Mô hình hóa và phân tích kết cấu PII

7.2 Trình tự chung khi mô hình hoá và phân tích quá trình thi công cầu bê tông bằng MIDAS/Civil Việc mô hình hoá và phân tích các kết cấu cầu bê tông dự ứng lực với MIDAS/Civil, nói ch

Mục lục

GIÁO CỐ ĐỊNH 4

7.1 Tổng quan về các phương pháp thi công cầu bê tông 4

7.2 Trình tự chung khi mô hình hoá và phân tích quá trình thi công cầu bê tông bằng MIDAS/Civil 5

7.3 Mô hình hoá và phân tích cầu bê tông dự ứng lực kéo sau thi công trên đà giáo di động 6

7.3.1 Đặc điểm của quá trình thi công 6

7.3.2 Đặc điểm của việc mô hình hoá kết cấu trong giai đoạn thi công 6

7.3.3 Ví dụ 7

CHƯƠNG 8 MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH CẦU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC HẪNG 29

8.1 Đặc điểm của quá trình thi công đúc hẫng 29

8.2 Đăc điểm của việc mô hình hoá kết cấu trong giai đoạn thi công 30

8.3 Ví dụ 30

8.3.1 Giới thiệu chung 30

8.3.2 Xác định các thông số ban đầu của mô hình 31

8.3.3 Khai báo vật liệu 32

8.3.4 Khai báo các thuộc tính co ngót & từ biến và biến thiên cường độ của vật liệu 33

8.3.5 Khai báo mặt cắt 35

8.3.6 Xây dựng mô hình kết cấu 36

8.3.7 Mô hình hoá quá trình thi công 40

8.3.8 Phân tích 65

8.3.9 Đánh giá kết quả 67

CHƯƠNG 9 MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VĂNG 73

9.1 Tổng quan về cầu treo dây văng 73

9.1.1 Các bộ phận cấu tạo 73

9.1.2 Các phương pháp thi công phổ biến 74

9.2 Tổng quan về tính toán cầu treo dây văng với MIDAS/Civil 75

9.2.1 Khái quát về các nội dung và phương pháp tính toán 75

9.2.2 Các phương pháp điều chỉnh nội lực cầu dây văng 76

9.2.3 Các nội dung trong điều chỉnh nội lực cầu dây văng 77

9.2.4 Tính toán lực điều chỉnh theo phương pháp hệ số tải trọng ẩn (Unknown Load Factor) 78

9.2.5 Tính toán điều chỉnh lực theo phương pháp Lack of Fit Force 80

9.2.6 Giới thiệu chung về mô hình hoá và phân tích cầu treo dây văng với MIDAS/Civil 81

9.3 Ví dụ 82

9.3.1 Số liệu tính toán 83

9.3.2 Các bước mô hình hoá và phân tích trong MIDAS/Civil 89

9.3.3 Mô hình hoá kết cấu 89

9.3.4 Xây dựng mô hình kết cấu ở trạng thái hoàn thành cầu 100

9.3.5 Mô hình hoá và phân tích kết cấu trong quá trình thi công theo phương pháp thuận 107

CHƯƠNG 10 MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VÕNG 121

2

10.1 Tổng quan về cầu treo dây võng 121

10.2 Tổng quan về tính toán cầu treo dây võng 122

10.3 Giới thiệu chung về mô hình hoá và tính toán cầu treo dây võng với MIDAS/Civil 124

10.4 Ví dụ 125

10.4.1 Số liệu ban đầu 125

10.4.2 Xác định các thông số của mô hình phân tích 126

10.4.3 Xây dựng mô hình trạng thái hoàn thành cầu 130

10.4.4 Mô hình hoá và phân tích kết cấu trong giai đoạn khai thác 141

10.4.5 Mô hình hoá và phân tích kết cấu trong giai đoạn thi công 141

10.4.6 Mô hình hoá một số chi tiết đặc biệt 151

CHƯƠNG 11 MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU EXTRADOSED 154

11.1 Tổng quan về cầu extradosed 154

11.2 Nguyên tắc mô hình hoá cầu extradosed với MIDAS/Civil 155

11.3 Ví dụ 156

11.3.1 Giới thiệu chung 156

11.3.2 Mô hình hoá kết cấu 160

11.3.3 Mô hình hoá quá trình thi công 168

11.3.4 Khởi tạo các giai đoạn thi công, các nhóm kết cấu, điều kiện biên và tải trọng 170

11.3.5 Mô hình hoá đà giáo cố định 170

11.3.6 Khai báo tải trọng 171

11.3.7 Phân tích 174

11.3.8 Xử lý kết quả 175

CHƯƠNG 12 PHÂN TÍCH THUỶ NHIỆT 178

12.1 Tổng quan về phân tích thuỷ nhiệt 178

12.2 Phân tích truyền nhiệt 179

12.3 Phân tích ứng suất nhiệt 180

12.3.1 Tuổi tương đương 181

12.3.2 Nhiệt độ cộng dồn 181

12.3.3 Cường độ chịu nén của bê tông tính theo tuổi tương đương và nhiệt độ cộng dồn 182

12.4 Mô hình hoá và phân tích thuỷ nhiệt với MIDAS/Civil 182

12.5 Ví dụ 183

12.5.1 Số liệu ban đầu 183

12.5.2 Mô hình hoá kết cấu 184

12.5.3 Mô hình hoá quá trình thi công 195

12.5.4 Thực hiện phân tích 196

12.5.5 Phân tích kết quả 196

12.5.6 Mô hình hoá nâng cao – Hệ thống làm lạnh 199

CHƯƠNG 13 PHÂN TÍCH KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 202

13.1 Tổng quan về phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất 202

13.2 Xác định sự phân bố khối lượng trong kết cấu 203

13.3 Xác định các thông số phân tích trị riêng 205

13.4 Phân tích kết cấu chịu tác động động đất theo phương pháp phổ đáp ứng 205

13.4.1 Trình tự 206

13.4.2 Ví dụ 206

13.5 Phân tích kết cấu chịu tác động động đất theo phương pháp lịch sử thời gian 212

13.5.1 Trình tự 212

13.5.2 Ví dụ 212

CHƯƠNG 14 MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH CỤC BỘ 220

14.1 Tổng quan về phân tích cục bộ 220

14.2 Mô hình hoá và phân tích cục bộ theo phương pháp phần tử hữu hạn 222

14.2.1 Quá trình mô hình hóa kết cấu cục bộ 222

14.2.2 Một số loại phần tử hữu hạn hay được sử dụng để mô hình hóa kết cấu cục bộ 222

14.2.3 Một số chỉ dẫn về việc xây dựng mô hình phân tích 224

14.3 Ví dụ 1: Phân tích cục bộ liên kết trong kết cấu giàn đà giáo 225

14.3.1 Số liệu tính toán 225

14.3.2 Mô hình hóa và phân tích tổng thể 227

14.3.3 Mô hình hóa và phân tích cục bộ vùng chốt liên kết 227

14.3.4 Phân tích kết quả 233

14.4 Ví dụ 2: Phân tích cục bộ kết cấu trụ cầu 235

14.4.1 Số liệu tính toán 235

14.4.2 Mô hình hóa và phân tích cục bộ 236

14.4.3 Kết quả tính toán 240

TÀI LIỆU THAM KHẢO 244

4

TÔNG THI CÔNG TRÊN ĐÀ GIÁO CỐ ĐỊNH

7.1 Tổng quan về các phương pháp thi công cầu bê tông

Cầu bê tông cốt thép và nhất là cầu bê tông dự ứng lực đang là dạng cầu phổ biến nhất

