Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép

LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: Lê Đức Hạnh Lớp cao học: CH21C11 Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép” Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm, kết nghiên cứu tính tốn trung thực Trong q trình làm luận văn tơi có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy tính cấp thiết đề tài Tôi không chép từ nguồn khác, vi phạm xin chịu trách nhiệm trước Khoa Nhà trường Hà Nội, ngày tháng Học viên Lê Đức Hạnh i năm 2017 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ:“ Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép” tác giả hoàn thành thời hạn quy định đảm bảo đầy đủ yêu cầu đề cương phê duyệt Trong trình thực hiện, nhờ giúp đỡ tận tình Giáo sư, Tiến sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi, công ty tư vấn đồng nghiệp, tác giả hoàn thành luận văn Tác giả chân thành cảm ơn TS Phạm Hồng Cường PGS.TS Vũ Hồng Hưng tận tình hướng dẫn giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, thầy khoa Cơng trình tận tụy giảng dạy tác giả suốt trình học cao học trường Tuy có cố gắng song thời gian có hạn, trình độ thân hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi tồn tại, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành thầy cô giáo, anh chị em bạn bè đồng nghiệp Tác giả mong muốn vấn đề tồn tác giả phát triển mức độ nghiên cứu sâu góp phần ứng dụng kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Học viên Lê Đức Hạnh ii năm 2017 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG 1.1 Khái quát cầu máng 1.1.1 Khái niệm cầu máng phận cầu máng 1.1.2 Hình thức cầu máng thường dùng 1.1.3 Các tải trọng tác dụng lên cầu máng 11 1.2 Tính tốn ứng suất chuyển vị cầu máng BTCT 12 1.2.1 Phương pháp truyền thống tính tốn cầu máng 12 1.2.2 Tính tốn cầu máng theo tốn không gian 15 1.3 Những vấn đề đặt hướng nghiên cứu 16 1.3.1 Nghiên cứu ứng dụng cầu máng BTCT-ƯST giới 16 1.3.2 Ứng dụng cầu máng BTCT Việt Nam 17 1.3.3 Hướng nghiên cứu 21 1.4 Kết luận Chương 21 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CẦU MÁNG BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC BÁN LẮP GHÉP .23 2.1 Cấu kiện bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu uốn 23 2.1.1 Khái quát kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép 23 2.1.2 Đặc điểm chịu lực 24 2.1.3 Phân tích khả chịu lực 25 2.2 Cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước 27 2.2.1 Khái quát kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước 27 iii 2.2.2 Phương pháp tạo ứng suất trước 28 2.2.3 Các tổn thất ứng suất trước 30 2.2.4 Lực căng trước giới hạn 34 2.3 Phân tích khả chịu lực 35 2.3.1 Sự làm việc cầu máng 35 2.3.2 Tính tốn cường độ mặt cắt vng góc 35 2.3.3 