Phân tích cầu dây văng bước cuối cùng thi công và gđ khai thác tập 1 Hiếm

Bài tập hướng dẫn nâng cao 12 Phân tích bước cuối thi công tịnh tiến giai đoạn cho cầu dây văng PC (Phần I) Civil Mục lục Lời luận kết Phân tích lực căng cáp ban đầu có xem xét thi công theo giai đoạn Thông số cầu Tải trọng Cài đặt môi trường làm việc Khai báo tính chất Định nghĩa tính chất vật liệu Định nghĩa thông số mặt cắt Mơ hình kết cấu 10 Nhập nút 10 Nhập phần tử 11 Nhập điều kiện biên 12 Nhập liên kết gối 12 Nhập điểm offset đầu dầm 12 Liên kết cứng 13 Mơ hình điều kiện gỗi đỡ (support) 14 Nhập tải trọng 15 Khai báo loại tải trọng 15 Khai báo tĩnh tải chất thêm 16 Tải trọng thân dầm ngang 16 Nhập lực căng cáp 17 Phân tích kết cấu 18 Tính tốn lực căng ban đầu 19 Khai báo tổ hợp tải trọng 19 Tính tốn hệ số tải trọng chưa rõ 20 Kiểm tra biến dạng 26 Kiểm tra nội lực 28 Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Lời luận kết Cầu dây văng hệ thống kết cấu cấu thành kết hợp hiệu dây cáp, dầm chủ tháp cầu Dạng cầu có bề ngồi đẹp dễ dàng hòa hợp với cảnh quan xung quanh hệ thống kết cấu đa dạng tạo nên thay đổi hình dạng tháp cách bố trí dây cáp Cầu dây văng loại cầu mà hệ thống cáp xiên truyền lực sinh từ dầm cầu Lực nén lớn sinh tháp cầu dầm chủ kết cấu cầu Xem xét đặc điểm trên, Cầu dây văng sử dụng vật liệu bê tông dự ứng lực trước cho hệ thống dầm chủ có ưu điểm sau:  Có sức kháng oằn cao so sánh với cầu dây văng dầm thép độ cứng lớn tháp cầu dầm chủ  Có sức kháng gió động đất so sánh với cầu dây văng dầm thép có khối lượng nặng hơn, độ cứng cao hệ số chống rung cao  Cầu dây văng bê tông tốt cầu dây văng thép khả sử dụng độ cứng dầm chủ lớn độ võng hoạt tải nhỏ (dẫn đến khả kiểm soát tiếng ồn rung tốt hơn)  Có giá thành thấp dễ dàng bảo dưỡng so với cầu dây văng thép  Có khả thi cơng hiệu chủ yếu bao gồm cơng tác hẫng xây dựng cách thi cơng phía tháp cầu  Có tính kinh tế giảm thiểu chiều cao dầm chủ tạo khoảng khơng lớn phía cầu loại cầu cho phép áp dụng đoạn dẫn ngắn Hình Cầu dây văng ADVANCED APPLICATIONS Phân tích lực căng cáp ban đầu có xem xét thi công theo giai đoạn Vấn đề chủ đạo thiết kế xây dựng cầu dây văng tính tốn đạt trạng thái cân ban đầu giai đoạn hoàn thành Trạng thái cân ban đầu cầu dây văng vị trí cân tĩnh tải lực căng dây cáp Nó gọi “phép phân tích lực căng cáp ban đầu” để tối ưu lực căng cáp để tăng cường mặt cắt chịu lực dầm chủ, tháp cầu phản lực gối cầu Nhằm hướng dẫn cách thi cơng giai đoạn xây lắp, phép phân tích ngược thường áp dụng, theo đó, cầu tháo theo giai đoạn từ trạng thái hoàn thành đến trước cặp cáp căng kéo Phép phân tích thuận trạng thái th cơng dự đốn trạng thái cách mơ q trình thi cơng thực tế Tài liệu hướng dẫn sử dụng ví dụ cầu dây văng khơng đối xứng Trong phép phân tích ngược, vị trí đốt hợp long, lực cắt mô men uốn coi Tuy nhiên, phép phân tích ngược sử dụng trường hợp này, tồn lực cắt mơ men uốn tính bất đối xứng Vì vậy, trường hợp khơng thể áp dụng phép phân tích ngược Hơn nữa, với phép phân tích ngược, hiệu ứng vật liệu bê tơng khơng xem xét, tính đến Sai số thời gian thi công bê tông loại bỏ phép phân tích lặp thuận Lực kéo thứ cấp trình tự xây lắp, hình 2, khơng thể thể theo phép phân tích ngược Mặt khác, phép phân tích giai đoạn thuận tuân theo thứ tự thực tế thi công Người thiết kế tốn thời gian phải làm phép phân tích thử-sai để xác định