mỏng có khả năng chịu lực theo phương đọc lớn hơn nhiều phương.ngang Khi trên kênh không có yêu cầu về vận tải thủy, dé tăng thêm độ cứng củaphương ngang, ting độ én định tổng thể và cục bộ của mắng, thường bổ trí ác thanhgiằng ngang và các sườn gia cường đọc (tai máng) Khi có yêu cầu về vận tải thủyKhông thể bổ í các thanh giảng ngang, thi cin bổ tri các sườn gia cường ngang hoặctăng thêm chiều day thành máng (hình 1.3),

Luận án đi sâu nghiên cứu cho loại mặt cắt ngang thân máng XMLT có dang chữ U,

1 Swim dọc ni mảng): 2 Gling ngang: 3 Sườn ngangHình 1,3 Cấu igo thân máng

1.1.2.2 Thân mắng có mặt cất ngang hình chữ U

Hình dạng máng chữ U thường ding hiện nay có đầy là nửa hình tồn, có thêm haithành bên thẳng đứng (hình L4) Máng chữ U được sử dựng nhiều vì nó cố các ưu

điểm: trạng thái thủy lực tốt, độ cứng theo phương dọc lớn, dễ thì công ĐỂ tăng độ

cứng theo phương ngang và phương dọc, thân máng thường được gia cường bằng các

sườn dọc (ai máng) bằng cúc sườn ngang (dai mắng) và các thanh giẳng ngang Mángchữ U được phân thành hai loại: không có thanh giằng ngang (hình 1.4a) và loại cóthanh ging ngang (hình I-4b)

Sơ bộ kích thước tiết điện thân máng có thể tham khảo các số liệu dưới diy:

BE dày cin thành máng t= (1/15+1/25)R,, thường chọn t= (36) em~ Chiều cao đoạn thẳng đứng của thành máng £=(0.120.3)D,

trong d6: D,=2R, là đường kính trong của lòng máng.

- Kích thước tai máng thường chọn như sau: a = (1,5+2.5)t; b = (1#2)t; = (1+2)t~ Chiểu cao thành máng: H =H, + AH_(m)

trong đó: Hy là chiề cột nước tính toán, AHL2+0,5) m là độ cao vượt an toàn,

-TỷVL <(1/15=1/20) và HID, <1

~ Mit cit thanh ging có chiễu cao hy 10=20) em, bề rộng b,

~ Sườn ngang tại vị trí g6i tựa có kích thước lớn hơn sườn ngang ở trong nhịp, đường,viễn ngoài thường có dạng gắp khúc tạo thành gối tựa cho thân máng

~ ĐỂ đảm bảo điều kiện chồng nứt theo phương ngang, đoạn cong ở đáy mảng thưởng,lâm đây hơn, kích thước phần này có thể lấy như sau:

đỡ mồ biên và gối đỡ trụ giữa (hình 1.5) MS

tức dụng fa gối đỡ thân máng nó còn à liên kế nổi tiếp đầu máng với đoạn cửa ào, cửara của kênh dẫn, cồn trụ giữa chỉ có chức năng là đ thân mắng.

1 Mé biển; 2 Cửa vào: 3 Than mắng: 4 Đắt dp 5 Thiết bị thoát nước 6 Mặt đắt

Hình 1 5 Cấu tạo mồ bi

‘Tru giữa kiểu trọng lực có thể bằng gạch xây, bằng đá xây hoặc bê tông, thường ding

cho những trụ có chiều cao đưới 10 m, trong lượng bản thân của trụ kiểu trong lựcthường rất lớn, đo đỏ đỏi hỏi nền phải có sức chịu tải cao (hình 1.6a) Trụ đỡ kiểukhung có ba loại khung dom (hình 1.6b) và khung kép tình l.óc) thường dùng cho các

trụ cao dưới 20 m Kiểu hỗn hợp có phin dưới kiểu trọng lực, còn phần trên kiểukhung, chiễu cao của trụ hỗn hợp có thể đến 25 m (hình 1.68), Móng của mổ trụ có thểđặt trực ip trên nên tự nhiên, khi nền yếu có thể đặt trên nền cọc,

ti VẢ Oo

@ o © w

Hình 1.6 Các loại mổ trụ giữa cầu mi

«a Trụ kiểu trọng lực; b Trụ hid đơn; e Try liễu khung kép: dk Trụ kid hỗn hợp,

1.1.24 Hình thức Kết edu khe co giãm

ta các đoạn trong thân máng cin phải bổ t khe co giãn, khoảng cách giữa các kheeo gin từ (12220) m, Vật liga làm khe co giãn vita có tin co giãn, vữa có khả năngchống rò nước đình L7)

