Phân tích cầu dầm I BTCT DUL liên hợp với bản mặt cầu

Hướng dẫn nâng cao Cầu dầm bê tông đúc sẵn liên hợp mặt cầu NỘI DUNG Tóm tắt Kích thước cầu / Vật liệu / Tải trọng / Mở File cài đặt chương trình Đặc tính mặt cắt vật liệu Thơng số vật liệu / Đặc tính vật liệu thao thời gian / Thông số mặt cắt / Mơ hình kết cấu sử dụng chức Nodes Elements 12 Dầm đúc sẵn / 13 Dầm ngang / 14 Điều kiện biên kết cấu 15 Dữ liệu tải trọng 17 Nhóm tải trọng / 17 Tĩnh tải / 17 Tải trọng dự ứng suất / 21 Tải trọng di chuyển / 28 Dữ liệu bước thi cơng 36 Nhó phần tử / 36 Khai báo bước thi cơng / 37 Thực phân tích kết cấu Verification and Interpretation of Results Tổ hợp tải trọng / 44 Đồ thị mát US theo thời gian/ 47 Mất mát ứng suất trước cáp / 49 Độ giãn dài cáp / 50 Đường ảnh hưởng / 51 Moving Load Tracer / 52 Ứng suất dầm đúc suốt q trình thi cơng / 53 Bending Moment Diagrams in Precast Beams / 54 Biểu đồ lực cắt dầm đúc / 56 Phản lực / 57 44 44 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Tóm tắt Bài ví dụ phân tích cầu giản đơn với chiều dài nhịp 120 ft, khơng có góc nghiêng theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD Kết cấu bao gồm dầm căng trước với khoảng cách dầm 9’-0” Các dầm thiết kế để liên hợp với mặt cầu bê tông đúc chỗ, có chiều dày 8-in để chống lại ảnh hưởng tĩnh tải bổ sung, hoạt tải va chạm Chiều dày bề mặt lớp phủ ½ in, phần chiều dày 8-in mặt cầu Và tính tốn thêm 2-in cho lớp phủ mặt cầu xây dựng tương lai Ví dụ giống với phần trình bày hướng dẫn thiết kế cầu PCI_PCI Bridge Design Manual Các kích thước cầu: Hình 1a Mặt cắt ngang cầu Hình 1b Kích thước dầm đúc sẵn ADVANCED APPLICATIONS Vật liệu: Bê tông – Bản mặt dầm ngang ASTM C4000 Mô đun đàn hồi: Hệ số Poisson’s: Mật độ/ tỉ trọng: Cường độ bê tông (28-ngày) Tổng chiều dày mặt Độ dày kết cấu mặt cầu Chiều sâu dầm ngang Bề rộng dầm ngang Bề rộng dầm ngang 3834 ksi 0.2 0.150 kcf 4.0 ksi 8.0 in 7.5 in 7.5 in (bằng với độ dày mặt cầu) 10 ft (k/c từ tâm tới tâm dầm ngang) ft Bê tông – Dầm đúc sẵn ASTM C6500 Mô đun đàn hồi: Hệ số Poisson’s: Tỷ trọng: Cường độ bê tông (28-ngày) 4888 ksi 0.2 0.150 kcf 6.5 ksi Thép – Cáp dự ứng lực: ½ in đường kính tao cáp, sợi, độ tự chùng thấp Mô đun đàn hồi: 28500 ksi Cường độ cực hạn: 270.0 ksi Cường độ chảy dẻo: 243.0 ksi Tải trọng: Tĩnh tải Bê tông mặt cầu Dầm PC bên (8/12ft) (7.5ft) (0.150kcf) = 0.750 kip/ft Dầm PC bên (8/12ft) (9.0ft) (0.150kcf) = 0.900 kip/ft Nách dầm (0.5/12ft) (3.5ft) (0.150kcf) = 0.022 kip/ft Rào chắn (2 rào chắn)(0.300 kip/ft)/(6 dầm) = 0.100 kip/ft Mặt mặt cầu tương lai (2/12ft)(0.15kcf)(48ft)/(6 dầm) = 0.200 kip/ft Tải trọng dự ứng suất Ứng suất cáp trước chuyển = 202.50 ksi (75% cường độ tối đa) Giả thiết mát US ban đầu co ngắn đàn hồi = 9.2 % (18.6 ksi) Do đó: ứng suất cáp sau chuyển = 183.90 ksi Tải trọng di chuyển (AASHTO LRFD) HL-93 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Mở File cài đặt chương trình > > New Project Save (PSC Single Span) Tools Tab > Unit System Length>in; Force (Mass)>kips  