ở nước ta hiện nay Trong thực tế xây dựng, cầu bê tông được áp dụng cho từ những nhịp rất nhỏ, khoảng 6 m đối với cầu bản, đến những nhịp rất lớn, hơn 100 m, đối với cầu dầm

và hơn 400 m với cầu treo dây văng

Cầu bê tông là loại kết cấu có trọng lượng bản thân lớn hơn nhiều so với tải trọng khai thác Ngoài ra, bê tông là vật liệu có các đặc tính cường độ, độ cứng và biến dạng thay đổi theo thời gian Sự thay đổi biến dạng theo thời gian được thể hiện ở tính co ngót và từ biến Bên cạnh sự thay đổi đặc trưng vật liệu, các đặc trưng mặt cắt của các bộ phận kết cấu bê tông dự ứng lực cũng thay đổi theo quá trình thi công phụ thuộc vào quá trình bơm vữa vào ống gen cũng như tương quan độ cứng giữa bê tông và cốt thép

Do các đặc điểm kể trên nên trạng thái nội lực cuối cùng của kết cấu cầu bê tông phụ thuộc rất lớn vào quá trình, phương pháp và công nghệ thi công Việc mô hình hoá và tính toán kết cấu cầu bê tông, do đó, phải được thực hiện phụ thuộc vào quá trình cũng như công nghệ thi công

Hiện nay, các phương pháp phổ biến được áp dụng trong thi công cầu bê tông là [18]:

 Thi công trên hệ thống đà giáo cố định Trong phương pháp thi công này, hệ thống

đà giáo phục vụ thi công được tựa lên nền đất (có thể là nền đất đã được gia cố) Đây là phương pháp thi công được áp dụng lâu đời nhất trong xây dựng cầu bê tông và, hiện nay, phương pháp này vẫn được sử dụng có hiệu quả trong những điều kiện thích hợp như kết cấu nhịp không quá cao, nền đất không quá yếu, v.v

Ưu điểm của hệ thống đà giáo cố định là an toàn, kết cấu chịu lực theo một sơ đồ duy nhất nên tiết kiệm vật liệu và nâng cao chất lượng công trình

 Thi công trên đà giáo di động Trong điều kiện địa chất yếu hoặc trụ cầu cao, việc

áp dụng các hệ thống đà giáo cố định sẽ rất tốn kém Để phát huy các lợi thế của việc thi công trên đà giáo và khắc phục các khó khăn của việc xây dựng các trụ tạm, có thể sử dụng các hệ thống đà giáo di động (MSS – Movable Scraffolding System) Dạng phổ biến của hệ thống đà giáo di động là sử dụng các dầm hoặc giàn thép tựa lên các trụ để chịu toàn bộ trọng lượng bê tông và tải trọng thi công Sau khi thi công xong một bộ phận, hệ thống đà giáo sẽ được di chuyển sang vị trí

mới để thi công bộ phận khác Phương pháp này cho phép thi công kết cấu nhịp có mặt cắt bất kỳ

 Thi công bằng phương pháp hẫng (FCM – Free Caltileved Method) Phương pháp

thi công hẫng bao gồm đúc hẫng hoặc lắp hẫng Ở đây, các đoạn dầm được đổ tại chỗ hoặc lắp ghép từ một bên hay đối xứng qua trụ cho đến khi các dầm được nối (hợp long) với nhau Trong quá trình thi công, các đốt dầm chủ yếu chịu mô men

âm nên hầu hết cốt thép dự ứng lực được đặt ở phía trên mặt cắt Cũng như phương pháp thi công trên đà giáo di động, phương pháp thi công hẫng không yêu cầu trụ tạm nên có thể thi công qua khu vực có điều kiện địa chất xấu, kết cấu nhịp cao hay yêu cầu thông thuyền Các kết cấu cầu được thi công theo phương pháp hẫng

có sơ đồ chịu lực hợp lý nên tiết kiệm vật liệu và có hình dáng đẹp

 Thi công bằng phương pháp đẩy Phương pháp đẩy (ILM – Incremental Launching

Method) chủ yếu là đúc đẩy Các đoạn dầm được đúc ở trên bãi đúc ở một bên mố

và được đẩy dần cho đến khi chạm mố bên kia Phương pháp này cũng khắc phục được các nhược điểm của phương pháp đà giáo cố định nhưng nhược điểm chính của phương pháp là sơ đồ chịu lực của kết cấu thường xuyên thay đổi trong quá trình thi công nên không tiết kiệm vật liệu

7.2 Trình tự chung khi mô hình hoá và phân tích quá trình thi

công cầu bê tông bằng MIDAS/Civil

Việc mô hình hoá và phân tích các kết cấu cầu bê tông dự ứng lực với MIDAS/Civil, nói chung đều được thực hiện theo các bước chính sau:

 Lựa chọn dạng kết cấu,

 Khai báo vật liệu và mặt cắt,

 Xây dựng mô hình Trong quá trình này nên sử dụng tối đa các tính năng của các

chương trình hỗ trợ mô hình hoá (Wizard), nếu có thể Trong các phiên bản hiện thời, MIDAS/Civil cung cấp Wizard cho các dạng kết cấu: cầu bản, cầu thi công

đúc hẫng (FCM), cầu thi công đúc đẩy (ILM), cầu thi công trên đà giao di động MSS, v.v

 Mô hình hoá quá trình thi công,

 Phân tích và xử lý kết quả

Các phần sau của chương này sẽ được sử dụng để trình bày phương pháp mô hình hoá

và phân tích các kết cấu cầu bê tông dự ứng lực trong giai đoạn thi công theo các phương pháp đúc trên đà giáo cố định và đúc hẫng Việc mô hình hoá và phân tích kết cấu được

6

thi công theo phương pháp đà giáo di động cũng được thực hiện hoàn toàn tương tự như đối với trường hợp thi công trên đà giáo cố định

7.3 Mô hình hoá và phân tích cầu bê tông dự ứng lực kéo sau

thi công trên đà giáo di động

7.3.1 Đặc điểm của quá trình thi công

Theo phương pháp thi công này, các dầm thường được đổ bê tông theo từng đoạn, có thể là một hoặc nhiều nhịp Mối nối thi công ở mỗi đoạn được bố trí trùng với điểm

“không” trên biểu đồ mô men – thường là điểm cách gối một khoảng bằng 0,2 lần chiều dài nhịp Đối với các kết cấu cầu dầm liên tục, cáp dự ứng lực sẽ được neo tạm tại các mối nối thi công và sẽ được nối với cáp ở phần dầm thi công sau Sau khi bê tông đã đủ khả năng chịu lực, đà giáo sẽ được tháo và chuyển sang phục vụ cho giai đoạn thi công khác Như vậy, trong quá trình thi công, kết cấu sẽ trải qua các trạng thái chính như sau:

 Bê tông dầm được đúc xong nằm tựa trên đà giáo,

 Dầm được kéo dự ứng lực,

 Ống gen được bơm vữa,

 Dầm được tháo ván khuôn, đà giáo và tựa lên trụ, chịu trọng lượng bản thân và các tải trọng thi công khác

