Phân tích nguyên nhân hư hỏng và đề xuất giải pháp kết cấu khe co giãn trong ác cầu tại tỉnh quảng ngãi

Đ I H C ĐÀ N NG TR NGăĐ I H C BÁCH KHOA PH M H U HÀ NAM PHỂNăTệCHăNGUYểNăNHỂNăH ăH NGăVÀăĐ XU T GI I PHÁP K T C U KHE CO GIÃN TRONG CÁC C U T I T NH QU NG NGÃI LU N VĔNăTH CăSĨăK THU T Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng ĐƠăNẵng ậ Nĕmă2018 Đ I H C ĐÀ N NG TR NGăĐ I H C BÁCH KHOA PH M H U HÀ NAM PHỂNăTệCHăNGUYểNăNHỂNăH ăH NGăVÀăĐ XU T GI I PHÁP K T C U KHE CO GIÃN TRONG CÁC C U T I T NH QU NG NGÃI Chuyên ngành: K thu t xây d ng cơng trình giao thông Mã s : 85 80 205 LU NăVĔNăTH CăSĨăK THU T Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng NG IăH NG D N KHOA H C: TS NGUY N LAN ĐƠăNẵng ậ Nĕmă2018 L IăC Mă N H c viên xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Nguy n Lan đư tận tình d y bảo, h ớng dẫn q trình thực hồn thiện luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Tr ng Đ i h c Bách hoa - Đ i h c Đ N ng đư t o điều kiện cho h c viên đ ợc tham gia lớp h c thực luận văn t t nghiệp Cảm ơn Ban đ o t o Sau đ i h c qu Thầy Cô, tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Xây dựng Cầu đ ng Tr ng Đ i h c Bách hoa - Đ i h c Đ N ng đư t o điều kiện v giúp đỡ cho h c viên th i gian h c cao h c v ho n th nh uận văn t t nghiệp Do ực thân th i gian nghiên c u h n chế, luận văn chắn không tránh kh i thiếu sót, t n t i H c viên mong nhận đ ợc ý kiến đóng góp từ phía q thầy b n bè đ ng nghiệp để luận văn đ ợc hoàn thiện Đà Nẵng, tháng 10 năm 2018 L IăCAMăĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết quả, số liệu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác gi lu năvĕn Ph m H u Hà Nam PHỂNăTệCHăNGUYểNăNHỂNăH ăH NGăVÀăĐ XU T GI I PHÁP K T C U KHE CO GIÃN TRONG CÁC C U T I T NH QU NG NGÃI H c viên: Ph m Hữu Hà Nam Chu ên ng nh: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mư s : 85 80 205 Khóa: 33 Tr ng Đ i h c Bách hoa – ĐHĐN Luận văn trình b t ng quan lo i he co giưn th ng dùng cho cơng trình cầu ph m vi sử dụng c a lo i khe co giãn: cao su d ng tấm, thép tr ợt, d ng ợc mô đun vật liệu Aspha t đ n h i Đư t ng hợp v đánh giá thực tr ng h h ng khe co giãn cầu đ a bàn tỉnh Quảng Ngưi đ ng th i nêu ên đ ợc thực tr ng thiết kế khe co giãn cho cơng trình cầu đ ợc áp dụng đ a bàn tỉnh Quảng Ngưi Trình b s tính tốn, thiết kế lo i khe co giãn, từ xây dựng tốn thiết kế khe co giãn cho cơng trình cầu Cửa Đ i, tỉnh Quảng Ngãi ( he co giưn ợc v mơ đun), đư tính tốn iểm tốn theo tr ng thái giới h n c ng độ, tr ng thái giới h n m i, tính tốn bu lông neo Luận văn khuyến ngh đề xuất việc lựa ch n khe co giãn phù hợp cho cầu đ a bàn tỉnh Quảng Ngưi s tiêu kỹ thuật c a lo i khe co giãn T khóa: Phân tích nguyên nhân hư hỏng đề xuất giải phải kết cấu khe co giãn cầu tỉnh Quảng