1 Tắm cao su hay chất déo; 2 Vita cát nna đường; 3 Dây day tim nhựa đường; 4 Vải tằm"nhựa đường hay sợi vải thuỷ tinh td nhựa đường (6 lip): 5 Vita cát pöxy dày 2mm

Hình 1.7 Các loại khe co giãn thường ding

1.1.3, Phương pháp tinh tuân câu ming xi măng lưới thập1.3.1 Tải rong và ổ hợp ti trong

‘Tai trọng tác dụng lên cầu máng gồm có:- Trọng lượng bản thân cầu máng.

+ Ấp lực nước ứng với mực nước thế kể và mực nước kiểm tra được thể hiện ởhình L8.

Hình 1.8, Sơ đ áp lực nước

- Tải trọng người qua lại trên cầu máng thường lấy 2,5 kN/mẺ~ Áp lực gid ở độ cao z so với mốc chuẳn, xác định theo công thức:

W=W, ke (N/m) antrong dé: W, ~ áp lực gió cơ ban lấy theo bản đồ phân vùng lực gió (kN/

k = hệ số xét tới sự thay đổi áp lực gió theo độ cao;e— hệ số khí lộng.

~ Lực ma sát ở gối đỡ: lực ma sát xuất hiện theo phương dọc máng tác dụng lên trụkhi thân máng bị co ngót hay dan nở do nhiệt độ thay đổi được tính theo công thức:

T=Gf (N) d2)trong dé: G~ áp lực tác dụng lên g6i đỡ (kN);

£— hệ số ma sát giữa thân máng và gồi đỡ.

~ Ap lực thủy động: Ap lực thủy đông tác dụng lên một đơn vị diện tích trụ đượctính theo công thức (1:3) và có điểm đặt của hợp lực ở 2/3 độ sâu mực nước thiết kế

d3)rong đó: v- vim téc dong chiy tinh toán (a);

- trọng lượng riêng của nước (kN/ia tốc trọng trường (g=9,81 mis");iy = he số phụ thuộc vào hình dang của trụ

- Các ti trong khác: động dit, ải trong cấu lip, lực va chạm của vật nỗi, các lựcnày th ty trường hợp cụ thé mà xết

“TỔ hợp ti tong: Phân tích nội lực và tính toán cốt thép thân ming XMLT được tiễnhành với các tổ hợp tải trọng cơ bản (trọng lượng bản thân máng + tải trọng người qualại + trọng lượng nước ứng với độ sâu mực nước thiết kế) và kiểm tra với tổ hợp táitrọng đặc biệt (trong lượng bản thân máng + tải trọng người qua lại + trọng lượng nước.

Đối với các cu máng lớn và trung bình thì thiết kế đòi hỏi nội lực có độ chính xác cao,

cần phân tích nội lực thân máng theo bai toán vỏ mỏng không gian Tốt nhất là dùng.

phương pháp phần tử hữu bạn và giải theo chuyển vị, hiện nay có nhiều phần mém

mạnh cho phép phân tích các kết cẻvõ có dang bắt kỳ và

SAP2000 hay ANSYS, song đồi hỏi người sử dụng phải có hiểu biết nhất định về lý

iu tải trong tuỷ ý như

thuyết v6 mỏng và phương pháp phẫntử hữu hạn

Đối với âu máng nhỏ có thé dùng phương pháp gần đúng để phân tích nội lực thânmáng, một trong các phương pháp hiện nay thường ding là thay bài toán tính võ mỏng

khong gian bing hai bài toán phẳng riêng biệt theo phương dọc va phương ngàng ming,

được gọi là phương pháp tính theo “Ij thuyết dim” Theo lý thuyết tính toán này,phương doc thân máng được tính như bài toán đằm, phương ngang máng được ính nhưmột hệ phẳng (khung phẳng) có bé rộng đơn vị được cắt ra từ thân máng chịu tắt cã cáctải tong tác dụng lên đoạn máng dé và được cân bing nhờ các lực tương hỗ của các

phan máng hai bên, được gọi là “phương pháp lực cắt không cân bằng”.