7.3.2 Đặc điểm của việc mô hình hoá kết cấu trong giai đoạn thi

công

Tương ứng với quá trình thi công và các đặc điểm chịu lực của kết cấu trong quá trình này, việc mô hình hoá kết cấu cần phản ánh được những đặc điểm sau:

 Điều kiện biên của kết cấu trước khi tháo đà giáo Khi này, kết cấu được kê trên đà

giáo, là bộ phận có độ cứng hữu hạn Như vậy, đà giáo cần được mô hình hoá thành các liên kết đàn hồi Độ cứng của các liên kết này cần được xác định theo kết

quả đo đạc thực tế Ngoài ra, liên kết giữa đà giáo và dầm là dạng liên kết chỉ chịu

nén do giữa bê tông dầm và đà giáo hoàn toàn không có liên kết

 Mô hình hoá các giai đoạn và các bước thi công Một quá trình thi công cho đến

khi hoàn thành xong một đoạn dầm có thể được mô hình hoá thành một giai đoạn thi công Tuy nhiên, trong quá trình đó, có khá nhiều bước thi công cần được phản ánh, ví dụ, kéo và neo cáp dự ứng lực, bơm vữa, tháo đà giáo, ván khuôn, v.v Trong MIDAS/Civil, một giai đoạn thi công (construction stage) có thể được chia thành nhiều bước, mỗi bước ứng với một thời điểm hoàn thành công việc nhất

định Việc phân chia giai đoạn và bước thi công phụ thuộc chủ quan của người lập

mô hình phân tích, tuy nhiên, để dễ xử lý dữ liệu, các giai đoạn thi công trên mô hình nên phản ánh đúng ý nghĩa thực tế của nó

7.3.3 Ví dụ

Các nội dung nổi bật của ví dụ này là:

 Mô hình hoá mặt cắt bằng công cụ SPC;

 Mô hình hoá hệ thống đà giáo cố định;

 Mô hình hoá cáp dự ứng lực

Quá trình mô hình hoá kết cấu cùng các giai đoạn thi công có thể được thực hiện đơn

giản bằng Wizard FSM Tuy nhiên, để tổng quát, ví dụ sau sử dụng cách mô hình hoá đơn

giản nhất từ các công cụ hỗ trợ mô hình hoá phổ thông của MIDAS/Civil

7.3.3.1 Giới thiệu chung

Ví dụ sau trình bày cách mô hình hoá và phân tích một kết cấu cầu dầm liên tục thi công trên đà giáo cố định Đây là một phần cầu dẫn trong một hệ thống cầu lớn Hình 7.1 thể hiện sơ đồ bố trí chung của phần cầu dẫn, các Hình 7.2 và Hình 7.3 thể hiện mặt cắt ngang điển hình và mặt cắt ngang trên gối của kết cấu nhịp Hình 7.4 minh hoạ cách bố trí cáp theo phương dọc cầu và Hình 7.5 minh hoạ cách bố trí cáp dự ứng lực trên mặt cắt ngang Do phần cầu dẫn được cấu tạo từ 3 nhóm nhịp và cách thi công cả 3 nhóm này là như nhau nên ví dụ này chỉ xem xét quá trình thi công cho nhóm nhịp thứ nhất Sơ đồ quá trình thi công được thể hiện trên Hình 7.6 và Hình 7.7

Trong giai đoạn thi công thứ nhất, dầm được đổ bê tông trên nhịp 1 và 0,2 lần chiều dài nhịp 2 (10 m) Trong giai đoạn 2, phần được đổ bê tông là phần còn lại của nhịp 2 và 0,3 lần chiều dài nhịp 3 (10 m) Phần còn lại của nhịp 3 được thi công trong giai đoạn 3

Hình 7.1 Bố trí chung phần cầu dẫn

Hình 7.4 Sơ đồ bố trí cáp

773 1560

3650

Hình 7.5 Sơ đồ cáp dự ứng lực trên một mặt cắt ngang

Hình 7.7 Tổng thể hệ đà giáo, ván khuôn

7.3.3.2 Xác định thông số ban đầu của mô hình

 Hệ thống đơn vị: hệ thống đơn vị được sử dụng ở ví dụ này là m, kN Các giá trị

này được nhập như trên Hình 7.8 Một số đơn vị ở đây được dùng mặc định vì sẽ không được sử dụng trong quá trình tính toán

10

 Mô hình: mô hình được xây dựng là mô hình 3 chiều Nhiệt độ ban đầu được đặt là

25oC Chương trình cũng sẽ được yêu cầu chuyển đổi trọng lượng thành khối lượng tập trung một cách tự động Các thông số này được đặt trong giao diện

Structure Type (Kiểu kết cấu) như trên Hình 7.9

Hình 7.8 Xác định hệ thống đơn vị

Hình 7.9 Đặt các thông số kết cấu

7.3.3.3 Khai báo vật liệu

Vật liệu chế tạo dầm được thống kê trong Bảng 7-1 Ví dụ về việc khai báo vật liệu vào mô hình được thực hiện như trên Hình 7.10 Chi tiết hơn về cách khai báo vật liệu đã được trình bày trong mục 5.3.2 của Tập 1

Bảng 7-1 Các đặc trưng cơ bản của vật liệu Đặc trưng vật liệu Bê tông dầm Cốt thép dự ứng lực

Tên trong mô hình DeskConcrete Tendon

Modun đàn hồi (kN/m 2 ) 3,1350e+007 1,9500e+008

Hệ số dãn nở nhiệt (1/ o C) 1,000e-005 1,000e-005

Trọng lượng riêng (kN/m 3 ) 24,5 78,5

Cường độ 28 ngày (kN/m 2 ) 340000

Hình 7.10 Nhập các thông số vật liệu

7.3.3.4 Khai báo các thuộc tính co ngót & từ biến và biến thiên cường độ

của vật liệu

Mô hình tính toán từ biến và sự thay đổi cường độ theo thời gian của bê tông dầm

(DeskConcrete) là mô hình của Tiêu chuẩn CEB-FIP Cách nhập mô hình từ biến được

thể hiện trên Hình 7.11 Ở đây, cường độ bê tông sau 28 ngày được lấy là 34 MPa (34000 kN/m2); độ ẩm tương đối của môi trường là 70%; kích thước danh định của cấu kiện là 1

m (giá trị này sẽ được MIDAS/Civil tự động tính toán lại) Xi măng được dùng trong mô hình này là loại xi măng thông thường hay đông cứng nhanh Hình 7.12 minh hoạ cách nhập dữ liệu cho mô hình tính toán sự thay đổi cường độ bê tông theo thời gian và Hình 7.13 thể hiện cách gán các đặc trưng từ biến và biến thiên cường độ cho vật liệu bê tông dầm