Tính tốn cường độ mặt cắt nghiêng 36 2.3.4 Tính tốn độ võng 37 2.3.5 Trường hợp tính tốn cụ thể 41 2.4 Phần mềm SAP2000 48 2.4.1 Khái quát phần mềm SAP2000 48 2.4.2 Các bước tính tốn kết cấu SAP2000 49 2.5 Tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép SAP2000 49 2.5.1 Xử lí vấn đề ứng suất trước SAP2000 49 2.5.2 Các phương pháp thực 50 2.5.2 Xử lí vấn đề bán lắp ghép SAP2000 59 2.6 Kết luận Chương 60 CHƯƠNG 3: TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC BÁN LẮP GHÉP QUA SÔNG KỲ CÙNG LẠNG SƠN 61 3.1 Giới thiệu công trình 61 3.2 Nghiên cứu phương án thiết kế cầu máng 61 3.2.1 Phương án cầu máng BTCT thường 61 3.2.2 Phương án ống thép liên tục 62 3.2.3 Phương án ống thép đỡ giàn thép 62 3.2.4 Nghiên cứu đề xuất phương án 63 3.3 Tính tốn kết cấu cầu máng BTCT ứng suất trước bán lắp ghép 64 3.3.1 Số liệu tính tốn 67 iv 3.3.2 Trường hợp tính tốn 67 3.4 Phân tích kết cấu cầu máng theo tốn khơng gian SAP2000 67 3.4.1 Trình tự thi cơng cầu máng BTCT Ứng suất trước bán lắp ghép 67 3.4.2 Mơ hình tính tốn cầu máng bê tơng cốt thép ứng suất trước ứng từ giai đoạn thi công giai đoạn khai thác 68 3.4.3 Phân tích ứng suất chuyển vị giai đoạn: 71 3.4.4 Kiểm tra điều kiện sử dụng cầu máng ứng suất trước 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 Sơ đồ mặt cắt dọc cầu máng Hình 1-2 Cửa vào, cửa cầu máng Hình 1-3 Mặt cắt ngang thân máng Hình 1-4 Kết cấu thân máng hình thang chữ U có giằng ngang Hình 1-5 Sơ đồ bố trí giá đỡ kiểu cơng xôn kép Hình 1-6 Một cầu máng kiểu dầm cơng xơn kép Hình 1-7 Giá đỡ cầu máng kiểu vòm (a) kiểm vòm treo(b) Hình 1-8 Một vài cầu máng dạng vòm Hình 1-9 Kết cấu gối đỡ Hình 1-10 Các kiểu trụ đỡ Hình 1-11 Mặt cắt ngang máng chữ nhật Hình 1-12 Mặt cắt ngang máng chữ U khơng giằng có giằng 10 Hình 1-13 Máng chữ nhật chữ U có giằng 10 Hình 1-14 Sơ đồ phân phối lực cắt không cân 13 Hình 1-15 Sơ đồ tính tốn máng hình thang 14 Hình 1-16 Sơ đồ tính toán máng chữ U 15 Hình 1-17 Cầu máng BTCT Phước Hòa (nguồn internet) 19 Hình 1-18 Cầu máng BTCT Căm Xe (nguồn internet) 19 Hình 1-19 Cầu máng BTCT sông Cầu Chày (nguồn internet) 20 Hình 1-20 Cầu máng BTCT sơng Âm (nguồn internet) 20 Hình 2-1 Dầm lắp ghép 24 Hình 2-2 So sánh tính dầm lắp ghép dầm đổ toàn khối 24 Hình 2-3 Biểu đồ ứng suất biến dạng dầm lắp ghép trạng thái giới hạn 26 Hình 2-4 Tác dụng lực căng trước 28 Hình 2-5 Phương pháp căng trước (căng bệ) 29 Hình 2-6 Phương pháp căng sau (căng bê tơng) 30 vi Hình 2-7 Biến đổi mặt cắt thực tế cầu máng mặt cắt tính tốn 35 Hình 2-8 Sơ đồ tính tiết diện chữ T, cánh nằm vùng nén, trục trung hòa qua sườn .35 Hình 2-9 Sơ đồ tính tốn nội lực tiết diện nghiêng 37 Hình 2-10 Mặt cắt thân máng cầu máng thành mỏng ứng suất trước (mm) 41 Hình 2-11 Sơ đồ tính tốn dầm bê tơng ƯST 50 Hình 2-12 Sơ đồ mạng lưới phần tử Shell cáp ƯST 51 Hình 2-13 Nhập tọa độ điểm đầu cáp thẳng 52 Hình 2-14 Sơ đồ tải trọng phân bố DL cáp ƯST 52 Hình 2-15 Biểu đồ ứng suất S11 dầm ứng với TH1 53 Hình 2-16 Sơ đồ chuyển vị dầm ứng với tổ hợp TH1 53 Hình 2-17 Nội lực mặt cắt nhịp dầm 53 Hình 2-17 Dầm mơ hình hóa phần tử Shell 53 Hình 2-18 Phổ mầu ứng suất tổ hợp tải trọng TH1 54 Hình 2-19 Phổ mầu chuyển vị U3 tổ hợp tải trọng TH1 54 Hình 2-20 Mạng lưới phần tử Solid dầm cáp ƯST 55 Hình 2-21 Nhập tọa độ điểm đầu cuối cáp thẳng 56 Hình 2-22 Sơ đồ tải trọng phân bố DL, LL cáp ƯST 56 Hình 2-23 Biểu đồ ứng suất S11 dầm ứng với TH1 57 Hình 2-24 Sơ đồ chuyển vị dầm ứng với tổ hợp tải trọng TH1 57 Hình 2-25 Nội lực mặt cắt dầm 57 Hình 2-26 Dầm mơ hình hóa phần tử Solid 57 Hình 2-27 Biểu đồ ứng suất S11 dầm ứng với TH1 58 Hình 2-28 Sơ đồ chuyển vị dầm ứng với tổ hợp tải trọng TH1 58 Hình 2-29 Nội lực mặt cắt dầm 58 Hình 3-1 Cầu máng BTCT nhịp đơn dài 18m 61 Hình 3-2 Cầu máng kiểu giàn liên tục nhịp 62 Hình 3-3 Mặt cắt ngang thân máng 62 vii Hình 3-4 Mặt cánh hạ giàn ống dẫn nước 63 Hình 3-5 Giàn đỡ ống thép 63 Hình 3-6 Cầu máng BTCT ứng suất trước bán lắp ghép kết hợp trụ cầu giao thơng 64 Hình 3-7 Mặt cắt ngang cầu máng hình chữ nhật 65 Hình 3-8 Mặt cắt ngang cầu máng hình chữ U 65 Hình 3-9 Kết cấu cầu máng hình chữ nhật 66 Hình 3-10 Kết cấu cầu máng hình chữ U 66 Hình 3-11 Kích thước mặt cắt ngang cầu 67 Hình 3-12 Dầm dọc tiết diện chữ T 69 Hình 3-13 Mạng lưới phần tử khối 69 Hình 3-14 Mạng lưới phần tử khối cầu máng 70 Hình 3-15 Sơ đồ áp lực nước người tác dụng lên cầu máng 70 Hình 3-16 Phổ mầu ứng suất S22(DEAD) dấm dọc 71 Hình 1-17 Phổ mầu ứng suất S22(LNT*) dấm dọc 71 Hình 3-18 Chuyển vị nhịp dầm DEAD 72 Hình 3-19 Chuyển vị nhịp dầm LNT* 72 Hình 3-20 Mặt cắt ngang cầu vị trí dầm ngang 72 Hình 3-21 Phổ mầu ứng suất S22(DEAD) dấm dọc 73 Hình 3-22 Phổ mầu ứng suất S22(LNT*) dấm dọc 73 Hình 3-23 Chuyển vị nhịp dầm DEAD 73 Hình 3-24 Chuyển vị nhịp dầm LNT^ 73 Hình 3-25 So đồ tải trọng M+ALN 74 Hình 3-26 So đồ tải trọng người ND 74 Hình 3-27 Sơ đồ áp lực gió phía gió đẩy W1 75 Hình 3-28 Phổ mầu ứng suất S22 TH2 77 Hình 3-29 Phổ mầu ứng suất S22 LNT* 77 Hình 3-30 Phổ mầu ứng suất S22 TH2A 78 viii Hình 3-31 Chuyển vị nhịp dầm dọc TH2A 79 Hình 3-32 Phổ mầu ứng suất S22(TH2) cầu 80 Hình 3-33 Phổ mầu ứng suất S22(TH2) cầu máng mặt cắt nhịp 80 Hình 3-34 Phổ mầu ứng suất S22(TH2) máng 80 Hình 3-35 Chuyển vị U3(TH2) đáy dầm đáy máng mặt cắt nhịp 81 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Biến dạng thiết bị neo ∆L (mm) 31 Bảng 2-2 Các hệ số ma sát k µ 32 Bảng 2-3 Tổn thất ứng suất trước co ngót từ biến bêtông (σh4 + σh5) (daN/cm2) 33 Bảng 2-4 Tổ hợp tổn thất ứng suất trước giai đoạn 34 Bảng 2-5 Tính tốn xác