Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa trên phần mềm phân tích kết cấu Midas Civil

Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi cơng theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas-Civil Sinh viên thực hiện: Tơ Việt Dũng Đỗ Quang Minh Ngô Xuân Trường Lớp 58CĐB19 Giáo viên hướng dẫn: Phùng Bá Thắng Tổ môn cầu khoa cơng trình Tơ Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Trang Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi cơng theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CẦU BTCT DƯL THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG 1.1 Đặc điểm cấu tạo cầu BTCT DƯL thi công theo phương pháp đúc hẫng 1.1.1 Sơ đồ kết cấu cầu thi công phương pháp đúc hẫng 1.2 Vật tư thiết bị q trình thi cơng .3 1.1.3 Trắc dọc cầu, đường cong đứng, đường cong đáy dầm, đường cong mặt đáy, thay đổi mặt cắt theo dọc cầu .6 1.1.4 Mặt cắt ngang .9 1.1.5 Bố trí cốt thép 10 1.2 Đặc điểm thi công 13 1.2.1 Phân chia đốt đúc q trình thi cơng 13 1.2.2 Chu trình thi cơng đốt 14 1.2.3 Thi công đốt hợp long 16 Phương hướng nghiên cứu 17 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỘI LỰC, CHUYỂN VỊ KẾT CẤU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KẾT CẤU CẦU THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG 19 2.1 Tải trọng 20 2.1.1 Tải trọng thường xuyên 20 2.1.2 Tải trọng tạm thời .21 2.2 Đặc tính vật liệu: cường độ, mơ đun đàn hồi 21 2.2.1 Sự thay đổi cường độ bê tông theo thời gian 22 2.2.2 Sự thay đổi mô đun biến dạng bê tông theo thời gian 23 2.3 Co ngót từ biến bê tơng 24 2.3.1 Co ngót từ biến theo CEB-FIB model code 1990 .25 2.3.2 Co ngót từ biến theo tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 dựa quy phạm Mỹ AASHTO – 1998 29 2.4 Tải trọng khác 31 2.5 Phương pháp phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp phân đoạn 32 2.5.1 Nội dung phương pháp PTHH .32 2.5.2 Mơ hình hóa rời rạc kết cấu .33 Tô Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Trang Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil 2.5.3 Chuyển vị nút lực nút 34 2.5.4 Phương trình của phương pháp phần tử hữu hạn vật rắn 35 2.5.5 Các bước tính tốn kết cấu phương pháp PTHH .36 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MIDAS TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU CỤ THỂ 37 3.1 Giới thiệu phần mềm 37 3.2 Trình tự phân tích kết cấu phần mềm Midas 40 3.3 Ứng dụng cầu cụ thể .46 Tô Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Trang Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi cơng theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil MỞ ĐẦU Trong q trình lựa chọn kết cấu cơng trình vượt sơng, nhiều yếu tố cần cân nhắc đến, là: yêu cầu kỹ thuật, tính kinh tế, tính thẩm mỹ Tùy theo trường hợp cụ thể mà người thiết kế chọn phương án vượt sông cho phù hợp Cùng với tiến khoa học kỹ thuật, kỹ thuật cơng nghệ xây dựng ngày hồn thiện, kèm với sơ đồ kết cấu ngày phong phú, chiều dài