Hình 7.11 Khai báo hàm từ biến, co ngót theo CEB-FIP

12

Hình 7.12 Khai báo hàm biến thiên cường độ theo CEB-FIP

Hình 7.13 Gán thuộc tính thời gian cho vật liệu

7.3.3.5 Xây dựng mô hình mặt cắt

Mặt cắt của dầm thuộc loại đã được định nghĩa sẵn trong thư viện mặt cắt của MIDAS/Civil và có thể nhập theo các thông số của chúng Tuy nhiên, để tận dụng các hình vẽ mặt cắt đã được xây dựng trong AutoCAD, ví dụ này sử dụng cách xây dựng mặt

cắt với chương trình hỗ trợ SPC (menu Tools>Section Property Calculator) Mục

5.3.3.4, Tập 1 đã trình bày chi tiết cách xây dựng mô hình mặt cắt trên với với chương

trình SPC này

Mặt cắt đã được vẽ trên AutoCAD sẽ được lưu thành dạng file dxf sau đó import vào SPC Kết quả của việc import là một tập hợp đường mô tả biên của mặt cắt (Hình 7.14) Mặt cắt sẽ được tạo ra từ các đường này bằng lệnh Generate Section (Hình 7.15) Bước

tiếp theo là yêu cầu SPC tính toán các đặc trưng hình học của mặt cắt này Mặt cắt kết

quả sau đó sẽ được export thành dạng file mặt cắt của MIDAS (MIDAS Section) (Hình

7.16) Cách nhập mô hình đã được định nghĩa vào MIDAS/Civil được thể hiện trên Hình 7.17

Hình 7.14 Import dạng mặt cắt từ file AutoCad dxf

Hình 7.15 Xây dựng mặt cắt trong SPC

Hình 7.16 Export mặt cắt thành dạng file MIDAS Section

7.3.3.6 Xây dựng mô hình kết cấu

Lựa chọn mặt phẳng làm việc là mặt phẳng XZ Do độ dốc dọc của kết cấu là 4% nên chênh lệch về cao độ giữa điểm đầu và điểm cuối của mỗi dầm là 0,04 50 2 m Từ đó, lưới trục khống chế được chọn như trên Hình 7.18 Các phần tử dầm được tạo ra đi qua điểm giao của lưới khống chế kể trên Ở trên mỗi gối, chiều dài dầm có mặt cắt dạng

“Support” là 2 m phân bố đều về hai phía của gối

Hình 7.18 Xây dựng lưới khống chế Quá trình thực hiện việc mô hình hoá kết cấu như sau:

 Tạo 3 phần tử dầm đi qua giao của lưới khống chế bằng lệnh Create Elements

(menu Model>Elements>Create Element…) Dạng mặt cắt được chọn là

“MidSpan”

 Chia các dầm thành các đoạn có chiều dài 2 m bằng lệnh Divide Elements (menu

Model>Elements>Devide Element…) Do có độ nghiêng nên chiều dài dầm thực tế sẽ lớn hơn 50 m, do đó, mỗi dầm sẽ được chia thành 25 phần tử Việc chia này sẽ đảm bảo độ chính xác và phù hợp với việc tạo mối nối thi công cũng như

mô hình hoá gối tạm trong khi thi công Riêng ở trên gối, các phần tử dầm được chia thành 2 đoạn có chiều dài 1 m về mỗi bên gối

 Gán mặt cắt “Support” cho các phần tử có chiều dài 1 m sát hai bên gối

 Gán toạ độ nút cho các điểm gối Do dầm có độ dốc dọc khá lớn nên các điểm gối cần được gán hệ toạ độ riêng để phản ánh độ dốc này Hệ toạ độ của các nút gối được gán với góc quay quanh trục y một góc là -2,29 độ, tương ứng với độ dốc 4% (Hình 7.19)

 Gán gối cố định cho gối phải và gối di động cho hai gối còn lại Trong thực tế, hầu hết các gối cầu là gối đàn hồi và giữa mặt gối ở dầm và mặt gối ở mố trụ có khoảng cách nhưng để đơn giản, trong ví dụ này, các gối được mô hình hoá thành dạng gối cứng và nằm ngay ở đáy dầm (Hình 7.20)

 Đặt lại mã số nút và phần tử Để dễ quản lý mô hình trong các bước tiếp theo, các

nút và phần tử của mô hình cần được đặt lại mã số bằng lệnh Renumbering (menu

Model>Elements>Renumbering…) Các nút và các phần tử được sắp xếp theo thứ tự tăng dần từ trái sang phải (trục toạ độ thứ nhất để sắp xếp là trục X) và bắt đầu từ 1 Số bắt đầu có thể được chọn tuỳ ý

 Thử mô hình Trước khi tiến hành các bước tiếp theo, mô hình đã được tạo ra cần

được kiểm tra để đảm bảo độ chính xác Về mặt cấu tạo, có thể sử dụng lệnh Check

and Remove Duplicate Elements (menu Model>Check and Remove Duplicate

Elements) Về mặt tĩnh học, nên tính thử kết cấu với một trường hợp tải đơn giản

là trọng lượng bản thân

16

Hình 7.19 Gán hệ toạ độ nút cho các gối

Hình 7.20 Mô hình gối

7.3.3.7 Mô hình hoá cáp dự ứng lực

Việc mô hình hoá cáp dự ứng lực đã được trình bay chi tiết trong các ví dụ của chương

6, Tập 1 Phần sau đây chỉ nêu các bước chính của quá trình này

a) Khai báo thuộc tính cáp dự ứng lực (Property) Các thuộc tính cáp dự ứng lực cần

nhập bao gồm loại cáp (đã được định nghĩa trong phần vật liệu), diện tích bó cáp (15 tao đường kính 15,2 mm) và các thuộc tính liên quan giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi, ma sát, v.v Hình 7.21 minh hoạ cách nhập thuộc tính cáp được sử dụng trong ví dụ này Để đơn giản, rất nhiều thông số ở đây được lấy là các giá trị mặc định

Hình 7.21 Nhập các thông tin về thuộc tính cáp

b) Nhập các thông số toạ độ cho trắc dọc cáp (Profile) Hình 7.5 thể hiện cách bố trí

cáp trên mặt cắt ngang điển hình Các Bảng 7-2, Bảng 7-3 và Bảng 7-4 thể hiện toạ

độ trắc dọc cáp cho các giai đoạn thi công 1, 2 và 3 Các cáp được nhập cho 1 sườn dầm và sau đó lấy đối xứng sang sườn còn lại Hình 7.22 thể hiện cách nhập trắc dọc cáp Kiểu nhập toạ độ được chọn là “Straight” Các toạ độ của trắc dọc cáp

được nhập trong mặt phẳng xz (các toạ độ theo phương y được gán = 0) và sau đó quay theo phương x trong mặt phẳng gốc để được góc nghiêng của sườn dầm Theo

phương dọc, cáp được quay 1 góc là -2,29 độ phù hợp với độ dốc dọc của dầm Toạ

độ gốc của cáp cho giai đoạn 1 là điểm có toạ độ (trong hệ toạ độ chung) 0, 1.560, 0 cho sườn dầm trái hoặc 0, -1.560, 0 cho sườn dầm phải Cho giai đoạn thi công thứ

2, các toạ độ gốc của cáp tương ứng là 60, 1.560, 0 và 60, -1.560, 0 Cho giai đoạn thi công thứ 3, các giá trị này là 110, 1.560, 0 và 110, -1.560, 0 Hình 7.23 thể hiện kết quả nhập trắc dọc cáp dự ứng lực cho giai đoạn thi công thứ nhất

Bảng 7-2 Toạ độ trắc dọc cáp cho giai đoạn thi công 1

11.633 0.642 8.848 0.501 6.499 0.358 4.456 0.211 1.593 0.202 0.739 0.175 12.792 0.575 10.08 0.425 7.784 0.275 5.766 0.125 2.829 0.125 1.743 0.125 24.413 0.575 26.578 0.425 29.641 0.275 31.94 0.125 35.357 0.125 42.262 0.125 25.521 0.637 27.723 0.491 30.845 0.348 33.19 0.203 36.723 0.219 44.694 0.425 39.991 2.25 41.651 2.096 43.962 1.939 45.722 1.783 46.873 1.618 45.977 0.747 41.099 2.312 42.796 2.161 45.166 2.011 46.972 1.862 48.239 1.618

49.315 2.312 48.866 2.161 49.315 2.011 49.314 1.862 49.316 1.618

57.531 2.312 54.936 2.161 53.464 2.011 51.656 1.862 50.393 1.711

39.393 2.312 39.392 2.161 39.391 2.012 39.392 1.862 44.554 2.312 43.492 2.161 42.597 2.012 41.203 1.862 45.819 2.231 45 2.047 44.313 1.863 42.929 1.711

Hình 7.22 Các thông số trắc dọc cáp

Hình 7.23 Trắc dọc cáp cho giai đoạn thi công 1

c) Định nghĩa tải trọng dự ứng lực Trường hợp tải trọng được định nghĩa có tên là

“Prestress” và gán với nhóm “Prestress” Tất cả các cáp dự ứng lực đều được kéo đầu cuối (1st Jacking = “End”) với lực là 1900 kN Lực này tương ứng với khoảng 60% giới hạn đàn hồi của cáp Các cáp sẽ được bơm vữa sau 1 giai đoạn thi công

(Grouting after 1 stage) Hình 7.24 thể hiện cách định nghĩa trường hợp tải trọng cho dự ứng lực

20

Hình 7.24 Định nghĩa trường hợp tải trọng cho dự ứng lực

7.3.3.8 Mô hình hoá quá trình thi công

Tương ứng với phương pháp thi công đã được chỉ ra ở trên, việc mô hình hoá quá trình thi công sẽ được thực hiện theo các bước sau:

7.3.3.8.1 Mô hình hoá đà giáo

Vai trò của đà giáo trong quá trình thi công được mô hình hoá thành các liên kết đàn hồi dạng “Compression Only” – nghĩa là các liên kết chỉ chịu nén Độ cứng của liên kết thường được xác định độ cứng của hệ đà giáo khi thử tải Trong ví dụ này, độ cứng của liên kết được lấy bằng 7

10 kN/m Các liên kết được đặt vào các nút của các phần tử dầm

Để tạo các liên kết này, trước hết cần tạo các nút làm “chân” của liên kết bằng lệnh

Translate (menu Model>Nodes>Translate…) theo kiểu Copy các nút của các phần tử

dầm theo phương trục Z một đoạn bằng -1 m Bước tiếp theo là tạo các liên kết để nối các nút đó với các nút tương ứng ở dầm như được thể hiện ở Hình 7.26

Các nút là “chân” liên kết này đều được gán gối cứng, không cho phép chuyển vị theo mọi phương

Hình 7.25 Tạo các nút làm chân liên kết bằng lệnh “Translate Nodes”

Hình 7.26 Tạo liên kết đàn hồi mô hình hoá đà giáo

7.3.3.8.2 Xác định các giai đoạn thi công

Theo sơ đồ thi công kể trên, các bước thi công chính sẽ là:

 Đổ bê tông trên đà giáo nhịp 1 và 0,2 lần chiều dài nhịp 2,

 Kéo cáp dự ứng lực cho phần bê tông đã đổ,

 Bơm vữa,

 Tháo ván khuôn, đà giáo cho phần bê tông đã đổ,

22

 Lặp lại các bước kể trên cho các nhịp 2 và 3

Như vậy, tổng cộng sẽ có 12 giai đoạn thi công chính và được đặt tên theo thứ tự là CS1_1 đến CS3_4 như được thống kê trong Bảng 7-5

Bảng 7-5 Các giai đoạn thi công Giai đoạn thi công Nội dung công việc Thời gian (ngày) CS1_1 Đổ bê tông trên đà giáo nhịp 1 và 0,2 lần chiều dài nhịp 2 23

CS1_2 Kéo cáp dự ứng lực cho phần bê tông đã đổ trong CS1_1 0

CS2_4 Tháo ván khuôn, đà giáo cho phần bê tông đã đổ trong

CS2_1

1 CS3_1 Đổ bê tông trên đà giáo nhịp 0,8 lần chiều dài nhịp 3 23

CS3_2 Kéo cáp dự ứng lực cho phần bê tông đã đổ trong CS7 0

CS3_4 Tháo ván khuôn, đà giáo cho phần bê tông đã đổ trong

CS8

1

7.3.3.8.3 Định nghĩa nhóm kết cấu, tải trọng và điều kiện biên

Ứng với các quá trình thi công đã mô tả ở trên, cần định nghĩa một số nhóm kết cấu, nhóm tải trọng và nhóm điều kiện biên Chi tiết về các nhóm này được thể hiện trong Bảng 7-6, Bảng 7-7 và Bảng 7-8

Bảng 7-6 Nhóm kết cấu Nhóm kết cấu Thành phần

SG0 Các nút làm chân của các liên kết thể hiện đà giáo

SG1 Các nút và các phần tử ứng với giai đoạn đổ bê tông thứ nhất

SG2 Các nút và các phần tử ứng với giai đoạn đổ bê tông thứ hai

SG3 Các nút và các phần tử ứng với giai đoạn đổ bê tông thứ ba

Bảng 7-7 Nhóm điều kiện biên Nhóm điều kiện biên Thành phần

BG0 Các nút làm chân của các liên kết thể hiện đà giáo

BG1 Liên kết thể hiện đà giáo trong giai đoạn đổ bê tông thứ nhất

BG2 Liên kết thể hiện đà giáo trong giai đoạn đổ bê tông thứ hai

BG3 Liên kết thể hiện đà giáo trong giai đoạn đổ bê tông thứ ba

SP1 Liên kết thể hiện gối vĩnh cửu của đoạn dầm thứ nhất Liên kết này sẽ tham gia

chịu sau khi tháo đà giáo ứng với giai đoạn thi công thứ nhất SP2 Liên kết thể hiện gối vĩnh cửu của đoạn dầm thứ hai Liên kết này sẽ tham gia

chịu sau khi tháo đà giáo ứng với giai đoạn thi công thứ hai SP3 Liên kết thể hiện gối vĩnh cửu của đoạn dầm thứ hai Liên kết này sẽ tham gia

chịu sau khi tháo đà giáo ứng với giai đoạn thi công thứ ba

Bảng 7-8 Nhóm tải trọng Nhóm tải trọng Thành phần

SW Trọng lượng bản thân kết cấu

Prestress1 Tải trọng dự ứng lực trong giai đoạn đổ bê tông thứ nhất

Prestress2 Tải trọng dự ứng lực trong giai đoạn đổ bê tông thứ hai

Prestress3 Tải trọng dự ứng lực trong giai đoạn đổ bê tông thứ ba

7.3.3.8.4 Gán các thành phần tương ứng cho nhóm kết cấu, tải trọng và điều kiện

biên

Cho đến thời điểm này, các bộ phận kết cấu, liên kết và tải trọng đều chưa được gán cho các nhóm thích hợp Thực hiện các bước như đã được mô tả trong mục 5.3.6 của tập

1 để gán thành phần cho các nhóm này

7.3.3.8.5 Xây dựng mô hình cho các quá trình thi công

Tương ứng với các giai đoạn thi công kể trên, các giai đoạn thi công sẽ được định nghĩa trong MIDAS/Civil theo các bước đã được trình bày trong mục 5.3.7 Tập 1 Cấu trúc các giai đoạn thi công được thống kê trong Bảng 7-9 Hình 7.27 thống kê các giai đoạn thi công có trong mô hình và Hình 7.28 thể hiện cách nhập dữ liệu cho một giai đoạn thi công

Bảng 7-9 Cấu trúc các giai đoạn thi công Giai đoạn thi

công

Nhóm kết cấu Nhóm điều kiện biên Nhóm Tải trọng

Kích hoạt Bỏ kích hoạt Kích hoạt Bỏ kích hoạt Kích hoạt Bỏ kích hoạt CS1_1 SG0, SG1

(tuổi vật

liệu=5 ngày)

Hình 7.27 Tổng thể các giai đoạn thi công

Hình 7.28 Cấu trúc một giai đoạn thi công

7.3.3.9 Phân tích

7.3.3.9.1 Đặt các tham số phân tích thi công

Khi phân tích các kết cấu bê tông dự ứng lực, các tham số phân tích cần được quan tâm là sự thay đổi của các đặc trưng vật liệu theo thời gian, co ngót, từ biến và các mất mát dự ứng lực Các tham số này cần được đặt trong giao diện điều khiển Construction Stage Analysis Control Data (Hình 7.29)

Hình 7.29 Đặt các tham số phân tích thi công

7.3.3.9.2 Thực hiện quá trình phân tích:

Quá trình phân tích được thực hiện hoàn toàn tương tự như cho các trường hợp phân

tích khác (bấm F5 hoặc gọi menu Analysis>Perform Analysis)

7.3.3.10 Xử lý kết quả

7.3.3.10.1 Nội lực trong kết cấu theo các giai đoạn thi công

Biểu đồ nội lực của các bộ phận kết cấu theo các giai đoạn thi công được thể hiện như sau:

 Chọn thành phần nội lực cần thể hiện Ví dụ, cần vẽ biểu đồ mô men My: menu

Results > Forces > Beam Diagram; chọn My

 Chọn giai đoạn thi công cần quan tâm Ví dụ, chọn giai đoạn thi công CS1_1

Các hình sau biểu diễn biểu đồ mô men của các bộ phận kết cấu theo các giai đoạn thi

công

26

Hình 7.30 Biểu đồ mô men ở giai đoạn thi công CS1_1

Hình 7.31 Biểu đồ mô men tổng cộng ở giai đoạn thi công CS1_2

Hình 7.32 Biểu đồ mô men tổng cộng ở giai đoạn thi công CS1_4

7.3.3.10.2 Ứng suất trong kết cấu theo các giai đoạn thi công

Cách làm hoàn toàn tương tự như trên để thể hiện kết quả ứng suất trong các bộ phận kết cấu MIDAS/Civil cung cấp các biểu đồ ứng suất riêng cho dạng mặt cắt của dầm dự ứng lực (Beam Stresses PSC), do đó, nên chọn sử dụng các biểu đồ này để có kết quả chi tiết nhất

 Chọn vị trí điểm tính ứng suất trên mặt cắt ngang MIDAS/Civil cung cấp 10 vị trí tính toán ứng suất trên mặt cắt ngang dầm như được thể hiện trên Hình 7.33

Hình 7.33 Các vị trí tính toán ứng suất trên mặt cắt ngang

 Chọn giai đoạn thi công cần quan tâm và biểu diễn kết quả (Hình 7.34)

Hình 7.34 Biểu đồ ứng suất pháp tổng cộng ở giai đoạn thi công CS1_4

7.3.3.10.3 Độ vồng thi công:

MIDAS/Civil cung cấp khả năng tính toán độ vồng thi công theo từng nhóm kết cấu Cách thể hiện biểu đồ độ vồng:

 Xác định nhóm kết cấu: gọi menu Results>General Camber>General Camber

Control Chọn các nhóm kết cấu cần quan tâm (Hình 7.35)

 Vẽ biểu đồ độ vồng: gọi menu Results>General Camber>Graph View Lúc này,

MIDAS/Civil sẽ cung cấp các biểu đồ độ vồng cho từng nhóm kết cấu đã chọn Hình 7.36

28

Hình 7.35 Chọn nhóm kết cấu để tính toán độ vồng

Hình 7.36 Biểu đồ độ vồng cho nhóm kết cấu SG1

CHƯƠNG 8 MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHÂN TÍCH CẦU BÊ

TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC HẪNG

8.1 Đặc điểm của quá trình thi công đúc hẫng

Theo các phương pháp thi công điển hình, các đốt dầm được đổ bê tông đối xứng từ trụ sang hai bên Phụ thuộc vào khả năng của xe đúc, mỗi đốt đúc có chiều dài khoảng 3 đến 5 m Trừ đốt đúc trên trụ (khối K0) và đoạn đúc trên đà giáo, các đốt dầm đã đúc trước sẽ làm gối tựa cho đà giáo và ván khuôn để đúc đốt dầm tiếp theo

Các bước chính trong quá trình thi công cầu bê tông đúc hẫng bao gồm:

 Bước 1: Xây dựng kết cấu phần dưới và mố, trụ

 Bước 2: Đúc bê tông khối K0 Đối với các kết cấu cầu dầm (có gối), cần nối tạm khối này vào trụ thông qua cáp hoặc thanh thép dự ứng lực để đảm bảo độ ổn định khi thi công Sau khi hợp long, các gối tạm và thanh dự ứng lực được tháo ra và gối cầu bắt đầu chịu lực Đối với các kết cấu cầu khung, các khối K0 cũng cần được nối cứng với trụ bằng các thanh thép dự ứng lực, tuy nhiên, các thanh thép này không được tháo ra khi cầu hoàn thành

 Bước 3: Đúc đối xứng qua trụ các khối dầm đến vị trí hợp long

 Bước 4: Đổ bê tông khối hợp long

 Bước 5: Thực hiện hoàn thiện công trình

Các bước chính khi thi công khối K0 bao gồm:

 Lắp đặt đà giáo, thử tải, lắp đặt gối tạm (nếu là cầu dầm),

 Đặt cốt thép thường, ống gen, đổ bê tông đốt K0,

 Căng các thanh dự ứng lực neo đốt K0 và đỉnh và thân trụ (nếu là cầu dầm),

 Chuẩn bị xe đúc cho khối K1

Thông thường, trừ khối K0 được thi công trên trụ và phần đổ bê tông trên đà giáo cố định, trình tự thi công một đốt dầm bao gồm các bước sau:

 Chuyển xe đúc đến vị trí,

 Lắp đặt ván khuôn,

 Lắp dựng cốt thép và ống ghen và cáp dự ứng lực,

 Đổ bê tông,

 Kéo cáp dự ứng lực và bơm vữa ống ghen (có thể sau vài đốt),

 Tháo ván khuôn và chuyển xe đúc đến vị trí mới

một đốt dầm là một giai đoạn thi công (stage), các thao tác chính trong đó, như việc đổ bê tông, kéo cáp dự ứng lực, v.v., là với các bước (step) của giai đoạn thi công, hoặc mô hình

hoá từng thao tác thi công thực tế thành một giai đoạn thi công trong mô hình

Các thành phần tải trọng tham gia vào một giai đoạn thi công bao gồm:

 Trọng lượng bản thân của các bộ phận kết cấu,

 Trọng lượng xe đúc và ván khuôn cho các đốt đang được đúc,

 Trọng lượng bê tông ướt,

 Dự ứng lực,

 Các tải trọng đặc biệt như gió, động đất và các tải trọng va chạm khác

Trong suốt quá trình thi công, điều kiện biên của kết cấu thi công hẫng gần như không thay

đổi, ngoại trừ trường hợp tháo dỡ đà giáo của bộ phận đổ bê tông trên đà giáo cố định hay bỏ các liên kết tạm của khối K0 trong các cầu dầm

8.3 Ví dụ

Ví dụ sau sẽ trình bày các xây dựng mô hình và phân tích một cầu đúc hẫng trong đó có xét các vấn đề như: cách mô hình hoá cầu bê tông đúc hẫng, cách tạo mô hình mặt cắt thay đổi, cách xây dựng mô hình cáp dự ứng lực, cách sử dụng tải trọng thời gian để phản ánh tuổi của các bộ phận kết cấu, v.v

8.3.1 Giới thiệu chung

Ví dụ này được xây dựng có tham khảo ví dụ “FCM General” của MIDAS Kết cấu cầu đúc hẫng gồm 3 nhịp với sơ đồ bố trí nhịp là 85 + 130 + 85 m với phần đúc trên đà giáo mỗi bên là 19 m Hình 8.1 thể hiện bố trí chung của cầu Hình 8.2 minh hoạ cách chia các đốt dầm trong quá trình thi công Các đốt được phân chia hoàn toàn đối xứng qua mỗi trụ cũng như qua tim cầu

Hình 8.1 Bố trí chung cầu

dài cầu, chiều cao mặt cắt thay đổi theo quy luật parabol bậc hai, trong khi đó, bề rộng mặt cắt cầu được giữ không đổi

Hình 8.2 Sơ đồ phân chia đốt đúc

Hình 8.3 Cấu tạo mặt cắt dầm

8.3.2 Xác định các thông số ban đầu của mô hình

8.3.2.1.1 Hệ thống đơn vị

Các thông số về đơn vị được sử dụng trong mô hình bao gồm (Hình 8.4):

 Length (Chiều dài): được chọn là m,

32

 Force (Lực): được chọn là kN,

 Heat (Nhiệt): được chọn là J Tuy nhiên, ví dụ này không xem xét ảnh hưởng của nhiệt

nên thông số này không có ảnh hưởng đến quá trình cũng như kết quả tính toán

Hình 8.4 Hệ thống đơn vị được sử dụng trong mô hình

8.3.2.1.2 Hệ toạ độ người dùng

Hệ toạ độ người dùng được lựa chọn là mặt phẳng X-Z (Hình 8.5) để phù hợp với thói quen sử dụng trục X làm trục dọc cầu và trục Z là trục thẳng đứng

Hình 8.5 Hệ toạ độ người dùng

8.3.3 Khai báo vật liệu

Các vật liệu chính được sử dụng trong mô hình là cốt thép dự ứng lực, bê tông dầm và bê

tông trụ Bê tông dầm là loại Grade C5000 và bê tông trụ là Grade C4000 theo tiêu chuẩn

ASTM (RC) Cốt thép dự ứng lực có modul đàn hồi là 2,0000e+008 kN/m2 Chi tiết về các thông số vật liệu được thể hiện trong Bảng 8-1 Hình 8.6 minh hoạ cách nhập dữ liệu cho vật liệu bê tông dầm Các vật liệu khác cũng được nhập theo cách tương tự (xem thêm mục 5.3.2 Tập 1)

Bảng 8-1 Chi tiết vật liệu Đặc trưng vật liệu Bê tông dầm Bê tông trụ Cốt thép dự ứng lực

Modun đàn hồi (kN/m 2 ) 2,78e+7 2,481e+7 2,0000e+008

Hệ số Poisson 0,2 0,2 0,3

Hệ số dãn nở nhiệt (1/ o C) 9,0e-6 9,0e-6 1,000e-005

Trọng lượng riêng (kN/m 3 ) 23,56 23,56 78,5

Cường độ 28 ngày (kN/m 2 ) 35000 28000

Hình 8.6 Khai báo vật liệu

8.3.4 Khai báo các thuộc tính co ngót & từ biến và biến thiên cường

độ của vật liệu

Do quá trình thi công được thực hiện trong thời gian khá lâu nên cần phải xét đến sự ảnh hưởng của các yếu tố như co ngót, từ biến cũng như sự thay đổi cường độ của bê tông Mô hình tính toán từ biến và sự thay đổi cường độ theo thời gian của bê tông được sử dụng trong

ví dụ này là mô hình của Tiêu chuẩn CEB-FIP Việc khai báo các thuộc tính co ngót, từ biến

và biến thiên cường độ cho bê tông dầm C5000 được thể hiện trên các Hình 8.7 và Hình 8.8

Các giá trị cần nhập ở đây là:

 Name (Tên) = C5000;

 Code (Tiêu chuẩn) = CEB-FIP;

 Compressive strength of concrete at the age of 28 days (Cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày)

= 35000 kN/m2;

 Relative Humidity of ambient environment (Độ ẩm tương đối của môi trường) = 70 %

 Notational size of member (Kích thước danh định – sẽ do chương trình tự động tính lại) =

1;

34

 Type of cement (Kiểu xi măng được sử dụng trong bê tông) = “Normal or rapid hardening

cement (N, R)” – xi măng thường hoặc xi măng đông cứng nhanh;

 Age of concrete at which shrinkage begins to take place (tuổi bê tông tại thời điểm xảy ra

co ngót) = 3 ngày

Các giá trị tương ứng cũng được nhập cho bê tông C4000

Các thuộc tính thay đổi theo thời gian của vật liệu đã được khai báo, sau đó, được gán cho từng vật liệu tương ứng như được thể hiện trên Hình 8.9

Hình 8.7 Khai báo các thuộc tính co ngót – từ biến của bê tông

Hình 8.8 Khai báo hàm biến thiên cường độ theo CEB-FIP

Hình 8.9 Gán các hàm thay đổi thuộc tính theo thời gian cho vật liệu

lấy là điểm giữa của thớ trên (Center-Top) do các phần tử dầm có mặt trên nằm trên một

đường thẳng còn mặt dưới thay đổi theo đường cong

Có hai dạng mặt cắt trung gian cho các phần tử nằm trên cánh T (các phần tử có mặt cắt

thay đổi) là mặt cắt Span-Support (thay đổi từ giữa nhịp đến trụ) và mặt cắt Support-Span (thay đổi từ trụ đến giữa nhịp) Các mặt cắt này được định nghĩa ở dạng “Tapered Section” với kích thước mặt cắt đầu I (Size I) tương ứng là kích thước của mặt cắt Span và kích thước mặt cắt đầu J (Size J) là kích thước của mặt cắt Support (cho cắt Span-Support) hay ngược lại cho mặt cắt cắt Support-Span Các kích thước hai đầu được đưa vào một cách đơn giản từ

lệnh Size I>Import… hoặc Size J>Import… (Hình 8.12)

Việc tạo ra các phần tử có mặt cắt thay đổi theo liên tục sẽ được trình bày chi tiết trong mục 8.3.6.2

36

Hình 8.10 Mặt cắt đỉnh trụ

- khối K0 (Support)

Hình 8.11 Mặt cắt ở giữa nhịp (Span)

Hình 8.12 Mặt cắt thay đổi cho các phần tử trung gian

lệnh Extrude Elements Các bước chính trong quá trình thực hiện như sau

 Tạo một nút có toạ độ bất kỳ, ví dụ có toạ độ (0, 0, 0), sau đó, sử dụng lệnh Extrude

Elements (menu Model>Element>Extrude…) với kiểu Extrude Type là “Node->Line

Element” với khoảng cách theo phương x tương ứng với cách chia đốt dầm là 2@1, 4@4.25, 2@1, 12@4.75, 4, 2@0.9, 2@1.2, 2@0.9, 4, 12@4.75, 1 Quá trình này sẽ sinh

ra một 1/2 chiều dài dầm cầu bao gồm 1 nhịp đúc trên đà giáo, các phần đúc hẫng cũng như các đốt hợp long Mặt cắt của các phần tử được gán một cách tạm thời bằng mặt cắt

Span đã được định nghĩa ở trên (Hình 8.14)

 Lấy đối xứng qua tim nhịp để được toàn bộ cầu Lệnh được sử dụng ở đây là Mirror

Elements (menu Model>Element>Mirror…) và mặt phẳng đối xứng là y-z, điểm lấy đối

xứng là x = 150 m Trong giao diện Mirror Elements chọn Reverse Element Local để đảm

bảo các trục địa phương của các phần tử bên trái và bên phải phù hợp với nhau (Hình 8.15)

 Gán mặt cắt dạng Support cho các phần tử nằm trên trụ

 Gán mặt cắt dạng Span-Support cho các phần tử nằm trên các cánh T trái và mặt cắt

Support-Span cho các phần tử nằm trên các cánh T phải (Hình 8.16)

Hình 8.14 Tạo mô hình dầm bằng phương pháp Extrude Elements

38

Hình 8.15 Lấy đối xứng để được toàn bộ dầm

Hình 8.16 Dầm sau khi đã được gán mặt cắt

8.3.6.2 Tạo mặt cắt thay đổi cho dầm đúc hẫng

Các phần tử đúc hẫng trên các cánh T, trong thực tế, có mặt cắt thay đổi theo quy luật parabol bậc hai từ giữa nhịp đến gối Tuy nhiên, trong phần trên, từng phần tử trên cánh T đã

được gán “tạm thời” mặt cắt dạng Span-Support hoặc Support-Span vì vậy, nhìn tổng thể,

dầm có dạng “răng cưa” như được thể hiện trên Hình 8.16 MIDAS/Civil có khả năng tự động tính toán mặt cắt thay đổi cho từng phần tử theo các quy luật cho trước Các thao tác cần được thực hiện để hoàn thành quá trình này bao gồm:

 Tạo một nhóm mặt cắt thay đổi (Tapered Section Group): Gọi menu

Model>Properties>Tapered Section Group… Khi này, giao diện Tapered Section

Group xuất hiện Đặt tên nhóm (Group Name) là “Gr1”;

 Chọn các phần tử dầm ứng với cánh trái của từng nhịp;

 Chọn quy luật biến thiên theo phương trục z là Polynomial bậc 2 (parabol bậc 2)

 Để tạo ra đường cong lõm, mặt đối xứng (Symetric Plane) được lấy là từ đầu i

 Khoảng cách (distance) đến mặt đối xứng là 0 m

 Quy luật biến thiên theo phương trục y được để mặc định là tuyến tính (Linear)

 Bấm nút lệnh Add để tạo ra nhóm có mặt cắt thay đổi Khi này, mặt cắt dầm sẽ được

MIDAS/Civil tính toán nội suy thay đổi theo quy luật đã định (Hình 8.17)

 Tạo một nhóm tương tự (có tên Gr2) cho các phần tử nằm ở các cánh T bên phải (Hình

8.17) nhưng mặt đối xứng (Symetric Plane) được lấy là từ đầu j

Hình 8.17 Tạo nhóm mặt cắt thay đổi

 Để giảm bớt khối lượng tính toán, sau khi đã gán xong mặt cắt thay đổi cho các phần tử,

nên sử dụng tính năng Convert to Tapered Section (chuyển các nhóm thành các mặt cắt

thay đổi) có trong giao diện Tapered Section Group Khi này, các mặt cắt cho từng phần

tử trung gian sẽ được chương trình toán Các nhóm mặt cắt thay đổi sẽ được xoá Nếu không thực hiện việc chuyển đổi này, chương trình sẽ phải thường xuyên tính toán lại mặt cắt cho từng phần tử và sẽ tốn nhiều thời gian Ngoài ra, các mặt cắt được chương trình nội suy này sẽ có ích khi tính toán trọng lượng bê tông ướt khi gán tải trọng thi công

8.3.6.3 Mô hình hoá trụ

Quá trình mô hình hoá trụ được thực hiện qua các bước sau (Hình 8.18):

 Do điểm tham chiếu của dầm nằm ở mặt trên dầm nên giữa các nút tương ứng của dầm và trụ có một khoảng cách bằng chiều cao dầm Vì vậy, các điểm đầu thân trụ sẽ được tạo ra

bằng lệnh Translate Nodes (menu Model>Nodes>Translate…)(Copy Mode) các nút giao tương ứng của dầm (các nút 23, 27, 65, 69) với khoảng cách giữa chúng theo phương

z là – 7 m (bằng chiều cao khối K0)

 Tạo phần tử thân trụ chiều dài 40 m bằng lệnh Extrude Elements với kiểu Extrude Type là

“Node->Line Element” từ điểm đầu trụ đã tạo ra ở trên Mặt cắt được chọn cho các phần

tử này là Pier

 Chia các phần tử trụ thành 6 đoạn có chiều dài bằng nhau bằng lệnh Devide Elements (menu Model>Elements>Devide) Việc chia phần tử này sẽ đảm bảo kết quả tính toán

8.3.7 Mô hình hoá quá trình thi công

8.3.7.1 Tổng quan về quá trình thi công

Việc thi công cầu, một cách giả định, được bắt đầu ở nhịp trái và, sau đó 60 ngày, sẽ thi công nhịp phải Trong từng nửa cầu, quá trình thi công được thực hiện hoàn toàn tương tự nhau Như vậy, có thể dùng cùng một sơ đồ để mô tả quá trình thi công ở cả hai nửa cầu này Trình tự chung của quá trình thi công được minh hoạ trên Hình 8.20 Trên hình này, khoảng cách giữa hai đường nằm ngang liền nhau biểu diễn một khoảng thời gian bằng 15 ngày

Mỗi giai đoạn thi công điển hình bao gồm các công việc sau:

 Kéo dự ứng lực cho khối bê tông đã đúc trước đó, di chuyển và lắp đặt xe đúc (ngày đầu tiên),

 Đặt cốt thép thường và dự ứng lực: 7 ngày,

 Đổ bê tông và bảo dưỡng: 5 ngày

Như vậy, một giai đoạn thi công chính sẽ kéo dài trong 12 ngày và bê tông các khối được

đổ vào thời điểm 7 ngày Khi bắt đầu một giai đoạn thi công, bộ phận kết cấu đã được thi công ngay trước đó có tuổi là 5 ngày và, ở tuổi này, bộ phận kết cấu này phải chịu các lực dự