định trọng tâm tiết diện 44 Bảng 2-6 Tính tốn xác định mơ men quán tính tiết diện (mm4) 44 Bảng 2-7 Chuyển vị ứng suất S11 mặt cắt dầm 58 Bảng 2-8 Nội lực mặt cắt dầm 58 Bảng 3-1 Trọng lượng thân hai dầm dọc 71 Bảng 3.2 Trọng lượng thân cầu đỡ máng 73 Bảng 3.3 Trọng lượng máng trọng lượng nước 75 Bảng 3-4 Tải trọng người 76 Bảng 3-5 Tải trọng gió 76 Bảng 3-6 Chuyển vị dầm TH2, TH2A TH3A 79 Bảng 3-7 Chuyển vị giũa nhịp máng LNT*, TH2 TH2C 83 x Giai đoạn 2: Giai đoạn giai đoạn khai thác, bê tông mặt cầu dầm ngang đạt cường độ tính tốn, gán tải trọng ngồi vào mơ hình a Gán tải trọng vào mơ hình kiểm tra mơ hình tính tốn Cầu máng ngồi chịu trọng lượng thân, chịu trọng lượng máng nước máng (M+ALN) coi tải trọng tác dụng vào mặt cầu dạng lực phân bố M+ALN=(trọng lượng 1m dài máng nước)/bề rộng tải trọng: M+ ALN=28/1,65=17kN/m2 (máng chữ nhật BTCT) Hình 3-25 So đồ tải trọng M+ALN Tải trọng người lại q=1,50kN/m2 gán vào đường người hai bên cầu biểu diễn hình 3-26 Hình 3-26 So đồ tải trọng người ND Áp lực gió (GIO) có cường độ W=1,25kN/m2 ứng với vùng III, áp lực gió lên cầu máng phía gió đẩy W1 phía gió hút W2 sau: 74 W = Wkc =1,25×1,0×0,8=1.0kN/m2 W =Wkc =1,25×1,0×0,6=0,75kN/m2 Áp lực gió tác dụng lên máng chuyển thành lực phân bố W tác dụng lên diện tích đón gió đường người đi: W =W (1+h /h o )=1,0(1+1,6/0,3)=6,33kN/m2 h1=1,6m chiều cao máng chịu áp lực gió, ho=0,3m chiều cao diện tích đón gió mặt cầu Do cầu máng đặt sát vào cầu giao thơng, nên có áp lực gió phía gió đẩy W phía bên ngồi, khơng có gió hút W mặt phía bên cầu máng cầu giao thơng, áp lực gió tác dụng lên cầu thể hình3-27 Hình 3-27 Sơ đồ áp lực gió phía gió đẩy W1 Cho chạy chương trình xuất kết tính tốn tổng trọng lượng máng nước máng, tổng trọng lượng người tổng áp lực gió ngang để kiểm tra mơ hình tính tốn số liệu đầu vào Tổng trọng lượng máng nước tác dụng lên mặt cầu xác định phần mềm SAP2000 cho bảng có M+ALN=1161,422kN hồn tồn trùng khớp với kết tính theo giải tích: M+ALN=17×1,65×33=925,65kN Bảng 3.3 Trọng lượng máng trọng lượng nước 75 Tải trọng người lại q=1,50kN/m2 gán vào đường người hai bên cầu biểu diễn hình 3-26 Tổng tải trọng người tính theo SAP2000 cho bảng 3-4 có ND=81,676kN hồn tồn phù hợp với kết tính theo giải tích ND=1,50×0,825×33×2=81,1675kN Bảng 3-4 Tải trọng người Tải trọng gió tác dụng lên mặt bên cầu phía đón gió có w1=1,0kN/m2 W3=6,33kN/m2 thể hình 3-27 Tổng áp lực gió ngang tác dụng vào cầu xác định từ mơ hình tính tốn SAP2000 cho bảng 3-5 có GIO=133,648kN phù hợp vơidkết tính tốn giải tích GIO=W h +W3h o =(1,0×1,85+6,33×0,3)33=132,717kN Bảng 3-5 Tải trọng gió Từ kết tính tốn kiêm tra số liệu đầu vào phần mềm SAP2000 tính theo giải tích trùng khớp nhau, nên mơ hình tính tốn cầu máng có đủ độ tin cậy b Kết tính tốn ứng