Hình Mở File cài đặt chương trình làm việc ADVANCED APPLICATIONS Đặc tính mặt cắt vật liệu Với kết cấu vật liệu mặt cắt khai báo với thông số Đặc tính vật liệu: Các vật liệu khai báo theo trình tự sau: Bản mặt cầu_Deck Dầm đúc sẵn_Precast Beams Cáp_Tendons Dầm ngang_Cross Beams Tới Properties Tab > Material Properties  Properties dialog box>Material tab> Nhấn Name>Deck Type of Design>Concrete Standard>None Modulus of Elasticity>3834 (được tính cho bê tông Grade C4000 theo công thức AASHTO) Poisson’s Ratio>0.2 Weight Density>0  Nhấn Chú ý: Tỷ trọng khối lượng mặt cầu gán với giá trị 0, muốn xử lý khối lượng mặt tải trọng dầm_Beam Loads, ngược lại tải trọng thân lại chương trình tính toán tự động sau khai báo mặt cắt liên hợp cho bước thi công (tham khảo trang 40) Hình Cửa sổ liệu mặt cắt SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Name> Precast Beams Type of Design>Concrete Standard>None Modulus of Elasticity>4888 (tính tốn cho bê tông Grade C6500 theo công thức AASHTO) Poisson’s Ratio (0.2) Weight Density (8.681e-005) kips/in3 (i.e., 0.150 kcf)  Nhấn Name> Tendon Type of Design>User Defined Standard>None Modulus of Elasticity>28500 Poisson’s Ratio (0.3) Weight Density (8.681e-005) kips/in3 (i.e., 0.150 kcf)  Nhấn Note: Ví dụ hướng dẫn này, tỷ trọng cáp xem xét giống với tỷ trọng bê tơng, dễ dàng so sánh kết với ví dụ hướng dẫn thiết kế cầu PCI Trong ví dụ PCI Bridge Design Manual không xem xét riêng tỷ trọng cáp) Name> Cross Beams Type of Design>Concrete Standard>None Modulus of Elasticity>3834 (tính tốn cho bê tơng Grade C4000 theo công thức AASHTO) Poisson’s Ratio (0.2) Weight Density (0)  Nhấn Chú ý: Tỷ trọng khối lượng dầm ngang gán với giá trị chúng dầm hư cấu/ dầm ảo sử dụng cho việc mơ hình tải trọng di chuyển (them khảo trang 32) Nhấn ADVANCED APPLICATIONS Đặc tính vật liệu thay đổi theo thời gian: Properties Tab > Time Dependent Material Section > Creep / Shrinkage  Time Dependent Material (Creep / Shrinkage) dialog box > Nhấn Name>CEB-FIP Code>CEB-FIP(1990) Compressive strength of concrete at the age of 28 days>6.5 Relative Humidity of ambient environment (40–99)>70 Notational size of member>10 (Đây giá trị tạm thời thay thể sau tính tốn chương trình) Type of cement>Normal or rapid hardening cement (N, R)  Age of concrete at the beginning of shrinkage>3 Nhấn Nhấn Nhấn Nhấn Hình Dữ liệu co ngót từ biến SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Hình Hệ số từ biến Properties Tab > Time Dependent Material Section > Comp Strength  Time Dependent Material (Comp Strength) dialog box > Nhấn Name>C6500 Type>Code Development of Strength>Code>CEB-FIP Mean Compressive Strength at 28 Days>7.66 Cement Type(s)> N, R: 0.25 Nhấn Nhấn Nhấn ADVANCED APPLICATIONS Hình Dữ liệu cường độ nén Properties Tab > Time Dependent Material Section > Material Link  Time Dependent Material Type>Creep/Shrinkage>CEB-FIP Time Dependent Material Type>Comp Strength>C6500 Select Material to Assign>Materials>2:Precast Beams Nhấn Nhấn Nhấn Hình 7: Cử