Nghiên cứu kết cấu và công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHẠM CAO TUYẾN NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CẦU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC NHỊP LỚN Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Mã số : 62.58.02.02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017 Công trình hoàn thành Trường Đại học Thủy Lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Vũ Hoàng Hưng Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Trần Mạnh Tuân Phản biện 1: GS.TS Phạm Ngọc Khánh – Hội Thủy lợi Việt Nam Phản biện 2: TS Lê Đình Thắng – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Phản biện 3: GS.TS Vũ Thanh Te – Trường Đại học Thủy Lợi Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp Trường Đại học Thủy Lợi vào lúc 30 phút ngày 28 tháng 09 năm 2017 Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc Gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Kết cấu xi măng lưới thép (XMLT) đời cách 150 năm bị lãng quên gần 100 năm sau hạn chế công nghệ chế tạo lưới thép Kết cấu XMLT bắt đầu khôi phục lại vào năm đầu thập kỷ 40 kỷ trước coi lĩnh vực nghiên cứu khoa học vật liệu Các tài liệu kỹ thuật XMLT bắt đầu xuất không ngừng gia tăng Tuy nhiên nghiên cứu XMLT nước ứng dụng vào lĩnh vực kênh máng, cầu máng XMLT công trình thủy lợi (CTTL) Ở Việt Nam nghiên cứu lý thuyết công nghệ chế tạo XMLT lĩnh vực thủy lợi phát triển mạnh vào năm 1990 Bao gồm đề tài nghiên cứu tính toán thiết kế, công nghệ chế tạo kênh máng CM-XMLT nhịp ngắn, nhịp lớn Tiếp đến giáo trình, tài liệu tính toán XMLT biên soạn Các tiêu chuẩn, quy trình hướng dẫn tính toán thiết kế Cầu máng vỏ mỏng XMLT ban hành năm 2006 2012 Tuy nhiên đến việc tính toán thiết kế thi công CM-XMLT Việt Nam nhiều hạn chế, CM-XMLT sử dụng loại nhịp ngắn với chiều dài nhịp không vượt 8m, thông dụng loại nhịp có chiều dài 6m, đồng thời đường kính máng XMLT (tiết diện chữ U) không vượt 1,2m phổ biến giới hạn đường kính từ (0,6÷1,0)m Để tận dụng hết khả chịu lực cấu kiện XMLT, đồng thời đáp ứng yêu cầu thực tế ngày cao cầu máng nhịp lớn… đòi hỏi phải sâu nghiên cứu hình thức kết cấu CM-XMLT nhịp lớn Việc lựa chọn đề tài Luận án “Nghiên cứu kết cấu công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn” có ý nghĩa khoa học thực tiễn, thành công đem lại hiệu kinh tế cao thiết kế thi công cầu máng nhịp lớn công trình dẫn nước Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước (CM-XMLT-ƯST) nhịp lớn đề xuất công nghệ chế tạo CMXMLT phù hợp Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Luận án kết cấu công nghệ chế tạo CMXMLT-ƯST nhịp lớn phạm vi nghiên cứu tập trung cho thân máng mặt cắt chữ U Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Luận án tiếp cận lý thuyết thực nghiệm trường sử dụng phương pháp nghiên cứu phổ biến nước giới như: - Phương pháp tổng hợp, phân tích kế thừa kết nghiên cứu có - Phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm máy tính - Phương pháp thực nghiệm trường Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Làm rõ quy luật ứng suất biến dạng CM-XMLT thường CMXMLT-ƯST nhịp lớn Làm rõ ảnh hưởng tỷ số chiều dài chiều cao tiết diện cầu máng L/H với độ võng theo phương vuông góc với trục máng ứng suất pháp đáy máng theo phương dọc tính theo lý thuyết dầm lý thuyết vỏ Xác định lượng tổn hao ƯST từ thực nghiệm 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Các kết nghiên cứu luận án áp dụng thiết kế chế tạo cầu máng thi công thủ công cho công trình dẫn nước Việt Nam Cấu trúc Luận án Luận án phần Mở đầu Kết kuận, 38 tài liệu tham khảo, 06 tài liệu tác giả công bố 04 Phụ lục, nội dung Luận án trình bày 04 Chương bao gồm 120 trang, 72 hình vẽ 40 bảng biểu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CM-XMLT-ƯST NHỊP LỚN 1.1 Tổng quan CM-XMLT 1.1.1 Khái quát chung 10 Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu cầu máng Cửa vào; Mố biên trọng lực; Thân máng; Trụ đỡ khung kép; Trụ đỡ khung đơn; Móng trụ đỡ; Khe co giãn; Cửa ra; Kênh; 10 Mặt đất tự nhiên CM-XMLT gồm phận chính: cửa vào, cửa ra, thân máng, trụ đỡ (Hình 1.1) Việc bố trí thiết kế cửa vào, cửa ra, tính toán thuỷ lực máng, tính toán dòng chảy cửa vào cửa ra, biện pháp chống thấm, chống xói lở, tránh lắng đọng bùn cát… luận án không đề cập đến Luận án chủ yếu sâu vào phần nghiên cứu kết cấu thân máng XMLT 1.1.2 Các hình dạng kết cấu CM-XMLT 1.1.2.1 Các hình dạng kết cấu thân máng Thân máng XMLT có hình dạng vỏ trụ mỏng, mặt cắt ngang thân máng hình chữ nhật, hình thang, hình chữ U, hình parabol… Chọn hình thức mặt cắt thân máng phải dựa vào tính toán thủy lực, vật liệu làm cầu máng, phương pháp thi công, hình thức kết cấu trụ đỡ, đoạn nối tiếp cửa vào, cửa Hình thức mặt cắt thân máng thường dùng hình chữ nhật, hình thang hình chữ U Luận án sâu nghiên cứu cho thân máng XMLT có dạng chữ U 1.1.2.2 Thân máng có mặt cắt ngang hình chữ U Hình dạng máng chữ U thường dùng có đáy nửa hình tròn, có thêm hai thành bên thẳng đứng (hình 1.4b) Máng chữ U sử dụng nhiều có ưu điểm: trạng thái thủy lực tốt, độ cứng theo phương dọc lớn, dễ thi công Để tăng độ cứng theo phương ngang phương dọc, thân máng thường gia cường sườn dọc (tai máng), sườn ngang (đai máng) giằng ngang (hình 1.4a) a) L(m) b) a so so c t so to Ro R t to so bg R1 f R R1 H f H Ro a Do hg a Do b a Hình 1.2 Hình dạng kết cấu thân máng XMLT chữ U 1.1.3 Phương pháp tính toán CM-XMLT 1.1.3.1 Tải trọng tổ hợp tải trọng Tải trọng tác dụng lên cầu máng chủ yếu có: Trọng lượng thân; Áp lực nước; Tải trọng người qua lại; Áp lực gió; Lực ma sát gối đỡ; Áp lực thủy động Các tải trọng khác động đất, tải trọng cẩu lắp, lực va chạm vật tùy trường hợp cụ thể mà xét Tổ hợp tải trọng: Phân tích nội lực tính toán cốt thép thân máng XMLT tiến hành với tổ hợp tải trọng (trọng lượng thân máng + tải trọng người qua lại + trọng lượng nước ứng với độ sâu mực nước thiết kế) kiểm tra với tổ hợp tải trọng đặc biệt (trọng lượng thân máng + tải trọng người qua lại + trọng lượng nước ứng với độ sâu mực nước kiểm tra + tải trọng gió) 1.1.3.2 Phân tích nội lực kết cấu thân máng XMLT Thân máng kết cấu vỏ mỏng không gian, thường gia cường sườn dọc, sườn ngang giằng, việc phân tích nội lực thân máng sở phương trình vi phân lý thuyết vỏ mỏng không gian để tìm lời giải xác gần thực được, mà dùng phương pháp số để tìm lời giải gần đúng, phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp PTHH Đối với cầu máng lớn trung bình thiết kế đòi hỏi nội lực có độ xác cao, cần phân tích nội lực thân máng theo toán vỏ mỏng không gian Đối với cầu máng nhỏ dùng phương pháp gần để phân tích nội lực thân máng, phương pháp thường dùng thay toán tính vỏ mỏng không gian hai toán phẳng riêng biệt theo phương dọc phương ngang máng, gọi phương pháp tính theo “lý thuyết dầm” Theo tài liệu hướng dẫn tính toán CM-XMLT, phương pháp tính toán máng theo lý thuyết dầm cho lời giải tương đối xác tỷ số chiều dài nhịp máng bề rộng tiết diện máng L/Do ≥ 10, L/Do < 10 mà tính theo lý thuyết dầm cần tăng thêm thép chịu lực theo phương dọc máng 1.2 Tổng quan CM-XMLT nhịp lớn 1.2.1 Khái quát CM-XMLT nhịp lớn Hiện CM-XMLT phổ biến loại chiều dài nhịp đơn không vượt 8m, thông dụng nhịp có chiều dài 6m, đồng thời đường kính lòng máng XMLT dừng giới hạn Do = (1,0÷1,2)m Hệ thống kênh dẫn nước CTTL ngày gặp phải loại địa hình phức tạp, bị chia cắt nhiều nên phải vượt qua nhiều sông, suối, thung lũng Với cầu máng có chiều dài nhịp L ≤ 6m (được gọi nhịp ngắn), chi phí xây dựng cầu máng cao tốn nhiều mố trụ cầu Việc sử dụng kết cấu cầu máng XMLT nhịp lớn (chiều dài nhịp L > 6m) cho công trình dẫn nước chắn đem lại hiệu kinh tế cao 1.2.2 Tính toán CM-XMLT nhịp lớn Tính toán nội lực bố trí thép cho CM-XMLT nhịp lớn tính toán cho thân máng XMLT nhịp ngắn, tùy theo yêu cầu sử dụng lý thuyết dầm hay lý thuyết vỏ mỏng không gian để tính Trong nghiên cứu trước tác giả cho CM-XMLT nhịp lớn rút số nhận xét: Với CMXMLT mặt cắt chữ U, kết cấu nhịp đơn có L = (12÷20)m vật liệu XMLT thông thường đảm bảo khả chịu lực Tuy nhiên không nên sử dụng kết cấu máng XMLT thông thường chiều dài nhịp lớn 12m biến dạng thân máng vượt biến dạng cho phép Nên sử dụng kết cấu máng XMLT có bố trí thép ƯST nhằm giảm độ võng đáy máng tăng khả chịu lực cho thân máng 1.3 Tổng quan CM-XMLT-ƯST trước nhịp lớn 1.3.1 Khái quát CM-XMLT-ƯST nhịp lớn CM-XMLT-ƯST khác CM-XMLT thông thường chỗ trước chịu tác dụng ngoại lực, cầu máng nén trước Lực nén trước làm giảm phần hay toàn ứng suất kéo ngoại lực sinh ra, làm tăng khả chống nứt theo phương dọc tạo nên độ vồng trước, làm giảm độ võng tổng cộng cầu máng khai thác 1.3.2 Phương pháp tạo ứng suất trước Để tạo ƯST kết cấu BTCT nói chung hay XMLT nói riêng, cốt thép kéo căng sau neo vào cấu kiện, cốt thép có xu hướng phục hồi co lại làm cho cấu kiện chịu nén Căn vào cốt thép căng trước hay sau phân thành hai loại: phương pháp căng trước phương pháp căng sau 1.3.3 Các vấn đề tính toán CM-XMLT-ƯST 1.3.3.1 Ứng suất kéo trước giới hạn Ứng suất kéo trước lớn cho phép cốt thép ứng suất trước (thép ƯST) gọi ứng suất giới hạn ký hiệu σk Ứng suất phụ thuộc vào loại thép phương pháp tạo ƯST Ứng suất kéo trước giới hạn σk lớn ứng suất nén trước lớn, khả chống nứt thân máng cao Tuy nhiên lực kéo giới hạn lấy cao gây an toàn 1.3.3.2 Tổn hao ứng suất trước Ứng suất kéo trước tạo thép ƯST, sau neo ƯST bị giảm, lượng giảm gọi tổn thất hay tổn hao ƯST, nhiều nguyên nhân biến dạng thiết bị neo, ma sát lỗ luồn thép thép ƯST, chênh lệch nhiệt độ thép ƯST giá căng, co ngót từ biến vữa xi măng, chùng thép ƯST, thân máng bị ép co Các tổn hao xác định theo công thức tiêu chuẩn thiết kế nước, công thức dựa độ giảm biến dạng tương đối ∆L/L thép ƯST nguyên nhân nói trên, nên tổn hao tính theo tiêu chuẩn thiết kế nước không khác nhiều 1.3.4 Phân tích ứng suất CM-XMLT-ƯST Do thân máng XMLT có dạng vỏ trụ chiều dày thân máng mỏng, nên thích hợp với thép ƯST đặt thẳng dùng phương pháp căng sau Với phương pháp căng sau dễ dàng khống chế lực kéo căng thép ƯST giai đoạn, nên thuận tiện việc khống chế biến dạng nứt, vấn đề xem nhạy cảm với kết cấu XMLT vỏ mỏng Trong giáo trình tính toán “Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước” trình bày dạng toán dầm, với CM-XMLT vỏ mỏng có nhịp lớn, phân tích nội lực theo phương dọc dùng lý thuyết dầm có nhiều thuận lợi, theo phương ngang gặp nhiều khó khăn nội lực