suất chuyển vị cầu giai đoạn khai thác Phổ mầu ứng suất S22 tổ hợp tải trọng TH2=DEAD+ALN+ND sinh biểu diễn hình 1-28 Từ hình cho biết đáy dầm nhịp sinh ứng suất kéo tổ hợp tải trọng TH2=DEAD+ALN+ND có giá trị lớn cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tông B40: 76 S22(TH2)=13392,96kN/m2> γR ck =1,75×1800=3150kn/m2 Hình 3-28 Phổ mầu ứng suất S22 TH2 Phổ mầu ứng suất S22 lực nén trước LNT*=2000kN biểu diễn hình 3-29, đáy dầm sinh ứng suất nén Giá trị ứng suất nén đáy máng mặt cắt nhịp lực nén trước LNT* bằng: S22(LNT*)=-3566,61kN/m2 Hình 3-29 Phổ mầu ứng suất S22 LNT* Lực nén trước làm giảm ứng suất kéo đáy dầm chính, lực nén trước cần thiết LNT-A để ứng suất kéo đáy máng không vượt giá trị ứng suất kéo chọn trước, chẳng 77 hạn không vượt cướng độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tơng có kể tới biến dạng c dẻo γR k , xác định theo công thức nội suy tuyến tính ứng suất TH2 lực nén trước LNT* sau đây: γR ck ] LNT-A=[S22(TH2)- 3150] LNT-A=[13392,97- LNT * S22(LNT*) 2000 = 5756,34kN = 2,878LNT * 3558,85 Thay lực nén LNT-A=2,878LNT* vào tổ hợp tải trọng TH2A : TH2A=TH2+LNT-A=TH2+2,878LNT* S22(TH2A)=S22(TH2)+S22(LNT-A) =13392,97-3558,85×2,878=3150kN/m2 xuất kết ứng suất S22 tổ hợp tải trọng cho hình 3-30 Từ hình cho thấy ứng suất lớn đáy máng S22(TH2A)=3152,08kN/m2 có giá trị phép tính nội suy Hình 3-30 Phổ mầu ứng suất S22 TH2A Độ võng dầm tổ hợp tải trọng TH2, TH2A TH3A cho hình 3-31 bảng 3-1 ứng với tổ hợp tải trọng TH2 có tải trọng ngồi chưa có lực nén trước; tổ hợp tải trọng TH2A chịu tải trọng lực nén trước LNT-A; tổ hợp tải trọng TH3A chịu trọng lượng thân lực nén trước LNT-A: TH2=DEAD+ALN+ND TH2A=DEAD+ALN+ND+LNT-A TH3A=DEAD+LNT-A 78 Kết tính tốn độ võng cầu cho bảng 3-6 Hình 3-31 Chuyển vị nhịp dầm dọc TH2A Bảng 3-6 Chuyển vị dầm TH2, TH2A TH3A Từ bảng 3-6 cho thấy chưa dùng giải pháp ứng suất trước, độ võng nhịp cầu lớn TH2 bàng: U3(TH2)=0,039052m γR k =1,75×1800=3150kn/m2 Ứng suất kéo đáy máng nhịp máng: c S22(TH2) = 2643,89 kN/m2 < γR k =1,75×1800=3150kn/m2 79 Hình 3-32 Phổ mầu ứng suất S22(TH2) cầu Ứng suất đáy dầm S22=12754kN/m2 trường hợp lớn trường hợp coi máng nước tải trọng chút 22=12555kN/m2, có lớp đệm máng mặt cầu Hình 3-33 Phổ mầu ứng suất S22(TH2) cầu máng mặt cắt nhịp Hình 3-34 Phổ mầu ứng suất S22(TH2) máng Về chuyển vị: Chuyển vị đáy dầm nhịp dầm đáy máng nhịp tổ hợp tải trọng TH2 cho hình 3-35 lớn độ võng cho phép: 80 U3(TH2)=-0,0574m > 33/600= 0,055m Hình 3-35 Chuyển vị U3(TH2) đáy dầm đáy máng mặt cắt nhịp Vậy cầu đỡ máng cần phải dùng giải pháp cầu bê tông cốt thép ứng suất trước Hoặc xuất kết ứng suất S22 tổ hợp tải trọng cho hình 3-30 3.5 Tính tốn cầu đỡ máng bê tơng cơt thép ứng suất trước Trình tự tính tốn cầu đỡ máng bê tơng cót thép ứng