Ngãi ANALYZE THE CAUSE OF THE FAILURE ANH PROPOSE A SOLUTION TO THE EXPANSION JOINTS IN THE BRIDGE IN QUANG NGAI CITY Thesis presents an overview of the types of expansion joints commonly used for bridges and the range of joints used: Botl-down Panel Joint, Steel Sliding Plate Joint, Strip Seal Joint, Steel Finger Joint, Modular Expansion Joint, Asphalt Plug Joints Synthesize and assess the actual condition of the fracture joints in the bridges in Quang Ngai province, and at the same time, state the design of expansion joints for bridges currently being applied in Quang Ngai province Presented the basis for calculating and designing the expansion joints, since then, the design of expansion joints for Cua Dai bridge, Quang Ngai province (Steel Finger Joint and Modular Expansion Joint) Calculated by the intensity limit, fatigue limit, and anchor bolt calculation Thesis also recommends the selection of suitable expansion joints for bridges in Quang Ngai province based on the technical specifications of the expansion joints Keywolds: Analyze the cause of the failure and propose a solution to the expansion joints in the bridge in Quang Ngai City M CăL C M Đ U 1 Tính c p thi t củaăđ tài 2.ăĐ iăt ng nghiên cứu .1 Ph m vi nghiên cứu M c tiêu nghiên cứu 5.ăPh ngăphápănghiênăcứu B c c lu năvĕn CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI KHE CO GIÃN DÙNG TRONG KẾT CẤU NHỊP CẦU…………………………………………………………… …3 1.1 KHÁI NI M CHUNG V KHE CO GIÃN (Expansion joint) 1.2 CÁC LO Iă KHEă COă GIẩNă TH NG DÙNG VÀ PH M VI S D NG 1.2.1 Khe co giãn cao su d ng t m (Botl-down Panel Joint) 1.2.2 Khe co giãn thép b nătr t (Steel Sliding Plate Joint) 1.2.3 Khe co giãn d ng ray (Strip Seal Joint) 1.2.4.ăKheăcoăgiƣnărĕngăl c (Steel Finger Joint) .5 1.2.5.ăKheăcoăgiƣnămôăđună(ModularăExpansionăJoint) .6 1.2.6 Khe co giãn v t li uăAsphaltăđƠnăh i (Asphalt Plug Joints-APJ) 1.3 YÊU C U THI T K KHE CO GIÃN CHO CÔNG TRÌNH C U .8 1.3.1 Khái quát chung v yêu c u thi t k khe co giãn 1.3.2 Thi t k k t c u khe co giãn .8 1.3.3 Thi t k hình h c khe co giãn 1.3.4 S l ng khe co giãn 1.3.5 V trí khe co giãn 1.3.6 V t li u cho khe co giãn 10 1.3.6.1 Các phận thép 10 1.3.6.2 Các phận đàn hồi .11 1.3.7 Xây d ng khe co giãn 14 1.4 TH C TR NG CÁC D NGăH ăH NG KHE CO GIÃN TRÊN CÁC C U T NH QU NG NGÃI 23 1.4.1 K t qu th ng kê hi n tr ng lo i khe co gi n 23 1.4.2 K t qu đánhăgiáăth c tr ng khe co giãn 24 1.4.2.1 Khe co giãn cao su dạng 24 1.4.2.2 Khe co giãn thép trượt .25 1.4.2.3 Khe co giãn ray thép .27 1.4.2.4 Khe co giãn lược 29 1.4.2.5 Khe co giãn vật liệu Asphalt đàn hồi 30 1.5 TH C TR NG THI T K KHE CO GI N CHO CÁC CƠNG TRÌNH C UăTRểNăĐ A BÀN T NH QU NG NGÃI 31 1.6 K T LU NăCH NGă1 32 1.6.1 Ch tiêu k thu t khe co giãn cao su d ng t mầầầầầầầầầ 33 1.6.2 Ch tiêu k thu t khe co giãn thép b nătr tầầầầầầầầầầ.34 1.6.3 Ch tiêu k thu t khe co giãn d ng rayầầầầầầầầầầầầ 34 1.6.4 Ch tiêu k thu tăkheăcoăgiƣnărĕngăl cầầầầầầầầầầầầ.37 1.6.5 Ch tiêu k thu tăkheăcoăgiƣnămôăđunầầầầầầầầầầầầầ.39 1.6.6 Ch tiêu k thu t khe co giãn v t li uăAsphaltăđƠnăh iầầầầ42 CHƯƠNG - CƠ SỞ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CÁC LOẠI KHE CO GIÃN…44 2.1 TÍNH TỐN CHUY N V KHE CO GIÃN 44 2.1.1 Chuy n v ngangătheoăh ng d c c u ux 45 2.1.2 Chuy n v ngangătheoăh ng ngang c u uy 47 2.1.3 Chuy n v t nh ti nătheoăh ng thẳngăđứng uz 48 2.1.4 Xoay quanh tr c d c c uăφx .49 2.1.5 Xoay quanh tr c ngang c uăφy 49 2.1.6 Xoay quanh tr c thẳngăđứngăφz 49 2.2 PHÂN TÍCH VÀ THI T K M T S KHE CO GIÃN PH BI N 50 2.2.1 Khe co giãn kín khe co giãn v t li uăAsphaltăđƠnăh i .50 2.2.2 Khe co giãn d ng ray kheăcoăgiƣnămôăđun 50 2.2.3 Khe co giãn cao su b n thép 60 2.2.4.ăKheăcoăgiƣnărĕngăl c .61 2.3 K T LU NăCH NGă2 62 CH NGă3 - THI T K KHE CO GIÃN C U C AăĐ I, T NH QU NG NGÃI 63 3.1 QUY MÔ C U C AăĐ I, T NH QU NG NGÃI 63 3.2 THI T K KHE CO GIÃN C U C AăĐ I, T NH QU NG NGÃIầ65 3.2.1 Thi t k kheăcoăgiƣnărĕngăl cầầầầầầầầầầầ.ầầầầ 65 3.2.1.1 Mô tả cấu tạo khe co giãn lược…………………………… 65 3.2.1.2 Tải trọng tác dụng…………………………………………………… 65 3.2.1.3 Tính tốn kiểm tốn………………………………………………… 66 3.2.2 Thi tăkêăkheăcoăgiƣnămơăđunầầầầầầầầầầầầầầầầ 70 3.2.2.1 Mô tả cấu tạo khe co giãn mô đun……………………………… 70 3.2.2.2 Tính tốn moment qn tính dầm giữa……………………………….70 3.2.2.3 Tải trọng thiết kế……………………………………………………….71 3.2.2.4 Phân tích nội lực dầm giữa……………………………………………71 3.2.2.5 Phân tích nội lực dầm đỡ…………………………………………… 75 3.3 NH N XÉT, K T LU N 78 3.3.1 Nh n xét .78 3.3.2 K t lu n 78 K T LU N VÀ KI N NGH 80 TÀI LI U THAM KH O 83 PH L C .1 DANHăM CăB NG S hi u Tên b ng b ng 1.1 1.2 1.3 Trang Các tiêu kỹ thuật c a c t thép (ASTM A709 Grade 36) Các tiêu kỹ thuật c a vật liệu thép (ASTM A570 Grade 50) Các tiêu kỹ thuật c a vật liệu thép làm mặt, bu lông, neo 10 11 11 1.4 Các tiêu kỹ thuật c a vật liệu thép (ASTM A572) 11 1.5 Tiêu chuẩn ỹ thuật c a cao su thép 12 1.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật c a cao su làm khe co giãn d nh / ợc 12 1.7 Các yêu cầu với cao su he co giưn mô đun 13 1.8 Tiêu chuẩn ỹ thuật c a nhựa đ n h i sử dụng cho he co giưn vật iệu Aspha t đ n h i 13 1.9 1.10 m he co giưn cao su Tiêu chuẩn kỹ thuật c a sơn bảo vệ ch ng ăn mòn he co giưn thép / ợc Tiêu chuẩn kỹ thuật c a sơn bảo vệ ch ng ăn mòn he co giưn mô đun 14 14 1.11 Th ng kê tr ng lo i khe co giãn cầu thuộc tuyến Qu c lộ đ a bàn tỉnh Quảng Ngãi 23 1.12 Chỉ tiêu kỹ thuật khe co giãn cao su d ng 33 1.13 Chỉ tiêu kỹ thuật khe co giãn thép tr ợt 34 1.14 Chỉ tiêu kỹ thuật khe co giãn d ng ray 35 1.15 Chỉ tiêu kỹ thuật he co giưn 37 1.16 Chỉ tiêu kỹ thuật he co giưn mô đun 40 1.17 Chỉ tiêu kỹ thuật khe co giãn vật liệu Aspha t đ n h i 42 3.1 Bề rộng mặt cắt ngang cầu Cửa Đ i, tỉnh Quảng Ngãi 63 ợc DANHăM CăCÁC HÌNH S hi u Tên hình hình Trang 1.1 Khe co giãn cao su d ng 1.2 Khe co giãn thép tr ợt 1.3 Khe co giãn d nh ray 1.4 Khe co giưn 1.5 Khe co giưn mô đun 1.6 Khe co giãn Feba 1.7 Khe co giãn APJ-150 1.8 Các điều kiện h n chế tiếng n an tồn 15 1.9 Khe co giãn kín chơn mặt cầu 15 1.10 Khe co giãn kín kết hợp cao su 16 1.11 Khe co giãn liên tục kết hợp cao su 16 1.12 Khe co giưn Aspha t đ n h i 16 1.13 Khe co giưn Aspha t đ n h i ết hợp với cao su 17 1.14 ợc Các giải pháp xây dựng khe co giãn cho chuyển v trung bình 17 1.15 Tấm cao su ngăn n ớc hình V 18 1.16 Tấm cao su ngăn n ớc đặc biệt 18 1.17 Tấm cao su ngăn n ớc có phần rỗng 18 1.18 Khe co giãn với cao su ngăn n ớc hình chữ V 18 1.19 Khe co giãn với ph d nh cho ng 18 1.20 Khe co giãn cho vỉa hè 18 1.21 Khe co giãn cao su đ nh hình 19 1.22 Khe co giãn cao su thép 19 1.23 i Ph ơng pháp xâ dựng khe co giãn cho chuyển động lớn 19 1.24 Khe co giãn cao su d ng đôi 20 1.25 Khe co giãn mô đun đ ợc hỗ trợ b i m i n i 1.26 Khe co giãn mô đun đ ợc hỗ trợ b i dầm Khoảng cách đ ợc điều khiển b i lò xo 21 1.27 Khe co giãn mô đun đ ợc hỗ trợ b i dầm Khoảng cách đ ợc điều khiển b i liên kết ngang song song 21 ới xếp l i 20 74 Nút đường ảnh hưởng Hình 3.16: Đường ảnh hưởng mô men nút số Xếp ho t tải ên đ ng ảnh h ng mômen để tìm giá tr mơmen âm cực tr c a mặt cắt g i t i nút Giá tr mơmen âm cực tr theo mơ hình phân tích : -27,840 kN.m - T i mặt cắt g i nút 10 (nút giao c a phần tử s v phần tử s 10 mơ hình) Nút 10 đường ảnh hưởng Hình 3.17: Đường ảnh hưởng mơ men nút số 10 Xếp ho t tải ên đ ng ảnh h ng mơmen để tìm giá tr mơmen âm cực tr c a mặt cắt g i t i nút 10 Giá tr mômen âm cực tr theo mô hình phân tích : -27,837 kN.m - T i mặt cắt g i nút 14 (nút giao c a phần tử s 13 v phần tử s 14 mô hình) Nút 14 đường ảnh hưởng Hình 3.18: Đường ảnh hưởng mô men nút số 14 Xếp ho t tải ên đ ng ảnh h ng mơmen để tìm giá tr mômen âm cực tr c a mặt cắt g i t i nút 14 Giá tr mômen âm cực tr theo mơ hình phân tích : -26.755 kN.m 75 - T i mặt cắt g i nút 18 (nút giao c a phần tử s 17 v phần tử s 18 mơ hình) Nút 18 đường ảnh hưởng Hình 3.19: Đường ảnh hưởng mơ men nút số 18 Xếp ho t tải ên đ ng ảnh h ng mơmen để tìm giá tr mơmen âm cực tr c a mặt cắt g i t i nút 18 Giá tr mơmen âm cực tr theo mơ hình phân tích :-15.631 kN.m V yăgiáătr ămơămenăơmăc cătr ătrongă4ătr Mơ mem u n cực đ i c a dầm M-max = - 27,840 kN.m M+max = 38,584 kN.m ngăh pătrênălƠ:ă-27,840 kN.m Mmax = 38,584 kN.m Vậ cần iểm tra nội ực c a dầm Vật iệu c a dầm thép t ơng ng với ASTM A709 Cấp 50 có [σ] = 345 Mpa ng suất c a dầm σmax = Mmax / W = 38.584/(133420x10-6) = 289,19 Mpa Ta có: σmax =ă289,19ăMpaă