Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ảnh hưởng của mất mát ứng suất cáp dự ứng lực trong dầm hộp bêtông cốt thép đến khả năng chịu tải của cầu đúc hẫng

Một trong những vấn đề thường gặp của cầu bê tông cốt thép dự ứng lực căngngoài là hư hỏng cáp dự ứng lực căng ngoài do các tác động va chạm của xe cộ, tàu thuyềnhay do môi trường ăn mòn

ANH HUONG CUA MAT MAT UNG SUAT TRONG CAP DU

UNG LUC TRONG DAM HOP BE TONG COT THEP DEN KHA NANG CHIU TAI CUA CAU DUC HANG

Sự hư hong của cáp dự ứng lực cũng giống như mat mát ứng suất ở Chương 2 sẽ làm giảm ứng suất nén trong bê tông và khả năng chịu lực của kết câu Khi có hư hỏng xuất hiện, các kỹ sư cau phải đối mặt với rat nhiều câu hỏi liên quan đến ứng xử va khả năng chịu lực của câu Ngày nay, với sự phát triển của các phần mém tính toán kết cau, các hư hỏng gây mat mát ứng suất có thé được mô phỏng trên máy tính, dé xác định ứng suất trong bê tông và chuyền vị của cau Từ đó có thé đánh giá khả năng chịu lực của cầu và đưa ra phương án sữa chữa một cách nhanh chóng.

Trong nghiên cứu này, mat mát ứng suất của cáp dự lức căng ngoài sẽ được mô phỏng băng cách giảm lực căng trong cáp Sau đó, xác định sự thay đổi ứng suất trong bê tông, chuyển vị của dầm Từ đó đánh giá ảnh hưởng của cáp căng ngoài đến sự làm việc của cau.

3.2 Lựa chon mô hình nghiên cứu

3.2.1 Mô hình cầu được lựa chon

Mô hình cầu bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hằng cân bằng cũng như các số liệu đầu vào được lấy tương tự cầu đường sắt cho tuyến Metro số 1 được triển khai tại thành phó Hồ Chí Minh.

Hình 3-1 Cau dam hộp thi công theo phương pháp đúc hang cân bằng.

Hình 3-2 Bồ trí chung cau (82.5+102.5+82.5 m)

Hình 3-3 Bồ trí cap căng trong và cáp căng ngoài.

Hình 3-4 Mặt cắt ngang điển hình dam hộp tại vị trí giữa nhịp.

Hình 3-5 Mặt cắt ngang điển hình dâm hộp tại vị trí đỉnh trụ

Ele © [es | 2| O ©|et||gl© © |ee' ie) © OO 09 OO 00

FB1-2 FB1-1/FB1-4 ST2 | | ST2 |FB1-4|FB1- FB1-2

Hình 3-6 Bồ trí cáp dự ứng lực tại mặt cắt giữa nhịp biên và giữa nhịp chính.

[ST |T18|T13/T11, Te | T7 | Ta | PT] [Tt-1| T2 | T4 | T6 | T8 |T10|T12|T14|T16| |T16|T14.T12.T10| T8 | Te | T4 | T2 |T1-1 |PT | Tả | T7 | T9 |T11|T13)T16| ST |

[1-4 Ts a 4œ ©OOOOOCOC 0 OOo COOOOCOGC ©OOCOOOC 0 0 © 90000000 exe) lone)

Hình 3-7 Bồ tri cáp dự ứng lực tại mặt cat đỉnh trụ.

Các số liệu về tính chất của bê tông dầm, cốt thép thường và cốt thép dự ứng lực của dam cau trong nghiên cứu nay được trình bày trong Bảng 3-1.

Bang 3-1 Thông tin về chỉ tiêu vật liệu thi công

Cường độ chịu nén 28 ngày tudi f‹= 55 MPa

Module đàn hôi E, = 33000 MPa Giới hạn chảy fy = 390 MPa

Cốt thép thường Giới hạn kéo đứt fu = 560 MPa

Module dan hồi Es = 200000 MPa

Gidi han chay fy = 1670 MPa Cot thép dự ứng lực

Gidi hạn kéo đứt f„= 1860 MPa

Module dan héi Es = 197000 MPa

3.2.3 Giới hạn ứng suất của bê tông và thép dự ứng lực

Gidi hạn vé ứng suât kéo và nén của bê tông trong giai đoạn khai thác được lây trong Bảng 3-2 và giới hạn ứng suất trong thép dự ứng lực được lay trong Bảng 3-3.

Bảng 3-2 Giới hạn ứng suất kéo - nén của bê tông.

Gidi hạn kéo CHới hạn nén(MPa) (MPa)Trạng thái giới hạn sử dụng khi có hoạt tải 1.85 24.75

Bảng 3-3 Giới hạn ứng suất kéo trong cáp dự ứng lực.

Trạng thái giới hạn sử dụng sau toàn bộ mat mát 0.8 fpy 36

Ngoài tải trọng ban thân của dầm, một số tải trọng thường xuyên khác của các thiết bị đường sắt như: ray, gối ray, lớp đệm bê tông, cáp điện, lan can, đai kẹp, kết câu bê tông thoát nước, lan can bê tong, cũng được đưa vào trong nghiên cứu này.

Bang 3-4 Tinh tải bố sung

Loại tĩnh tải Gia trị | Đơn vị Ray + Tà vẹt + Phụ kiện 40 KN/m Cáp điện 10 KN/m Lan can thép, tay vin 2 KN/m Lan can bê tông 42 KN/m Tai trong khac 16 KN/m

3.2.4.2 Tải trong dự ứng lực Sử dụng tao cap có đường kính 15.24 mm và lực kích fp; u%fpu = 1395 MPa.

3.2.4.3 Từ biến và co ngót

Dé xem xét tác động của từ biến va co ngót bê tông, trong nghiên cứu này, quy chuẩn thiết kế CEB-FIP được áp dụng bởi chương trình MIDAS một cách tự động với tỉ số độ âm là 80%.

3.2.4.4 Tải trọng thi công Tai trọng ván khuôn xe đúc là 500KN, độ lệch tâm của xe duc là e = 2500 mm.

Tải trọng trên đoạn thi công hang là 4.80*10 MPa.

Tải trọng trên đoạn khác phía hang là 2.40*10 MPa.

Mô hình hoạt tải đoàn tàu Metro được sử dụng bao gồm 6 toa xe day hành khách, trình bày trong Hình 3-8.

160KN 160KN 160KN 160KN 160KN 160KN 160KN 160KN

Hình 3-8 Tai trọng theo phương dọc của đoàn tau Metro.

80KN 80KN 80KN 80KN Đoàn tàu số 1 Đoàn tàu số 2 Hình 3-9 Tai trọng theo phương ngang của đoàn tau metro.

3.3 Các trường hợp nghiên cứu cap dự ứng lực căng ngoài

Từ thực tế các trường hop mat mát ứng suất đã xảy ra do hư hỏng cáp dự ứng lực đã nêu trong mục 2.5, trong nghiên cứu này sẽ tập trung phân tích ảnh hưởng của các trường hop mat mát ứng suất trong cáp dự ứng lực căng ngoài (Bang 3-5) Dé thuận tiện cho quá trình nghiên cứu, các trường hợp mất mát ứng suất được phân loại thành 5 nhóm: l Nhóm 1: nghiên cứu mat mát ứng suất của 1, 2 hay 3 bó cáp ở 1 bên mặt cắt ngang dam: bao gồm các trường hop 1 đến trường hợp 7.

Nhóm 2: nghiên cứu các trường hợp mat mát ứng suất của 2 bó cáp được phân bồ 2 bên mặt cắt ngang dam; bao gồm các trường hợp 8 đến trường hop

Nhóm 3: nghiên cứu các trường hop mat mát ứng suất của 3 bó cáp được phân bố 2 bên mặt cắt ngang dầm; bao gồm các trường hợp 14 đến trường hợp 19.

Nhóm 4: nghiên cứu các trường hợp mắt mát ứng suất của 4 bó cáp; bao gồm các trường hợp 20 đến trường hợp 25.

Nhóm 5: nghiên cứu các trường hop mat mát ứng suất của 5 và 6 bó cáp; bao gôm các trường hợp 26 đến trường hợp 29.

Bang 3-5 Các trường hop mat mat ứng suất của cáp căng ngoài

1 | TH1: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E1 | 2 | TH2: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E2 | 3 | TH3: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E3 |

TH4: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E3 và một cáp dự ứng lực E2.

THấ§: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E3 và một cap dự ứng lực El.

TH6: Mat mat ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E2 và một cap dự ứng lực El.

TH7: Mắt mát ứng suất các cáp dự ứng lực căng ngoài E3, E2 và E1 của một bên dầm.

8 | TH§: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E3 2

TH9: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E3 và một cap dự ứng lực căng ngoài E2.

10 TH10: Mat mat ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E3 2 và một cap dự ứng lực căng ngoài El.

11 | TH11: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E2 2

2 TH12: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực căng ngoài E2 2 và một cap dự ứng lực căng ngoài El.

13 | TH13: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài El 214 | TH14: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E3 3

Số bó cáp và một cap dự ứng lực căng ngoài El.

THI15: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E3 và một cap dự ứng lực căng ngoài E2.

TH16: Mat mat ứng suất cặp cap dự ứng lực căng ngoài E2 và một cap dự ứng lực căng ngoài El.

TH17: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E2 và một cap dự ứng lực căng ngoài E3.

TH18: Mat mát ứng suất cặp cap dự ứng lực căng ngoài E1 và một cap dự ứng lực căng ngoài E2.

TH19: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài El và một cap dự ứng lực căng ngoài E3.

TH20: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E3 và cặp cáp căng ngoài E2.

TH21: Mat mat ứng suất cặp cap dự ứng lực căng ngoài E3, một cáp căng ngoài E2 và một cap El.

TH22: Mat mat ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E3 va cặp cáp căng ngoài El.

TH23: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E2 va cặp cáp căng ngoài El.

TH24: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E2, một cáp căng ngoài El và một cáp E3.

TH25: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài El, một cáp căng ngoài E2 và một cáp E3.

26 TH26: Mắt mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E3, s cặp cáp căng ngoài E2 và một cap El.

27 TH27: Mắt mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực căng ngoài E3, s cặp cáp căng ngoài El và một cáp E2.

38 TH28: Mat mát ứng suất cặp cap dự ứng lực căng ngoài E1, s cặp cáp căng ngoài E2 và một cáp E3.

20 TH29: Mắt mát ứng suất toàn bộ các cặp cáp dự ứng lực 6 căng ngoài El, E2 và E2.

3.4 Các trường hợp nghiên cứu cáp dự ứng lực căng trong

Cáp dự ứng lực căng trong được bảo vệ bởi chính bê tông của dam nên khả năng xảy ra hư hỏng như mục 2.5 thấp hon so với cáp căng ngoài Nhưng thực tế, khi thi công phun vữa bảo vệ cho cáp căng trong, van ton tại một số vị trí mà vữa không thé bao phủ hết toàn bộ bó cáp; do đó hư hỏng vẫn xảy ra tại các vị trí này va gây mat mát ứng suất Dé thuận tiện cho quá trình nghiên cứu, các trường hợp mat mát ứng suất (Bảng 3-6) được phân loại thành 3 nhóm:

1 Nhóm CT-1: nghiên cứu mat mát ứng suất của cáp căng trong ở tho trên của dâm; đây là nhóm cáp được sử dụng trong quá trình thi công hang, bao gồm các trường hợp CT1 đến trường hợp CT18.

2 Nhóm CT-2: nghiên cứu mat mát ứng suất của cáp căng trong ở thé đưới của nhịp biên; bao gồm các trường hợp CT19 đến trường hợp CT22.

3 Nhóm CT-3: nghiên cứu mat mát ứng suất của cáp căng trong 6 thé đưới của nhịp chính; bao gồm các trường hợp CT23 đến trường hop CT26.

Bang 3-6 Các trường hop mat mat ứng suất của cáp căng trong

STT Truong hop Số bổ cáp

1 | CT1: Mất mát ứng suất một cáp dự ứng lực T16 |2 | CT2: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực T14 |3 | CT3: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực T12 |4 | CT4: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực T10 I5 | CT5: Mat mat ứng suất một cáp dự ứng lực TS l6 | CT6: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực TO l7 | CT7: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực T4 I8 | CT§: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực T2 I9 | CT9: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực T16 210 | CT10: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực T14 211 | CT11: Mất mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực T12 212_ | CT12: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực T10 213 | CT13: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực TS 214 | CT14: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực T6 215_ | CT15: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực T4 216 | CT16: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực T2 217 | CT17: Mat mat ứng suất các cặp cáp dự ứng lực T2, T4, T6 618 | CT18: Mất mát ứng suất các cặp cáp dự ứng lực T2, T4, Tó, | 16

19 | CT19: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực FB1-4 | 20 | CT20: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực FBI-4 2

21 CT21: Mat mát ứng suất các cáp dự ứng lực FB1-1, FB1-2, 4 FB1-3, FB1-4 6 mét bén dam.

22 CT22: Mat mát ứng suất các cặp cáp dự ứng lực FBI-1, s

23 | CT23: Mat mát ứng suất một cáp dự ứng lực BI |

24 | CT24: Mat mát ứng suất cặp cáp dự ứng lực BI 2

25 CT25: Mat mát ứng suất các cáp dự ứng lực B1, B2, B3, B4 4 ở một bên dầm

26 CT26: Mat mát ứng suất các cặp cáp dự ứng lực B1, B2, B3, s

3.5 Kết quả nghiên cứu mat mát ứng suất của cáp căng ngoài 3.5.1 Các trường hợp mat mát ứng suất Nhóm 1

Trường hop 1: phân tích mat mát ứng suất xảy ra tại một cáp dự ứng lực E3 Mục đích nghiên cứu của trường hop 1 là xem xét sự thay đổi ứng suất trong bê tông, chuyên vị của dầm va ứng suất trong cáp dự ứng lực còn lại khi có mat mát ứng suất xảy ra do cáp có độ lệch tâm lớn nhất.

Trong trường hop 1, vị trí nguy hiểm nhất tại mặt cat trên đỉnh trụ Tuy nhiên, từ kết quả tính toán, ứng suất nén 6 tho trên trong bê tông giảm dan nhưng van năm trong giới hạn cho phép (Hình 3-10) Giá trị ứng suất tiếp tại vị trí đang xét có xu hướng tang, nhưng không đáng kể; dầm van dam bảo khả năng chịu cắt (Hình 3-1 1).

-0.5 h ‹ Pat + ®Ứng suất kéo cho phép

Tỷ lệ mat mat ứng suất (%) s-e-e-e-e © © ha

AỨng suất trong bê tông mie) OO 4 ry

41.44 1.38 ơ Ứng suất nén trong bê tông (MPa)

Hình 3-10 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mat mat ứng suất trong cáp dự ứng luc.