suất trước sau: Trước hết chọn phương pháp căng thép, đay chọn phương pháp căng sau Đợi cho dầm bê tông đủ cường độ chịu nén, tiến hành luồn căng cáp ứng suất trước với lực nén trước cho hai dầm LNT(kN) theo thiết kế Giả thiết LNT*=2000kN, đáy dầm sinh ứng suất nén thể hình 3-36 có S22(LNT*)=-3564,75kN/m2 Hình 3-36 Phổ mầu ứng suất S22(LNT*) cầu Cẩu lắp dầm vào vị trí cơng trình, lắp đặt cốt pha chết thép (tơn múi có neo), đặt cốt thép đổ bê tông mặt cầu Đọi cho bê tông mặt cầu đủ cường độ thi cơng tiếp phần máng, lúc cầu (dầm mặt cầu) chịu tải trọng trọng lượng máng thiết bị thi công 81 Phổ mầu ứng suất S22 lực nén trước LNT*=2000kN biểu diễn hình 1-37 Tại đáy dầm sinh ứng suất nén có giá trị đáy máng mặt cắt nhịp bằng: S22(LNT*)=-3346,017kN/m2 Hình 3-37 Phổ mầu ứng suất S22(LNT*) cầu máng Ứng suất cầu máng thời gian khai thác tổ hợp tải trọng TH2 cho hình 1-38 S22(TH2)=13495,81kN/m2> γR ck =1,75×1800=3150kn/m2 Hình 3-38 Phổ mầu ứng suất S22(TH2) cầu máng Lực nén trước cần thiết LNT-A để ứng suất kéo đáy máng không vượt giá trị chọn trước, chẳng hạn không vượt cướng độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tơng có kể tới biến dạng dẻo γR ck , xác định theo công thức nội suy tuyến tính sau đây: LNT-A=[S22(TH2)- γR ck ] LNT-A=[13495,81- 3150] LNT * S22(LNT*) 2000 = 6184kN = 3,092LNT * 3346,01 Thay lực nén LNT-A=3,092LNT* vào tổ hợp tải trọng TH2A xuất kết ứng suất S22(TH2A) tổ hợp tải trọng cho hình 3-38 Từ hình cho thấy ứng suất lớn đáy máng S22(TH2A)=3153,98kN/m2 82 Khi máng chịu lực căng trước hay lực nén trước trừ tổn hao ứng suất LNT-C ứng suất đáy máng xác định cách nội suy tuyến tính theo cơng thức sau: S22(TH2C)=S22(TH2) + S22(LNT*) LNT.C LNT * Ví dụ LNTC=7000kN=3,5LNT*, ứng suất đáy máng: S22(TH2C)=13395, 51-3346,01×3,5=1684,47kN/m2 Từ SAP2000 ứng với TH2C=TH2+3,5LNT* ta có ứng suất đáy dầm cho hình 3-39 Hình 3-39 Phổ mầu ứng suất S22(TH2C) cầu máng Chuyển vị máng cầu Chuyển vị cầu đỡ máng chọn lực nén trước LNT-C=7000kN=3.50LNT* ứng với tổ hợp tải trọng: U3(TH2C)=U3(TH2)+U3(TH2C) U 3(TH 2C ) = U 3(TH 2) + U 3( LNT *) LNT C LNT * U3(TH2C)=0,0604-0,013×3,50=-0,0152m Bảng 3-7 Chuyển vị giũa nhịp máng LNT*, TH2 TH2C 83 Hình 3-40 Chuyển vị nhịp dầm TH2C Hình 3-41 Chuyển vị nhịp dầm TH2 Hình 3-42 Chuyển vị nhịp dầm LNT* 3.6 Kết luận Chương Cầu máng tác dụng trọng lượng thân, trọng lượng nước tải trọng thẳng đứng khác sinh ứng suất kéo đáy máng sinh chuyển vị lớn, nên nhịp cầu máng thường không lớn để không xuất vết nứt đáy máng để thỏa mãn yêu cầu độ cứng Đối với cầu máng qua sông Kỳ Cùng, sử dụng kết cấu bê tơng cốt thép thơng thường chiều dài nhịp tối đa cầu máng 15m Để kéo dài nhịp cầu máng sử dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước Qua kết phân tích trạng thái