“Theo các ti liệu hướng din tính toán CM-XMLT thông thưởng, phương pháp tính toáncho lồ giải tương đổi chính xác khi tỷ số giữa chiều dài nhịp

rộng tiết điện máng L/D, > 10, còn khi L/D, < 10 mà vỉ theo lý thuytăng thêm thép chịu lực theo phương dọc máng.

1.1.3.3 Tỉnh toán bé trí thép trong thân mang‘Tinh toán và bố

kiến BTCT hoặc cấu kiện XMLT về mặt cường độ, biến dang và nút.

tép trong thân máng được tiến hành theo phương pháp tính toán cầu.Theo phương dọc CM-XMLT được tính toán vé mặt cường độ trên mặt cắt vuông góc.và mặt cắt nghiêng theo cầu kiện chịu un có tết diện tinh ton đưa về dạng chữ I, chữTT 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 nứcng vị

cả các vẫn đề trên đã được trình bày chi it trong các tà liệu [13|II4III5.LI6]Ẳ12 Tổng quan về cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn

1.2.1 Khái quất về cầu máng xi mang lưới thép nhịp lớn

CM-XMLT được sử dụng rộng rãi trong các CTTL với các uu điểm nỗi bật như trọng,lượng bản thân nhẹ, tết kiệm vật liệu, tuổi thọ cao, khả năng chống nứt tắt Tuy nhiên

cho đến nay việc tính toán thiết kế và thi công CM-XMLT vẫn còn nhiễu hạn chế, choCM-XMLT vẫn phổ biến ở loại chiều dit nhịp đơn không vượt quá 8 m, thôngdụng vẫn là nhịp có chiễu dài 6 m, đồng thời đường kinh lòng máng XMLT cũng chỉ

mới đừng ở giới hạn D,12)m.

Hệ thống kênh dẫn nước của các CTTL ngày càng gặp phải các loại địa hình phức tạp,bị chia cắt nhiều nên phải vượt qua nhiễu sông, subi, thung lạ Với các cầu máng có.chiều đài nhịp L < 6 m (được gọi là nhịp ngắn), chi phí xây dựng cầu máng sẽ cao dotốn rit nhiễu mồ trụ cằu, hơn nữa độ an toàn cũng thấp khi có quá nhiễu mồ trụ có chiềucao lớn và phái thi công ở giữa lòng sông Do đó CM-XMLT nhịp lớn sẽ là giải phápthực sự cn thi để giảm giá thành và đảm bảo an toàn cho các công tình CM-XMLTvượt sông, suất Vige sử đụng kết cấu máng XMLT nhịp lớn cho các công tình dẫnnước chắc chin sẽ dem lại hiệu quả kinh tế cao.

Vì vậy để có thể tận dụng hết khả năng chịu lực của cấu kiện XMLT, đồng thời đáp ứng.được yêu cầu của thực tế ngày cảng cao đối với cầu máng nhịp lớn đồi hỏi phải disâu vào nghiên cứu các loại hình thức kết cầu của CM-XMLT nhịp lớn Qua một số kết

uả th toán nghiên cứu ban đầu của ác giá [14] 171, cho thấy khả năng chịu lực củaấu không gian của máng XMLT rất lớn,

XMLT có thể kéo đài đến 16 m mà không cẳn sử dụng thêm các biện pháp khác Đôi.

ối với máng nhịp đơn thì chiều dài máng,

với các loại nhịp máng có chiều dài tử (16:30) m vẫn có thể ding kết cầu máng XMLTnhưng phải inh ton 8 UST Đối với các loại nhịp máng có chiềudài > 30 m nên ding kết cấu máng XMLT hoặc BTCT nhưng phải kết hợp với thépUST và kết cầu day văng hoặc đây treo.

