Nghiên cứu khả năng chịu cắt và xoắn tại vị trí mối nối trong cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -o0o - NGUYỄN ĐẮC ĐỨC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU CẮT VÀ XOẮN TẠI VỊ TRÍ MỐI NỐI TRONG CẦU DẦM HỘP LẮP GHÉP PHÂN ĐOẠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cùng với phát triển khoa học cơng nghệ, ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông không ngừng lớn mạnh quy mô, kỹ thuật thiết kế công nghệ xây dựng Các nghiên cứu không đưa giải pháp kết cấu vượt nhịp lớn nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao tĩnh không thông thuyền vượt chướng ngại vật có độ lớn eo biển, thung lũng công nghệ thi công đại trọng nghiên cứu nhằm cải thiện điều kiện thi công, đẩy nhanh tiến độ phát huy hiệu vốn đầu tư Những khái niệm cấu kiện phân đốt bê tơng đúc sẵn lắp ghép bắt đầu hình thành năm đầu thập niên 30 kỷ trước Người đặt móng Eugene Freyssinet, năm 1946 có thiết kế thi cơng cơng trình cầu lắp ghép giới - cầu Luzancy bắc qua sông Marne Đây cầu vịm bê tơng cốt thép dự ứng lực giới theo phân đốt dầm lắp ghép hệ cột chống đà giáo tạm thời sử dụng vật liệu vữa bê tông làm chất chèn khe vị trí mối nối Khơng lâu sau có thêm cầu vịm bê tông cốt thép độ nhịp 74m bắc qua sông Marne Từ cơng trình thử nghiệm ban đầu này, nước giới tiếp tục xây dựng nhiều dạng cầu bê tông dự ứng lực lắp ghép có quy mơ lớn với giải pháp cơng nghệ ngày đại mang lại hiệu mặt kỹ thuật, mỹ thuật kinh tế Tuy nhiên, với dạng kết cấu nhịp cầu lắp ghép phân đoạn việc tồn mối nối làm cho chế chịu lực nói chung chế chịu cắt, xoắn nói riêng có khác biệt, dó năm 1959 Franz [3] nghiên cứu mô hình mối nối vữa xi măng phẳng, cưa khơng có cốt thép, tiếp đến nghiên cứu Jones năm 1959[3], Buyukozturk, Bakhoum, Beattie năm 1990[25] với mối nối khơ keo epoxy phẳng có khóa chống cắt khơng có cốt thép… Ở nước ta cơng nghệ lắp ghép Ngành giao thông vận tải tập trung nghiên cứu năm 2000, tập trung cho nhịp trung từ 40-60m, dạng mặt cắt ngang thường mặt cắt chữ T, mặt cắt hộp…các cơng trình thi cơng xây dựng, nhiều tồn nhiên đáp ứng yêu cầu khai thác Trong năm gần đây, số dự án lớn, đòi hỏi tiến độ thi công nhanh dự án tuyến Metro Bến Thành – Suối Tiên thành phố Hồ Chí Minh [7] Dự án có chiều dài 19,7km có 2,6km ngầm 17,1km cao với đoạn cầu cạn dài 14,5km, có 12km thi cơng công nghệ lắp ghép phân đoạn, mặt cắt ngang dầm hình chữ U, mối nối sử dụng khố chống cắt kết hợp keo epoxy Dự án Tân Vũ – Lạch Huyện, thành phố Hải Phòng [6], điểm đầu dự án Km0 (nút giao Tân Vũ) giao với đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng thuộc địa phận quận Hải An, thành phố Hải Phòng; Điểm cuối Km15+629,94 (cổng cảng Lạch Huyện) thuộc địa phận huyện Cát Hải - Thành phố Hải Phịng, dự án có tổng chiều dài 15,63km, chiều dài phần cầu 4433,7m Mặt cắt ngang 01 dầm hộp BTCT DƯL f’c = 50Mpa cao 3,2m, rộng 16m) Cầu gồm đơn nguyên, thi công theo công nghệ lắp ghép Span By Span (SBS), cầu nằm đường thẳng, mối nối sử dụng khoá chống cắt kết hợp keo epoxy Trong trình khai thác vị trí mối nối điểm xuất điều kiện làm việc bất lợi mối nối tham gia chịu cắt, xoắn Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu khả chịu cắt xoắn vị trí mối nối nhằm đề giải pháp góp phần kiểm sốt hồn thiện thiết kế, thi cơng dự báo khả phá hoại vị trí mối nối chịu tác động tải trọng khai thác Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu kết cấu nhịp cầu thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn, liên hệ với công tác thiết kế, thi công số dự án thực tiễn chuẩn bị triển khai giới Việt Nam Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu khả chịu cắt khóa chống cắt, đánh giá ảnh hưởng xoắn đến khả chịu cắt mối nối thông qua xét đến tải trọng lệch tâm Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm kết hợp với mô số Tiến hành thu thập, nghiên cứu tài liệu nước Tiến hành phân tích, tổng hợp, đánh giá nội dung nghiên cứu khóa chống cắt, thực nghiệm xác định khả chịu cắt khóa chống cắt, phân tích mơ kiểm chứng thí nghiệm Tiến hành mơ đánh giá ảnh hưởng xoắn đến khả chịu cắt mối nối Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu nhằm yếu tố ảnh hưởng xác định khả chịu cắt khóa chống cắt, đánh giá ảnh hưởng xoắn thông qua mô số kết cấu chịu tải trọng lệch tâm Là sở để đơn vị thiết kế, thẩm tra đánh giá quản lý bảo trì cơng trình đánh giá khả chịu tải dạng phá hoại khóa chống cắt chịu lực cực hạn Kết cấu luận văn Mở đầu Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương Phân tích đánh giá sức kháng mối nối có khóa chống cắt cầu lắp ghép phân đoạn Chương Nghiên cứu thực nghiệm phân tích mơ số đánh giá khả chịu cắt khóa chống cắt Chương Ảnh hưởng xoắn đến khả chịu cắt mối nối với khóa chống cắt Kết luận kiến nghị CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan công nghệ cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn Công nghệ xây dựng cầu dầm lắp ghép phân đoạn - Công nghệ lắp ghép hệ đà giáo cố định - Công nghệ lắp hẫng tịnh tiến (Progressive Placement Method) - Công nghệ lắp ghép cân đối xứng giàn treo di động - Công nghệ lắp hẫng cân - Công nghệ lắp ghép hoàn chỉnh cho nhịp đà giáo (Span By SpanSBS) Công nghệ chế tạo đốt dầm lắp ghép phân đoạn - Kỹ thuật đúc nhiều phân đốt bệ dài (long-line casting) - Kỹ thuật đúc phân đoạn bệ ngắn (short-line casting) Tình hình áp dụng công nghệ lắp ghép phân doạn xây dựng cầu giới Việt Nam Kết cấu nhịp cầu sử dụng công nghệ lắp ghép phân đoạn bắt đầu sử dụng năm đầu thập kỷ 50 cho cầu nhịp nhỏ Ở số nước phát triển, năm thập kỷ 90 đầu năm 2000, hãng lớn như: NS (Nauy), Structuras (Úc), Roe-Ro (Đức), Freyssinet (Pháp), VSL (Thụy Sỹ), triển khai cơng trình cầu lớn sử dụng công nghệ lắp ghép phân đoạn Tại Việt Nam, đầu năm thập kỷ 80, kết cấu lắp ghép phân đoạn dầm hộp bê tông dự ứng lực có quy mơ vừa phải với chiều dài 3,5m lần áp dụng cầu: Rào, Niệm An Dương (Hải Phòng), cầu thiết kế xây dựng chủ yếu với dạng khung T nhịp đeo có độ nhịp 63m theo định hình Năm 2003 xây dựng thành cơng cầu Kiền bắc qua sơng Cấm Hải Phịng, cầu dây văng sử dụng mặt cắt hình hộp lắp ghép, dự án Tân Vũ – Lạch Huyện Metro Bến Thành – Suối Tiên 1.2 Mối nối sử dụng cầu lắp ghép phân đoạn Theo phân loại AASHTO, dạng mối nối phân thành loại: - Loại A (Type A): mối nối ướt (có sử dụng vật liệu chèn lấp hai phân đoạn để tạo mối nối, vật liệu bê tông, vữa, keo epoxy) - Loại B (Type B): không sử dụng vật liệu hai phân đoạn; Theo loại vật liệu làm mối nối, chiều dày mối nối chia dạng mối nối sử dụng kết cấu cầu lắp thép thành loại sau: - Loại 1: mối nối bê tơng đổ chỗ, có cốt thép chờ, chiều dày 20 - 60 cm - Loại 2: mối nối bê tông hạt mịn, chiều dày 7- 12 cm - Loại 3: Mối nối vữa xi măng, chiều dày - cm - Loại 4: Mối nối keo epoxy, chiều dày < 3mm - Loại 5: Mối nối khơ - Loại 6: Mối nối có khóa chống cắt keo epoxy 1.3 Tình hình sử dụng dạng mối nối lắp ghép Tình hình áp dụng dạng mối nối nước giới Ở Mỹ, cầu lắp ghép phân đoạn bắt đầu sử dụng vào năm 1970 Cho đến nay, loại kết cấu sử dụng phổ biến, loại mối nối sử dụng phổ biến mối nối có khóa chống cắt kết hợp keo epoxy Ở Thái Lan, nước khu vực Đông nam Á xu hướng sử dụng cầu lắp ghép phân đoạn trở nên phổ biến thời gian vừa qua Đặc biệt dự án đường cao cao Bang Na dài 54km thi công công nghệ đẩy lắp phân đoạn Mối nối sử dụng mối nối keo epoxy kết hợp với khóa chống cắt Hiện nay, tất cầu lắp ghép phân đoạn Thái Lan, Singapore, Malaysia sử dụng loại mối nối Ở Việt Nam, trước sửa dụng mối nối keo epoxy, mối nối vữa xi măng Với dự án lớn sử dụng công nghệ lắp ghép phân đoạn dự án đường tơ Tân Vũ – Lạch Huyện tuyến Metro số Bến Thành - Suối Tiên sử dụng hai loại mối nối là: Mối nối keo epoxy có khóa chống cắt, mối nối ướt bê tông hạt mịn phần gần trụ 1.4 Tình hình nghiên cứu sức kháng cắt mối nối cầu dầm lắp ghép phân đoạn Các nghiên cứu sức kháng cắt mối nối phẳng Từ năm 1959 có nhiều nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm làm việc mối nối, nghiên cứu dựa mơ hình nhỏ dầm thật Mối nối phẳng, mối nối có sử dụng keo epoxy hay khơng nghiên cứu Kết nghiên cứu cho thấy hệ số ma sát bề mặt nhỏ 0,391 lớn 0,691 Các nghiên cứu sức kháng cắt mối nối có khố chống cắt - Nghiên cứu Romako & Sadler (1981) [3] Các tác giả xác định cường độ khóa chống cắt việc đưa tỷ số diện tích khóa diện tích dọc theo đường nứt, giá trị trung bình cường độ khóa chống cắt lấy τ = 5,8 (MPa) Các tác giả lưu ý việc sử dụng chất bôi trơn hai mặt tiếp xúc không ảnh hưởng đến cường độ kháng cắt - Nghiên cứu Oral Buyukozturk Morad Michel Bakhoum (1991) [16] Nghiên cứu tác giả cung cấp nhiều số liệu có giá trị ứng xử (biến dạng, nứt dạng phá hủy) khóa chống cắt trường hợp có khơng có keo epoxy Kết cho thấy phá hoại khóa chống cắt trường hợp có khơng có keo epoxy thống nhất, vết nứt xuất phát từ chân khóa phá hoại cắt thơng qua mặt phẳng chân khóa Hình 1.1 Sự hình thành vết nứt mối nối khơ có khóa mối nối có keo epoxy có khóa - Nghiên cứu Rombach (2002) [10] Các tác giả tiến hành nghiên cứu ứng xử chịu lực dầm cầu bê tông cốt thép lắp ghép phân đoạn Cầu nghiên cứu cầy Bang Na Thái Lan thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn Các thí nghiệm mơ hình kích thước thật thực để kiểm chứng Hình 1.2 Cấu tạo nhịp cầu, mặt cắt ngang, khoá chống cắt sườn Tác giả tiến hành nghiên cứu tính tốn so sánh với tiêu chuẩn AASHTO BDV đề xuất công thức xác định khả chịu cắt mối nối V j   (   n A jo int  f f ck A key ) F - Nghiên cứu In-Hwan Yang, Korea (2013) [15] Tác giả tiến hành thí nghiệm mẫu thử khóa chống cắt đơn, chiều sâu khóa 10mm, 20mm Lực nén thay đổi từ 1-3MPa Từ kết thí nghiệm cho thấy khả chịu cắt khóa chống cắt tăng lên lực nén dự ứng lực tăng từ - 3MPa khả chịu cắt khóa chống cắt tăng lên tăng chiều sâu khóa từ 10 – 20mm - Nghiên cứu Haibo (2015) Professor, School of Civil & Transportation Engineering, Guangdong University, China [12] Các tác giả tiến hành thí nghiệm với loại mẫu liên kết bê tơng tồn khối, mẫu mối nối phẳng, mẫu mối nối khoá chống cắt, mẫu mối nối khóa khóa chống cắt, chiều sâu khóa thay đổi từ 25mm đến 50mm Hình 1.3 Kết thí nghiệm mơ hình phá hoại mẫu Kết thí nghiệm cho thấy dạng phá hoại khoá đơn ứng suất nén thấp theo Mơ hình 1, ứng suất nén lớn theo Mơ hình Khi ứng suất nén tăng từ 1,0MPa đến 2,0MPa khả chịu cắt khố đơn thấp mẫu liền khối xấp xỉ 34,8% 30,4% Khi tăng ứng suất nén từ 1,0MPa đến 2,0MPa khả chịu cắt khóa đơn, mẫu khóa, khóa tăng xấp xỉ 27% Khi tăng chiều sâu khố từ 25mm lên 50mm khả chịu cắt khóa tăng từ 80,79kN đến 94,47kN, ngược lại tăng khoảng cách khóa từ 150mm đến 190mm khả chịu cắt khóa giảm từ 141,8kN xuống 127,04kN Trong cơng thức tính tốn khả chịu cắt theo AASHTO đề nghị hệ số ma sát 0,6 phù hợp với hệ số ma sát thí nghiệm mẫu phẳng (khơng có khóa chống cắt), áp dụng cho tính tốn khả chịu cắt khóa đơn thiên an tồn Tuy nhiên mối nối khơ nhiều khóa chống cắt tác giả đề nghị sử dụng hệ số 0,7 - Nghiên cứu María alcalde, Hecstor cifuentes and Fernando medina, Universidad de Sevilla, Tây Ban Nha năm 2010 [17] Tác giả tiến hành thí nghiệm phân tích mơ hình theo phương pháp phần tử hữu hạn với mẫu có khóa chống cắt, cường độ bê tông 50MPa, ứng suất nén đến 3MPa Tác giả tiếp tục tiến hành phân tích số với mơ hình nhiều khóa chống cắt (5,7 khố), từ đề nghị cơng thức tính khả chịu cắt mối nối có xét đến số lượng khóa mặt cắt ngang Trong đó: Nk - số lượng khố chống cắt mối nối - Nghiên cứu Rabee Shamass, Xiangming Zhou, Ph.D., M.ASCE2; and Giulio Alfano, Ph.D J Bridge Eng., 2015 [18] Mơ hình khóa chống cắt khơ đơn, chiều sâu khóa 25mm tiến hành nghiên cứu mơ với lực nén thay đổi từ 1-6MPa nhằm đánh giá hình thành, phát triển vết nứt độ mở rộng vết nứt khóa 440 Pv 2ø12 70 290 360 20 Ph 25 25 Ph 200 420 70 50 500 Hình 1.4 Mơ hình thí nghiệm mô số Kết cho ta thấy bề rộng vết nứt nhỏ dần tăng áp lực ngang, khóa chống cắt bị phá hoại cắt ngang thân khóa 1.5 Đánh giá chung trạng mối nối Đối với mối nối có keo epoxy khóa chống cắt mối nối có độ tin cậy cao khóa chống cắt đóng vai trị truyền lực cắt vị trí mối nối với ma sát bề mặt phẳng tiếp xúc hai đốt đúc Keo epoxy làm nhiệm vụ kiên kết kín khít tránh môi trường xâm thực làm hư hại mối nối Với ưu điểm nêu trên, loại mối nối khẳng định tính ưu việt sử dụng rộng rãi giới cơng trình lớn việt Nam dự án Cầu Kiền hồn thành năm 2003 sử dụng mối nối có keo epoxy khoá chống cắt, tương tự dự án Tân Vũ - Lạch Huyện, Metro Bến Tành - Suối Tiên Tính tốn thiết kế mối nối Tư vấn thực phần mềm chuyên dụng Mặc dù loại mối nối có khóa chống cắt keo epoxy có chất lượng tốt, nhiên sau thời gian khai thác (10-20 năm) keo epoxy bị lão hoá dẫn đến ảnh hưởng khả truyền lực mối nối 1.6 Kết luận chƣơng Qua khảo sát thực tế sử dụng mối nối cho thấy, việc sử dụng mối nối có khóa chống cắt kết hợp keo epoxy cho kết cấu nhịp cầu thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn đảm bảo phù hợp với xu hướng giới Từ việc phân tích, tổng hợp nghiên cứu mối nối có khóa chống cắt cho thấy: Khả truyền lực cắt vị trí mối nối phụ thuộc vào khả chịu cắt khóa chống cắt cụ thể chiều sâu khóa, diện tích mặt phẳng tiếp xúc mối nối, lực dự ứng lực, vị trí lệch tâm tải trọng Các nghiên cứu mô thực nghiệm thực với số khóa có chiều sâu 10,20mm[15], 25,35,50mm[12], 32,35mm[10] 38,1[16] với lực nén dự ứng lực mối nối từ 1MPa đến 6MPa để đánh giá khả chịu cắt mối nối Tuy nhiên, nghiên cứu thực dạng khóa cụ thể, khóa có chiều sâu khác khả chịu cắt khác đặc biệt chiều sâu khóa đến 55mm khả chịu lực khóa lại giảm Qua tác giả đề xuất tiếp tục nghiên cứu: - Khả chịu cắt khóa có chiều sâu 30,40,55 60mm để đánh giá khả chịu cắt thấy ảnh hưởng chiều sâu khóa đến khả chịu cắt - Xét ảnh hưởng mô men xoắn đến khả chịu cắt mối nối CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ SỨC KHÁNG CỦA MỐI NỐI CÓ KHÓA CHỐNG CẮT TRONG CẦU LẮP GHÉP PHÂN ĐOẠN 2.1 Cơ chế truyền lực cắt hình thành sức kháng cắt mối nối Cơ chế truyền lực cắt sức kháng cắt dầm bê tông cốt thép dự ứng lực tồn khối Dạng tổng qt cơng thức sau: Vn = Vc + Vs + Vp Hình 2.1 Mơ hình phá hủy cắt dầm BTCT DƯL tồn khối Trong đó: Vn - sức kháng cắt danh định Vc - thành phần sức kháng cắt đóng góp bê tông Vr - thành phần sức kháng cắt loại cốt thép thường (thép xiên, thép đai ) Vp - thành phần sức kháng cắt đóng góp cốt thép dự ứng lực Cơ chế truyền lực cắt sức kháng cắt dầm bê tông cốt thép dự ứng lực lắp ghép phân đoạn Việc tồn mối nối làm cho chế chịu lực nói chung chế chịu cắt, xoắn nói riêng có khác biệt, chế phá hủy cắt mối nối khác với phá hủy cắt kết cấu tồn khối Hình 2.2 Mơ hình phá hủy cắt dầm BTCT DƯL lắp ghép phân đoạn lực cắt Như vậy, chế phá hủy cắt mối nối khác hẳn so với kết cấu toàn khối mà nguyên nhân chủ yếu cốt thép dọc Rất nhiều nghiên cứu tiến hành để nhằm hiểu rõ chất chế phá huỷ mối nối, công thức để dự báo khả chịu lực cắt 2.2 Khóa chống cắt ứng xử chịu cắt mối nối có khóa chống cắt Các mơ hình thiết kế mối nối khóa chống cắt có cốt thép Các mơ hình phân tích khóa chống cắt dựa hệ số  tỷ số chiều cao (h) chiều dày (d) khóa  ≤ 0,5 Mơ hình ma sát cắt trượt 0,5 <  ≤ 1,0 Khung chống dầm chìa (Bracket corbel)  > 1,0 Uốn (dầm hẫng) Thiết kế mối nối với khóa chống cắt không cốt thép theo thực nghiệm công thức dẫn Tiêu chuẩn dẫn kỹ thuật hành 2.3 Đánh giá sức kháng cắt mối nối có khóa chống cắt theo tiêu chuẩn dẫn kỹ thuật hành - Tính theo AASHTO1999, 2017 [9] Sức kháng danh định mối nối khơ tính cơng thức V j  A key , 792 10 3 f ck (12  , 466  n )  , A sm  n Trong đó: n - ứng suất nén trung bình qua mối nối, MPa Asm - diện tích tiếp xúc bề mặt phẳng mặt phẳng phá hoại, mm2 fck - cường độ chịu nén bê tông, MPa Akey – tổng diện tích khóa cắt mặt phẳng phá hoại, mm2 - Tính theo cơng thức Tiêu chuẩn Đức DBV99 [11] Khả chống cắt mối nối tính sau: V j    n A T Trong đó: n - ứng suất nén trung bình qua mối nối, MPa AT - diện tích chịu cắt có hiệu, mm2 μ - hệ số ma sát (lấy 0,7) - Tính theo cơng thức Roberts Breen [20] V u  Ak ' f c ( 2048  n  9961 )  , A sm  n Trong đó: Ak - diện tích tất khóa mặt phẳng cắt, mm2 f’c - cường độ chịu nén bê tông, MPa n - ứng suất nén trung bình mặt phẳng mối nối, MPa Asm - diện tích tiếp xúc bề mặt phẳng với bề mặt phá hoại, mm2 - Tính theo cơng thức Rombach [10] V j   (   n A jo int  f f ck A key ) F Trong đó:  = 0,65 - hệ số ma sát F = 2,0 - hệ số an tồn n - ứng suất nén trung bình mặt phẳng mối nối, MPa Ajoint - diện tích vùng nén mối nối, mm2 fck - cường độ chịu nén bê tông, MPa f = 0,14 - hệ số cho phần lõm mối nối Akey – diện tích nhỏ tất khóa mặt phẳng phá hoại, mm2 - Tính theo 22TCN 272 – 05 [1] V Nj  A k ' f c (1  , 205 f pc )  , A sm f pc Trong đó: Ak - diện tích chân tất chốt mặt phẳng phá hoại, mm2 f’c - sức kháng nén bê tông, MPa fpc - ứng suất nén bê tông sau trừ mát ứng suất tính trọng tâm mặt cắt ngang, MPa Asm - diện tích tiếp xúc bề mặt nhẵn mặt phẳng phá hoại, mm2 2.3.6 Tính theo tiêu chuẩn Châu âu [8] V u  Ak f cd ( 1863  n  9064 )  45 A sm  n Trong đó: fcd - cường độ bê tơng, MPa Ak - diện tích chân tất chốt mặt phẳng phá hoại, mm2 Asm - diện tích tiếp xúc bề mặt nhẵn mặt phẳng phá hoại, mm2 n - ứng suất nén trung bình mặt phẳng mối nối, MPa Tác giả thực tính tốn để so sánh kết Tiêu chuẩn trên, kết thể biểu đồ Hình 2.3 cho thấy khả chịu cắt tính tốn theo tác giả Robert Breen cao theo tiêu chuẩn Đức thấp nhất, giá trị tính theo 22TCN272-05 nằm khoảng trung bình Hinhg 2.3 Biểu đồ so sánh kết tính theo tiêu chuẩn 2.4 Xét ảnh hƣởng xoắn đến ứng xử cắt dầm hộp toàn khối dầm lắp ghép phân đoạn Nghiên cứu xoắn dầm hộp nguyên khối uốn xoắn oằn Hình 2.4 Các hiệu ứng gây mặt cắt ngang tải trọng lệch tâm gây xoắn Việc nghiên cứu xoắn đánh giá thông qua tải trọng đặt lệch tâm tên mặt cắt ngang Trạng thái ứng suất - biến dạng mặt cắt dầm khảo sát theo sơ đồ dầm phẳng theo sơ đồ khối không gian với giả thiết vật liệu xem làm việc giai đoạn đàn hồi tuyến tính Sử dụng lý thuyết thành mỏng mặt cắt kín để khảo sát cho sơ đồ phẳng Và sử dụng phần mềm phân tích kết cấu với phần tử khối sử dụng để phân tích sơ đồ khơng gian Nghiên cứu ứng xử chịu cắt xoắn đồng thời cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn Trong cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn, việc tồn mối nối làm thay đổi ứng xử mặt cắt ảnh hưởng hiệu ứng xoắn Các nghiên cứu ảnh hưởng xoắn dầm hộp lắp ghép phân đoạn chủ yếu thực sở phân tích mơ với hỗ trợ phần mềm tính tốn nghiên cứu thực nghiệm Ví dụ nghiên cứu mô Rombach Specker (2001) [10] Trong nội dung nghiên cứu khả chịu cắt mối nối, tác giả có xét đến phân bố lực lực đáy nắp dầm hộp tác động mô men xoắn gây kết cho thấy ảnh hưởng xoắn đáng kể Ví dụ nghiên cứu thực nghiệm M.A Algorafi, Ali, Jaafra, Almansob khoa cơng trình trường đại học Putra Malaysia (2011) [19] Các tác giả nghiên cứu đánh giá ứng xử mối nối có khố chống cắt bố trí cốt thép chịu xoắn cầu lắp ghép dự ứng lực ngồi Hình 2.5 Cấu tạo dầm phân tích Kết nghiên cứu ảnh hưởng xoắn (độ lệch tâm tải trọng) lớn khả chịu tải trọng thẳng đứng mẫu giảm, mức giảm lớn lên tới 30,38% mẫu D3 với tải trọng đặt lệch tâm 200mm 2.5 Kết luận chƣơng - Đối với dầm lắp ghép phân đoạn sử dụng mối nối có khóa chống cắt, việc truyền lực cắt vị trí mối nối phụ thuộc vào thành phần dự ứng lực cáp đặt xiên, lực ma sát tiếp xúc thông qua lực nén dự ứng lực khả chịu cắt khóa chống cắt - Việc sử dụng mơ hình đánh giá khả chịu cắt khóa chống cắt phụ thuộc vào tỷ lệ chiều sâu chiều cao khóa chống cắt - Các cơng thức tính khả chịu cắt mối nối cho thấy khả chịu cắt mối nối tăng tăng chiều cao khóa tăng lực nén dự ứng lực Tính tốn khả chịu cắt theo công thức đề xuất Tiêu chuẩn 22TCN272-05 nằm khoảng trung bình so với Tiêu chuẩn công thức khác - Các nghiên cứu ảnh hưởng xoắn dầm hộp nguyên khối lắp ghép thực chủ yếu thông qua thực nghiệm mô số Ảnh hưởng xoắn đến ứng suất tiếp mặt cắt ngang đáng kể, làm tăng ứng suất tiếp lớn dầm hộp toàn khối 25% Và tải trọng đặt lệch tâm 200mm đổi với mẫu dầm lắp ghép, hiệu ứng xoắn làm giảm khả chịu tải trọng thẳng đứng mẫu đến 30,38% CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH MƠ PHỎNG SỐ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA KHÓA CHỐNG CẮT 3.1 Thiết kế nghiên cứu xác lập mẫu thí nghiệm Tác giả tập trung tính tốn mơ số thực nghiệm xác định khả chịu cắt khóa chống cắt khơ khơng có cốt thép, chiều sâu khóa 30, 40, 55 60mm với chiều cao khóa khơng thay đổi 120mm, khóa khơng bố trí cốt thép Để hướng tới mục tiêu xác định khả chịu cắt thân khóa, mẫu thí nghiệm mơ bố trí cốt thép đường kính 8mm, cấu tạo chi tiết mẫu phân tích thí nghiệm thể hình 3.1 Hình 3.1 Cấu tạo tổ mẫu thí nghiệm mơ số 3.2 Đánh giá khả chịu cắt mẫu thí nghiệm theo 22TCN272-05 Để có sở thiết kế, lực chọn thiết bị theo dõi q trình thí nghiệm, tác giả tiến hành tính tốn khả chịu cắt khóa theo công thức dẫn Tiêu S40-Lần 45 40 88,252 6,304 279,508 19,965 3,980 Giá trị trung bình 84,040 6,003 265,286 18,949 3,595 Từ bảng tổng hợp kết thí nghiệm tổ mẫu S40 ta thấy khả chịu cắt trung bình khóa đạt 265,286kN (tương đương ứng suất cắt khóa phá hoại 18,949N/mm2) với lực nén ngang 84,040kN (tương đương áp lực nén ngang 6,003MPa) Kết thí nghiệm tổ mẫu S55 Hình 3.15 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S55 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S55 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 191,053kN với lực ngang đạt 54,260kN độ võng lớn 3,300mm Hình 3.16 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S55 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S55 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 182,284kN với lực ngang đạt 53,540kN độ võng lớn 3,100mm Hình 3.17 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S55 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S55 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 177,176kN với lực ngang đạt 50,135kN độ võng lớn 3,020mm Hình 3.18 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S55 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S55 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 172,065kN với lực ngang đạt 50,352kN độ võng lớn 3,520mm Hình 3.19 Hình ảnh phá hoại mẫu thí nghiệm tổ mẫu S55 14 Hình ảnh thí nghiệm phá hoại tổ mẫu S55 cho ta thấy dạng phá hoại thống nhất, vết nứt xuất từ chân khóa chống cắt Bảng Tổng lợp lực V – H chuyển vị thí nghiệm tổ mẫu S55 Góc Chiều Áp lực Lực thẳng Ứng suất Lực Ký hiệu nghiêng sâu nén đứng cắt Chuyển STT ngang H Ghi mẫu khóa khóa ngang Vmax khóa vị (mm) (kN) (độ) (mm) (MPa) (kN) (N/mm2) S55-Lần 54 55 Failure S55-Lần 54 55 54,260 3,876 191,053 13,647 3,300 S55-Lần 54 55 53,540 3,824 182,284 13,020 3,100 S55-Lần 54 55 50,135 3,581 177,176 12,655 3,020 S55-Lần 54 55 50,352 3,597 172,065 12,290 3,520 Giá trị trung bình 52,072 3,719 180,644 12,903 3,235 Từ bảng tổng hợp kết thí nghiệm tổ mẫu S55 ta thấy khả chịu cắt trung bình khóa đạt 180,644kN (tương đương ứng suất cắt khóa phá hoại 12,903N/mm2) với lực nén ngang 52,072kN (tương đương áp lực nén ngang 3,719MPa) Kết thí nghiệm tổ mẫu S60 Hình 3.20 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S60 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S60 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 167,164kN với lực ngang đạt 40,190kN độ võng lớn 2,515mm Hình 3.21 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S60 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S60 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 178,300kN với lực ngang đạt 40,850kN độ võng lớn 3,250mm Hình 3.22 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S60 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S60 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 184,969kN với lực ngang đạt 40,892kN độ võng lớn 2,418mm 15 Hình 3.23 Biểu đồ tương quan V-H, V-D thí nghiệm mẫu S60 lần Kết thí nghiệm lần với tổ mẫu S60 ghi nhận giá trị lực thẳng đứng mẫu bị phá hoại 188,965kN với lực ngang đạt 41,038kN độ võng lớn 2,928mm Hình 3.24 Hình ảnh phá hoại mẫu thí nghiệm tổ mẫu S60 Hình ảnh thí nghiệm phá hoại tổ mẫu S60 cho ta thấy dạng phá hoại thống nhất, vết nứt xuất từ chân khóa chống cắt Sự phá hoại xảy đồng khóa Bảng Tổng lợp lực V – H chuyển vị thí nghiệm tổ mẫu S60 Lực Góc Chiều Áp lực Ứng suất Lực thẳng Ký hiệu nghiêng sâu nén cắt Chuyển STT ngang đứng Ghi mẫu khóa khóa ngang khóa vị (mm) H (kN) Vmax (độ) (mm) (MPa) (N/mm2) (kN) S60-Lần 56 60 40,190 2,871 167,164 11,940 2,515 S60-Lần 56 60 40,850 2,918 178,300 12,736 3,250 S60-Lần 56 60 Failure S60-Lần 56 60 40,892 2,921 184,969 13,212 2,418 S60-Lần 56 60 41,038 2,931 188,965 13,498 2,928 Giá trị trung bình 40,743 2,910 179,850 12,846 2,778 Từ bảng tổng hợp kết thí nghiệm tổ mẫu S60 ta thấy khả chịu cắt trung bình khóa đạt 179,850kN (tương đương ứng suất cắt khóa phá hoại 12,846N/mm2) với lực nén ngang 40,743kN (tương đương áp lực nén ngang 2,910MPa) Bảng Tổng hợp kết thí nghiệm khả chịu cắt tổ mẫu Áp Góc Chiều Ứng suất Ký Lực lực Lực Chuyển nghiêng sâu cắt Ghi STT hiệu ngang nén Vmax vị khóa khóa khóa mẫu H(kN) ngang (kN) (mm) (độ) (mm) (N/mm2) (MPa) 37 30 S30 81,655 5,833 258,485 18,463 3,710 45 40 S40 84,040 6,003 265,286 18,949 3,595 54 55 S55 52,072 3,719 180,644 12,903 3,235 56 60 S60 40,743 2,910 179,850 12,846 2,778 3.5 Phân tích mơ số xác định sức kháng cắt khóa chống cắt Mơ hình tính mơ hình FEM mơ số Với cấu tạo mẫu bố trí cấu thí nghiệm trình bày, mơ hình tính cho 16 loại khóa có chiều sâu khác thiết lập hình 3.25 Để phân tích đầy đủ ứng xử vật liệu bê tông chuyển vị khóa chống cắt q trình thí nghiệm, tiến hành mơ hình kết cấu phần mềm Ansys19 Hình 3.25 Sơ đồ tính, mơ hình FEM phần tử tiếp xúc Kết phân tích số với khóa khơng cốt thép Kết phân tích khóa chiều sâu 30mm không cốt thép TT 10 11 Hình 3.26 Ứng suất vùng phát triển vết nứt khóa chống cắt tổ mẫu S30 Bảng Tổng hợp kết mô tổ mẫu S30 Áp lực ngang Lực thẳng đứng Ứng suất cắt Độ mở rộng vết Chuyển vị đáy (MPa) Vmax (kN) khóa (N/mm2) nứt (mm) (mm) 2,00 1,00 0,25 0,00 0,05 2,24 17,10 1,01 0,00 0,27 2,45 31,47 1,81 0,00 0,46 2,68 46,89 2,65 0,00 0,67 3,02 70,01 3,85 0,00 0,99 3,25 96,98 5,26 0,00 1,35 3,41 139,10 9,09 0,00 1,93 4,03 162,14 11,17 0,00 2,24 4,88 196,32 14,26 0,20 2,70 5,39 230,87 17,44 0,80 3,18 5,70 252,16 19,35 1,61 3,66 Hình 3.27 Biểu đồ thể tương lực thẳng đứng, độ mở rộng vết nứt áp lực ngang Kết phân tích khóa chiều sâu 40mm khơng cốt thép Hình 3.28 Ứng suất vùng phát triển vết nứt khóa chống cắt tổ mẫu S40 17 Bảng Tổng hợp kết mô tổ mẫu S40 Ứng suất cắt Áp lực ngang Lực thẳng đứng Độ mở rộng vết Chuyển vị đáy TT khóa (MPa) Vmax (kN) nứt (mm) (mm) (N/mm2) 2,00 1,00 0,07 0,00 0,03 2,22 17,87 0,98 0,00 0,23 2,46 37,14 1,99 0,00 0,46 2,61 48,79 2,63 0,00 0,61 2,85 68,51 3,65 0,00 0,84 3,17 92,54 4,98 0,00 1,14 3,53 120,14 7,19 0,00 1,47 3,89 148,77 9,27 0,00 1,81 4,19 173,69 11,11 0,00 2,10 10 4,56 202,47 13,34 0,18 2,45 11 5,14 246,89 16,79 0,84 2,99 12 5,47 273,66 18,78 2,20 3,52 Hình 3.29 Biểu đồ thể tương lực thẳng đứng, độ mở rộng vết nứt áp lực ngang Kết phân tích khóa chiều sâu 55mm không cốt thép TT 10 11 Hình 3.30 Ứng suất vùng phát triển vết nứt khóa chống cắt tổ mẫu S55 Bảng Tổng hợp kết mô tổ mẫu S55 Ứng suất cắt Áp lực ngang Lực thẳng đứng Độ mở rộng vết Chuyển vị đáy khóa (MPa) Vmax (kN) nứt (mm) (mm) (N/mm2) 2,00 1,00 0,04 0,00 0,01 2,20 11,68 0,67 0,00 