nhịp ngày lớn, cơng trình ngày mỹ quan Cùng với sơ đồ kết cấu thường kèm theo công nghệ thi công khác Đối với kết cấu dầm cầu BTCT ƯST nhịp lớn, phổ biến giới biện pháp thi công như: thi công đà giáo cố định, thi công đà giáo di dộng, thi công phương pháp hẫng, thi công phương pháp đây, thi công phương pháp quay Hiện nay, công nghệ thi công cầu BTCT độ lớn phổ biến Việt Nam thi công theo phương pháp hẫng đặc biệt phương pháp đúc hẫng cân Nguyên lý phương pháp kết cấu nhịp đúc hay lắp từ trụ đối xứng hai bên Đến nhịp, mút thừa nối lại cách đổ bê tông chỗ (cầu dầm liên tục hay cầu khung), lắp vào đoạn dầm treo (cầu khung dầm tĩnh định) lắp vào khớp nối (cầu khung dầm có khớp) Kết cầu nhịp phân đốt, đúc chỗ ván khuôn di động lắp đốt đúc sẵn Trong q trình thi cơng, kết cấu nhịp chịu lực theo sơ đồ mút thừa nên tiết diện có mơmen âm, bó cốt thép DƯL bố trí phía đúc hay lắp đến đâu căng cốt thép đến Với việc thi cơng theo trình tự lặp lặp lại thuận tiện cho việc nắm bắt công nghệ, dễ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Ở Việt Nam, công nghệ đúc hẫng sử dụng rộng rãi Từ cầu có hỗ trợ chuyên gia nước cầu Niệm, cầu Rào, cầu Phú Lương, cầu Sơng Gianh đến tự thiết kế thi công hàng loạt cầu theo phương pháp hẫng (phổ biến đúc hẫng cân bằng) Một số cơng trình cầu như: Cầu An Dương II, sơ đồ nhịp: 60+100+60 hoàn thành năm 2001; Cầu Tuyên Sơn, sơ đồ nhịp: 50+57+50; Cầu Cẩm Lệ, sơ đồ nhịp: 42+63x5+42, hoàn thành năm 2002 ; Việc ứng dụng công nghệ hẫng để thi công cầu không gói gọn việc thi cơng cầu BTCT DƯL thơng thường mà sử dụng cho nhiều loại hình kết cấu khác cầu treo, cầu dây văng kể phân đoạn dầm BTCT Tô Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CẦU BTCT DƯL THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG 1.1 Đặc điểm cấu tạo cầu BTCT DƯL thi công theo phương pháp đúc hẫng 1.1.1 Sơ đồ kết cấu cầu thi công phương pháp đúc hẫng Các sơ đồ kết cấu phù hợp cho phương pháp đúc hẫng là: 1.1.1.1 Cầu dầm liên tục có nhịp từ(40÷50m) đến(150÷200m) Nhịp biên ngắn nhịp ví dụ: L1 = (0, – 0, 8) x L2 Khi chọn chiều dài nhịp biên cần ý kết cấu nhịp thi công đối xứng qua trụ nên đoạn dầm gần sát đầu nhịp biên thường đúc chỗ đà giáo Nếu kết cấu nhịp dầm liên tục phải tìm cách liên kết cứng tạm thời với trụ q trình thi cơng dùng trụ tạm bổ sung gần trụ vĩnh cửu Vì phải theo địa hình thực tế để chọn độ dài đoạn Các nhịp dài khác Hình 1.1 Dạng sơ đồ kết cấu nhịp 1.1.1.2 Cầu khung - dầm có nhịp dài từ(60÷70m) đến 200m Kết cấu nhịp có dạng địn gánh với hai cơng xon Nếu kết cấu nhịp nối cứng với trụ cầu khung khả chịu mơmen uốn tốt Các cầu khung - dầm với sơ đồ siêu tĩnh tĩnh định(nếu dùng nhịp dầm đeo) Sơ đồ tĩnh định có dầm đeo tạo nhiều khe biến dạng cầu khiến cho đường đàn hồi kết cấu nhịp có điểm gãy chuyển tiếp xe chạy qua cầu không êm thuận Đối với kiểu kết cấu có chốt xảy tình trạng tương tự Vì tuyến đường cấp cao không nên áp dụng sơ đồ Mặt khác cấu tạo chốt hay gối dầm