Nghiên cứu tính toán hệ số phân bố ngang đối với dầm trong của cầu dầm Super T có chiều cao dầm nằm ngoài phạm vi tiêu chuẩn cho phép

Bài viết trình bày việc nghiên cứu tính toán hệ số phân bố ngang đối với dầm trong của cầu dầm Super T có chiều cao dầm nằm ngoài phạm vi Tiêu chuẩn cho phép tính theo bảng tra. Phần cuối bài báo, mô hình cầu Cao Lãnh được phân tích và tính toán.

CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG ĐỐI VỚI DẦM TRONG CỦA CẦU DẦM SUPER T CÓ CHIỀU CAO DẦM NẰM NGOÀI PHẠM VI TIÊU CHUẨN CHO PHÉP ANALYSIS OF THE DISTRIBUTION FACTOR PER LANE IN INTERIOR BEAMS UNDER LIVE LOADS OF SUPER T GIRDER BRIDGES WITH THE BEAM'S DEPTH OVERSIZED TRẦN NGỌC AN Khoa Cơng trình, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: antn.ctt@vimaru.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày việc nghiên cứu tính toán hệ số phân bố ngang dầm cầu dầm Super T có chiều cao dầm nằm ngồi phạm vi Tiêu chuẩn cho phép tính theo bảng tra Phần cuối báo, mơ hình cầu Cao Lãnh phân tích tính tốn Từ khóa: Hệ số phân bố ngang, cầu dầm Super T, chiều cao dầm nằm phạm vi tiêu chuẩn cho phép Abstract This paper presents caculation of distribution of live loads per lane in interior beams of Super T girder bridges with the beam’s depth out of Standard In addition to this, the Cao Lanh bridge is analysed and calculated Keywords: Distribution of live loads per lane, Super T girder bridges, the beam’s depth out of standard Giới thiệu chung Cầu dầm Super T áp dụng ngày nhiều dự án cầu lớn Việt Nam, với ưu điểm: tiết kiệm chi phí, hình dáng đẹp, an tồn thi cơng, tính ổn định hiệu kết cấu cao,… Một số dự án tiêu biểu sử dụng kết cấu dầm Super T như: phần cầu dẫn cầu Mỹ Thuận, cầu Rạch Miễu, cầu Cần Thơ, cầu Cao Lãnh, cầu An Đông,… Theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05, việc tính tốn hệ số phân bố ngang (HSPBN) momen lực cắt theo bảng 4.6.2.2.2a-1 4.6.2.2.3a-1 dầm cầu dầm Super T áp dụng chiều cao dầm phạm vi 450mm ≤ d ≤ 1.700mm Trong trường hợp chiều cao dầm nằm phạm vi này, tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 khơng rõ cách tính HSPBN theo cách mà đề xuất khoảng cách hai dầm chủ S > 3.500mm sử dụng phương pháp đòn bẩy Trong nội dung báo này, tác giả trình bày cách tính HSPBN khác cầu dầm Super T có chiều cao dầm lớn dựa tài liệu chuyên ngành, phần cuối báo, mơ hình cầu Cao Lãnh phân tích tính tốn so sánh với kết tính theo mơ hình khơng gian phương pháp phần tử hữu hạn Mơ hình tính cầu dầm Super T có chiều cao dầm lớn Đối với cầu dầm Super T có chiều cao dầm lớn, có hai phương án để tính nội lực: - Xét mơ hình tồn cầu sử dụng phần mềm chuyên dụng để tính nội lực - Xét mơ hình dầm đơn tính nội lực cho riêng dầm Trong đó, HSPBN sử dụng theo bảng tính 4.6.2.2.2a-1 4.6.2.2.3a-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 [5] tính theo phương pháp đòn bẩy [4] 2.1 Hệ số phân bố ngang tính theo 22 TCN 272-05 Hệ số phân bố ngang momen lực cắt dầm cầu dầm Super T theo bảng 4.6.2.2.2a-1 4.6.2.2.3a-1 trình bày Bảng Bảng Tính hệ số phân bố ngang momen lực cắt cho dầm cầu dầm Super T [1] HSPBN Momen Lực cắt Một thiết kế chịu tải Sd / L  0,6 0,1 S / 3050 d / L  S / 910  0,35 0,25 Hai hai thiết kế chịu tải S /1900  Sd / L2  0,6 0,125 S / 2250  Sd / L2  0,8 0,1 với: S khoảng cách hai dầm chủ, d chiều cao dầm Super T, L chiều dài nhịp tính tốn 2.2 Hệ số phân bố ngang tính theo phương pháp đòn bẩy Theo phương pháp đòn bẩy, giả thiết mặt cầu tựa lên gối vị trí dầm dọc Độ cứng mặt cầu xem = (coi bị cắt rời) vị trí gối (trừ vị trí dầm biên) 68 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 Như vậy, đặt tải lên đoạn kết cấu ngang gối lên dầm dọc chủ dầm dọc chủ tham gia chịu lực theo ngun tắc đòn bẩy nghĩa tính theo nguyên tắc tính phản lực gối dầm giản đơn [3] a Trường hợp xếp tải làn: Bản mặt cầu 1,8m P/2 P/2 Dầm liền kề Dầm xét Dầm liền kề S S dahRgoi y2 y1  Hình Xếp tải HSPBN tính cho xếp tải (chung cho lực cắt momen) mg  m 1/  y1  y2  (với hệ số xe m = 1,2) b Trường hợp xếp tải làn: 1, 2m 1,8m 1,8m P/2 P/2 Dầm liền kề P/2 P/2 Dầm xét Dầm liền kề S S dahRgoi y2 y1  y3 Hình Xếp tải hai HSPBN tính cho xếp tải (chung cho lực cắt momen): mg  m 1/  y1  y2  y3  (với hệ số xe m = 1) Tính tốn HSPBN dầm cầu dẫn cầu Cao Lãnh Trong mục này, HSPBN dầm cầu dẫn cầu Cao Lãnh tính tốn theo phương án trình bày Mục so sánh với kết tính theo mơ hình khơng gian Một số thông số cầu Cao Lãnh: khoảng cách hai dầm chủ S = 2,2 m; chiều cao dầm Super T d = 1,75 m; chiều dài nhịp Ln = 38,3 m; khoảng cách đầu dầm đến tim gối a = 0,35 m Hình Mặt cắt ngang cầu dẫn cầu Cao Lãnh [7] Sử dụng phần mềm Midas 2011, mơ hình hóa dầm Super T dạng mặt cắt liên hợp phần dầm Super T phía mặt cầu hữu hiệu phía Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, modul đàn hồi xác định theo cơng thức: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 69 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 E  0.043   C1.5  f C Với  C khối lượng riêng bê tơng tính theo kg/m f’C giá trị tuyệt đối cường độ chịu nén danh định bê tơng tính MPa, E cơng thức tính theo đơn vị MPa Theo tài liệu [7], với bê tơng dầm có f’C = 50MPa, bê tông mặt cầu f’C = 35Mpa, ta có modul đàn hồi bê tơng dầm bê tông mặt cầu là: Eb = 38006989,49 kN/m Es = 31798928,83 kN/m Hình Mặt cắt ngang dầm Super T [7] Khởi tạo mặt cắt composite cách vào Model / Section / Composite Section / Generate Tạo tên mặt cắt với số Parts: Khai báo parts mặt cắt cách vào Model / Section / Composite Section / Add Parts Mục Part ID: 1, chọn vùng mặt cầu với vật liệu khai báo bê tông mặt cầu Mục Part ID: 2, chọn vùng dầm Super T với vật liệu khai báo bê tông dầm Trên Hình hình ảnh khai báo mặt cắt nhịp phần mềm Midas 2011 Hình Khai báo mặt cắt nhịp dầm Super T Midas 2011 Phần nhịp cầu dẫn cầu Cao Lãnh mơ hình hóa phần mềm Midas Hình Liên kết hai đầu dầm liên kết gối cố định liên kết gối di động Hình Mơ hình hóa kết cấu nhịp cầu dẫn cầu Cao Lãnh phần mềm Midas 2011 Do dầm Super T khơng có dầm ngang trung gian nên để tạo làm việc chung dầm Super T, khởi tạo phần tử liên kết ngang có chiều cao chiều cao mặt cầu với modul đàn hồi mặt cầu tính 70 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 Khai báo xe (4 làn) với ý, mục Vehicular Load Distribution chọn Cross beam, với Cross beams group phần tử liên kết ngang có chiều cao chiều cao mặt cầu (Hình 7) Hình Khai báo xe Momen My lực cắt V lớn hoạt tải HL93 (xe trục + làn) gây dầm mặt cắt nhịp mặt cắt gối theo trạng thái giới hạn cường