0,18 2,46 26,47 1,52 0,00 0,42 2,82 46,66 2,66 0,00 0,74 3,19 67,87 3,86 0,00 1,07 3,53 87,96 4,94 0,00 1,38 3,68 96,02 5,73 0,00 1,52 3,84 104,88 6,53 0,00 1,68 4,11 119,48 7,85 0,01 1,90 4,68 152,11 10,67 0,20 2,41 5,21 182,47 13,31 1,40 2,98 18 Hình 3.31 Biểu đồ thể tương lực thẳng đứng, độ mở rộng vết nứt áp lực ngang Kết phân tích khóa chiều sâu 60mm khơng cốt thép Hình 3.32 Ứng suất vùng phát triển vết nứt khóa chống cắt S60 TT 10 11 Bảng 10 Tổng hợp kết mô tổ mẫu S60 Áp lực ngang Lực thẳng đứng Ứng suất cắt Độ mở rộng vết Chuyển vị đáy (MPa) Vmax (kN) khóa (N/mm2) nứt (mm) (mm) 2,00 1,00 0,02 0,00 0,03 2,16 10,25 0,57 0,00 0,16 2,41 24,67 1,42 0,00 0,36 2,73 41,99 2,52 0,00 0,61 3,04 59,22 3,55 0,00 0,86 3,45 82,11 4,95 0,00 1,18 3,73 97,58 6,29 0,00 1,41 3,95 111,14 7,30 0,00 1,58 4,23 125,47 8,64 0,01 1,81 4,64 148,77 10,57 0,30 2,14 5,18 178,52 13,08 1,94 2,65 Hình 3.33 Biểu đồ thể tương lực thẳng đứng, độ mở rộng vết nứt áp lực ngang Kết phân tích số với khóa có cốt thép Kết phân tích khóa chiều sâu 55mm có cốt thép Với mơ hình khóa 55mm tăng cường thêm cố thép thường khóa chống cắt có đường kính 8mm mặt khóa với chiều dày bê tơng bảo vệ 25mm Hình 3.34 Ứng suất vùng phát triển vết nứt khóa chống cắt S55 có cốt thép 19 Bảng 11 Tổng hợp kết mơ tổ mẫu S55 có cốt thép Áp lực ngang Lực thẳng đứng Ứng suất cắt Độ mở rộng vết Chuyển vị đáy TT (MPa) Vmax (kN) khóa (N/mm2) nứt (mm) (mm) 2,00 1,00 0,04 0,00 0,01 2,20 11,68 0,67 0,00 0,18 2,46 26,47 1,52 0,00 0,42 2,82 46,66 2,66 0,00 0,74 3,19 67,87 3,86 0,00 1,07 3,53 87,96 4,94 0,00 1,38 3,68 96,02 5,73 0,00 1,52 3,84 104,88 6,53 0,00 1,68 4,11 119,48 7,85 0,01 1,90 10 4,68 152,11 10,67 0,20 2,41 11 5,21 182,47 14,18 1,40 2,98 Hình 3.35 Biểu đồ thể tương lực thẳng đứng, độ mở rộng vết nứt áp lực ngang Kết phân tích khóa chiều sâu 60mm có cốt thép Với mơ hình khóa 60mm tăng cường thêm cố thép thường khóa chống cắt có đường kính 8mm mặt khóa với chiều dày bê tơng bảo vệ 25mm TT 10 11 Hình 3.36 Vùng phát triển vết nứt khóa chống cắt S60 có cốt thép Bảng 12 Tổng hợp kết mơ tổ mẫu S60 có cốt thép Áp lực Ứng suất cắt Chuyển vị Lực thẳng đứng Độ mở rộng ngang khóa đáy Vmax (kN) vết nứt (mm) (MPa) (N/mm2) (mm) 2,00 1,00 0,02 0,00 0,03 2,16 10,25 0,57 0,00 0,16 2,41 24,67 1,42 0,00 0,36 2,73 41,99 2,52 0,00 0,61 3,04 59,22 3,55 0,00 0,86 3,45 82,11 4,95 0,00 1,18 3,73 97,58 6,29 0,00 1,41 3,95 111,14 7,30 0,00 1,58 4,23 125,47 8,64 0,01 1,81 4,64 148,77 10,57 0,30 2,14 5,18 178,52 13,08 1,94 2,65 20 Hình 3.37 Biểu đồ thể tương lực thẳng đứng, độ mở rộng vết nứt áp lực ngang 3.6 So sánh kết thí nghiệm phân tích số Từ kết qủa thí nghiệm phân tích mơ phỏng, tác giả tiến hành so sánh giá trị khảo sát bao gồm lực nén ngang, khả chịu lực thẳng đứng chuyển vị tổ mẫu Kết thể Bảng 3.13 Bảng 13 Bảng so sánh kết thí nghiệm phân tích mơ số tổ mẫu Phương Chiều Ký Áp lực Lực Vmax Chuyển vị Ghi TT pháp thực sâu khóa hiệu ngang (kN) (mm) (mm) mẫu (MPa) Thí nghiệm 5,833 258,485 3,71 Mơ 5,700 252,160 3,660 số 30 S30 Chênh lệch 2% 2% 1% (%) Thí nghiệm 6,003 265,286 3,595 Mơ 5,740 273,660 3,520 số 40 S40 Chênh lệch 4% -3% 2% (%) Thí nghiệm 3,719 180,644 3,235 Mơ 5,210 182,470 2,980 số 55 S55 Chênh lệch -40% -1% 8% (%) Thí nghiệm 2,910 179,850 2,778 Mơ 5,180 178,520 2,650 số 60 S60 Chênh lệch -78% 1% 5% (%) Từ kết so sánh ta thấy, khả chịu lực thẳng đứng (chịu cắt) tổ mẫu xác định theo phân tích mơ theo thí nghiệm chênh lệch khơng nhiều từ 1% đến 3%, tương tự giá trị độ võng tổ mẫu theo phân tích mơ theo thí nghiệm chênh lệch từ 1% đến 8% điều cho thấy phù hợp mơ hình thí nghiệm mơ số Tuy nhiên, với ứng suất nén ngang tổ mẫu S30, S40 kết theo phân tích mơ nhỏ theo thí nghiệm 2% 4% Nhưng với tổ mẫu có chiều sâu khóa lớn 55mm 60mm áp lực nén ngang phân tích mơ lại lớn thí nghiệm từ 40% 78% điều lý giải ảnh hưởng yếu tố mô men chiều sâu khóa lớn Đối với mẫu chó chiều sâu khóa lớn 55mm 60mm tác giả tiến hành mơ 21 với trường hợp có bố trí cốt thép đường kính 8mm khóa chống cắt kết so sánh thể bảng 3.14 Bảng 14 Bảng so sánh kết phân tích mơ mẫu có cốt thép khơng có cốt thép Chiều Áp lực Ký hiệu Lực Vmax Chuyển vị TT Loại mẫu sâu khóa ngang Ghi mẫu (kN) (mm) (mm) (MPa) Mẫu có cốt thép 5,68 198,85 2,88 Mẫu không cốt 55 S55 5,21 182,47 2,98 thép Chênh lệch (%) 8% 8% -3% Mẫu có cốt thép 5,38 182,85 2,55 Mẫu không cốt 60 S60 5,18 178,52 2,65 thép Chênh lệch (%) 4% 2% -4% Từ bảng so sánh ta thấy, với mẫu có bố trí cốt thép khả chịu lực mẫu tăng lên từ 2% đến 8% độ võng mẫu giảm từ 3% đến 4% tương ứng với mẫu có chiều sâu khóa 60mm 55mm, nhiên kết cho thấy chiều sâu khóa lớn việc bố trí cốt thép không làm thay đổi đáng kể khả chịu lực khóa chống cắt 3.7 Kết luận chƣơng - Khả chịu cắt khóa chống cắt tăng tăng áp lực ngang - Khi chiều sâu khóa tăng từ 30 đến 40mm khả chịu cắt khóa tăng Tuy nhiên, chiều sâu khóa tăng đến 55mm, 60mm khả chịu cắt khóa giảm rõ rệt Bảng 15 Tổng hợp kết xác định khả chịu cắt mẫu nghiên cứu Ký hiệu Áp lực ngang Vmax AASHTO Vmax thí Vmax mô TT Ghi mẫu (MPa) (kN) nghiệm (kN) (kN) S30 5,833 222,069 258,485 252,160 S40 6,003 225,600 265,286 273,660 S55 3,719 178,257 180,644 182,470 S60 2,910 161,478 179,850 178,520 Hình 3.38 Biểu đồ so sánh khả chiu cắt theo tính tốn thí nghiệm - Với khóa có chiều sâu lớn 55 60mm, việc bố trí cốt thép khóa khơng làm thay đổi đáng kể khả chịu cắt khóa Hình 3.39 So sánh khả chịu cắt khóa khơng bố trí có bố trí cốt thép d8 22 CHƢƠNG 4: ẢNH