sổ liên kết đặc tính vật liệu theo thời gian SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Analysis Tab > Moving Load Analysis Control Load Point Selection>Influence Line Dependent Point Analysis Results>Frame>Normal+Concurrent Force/Stress Check on Combined Stress Calculation Hình 35 Dữ liệu quản lý phân tích tải trọng di chuyển 43 ADVANCED APPLICATIONS Thực phân tích kết cấu Analysis Tab / Perform Analysis Kiểm tra giải thích kết Tổ hợp tải trọng: Chọn chế độ Post Construction Stage ( Results Tab> ) Combinations  Load Combinations dialog box>General tab>Nhấn Option>Add Add Envelope (on) Code Selection>Concrete Design Code>AASHTO-LRFD12 Manipulation of Construction Stage Load Case>ST+CS Load Modifier>1 Load Factors for Permanent Loads (γ ): Component and Attachments>Load Factor>Both Wearing Surfaces and Utilities>Load Factor>Both Condition for Temperature>All Other Effects Nhấn 44 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Hình 36 Tạo thành tổ hợp tải trọng 45 ADVANCED APPLICATIONS Hinh 37 Tự động tạo tổ hợp tải trọng Hình 38 Khai báo đường bao_Envelope 46 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Đồ thị mát ứng suất theo thời gian: Trong hướng dẫn này, tiền tố TH viết tắt cáp chằng TS cáp thẳng Nút Animate dùng để quan sát đồ thị mát ứng suất cáp chọn cho tất bước thi công Results Tab > Tendon Loss Graph  Đồ thi cáp “TH1” Bước tự động mô Tendon>TH2 Stage>Stage Step>Last Step Nhấn Hình 39 Đồ thị mát ứng suất cáp TH2 47 ADVANCED APPLICATIONS Tendon> TS2 Hình 40 Đồ thị mát ứng suất cáp TS2 Nhấn 48 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Mất mát ứng suất trước cáp: Trong Tree Menu: Nhấn chọn tab Tables Result Tables > Tendon > Tendon Loss  Do mát US tính tốn dựa tiêu chuẩn CEB-FIP, kết chúng khác với kết đưa Hướng dẫn phân tích cầu_PCI Bridge Design Manual, sử dụng tiêu chuẩn AASHTO Hình 41 Mất mát ứng suất trước cáp (Stress) Hình 42 Mất mát ứng suất trước cáp (Force) 49 ADVANCED APPLICATIONS Đọ dãn dài cáp: Tools / Unit System Length>in; Force (Mass)>kips  Trong Tree Menu: Nhấn chọn tab Tables Result Tables>Tendon> Tendon Elongation  Hình 43 Độ dãn dài cáp 50 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Đường ảnh hưởng: Nhấn chọn tab Model View Nhấn Initial View Nhấn Iso View Tools / Unit System Length>ft; Force (Mass)>kips  Trong Tree Menu: Nhấn chọn tab Menu Results Tab > Influence Lines > Beam Forces/Moments  Line/Surface Lanes>LANE all Key Element>13 Scale Factor>1 Parts>j Components>My Type of Display>Legend (on) Nhấn Biểu đồ đường ảnh hưởng mô men (My) điểm đầu phần tử 13 thể Hình 44 Vị trí đường ảnh hưởng tương ứng với khoảng nhịp dầm đúc Hình 44 Biểu đồ đường ảnh hưởng 51 ADVANCED APPLICATIONS Quỹ đạo tải trọng di chuyển: Nhân chọn tab Moving Tracer ChọnBeam Forces/Moments Moving Load Cases>MVmax: MLC Key Element>13 Scale Factor>1 Parts>j Components>My Type of Display>Contour (on) ; Legend (on) ; Applied Loads (on) Nhấn Nhấn Vị trí tải trọng di chuyển tạo mô men cực đại (My) điểm dầm phần tử thể Hình 45 Vị trí tương ứng với khoảng nhịp dầm đúc Hình 45 Moving Load Tracer 52 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Ứng suất dầm đúc suốt q trình thi cơng: Chọn Stage Toolbar ( Tools Tab/ Unit System Length>in; Force (Mass)>kips  ) Trong Tree Menu: Nhấn chọn tab Table Result Tables>Composite Section for C.S.