để tính toán bố trí thép cho cầu máng theo phương ngang Do cầu máng vỏ mỏng tạo ƯST theo phương dọc máng, nên tính toán cấu tạo CM-XMLT-ƯST theo phương ngang giống CM-XMLT thông thường Tuy nhiên giống tính toán CM-XMLT nhịp lớn, phân tích trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng giai đoạn chịu lực theo lý thuyết dầm không phản ánh trạng thái chịu lực thực cầu máng, mà cần phân tích cầu máng theo toán vỏ không gian phương PTHH 1.4 Tổng quan công nghệ chế tạo CM-XMLT CM-XMLT nhịp ngắn chế tạo hai phương pháp: phương pháp rung bàn rung phương pháp phun vữa Cả phương pháp có ưu nhược điểm gần đối lập Do đặc thù CM-XMLT nhịp lớn thường thi công vượt sông suối nên yêu cầu phải có công nghệ thi công thích hợp Đó phương pháp phải có ưu điểm phương pháp rung bàn rung ưu điểm phương pháp phun vữa Qua nhiều năm nghiên cứu thi công, tác giả áp dụng tương đối thành công công nghệ rung áp ván khuôn để chế tạo cầu máng XMLT Thực tiễn cho thấy phương pháp rung áp ván khuôn cho chất lượng máng XMLT tốt đồng phương pháp rung bàn rung, lại thi công động trường thích hợp cho tất loại chiều dài nhịp máng phương pháp phun vữa Tuy nhiên việc bố trí hệ rung ván khuôn mang tính chất kinh nghiệm, cần phải tiếp tục nghiên cứu sở khoa học kết hợp thực nghiệm để nâng cao hiệu ứng dụng công nghệ 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu CM-XMLT-ƯST 1.5.1 Tình hình chung Có thể nói Nga nước ứng dụng XMLT làm cầu máng dẫn nước CTTL Ngoài số nước Anh, Ba Lan, Trung Quốc, Việt Nam, Cu Ba, Nhật Bản, Brazil, Hoa Kỳ, Eduador sử dụng XMLT làm kênh máng, cầu máng dẫn nước CTTL Đối với CM-XMLTƯST Shugaev (Nga) đề cập đến nghiên cứu từ năm 60 kỷ trước thực tiễn ứng dụng gần chưa có Tại Việt Nam kết cấu XMLT nói chung nghiên cứu áp dụng vào cuối năm 80 Bước sang thập kỷ 90 chủ yếu kết cấu XMLT ngành thủy lợi tiếp tục nghiên cứu ứng dụng ngày phát triển mạnh mẽ Đi đầu lĩnh vực phải kể đến nhà khoa học thuộc Bộ môn Kết cấu công trình – Trường Đại học Thủy Lợi nghiên cứu ứng dụng triển khai thành công nhiều công trình khắp nước 1.5.2 Những nghiên cứu CM-XMLT Các nghiên cứu gần CM-XMLT chủ yếu xuất phát từ Trung Quốc Việt Nam Các nghiên cứu tập trung vật liệu công nghệ chế tạo kể đến HE Liang (2012), WU Tao (2012), YU Li (2014), Vũ Quốc Vương (2012), Trương Quốc Bình (2014) 1.5.3 Những nghiên cứu CM-BTCT-ƯST Đối với CM-BTCT-ƯST sử dụng tương đối rộng rãi giới đặc biệt Trung Quốc Tuy nhiên Việt Nam chưa có cầu máng sử dụng công nghệ ƯST có nghiên cứu đề xuất công nghệ Luận văn thuyết minh tính toán lựa chọn phương án Các nghiên cứu CM-BTCT-ƯST nước đa phần từ Trung Quốc, nơi ứng dụng CM-BTCT-ƯST tương đối nhiều dự án chuyển nước lưu vực sông Các nghiên cứu điển hình có Bai Xin-li (2001), Fu Zhi-yuan (2004), Ji Ri-chen (2006), Zhao Shunbo (2006), Cheng wa (2008), Feng Guang-wei (2013), Ma Wen-liang (2012), Gao ping (2013) Những nghiên cứu CM-XMLT CM-BTCT-ƯST chủ yếu tập trung vào tính toán mô máy tính so sánh với kết thí nghiệm mô hình thực từ nhận xét khả chịu lực cầu máng 1.6 Những vấn đề cần nghiên cứu đặt Luận án Từ kết nghiên cứu CM-XMLT, CM-BTCT-ƯST nêu thực tiễn, luận án đặt ba vấn đề cần nghiên cứu CM-XMLT-ƯST: (1) Phân tích lựa chọn mô hình tính toán, lập trình tính toán, thực nghiệm máy tính nghiên cứu quy luật ứng suất-biến dạng CM-XMLT-ƯST nhịp lớn (2) Thực nghiệm trường nghiên cứu quy luật ứng suất-biến dạng CM-XMLT-ƯST nhịp lớn (3) Kết hợp thực nghiệm máy tính trường nghiên cứu công nghệ chế tạo CM-XMLT-ƯST phương pháp rung áp ván khuôn 1.7 Kết luận Chương Trải qua 20 năm phát triển, CM-XMLT nhịp ngắn (L ≤ 6m) Việt Nam có tiến bộ, kinh nghiệm định lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng Trước nhu cầu thực tế cần thiết phải nghiên cứu phát triển kết cấu CM-XMLT nhịp lớn, tác giả đặt vấn đề nghiên cứu tính toán, thực nghiệm đề xuất kết cấu CM-XMLT-ƯST nhịp lớn Đây loại kết cấu kết hợp XMLT thép ƯST, dùng riêng cho CM-XMLT nhịp lớn CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CM-XMLT-ƯST NHỊP LỚN 2.1 Đặt vấn đề Việc xác định trạng thái ứng suất chuyển vị CM-XMLT theo toán vỏ mỏng không gian phương pháp phần tử hữu hạn hợp lý phản ánh tương đối xác làm việc thực tế cầu máng Tính toán theo lý thuyết dầm đơn giản mặt lý thuyết, đưa toán làm việc chiều nên cho trạng thái ứng suất biến dạng theo phương, ứng suất pháp theo phương dọc máng chuyển vị đứng thẳng góc với trục máng ANSYS phần mềm phân tích phần tử hữu hạn thông dụng, có khả thiết kế theo tham số dựa ngôn ngữ lập trình FORTRAN để xây dựng toán mô kết cấu cần thay đổi giá trị hình học, tải trọng (áp lực nước, lực căng cáp, tải trọng người đi), vật liệu Dựa phần mềm này, tác giả tiến hành thiết kế mô kết cấu CM-XMLT-ƯST theo tham số định trước, từ làm sở cho việc nghiên cứu thay đổi trạng thái ứng suất – biến dạng kết cấu cầu máng cho tham số thiết kế thay đổi 2.2 Lập trình tính toán ứng suất biến dạng CM-XMLT-ƯST nhịp lớn ngôn ngữ lập trình tham số APDL ANSYS 2.2.1 Mô hình hóa kết cấu CM-XMLT-ƯST Mô hình hóa kết cấu thân máng XMLT-ƯST mặt cắt chữ U theo toán không gian phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng loại phần tử: Phần tử khối 20 điểm nút SOLID187 mô kết cấu