1.2.2 Tính toán cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn

“Tính toán phân tích nội lực và bổ trí thép cho CM-XMLT nhịp lớn cũng tương tự như.tính toán cho thân máng XMLT nhịp ngắn, tùy theo yêu cầu độ chính xác mà có thể sửdung lý thuyết dim hay lý thuyết vỏ mỏng không gian để tinh

“Trong các nghiên cứu trước đây của tác giả cho CM-XMLT nhịp lớn [14][17], đã sửdụng phần mềm SAP2000 để tính toán mô phỏng cho hàng trăm bài toán Trên cơ sédang của các loại kích thước CM-XMLT chữ Uphân ch kết quả của ứng suất và bí

đường kính trong lòng máng D,, chiều cao H, chiều dai nhịp L, kích thước tai mángkích (hước và khoảng cách các thanh ging

“Tác giá đã rút m được kết luận ve

~ Kích thước hợp lý của mặt cắt ngang thân máng (đường kính D,, chiểu cao H),

~ Kích thước hợp lý của tai máng và khoảng cách giữa các thanh ging,ng thời cũng út ra được một số nhận xét

~ Với CM-XMLT mặt cắt chữ U, kết cầu nhịp đơn có L = (12220) m thì vật liệu XMLT.

thông thường vẫn đảm bảo khả năng chịu lực.

Không nên sử dụng kết cấu máng XMLT thông thường khi chiều dài nhịp lớn hơn 12tr, vì biển dạng của thân máng sẽ vượt quá biển dang cho phép Nên sử dụng kết cấumáng XMLT có bé trí thép UST nhằm giảm độ võng của đáy máng va tăng khả năng.chịu lực cho thân máng

14. wz quan về cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn1.3.1 Khái quát về cầu mắng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp tin

CM-XML.T khác CM-XMLT thông thường ở chỗ trước khi chịu tác dụng của

ngoại lực, cầu ming đã được nén trước, Lực nên trước này làm giảm một phin hay toànbộ ứng suất kéo do ngoại lực sinh ra (trong lượng bản thân máng áp lực nước và tảitrọng người đi lại), do đó làm tăng khả năng chống nứt theo phương dọc và tạo nên độvồng trước, làm giảm được độ võng tổng cộng của cầu máng khi khai thác, Do đồ CM-XMLT-UST có thể vượt qua được các nhịp lớn hơn CM-XMLT thông thường.

Hình 1 9 Tác dụng của lực căng trước

“ác dụng của UST có thể thấy rõ trong sơ đồ hình L.9, dưới tác dụng cia ngoại lực (ấp

lực nước, người qua lại, trong lượng bản thân máng ) thé dưới cùng của máng sinh

ứng suất kéo oy, Nếu trước khi chịu tác dụng của ngoại lực, cho cẫu máng chịu một lựcnén lệch tâm N, làm cho thé dud cùng sinh ra ứng suất nén ơ, Vậy sau khi tác dụngcủa ngoại lực, ứng suất cuối cùng của it điện máng bing tổng ứng suất của hai trường

hợp ti trọng trên, Ủng suit thổ đưới cùng của máng có th chịu nền oy ơ:> 0 hoặcchịu kéo khi ơị - ơy< 0

1.3.2, Phương pháp tạo ứng suất trước

"Để tạo UST tong các kết cầu BTCT nói chung hay XMILT nói iêng, cốt thép được kéocăng sau đó neo vào cầu kiện, do cốt thép có xu hướng phục hồ co Iai lầm cho cầu kiệnchịu nền Cũng có thé dùng phương pháp làm giãn dài cốt thép, neo hai đầu cốt thép,sau đỏ làm lạnh, cốt thép sẽ co ngắn lạ tạo thành UST Căn cử vào cốt thép căng trước

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

1.3.2.1 Phương pháp cũng trước

Trong phương pháp cing trước cốt thép được kéo căng rên bệ chuyên dung và đượcneo vào giá đỡ của bệ căng, Sau khi căng cốt thép xong, đổ vữa xi măng và bảo dưỡng,

đợi cho vita xi ming dat tới một cường độ chịu lực (thường không đưới 70% cường độ

thiết kế) để bảo dim cho thép UST và vữa xi mang có đủ lực dính, tiếp đến cắt rời cốtthép khỏi giá căng Do thép UST co lại làm cho cầu máng chịu nén trước, tạo thành

'CM-XMLT-UST (hình 1.10)

1 Cốt thép ứng suất trước; 2 Giá đỡcăng cốt thép; 3, Thiét bị neo; 4 Kéo căng cốt thép bằng

thid bj ko; 5, Cấu kiệ ứng suất trước; 6 Mt bằng thi công 2 Cấu kiệ xỉ măng lưới hepđã ché tao xong.