độ I tính theo mơ hình khơng gian phần mềm Midas 3926,5kNm 547,75kN Sử dụng nguyên tắc xếp tải lên đường ảnh hưởng, xác định momen My lực cắt V hoạt tải HL93 gây mặt cắt toàn cầu nhịp gối 8712,37kNm 963,22kN Như vậy, HSPBN cho momen lực cắt, tính theo mơ hình tồn cầu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Midas) mgM = 0,451 mgV = 0,569 Các kết tính hệ số phân bố ngang cho dầm cầu dầm Super T so sánh với kết tính theo mơ hình khơng gian (sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Midas) trình bày Bảng Bảng Tính HSPBN momen lực cắt cho dầm nhịp dẫn cầu Cao Lãnh Phương pháp tính Cơng thức thực nghiệm Phương pháp đòn bẩy HSPBN momen 0,522 0,818 Sai số so với mơ hình khơng gian (%) +15,74 +81,37 HSPBN lực cắt 0,605 0,818 Sai số so với mơ hình khơng gian (%) +6,33 +43,76 Kết luận Việc tính tốn HSPBN cho dầm cầu dầm Super T có chiều cao dầm lớn (d > 1700mm) chưa hướng dẫn rõ ràng Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Thơng qua việc tính tốn HSPBN cho dầm nhịp dẫn cầu Cao Lãnh, nhận thấy tính HSPBN theo cơng thức thực nghiệm 22 TCN 272-05 theo phương pháp đòn bẩy cho kết thiên an tồn tính theo công thức thực nghiệm 22 TCN 272-05 cho kết sát hơn, tính theo phương pháp đòn bẩy cho sai số kết lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Giao thơng vận tải Tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình giao thông (tập VIII) - Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN272-05 NXB Giao thơng vận tải, 2005 [2] Lê Đình Tâm Cầu bê tông cốt thép đường ô tô NXB Xây dựng, 2005 [3] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long Cầu bê tông cốt thép (Thiết kế theo Tiêu chuẩn 22 TCN-272-05) NXB Giao thông vận tải, 2007 [4] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Trọng Nghĩa Thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm Super T theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 NXB Xây dựng, 2015 [5] Phạm Văn Thoan, Nguyễn Quý Thành, Nguyễn Trưởng Toán, Nguyễn Thanh Sang, Nguyễn Mạnh Hà Ví dụ thiết kế kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép đường ô tô theo 22 TCN 27205 (Tập 1) NXB Xây dựng, 2014 [6] Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Trọng Nghĩa Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas/Civil (Tập 1) NXB Xây dựng, 2013 [7] Brian Barwick (Project Manager) Cao Lanh Bridge Design Report - Volume VI - Drawings Wilbur Smith Associates, Inc., WSP Finland Limite & Yooshin Engineering Corporation Ngày nhận bài: 23/4/2019 Ngày nhận sửa: 08/5/2019 Ngày duyệt đăng: 14/5/2019 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 71 ... 22 TCN 272-05 cho k t s t hơn, t nh theo phương pháp đòn bẩy cho sai số k t lớn T I LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Giao thông vận t i Tiêu chuẩn kỹ thu t cơng trình giao thơng (t p VIII) - Tiêu chuẩn thi t. .. 272-05 Thơng qua vi c t nh t n HSPBN cho dầm nhịp dẫn cầu Cao Lãnh, nhận thấy t nh HSPBN theo cơng thức thực nghiệm 22 TCN 272-05 theo phương pháp đòn bẩy cho k t thiên an t n t nh theo cơng thức thực...  y2  y3  (với hệ số xe m = 1) T nh t n HSPBN dầm cầu dẫn cầu Cao Lãnh Trong mục này, HSPBN dầm cầu dẫn cầu Cao Lãnh t nh t n theo phương án trình bày Mục so sánh với k t t nh theo mơ hình