thân máng Phần tử cáp điểm nút LINK8 mô cáp ƯST Hai đầu máng kê lên gối đỡ dầm đơn, đầu ràng buộc chuyển vị thẳng, đầu ràng buộc chuyển vị thẳng theo phương đứng phương ngang máng Cầu máng vỏ mỏng XMLT-ƯST mặt cắt chữ U thép ƯST bố trí thẳng đáy máng, nên đáy máng cần có chiều dày lớn thành máng, Còn máng có nhịp ngắn trung bình không dùng ƯST, nên đáy máng cần dày thành máng chút có chiều dày chiều dày thành máng, trường hợp đáy máng có dạng nửa trụ tròn để dàng cho việc tạo ván khuôn 2.2.2 Lập trình tính kết cấu cầu máng ngôn ngữ APDL Chương trình tính kết cấu CM-XMLT-UST xây dựng sở phương pháp phần tử hữu hạn, dùng ngôn ngữ lập trình tham số APDL (ANSYS Parametric Design Language) ANSYS chương trình chuyên dụng phân tích kết cấu cầu máng tiết diện chữ U dạng file macro, để giải toán kết cấu CM-XMLT-ƯST có kích thước tùy ý trường hợp đặc biệt CM-XMLT thường (không ƯST) Hình 2.2 Đường biểu diễn chuyển vị đứng UY(L) đáy máng Hình 2.3 Đường biểu diễn ứng suất dọc SZ(L) đáy máng Hình 2.4 Đường biểu diễn ứng suất dọc SZ(L) đỉnh máng Hình 2.5 Đường biểu diễn ứng suất ngang SX(L) đáy máng Theo lý thuyết vỏ cầu máng vỏ mỏng dạng dầm có tỷ số chiều dài chiều cao tiết diện cầu máng L/Hm đủ lớn độ võng theo phương vuông góc với trục máng ứng suất pháp đáy máng theo phương dọc tính theo lý thuyết dầm đủ độ xác cần thiết Từ kết tính toán chuyển vị cầu máng CM-C có H = 1,4m, to = 0,2m ta xác định tỷ số L/Hm để kết tính toán theo lý thuyết dầm xấp xỉ theo lý thuyết vỏ cho Bảng 2.14, Hm = H + to = 1,6m Bảng 2.4 So sánh chuyển vị tính theo lý thuyết vỏ lý thuyết dầm Nhịp máng Li (m) Cầu máng MC-C UY (TLBT) UY (ALN) Tỷ số LT Dầm L22/Li (L22/Li) LT Vỏ TLBT ALN L8 -0,18805 -0,35493 22/8 2,750 57,9 37,47 39,31 L10 10 -0,3845 -0,74375 22/10 2,200 23,43 18,33 18,76 L12 12 -0,7254 -1,42132 22/12 1,833 11,30 9,71 9,82 L14 14 -1,2718 -2,5038 22/14 1,571 6,10 5,54 5,57 L16 16 -2,0918 -4,1311 22/16 1,375 3,57 3,37 3,38 L18 18 -3,2653 -6,456 22/18 1,222 2,23 2,16 2,16 L20 20 -4,8857 -9,6696 22/20 1,100 1,46 1,44 1,44 L22 22 -7,0468 -13,951 22/22 1,000 1,00 1,00 1,00 Tương tự Bảng 2.15 so sánh ứng suất đáy máng TLBT ALN xác định theo lý thuyết vỏ chương trình tính CM-XMLT-UST theo lý thuyết dầm Kết cho thấy L = 16m ứng suất tính theo lý thuyết vỏ lý thuyết dầm chênh không đáng kể, với máng CM-C có H = 1,4m, hay tỷ số 11 L/Hm = 16/1,6=10, ứng suất theo phương dọc máng tính theo lý thuyết dầm đạt độ xác cần thiết, đặc biệt ứng suất ALN Chuyển vị ứng suất CM-XMLT-ƯST với mặt cắt lại bảng 2.9 xem Phụ lục Phụ lục Bảng 2.5 So sánh ứng suất tính theo lý thuyết vỏ lý thuyết dầm Nhịp máng Li (m) Cầu máng MC-C Tỷ số LT Dầm L22/Li (L22/Li) LT Vỏ SZ (TLBT) SZ (ALN) TLBT ALN L8 331,22 627,11 22/8 2,750 7,5625 6,61 7,46 L10 10 509,25 953,19 22/10 2,200 4,8400 4,30 4,91 L12 12 727,98 1424,8 22/12 1,833 3,3611 3,01 3,28 L14 14 988,27 1902,3 22/14 1,571 2,4694 2,22 2,46 L16 16 1284,9 2527,9 22/16 1,375 1,8906 1,70 1,85 L18 18 1616,2 3145,3 22/18 1,222 1,4938 1,36 1,49 L20 20 1989,2 3923,3 22/20 1,100 1,2100 1,10 1,19 L22 22 2190,7 4679,9 22/22 1,000 1,0000 1,00 1,00 2.4 Kết luận Chương Tác giả lập chương trình chuyên dụng xác định trạng thái biến dạng ứng suất CM-XMLT-ƯST nhịp đơn tiết diện chữ U có chiều dài nhịp kích thước mặt cắt ngang tùy ý ngôn ngữ lập trình tham số (APDL) trường hợp đặc biệt sử dụng cho CM-XMLT thường (không ƯST) Nhờ chương trình tác giả tính toán thực nghiệm máy tính cho hàng trăm toán kết CM-XMLT-ƯST không ƯST tiết diện chữ U với loại kích thước mặt cắt ngang thường gặp Mỗi loại máng xuất bảng chuyển vị đứng bảng ứng suất suất dọc gồm ứng suất đáy máng, ứng suất đỉnh máng ứng suất vị trí cáp ƯST để tính tổn hao ứng suất từ biến ép co XMLT thuận tiện dễ dàng cho người muốn thiết kế CM-XMLT thường CM-XMLT-ƯST Tuy nhiên cần phải tiến hành thực nghiệm chế tạo thực tế máng XMLTƯST nhịp lớn để kiểm chứng lại khả chịu lực thật loại kết cấu này, kiểm chứng lại tổn hao ƯST Và qua kết chế tạo thực nghiệm CM-XMLT-ƯST nhịp lớn theo tỉ lệ mô hình 1:1 trình bày Chương đủ sở để đề xuất phương pháp tính toán, quy trình thiết kế công nghệ chế tạo hợp lý sử dụng cho CM-XMLT-ƯST nhịp lớn 12 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CM-XMLT NHỊP LỚN BẰNG PHƯƠNG PHÁP RUNG ÁP VÁN KHUÔN 3.1 Đặt vấn đề Chất lượng CM-XMLT nhịp lớn chế tạo phương pháp rung áp ván khuôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu thời gian rung, loại máy rung bố trí hệ rung ván khuôn Trong ba yếu tố nêu trên, vấn đề lựa chọn thời gian rung loại máy rung hợp lý dễ dàng giải biết mác vữa kích thước cấu kiện Mấu chốt phương pháp xác định vùng ảnh hưởng máy rung từ có biện pháp bố trí hệ máy rung hợp lý để đảm bảo tác động đồng đến vị trí cầu máng rung 3.2 Xác định vùng ảnh hưởng máy rung 3.2.1 Lựa chọn loại máy rung Chọn thông số đầm rung thông dụng sau: + Công suất động cơ: N = 1,1kW + Số vòng quay trục chính: n = 2850vòng/phút + Dòng điện: I = 8,75A; U = 220V + Khối lượng máy: mo = 10kg + Khối lượng văng: me = 2kg + Khoảng cách lệch tâm: re = 0,10m 3.2.2 Phạm vi ảnh hưởng máy rung Nguyên lý làm việc máy rung tạo lực kích động tác dụng lên ván khuôn, xung lực có dạng dao động tuần hoàn theo phương