ứng suất biến dạng thân máng cơng trình cầu máng Sơng Âm phần mềm SAP2000 cho thấy nhịp cầu máng tăng lên 33m đảm bảo yêu cầu cường độ độ cứng Theo kết tính tốn trường hợp tồn máng có chiều dài 33m đặt lên mặt cầu máng biến dạng với cầu ứng suất đáy máng 21% ứng suất kéo dầm cầu, nên không cần cắt máng thành nhiều đoạn Nhưng để kết cấu 84 thực phù hợp với sơ đồ tính tốn coi máng dẫn nước tải trọng phân bố lên mặt cầu, cần chia máng thành nhiều đoạn để có lực truyền lên mặt cầu lực phân bố Trọng lượng máng nước máng ALN=17kN/m2 với bề rộng tựa lên mặt cầu b=1,6m ứng với máng BTCT hình chữ nhật, với máng chữ U xi măng lưới thép có trọng lượng nhỏ hơn, nên ứng suất biến dạng cầu nhỏ Nên chọn máng chữ U xi măng lưới thép có trọng lượng nhỏ máng bê tơng cốt thép, hình thức đẹp hơn, chống thấm tốt, tải trọng từ máng truyền lên cầu qua mố ôm hai đầu sát với mơ hình tính tốn Với chiều dài nhịp máng 33m kích thước mặt cắt ngang cầu hình 3-11, với lực nén trước LNT bất kỳ, trọng lượng máng lượng nước M+ALN tải trọng người ND tùy ý, nội suy tuyến tính ứng suất kéo đáy máng, chuyển vị đáy máng nội suy tuyến tính từ kết tính tốn 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Cầu máng bê tơng kết cấu thường gặp cơng trình thủy lợi, chủ yếu chịu tác dụng trọng lượng thân trọng lượng nước, đáy máng có ứng suất kéo lớn sinh nứt, với cầu máng bê tông cốt thép thông thường nhịp cầu máng dạng dầm đơn vào khoảng từ 15m đến 20m Để vượt qua nhịp lớn cần sử dụng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước, giảm số lượng gối đỡ, đặc biệt có hiệu cầu máng cần vượt qua khe sâu không bố trí mố Nội dung nghiên cứu luận văn Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng bê tông cốt thép bán lắp ghép ứng suất trước, từ đưa phương án chọn chiều dài máng hợp lý ứng với mặt cắt ngang chọn trước Đã áp dụng vào tính tốn cầu máng qua sơng Kỳ Cùng – Lạng Sơn, mơ hình hóa phần tử khối (Solid) sử dụng hai chức SAP2000 tính tốn dầm bê tơng cốt thép ứng suất trước tính tốn dầm chịu tải trọng di động, tính tốn có vận dụng linh hoạt sau: Cáp ứng suất trước bố trí thẳng đáy máng thay lực nén tương đương tác dụng hai đầu, nên dễ dàng cho việc mơ hình hóa, đặc biết trường hợp phải căng nhiệu sợi thép ứng suất trước (17 sợi) Trong tổn thất ứng suất trước tổn thất bê tơng bị ép co ứng suất nén bê tông vị trí cốt thép ứng suất trước, phụ thuộc vào lực căng trước, đại lượng phụ thuộc lẫn nên cần tiến hành giải lặp Để giải lại nhiều lần hệ phương trình đại số tuyến tính có kích thước lớn, tác giả giả thiết lực nén trước LNT*=8500 kN kết tính ứng suất bê tông tương ứng đưa sang bảng tính Excel Với lực nén trước khác LNT=λLNT* kết tính tốn cần nhân với hệ số λ, phần mềm Excel tự tính quan hệ ứng suất lực nén trước, sau khoảng