Hình 1 10 Phương pháp căng trước.

1.3.2.3 Phương pháp căng sau

“Trong phương pháp căng sau, thân mng XMLT được thi công trước có chữa sẵn các lỗtại vị tr bổ tí thép UST, đợi cho thân máng đạt tới cường độ chịu lực (không nhỏ hon

70% cường độ thiết kể), luồn thép UST qua 15, lợi dụng thân máng làm bệ căng cốtthép,

Sau khi căng xong cốt thép, ding các đầu neo neo chặt cốt thép vào hai đầu máng, tiếpphụt via vào diy lỗ Ung suất trước trong thép qua đầu neo truyền vào thin mánglàm cho máng chịu nén trước thể hiện trên hình 1.11

» › 77777772

77777772 GY.

1 Thân nông hi cng có chữa I: 2, Lun dy hep v Kê căng

3 Neo e6t tệp; 4 Phut vita vào lỗ và bit đầu,

Hình 1 11 Phương pháp căng sau.

1.3.3 Tỉnh toán cầu máng xi măng lưới tháp ứng suắt trước1.3.3.1, Ứng suất kéo trước giới hạn

Ứng suất kéo trước lớn nhất cho phép rong cốt thép ứng suất trước (thép UST) đượcsợi là ứng suất giới hạn và được ký hiệu là ơ, Ứng suất trước giới hạn phụ thuộc vàoloại cốt thép dùng và phương pháp tạo UST.

Bang 1.1, Ứng suất kéo trước giới hạn 6, (daN/cm”)

Phương pháp tạo UST

Loại cốt thép bu»

Phuong pháp căng trước | Phương pháp căng sau

Soi thép, sợi thép bộn 07R; 065R;thép kếo lạnh 09Rÿ 085),Chú thich: RỊ,- cường độ tiêu chuẩn của tháp UST

Ung suất kéo trước giới hạn oj cảng lớn thì ứng suất nén trước cing lớn, Khả năngchống nứt của thân máng càng cao Nhưng để xét đến ứng suất kéo trước không chophép vượt quá iới hạn chiy của thép, xét tới lực kéo căng có thể không chính sác, chit

lượng mỗi hàn có thể không tốt, nên lực kéo giới hạn nếu lấy quá cao có thể gây mắt antoàn Cho nên khi thiết kế CM-XMLT-UST gi tị ơy không được lẤy vượt quá tị sốcho ở bảng 1.1 ở trên

1.3.3.2 Ton hao ứng suất trước

Ứng suất kéo trước tạo ra trong thép UST, sau khi neo UST bị giảm, lượng giảm nàyđược gọi là tôn thất hay tén hao UST, do nhiều nguyên nhân như do biến dang của thiếtbị neo, do ma sắt giữa lỗ luồn thép và thép UST, do chênh lệch nhiệt độ giữa thép USTvà giá căng, do co ngót và từ biến của vữa xi mang, do chùng thép UST, do thân máng

i 6p co Các tổn hao này được xác định theo các công th tung các tiêu chudn tit

tủa mỗi nước, các công thức này đều dựa trên độ giảm biến dạng tương đối AL/Lcủa thép UST đo các nguyên nhân nói trên, nên các tổn hao này tinh theo tiêu chuẩn.thiết kế của các nước cũng không khác nhau nhiều

~ Tén hao UST do bi dạng của thiết bị neo cụ = Ct thép kế ing sau khi neo, dobiển dang của thiết bị neo làm thép UST co ngắn ại một đoạn AL{mm) và thép UST sẽbị tổn hao một lượng ứng suất bằng oy

ou aytrong đó: L là chiều dai thép UST; AL là giá tri biến dang của thép UST phụ thuộc vàothiết bị neo (có thể ấy giá tị AL bằng 1.5 lẫn dich chuyển của neo do các nhà ché tạo

cung cấp và không nhỏ hơn 2 mm); Ey là môđun đàn hồi của thép UST.