đeo gây khó khăn cho thi công tu, sửa chữa kết cấu Ngày hầu hết cầu xây dựng có sơ đồ siêu tĩnh liên tục nhiệu nhịp 1.1.1.3 Cầu dây xiên - dầm cứng BTCT có nhịp dài từ 100m đến (400÷500m) Các sơ đồ cầu treo dây xiên – dầm cứng BTCT đa dạng, hình thức kiến trúc đẹp, tiết kiệm vật liệu, phù hợp với phương pháp thi công hẫng đại Tuy nhiên kỹ thuật thi cơng phức tạp địi hỏi trình độ cao Tơ Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil 1.2 Vật tư thiết bị q trình thi cơng 1.2.1 Cốt thép cường độ cao 1.2.1.1 Bó cáp dự ứng lực (nằm bê tông): Hiện Việt Nam, yêu cầu cốt thép DƯL thường tuân thủ theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASTM A416 cấp 270 Các bó cáp tạo thành tao cáp inches (12.7mm) inches (15.2mm), tao bao gồm sợi thép cường độ cao có độ tự chùng thấp Số lượng tao cáp, đường kính lực căng ghi cụ thể đồ án thiết kế khác Hình 1.2 Cáp dự ứng lực Giới hạn kéo giới hạn chảy loại thép lấy bảng 1-1 đây: Bảng 1-1: Tính chất tao cáp thép thép dự ứng lực Vật liệu Cường độ kéo loại mác thép Đường kính (mm) Cường độ chịu kéo fpu (MPa) Tao thép 1725 MPa(Mác 250) 1860 MPa(Mác 270) 35 đến 15 24 53 đến 15 24 1725 1860 85% fpu ngoại trừ 90% fpu với tao cáp tự chùng thấp 19 đến 35 15 đến 36 1035 1035 85% fpu 80% fpu Thép Loại 1, thép trơn than Loại 2, thép có gờ h Giới hạn chảy fpy (MPa) Mơđun đàn hồi: Nếu khơng có số liệu xác mô đun đàn hồi thép dự ứng lực dựa diện tích mặt cắt ngang danh định thép lấy sau” Đối với tao thép: Ep = 197000 MPa Đối với : Ep = 207000 MPa b Bó cáp dự ứng lực ngồi (nằm ngồi bê tơng): Các bó cáp DƯL ngồi gọi nhóm cáp thứ ba dầm, thường đặt sau hợp long xong toàn kết cấu cấu nhịp, chúng tham gia chủ yếu để chịu Tô Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil hoạt tải khai thác tĩnh tải giai đoạn Các cáp nằm ngồi mặt cắt bê tơng thường nằm long hộp dầm kín bảo vệ đặc biệt để chống gỉ 1.2.2 Bó sợi song song Loại bó sợi song song có khuyết điểm tốn công chế tạo trường phân bố ứng suất sợi bó khó đảm bảo đều, dễ có nguy đứt sợi, khả chống gỉ Tuy nhiên có ưu điểm tương đối rẻ điều kiện nước ta 1.1.3 Trắc dọc cầu, đường cong đứng, đường cong đáy dầm, đường cong mặt đáy, thay đổi mặt cắt theo dọc cầu Khi lập sơ đồ cầu để đưa phân tích ta cần nghiên cứu bố trí đường cong trắc dọc mặt cầu độ đốc ngang mặt cầu cho đảm bảo yêu cầu khai thác Bán kính đường cong đứng lựa chọn phụ thuộc vào nhiều yếu tố cao độ đường đầu cầu, cao độ mặt cầu nhịp thông thuyền, độ dốc dọc tối đa cho phép…Cầu dài, đường cong đứng thường có bán kính lớn Do đặc điểm phương pháp thi công đúc hẫng nên mặt cắt gần trụ chịu mômen uốn âm lớn Các mặt cắt phần nhịp vật chịu lực nhỏ so với mặt cắt gối Vì nên làm kết cấu nhịp có chiều cao thay đổi, tăng dần từ phía trụ phía nhịp Hầu hết cầu có đường biên dọc cầu đường cong parapol hyperbol phù hợp với hình dạng cơng-xon chịu tải trọng thân Một số cầu cịn có dạng đường cong bậc tạo chiều cao khơng đủ mặt cắt khoảng ¼ nhịp đến nhịp Nếu có dạng đường gấp khúc phải có dầm ngang nhịp Tỷ lệ chiều cao nhịp gối chiều dài nhịp(h1/L) thay đổi khoảng từ(1/6-1/20), tỷ lệ hợp lý thường 1/18 Nếu kết cấu nhịp có dạng liên tục chiều cao nhịp khơng nên nhỏ 1, 60 m để cơng nhân lại thực công việc hộp vận chuyển thiết bị vật tư…Thực tế chiều cao nhịp nên lấy (1/30- 1/60) L Mặc dù vấn có khuynh hướng kiến trúc áp dụng dạng kết cấu nhịp có chiều cao khơng đổi Kiểu kết cấu nhịp có chiều cao khơng đổi thường khơng kinh tế áp dụng cho nhịp dài 60-70m điều kiện đặc biệt Một giải pháp làm cho kết cấu nhịp có chiều cao khơng đổi phần lớn chiều dài nhịp, đến gần gối làm đoạn vuốt nghiêng để tăng chiều cao kết cấu nhịp tức để tăng mơmen qn tính khu vực có mơmen âm lớn Ngồi sử dụng giải pháp làm tăng bề dày đáy hôp làm đoạn vuốt nghiêng đường biên kết cấu nhịp, phải them dầm ngang đầu đoạn vuốt Với đoạn vuốt nghiêng có bề mặt dạng parabol, hyperbol để tạo chuyển tiếp từ mặt cắt thơng thường sang mặt cắt có đoạn thắt hẹp để nối với trụ cầu Tô Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi cơng theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil 42000 63000 12.315 42000 13.399 13.201 H1% +4.06 7000 100 13.201 160 12.314 H5% +3.76 Hmin -0.16 Hình 1.7 Mặt cắt dọc cầu liên tục 1.1.4 Mặt cắt ngang 1.1.4.1 Dạng mặt cắt ngang Kết cấu nhịp phù hợp với phương pháp thi công đúc hẫng loại có dạng mặt cắt hình hộp: hộp, hộp có vách ngăn, hai hộp Loại mặt cắt có đặc điểm: - Trên phần lớn chiều dài nhịp chịu mômen âm nên cánh bị nén mạnh có dạng nối liền thành hộp dầm Như hình thành mặt cắt hình hộp có khả chống xoắn tốt - Kết cấu hình hộp có hiệu suất học tốt có mômen giới hạn lớn mặt cắt chữ T - Bản cánh rộng đủ diện tích bê tơng để cân với khả chịu kéo lớn cáp dự ứng lực mặt cắt chịu đến tải mômen âm giới hạn - Sự ổn định đàn hồi ổn định động học kết cấu nhịp lúc thi cơng đảm bảo an tồn kết cấu mặt cắt hình hộp - Khi khai thác cầu, độ cứng chống xoắn lớn mặt cắt hình hộp làm giảm góc xoay mặt cắt ngang tác động hoạt tải đoàn xe đặt lệch tâm mặt cắt ngang cầu Mặt cắt ngang gối dầm liên tục đúc hẫng nên lấy khoảng H = L/16L/20 Chiều cao mặt cắt nhịp nên lấy khoảng L/40- L/60 Đoạn dầm đầu nhịp biên đúc đà giáo thường có chiều cao khơng đổi chiều cao đầu mút cánh hẫng Chiều cao đốt hợp long nhịp biên nhịp Chiều dài đoạn đúc đà giáo nhịp biên thường khoảng(0, 5- 0, 2) L, với L: chiều dài nhịp cánh 1.1.4.2 Hình dáng dầm hộp Số lượng hình dáng dầm hộp phụ thuộc vào chiều rộng mặt cắt ngang nhịp + L ≤ 13m: dầm hộp có thành hộp dạng cổ điển; + 13m ≤ L ≤18m: dầm hộp có thành hộp + 18m ≤ L ≤ 25m: kết hợp hai dầm hộp nhờ nối Một số cầu rộng có cấu tạo mặt cắt kiểu hộp Các thành hộp đứng Tơ Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi cơng theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/Civil nghiêng Ngồi cịn có kiểu mặt cắt hộp có nhiều khoang hộp liền Chúng thường có thành hộp bên thằng đứng hai thành hộp bên nghiêng 5850 5850 5500 5500 350 1200 250 600 200 3300 1000 2812 v¸t gãc 300x300 2938 200 400 200 1900 3300 400 200 412 3350 3800 200 250 200 250 250 110 500 1309 500 1309 250 500 1200 500 350 v¸t gãc 300x300 2500 2500 5000 412 2938 3350 Hình 1.8 Mặt cắt ngang dầm hộp hai thành 1.1.5 Bố trí cốt thép 1.1.5.1 Cốt thép dự ứng lực a Cốt thép dự ứng lực dọc: Hàm lượng cốt thép dự ứng lực dọc cầu thường vào khoảng 40-50 kG/m bê tông kết cấu Nguyên tắc bố trí cốt thép bố trí cốt thép giai đoạn thi cơng, sau tính cốt thép cần giai đoạn khai thác, xem xét cốt thép giai đoạn thi cơng tham gia vào giai đoạn khai thác để điều chỉnh hợp lý Tơ Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phõn tớch kt cu Midas/Civil mặt đứng (tỷ lệ: 1/300) C1-1 C1-2 C1-3 C1-4 C1-5 C1-6 C1-7 nhãm C1-8 C1-9 C1-10 dp-1 15 T 15.2 Chiều dài nhịp biên = 42000 9500 7@3500=24500 2000 1/2 Chiều dài nhịp = 31500 7@3500=24500 12000 1650 4750 2500 1000 4750 650 500 KN K7' K6' K5' dp-1 C1-10 C1-9 C1-8 C1-7 C1-6 10° 10° 7° 3° 350 400 2000 350 KT K4' C1-5 9.5° K1' C1-3 C1-2 11° 11° 11° C3-3 C3-4 C3-5 dp-3 400 C3-2 K2' C1-4 11° C3-1 K3' K0 K1 C1-1 C1-1 K2 C1-2 K3 C1-3 C1-4 K4 K5 K6 K7 C1-5 C1-7 C1-6 C1-9 C1-8 dp-1 C1-10 11° 11° 11° 10° 11° C2-2 C2-1 C2-4 C2-5 C2-3 C2-6 dp-2 KN 500 3000 500 3000 500 3000 500 3000 500 3000 3000 500 3000 500 3000 500 3000 500 3000 500 12 T 15.2 12 T 15.2 C2-1 C2-2 C2-3 C2-4 C2-5 C2-6 dp-2 nhãm C3-1 C3-2 C3-3 C3-4 C3-5 dp-3 nhãm mỈt b»ng (tû lƯ: 1/300) Chiều dài nhịp biên = 42000 9500 2000 1650 1/2 Chiều dài nhịp = 31500 24500 12000 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 K7' K6' K5' K4' K3' K2' K1' DP-1 C1-9 C1-7 C1-5 4750 2500 24500 4750 1000 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 C1-5 C1-7 C1-9 DP-1 650 KN 2725 12° 10° 2725 11700/2=5850 3125 KT 10° 8° C1-10 2° 5° 5° 3° 2° 8° 6° C1-8 C1-3 5° C1-1 C1-1 C1-3 3° 3° 3° C1-4 C1-2 C3-3 C3-4 C1-2 C1-4 C1-6 2° 5° 3° C3-2 8° 6° 5° 3° C1-6 C3-1 K0 C3-5 dp-3 dp-2 C2-6 C2-5 C2-4 C2-3 10° 8° C1-8 3° 5° C2-2 C2-1 KN 12° 10° C1-10 Hình 1.2 Bố trí cáp dự ứng lực Có thể chia cốt thép dự ứng lực tương ứng với giai đoạn trình thi công đúc hẫng: - Giai đoạn đúc hẫng: cốt thép dự ứng lực đặt phạm vi cánh dầm hộp, nơi phát sinh ứng suất kéo mômen âm xuất suốt trình đúc hẫng cân gây Tơ Việt Dũng – Đỗ Quang Minh – Ngô Xuân Trường – Lớp 58CĐB19 ... 58CĐB19 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/ Civil CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CẦU BTCT DƯL THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG.. .Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi cơng theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/ Civil MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CẦU BTCT DƯL THI CÔNG THEO PHƯƠNG... Lớp 58CĐB19 15 Nghiên cứu phân tích kết cấu cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng dựa phần mềm phân tích kết cấu Midas/ Civil c Xe đúc hẫng đặt kiểu dàn hình thoi d Xe đúc hẫng trên, kiểu dàn