> Beam Stress  Records Activation dialog box: Loadcase/Combination>Summation(CS) Stage/Step>Stage 1:0003(last) (on) ; Stage 2:0003(last) (on) Part Number>Part j Nhấn Hình 46 Hộp thoại ghi lại việc kích hoạt thi cơng Bảng thống kê lực dọc trục, mô men uốn, ứng suất tổ hợp dầm bê tông đúc sẵn (các phần tử từ tới 71) đầu “j” bước thi công 53 ADVANCED APPLICATIONS Hình 47 Ứng suất dầm đúc suốt q trình thi cơng Biểu đồ mô men uốn dầm đúc: Tools Tab / Unit System Length>ft; Force (Mass)>kips  Nhấn Top View Toggle on Element Number Select Window > Elements 25to69by4 View Tab > Activate Nhấn Front View Nhấn chọn tab Model View Results Tab> Forces > Beam Diagrams  Load Cases/Combinations>CS: Summation Components>My Display Options>5 Points (on) ; Solid Fill (on) Type of Display>Contour (on) ; Legend (on) Nhấn Biểu đồ mô men uốn (My)của dầm đúc (các phần tử từ 25 tới 69 trừ phần tử số 4) bước thi công 1, cho tất bước thi cơng lại hiển thị 54 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Hình 48 Biểu đồ mô men uống dầm đúc bước Bật Active Fix Status Bar Chọn Post Construction Stage ( ) Load Cases/Combinations> CBall: RC ENV_STR Components>My Nhấn Đường bao biểu đồ mô men uốn (My) sau thi công (Post CS) điều kiện cường độ cho dầm đúc sẵn (các phần tử từ 25 tới 69 trừ phần tử số 4) thể Hình 49 Hình 49 Đường bao biểu đồ mơ men uốn sau thi công dầm đúc 55 ADVANCED APPLICATIONS Biểu đồ lực cắt dầm bê tông đúc sẵn: Load Cases/Combinations> CBall: RC ENV_STR Components>Fz Nhấn Nhấn Đường bao biểu đồ lực cắt (Fz) sau thi công (Post CS) điều kiện cường độ cho dầm đúc sẵn (các phần tử từ 25 tới 69 trừ phần tử số 4) thể Hình 50 Hình 50 Đường bao biểu đồ lực cắt sau thi công dầm đúc 56 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Phản lực: Trong Tree Menu: Nhấn chọn tab Tables Result Tables > Reaction  Records Activation dialog box>Loadcase Combination>gLCB1(CB:max) Nhấn Hình 51 Hộp thoại Records Activation Bảng sau thể phản lực tối đa tương ứng với tổ hợp tải trọng LCB1 sau thi cơng Hình 52 Phản lực tối đa sau thi cồn tổ hợp LCB1 57 ... Tải trọng di chuyển (AASHTO LRFD) HL-93 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Mở File cài đặt chương trình > > New Project Save (PSC Single Span) Tools Tab > Unit System Length>in;... Bending Moment Diagrams in Precast Beams / 54 Biểu đồ lực cắt dầm đúc / 56 Phản lực / 57 44 44 SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Tóm tắt Bài ví dụ phân tích cầu giản đơn... động sau khai báo mặt cắt liên hợp cho bước thi công (tham khảo trang 40) Hình Cửa sổ liệu mặt cắt SINGLE SPAN COMPOSITE PRECAST BEAMS AND DECK SLAB BRIDGE Name> Precast Beams Type of Design>Concrete