theo phương phấp căng sau, giữa thép UST và lỗ luỗn thép sinh lực ma sắt, ứng suấtthếp UST tại đầu kéo là ơ thì ứng suất thực tế tại mặt cắt tinh toán là (øy - ơịz)

trong đó:

11h số ma sắt giữa thép UST và định lỗ Hồn thép;

9 - thay đổi góc của day tinh từ đầu và mặt cắt tính toán x (radian),

~ Tén hao UST do chênh lệch nhiệt độ giữa thép UST và giá căng ơị; - Trong phương.

pháp căng trước, thép UST khi neo có nhiệt độ t, sau đó thi công thân máng và bảodưỡng, nhiệt độ thép UST tăng lên tỷ Do chênh lệch nhiệt độ trước va sau khi căng,

thấp UST bị chủng lại, tạo nên tổn hao UST:

64, =@E„(t3—)=0/00001x3,0x10°AP° =20AP (daNiem!) (1-6)trong đó; AU3 =(ÿ}= chênh lệch nhiệt độ;

0.00001/1°C - hệ số dn dai của thép UST:

E,.= 2,0x10° (daN/em’) - médun dan hồi của thép UST.

n hao UST do co ngót của vữa xi mang ơụ Trong phương pháp căng trước, vita xi

mang trong quá trình đông cứng sẽ bị co ngót Biển dạng tương đối co ngót ø, thay đồitrong khoảng từ 0,0004 + 0,0008, thường lấy ø, = 0.0006 Tén hao UST do co ngótduge tính theo công thức sau

us ay- Tên hao UST do từ biển của BE tOng cịc- Dusi tác dụng của UST Be tông sinh ra từbin, từ biển làm cho cấu kiện bị sơ ngắn lại gây nên tốn hao UST Tôn hao UST do từbiến được xác định theo công thức sau:

=1500œE® (daN/em) khi C><0,75 (18a)R, R,

6, =3000a/ S»—0,375] (daN/em’) khi S> > 0,75 (8b)

y bằng 1 kh bể tông đông cứng tự nhiên ing 0.85

ki bê tông bio dưỡng nhiệt trong áp suất khí quyền.

- Tên hao UST do sự néi ứng suất thép UST oy, - Hiện tượng nới của thép UST tương

tự như hiện tượng từ biển, khi thép UST được kéo căng xong, cổ định chiều dai, saumột thời gian ứng suất bị giảm, hiện tượng này gọi là sự nới (ching) thép UST Tổnhao do ching ứng suất có thé lấy như sau:

20,0250, khi ơ,=07Rj,

G„—0/0856, - khiơ¿= SR, a9)~ Tén hao UST do vữa xi măng thân máng bị ép co ơịy - Ngay sau khi tác dụng UST,

xây ra biển dạng ép co trong vữa xi măng làm giảm ứng suit trong thép UST Tôn haoứng suất do thân máng bị p co được xác định theo công thức

trong 46: ơy là ứng suất thân máng tại vị trí trọng tâm thép UST.

Tir các công thức tính ổn hao UST ở trên ta thấy chúng phụ thuộc lẫn nhau, sự xuấthiện của tổn hao này có ảnh hưởng qua lại đối với tổn hao kia, do đó để có giá tri chínhxác của các tổn hao ta cần phải tính lặp Trong các cấu kiện UST thông thường chi cinlời giải gần đúng có th lấy kết quả của bước lặp đầu tiên, Ở đây ta có thể sử dựng bảngtính Excel thy hiện giả fp để tinh các tổn hao.

‘Tin hao được phân thành 2 nhóm, nhóm thứ nhất và nhóm thứ hai như trong bảng 1.2."Tổng các tổn hao oy theo các công thức trên không nhỗ hom giá tị sau:

= Phương pháp căng trước: _ 1000 daN/em”

~ Phương pháp căng sau: 800 daN/em?

Bảng 1.2 Tổ hợp tổn hao UST của các giai đoạn

“Tổ hợp các tổn hao UST | Phương pháp căng trước | Phương pháp căng sau

~ Tôn hao trước khi thân máng | oy + Øặ # On + is +

chịu nén trước oj: (nhóm Ï) Ons mm

- Tổn hao sau khi thân máng

sứ O45 + O16 + OV

chịu nén trước ø (nhóm II)

1.34 Phân tích ứng suất trong cẦu máng xi ming lưới thập ứng sắt trước1.3.4.1 Đặc điểm edu tao

Như trên đã trình bảy, khi cẩu máng cần vượt qua các nhịp lớn, giải pháp hữu hiệu đểtăng khả năng chịu lực theo phương dọc máng là sử dụng UST Do thân máng XMLTcó dạng v6 trụ và chiều day của thân máng rắt mỏng, nên chỉ thích hợp với thép USTđặt thing và ding phương phấp căng sau Với phương pháp căng sau dễ dàng khổngchế được lực kéo căng thép UST trong từng giai đoạn, nên cũng thuận tiện trong việckhống chế biển dạng và nức, vin để được xem là nhạy cảm với kết cầu XMLT v6 mỏng“Trong các giáo tinh tính toán "Kết cầu bê tông cốt thép ứng sut trước” đều tình bày

cưới dang bài toán dim, cho nên với CM-XMLT vỏ mỏng có nhịp lớn, phân tích nội

lực theo phương doc ding lý thuyết dim có nhiều thuận lợi, nhưng theo phương ngangsắp nhiều khó khăn vì không biết nội lực để tính toán và bổ trí thép cho clu máng theophương ngang Tinh tin theo lý thuyết dim là thay bai toán tinh vỏ mỏng không gianbằng 2 bài toán riêng biệt theo phương doe và theo phương ngưng Do cầu máng vỏtạo CM-XMLT-UST

mỏng chỉ tạo UST theo phương đọc máng, nên tính toán và

theo phương ngang giống như CM-XMLT thông thường1.3.4.2 Trang thái ứng suất theo phương đọc mắng

“rạng thai ứng suất trong CM-XMLT-UST theo phương doc ming ding phương phipcăng sau có thé phân thành 5 giai đoạn như ở bảng 1.3, vì CM-XMLT không cho phépnức, nên trong cả § giả đoạn cẫu máng đều fim việc trong giai đoạn đòn hồi và giá thiếtlà vậtiệu din hồi tuyển tinh

Giai đoạn 1: Căng thép UST trên thân máng với ứng suất kéo trước ơ Neo thép, dotính din hồi thép co ngắn lại sinh lực nén trước và bắt đầu xuất hiện các tổn bao ứngsuất nhóm I được kí hiệu là oy nên lực nn trước chỉ còn bằng A,(ơ:ơ)

Giai đoạn 2: Lực nén trước đặt lệch tâm với thân máng, nên thân máng chịu nén lệch

âm sinh ứng suất nén thân máng ở thé phía có thép UST.

(Giai dogn 3: Toàn bộ tổn hao UST xuất hiện, trên thân mang đạt "ứng suổn định”.Giai đoạn 4: Giai đoạn tác dụng tải trong lên thân máng, sinh ứng suất kéo ở diy máng‘va sinh ứng nén ở đỉnh máng.

Giai đoạn 5: Ni tổng ứng suất do ngoại lực và do lực nén tn đã trừ đi các loại tnbao ứng suắt ma lớn hơn cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của XMLT thì đây máng bị nứt

Bảng 1.3 Trang thái ứng suất của CM-XMLT-UST — phương pháp căng sauTT Các giai đoạn chịu lực Biểu dé ứng suất

Căng thép UST với ứng | — ¬~ A

suất kéo trước o 7

Neo thép, bit dau xuất hiện F ` m<

các tôn hao UST nhóm I 27) i)

4 | Giai đoạn tác dung tải trong | Pop yyy VÀ ee

Mibn chịu kéo xuất hiện vết | / \ ¬5 _ ae _

nứt * ~ a *Chú thích: 6, = SZ là ứng suit kéo theo phương dọc cầu ming

(CM-XMLT là một kết cấu có dạng vỏ mỏng và được tăng cường độ cứng theo phương,dọc bằng các sườn dọc (tai máng) và được tăng cường độ cứng theo phương ngang,

bằng các sườn ngang và các thanh ging ngang, nên nếu phân ích trạng thái ứng suất và