lần lặp ta có kết cuối Kết tính tốn cầu máng qua sơng Kỳ Cùng cho thấy hiệu việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước bán lắp ghép tăng nhịp cầu máng lên 33m Những vấn đề tồn cần tiếp tục nghiên cứu: - Trong luận chưa xét tới tiết diện hợp lý mặt cắt ngang thân máng - Chưa xét tới tham gia chịu lực cốt thép thường 86 - Do chưa có tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước cơng trình thủy lợi, nên tác giả tạm sử dụng tiêu chuẩn kết cấu bê tông cố thép ứng suất trước cơng trình thủy lợi Trung Quốc tham khảo thêm tiêu chuẩn kết cấu bê tông cố thép ứng suất trước công trình xây dựng, tác giả chưa có điều kiện tham khảo so sánh tiêu chuẩn nước khác tính tổn thất ứng suất trước - Những tồn nội dung cần nghiên cứu tác giả có điều kiện Mặc dù thân cố gắng điều kiện thời gian hạn chế với khối lượng cơng việc tính tốn lớn, nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót chỗ chưa hợp lý Em mong bảo, đóng góp ý kiến Thầy Cơ giáo giúp cho luận văn em hồn chỉnh, xác hơn, giúp cho em có thêm kiến thức chun mơn để phục vụ công việc sau 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9150-2012: Cơng trình Thủy Lợi Cầu máng vỏ mỏng xi măng lưới thép Yêu cầu thiết kế [2] Vũ Hoàng Hưng, Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép nâng cao Trường Đại học Thủy Lợi, 2014 [3] Nguyễn Tiến Chương (2010), “Kết cấu bê tông ứng suất trước”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [4] Nguyễn Tiến Chương (2014), “Kết cấu bê tông ứng suất trước căng sau”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [5] Lê Bá Nhật Tuân, Vũ Hoàng Hưng (2014), Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp lớn kết hợp làm cầu giao thông [6] Vũ Hoàng Hưng nnk (2012), “SAP2000 – Phân tích kết cấu cơng trình thủy lợi thủy điện”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [7] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam: TCXDVN 365-2005: “ Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế” [8] Phạm Ngọc Khánh (2006), giảng cao học, “Phương pháp phần tử hữu hạn”, Trường Đại học Thủy lợi [9] TCVN 2737:1995: “Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn Thiết kế” 88 ... (2014), Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp lớn kết hợp làm cầu giao thông Kết nghiên cứu Luận văn cho thấy hiệu việc sử dụng bê tông ứng suất trước. .. ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu máng bê tông cốt thép bán lắp ghép ứng suất trước, từ đưa phương án chọn chiều dài máng hợp lý ứng với mặt cắt ngang chọn trước 1.3 CÁCH... 2: TÍNH TỐN CẦU MÁNG BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC BÁN LẮP GHÉP .23 2.1 Cấu kiện bê tông cốt thép bán lắp ghép chịu uốn 23 2.1.1 Khái quát kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép