n = Tỷ số mô đun của bê tông N = Lực nén dọc trục tính toán N Nu = Khả năng chịu nén của cột đơn ống thép nhồi bê tông N Nck = Lực căng kéo thanh kéo trong từng giai đoạn thi công Νκ =
TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM
TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CẦU VÒM TRÊN THẾ GIỚI
Xuất hiện từ rất sớm vào những năm trước công nguyên và kết cấu cầu vòm đá là một trong những kết cấu cầu đầu tiên trong lịch sử Vật liệu dùng để xây cầu là những tảng đá xếp chồng lên nhau, kết cấu cầu gần như chỉ chịu lực nén không có lực kéo hoặc lực kéo khá nhỏ không ảnh hưởng đáng kể đến kết cấu Với đặc tính vật liệu bằng đá nên cầu khá nặng nề, vượt nhịp nhỏ, bề rộng mặt cầu hẹp Một số cây cầu loại này đã được xây dựng rất đẹp mang tớnh thaồm myừ kieỏn truực coồ xửa: caàu Sommieres, caàu An Teỏ, caàu Lune, caàu
Caàu Sommieres: (Hình 1-1) trên sông Vidourle do người La Mã xây dựng từ thế kỷ thứ nhất sau công nguyên Cầu được xây với vật liệu hoàn toàn bằng các khối đá chữ nhật, kiến trúc cầu rất đẹp
Cầu An Tế: còn gọi là cầu Triệu Châu ở Trung Quốc được xây vào năm
605 sau công nguyên Cầu vượt nhịp 37.02m với 28 vòm đá theo chiều ngang
Năm 1991 cầu này được công nhận là di sản văn hoá thế giới
Cầu Lune: (Hình 1-2) được xây dựng từ thế kỷ thứ 12 tại Paris, cầu được xây bằng các khối đá xếp chồng lên nhau và chia thành nhiều kết cầu vòm nhỏ
Cầu Gard: (Hình 1-3) cầu bắc qua sông Gardon ở Avignon Pháp, cầu được xây dựng làm 3 tầng, cao đến 49m và dài đến 275m: tầng 1 thấp nhất gồm 6 vòm với tổng dài 142m, tầng giữa gồm 11 vòm với tổng dài 242m và tầng trên cùng gồm 35 vòm với tổng chiều dài tầng này là 275m Đây có thể coi là đỉnh cao kỹ thuật thời La Mã vào khoảng 50 năm trước Công nguyên
Hình 1-3: Caàu Gard qua soâng Gardon
Caàu Westminster: (Hình 1-4) caàu bắc qua sông Thames bên cạnh tháp
Big Ben tại thành phố London nước
Anh, đây là một trong những cây cầu đá được xây dựng rất muộn vào thế kỷ thứ
Xuất hiện vào cuối thế kỷ 18, lúc này thép đã xuất hiện và bắt đầu thay thế vật liệu đá Với vật liệu thép kết cấu nhịp đã được cải thiện đáng kể, kết cấu trở nên thanh mảnh hơn, phong phú hơn Nhiều cây cầu bằng thép đã được xây dựng trong thời gian qua từ nhỏ đến lớn từ đơn giản đến phức tạp như: cầu
Ironbridge, caàu Rio Corbe, caàu Dunlaps Creek, caàu Hell Gate, caàu Most
Cầu Ironbridge: (Hình 1-5) cầu được xây dựng vào năm 1779, cầu bắc qua sông River Severn ở Anh Chiều dài nhịp là 30.48m
Cầu Rio Corbe: (Hình 1-6) xây dựng vào năm 1800, thuộc thị trấn
Jamaica ở Tây Ban Nha Đây là cây cầu sắt cổ nhất Tây bán cầu, nó được làm bằng các tấm sắt đúc Để tăng cường độ cứng sườn vòm người ta gia cường thêm vào sườn vòm những vòng tròn sắt đúc
Hình 1-5: Caàu Ironbridge Hình 1-6: Caàu Rio Corbe
Cầu Dunlaps Creek:(Hình 1-7) được xây dựng vào năm 1839 do các kỹ sư quân đội Mỹ thực hiện, vòm chính dài 24m
Cầu Hell Gate: (Hình 1-8) được xây dựng vào năm 1916 bắc qua Hell
Gate một nhánh của Sông East River, chiều dài nhịp chính là 310m, bề rộng mặt cầu là 30.5m
Cầu Most Apollo:(Hình 1-9) cầu được xây dựng vào năm 2005 vượt qua sông Danube thuộc Thủ Đô của Slovakia, cầu vòm thép với hệ dây đan chéo chiều dài nhịp chính là 231m, kiểu dáng cầu thanh mảnh rất đẹp phù hợp với kieán truùc xung quanh
Hình 1-8: Caàu Hell Gate Hình 1-9: Caàu Most Appolo
Cầu Bayonne: (Hình 1-10) được xây dựng năm 1931 là cầu nối giữa 2
Bang New York và New Jersey của Mỹ, cầu vòm thép với tổng chiều dài cầu là 1,761m và chiều dài nhịp chính là 504m
1.1.3 Cầu vòm bê tông cốt thép (BTCT)
Xuất hiện khoảng cuối thế kỷ 19, lúc này người ta đã chứng minh được sự kết hợp hiệu quả giữa bê tông và thép làm ra vật liệu vừa có khả năng chịu nén vừa có khả năng chịu kéo tốt Với sự phát triển của công nghệ vật liệu
BTCT nhiều cây cầu vòm loại này đã được xây dựng như: cầu Bixby Creek, caàu Chaâtelleùrault, caàu Bloukrans, caàu Wild Gera Viaduct, caàu New Svinesund
Cầu Châtellérault: là cây cầu vòm bêtông cốt thép đầu tiên của thế giới được xây dựng ở Pháp vào năm 1900, với một nhịp trung tâm dài 54m và hai nhịp bên dài 40m
Cầu Bixby Creek: (Hình 1-11) được xây dựng vào năm 1932 thuộc
Bang California nước Mỹ, chiều dài nhịp chính vòm BTCT là 110m, tổng chiều dài cầu là 218m
Cầu Bloukrans: (Hình 1-12) cầu được xây dựng năm 1984 vượt thung lũng Nature's Valley ở Nam Phi, tổng chiều dài cầu 451m với nhịp vòm chính dài 272m; mặt cầu cách mặt sông Blouktans 216m
Cầu Wild Gera Viaduct: (Hình 1-13) cầu vượt qua sông Wilde Gera nước Đức, được xây vào năm 2000 Tổng chiều dài cầu 552m, chiều dài nhịp chính bằng vòm BTCT dài 252m
Cầu New Svinesund Bridge: (Hình 1-14) cầu được xây vào năm 2005 ở
Thụy Điển, tổng chiều dài cầu 704m với chiều dài nhịp chính 247m
Hình 1-13: Caàu Wild Gera Viaduct Hình 1-14: Caàu New Svinesund Bridge
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đặc biệt về kết cấu, về công nghệ vật liệu người ta đã xây dựng rất nhiều cầu vòm với nhiều kiểu dáng khác nhau, vật liệu khác nhau, vượt nhịp rất lớn, tính mỹ quang cao và đôi khi được xem như là những biểu tượng văn hoá của các nước
Một số cầu vòm hiện đại đã được xây dựng trong thời gian gần đây như : cầu
Sydney Habour, caàu Ponte Bisantis, caàu Lupu, caàu Silver Jubilee, caàu
Cầu Sydney Habour: (Hình 1-15) được xây dựng ở Úc với tổng chiều dài
1,149m, trong đó chiều dài nhịp chính là 503m Cầu được xây dựng để dẫn tới nhà hát Opera; từ khi xây dựng cây cầu cùng với toà nhà Opera House đã trở thành biểu tượng của nước Úùc
16) là loại cầu vòm BTCT được xây dựng ở Ý với tổng chiều dài cầu
468m, trong đó chiều dài nhịp chính
231m Cầu được thiết kế với kiến trúc thanh mảnh mang tính thẩm mỹ raát cao
Cầu Lupu: (Hình 1-17) là cây cầu vòm dài nhất thế giới, cầu vòm thép bắc qua sông Huangpu ở Thượng Hải, Trung Quốc Cầu đước xây dựng vào năm 2003 với tổng chiều dài cầu 3,900m trong đó nhịp chính dài 550m
18) là cây cầu vòm thép vượt qua sông Mersey ở United Kingdom, nhịp chính cầu dài 330m
Cầu Juscelino Kubitschek: (Hình 1-19) là cầu vòm thép được xây dựng vào năm 2002 ở Brazil; tổng chiều dài cầu 1,200m trong đó chiều dài nhịp chính 240m, là công trình kiến trúc rất độc đáo
Cầu Fehmarnsund: (Hình 1-20) là cầu vòm thép vượt sông Fehmarnsund ở Đức, tổng chiều dài cầu 963m trong đó chiều dài nhịp chính 248m
TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CẦU VÒM Ở VIỆT NAM
So với tình hình phát triển cầu vòm của thế giới thì ở Việt Nam ta còn khá chậm Một số cầu vòm bắt đầu được xây dựng vào thế kỷ 20, hiện nay nước ta có một số cầu vòm tiêu biểu như: cầu Ròn, cầu Hàm Rồng, cầu Ông
Lớn, cầu Xóm Củi, cầu Cần Giuộc và một số cầu đang có dự án xây dựng trong thời gian tới như cầu Đông Trù, cầu Hàn, cầu Hùng Vương:
Cầu Ròn:(Hình 1-21) hoàn thành 1985 trên tuyến QL1A thuộc địa phận tỉnh Quảng Bình – là dạng cầu vòm bê tông cốt thép
Cầu Ông Lớn: (Hình 1-22) là cầu vòm ống thép nhồi bê tông được xây dựng vào những năm gần đây trên địa bàn Quận 7, TP HCM với tổng chiều dài cầu là 640.88m trong đó chiều dài vòm chính dài 99.1m
Caàu ẹoõng Truứ: (Hỡnh 1-23) dự án cầu được thiết kế bỡi TEDI, caàu baộc qua soõng ẹuoỏng naốm trong tổng thể dự án quốc lộ 5 kéo dài, là công trình cầu lớn của Thủ Đô Hà
Nội Cầu gồm 3 nhịp chính là vòm keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng
Hỡnh1-23: Moõ hỡnh caàu ẹoõng Truứ
Cầu Hùng Vương: (Hình 1-24) dự án xây dựng cầu Hùng Vương vượt sông Đà Rằng ở Thành Phố Tuy Hoà, dự án được thiết kế do liên danh giữa
Công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải Phía Nam và Đại học Phúc Châu
(Trung Quốc); phương án thiết kế cầu dài 1,280m trong đó 5 nhịp cầu chính giữa sông sử dụng kết cấu vòm ống thép nhồi bê tông; công trình là tuyến giao thông quan trọng của Thành phố Tuy Hoà còn được đánh giá là công trình kiến trúc mang tính thẩm mỹ cao tạo điểm nhấn cho Thành phố Tuy Hoà
Hỡnh 1-24: Moõ hỡnh caàu Huứng Vửụng.
TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BE ÂTÔNG
Cầu vòm ống thép nhồi bê tông xuất hiện khá muộn so với các loại cầu vòm khác và nó chỉ phát triển mạnh mẽ vào những năm cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 khi mà người ta ngày càng chứng minh được hiệu quả của việc kết hợp giữa vỏ thép và lõi bêtông Khái quát sự phát triển loại cầu này có thể được chia thành hai giai đoạn như sau:
Giai đoạn sơ khai: cầu vòm ống thép nhồi bê tông đầu tiên được xây dựng vào năm 1931 ở ngoại ô phía Đông Pari với nhịp chỉ 9m, tiếp sau đó vào năm 1936 xây dựng cầu vượt sông Nêva
Giai đoạn hưng thịnh: loại cầu này phát triển rất mạnh ở Trung Quốc vào cuối thể kỷ 20 đầu thế kỷ 21 Rất nhiều loại cầu ống thép nhồi bê tông với nhiều kiểu dáng khác nhau, mang tính thẩm mỹ cao vượt nhịp lớn đã được xây dưng như: cầu Cảng Xiên (Tô Châu), cầu Yanjisha, cầu Yongjiang, cầu
Cầu Yanjisha: (Hình 1-25) cầu được xây dựng vào năm 2000 ở Trung
Quốc, tổng chiều dài cầu 1,084m trong đó nhịp dài nhất dài 360m; kết cấu nhịp chính sử dụng vòm ống thép nhồi bê tông dạng vòm xe chạy giữa
Cầu Beipanjiang: (Hình 1-26) cầu được xây dựng vào năm 2001 ở Trung
Quốc, tổng chiều dài cầu 486m trong đó chiều dài nhịp chính là 236m; kết cầu nhịp chính dạng vòm xe chạy dưới, kết cấu vòm là vật liệu ống thép nhồi bê toâng
Caàu Yongjiang: (Hình 1-27) cầu được xây dựng vào năm 1996 ở
Trung Quoác, keát caáu nhòp chính dạng vòm ống thép nhồi bê tông, vòm xe chạy giữa với chiều dài lớn nhất là 312m
VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Qua nghiên cứu tổng quan có thể nhận thấy được những ưu điểm của kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông, về khả năng chịu lực, về vẻ đẹp kiến trúc, tính kinh tế Thực tế, điều đó đã được chứng minh qua việc nó được ứng dụng rất phổ biến với nhiều công trình đã được xây dựng ở các nước phát triển như
Mỹ, Canada, Pháp, Nga, Trung Quốc Ở nước ta cũng đã xây dựng một số cầu loại này ở địa bàn TP Hồ Chí Minh và cũng đã chứng minh được tính hiệu quả của nó về kinh tế, kỹ thuật và tính thẩm mỹ cao; tuy nhiên việc triển khai, áp dụng loại cầu này ở nước ta còn trong giai đoạn đầu, tính chủ động chưa cao vì vậy để việc ứng dụng kết cấu này được chủ động, hiệu quả thì việc nghiên cứu, tìm hiểu bổ sung cho các kết quả nghiên cứu trước đây về loại kết cầu này là rất cần thiết Đề tài luận văn nghiên cứu về kết cấu ống thép nhồi bê tông và ứng dụng nó vào thực tiễn xây dụng công trình cầu Đồng Điền Trong đó tập trung phân tích cơ chế chịu lực; phương pháp tính nội lực cầu vòm ống thép nhồi bê tông có thanh kéo và đường xe chạy dưới; phương pháp kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện sườn vòm; phân tích khối chân vòm theo phương pháp phần tử hữu hạn Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu được ứng dụng vào thực tiễn xây dựng công trình cầu Đồng Điền TP.HCM.
VẬT LIỆU VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA ỐNG THÉP NHỒI BEÂ TOÂNG
VẬT LIỆU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG
2.1.1 Beâ toâng nhoài trong oáng theùp
Bê tông nhồi trong ống theo nhiều tài liệu khuyên dùng có cường độ chịu nén tiêu chuẩn 28 ngày fc ≥ 300 kN/cm 2 (đối với mẫu lập phương
150x150x150mm) Đối với các công trình chịu tải trọng lớn thường dùng bê tông có cường độ fc@0, 500, 600, 700 kN/cm 2 Hiện nay với tình hình phát triển ở Việt Nam ta việc sản xuất bê tông có cường độ cao trên 500 kN/cm 2 là có thể thực hiện được [3]
Ngoài yêu cầu về cường độ chịu nén thì bê tông nhồi trong ống thép còn có các yêu cầu độ sụt, tỷ lệ nước trên ximăng, thành phần hạt bê tông cho phù hợp với các phương pháp nhồi bê tông vào trong ống thép Có 3 phương pháp nhồi bê tông: phương pháp bơm đẩy lên; phương pháp đổ thẳng đứng, đầm thủ công; phương pháp ném thả từ trên cao không đầm rung Các yêu cầu tính chất bê tông cho từng phương pháp thi công như sau:
− Phương pháp bơm đẩy lên và phương pháp ném thả từ trên cao không đầm: hạt cốt liệu thô có thể dùng 0.5 – 3cm; tỷ lệ nước trên ximăng không lớn hơn 0.45; độ sụt không nhỏ hơn 15cm Để đảm bảo độ sụt như trên cần dùng chất phụ gia giảm nước, ngoài ra để tăng sự trương nở bê tông cũng có thể cho vào một lượng nhỏ chất phụ gia trương nở
− Phương pháp đổ thẳng đứng, đầm thủ công: hạt cốt liệu thô có thể dùng 1-4cm; tỷ lệ nước ximăng không lớn hơn 0.4; độ sụt từ 2-4cm [7]
Vật liệu vỏ ống thép thông thường sử dụng thép hợp kim thấp theo tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 hoặc các loại thép theo qui trình CECS 28 – 90 của
Trung Quốc như: thép số 3, thép 16 Mn, thép 15MnV Vỏ ống thép có thể dùng các ống thép chế tạo sẵn hoặc được cuốn gia công từ các thép tấm, theo các tài liệu thông thường thép sử dụng có cường độ giới hạn chảy fy= 225-450
N/mm 2 Đường kính ngoài của ống thép nhồi bê tông không nhỏ hơn 100mm, vách ống không nhỏ hơn 4mm (thông thường bề dày thép ống từ 5-20mm tuỳ thuộc vào đường kính ống thép) [2]
Tỷ lệ đường kính ngoài và bề dày ống thép d/t nên giới hạn trong khoảng
20 đến 35 235/ f y ; fy #5 N/mm 2 với thép số 3, fy 45 N/mm 2 với thép
16Mn, fy 90 N/mm 2 với thép 15MnV Đối với các cột chịu trọng lượng nói chung thì dùng tỷ số d/t bằng khoảng 70, đối với kết cấu dàn cứng dùng d/t trong khoảng 25 [7] Ống thép do nhà máy cung cấp theo yêu cầu của thiết kế bản vẽ thi công cần có chứng từ hợp cách xuất xưởng hoặc báo cáo thí nghiệm về thép sử dụng Thép chế tạo ống phải phẳng thẳng, không dùng bản thép có bề mặt rỉ hoặc chịu va đập Thành trong của ống thép không được dính mỡ để đảm bảo lõi bê tông được liên kết chặt với vỏ thép Ống thép được chế tạo phải tuân thủ đầy đủ theo qui phạm thi công và nghiệm thu kết cấu thép [7].
TÍNH TRƯƠNG NỞ CỦA LÕI BÊ TÔNG
Các nghiên cứu đã chứng tỏ rằng bê tông trong ống thép thay vì co ngót thì đã xảy ra sự trương nở trong ống và sự nở của nó được duy trì trong nhiều năm tạo điều kiện thuận lợi cho sự làm việc của bê tông Sự trương nở là đặc trưng không chỉ của bê tông trong ống thép, mà còn của cả bê tông được cách li với môi trường xung quanh bằng bất cứ phương tiện nào khác Điều đó đã được xác nhận bỡi thí nghiệm nổi tiếng của O.Ya.Berg với các mẫu bê tông được cách li Không có sự trao đổi độ ẩm giữa bê tông và môi trường bên ngoài là nguyên nhân của sự trương nở Đó là một trong những ưu điểm của ống thép nhồi bê tông so với bê tông cốt thép [1]
Sự trương nở của bê tông trong ống thép sẽ làm tăng lực dính bám giữa thép và bê tông Ngoài ra sự kết chặt giữa bê tông và vỏ thép làm cho tính giòn lõi bê tông giảm xuống và lõi bê tông chống được sự oằn cục bộ của vỏ thép Do đó để kết cấu ống thép nhồi bê tông làm việc hiệu quả thì ngoài sự trương nở do bê tông bị cách li thì bê tông trong ống thép còn được cho thêm một ít phụ gia trương nở [1].
ẢNH HƯỞNG LỰC DÍNH BÁM
Sự dính bám của lõi bê tông và ống thép trong kết cấu ống thép nhồi bê tông sẽ ảnh hưởng đến sự trượt giữa vỏ thép và lõi bê tông Khi lực dính bám lớn đến một mức nào đó thì chúng được coi như liên kết thành một khối do đó không xuất hiện sự trượt tương đối giữa lõi bê tông và vỏ thép vì vậy không cần bố trí các neo liên kết chống trượt như kết cấu thép – BTCT liên hợp khác
Ngoài ra lực dính bám ảnh hưởng đến khả năng mang tải của kết cấu ống thép nhồi bê tông Ống thép nhồi bê tông có thể chịu tải theo 3 cách cơ bản như sau: chỉ riêng ống thép chịu tải trọng, chỉ riêng lõi bê tông chịu tải trọng, cả hai lớp vật liệu gồm vỏ thép và lõi bê tông cùng chịu tải trọng phân bố đều
Hình 2-1: (a): Chỉ riêng lõi bê tông chịu; (b): Chỉ ống thép chịu tải trọng; (c):
Cả bê tông và ống thép cùng chịu tải
Thí nghiệm của Gardner và Jacobson (1967) cho thấy rằng khi chỉ riêng ống thép chịu tải trọng thì không làm tăng tải trọng phá hoại so với ống thép rỗng Một cách lý tưởng khi chỉ riêng lõi bê tông chịu tải trọng sẽ là phương pháp có hiệu quả nhất Sự vắng mặt lực dính bám sẽ không gây ứng suất dọc trong ống thép Ống thép chỉ chịu lực gò chặc lõi bê tông và chịu ứng suất vòng Khả năng chịu ứng suất vòng của ống thép gấp 2 lần khả năng chịu ứng suất dọc trục thuần tuý Orito cùng các đồng nghiệp năm 1988 đã thí nghiệm với ống thép nhồi bê tông có sử dụng vật liệu giảm ma sát, kết quả thu được cường độ chịu nén lõi bê tông tăng lên và sự đàn hồi vỏ thép chủ yếu phụ thuộc vào ứng suất vòng cho đến khi lõi bê tông bị nghiền nát Tuy nhiên thực tế khi bê tông nhồi trong ống thép, ứng suất dọc phát triển trong ống thép Vì vậy thực tế dính bám vẫn tồn tại giữa 2 lớp vật liệu và gây ra ứng suất trong vỏ thép tạo ra trạng thái ứng suất 2 trục trong vỏ thép và làm giảm sự gò chặt của ống thép Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng khả năng chịu tải của riêng lõi bê tông không tăng hơn so với ống thép nhồi bê tông cùng chịu tải tương đương Như vậy kết cấu hợp lý nhất là cả hai lớp vật liệu thép bê tông cùng chịu tải
Như vậy lực dính bám đã phân bố lại lực dọc giữa lõi bê tông và vỏ thép trong quá trình chịu tải Khi tải trọng tác dụng chỉ riêng ống thép hoặc chỉ riêng lõi bê tông, lực dọc trong cột phải được truyền lên mặt tiếp xúc giữa lõi bê tông và vỏ thép Do vậy, thật là hợp lý để nghĩ đến lực dính bám tại bề mặt mặt tiếp xúc bê tông - thép ảnh hưởng thế nào đến sự phân bố lực dọc trên mặt cắt, ảnh hưởng đến sự làm việc và khả năng mang tải đến kết cấu như thế nào Để hiểu rõ hơn ảnh hưởng lực dính bám, ta lần lượt xem kết quả nghiên cứu lực dính bám qua 3 trường hợp tải trọng tác dụng
Xét kết cấu ống thép nhồi bê tông có lực dính bám:
− Khi tải trọng tác dụng lên toàn bộ mặt cắt liên hợp lõi bê tông và vỏ thép, tổng giá trị lực dọc tác dụng lên lõi bê tông và vỏ thép là không đổi dọc theo chiều cao cột và không bị ảnh hưởng bỡi hệ số ma sát giữa bê tông và vỏ thép Thêm nữa, lực dính bám không gây ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu
− Khi tải trọng tác dụng chỉ riêng lõi bê tông, lực dọc từ từ truyền từ lõi bê tông sáng đỉnh thép từ đỉnh đến đáy cột Người ta cho rằng lực dọc phân bố giữa lõi bê tông và vỏ thép trong trường hợp này gầân như phân bố đều tại đáy cột như trong trường hợp tải trọng tác dụng lên toàn mặt cắt Khi giá trị hệ số ma sát tăng lên thì chiều dài truyền lực giảm xuốn, lực dọc phân bố lại nhanh hơn giữa lõi bê tông và vỏ thép
Tuy nhiên sự phân bố lực dọc giữa lõi bê tông và vỏ thép thay đổi khi hệ số ma sát thay đổi vẫn còn phải nghiên cứu Sự làm việc của kết cấu và khả năng chịu tải trong hai trường hợp trên là tương đương nhau
− Khi tải trọng chỉ tác dụng riêng vỏ thép, người ta thấy rằng vỏ thép mang toàn bộ tải trọng trên suốt chiều cao cột, hệ số ma sát tăng cho phép gia tăng nhỏ khả năng mang tải của cột Trong trường hợp này người ta cho rằng: cần có sự liên kết cơ học bên trong ống thép để đảm bảo sự làm việc của kết cấu
Graures (1993) đã thí nghiệm nhiều cột thép nhồi bê tông mảnh với nhiều mức tải trọng thay đổi Mỗi mức tải trọng được thí nghiệm với 2 cột, một với cột có lực dính bám bề mặt bê tông và thép, một không có lực dính bám giữa bê tông và thép Khi tải trọng tác dụng lên toàn mặt cắt, những nhận định giống nhau về ảnh hưởng lực dính bám đối với sự làm việc của kết cấu Tuy nhiên tác dụng tải trọng chỉ riêng lõi bê tông hoặc riêng vỏ thép thì khả năng mang tải của cột ảnh hưởng lực dính bám Đối với cột không có lực dính giữa bê tông và vỏ thép thì khả năng mang tải tăng khi tải trọng tác dụng lên lõi bê tông nhưng lại giảm khi tải trọng chỉ tác dụng vỏ thép Trong trường hợp không có lực dính bám giữa bê tông và vỏ thép và tải trọng chỉ tác dụng lên vỏ thép thì cột làm việc gần giống như cột thép rỗng
Nhiều nhà khoa học khác như Furlong (1967), Virdi và Dowling (1973), và Graures (1993) đã chỉ ra rằng lõi bê tông và vỏ thép của cột chịu tải trọng đồng thời thì lực dính bám không hoặc ít ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu, khả năng mang tải và sự phân bố lực dọc Tuy nhiên nhiên đối với cột thép nhồi bê tông chịu tải trọng chỉ riêng lõi bê tông hay riêng vỏ thép thì lực dính bám không thể hiện rõ ràng ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu Khi lực dính bám giảm thì nó ảnh hưởng chắc chắn đến sự làm việc của cột thép nhồi bê tông chịu tải trọng riêng lõi bê tông, và không ảnh hưởng đến sự làm việc của cột thép nhồi bê tông chịu tải trọng riêng vỏ thép
Thí nghiệm Mathias Johansson và Kenht Gylltoft về ba trường hợp chịu tải của kết cấu ống thép nhồi bê tông:
Hình 2-2: biểu đồ kết quả thí nghiệm Mathias Johansson và Kenht Gylltoft.
SỰ LÀM VIỆC CỦA ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
2.4.1 Trạng thái giới hạn thứ nhất theo cường độ
Trạng thái giới hạn thứ nhất của ống thép nhồi bê tông có thể bắt đầu do xuất hiện những biến dạng lớn không thuận nghịch, do sự phá huỷ hoặc mất ổn định Biến dạng có thể là biến dạng dọc hay biến dạng ngang trên mặt ngoài của ống phụ thuộc vào lực nén dọc trục Khi biến dạng vượt qua giá trị ε nào đó thì thanh sẽ chuyển sang trạng thái giới hạn thứ nhất do biến dạng lớn không thuận nghịch Quan niệm này tương ứng với trường hợp trong luận thuyết của N.S.Streletski khi “…biến dạng là yếu tố chủ đạo xác định trạng thái giới hạn, còn yếu tố lực chỉ được chọn theo biến dạng giới hạn mà thôi
Thực ra, quan niệm như thế là đúng hơn cả Sự sử dụng kết thúc ở biến dạng Δ nào đó, mà nếu vượt quá giá trị này thì không thể sử dụng được nữa vì những lý do kỹ thuật hoặc kinh tế “
Hình 2-3: Đồ thị xác định trạng thái giới hạn thứ nhất của ống thép nhồi bê tông theo độ bền
1) Đường cong biến dạng dọc; 2) Đường cong biến dạng ngang
Tiêu chuẩn không giới hạn của biến dạng dọc có thể đạt hằng số, không phụ thuộc vào các đặc trưng độ bền của thanh Khi đó khả năng chịu lực của thanh Φ1 sẽ được xác định bằng lực P1 tương ứng với biến dạng dọc ε 2 =const
Giá trị biến dạng dọc của thanh như nhau có thể đạt ở những giai đoạn làm việc khác nhau tùy thuộc vào mác bê tông và thép dùng chế tạo thanh Chẳng hạn nếu sử dụng thép cường độ cao thì biến dạng dọc tương đối 0,002 thanh sẽ làm việc gần giữa giai đoạn đàn hồi và khả năng chịu lực của thanh không được sử dụng triệt để Vì thế giới hạn biến dạng dọc nên thay đổi gắn liền với sự phát triển chảy dẻo trong vỏ Khi đó khả năng chịu lực Φ2 của thanh sẽ bằng lực P2 tương ứng với biến dạng dọc ε 2 =εc Khả năng chịu lực của thanh còn có thể xác định theo quá trình phát triển của biến dạng ngang tương đối lớn không thuận nghịch (nếu lấy sự phát triển chảy dẻo trong vỏ theo chiều ngang làm trạng thái giới hạn), khi đó điều kiện không giới hạn của thanh và biến dạng của nó sẽ được đặc trưng bằng lực P3 tương ứng với biến dạng dọc ε 2 khi σ 1 =σc
Tóm lại, trạng thái giới hạn có thể là trạng thái khi thanh chịu lực lớn nhất không tương xứng với biến dạng của nó Khi đó điều kiện không giới hạn thanh có dạng P 4 ≤P max ; còn khả năng chịu lực của thanh sẽ được đặc trưng bằng lực P4 tương ứng với giá trị chịu lực nén lớn nhất P4=Pmax
Với bốn phương án trên xét về trạng thái giới hạn thứ nhất của ống thép nhồi bê tông theo độ bền cần dừng lại ở phương án thứ hai; việc chọn phương án thứ hai là đặc biệt quan trọng không chỉ vì nó cho phép xác định đúng khả năng chịu lực của ống thép nhồi bê tông theo cường độ dưới tác dụng chịu nén đúng tâm theo quan điểm của trạng thái giới hạn mà còn đánh giá chính xác khả năng chịu lực của ống nhồi bê tông mảnh về mặt ổn định trong cùng một cơ chế chịu tải Việc đánh giá như vậy dẫn đến việc xác định hệ số uốn dọc ϕ mà về lý thuyết được xác định như tỉ số: ϕ = P th / P b (2-1); Trong đó:
Pth : lực tới hạng của thanh chịu nén đúng tâm;
Pb : lực đặc trưng độ bền của thanh chịu nén đúng tâm
Với cùng một giá trị Pth có thể có những giá trị ϕ khác nhau tùy theo phương án được chọn làm trạng thái giới hạn của thanh về độ bền dưới tác dụng của lực nén đúng tâm P b = Φ 1 hoặc Φ 2 , Φ 3 , Φ 4 Nhưng với sự xuất hiện phương pháp trạng thái giới hạn, lực giới hạn chỉ có một trí số Φ2
Hệ số ϕ trong biểu thức phụ thuộc vào Pth mà ta có thể xác định bằng phương pháp lí thuyết nếu có khả năng đánh giá trạng thái ứng suất của ống trong quá trình làm việc ở giai đoạn đàn – dẻo Nhiều công trình nghiên cứu cả thực nghiệm lẫn lí thuyết xác định lực tới hạn Pth trong đó lý thuyết gần đây của Shanley (1946-1947) đã chứng minh được lệch đơn điều của cột chịu nén đúng tâm bắt đầu ngay khi tải trọng tác dụng P bằng lực môđun tiếp tuyến P*
(được chon làm lực tới hạn):
P* : tải trọng môđun tiếp tuyến;
E* : mô đun tiếp tuyến của biểu đồ “ứng suất – biến dạng”
Kết quả hệ số uốn dọc ϕ tính được sẽ kết hợp với độ mảnh λ thiết lập chùm đường cong ϕ − λ tuỳ theo mác thép và mác bê tông được sử dụng trong keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng
Phương pháp xác định trạng thái ứng suất của ống thép nhồi bê tông khi chịu nén dọc trục dựa trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm quá trình nén đúng tâm ống thép ngắn nhồi bê tông (L:D = 5) Các quan hệ P - ε 2 , P - ε 1 được xác định bằng thực nghiệm
Trong giai đoạn đàn hồi, ứng suất dọc trong vỏ thép có thể xác định bằng công thức tổng quát của định luật Hooke:
Trong giai đoạn đàn – dẻo và giai đoạn dẻo, ứng suất được xác định bằng lý thuyết biến dạng đàn – dẻo nhỏ Đối với vật liệu không nén được
(υ = 0,5) trong trạng thái ứng suất phẳng của vỏ thép:
Từ (2-1) và (2-2) ta tìm được ứng suất dọc trong vỏ:
Trong trường hợp trạng thái ứng suất đơn, biểu thức của cường độ biến dạng và ứng suất sẽ là: σ σ ε υ ε i = (1+ ) ; i 3
Trong đó: ε - biến dạng tương đối tìm được khi thí nghiệm vật liệu ống chòu keùo
Biết ứng suất dọc của thép có thể tìm được lực dọc tác dụng vào vỏ
Lực dọc còn lại sẽ do lõi bê tông chịu, từ cấu trúc vật lý của thanh:
Như vậy tính được ứng suất trong lõi bê tông: bt t t bt F
Bằng cách đó người ta xác định được ứng suất trong lõi bê tông và trong vỏ thép Độ co dọc tương đối trong quá trình thực nghiệm Tổng hợp lại, ta có được một phương pháp cho phép xác định sự phụ thuộc σ2 - ε2 và σbt - ε2 trong suốt cả khoảng thời gian chất tải lên nhanh như một tổ hợp của lõi bê tông và vỏ thép
Những sự phù thuộc đó là cần thiết cho việc nghiên cứu quá trình làm việc của các thanh dài (L:D>5) chịu nén đúng tâm mà trạng thái giới hạn của chúng đặc trưng bằng sự uốn dọc Hiện tương uốn dọc hay mất ổn định loại một xuất hiện do thanh đạt trạng thái giới hạn Muốn xác định trên lí thuyết lực tới hạn phải biết sự phụ thuộc của mô đun tiếp tuyến vào ứng suất Trong ống thép nhồi bê tông có hai loại vật liệu làm việc đồng thời; do đó cần phải có các biểu đồ σ2 - ε 2 và σbt - ε 2 Mô đun tiếp tuyến biến dạng dọc của vỏ thép
E*t và của lõi bê tông E*bt được xác định bằng cách vi phân các đường cong tương ứng σ =f(ε2):
Như vậy lực tới hạn được xác định theo công thức:
Ngoài ra lực tới hạn có thể được xác định bằng ứng suất tới hạn của từng phần kể trên trước khi thanh bị mất ổn định: t th t bt th bt th F F
Kết quả cuối cùng thu được từ việc giải hai phường trình (2-12) và (2-13) xác lập mối phụ thuộc ban đầu để thành lập đường cong quan hệ giữa lực tới hạn với chiều dài tương đối của thanh.
SỰ LÀM VIỆC CỦA ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHỊU NÉN LỆCH TÂM
2.5.1 Nghiệm lý thuyết của bài toán ổn định Để xác định độ ổn định, ta nghiên cứu khả năng chịu lực của ống thép nhồi bê tông chịu nén lệch tâm khi chịu tải trọng ngắn hạn Độ lệch tâm của các lực nén có giá trị bằng nhau và có cùng hướng từ trọng tâm tiết diện
Giả thiết rằng thép và bê tông đều thoả mãn biểu đồ – đàn dẻo lý tưởng của Prandtl Chúng ta hình dung đường đàn hồi của thanh có dạng sóng hình cosin với chiều dài nửa bước sóng bằng chiều dài L của thanh Giả thiết này cho phép nhận được giá trị gần trùng với giá trị nghiệm chính xác Việc đơn giản hoá này chính là việc thay hệ vô số bậc tự do bằng hệ có một bậc tự do; do đó có thể chỉ xem xét sự cân bằng của nửa thanh có mặt cắt giữa chịu tải trọng lớn nhất Chỉ cần chú ý đến sự phân bố ứng suất trên mặt cắt ngang ở giữa thanh
Véctơ chính và mômen chính của biểu đồ ứng suất pháp tại mặt cắt giữa đối với trụ đi qua trọng tâm được xác định theo biểu thức:
Trong đó: z – khoảng cách từ diện tích phân tố đến trọng tâm của mặt caét
Lấy tích phân của diện tích phân tố bê tông và thép, tìm điều kiện của trạng thái giới hạn thanh Kết quả của việc giải hệ phương trình liên hệ θ ϕ ϕ β, , 1 , cho phép nhận được chiều dài tới hạn của thanh cos )
= F μ (2-18); ϕ, ϕ1 – là các góc ở tâm tương ứng với thép và bê tông đặc trưng cho sự chuyển tiếp từ miền đàn hồi tới miền chảy dẻo của tiết diện; β - góc ở tâm đặc trưng cho vị trí của trục trung hoà;
Hình 2-4: Biểu đồ lý tưởng hoá đối với lõi bê tông và vỏ ống nhồi bê tông;
Hình 2-5: Sơ đồ tính toán ứng suất và biến dạng dọc mặt cắt ngang trong ống thép nhồi bê tông; (a) – Nén toàn bộ mặt cắt ngang; (b) – Chảy dẻo cả 2 phía trong vỏ thép; (c) – Chảy dẻo 1 phía trong vỏ thép
2.5.2 Ổn định của các thanh ghép bằng thép ống nhồi bê tông chịu nén lệch tâm ngắn hạn
Sử dụng giả thiết phần 1, thiết lập phương trình cân bằng đối với nửa thanh Tìm véctơ chính PBH và mômen chính MBH đối với trục x-x, đồng thời xác định chiều dài thanh là hàm của các tham số trạng thái ứng suất của mặt cắt chịu lực lớn nhất Cực trị có điều kiện hàm trạng thái ta biểu diễn các tham số β và ϕ qua ϕ 1 và ϕ 1Η :
Hình 2-6: Các sơ đồ tính toán và ứng suất biến dạng dọc trong mặt cắt ngang cuûa oáng nhoài beâ toâng
Với thanh lắp ghép ống nhồi bê tông xuyên suốt thì cần phải tính ảnh hưởng của lực cắt đến quan hệ tới hạn.
ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG DÀI HẠN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CUÛA OÁNG THEÙP NHOÀI BEÂ TOÂNG
CHỊU LỰC CỦA ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG [1]
2.6.1 Từ biến của bê tông trong ống
Do có bê tông nhồi trong ống nên cần phải tính đến ảnh hưởng từ biến của bê tông đối với khả năng chịu lực của nó Từ biến của bê tông trong vỏ thép nhỏ hơn so từ biến của bê tông không bị cách li, do đó ảnh hưởng đến sự giảm giới hạn ổn định lâu dài của ống nhồi bê tông ở mức độ ít hơn so với cấu kiện bê tông cốt thép thông thường
Phương trình phi tuyến của từ biến:
( (2-21); để xác định đặc trưng ϕt của từ biến
Từ các kinh nghiệm về thí nghiệm thời gian dài của các thanh ống nhồi bê tông chịu nén đúng tâm có thể lập được các các đồ thị ε2 – t và ε1 – t ứng với các chỉ số lực dọc khác nhau (ε2 và ε1 là biến dạng dọc và biến dạng ngang của vỏ; t thời gian duy trì tải trọng đối với thanh)
Sau khi xử lý hàng loạt số liệu thí nghiệm bằng cách đó, ta nhận được phương trình đường cong trung bình đối với đặc trưng từ biến của bê tông trong oáng
Với kết quả nhận được từ đường cong trung bình cho phép xác định được giá trị hệ số đặc trưng từ biến theo thời gian để có thể đưa vào tính toán ảnh hưởng của nó đến sự làm việc của kết cấu ống thép nhồi bê tông
2.6.2 Ổn định của thép ống nhồi bê tông chịu nén lệch tâm dài hạn
Khi nghiên cứu ổn định thanh trong điều kiện từ biến, ta sử dụng phương pháp chung được nêu trong phần 2.5.1; trong trường hợp này việc giải bài toán gồm hai phần Thứ nhất, phải mô tả trạng thái ứng suất biến dạng của thanh trong điều kiện từ biến và nhận được phương trình chuyển động của nó Thứ hai, phải nhận được phương trình trạng thái tới hạn của thanh
Khi giải ta sử dụng các giả thiết thông thường: đường đàn hồi của thanh xấp xỉ dạng hình sin được lấy biểu thức gần đúng cho độ cong, biểu đồ Prandtl cho thép và giả thiết về mặt cắt phẳng Khi bắt đầu gia tải vỏ có thể làm việc trong giai đoạn đàn hồi; khi đó nếu ứng suất trong lõi bê tông không vượt quá bt c bt σ σ ≤0.5 thì sẽ có từ biến tuyến tính Tiếp theo vỏ thép chuyển sang giai đoạn làm việc đàn – dẻo, còn trong lõi bê tông có thể xảy ra cả từ biến tuyến tính lẫn từ biến phi tuyến Đối với vùng từ biến tuyến tính của bê tông thì phương trình Maslốp –
Aruchiunhian được coi là đúng: τ τ δ τ σ σ ε t d t t
Còn đối với vùng từ biến phi tuyến sẽ là phương trình I.I.Uliski:
Với ống thép nhồi bê tông chịu tải trọng nén lệch tâm dài hạn thì vỏ thép sẽ làm việc theo giai đoạn đàn dẻo còn lõi bê tông có thể sẽ chịu ảnh hưởng của từ biến tuyến tính lẫn phi tuyến.
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TOÂNG
Khả năng chịu lực của kết cấu ống thép nhồi bê tông được đánh giá theo các tiêu chuẩn, tài liệu khác nhau Ở đây tác giả chỉ xem xét khả năng chịu lực của ống thép nhồi bê tông theo các tiêu chuẩn, tài liệu phổ biến như: tiêu chuẩn CECS 28-90 của Trung Quốc, theo tài liệu chỉ dẫn của Nga, theo tiêu chuaồn Myừ AISC LRFD, theo tieõu chuaồn CAN/CSA-S16.1-M94 cuỷa Canada, theo tieõu chuaồn 22TCN 272 – 05
2.7.1 Theo tieồu chuaồn Trung Quoỏc CECS 28 – 90 [2], [7]
Lực nén dọc trục tính toán vào cột đơn ống thép nhồi bê tông phải thoả mãn điều kiện sau đây:
N – lực nén dọc trục tính toán;
Nu – khả năng chịu nén của cột đơn ống thép nhồi bê tông
Khả năng chịu tải của cột đơn ống thép nhồi bê tông sẽ được tính toán với các trường hợp: tải trọng đúng tâm, tải trọng lệch tâm và xem xét hệ số chiết giảm lực chịu tải do ảnh hưởng độ mảnh
2.7.1.1 Tính toán sức chịu tải của cột ngắn chịu nén đúng tâm
Sức chịu tải của cột ngắn ống thép nhồi bê tông chiều lực đúng tâm được xác định theo công thức:
No – khả năng chịu tải của cột ngắn bằng ống thép nhồi bê tông chịu nén đúng tâm; θ - chỉ tiêu đai bọc của ống thép nhồi bê tông; f s – cường độ chịu kéo của thép;
As – diện tích mặt cắt ngang ống thép; f c – cường độ chịu nén của bê tông;
Ac – diện tích mặt cắt ngang lõi bê tông ; Điều kiện áp dụng 0 3 3 θ : mác bê tông quá thấp làm cho kết cấu biến dạng dẻo;
< 0 θ : tiết diện chưa hợp lý sẽ gây ra lực kéo trong thanh kết cấu;
2.7.1.2 Tính toán ổn định của cấu kiện chịu nén đúng tâm
Sức chịu tải của cột nhánh đơn bằng bê tông thép ống xét ảnh hưởng đến độ dài của cột bê tông bằng cách nhân thêm hệ số chiết giảm lực chịu tải ảnh hưởng của độ mảnh, xác định theo công thức sau:
No – trị thiết kế lực chịu tải của cột ngắn bằng bê tông thép ống chịu nén truùc; ϕ1 - hệ số chiết giảm lực chịu tải xét ảnh hưởng của độ mảnh
Hệ số chiết giảm lực chịu tải xét ảnh hưởng của độ mảnh ϕ 1 được xác định theo công thức dưới đây:
Trong đó: d – đường kính ngoài của ống thép; lo – độ dài tính toán tương đương của ống thép nhồi bê tông được xác định theo mục dưới đây Độ dài tính toán tương đương đối với cột khung và các thanh mà giữa 2 điểm gối đỡ không có tác dụng của tải trọng ngang thì được xác định theo công thức dưới đây: o e kl l = ; l l o =μ Trong đó: lo – độ dài tính toán của khung hoặc thanh; l – độ dài của khung hoặc thanh; k – hệ số độ dài tương đương; μ - hệ số độ dài tính toán; đối với khung không có chuyển vị ngang xác định theo bảng 1-1 trong phụ lục 1, tài liệu [7]; đối với khung có chuyển vị ngang xác định theo bảng 1-2 trong phụ lục 1, tài liệu [7]
Hệ số độ dài tương đương k tính toán theo qui định sau đây:
Cột và thanh chịu nén dọc ttrục k=1;
Cột khung không chuyển vị ngang k =0.5+0.3β +0.2β 2 ;
Cột khung có chuyển vị ngang:
Khi eo/rc 1.7m) và dẫn đến phải kéo dài cầu dẫn và đường dẫn lên cầu khá nhiều như vậy tổng mức đầu tư công trình khá lớn
Phương án kết cấu vòm ống thép nhồi bê tông: sử dụng kết cấu cầu vòm thép nhồi bêtông có ưu điểm chiều cao kết cấu dầm không lớn (≈1.2m) đã rút ngắn được chiều dài cầu dẫn và đường dẫn nên tổng mức đầu tư công trình thấp hơn phương án cầu dầm liên tục Ngoài ra cầu vòm ống thép nhồi bê tông được thi công theo phương thức bán lắp ghép như vậy thời gian thi công sẽ được rút ngắn xuống so với phướng án cầu dầm liên tục đúc hẫng cân bằng, do đó sớm đưa công trình vào khai thác phục vụ việc hoàn thiện hệ thống giao thông khu vực thúc đẩy sự phát triển kinh tế
So sánh 2 phương án kết cấu vòm ống thép nhồi bê tông và phương pháp cầu bê tông cốt thép nhịp liên tục đúc hẫng cân bằng ta nhận thấy: chiều dài cầu giảm từ 367.2(m) xuống 275.8(m) rút ngắn được 91.4(m); kinh phí của phương án cầu vòm ống thép nhồi bê tông tiết kiệm khoảng 7.2 tỷ VNĐ và rút ngắn thời gian thi công khoảng 6 tháng
Bảng 4-11: Bảng so sánh chi phí xây dựng 2 phương án
CẦU VÒM CẦU LIÊN TỤC STT HẠNG MỤC Bề rộng (m)
Chieàu dài (m) Đơn giá (trieọu/1 m2)
Chieàu dài (m) ẹụn giá (trieọu/
3 Đường dẫn làm sàn giảm tải 9.5 90.0 6.0 5,130 90 6 5,130
Bảng 4-12: Bảng so sánh thời gian thi công 2 phương án
CẦU VÒM CẦU LIÊN TỤC STT HẠNG MỤC Chiều dài(m) Thời gian thi công (tháng) Chiều dài (m) Thời gian thi công (tháng)
3 Đường dẫn làm sàn giảm tải 90.0 5 90 5
5 Phần hoàn thiện công trình 1 1
6 Tổng thời gian thi công T 1 $ T 2 0
Mô hình cầu Đồng Điền hoàn thiện cho thấy việc sử dụng phương án kết cấu vòm ống thép nhồi bê tông mang tính thẩm mỹ cao hài hoà với kiến trúc khu vực xung quanh và góp phầân đa dạng hoá việc ứng dụng các loại hình kết cấu vào việc ứng dụng thực tế nước ta
Hình 4-32: Mô hình cầu Đồng Điền
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua phân tích kết cấu ống thép nhồi bê tông và kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông có thanh kéo và đường xe chạy dưới tác giả rút ra những kết luận như sau:
1 Kết quả mô phỏng theo sơ đồ không gian với các kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông có thanh kéo và đường xe chạy dưới có nhịp từ 75m đến 135m bằng phần mềm RM.2004 cho phép hiểu một cách chính xác về các giai đoạn chịu lực của kết cấu, giá trị chuyển vị chân vòm và lực căng kéo cần thiết theo từng giai đoạn Kết quả này là một bước tiến so với kết quả thu được từ các mô phỏng trước đây với bài toán phẳng và bài toán không gian được mô phỏng bằng phần mềm MIDAS
2 Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ phần trăm lực căng thanh kéo của từng giai đoạn trên lực căng giai đoạn cuối cùng cho các giai đoạn thi công là không thay đổi với các cầu hai làn xe và có chiều dài nhịp thay đổi từ
75m đến 135m Với các phương án cấu tạo thường được sử dụng thì tỉ lệ này khoảng: 3.0% cho giai đoạn lắp vòm thép; 17.4% giai đoạn bơm bê tông; 33.7% giai đoạn lắp dầm ngang; 69.9% giai đoạn lắp dầm dọc;
86.3% giai đoạn đổ bản mặt cầu; 100% giai đoạn hoàn thiện Điều này giúp người thiết kế nhanh chóng xác định lực căng kéo thanh kéo cần thiết cho từng giai đoạn dựa theo biểu đồ “% Nk” khi tính toán thiết kế loại cầu vòm ống thép nhồi bê tông có thanh kéo và đường xe chạy dưới
3 Chân vòm chịu các thành phần lực phức tạp bao gồm: lực kéo trong thanh kéo tại vị trí đầu neo, phản lực tại vị trí dầm ngang, lực tại vị trí tiếp giáp sườn vòm và phản lực gối đỡ Bằng phương pháp phần tử hữu hạn ta có thể mô phỏng sự làm việc của khối chân vòm, từ đó xác định được các giá trị ứng suất cục bộ, chuyển vị cục bộ của khối chân vòm
Kết quả này giúp người thiết kế chủ động trong việc chọn lựa giải pháp cấu tạo và kiểm tra sự làm việc của chân vòm
4 Kết quả kiểm toán khả năng chịu lực sườn vòm theo hai tiêu chuẩn CECS
28-90 của Trung Quốc và 22TCN 272-05 của Việt Nam cho thấy hệ số an toàn theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 lớn hơn khoảng 1.24 lần Đây là điểm lưu ý cho người thiết kế khi vận dụng các qui trình vào công tác thieát keá
5 Với phương pháp phân tích đã nêu, tác giả cùng các đồng sự đã triển khai thiết kế một công trình thực là cầu Đồng Điền, Hiệp Phước – Nhà Bè