HƢỞNG CỦA XOẮN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA MỐI NỐI VỚI KHÓA CHỐNG CẮT 4.1 Khái quát Khi tải trọng đặt lệch tâm hay có tác động gây mơ men xoắn vị trí mối nối, mô men xoắn sinh ứng suất tiếp phụ thêm khóa chống cắt Ứng suất cắt lực cắt xoắn Hình 4.1: Mơ hình ứng suất tiếp phụ thêm mô men xoắn Ứng suất tiếp tăng thêm môn men xoắn phụ thuộc vào độ lệch tâm tải trọng, khóa chống cắt xa vị trí trọng tâm mặt cắt bị ảnh hưởng lớn, việc đánh giá phần ứng suất tiếp tăng thêm đặc biệt quan trọng mặt cắt ngang cầu có bề rộng lớn, cầu nằm đường cong 4.2 Mơ hình mơ số nghiên cứu ảnh hƣởng xoắn đến sức kháng cắt mối nối mẫu dầm lắp ghép Cấu tạo mẫu thí nghiệm mơ Để thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng xoắn đến dầm lắp ghép phân đoạn, tác giả tiến hành phân tích mơp hỏng mẫu đốt dầm lắp ghép Mỗi dầm tác giả bố trí tao cáp dự ứng lực loại sợi đường kính 12,7mm theo tiêu chuẩn ASTM A 416-85 Grade 270 [22], diện tích tao 98,7mm2, lực căng tao cáp 30kN Ứng suất cắt xoắn Ứng suất cắt lực cắt Hình 4.2 Cấu tạo bố trí cáp mẫu thí nghiệm Vật liệu bê tơng sử dụng mơ hình phân tích lấy theo mơ hình vật liệu tuyến tính, bê tơng có cường độ 50MPa Ảnh hưởng co ngót, từ biến lấy theo tiêu chuẩn CEB-FIP Sử dụng phần mềm Ansys19 tiến hành phân tích mơ số kết cấu Dạng phần tử dùng mô phần tử SOLID56 cho khối bê tông chứa cốt thép với bậc tự điểm cho phép khả biến dạng dẻo, xuất vết nứt theo phương Kết phân tích mơ định lượng ảnh hưởng xoắn đến sức kháng cắt mối nối Hình 4.3 Biểu đồ 3D mơ kết mơ phòng cáp đặt thẳng, lực lệch tâm 100mm (C2), lệch tâm 200mm (C3) 23 Trường hợp lực đặt lệch tâm 200mm (C3) ta thấy ảnh hưởng rõ ràng mô men xoắn đến chuyển vị ứng suất Giá trị chuyển vị lớn phía đặt lực đạt 0,336mm, tăng tới 42,3% so với trường hợp lực P=200kN đặt tâm Ứng suất lớn xuất khóa chống cắt phía đặt lực đạt giá trị lớn 17,712MPa lực P=200kN Hình 4.4 Biểu đồ 3D mơ kết mơ phịng cáp đặt xiên, lực lệch tâm 100mm (D2), lệch tâm 200mm (C3) Tương tự trường hợp lực đặt lệch tâm 200mm (D3) cáp dự ứng lực đặt xiên, ta thấy ảnh hưởng rõ ràng mô men xoắn đến chuyển vị ứng suất Giá trị chuyển vị lớn phía đặt lực đạt 0,430mm, tăng 20,6% so với trường hợp lực P=200kN đặt tâm Ứng suất lớn xuất khóa chống cắt phía đặt lực đạt giá trị lớn 19,691MPa lực P=200kN Hình 4.5 Biểu đồ quan hệ lực thẳng đứng ứng suất cắt khóa chống cắt Kết tính tốn mơ số mẫu nêu tổng hợp Bảng 4.1 tải mô tả giá trị độ võng lớn, ứng suất lớn dạng biểu đồ Hình 4.8 Bảng 4.1 Bảng tổng hợp kết tính tốn mơ (mẫu C1, D1 tải trọng tâm) Số hiệu dầm C1 C2 C3 D1 D2 D3 Vị trí tải trọng 100 200 100 200 Lực dự ứng lực 93 74 93 82 77 87 (kN) Độ võng lớn 0,3569 0,2851 0,4303 0,2836 0,2977 0,33629 (mm) Ứng suất lớn 13,333 15,859 19,691 10,029 15,945 17,712 (MPa) Hình 4.6 Biểu đồ mơ tả độ võng ứng suất từ kết mô Từ kết phân tích mơ cho thấy ảnh hưởng xoắn đến khóa chống cắt đáng kể, kết mô cho thấy phù hợp mơ hình mơ số 4.3 Vận dụng phân tích ứng xử tải trọng kết cấu cầu dầm hộp liên tục 24 lắp ghép phân đoạn Thông số kết cấu vật liệu Tiến hành tính tốn mơ số kết cấu cầu gồm nhịp liên tục, mặt cắt ngang hộp sườn, thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn nhịp (Span By Span – SBS) Hình 4.7 Sơ đồ kết cấu bố trí mối nối Hình 4.8 Mặt cắt ngang vị trí mối nối loại A (Type A), loại B (Type B) Vật liệu bê tông sử dụng mơ hình phân tích lấy theo mơ hình vật liệu tuyến tính, cường độ bê tơng 50Mpa, ảnh hưởng co ngót, từ biến phụ thuộc việc hình thành cường độ bê tơng vào thời gian xét đến mơ hình vật liệu lấy theo tiêu chuẩn CEB-FIP Cốt thép cường độ cao lấy theo tiêu chuẩn ASTM A416 [22], cấp 270, độ tự chùng thấp Bố trí cáp dự ứng lực cáp dự ứng lực Cáp dự ứng lực loại bó cáp 12 tao xoắn sợi 12S15,2, lực kéo bó 2834kN Cáp dự ứng lực ngồi loại bó cáp tao xoắn sợi 19S15,2, lực kéo bó 2885kN Bó cáp ngồi chuyển hướng thông qua ụ neo chứa vỏ bọc bảo vệ Tải trọng dùng phân tích trường hợp tải HL93 (gồm tải trọng xe tải thiết kế), hệ số tĩnh tải, hoạt tải lấy theo TCVN11823-2017 [2] Kết phân tích thảo luận Phân tích với tĩnh tải để kiểm chứng mơ hình Kết cho ta thấy, ứng suất cắt lớn xuất mặt cắt sát trụ lực cắt lớn giá trị ứng suất tập trung vị trí sườn hộp Đối với mặt cắt nhịp giá trị ứng suất cắt lại tập trung vị trí nắp hộp Qua cho thấy phù hợp mơ hình tính Trường hợp phân tích với tải trọng HL93 Ứng suất cắt đốt Ứng suất cắt đốt sát trụ 2,67 MPa 2,25 MPa Hình 4.9 Kết phân tích với HL93 đặt tâm Ứng suất cắt đốt Ứng suất cắt đốt sát trụ 2,22 MPa 3,51 MPa Hình 4.10 Kết phân tích với HL93 đặt lệch tâm Từ kết ta thấy, ảnh hưởng mô men xoắn (thông qua tải trọng lệch tâm) 25 làm tăng ứng suất cắt khóa chống cắt tới 31,46% Trường hợp phân tích với tải trọng tới ứng suất cắt khóa đạt giới hạn chịu cắt Hình 4.11 Tổng hợp kết phân tích kết cấu tới trạng thái phá hoại Ứng suất cắt lớn khóa chất tải có chênh lệch rõ rệt hai trường hợp chất tải tâm lệch tâm Ứng suất cắt trường hợp đặt tải lệch tâm lớn đặt tải tâm Ứng suất cắt khóa đạt tới hạn với cấp tải tương đương 1,92HL93 đặt theo sơ đồ lệch tâm 3,05HL93 đặt theo sơ đồ tâm Hình 4.12 Độ võng hoạt tải gây kết cấu Biểu đồ độ võng dầm cầu theo hoạt tải tương ứng với biểu đồ ứng suất cắt khóa thể Hình 4.21, độ võng lớn nhịp khơng cịn tuyến tính giá trị cấp tải mà khóa bắt đầu hư hỏng nứt Với trường hợp đặt tải lệch tâm độ võng hoạt tải gây cấp tải gây ứng suất cắt tới hạn 40,02mm, với trường hợp đặt tâm có giá trị 42,06mm, chênh lệch 5,1% 4.4 Kết luận chƣơng Từ kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm ta thấy khả chịu tải trọng thẳng đứng (khả chịu cắt khóa chống cắt) bị ảnh hưởng hiệu hứng xoắn hay tải trọng đặt lệch tâm cấu kiện, mẫu thí nghiệm khả chịu tải giảm đến 30,38% Từ kết tính tốn mơ ta thấy, với trường hợp cáp dự ứng lực đặt thẳng, tải trọng đặt lệch tâm 100mm, 200mm giá trị ứng suất lớn (xuất khóa chống cắt) tăng lên so với tải trọng đặt tâm 58,99% 76,61%, độ võng lớn tăng lên 4,97% 18,58% Đối với trường hợp cáp dự ứng lực đặt xiên, tải trọng đặt lệch tâm 100mm, 200mm giá trị ứng suất lớn (xuất khóa chống cắt) tăng lên so với tải trọng đặt tâm 18,95% 47,69%, độ võng lớn thay đổi gần 20% Kết phân tích mơ kết cấu nhịp với tải trọng HL93 hai trường hợp đặt tâm lệch tâm độ võng kết cấu trường hợp đặt lệch tâm lớn trường hợp đặt tâm 5,1% Do ảnh hưởng hiệu ứng xoắn dẫn đến ứng suất cắt lớn xuất vị trí mối nối ¼ nhịp trường hợp tải trọng đặt lệch tâm lớn 31,46% so với trường hợp tải trọng đặt tâm Phân tích mơ cho thấy, ứng suất cắt khóa đạt tới hạn với cấp tải tương đương 1,92HL93 đặt theo sơ đồ lệch tâm 3,05HL93 đặt theo sơ đồ tâm 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mục tiêu nghiên cứu đề tài luận án Mục tiêu nghiên cứu chủ yếu đề tài luận án phân tích đánh giá khả chịu cắt xoắn vị trí mối nối kết cấu nhịp cầu thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn Trên sở nghiên cứu tổng quan tài liệu, cơng trình nghiên cứu nước nước ngồi lĩnh vực có liên quan đến đề tài, làm rõ vấn đề cần nghiên cứu để đạt mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu tập trung làm rõ thêm vấn đề: sở hình thành đánh giá sức kháng cắt mối nối có khóa chống cắt, khả chịu cắt khóa chống cắt yếu tố ảnh hưởng, nghiên cứu thực nghiệm mô số đánh giá sức kháng cắt khóa chống cắt, phân tích đánh giá ảnh hưởng xoắn đến sức kháng cắt mối nối phân đoạn dầm Những kết đóng góp luận án - Loại mối nối có khóa chống cắt kết hợp keo epoxy dạng mối nối đảm bảo làm việc tin cậy, dùng phổ biến cho kết cấu nhịp cầu thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn - Khả chịu cắt khóa chống cắt chịu ảnh hưởng rõ rệt kích thước khóa lực ép bề mặt mối nối Kết nghiên cứu thực nghiệm mô số thống nhất, theo chiều sâu khóa tăng từ 30mm đến 40mm khả chịu cắt khóa tăng, nhiên tăng đến 55mm 60mm khả chịu cắt khóa lại giảm rõ rệt Do đó, dùng khóa chống cắt có chiều sâu 30-40mm phù hợp - Đối với khóa chống cắt có chiều sâu 55mm 60mm việc bố trí cốt thép đường kính 8mm khơng làm thay đổi đánh kể khả chịu cắt độ võng khóa - Việc tải trọng đặt lệch tâm dầm hộp tạo nên hiệu ứng xoắn có ảnh hưởng đáng kể, làm giảm sức kháng cắt mối nối có khóa chống cắt Khi dầm chịu xoắn, khóa chống cắt làm việc bất lợi ứng suất lớn xuất khóa chống cắt tăng làm giảm khả chịu tải kết cấu Ứng suất cắt khóa đạt tới hạn với cấp tải tương đương 1,92HL93 đặt theo sơ đồ lệch tâm 3,05HL93 đặt theo sơ đồ tâm theo kết phân tích mơ khơng xét đến ma sát mặt phẳng tiếp xúc đốt đúc Nhận xét kiến nghị Nội dung nghiên cứu Luận án phát triển nhằm đánh giá đầy đủ ứng xử chịu cắt xoắn mối nối có khóa chống cắt cơng nghệ lắp ghép phân đoạn Hướng nghiên cứu là: - Tiến hành phân tích mơ thực nghiệm chịu cắt với khóa chống cắt có kích thước lớn hơn, thí ghiệm với nhiều khóa mặt cắt ngang - Nghiên cứu khả chịu mỏi mối nối - Thí nghiệm đánh giá, kiểm chứng ảnh hưởng xoắn đến khả chịu cắt khóa chống cắt 27 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Nguyen Dac Duc, Nguyen Ngoc Long (2016), Effects of key size and prestressed compression force on the dry-joint shear key resistance in segmental box-girder bridges, Tạp chí Giao thơng vận tải số đặc biệt, tháng 11/2016 Nguyễn Đắc Đức (2017), Sự hình thành phát triển vết nứt khóa chống cắt đơn dầm bê tông cốt thép dự ứng lực lắp ghép phân đoạn , Tạp chí Giao thơng vận tải, số tháng 4/2017 Nguyễn Đắc Đức (2017), Ảnh hưởng xoắn đến khả chịu lực khóa chống cắt cầu dầm lắp ghép phân đoạn, Tạp chí GTVT, số tháng 12/2017 Nguyễn Đắc Đức (2019), Xác định khả chịu cắt khóa chống cắt đơn theo ACI314-18, Tạp chí Giao thơng vận tải, số 05/2019 Nguyễn Đắc Đức, Nguyễn Ngọc Long, Trần Đức Nhiệm (2019), Mô số đánh giá ảnh hưởng xoắn đến khóa chống cắt cầu dầm lắp ghép phân đoạn Tạp chí Khoa học GTVT số 70 tập 5, tháng 12/2019 Nguyễn Đắc Đức, Nguyễn Ngọc Long, Trần Đức Nhiệm, Đỗ Anh Tú, Lê Bá Anh (2019), Ứng xử cầu dầm hộp liên tục lắp ghép phân đoạn tác dụng tải trọng lệch tâm, Tạp chí Khoa học GTVT số 70 tập 5, tháng 12/2019 Nguyễn Đắc Đức, Nguyễn Ngọc Long, Trần Đức Nhiệm (2020), Ảnh hưởng chiều sâu khóa đến khả chịu cắt khóa chống cắt đơn cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn, Tạp chí GTVT số tháng 7/2020 28 ... Nghiên cứu ứng xử chịu cắt xoắn đồng thời cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn Trong cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn, việc tồn mối nối làm thay đổi ứng xử mặt cắt ảnh hưởng hiệu ứng xoắn Các nghiên cứu. .. hình nghiên cứu sức kháng cắt mối nối cầu dầm lắp ghép phân đoạn Các nghiên cứu sức kháng cắt mối nối phẳng Từ năm 1959 có nhiều nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm làm việc mối nối, nghiên cứu dựa... khả chịu cắt mối nối với khóa chống cắt Kết luận kiến nghị CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan công nghệ cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn Công nghệ xây dựng cầu dầm lắp ghép phân đoạn