Phân tích điều chỉnh nội lực của Cầu dây văngMidas civil

Trong quá trình thi công cầu dây văng nội lực của dây thay đổi khác nhau giữa thi công và khai thác. Phần này sẽ giúp các bạn tìm hiểu cách điều chỉnh nội lực cầu dây văng bằng phần mềm MIdas civilchúc các bạn thành công

632 PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN IU CHNH NI LC CU DÂY VNG ANALYSING AND DETERMINING THE INITIAL FORCE IN CABLES OF CABLE STAYED BRIDGES Lê Vn Nam và V Hng Nghip* i Hc Bách Khoa Tp. H Chí Minh *i Hc Giao Thông Vn Ti Tp. H Chí Minh BN TÓM TT Bài báo này trình bày cách mô hình phn t cáp và cách xác đnh lc cng ban đu trong cáp đ đm bo hình dng trc dc trong cu dây vng. Quá trình tính toán đã đc các tác gi đã lp trình thành mt chng trình tính toán phc v trong vic làm lun vn tt nghip cho các sinh viên chuyên ngành cu đng và phc v cho thit k các công trình thc t. ASTRACT This paper presents a new method of modeling cable elements and determining the initial force in cables to maintain the design profile of cable stayed bridges. The calculating process has been developed to become a program for serving students major in Bridge Engineering and design Engineers. 1. GII THIU CHUNG Do tính thm m cao, vt đc nhp ln và u đim v kinh t, nhiu cu dây vng (CDV) đã đc xây dng trên th gii trong thi gian 50 nm qua. Ti Vit Nam, các CDV ln đã và đang xây dng là cu M Thun có nhp chính L=350m, cu Kin vi L=200m, cu Rch Miu (Bn Tre), cu Phú M  Thành ph H Chí Minh, cu Bãi Cháy vi L =435m, sau khi xây dng xong s chim k lc dài nht v loi CDV mt mt phng dây, cu Cn Th có nhp chính L=550m dài nht ông Nam Á. Theo các nghiên cu v giao thông nông thôn thì khu vc BSCL cn đn hn 65.000 cây cu vi chiu dài nhp ≤ 200m bc qua h thng kênh rch chng cht ni lin các huyn th. Do điu kin đa cht, thi công và kinh t, phng án xây dng CDV đc xem là ti u nht. Nhiu cu vt dng CDV đc xây dng ti các thành ph ln  Nht Bn, M, Anh, Trung Quc … cho thy chúng không nhng phù hp vi giao thông b hành trong ni thành mà còn có tính thm m cao vàu u đim khác v kinh t. Trong tính toán CDV, mt trong nhng vn đ khó khn nht là xác đnh lc điu chnh ca dây vng đ đm bo hì nh dng trc dc ca cu. Do hn ch v lý thuyt và nht là công c tính toán cho nên đây là mt nguyên nhân gây tr ngi cho vic thit k, áp dng ph bin loi cu này. Da vào các nghiên cu v phn t dây mm [1][2][3][4], PPPTHH [6][8], Matlab, các tác gi đã nghiên cu, xây dng mt chng trình tính xác đnh lc cng trong dây vng đ đm bo trc dc ca cu và chuyn v nh nht trên đnh tháp. Chng trình đã đc các sinh viên Trng HBK s dng trong các đ án, lun vn tt nghip v CDV và tham gia tính toán mt s công trình thc t. Hình 1 . Cu cho ngi đi b Huerfanos (Chilê), L=26m+57m+26m=109m Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 633 2. NGHIÊN CU TÍNH TOÁN 2.1. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN Trong CDV, lc cng trong cáp gây ra các chuyn v bên (cho các v trí neo khác), lc nén trong tháp và dm. Do bi lc cng trong dây rt nhy vi s thay đi nh v hình hc nên chuyn v ca dm và tháp phi đc xem xét. Hn na nh hng ca lc nén lên kh nang nén un dc trc ca dm và tháp cng phi đc tính toán. Do đó toàn b k t cu cu gm dây vng, dm, tháp cn phi đc phân tích đng thi [5][7][9]. Dm và tháp cu đc mô hình nh phn t khung. Các dây vng đc xem nh phn t dây mm liên kt vi h dm, tháp ti các v trí neo và tác dng lên h lc nút nh hình 2. Da vào phng pháp phn t hu hn, phng trình tính toán ca h nh sau : [K][q] = [P] + [P c ] (1) Trong đó : [K] : Ma trn đ cng gm ch ca phn t dm và tháp. [q] : Chuyn v nút ca h. [P] : Vect ti trng tng đng. [P c ] : Vect lc nút ti các v trí đu cáp. Vic tính toán ma trn đ cng [K] và vect ti trng tng đng [P] ch là quá trình lp ghép các ma trn con, vect con có th tham kho trong các tài liu v phng pháp phn t hu hn [6][8]. Khó khn còn li là xác đnh vect lc [P c ] theo các trng thái làm vic ca cáp [1][2][3]. Trình t tính toán lc điu chnh ca dây vng nh sau : Bc 1 : Các dây vng đc treo  trng thái ban đu vi mi tên võng f o (gi thit duy nht ca phng pháp) và ch chu lc cng do trng lng bn thân dây. T đó ta có th xác đnh chiu dài dây L o và lc cng ban đu ti các nút. o oo o o o EFH D EF lH H D l L −−+= θ θ α 22 3 cos2 cos cos (2) 3 0 2 0 0 01 8 P f ql f M HP d −==== (3) θθ tg f qlql tgH ql RP A 0 2 02 822 −=−== (4) θθ tg f qlql tgH ql RP B 0 2 04 822 +=+== (5) Tính [P c ], thay th vào (1) gii tìm chuyn v ca h. Bc 2 : iu chnh lc cng dây theo các chuyn v đã tìm đc (6). Do ta ch quan tâm đn cao đ ca dm cu nên ta ch hiu chnh thành phn chuyn v đng : () θθθ 25 2 1 cossincos 2 v l EF lH EFD HH o o o −−= (6) Tính li [P c ], thay th vào (1) gii tìm chuyn v ca h. Bc 3 : iu chnh lc cng dây theo các chuyn v đã tìm đc theo công thc (7) : Hình 2. Mô hình tính toán lc điu chnh dây vng. Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 634 () θθ 2 12 cossinv l EF HH −= (7) Tính li [P c ], thay th vào (1) gii tìm chuyn v ca h. Kim tra điu kin. S đ tính toán nh sau : BC 1 - Gia thiêt f o - Tinh [K], [P], [P c ] o - Giai (1) tim [q] BC 2 - Tinh [P c ] 1 theo (6) - Giai (1) tim [q] BC 3 (i) - Tinh [P c ] 2 theo (7) - Giai (1) tim [q] KIÊM TRA IÊU KIÊN Kiêm tra v max ≤ ∆ (*) ( ∆ : Gii han chuyên vi ln nhât cua dâm) KÊT QUA TINH TOAN - Xuât file kêt qua - Ve s đô chuyên vi - Ve biêu đô lc M, N Thoa (*) Không thoa (*) Hình 3: S đ tính toán điu chnh CDV Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 635 3. VÍ D TÍNH TOÁN Sau đây xin trình bày mt ví d c th đc tính toán bng chng trình. a. S đ tính toán - S đ nhp : L = 65m + 145m + 65m = 275m, i = 5%, R = 1000m. - Chiu cao tháp H = 50m, khong cách các đim neo trên đnh tháp là 1m. Các loi ti trng : - Tnh ti giai đon 1 : Trng lng bn thân kt cu (CT t đng tính toán). - Tnh ti giai đon 2 : 1.20 T/m - Hot ti thi công : 