vuông góc với bề mặt ván khuôn viết dạng sau: Y K M P(t) C x X Hình 3.1 Mô hình động lực học hệ kết cấu ván khuôn P(t) = Posin(ωt+ϕ) (3-1) Với lực kích động máy rung, mô hình chuyển động kết cấu ván khuôn cho hình 3.2 Khi ván khuôn chịu lực kích động gây dao động cục tổng thể kết cấu, phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng M, độ cứng K độ cản C kết cấu ván khuôn Trong thực tế để xác định yếu tố gặp nhiều khó khăn chí thực Chủ yếu lựa chọn theo kinh nghiệm kết hợp mô máy tính để lựa chọn thông số máy bố trí hợp lý Bước đầu tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn giải máy tính để 13 xác định phạm vi ảnh hưởng lực kích động máy rung gây xác định bán kính ảnh hưởng máy rung R ≅ 1m 3.3 Lựa chọn sơ đồ bố trí máy rung CM-XMLT nhịp lớn 3.3.1 Bố trí máy rung Khi bố trí máy cầu máng coi máy đầm rung động hoạt động đồng thời, tần số pha (bỏ qua sai lệch ngẫu nhiên tần số pha) Về mặt lý thuyết, để thực tốt trình rung cần bố trí máy đầm rung cho trình làm việc xảy tượng cộng hưởng để tăng độ chặt, rút ngắn thời gian rung, biên độ dao động đạt khoảng A1 = (0,5÷1,0)mm thích hợp Trong thực tế thường bố trí theo kinh nghiệm chứng minh qua mô hình toán Qua kết tính toán sơ phạm vi ảnh hưởng máy rung phần trên, tác giả đề xuất số loại sơ đồ bố trí máy ván khuôn cầu máng dài L = 12m: bố trí máy; bố trí máy; bố trí 11 máy; bố trí 13 máy 3.3.2 Phân tích chọn phương án bố trí máy Trong phương án bố trí máy đầm rung ván khuôn, so sánh hiệu kinh tế chọn phương án bố trí 11 máy hợp lý Phương án giảm chi phí đầu tư máy móc thiết bị, vận hành đơn giản, tiết kiệm thời gian nhân lực Thời gian thi công cấu kiện phù hợp cho việc kiểm tra, bảo dưỡng Đồng thời trình thi công, có xảy cố hỏng máy khắc phục kịp thời mà không làm gián đoạn trình rung 3.3.3 Tính toán kiểm tra phương án chọn 3.3.3.1 Xây dựng mô hình kết cấu ván khuôn Dựa ngôn ngữ tham số hóa thiết kế (APDL) tác giả xây dựng toán rung áp ván khuôn với tham số kích thước máng, bố trí máy thông số máy rung tùy ý để dễ dàng cho việc nghiên cứu với máng có kích thước bố trí khác Mô hình phần tử hữu hạn kết cấu ván khuôn cho hình 3.9 Hình 3.2 Mô hình phần tử hữu hạn 14 3.3.3.2 Kết tính toán Hình 3.3 Biên độ dao động ván khuôn thời điểm 1s Hình 3.4 Biên độ dao động ván khuôn thời điểm 2s Hình 3.5 Biên độ dao động ván khuôn thời điểm 601s Hình 3.6 Biên độ dao động ván khuôn thời điểm 1502s 3.3.3.3 Nhận xét kết tính toán Từ kết tính toán cho thấy máy đầm rung động hoạt động đồng thời giai đoạn, tần số pha biên độ dao động theo phương đứng phương ngang máng tương đối đồng đều, vị trí đặt máy (điểm đặt lực kích động mô hình) có biên độ dao động cục theo phương vuông góc với mặt ván khuôn nhỏ Điều chứng tỏ bố trí máy theo sơ đồ 11 máy hợp lý mặt kỹ thuật 3.3.3.4 Thời gian rung thực tế xưởng Qua thực tế chế tạo máng XMLT xưởng theo sơ đồ 11 máy cho thấy thời gian thi công cho cấu kiện máng L = 12m 48 phút; thời gian rung t1 = 40 phút, thời gian đổ t2 = phút, sai số thời gian phối hợp t = phút 15 3.3.4 Kiểm tra lại khoảng cách bố trí đầm rung Để kiểm nghiệm lại khoảng cách bố trí đầm rung, tiến hành rung theo phương án bố trí máy đầm rung với R = 1m ván khuôn chế tạo máng L = 18m có đường kính Do = 1,2m chiều cao H = 1,4m Với khoảng cách trên, bố trí 16 máy đầm rung cho nhịp máng L = 18m Qua kết thực nghiệm xưởng cho thấy máng có chiều dài L = 18m, kết đo không sai khác so với máng có chiều dài nhịp L = 12m: Thời gian để thi công máng L = 18m 51 phút; thời gian rung t1 = 41 phút, thời gian đổ t2 = phút, sai số phối hợp t = phút 3.3.5 Ưu điểm công nghệ chế tạo CM-XMLT rung áp - Chất lượng cấu kiện XMLT nhịp lớn tốt công nghệ chế tạo khác - Sử dụng nguồn lao động thủ công chủ yếu - Trang thiết bị đơn giản dễ sử dụng, tiện lợi cho thi công vận hành thay - Sản xuất cấu kiện trường, tiện lợi mặt thi công - Tiết kiệm nhân lực, thời gian, phụ thuộc vào thời tiết, giảm chi phí bốc dỡ - Phục vụ tốt cho nhu cầu thi công địa hình phức tạp, thích hợp cho trường hợp thi công CM-XMLT nhịp lớn cao 3.4 Kết luận Chương Thông qua kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm máy tính xác định sơ bán kính ảnh hưởng máy rung ván khuôn phạm vi R ≅ 1m Từ kết nghiên cứu tác giả đề xuất sơ đồ bố trí máy ván khuôn nhịp máng dài 12m Dựa ưu nhược điểm hiệu kinh tế phương án bố trí, tác giả lựa chọn phương án bố trí 11 máy để xem xét hiệu chất lượng rung Thông qua kết tính toán mô máy tính phần mềm ANSYS thấy rõ hiệu đồng toàn ván khuôn Với chiều dài máng L = 12m bố trí 11 máy hợp lý Để kiểm nghiệm lại khoảng cách bố trí đầm rung R = 1m, tác giả tiến hành thực nghiệm trường ván khuôn nhịp máng L = 18m có đường kính Do = 1,2m chiều cao H = 1,4m Với khoảng cách R = 1m, bố trí 16 máy đầm rung Qua kết thực nghiệm xưởng nhận thấy máng có chiều dài nhịp máng L = 18m cho chất lượng tưng tự máng L = 12m CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNG ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CM-XMLT-ƯST NHỊP LỚN 4.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu thực nghiệm 4.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu thực nghiệm cầu máng XMLT-ƯST nhịp lớn để kiểm chứng lại khả chịu lực thật loại kết cấu này, kiểm chứng tổn hao ƯST 16 4.1.2 Nội dung thực nghiệm Thiết kế thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm Đánh giá xử lý kết thí nghiệm 4.2 Xây dựng mô hình thực nghiệm Cách tạo tải trọng: thực tế cầu máng chịu nhiều loại tải trọng bao gồm nước, người lại, gió… Để tiến hành gia tải đến phá hoại kết cấu thực quy đổi tương đương từ tải trọng nước người lại tải trọng cát Mẫu thí nghiệm: thực nghiệm nguyên mẫu cho 02 CM-XMLT-ƯST có chiều dài L = 12m 01 CM-XMLT-ƯST dài L = 18m Cả máng có mặt cắt hình chữ U với đáy máng căng cáp ƯST loại vật liệu Đại lượng Phương pháp đo: đo võng máy thủy bình, đo biến dạng xi măng lưới thép đo điện trở dụng cụ đồng hồ học 4.3 Thí nghiệm tiêu lý vật liệu xi măng lưới thép 4.3.1 Số lượng mẫu vật liệu xi măng lưới thép 4.3.1.1 Mẫu thí nghiệm loại vật liệu lưới thép Kết thí nghiệm kéo thép sợi φ1 mm chế tạo lưới có kích thước mắt lưới 10×10mm (ngày 20/11/2001, theo TCVN 197-85): Giới hạn chảy : σch = 5350daN/cm2; Giới hạn bền: σb = 7340daN/cm2 4.3.1.2 Mẫu thí nghiệm thành phần cấp phối vữa xi măng lưới thép Mẫu thí nghiệm có thành phần cấp phối vữa (ngày 18/03/2002) sau: + Xi măng Hoàng Thạch - PC 30 có Rn28= 314daN/cm2 + Cát vàng sông: γox = 1,38T/m3; γa = 2,65g/cm3; Mn= 2,68 4.3.2 Mẫu thí nghiệm kéo vật liệu xi măng lưới thép 4.3.2.1 Quy cách mẫu thí nghiệm kéo Khuôn mẫu gia công thép dày (6 ÷ 8)mm, gia công chế tạo với kích thước chuẩn: 400×100×40mm Hai đầu mẫu làm thép hình chữ T để dể dàng cho công việc kéo, phần nối với mẫu hàn (4÷6) thép φ6 dài 8cm để buộc định vị lưới thép tạo liên kết 4.3.2.2 Số lượng mẫu thí nghiệm kéo Mẫu thí nghiệm vật liệu XMLT thực từ ngày 28/05/2002 đến ngày 05/07/2002 công trường sản xuất CM-XMLT Kon Tum Bao gồm: + Mẫu có mác vữa M250 có loại đặt lớp lưới, lớp lưới, lớp lưới + Mẫu có mác vữa M300 có loại đặt lớp lưới, lớp lưới, lớp lưới + Mẫu có mác vữa M350 có loại đặt lớp lưới Mỗi nhóm mẫu có tổ mẫu, tổng cộng M250 có 15 tổ mẫu, M300 có 15 tổ mẫu, M350 có 05 tổ mẫu 17 4.3.3 Kết đo mẫu thí nghiệm vật liệu xi măng lưới thép 4.3.3.1 Dụng cụ thí nghiệm kéo Các dụng cụ thí nghiệm Viện Khoa học thủy lợi miền Nam Trung tâm Tiêu chuẩn đo lường khu vực kiểm định, bao gồm: + Máy kéo nén vạn năng: DLY 60 Trung Quốc + Đồng hồ đo biến dạng: Độ xác 0,001mm 4.3.3.2 Kết thí nghiệm kéo mẫu vật liệu xi măng lưới thép Bảng 4.1 Kết cường độ kéo phá hoại loại mẫu vật liệu XMLT TT Mác vữa Số lớp lưới E (daN/cm2) Rk (daN/cm2) M250 lớp lưới 164000 22,93 M250 lớp lưới 205000 27,85 M250 lớp lưới 250000 31,53 M300 lớp lưới 278000 32,13 M300 lớp lưới 302000 35,30 M300 lớp lưới 325000 38,65 M350 lớp lưới 362000 45,68 4.4 Thiết kế chế tạo mẫu thí nghiệm 4.4.1 Vật liệu Chế tạo CM-XMLT vữa xi măng cát M300 đặt lớp lưới thép sợi φ1mm chế tạo thành lưới có kích thước mắt lưới 10×10mm 4.4.2 Mẫu thí nghiệm Hình 4.1 Chế tạo mẫu CM-XMLT-ƯST nhịp L =12m nhịp L = 18m Thiết kế 03 máng XMLT-ƯST có kích thước mặt cắt ngang sau: + Kích thước máng: H = 1,40m; Do = 1,20m; t = 0,04m + Kích thước khoảng cách giằng bg×hg = 10×15cm, Lg = 2m + Kích thước đáy máng vị trí căng cáp: (0,50×0,2)m đó: 02 máng có chiều dài L = 12m, 01 máng có chiều dài L = 18m 18 4.4.3 Chế tạo mẫu thí nghiệm Từ 05/10/2007 đến 30/10/2007 công xưởng sản xuất CM-XMLT Đồng Xoài, Bình Phước, tác giả tiến hành chế tạo 03 mẫu CM-XMLT-ƯST với vật liệu kích thước 4.5 Thực nghiệm trường ứng suất biến dạng CM-XMLTƯST nhịp lớn Ngày 28/01/2008 công xưởng tác giả tiến hành thực nghiệm căng cáp ƯST đo đạc giá trị ứng suất độ võng CM-XMLT-ƯST 4.5.1 Các đại lượng cần đo + Đo lực kéo cáp; + Đo chuyển vị ; + Đo biến dạng 4.5.2 Thiết bị thí nghiệm + Gia tải: hai đầu máng xếp bao tải cát, máng đổ cát khô + Thiết bị đo chuyển vị: sử dụng máy thủy chuẩn Nikon Nhật, mia gắn cố định kết cấu + Thiết bị đo biến dạng: sử dụng máy đo biến dạng Instruments Division P3500 Strain Indicator Mỹ để đọc liệu từ straingage + Thiết bị kéo cáp: Sử dụng kích thủy lực SPX Power Team Mỹ Các thiết bị thí nghiệm hiệu chuẩn Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng (Quatest 3) thời gian hiệu chuẩn 4.5.3 Bố trí thiết bị đo Máng đặt tự hai gối tuyệt đối cứng nằm ngang để đảm bảo trình thí nghiệm không ảnh hưởng đến kết đo Bố trí điểm đo đáy đỉnh máng để xác định ứng suất lớn theo phương dọc máng Bố trí điểm đo thành máng hai đầu để xác định ứng suất lớn Số lượng điểm thí nghiệm máng: + 20 điểm đo dụng cụ đồng hồ học, ký hiệu từ T1 đến T20 + điểm đo điện trở, ký hiệu từ L1 đến L8 + điểm đo độ võng M1 đến M3 Hình 4.2 Vị trí điểm đo máng số 1, 2, Vị trí điểm đo mặt cắt nhịp định vị hình 4.7, từ T1 đến T20 điểm đo thiên phân kế, từ L1 đến L8 điểm đo điện trở, từ M1 đến M3 điểm đo độ võng 19 4.5.4 Tiến hành thực nghiệm Hình 4.3 Quá trình gia tải cát vào máng thực nghiệm Bước 1: Công tác chuẩn bị Cố định mẫu để đảm bảo trình gia tải, căng kéo cáp ổn định Vệ sinh mẫu, chuẩn bị đủ số lượng bao tải cát cát gia tải Đánh số thứ tự điểm đo mẫu Bước 2: Lắp đặt kiểm tra thiết bị đo Kết nối thiết bị đo: straingage với máy để đọc liệu Kiểm tra hoạt động đồng hồ học Gắn straingege thiết bị đo biến dạng lên vị trí đánh dấu Bước 3: Bắt đầu thí nghiệm Gia tải cát cần đổ tránh rung động ảnh hưởng đến kết đo Quá trình căng cáp sau: sau luồn cáp vào ống gen lắp đầu neo vào cáp, tiến hành kéo cáp sợi đảm bảo đối xứng theo cấp lực kéo ứng với giai đoạn với lực căng cáp ƯST tăng dần theo cấp cho bảng 4.3 Bảng 4.2 Lực kéo ƯST cuối giai đoạn căng cáp Lực căng cáp ƯST T(kN/1 cáp) giai đoạn: G.đoạn G.đoạn G.đoạn G.đoạn G.đoạn G.đoạn G.đoạn 28,90 50,56 75,83 90,27 119,15 137,20 137,20 Tổng lực căng cáp ƯST LNT(kN) giai đoạn: 144,50 252,80 379,15 451,35 595,75 686,00 686,00 Đối với máng số (L = 12m), sau luồn cáp vào ống gen lắp đầu neo vào cáp, tiến hành kéo cáp sợi theo giai đoạn: Giai đoạn đến giai đoạn 6: Tiến hành tương tự máng số máng số 3, tức kéo căng cáp ứng với cấp tải trọng từ 28,90 ÷ 137,20kN/1 sợi, đo ứng suất đo biến dạng máng ứng với giai đoạn 20 Hết giai đoạn dừng kéo cáp neo sợi cáp lại, không thực giai đoạn máng số máng số 4.6 Kết thực nghiệm CM-XMLT-ƯST nhịp lớn 4.6.1 Kết thực nghiệm cầu máng số máng số (L = 12m) Tổng hợp giá trị đo ứng suất đáy máng độ võng hai máng số số vào bảng 4.10 4.12 Từ bảng cho thấy chúng xấp xỉ có sai khác không lớn Vậy kết đo thực nghiệm trường tin cậy Bảng 4.3 Tổng hợp kết đo ứng suất đáy máng CM-XMLT-ƯST số Tên máng LNT(kN) Máng số Máng số T.nghiệm T.toán G.Đ 252,80 -6,85 -5,73 -6,29 -6,768 Ứng suất đáy máng (daN/cm2) G.Đ G.Đ G.Đ G.Đ 379,15 451,35 595,75 686,00 -13,03 -16,98 -24,69 -27,84 -13,64 -16,93 -24,54 -28,27 -13,335 -16,955 -24,615 -28,06 -13,788 -17,800 -25,824 -30,839 G.Đ 686,00 -18,11 * Bảng 4.4 Tổng hợp kết đo độ võng đáy máng CM-XMLT-ƯST số Tên máng LNT(kN) Máng số Máng số T.nghiệm T.toán G.Đ 252,80 0,45 0,43 0,44 -0,036 G.Đ 379,15 0,83 0,81 0,83 0,308 Độ võng (mm) G.Đ G.Đ 451,35 595,75 0,93 1,46 1,03 1,50 0,98 1,48 0,505 0,898 G.Đ 686,00 1,88 1,75 1,81 1,144 G.Đ 686,00 0,55 * Căn vào kết thực nghiệm máng số số 2, kết luận loại CM-XMLT-ƯST (có D = 1,2m L =12m) cần kết thúc căng cáp ƯST cuối giai đoạn (tương ứng lực căng cáp: 90kN/1 sợi) 4.6.2 Kết thực nghiệm cầu máng số (L = 18m) Theo kết thực nghiệm cầu máng số 3, trình kéo cáp ƯST, giá trị ứng suất lớn xuất cuối giai đoạn kết thúc căng cáp Sau chất tải lớn lên cầu máng (kết thúc giai đoạn 7) ứng suất nén đáy máng ứng suất kéo đỉnh máng giảm nhỏ nhiều so với kết thúc căng cáp (giai đoạn 6) Ứng suất nén đáy máng giảm nhỏ chuyển thành ứng suất kéo đáy cầu máng Đồng thời ứng suất kéo đỉnh máng sau chịu tải chuyển thành ứng suất nén Như vậy, kết cấu CM-XMLT-ƯST số 3, loại nhịp L=18m việc lựa chọn lực căng cáp tối đa đến cuối giai đoạn (tương ứng lực căng cáp: 137kN/1 sợi) kết thúc phù hợp 21 Hình 4.4 Đường biểu diễn quan hệ Hình 4.5 Đường biểu diễn quan hệ độ ứng suất đáy máng lực nén trước võng lực nén trước 4.6.3 Đánh giá chung kết thực nghiệm cầu máng số 1, 2, Qua kết thực nghiệm CM-XMLT-ƯST 1, 2, cho thấy với máng số số có kích thước (L = 12m) lực căng cáp kết thúc cuối giai đoạn (tương ứng lực căng cáp 90kN/1 sợi) phù hợp Máng số có kích thước dài (L = 18m) lực căng cáp kết thúc cuối giai đoạn (tương ứng lực căng cáp 137kN/1 sợi) phù hợp Như vậy, với loại kích thước CM-XMLT-ƯST định lựa chọn lực căng cáp ƯST phù hợp có lợi cho kết cấu cầu máng nội lực độ võng Với phần mềm ANSYS, qua tính toán dễ dàng chọn lựa giá trị căng cáp ban đầu thuận lợi việc kiểm nghiệm qua thực nghiệm Tuy nhiên trường hợp điều kiện thực nghiệm chọn giá trị tính toán để đưa vào sử dụng với sai số không nhiều 4.7 Xác định tổn hao ứng suất trước từ thực nghiệm Để xác định sơ tổn hao ứng suất lực căng trước thực nghiệm, ta phân kết tính ứng suất độ võng đáy máng nhịp tìm tính toán thực nghiệm trường thành nhóm Nhóm thứ trọng lượng thân, áp lực nước tải trọng người đi, nhóm thứ hai lực căng cáp cầu máng số 1, số số cho bảng 4.16 bảng 4.17 Bảng 4.5 Bảng tổng hợp ứng suất độ võng cầu máng số Nhóm tải trọng 1: TLBT+ALN Nhóm tải trọng 2: LNT Kết theo Võng (mm) Ứ.S (daN/cm ) Võng (mm) Ứ.S (daN/cm2) Tính toán -2,1467 21,528 1,86984 -38,1188 Th nghiệm -1,6272 16,074 2,2572 -33,9744 Chênh + 0,5195 + 5,454 - 0,38736 -4,1444 (31,9%) (33,9%) (17,16%) (12,2%) Từ bảng 4.16 cho thấy tải trọng thuộc nhóm tải trọng tương đối đồng tính toán thực nghiệm, nên kết khác nguyên nhân tải trọng Còn nhóm thứ hai nguyên nhân nhóm 1, nguyên nhân tải trọng, tổn hao ƯST cáp trình căng cáp trình chịu lực Vậy tổng tổn hao ứng 22 suất cáp ƯST xác định từ kết tính theo lý thuyết thực nghiệm sau: Tổng tổn hao Σσh=SZ(LNT)LT - SZ(LNT)TN (daN/cm2) Bảng 4.6 Bảng tổng hợp ứng suất độ võng cầu máng số Nhóm tải trọng 1: TLBT+ALN Nhóm tải trọng 2: LNT Kết theo Võng (mm) Ứ.S (daN/cm ) Võng (mm) Ứ.S (daN/cm2) Tính toán -9,7213 47,615 4,0919 -37,3058 Th nghiệm -7,822 38,8408 5,362 -30,10 Chênh - 1,8993 + 8,7742 -1,2702 -7,2058 (24,28%) (22,59%) (23,69%) (23,94%) 4.8 Kết luận Chương Kết đo ứng suất biến dạng đáy máng XMLT-ƯST số máng số theo giai đoạn căng cáp ƯST có giá trị xấp xỉ với sai số nhỏ, cho thấy kết đo đạc thực nghiệm trường tin cậy Với loại kích thước CM-XMLT-ƯST định lựa chọn lực căng cáp ƯST phù hợp có lợi cho kết cấu cầu máng nội lực độ võng Tuy nhiên trường hợp điều kiện thực nghiệm chọn giá trị tính toán để sử dụng với sai số không nhiều Quan hệ ứng suất, biến dạng đáy máng với lực căng cáp ƯST thân máng XMLT-ƯST theo tính toán theo thực nghiệm tuyến tính đường thẳng gần song song Trong tổn hao ứng suất lực căng cáp đóng vai trò quan trọng, theo tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép ƯST nhiều nước lấy tổng tổn hao không 1000daN/cm2 với phương pháp căng trước 800daN/cm2 với phương pháp căng sau, điều cho thấy công thức tính tổn hao tiêu chuẩn thiết kế chưa yên tâm hoàn toàn Cho nên với CM-XMLT-ƯST nhịp lớn sử dụng lần đầu cần có kiểm tra ứng suất biến dạng thí nghiệm trường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt Luận án (1) Tác giả lập chương trình chuyên dụng xác định trạng thái biến dạng ứng suất CM-XMLT-ƯST nhịp đơn tiết diện chữ U có chiều dài nhịp kích thước mặt cắt ngang tùy ý ngôn ngữ lập trình tham số (APDL) trường hợp đặc biệt sử dụng cho CM-XMLT thường (2) Tác giả tính toán thực nghiệm máy tính cho hàng trăm toán kết cấu máng XMLT-ƯST không ƯST tiết diện chữ U với loại kích thước mặt cắt ngang thường gặp (3) Tác giả tiến hành nghiên cứu chế tạo thực nghiệm trường với kích thước CM-XMLT-ƯST So sánh kết tính toán mô máy tính đo đạc trường để kiểm chứng khả chịu lực thực tế cầu 23 máng xác định sơ lượng tổn hao ứng suất trình căng cáp ƯST Giá trị nằm phạm vi từ 10% đến 25% (4) Tác giả áp dụng thành công công nghệ chế tạo CM-XMLT phương pháp rung áp ván khuôn Thông qua kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm máy tính xác định sơ bán kính ảnh hưởng máy rung ván khuôn phạm vi R = 1m (5) Từ kết nghiên cứu xác định phạm vi ảnh hưởng máy rung Dựa ưu nhược điểm hiệu kinh tế phương án bố trí, tác giả lựa chọn phương án bố trí 11 máy cho máng L = 12m để xem xét hiệu chất lượng rung Thông qua kết tính toán mô máy tính phần mềm ANSYS thấy rõ hiệu đồng toàn ván khuôn (6) Để kiểm nghiệm lại khoảng cách bố trí đầm rung tối ưu R = 1m, tác giả tiến hành thực nghiệm trường ván khuôn nhịp máng L =18m; có đường kính D =1,2m; chiều cao H = 1,4m Qua kết thực nghiệm xưởng nhận thấy máng có chiều dài nhịp máng L = 18m có chất lượng không sai khác so với máng có chiều dài nhịp L = 12m Những đóng góp Luận án (1) Xây dựng thuật toán giải cho toán CM-XMLT-ƯST lập chương trình ngôn ngữ tham số kết hợp với phần mềm ANSYS để giải toán, tạo thuận lợi chủ động cho cán nghiên cứu tính toán thiết kế loại kết cấu Đồng thời tác giả sử dụng chương trình lập xây dựng bảng tra, biểu đồ quan hệ tiện lợi cho người dùng (2) Trên sở thuật toán, chương trình lập kinh nghiệm công tác, tác giả tiến hành nghiên cứu, lựa chọn công nghệ chế tạo CM-XMLT-ƯST theo phương pháp rung áp ván khuôn với việc đề xuất loại công suất, số lượng phương án bố trí động để chế tạo CM-XMLT-ƯST vỏ mỏng (3) Luận án tiến hành thực nghiệm trường, đo ứng suất biến dạng CMXMLT-ƯST nhằm minh chứng cho độ tin cậy thuật toán chương trình lập, kết công nghệ chế tạo đề xuất Cũng qua thí nghiệm trường, kiểm chứng lại đại lượng tổn hao ứng suất trước việc chế tạo cầu máng Những tồn hướng nghiên cứu tiếp (1) Vật liệu gia tải thực nghiệm trường nước (2) Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện toán phần mềm ANSYS có kể đến tính phi tuyến vật liệu (3) Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng kết cấu ván khuôn trình rung tìm vị trí đặt máy rung ván khuôn hợp lý Kiến nghị Đưa kết nghiên cứu sử dụng thiết kế chế tạo cầu máng cho công trình dẫn nước Việt Nam./ 24 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Phạm Cao Tuyến, Vũ Hoàng Hưng, “Nghiên cứu công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn phương pháp rung áp ván khuôn”, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển nông thôn, số 10, pp 71-75, 05/2016 Phạm Cao Tuyến, “Nghiên cứu thực nghiệm ứng suất biến dạng cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn trường”, Tạp chí Xây dựng, số 07, pp 65-67, 07/2015 Phạm Cao Tuyến, “Nghiên cứu thực nghiệm cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn máy tính”, Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, số 49, pp 122-128, 06/2015 Phạm Cao Tuyến, “Công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép nhịp ngắn”, Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, số 15, pp 129-136, 11/2006 Phạm Cao Tuyến, “Công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn phương pháp rung áp ván khuôn”, Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, số 15, pp 137-144, 11/2006 Phạm Cao Tuyến, “Một số nghiên cứu tính toán thiết kế cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn”, Tuyển tập báo cáo khoa học kỷ niệm 25 năm đoàn ĐH, 2001 ... yêu cầu thực tế ngày cao cầu máng nhịp lớn đòi hỏi phải sâu nghiên cứu hình thức kết cấu CM-XMLT nhịp lớn Việc lựa chọn đề tài Luận án Nghiên cứu kết cấu công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới. .. thái ứng suất biến dạng cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước (CM-XMLT-ƯST) nhịp lớn đề xuất công nghệ chế tạo CMXMLT phù hợp Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Luận án kết cấu. .. cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn máy tính”, Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, số 49, pp 122-128, 06/2015 Phạm Cao Tuyến, Công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép nhịp ngắn”,