giới hạn nội lực lực căng cáp đến khoảng định Trong tài liệu hướng dẫn này, phép phân tích gian đoạn thuân sử dụng Trong phép phân tích giai đoạn thuận, việc biết lực căng trước cáp giai đoạn thi công cần thiết, điều mang đến trạng thái cân ban đầu giai đoạn hồn thành gây tĩnh tải Hình thể trình tự phép phân tích lực căng trước ban đầu cáp có xem xét đến giai đoạn thi công Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) a) Lắp đặt dầm b) Lắp đặt cáp căng kéo lần 1st c) Đổ bê tông mặt d) mặt đạt cứng căng kéo lần 2nd FHình Vòng lặp thi cơng Phân tích lực căng trước ban đầu dây cáp Phân tích trạng thái cuối Phân tích giai đoạn thi cơng xét đến hiệu ứng vòng Đặt điều kiện bắt buộc thỏa mãn trạng thái cân ban đầu Điều chỉnh lực căng trước cáp So sánh lực căng cáp cuối lực căng thiết kế Phân tích giai đoạn thi cơng ĐIều chỉnh lực căng trước cáp Xác định lực căng cáp giai đoạn Kiểm tra nội lực Xác định lực căng cáp thiết kế Xác định nội lực giai đoạn So sánh chuyển vị cuối độ vồng Tạo vồng cho tháp dầm chủ Điều chỉnh lực cằng cáp thiết kế Xác định nội lực Điều chỉnh độ vồng cho tháp dầm chủ Kết thúc phân tích lực căng trước ban đầu dây cáp Hình Sơ đồ phép phân tích lực căng trước ban đầu dây cáp có xét đến giai đoạn thi công ADVANCED APPLICATIONS Thông số cầu Tài liệu dựa dự án có thật cầu dây văng bê tông căng trước đơn giản hóa đáp ứng mục đích giảng dạy Chúng ta học cách tính tốn lực căng ban đầu cáp từ tài liệu Trước trình bày phép phân tích lực căng trước cáo với giai đoạn thi công, nội lực ban đầu cáp tĩnh tải trạng thái cuối tính tốn trước Các thơng số tải trọng cho cầu sau: Loại cầu: cầu dây văng bê tồng căng trước Chiều dài cầu: L = 46.5+113.5+260.0+100.0 = 520.0 m mặt phẳng dây, tháp dạng kim cương Dầm chủ: Loại mặt cắt bê tông dầm Tháp: Mặt cắt bê tơng Số lượng cáp: 52×2 pair = 104 Lắp hộp khóa nhịp 1,2,3,4 Đặt gối cao su PY1,PY2 Hình Mặt bố trí chung cầu Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Tải trọng Tải trọng thân Được tính tốn tự động chương trình Tĩnh tải đặt thêm Trọng lượng (kN/m) Chú ý Mặt đường 35.75 2.3 x 0.08 x 19.43 Rào chắn 7.28 - Lan can 14.76 - Tổng 57.75 Tải trọng thân dầm ngang Nhập trọng lượng dầm ngang, kết cấu bị cắt giảm mơ hình, sử dụng Nodal loads (lực tập trung) ADVANCED APPLICATIONS Cài đặt môi trường làm việc Để tạo lập chương trình phân tích cầu dây văng đúc trước ta tiến hành mở file ( New project) lưu lại ( Save) tên ‘PC.mcb’ Chọn ‘kN’ cho đơn vị lực Force (Mass) ‘m’ cho đơn vị chiều dài Length Hệ thống đơn vị thay đổi suốt trình mơ hình theo thuận tiện người dùng  Thanh trạng thái nằm phía File / File / New Project Save (PC) hình đơn vị có thay đổi cách nhấ ( , vào Tools / Unit System Length > m ; Force > kN  ) Hình Gán hệ đơn vị Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Khai báo tính chất Định nghĩa tính chất vật liệu Nhập tính chất vật liệu cáp, mặt cầu hộp thoại liệu vật liệu [Unit : kN, m] ID Name Type of Design Standard Modulus of Elasticity Main Concrete None 2.7389e7 0.167 1.0e-5 24.52 Sub Concrete None 2.6063e7 0.167 1.0e-5 24.52 Cable Steel None 2.0594e8 0.3 1.2e-5 76.98 Properties / Poisson’s Thermal Ratio Coefficient Weight Density Material Properties Hình Hộp thoại tính chất vật liệu ADVANCED APPLICATIONS Định nghĩa thơng số mặt cắt Với bảng tính đặc trưng mặt cắt, thơng số mặt cặt hình dạng bất quy tắc dễ dàng khai báo chí mặt cắt mơ tả MIDAS/Civil Nhập file vẽ *.sec SPC để xác định mặt cắt dầm chủ (101,102 103) Properties / Section Properties / Add PSC tab > PSC-Value (drop-down menu) Section ID (101) Click on ; Name (D_center) (under Section data) button and invoke “D_center.sec” Nhìn vào biểu đồ hướng dẫn, nhập thông số thiết kế ô “Param for Design Input” Những thông số dùng để kiểm tra khả mặt cắt, không dùng cho việc phân tích Với mặt cắt 102 103, nhập thơng số tương tự Hình Kích thước mặt cắt PC ADVANCED APPLICATIONS Mơ hình điều kiện gỗi đỡ (support) Nhập liên kết đàn hồi gối cầu liên kết kết cấu phần kết cấu phần Boundary / Elastic Link Pot Support Elastic Support Wind Shoe Hình 11 Locations for Installing Bridge Supports Input the data for elastic links at the bridge supports as shown in the table below: Nhập liệu cho liên kết đàn hồi gối cầu bảng sau: [Unit: kN, m] 14 No Node1 Node2 Type SDx SDy SDz Remarks 10 11 12 390 389 567 561 667 661 398 397 1009 1010 3013 3012 392 391 394 393 396 395 400 399 168 275 3015 3014 GEN GEN GEN GEN GEN GEN GEN GEN GEN GEN GEN GEN 1E+11 1E+11 25230100 25230100 23870000 23870000 1E+11 1E+11 0 1E+11 1E+11 1E+11 1E+11 20670 20670 19810 19810 1E+11 1E+11 7808220 7808220 1E+11 1E+11 0 20670 20670 19810 19810 0 0 0 Pot support Pot support Elastic support Elastic support Elastic support Elastic support Pot support Pot support Wind Shoe Wind Shoe Pot support Pot support Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Nhập tải trọng Khai báo loại tải trọng Điều kiện tải trọng sử dụng phân tích xác định: Redraw Load / Static Load / Static Load Cases Name (Self) ; Type>Dead Load (D)  Name (2nd Dead) ; Type>Dead Load (D)  Name (Cross W’t) ; Type>Dead Load (D)  Name (Pre01) ; Type>Prestress (PS)  Name (Pre02) ; Type>Prestress (PS)  Name (Pre03) ; Type>Prestress (PS)  … Name (Pre52) ; Type>Prestress (PS)  Hình 12 Define Load Case Dialog Box 15 ADVANCED APPLICATIONS Nhập tải trọng thân Nhập tải trọng thân sau: Load / Self Weight Load Case Name>Self Load Group Name>Self Self Weight Factor>Z (-1)  Khai báo tĩnh tải chất thêm Sau đặt tĩnh tải cách nhập lực tác dụng lên phần tử dầm Load / Static Loads/Beam Load / Element 101to317  Load Case Name>2nd Dead Load Group Name>2nd Dead Load Type>Uniform Loads Value Relative ; x1(0) ; x2 (1) ; w (-56.633) Hình 13 Apply 2nd Dead Load Tải trọng thân dầm ngang Điền khối lượng dầm ngang, cấu kiện bị bỏ qua mơ hình, sử dụng lực tác dụng lên nốt Sao chép thông số tải trọng từ tab Load Struc.xls dán vào bảng Nodal Load Load / Load Tables / Static Load / Nodal Loads 16 Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Nhập lực căng cáp Với trường hợp cầu dây văng đối xứng, trường hợp hướng dẫn này, lực căng ban đầu giống dây cáp dùng cho dây cáp đối xứng tương ứng qua trung tâm cầu Vì thế, chúng tơi nhập điều kiện lực đồng cho cặp cáp tạo nên đối xứng Load / Temp./Prestress / Pretension Loads Select Intersect (Elements: 1001, 2001) Load Case Name > Pre01; Load Group Name > Default Options > Add; Pretension Load ( )  Select Intersect (Elements: 1002, 2002) Load Case Name > Pre02; Load Group Name > Default Options > Add; Pretension Load ( )  … Select Intersect (Elements: 1052, 2052) Load Case Name > Pre 52; Load Group Name > Default Options > Add; Pretension Load ( )  Hình 14 Input Pretension Loads 17 ADVANCED APPLICATIONS Phân tích kết cấu Sau hồn thành q trình mơ hình nhập lực, phân tích kết cấu tiến hành Analysis / 18 Perform Analysis Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Tính tốn lực căng ban đầu Khai báo tổ hợp tải trọng Thiết lập tổ hợp lực từ 52 đơn vị lực căng trước tạo cho dây cáp, tải trọng thân, tỉnh tãi tăng thêm tải trọng thân dầm ngang Results / Load Combinations Load Combination LisLCBt > Name> LCB1 LoadCase > Self(ST) ; Factor (1.0) LoadCase > 2nd Dead(ST) ; Factor (1.0) LoadCase > Cross W’t(ST) ; Factor (1.0) LoadCase > Pre01(ST) ; Factor (1.0) LoadCase > Pre16(ST) ; Factor (250) LoadCase > Pre17(ST) ; Factor (250) ; Factor (1.0)  … … LoadCase > Pre52(ST) Hình 15 Input Load Combinations 19 ADVANCED APPLICATIONS Tính tốn hệ số tải trọng chưa rõ Tính tốn h s l c làm th o mãn u ki n biên b ng ch c n ng Unknown Load Factor cho t h p l c đ c t o trình t h p l c Nh ng m kh ng ch đ cđ đ gi i h n chuy n v c a tháp d m ch nh rõ tr ng thái l c, m kh ng ch Unknown Load Factor ph ng pháp t o hàm m c tiêu u tiên, xác đ nh tr ng thái l c c ng cáp đ n v nh l c n s Results / Bridge / Unknown Load Factor Unknown Load Factor Group > Item Name (Unknown) ; Load Comb > LCB Object function type > Square ; Sign of unknowns > Both LCase > Pre01 (on) … LCase > Pre15 (on) LCase > Pre18 (on) … LCase > Pre52 (on) Hình 16 Unknown Load Factors 20 Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Định rõ điều kiện khống chế, điều làm hạn chế chuyển vị tháp dầm chủ sử dụng chức Constraints  The boundary conditions for the Unknown Load Factors can also be applied through the MCT Command Shell Hình 17 Input Constraint Conditions Xem bảng phía để nhập điều kiện khống chế cho tính toán hệ số lực ẩn số Name Node Node ID Type Upper Lower py101 554 RY Inequality 1.00E-06 -1.00E-06 py201 645 RY Inequality 1.00E-06 -1.00E-06 sp02 107 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp03 111 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp04 115 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp05 119 DZ Inequality 0.001 -0.001 21 ADVANCED APPLICATIONS 22 sp06 123 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp07 127 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp08 131 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp09 135 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp10 139 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp11 143 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp12 147 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp13 151 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp14 155 DZ Inequality -0.001 sp15 159 DZ Inequality -0.001 sp16 163 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp17 173 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp18 177 DZ Inequality -0.001 sp19 181 DZ Inequality -0.001 sp20 185 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp21 189 DZ Inequality 0.001 -0.001 Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) sp22 193 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp23 197 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp24 201 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp25 205 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp26 209 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp27 213 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp28 217 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp29 221 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp30 225 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp31 229 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp32 233 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp33 234 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp34 238 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp35 242 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp36 246 DZ Inequality 0.001 -0.001 23 ADVANCED APPLICATIONS 24 sp37 250 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp38 254 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp39 258 DZ Inequality -0.001 sp40 262 DZ Inequality -0.001 sp41 266 DZ Inequality -0.001 sp42 270 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp43 280 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp44 284 DZ Inequality -0.001 sp45 288 DZ Inequality -0.001 sp46 292 DZ Inequality -0.001 sp47 296 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp48 300 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp49 304 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp50 308 DZ Inequality 0.001 -0.001 sp51 312 DZ Inequality 0.001 -0.001 Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Bây kiểm tra điểm khống chế dùng để tính tốn lực căng cáp hệ số lực ẩn số Unknown Load Factor Result Unknown Load Factor Group > Hình 18 shows the analysis results for calculating the Unknown Load Factors  Make Load Combination uses the Unknown Load Factors which are automatically created for the Load Combination  Generate the Influence Matrix as a MS-Excel File from the calculation results of Unknown Load Factors Hình 18 Unknown Load Factor Calculation Results Bây gi ki m tra li u k t qu tính tốn có th a mãn m kh ng ch b ng t đ ng thi t l p t h p l c m i s d ng h s l c n s ch c n ng Make Load Combination Hình 19 Automatic generation of “ULF” load combination using the unknown load factors Xác nhận kết tổ hợp lực tự động thiết lập sử dụng hệ số lực ẩn số 25 ADVANCED APPLICATIONS Results / Combinations Hình 20 Automatic Generation of “ULF” Load Combination that uses the Unknown Load Factor Kiểm tra kết phân tích Kiểm tra biến dạng Xem lại thay đổi hình dạng tổ hợp lực “ULF”, tổ hợp chứa Hệ số lực ẩn số tính tốn cho căng cáp ban đầu Results / Deformations / Deformed Shape Load Cases / Combinations > CB:ULF Components > DZ Type of Display > Undeformed (on) ; 26 Legend (on) Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Hình 21 Deformed Shape Results 27 ADVANCED APPLICATIONS Kiểm tra nội lực Xem lại nội lực tổ hợp lực “ULF” Results / Forces / Beam Diagrams Load Cases / Combinations > CB: ULF Components > My Type of Display > Undeformed (on); Legend (on) Hình 22 Review Member Forces 28 ... thước mặt cắt PC Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I)  Mặt cắt PC ID Type Sub Type Name 101 PSC PSC-Value D_center D_center.sec Center part 102 103... (PC) hình đơn vị có thay đổi cách nhấ ( , vào Tools / Unit System Length > m ; Force > kN  ) Hình Gán hệ đơn vị Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part. .. PY1,PY2 Hình Mặt bố trí chung cầu Final and Forward Construction Stage Analysis for a PC cable-stayed bridge (Part I) Tải trọng Tải trọng thân Được tính tốn tự động chương trình Tĩnh tải đặt thêm