1.50 T/m b. Các đc trng vt liu, hình hc h Phn t E (T/m2) γ (T/m3) H s Poisson A (m2) I (m4) Cáp D100 (1) 20389018 7.85 0.3 0.00785 0 Cáp D80 (2,8) 20389018 7.85 0.3 0.00503 0 Cáp D60 (3,6,7) 20389018 7.85 0.3 0.00283 0 Cáp D50 (4,5) 20389018 7.85 0.3 0.00196 0 Tháp 20389018 7.85 0.3 0.96000 0.94985 Dm 20389018 7.85 0.3 1.02000 0.92320 c. Tính toán lc cng trong dây vng S đ tính ban đu Hình 5. S đ tính ban đu Hình 4. S đ cu ví d tính toán Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 636 Ti trng tác dng File kt qu tính toán KET QUA CHUYEN VI NUT NUT Ux Uy Rz 1 0.004601 0.000000 -0.000102 2 0.004360 -0.000030 0.000047 3 0.003992 0.000079 -0.000013 4 0.003550 -0.000100 0.000001 5 0.003052 0.000000 0.000003 6 0.002561 -0.000080 0.000002 7 0.002105 0.000029 0.000004 8 0.001749 0.000036 0.000010 9 0.001499 -0.000025 -0.000053 10 0.001499 -0.000024 0.000053 11 0.001253 0.000039 -0.000011 12 0.000906 0.000023 -0.000004 13 0.000469 -0.000072 -0.000002 14 0.000000 0.000000 -0.000003 15 -0.000476 -0.000092 -0.000001 16 -0.000901 0.000073 0.000013 17 -0.001259 -0.000028 -0.000046 18 -0.001509 0.000000 0.000102 19 0.000000 0.000000 0.000000 20 0.004839 -0.003115 -0.000206 21 0.005047 -0.003160 -0.000210 22 0.005260 -0.003191 -0.000215 23 0.005476 -0.003208 -0.000217 24 0.000000 0.000000 0.000000 25 -0.004000 -0.002958 0.000170 26 -0.004172 -0.003001 0.000174 27 -0.004347 -0.003031 0.000178 28 -0.004526 -0.003048 0.000180 KET QUA NOI LUC PHAN TU PT Pi Pj Mi Mij Mj 1 -241.4469 -232.7109 0.0000 140.2926 -301.8148 2 -474.4303 -467.8783 -301.8148 -75.7752 -177.3356 3 -589.9438 -583.3918 -177.3356 18.2948 -113.6748 4 -645.9467 -639.3947 -113.6748 1.9922 -209.9408 5 -646.5685 -640.0165 -209.9408 -0.8881 -119.4354 6 -590.2534 -583.9635 -119.4354 3.0150 -202.1345 7 -466.3227 -461.6926 -202.1345 7.4289 -110.6076 8 -329.0884 -326.4676 -110.6076 -79.3275 -375.6475 9 0.0000 0.0000 -375.6475 79.8804 -374.5918 10 -321.4766 -324.0974 -374.5918 -80.2425 -113.4933 11 -448.5320 -453.1620 -113.4933 8.4420 -197.2227 12 -560.5175 -566.8075 -197.2227 2.9276 -124.5221 13 -611.3936 -617.9456 -124.5221 -1.1431 -205.3641 14 -610.8363 -617.3883 -205.3641 1.7250 -118.7859 15 -560.0264 -566.5784 -118.7859 18.0112 -172.7917 16 -456.8330 -463.3850 -172.7917 -74.5498 -303.9079 17 -240.2163 -248.9523 -303.9079 139.2460 -0.0000 18 -1566.6352 -1190.3062 -84.8534 -84.8534 -84.8534 19 -938.1243 -930.1173 -84.8534 -84.3669 -83.8803 20 -653.1389 -645.1319 -83.8803 -87.2051 -90.5299 21 -345.7347 -337.7277 -90.5299 -45.2650 0.0000 22 -1497.0570 -1120.7280 70.1297 70.1297 70.1297 23 -891.8522 -883.8452 70.1297 69.7165 69.3033 24 -633.1142 -625.1072 69.3033 73.6684 78.0334 25 -347.4828 -339.4758 78.0334 39.0167 0.0000 26 277.8648 279.9650 0.0000 0.0000 0.0000 27 303.8884 305.0340 0.0000 0.0000 0.0000 28 181.0131 181.5260 0.0000 0.0000 0.0000 29 141.5070 141.7190 0.0000 0.0000 0.0000 30 133.9964 134.2069 0.0000 0.0000 0.0000 31 183.7469 184.2415 0.0000 0.0000 0.0000 32 168.9974 169.5967 0.0000 0.0000 0.0000 33 377.7085 378.8873 0.0000 0.0000 0.0000 Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 637 34 371.9484 373.1273 0.0000 0.0000 0.0000 35 158.8239 159.4231 0.0000 0.0000 0.0000 36 168.3384 168.8330 0.0000 0.0000 0.0000 37 121.6618 121.8723 0.0000 0.0000 0.0000 38 128.3379 128.5499 0.0000 0.0000 0.0000 39 161.7987 162.3117 0.0000 0.0000 0.0000 40 279.6028 280.7484 0.0000 0.0000 0.0000 41 286.6725 288.7727 0.0000 0.0000 0.0000 S đ chuyn v Hình 8. S đ chuyn v h (t l 1/913) Biu đ ni lc Hình 9. Biu đ lc dc Hình 10. Biu đ momen 4. KT LUN - Nghiên cu đã đc s dng trong các đ án, lun vn tt nghip ca sinh viên Trng HBK v CDV. Khi so sánh vi các phng pháp tính khác, chng trình có tc đ tính nhanh hn, kt qu th hin đy đ gm file kt qu, các biu đ ni lc, chuyn v (chuyn đc sang ACAD). - Trong điu kin hin nay các chng trình tính kt cu đu kh ông có bn quyn nên kt qu tính không đm bo. Vic t xây dng chng trình là cn thit, có ý ngha v nghiên cu, ng dng trong thc tin. - Chng trình là nn tng ban đu cho các sinh viên có các nghiên cu tip theo nh các nghiên cu v nh hng nhit đ, mô hình không gian, t đng thit k, phân tích đng lc hc - Chng trình cng có th s dng trong tính toán các công trình thc t. Góp phn ph bin loi kt cu này phc v cho giao thông nông thôn cng nh thành ph. TÀI LIU THAM KHO 1. Cách tính h treo theo s đ bin dng. Lu Th Trình. NXB Khoa Hc và K Thut, 1985. 2. Lê Vn Nam. Nghiên cu các trng thái làm vic ca phn t dây mm ng dng cho mô hình phn t cáp trong cu dây vng. Tp chí Giao thông vn ti tháng 03/2005. 3. Lê Vn Nam, V Hng Nghip. ng dng mô hình dây vng bng phn t dây mm trong phân tích, tính toán cu dây vng. Tp chí Giao thông vn ti tháng 04/2005. 4. Lê Vn Nam, V Hng Nghip. Mô hình phn t cáp trong phân tích điu chnh trc dc Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 638 cu dây vng. Tp chí phát trin khoa hc & công ngh tháng 02/2005. 5. Lê Vn Nam, V Hng Nghip. Tính toán cu dây vng theo Phng pháp lc và theo S đ bin dng đ kim chng kt qu theo SAP2000 –– Hi ngh sinh viên nghiên cu khoa hc, Trng i hc Bách khoa Tp. H Chí Minh nm 2001, Gii khuyn khích gii thng sinh viên nghiên cu khoa hc 2001, B Giáo dc và ào to. 6. Phng pháp phn t h u hn. Chu Quc Thng. NXB Khoa Hc và K Thut, 1997 7. P.K.K.Lee.D.W.Chen, F.T.K.Au, L.G.Tham. Determination of initial cable forces in prestressed concrete cable stayed bridges for given design deck profiles using the force equilibrium method. Computers and Structures 74. 2000. 8. S.S Rao. The Finite Element Method in Engineering. Pergamon Press 9. Ki Seok Kim, Hae Sung Lee. Analysis of target configuration under dead load for cable stayed bridges. Computers and Structures 79. 2001. Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn