Nghiên cứu ứng xử cầu treo Thuận Phước do nhiệt độ trên mô hình phần tử hữu hạn và dữ liệu quan trắc.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN QUỐC HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CẦU TREO THUẬN PHƯỚC DO NHIỆT ĐỘ TRÊN MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ DỮ LIỆU QUAN TRẮC C C R L T DU Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thơng Mã số : 858.02.05 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LAN Phản biện 1:TS NGUYỄN VĂN MỸ Phản biện 2: TS TRẦN ĐÌNH QUẢNG C C R L T DU Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơng họp Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 21 tháng 12 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, ĐHĐN trường ĐHBK - Thư viện Khoa Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thông – ĐHBK MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Kết cấu cầu treo dây võng có khả vượt nhịp lớn nhạy cảm với tác động môi trường Cầu treo Thuận Phước, thành phố Đà Nẵng nằm khu vực Miền Trung có biên độ thay đổi nhiệt độ tương đối lớn, kết cấu nhịp vật liệu thép nên ảnh hưởng nhiệt độ lên ứng xử kết cấu lớn Phân tích thiết kế kết cấu cầu treo dây võng thường phức tạp tính phi tuyến hình học hệ thống Chiều dài nhịp dầm thép lớn với bậc siêu tĩnh cao hệ thống làm cho ảnh hưởng nhiệt độ lên ứng xử toàn cầu phức tạp cần xem xét đến đánh giá cầu Hiện cầu Thuận phước lắp đặt xong hệ thống quan trắc bao gồm nhiều loại cảm biến có cảm biến nhiệt độ Việc phân tích ảnh hưởng nhiệt độ từ liệu quan trắc đến ứng xử kết cấu (ứng suất, chuyển vị, …) làm sở cho phân tích đánh giá sức khỏe kết cấu cầu cần thiết mặt lý thuyết thực tiễn Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ ứng dụng, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng xử cầu treo Thuận Phước nhiệt độ mơ hình phần tử hữu hạn liệu quan trắc” có tính ứng dụng thực tiễn cần thiết C C R L T DU Mục tiêu đề tài - Đánh giá ứng xử kết cấu nhịp cầu treo thuận phước tải trọng nhiệt độ quan trắc thực tế - Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn kết cấu nhịp phù hợp với ứng xử thực tế làm sở cho đánh giá cầu Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Ứng suất, chuyển vị tải trọng nhiệt độ quan trắc thực tế lên kết cấu nhịp cầu treo Thuận Phước Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KẾT CẤU CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1 Sự phát triển dạng kết cấu cầu treo dây võng Cầu treo loại công trình xuất sớm nhanh chóng áp dụng rộng rãi nhờ có nhiều ưu điểm phương diện kinh tế kỹ thuật Với việc sử dụng dây làm kết cấu chịu lực chính, từ thời xa xưa người làm cầu treo dùng cho người Cấu tạo cầu treo cổ xưa đơn giản, gồm ván lát trực tiếp lên dây buộc cố định hai đầu Các cầu treo kiểu khơng có khả chịu tải trọng lớn, bị lắc ngang rung động mạnh khả chịu gió bão Chiếc cầu treo mang dáng vẻ gần với cầu treo đại cầu qua sông Tess xây dựng năm 1741 Anh, cầu có chiều dài nhịp 21m dùng cho công nhân mỏ lại Sự tiến cầu chỗ cấu tạo phần mặt cầu riêng biệt treo lên dây chủ thông qua dây treo đứng Cho tới năm đầu kỷ XIX cầu treo bắt đầu quan tâm ưu điểm khả vượt nhịp tính kinh tế so với cầu đá, cầu gỗ loại áp dụng phổ biến Năm 1820 xây dựng cầu treo qua sơng Tweed (Anh) có nhịp 137m, người ta so sánh thấy giá thành phần tư so với phương án cầu đá Ngoài nước Anh, nước Pháp, Mỹ số nước châu Âu khác cơng trình cầu treo nối tiếp xây dựng, nhiên chưa vượt nhịp lớn Chiếc cầu treo điển hình có chiều dài nhịp lớn giai đoạn cầu Menai, xây dựng năm 1826 xứ Wales với chiều dài nhịp 177m (Hình 1.1), cầu phục vụ thời gian gần trăm năm Đặc điểm cơng trình cầu treo thời kỳ dây chủ có cấu tạo dạng dây xích C C R DU L T Cầu treo loại cơng trình chiếm vị trí quan trọng lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu Nhờ ưu điểm phương diện kinh tế - kỹ thuật, cầu treo áp dụng rộng rãi toàn giới, từ cơng trình có chiều dài nhịp vài chục mét đến hàng nghìn mét Nhiều cơng trình cầu treo trở thành biểu tượng đánh dấu phát triển khoa học - công nghệ 1.2 Các dạng kết cấu cầu treo dây võng 1.2.1 Cầu treo dầm cứng có lực đẩy ngang 1.2.2 Cầu treo nhịp 1.2.3 Cầu treo ba nhịp 1.2.4 Cầu treo dầm cứng khơng có lực đẩy ngang 1.2.5 Cầu treo nhiều nhịp 1.2.6 Cầu treo tăng cường độ cứng 1.2.7 Cầu dàn dây 1.3 Kết cấu nhịp cầu treo dây võng Thuận Phước 1.3.1 Vị trí xây dựng Cầu Thuận Phước nằm cửa sông Hàn nối liền hai quận Hải Châu Sơn Trà, quận Thanh Khê, thành phố Đà Nẵng C C R L T DU 1.3.2 Quy mơ cơng trình Cầu Thuận Phước dài 1855m thiết kế với qui mô vĩnh cửu, bề rộng cầu 18m cho xe giới lề người Tải trọng xe thiết kế tương ứng H10, X60 tải trọng người 300 kg/m2 Cầu thiết kế để đảm bảo chịu tác động gió cấp 12 động đất cấp Cầu đặt cao độ đảm bảo cho tàu 3000 qua lại với chiều cao tĩnh không thông thuyền 27m Tiêu chuẩn thiết kế chủ đạo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 272-01, tham chiếu tiêu chuẩn Mỹ Trung Quốc 1.3.3 Cầu dẫn 1.3.3.1 Kết cấu nhịp Cầu BTCT DƯL phía Thuận Phước phía Sơn Trà có chiều dài L = 12x50m = 600m Cầu gồm nhiều liên dầm hộp BTCT dự ứng lực với liên từ 3-4 nhịp (Lnhịp = 50m); nhiên có liên gồm nhịp liên tục nằm đường cong R=250m Mặt cắt ngang cầu dẫn (Hình 1-28) gồm 02 hộp độc lập BTCT DƯL M500 kích thước BxH = (9x2,5)m, thi công theo phương pháp đổ bê tông đà giáo ván khuôn cố định 1.3.3.2 Kết cấu mố trụ Trụ cầu: Dạng trụ thân đặc BTCT M40, chiều cao thay đổi từ 4,5m – 24,5m Móng trụ cọc khoan nhồi đường kính 1500mm BT M30 sâu từ 63 – 74m Mố cầu: Dạng mố chữ U BTCT M40 Gối cầu: loại gối chậu có chốt chống động đất (theo Tiêu chuẩn BS 5400) C C R L T 1.3.4 Cầu Cầu treo dây võng gồm nhịp với chiều dài L = 125m+405m+125m = 655m Mặt cắt ngang kết cấu nhịp dầm hộp thép có chiều cao 2,5m, chiều rộng 21,6m có dạng khí động học (fairing) chịu tác động gió bão Dầm hộp thép cầu (Hình 1-28) treo lên cáp chủ dây treo Các cáp chủ tựa trụ tháp cao 90m tính từ mặt nước neo vào hai mố neo trọng lực hai đầu cầu Hai trụ tháp bê tơng cốt thép dạng chữ H có móng hệ cọc khoan nhồi đường kính 2,5m sâu 60m 1.4 Kết luận Chương DU CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CẦU TREO DO TẢI TRỌNG NHIỆT ĐỘ 2.1 Cơ sở phương pháp PTHH tính tốn kết cấu Là phương pháp tổng qt để xây dựng mơ hình số mơ hình tốn học Về mặt vật lý, phương pháp phần tử hữu hạn chia không gian liên tục kết cấu thành tập hợp hữu hạn phần tử (miền nhỏ) có tính chất hình học học đơn giản kết cấu toàn thể Các phần tử liên kết với điểm nút Tương tự phương pháp chuyển vị, phương pháp phần tử hữu hạn, điều kiện tương thích chuyển vị hay biến dạng kết cấu thỏa mãn nút Thông thường, ẩn phương pháp phần tử hữu hạn chuyển vị nút Trong phần này, phương pháp PTHH mơ tả việc áp dụng phương trình động học đàn hồi tuyến tính, phương trình vi phân C C R 2.2 Phân tích kết cấu cầu treo dây võng phần mềm SAP2000 Mơ hình phân tích kết cấu cầu treo dây võng phần mềm SAP2000 cho phân tích tổng quát thường sử dụng loại phần tử sau: L T DU 2.2.1.Mơ hình phần tử không gian Phần tử sử dụng để mô hình kết cấu dầm, cột, dàn, giằng mặt phẳng kết cấu không gian Mặc dù không đề cập phần số khái niệm áp dụng cho loại đối tượng đường khác cong, dây cáp, phần tử bó cáp ứng suất trước Phần tử tổng quát chiều bao gồm hiệu ứng uốn hai phương, xoắn, biến dạng dọc trục biến dạng cắt (xem Bath Wilson ,1976) Các loại kết cấu mơ phần từ như: • Khung khơng gian (Three- dimensional frames) • Dàn khơng gian (Three- dimensional trusses) • Khung phẳng (Planar frames) • Bản gập phẳng (Planar grillages) • Dàn phẳng (Planar trusses) 2.2.2 Mơ hình phần tử cáp Phần tử Cable SAP2000 thuộc loại phần tử phi tuyến bậc cao, sử dụng ứng xử phần cử cáp mãnh trọng lượng thân dây cáp Tính phí tuyến biến dạng lớn độ cứng chống kéo bao hàm công thức ma trận độ cứng phần tử cáp 2.2.3 Mơ hình phần tử liên kết/gối đỡ (link/support elements) Phần tử link dùng để nối hai điểm nút mơ hình, phần tử gối đở dùng nối nút với đất Mỗi phần tử liên kết/gối đở có tính chất mô tả người dùng để mô ứng xử kết cấu Các tính chất ứng xử tuyến tính, phi tuyến hay phụ thuộc tần số Sử dụng phần tử link để mô phận cầu như: Gối cứng, gối cầu cao su, phận giảm chấn, phận cản dao động, mô tương tác kết cấu-đất nền, C C R L T DU 2.3 Mô tải trọng nhiệt độ thiết kế cầu Mỗi tiêu chuẩn thiết kế cầu có qui định tải trọng nhiệt độ khác nhau, thơng thường có hai dạng tải nhiệt độ tải nhiệt phân bố (uniform temperature) tải chênh lệch nhiệt độ (gradient temperature) Qui định tải nhiệt độ theo số tiêu chuẩn thiết kế cầu mô tả sau 2.3.1 Theo 22TCN 18-79 Cầu siêu tĩnh ngồi thuộc hệ có lực đẩy ngồi bê tơng cốt thép, thép, bê tông đá, kết cấu thép liên hợp với bê tơng cốt thép tính tốn tùy theo điều kiện xây dựng điều kiện địa phương; dùng hệ số nở dài sau: - Đối với thép 0,000012 (đối với thép kết cấu liên hợp phép lấy 0,00001) - Đối với bê tông bê tông cốt thép: 0,00001 - Đối với khối xây đá thiên nhiên: 0,000008 - Biến đổi nhiệt độ tiêu chuẩn 2.3.2.Theo AASHTO LRFD-07 Sự thay đổi nhiệt độ theo LRFD-07 lấy theo bảng sau: Bảng 2-1: Thay đổi nhiệt độ theo AASHTO-LRFD-07 Chênh nhiệt độ dương âm theo hình 2-7, giá trị T3 không không lớn 3oC T1 T2 lấy theo vùng bảng 2-2 Bảng 2-2: Chênh nhiệt độ theo AASHTO-LRFD-07 C C R L T DU 2.3.3 Theo TCVN 11823:2017 Bảng 2-3: Nhiệt độ thay đổi theo TCVN 11823:2017 Các tác động gradien nhiệt khác kết cấu phần cầu cần phải lấy từ hai điều kiện chênh nhiệt dương (mặt nóng hơn) chênh nhiệt âm (mặt lạnh hơn) Gradien nhiệt theo chiều thẳng đứng kết cấu nhịp bê tông hay thép bê tơng liên hợp có mặt cầu bê tơng lấy Hình 2-7 Các giá trịT1, T2 T3 Hình 2-7 cho Bảng 2-3 cho hai trường hợp chênh nhiệt dương âm 2.3.4.Theo Eurocode EN 1991-1-5 Nhiệt độ thay đổi từ Temin đến Temax lấy theo nhiệt độ khơng khí Tmin, Tmax hình 2-8 Loại cho kết cấu cầu thép, loại cho kết cấu composite (thép liên hợp bê tông), loại cho cầu BTCT Tổng nhiệt độ thay đổi tính cấu kiện cầu (Temax-Temin) Bảng 2-5: Chênh nhiệt tuyến tính loại cầu theo Eurocode C C R L T DU 2.3.5 Theo tiêu chuẩn China JTG D60-2004 Nhiệt độ thay đổi theo JTG D60-2004 hướng tăng lên o +34 C giảm xuống 10oC Chênh nhiệt độ kết cấu kịp theo biểu đồ hình 2-9 2.4.Kết luận Chương CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CẦU TREO THUẬN PHƯỚC DO TẢI TRỌNG NHIỆT ĐỘ VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ QUAN TRẮC 10 - Kết cấu tháp dạng khung hai cột BTCT 50MPa hình hộp - Chiều cao tháp: tính từ đỉnh tháp đến bệ cọc 91,04m, đến mặt cầu 61,823m - Cắt ngang cột tháp đỉnh (3,5 x 3,5) m Cắt ngang cột tháp chân (4 x 5,2) - Mặt cắt dầm ngang tháp vị trí mặt cầu (3,5 x5) m Mặt cắt ngang dầm ngang tháp đỉnh (3,3 x 4,0) m - Tháp phía đông đặt bê cọc kích thước (35,47 x 18 x 6,5) m, móng gồm 14 cọc khoang nhồi đường kính 2,5m dài trung bình 55m Tháp phía Tây đặt bệ cọc kính thước (35,47 x 11,75 x 6,5) m, móng gồm cọc khoan nhồi đường kính 2,5m dài trung bình 65m, chiều sâu ngàm vào đá gốc từ 2,5m – 5,0 m 3.1.2.4 Mố neo: - Kết cấu mố neo cáp chủ gồm hai phần: + Phần hố neo hình rỗng bê tơng cốt thép, lịng mố neo có bố trí neo cáp chủ + Phần giếng chìm hình hộp rỗng nhiều ngăn (chia làm 16 ngăn), bao gồm phần giếng chìm bê tơng vỏ thép cao 18m phía phía bê tơng cốt thép, đổ cát bên tạo đối tượng C C R L T DU 3.1.3 Quy mô thông số kỹ thuật cơng trình - Tải trọng xe thiết kế: Ơtơ-20 xe kéo-100 (Tiêu chuẩn Trung Quốc), tải trọng H10-X60 (Tiêu chuẩn Việt Nam) - Tải trọng người lề: 3KN/m2 - Tải trọng gió: vận tốc gió trung bình lớn 35,6m/s 10 phút với tần suất 1% - Lực va đập tàu: 27.000KN theo hướng ngang cầu 13.500KN theo hướng dọc cầu - Độ động đất: cấp 11 - Cao độ mực nước thiết kế (thông thuyền): 0,48m - Khổ thông thuyền thực tế cầu: 100 (rộng)x 27,5 m (cao) - Chiều rộng mặt cầu: 18m bao gồm đường giành cho xe giới 14m phần đường giành cho người 2m bên - Dốc dọc không 4% - Dốc ngang 1,5% - Nhiệt độ mốc chuẩn thiết kế: nhiệt độ chuẩn thiết kế 250C, độ tăng nhiệt độ kết cấu 20,90C độ giảm nhiệt độ kết cấu 20,80C 3.2 Tổng quan hệ thống quan trắc cầu Thuận Phước [10] Hệ thống quan trắc sức khỏe cầu treo Thuận Phước Trung tâm KHCN & tư vấn đầu tư thi công lắp đặt viết hệ thống phần mềm quan trắc hoàn thành năm 2018 Mục đích hệ thống quan trắc theo dỏi đáp ứng kết cấu gia tốc, góc xoay, biến dạng, nhiệt độ kết cấu theo thời gian thực để phục vụ đánh giá chẩn đoán sức khỏe lâu dài cầu Một hệ thống quan trắc mơi trường (nhiệt độ, gió) lắp đặt vị trí cầu Hệ thống camera lắp đặt cầu cho phép nhận dạng xe, đếm lưu lượng phát xe vi phạm lưu thông qua cầu C C R L T DU 3.3 Mơ hình hóa kết cấu cầu treo thuận phước SAP2000 Mơ hình hóa kết cấu SAP 2000 V14: Mô lưới phần tử hữu hạn phù hợp với cấu tạo kiến trúc vẽ kết cấu - Dầm thép mô phần tử (Frame) - Tháp sử dụng bê tông 50MPa mô phần tử Frame - Cáp chủ cáp treo mô phần tử Cable - Kết nối phận sử dụng phần tử liên kết (links) với tính chất phù hợp - Gối cầu sử dụng phần tử links nối dầm vào mố trụ 12 - Mơ hình phần tử dùng để phân tích tổng quát phân tích dao động Một mơ hình 3D dầm hộp mơ phần tử xem xét để mô ứng xử cục nhiệt độ 3.3.1 Thơng số mơ hình hóa kết cấu: a Vật liệu: - Bê tông C40: Mô đun đàn hồi/ Modulus kN/m2 32500000 Hệ số poatxong/ Poision ratio 0.25 Mô dun cắt/ Shear-Modulus 13e6 kN/m2 Dung trọng/ Specific weight 23.5 kN/m2 1.06e-5 1/C Hệ số giản nở nhiệt/ Coeff Of thermal b Thép thường Q345: C C R Modulus 205000000 Poision ratio 0.3 L T Shear-Modulus Specific weight Coeff Of thermal DU c Thép dự ứng lực: Modulus kN/m2 Poision ratio 79000000 kN/m2 78.5 kN/m2 1.17e-5 1/C 206000000 kN/m2 0.3 Shear-Modulus 78846150 kN/m2 Specific weight 78.5 kN/m2 1.17e-5 1/C Coeff Of thermal d Cáp chủ: Vật liệu thép Mặt cắt Modul đàn hồi (KN/m2) 1,9500e8 Hệ số dãn nở nhiệt 1,1700e-5 Hệ số Poisson Khối lượng riêng quy đổi hoàn thành cầu (KN/m3) 0,3 82,13 Khối lượng riêng quy đổi cáp tự (KN/m3) 78,50 Đường kính danh định (m) 0,3438 Diện tích mặt cắt ngang (m2) 0,074282 13 e Cáp treo điển hình Vật liệu thép Modul đàn hồi (KN/m2) 1,9500e8 Hệ số dãn nở nhiệt 1,1700e-5 Hệ số Poisson 0,3 Khối lượng riêng quy đổi (KN/m3) Mặt cắt 87.52 Đường kính danh định (m) 0.0650 Diện tích mặt cắt ngang (m2) 0.00166897 g Cáp treo đặc biệt Vật liệu thép Modul đàn hồi (KN/m2) 1,9500e+8 Hệ số dãn nở nhiệt 1,1700e-5 Hệ số Poisson 0,3 Khối lượng riêng quy đổi Mặt cắt 87,52 Đường kính danh định (m) Diện tích mặt cắt ngang h Dầm chủ T U D Hệ số dãn nở nhiệt Hệ số Poisson 0,101 CC (m2) R L Modul đàn hồi (KN/m2) Vật liệu thép (KN/m3) Khối lượng riêng quy đổi (KN/m3) Chiều cao (m) Chiều rộng (m) Mặt cắt Diện tích mặt cắt ngang quy đổi (m2) 0,00437859 1,9500e+8 1,2000e-5 0,3 147,9 2,5000 23 0,7223 Mô men quán theo phương y (m4) 7,9990e-1 Mô men quán theo phương z (m4) 2,7498e+1 3.3.2 Một số kết phân tích nội lực: 14 Hình 3-1: Mơ hình rời rạc hóa phần tử - Frames C C R L T DU Hình 3-2: Mơ hình tổng thể khơng gian 3D Hình 3-3: Mơ hình tổng thể dầm phần tử (shell) 15 Hình 3-4: Biểu đồ lực căng cáp chủ tĩnh tải C C R L T DU Hình 3-5: Biểu đồ lực dây treo tĩnh tải Hình 3-6: Biểu đồ lực căng cáp chủ hoạt tải 16 Hình 3-7: Biểu đồ lực căng dây treo hoạt tải C C R L T DU Hình 3-8: Chuyển vị hoạt tải vị trí L/2 Hình 3-9: Biểu đồ bao momen hoạt tải vị trí L/2 17 Hình 3-10: Kết phân tích mode dao động: Mode1 f=0,162Hz C C R L T DU Hình 3-11: Kết phân tích mode dao động: Mode2 f=0,267Hz Hình 3-12: Kết phân tích mode dao động: Mode3 f=0,278Hz 3.4.Kết phân tích hiệu ứng tải trọng nhiệt độ cầu treo Thuận Phước 18 Hình 3-13: Mơ hình cầu Thuận Phước, dầm mơ phần tử shell 3.4.1 Kết phân tích ứng suất nhiệt độ theo TCVN 11823-2017 Ứng với cầu Thuận Phước, sử dụng loại mặt cầu thép dầm hộp thép để tính tốn: Ứng với nhiệt độ bình quân trung bình năm 250C Ta có: TU+ = 630C - 250C =+380C; TU- = 20C - 250C = - 230C Như vậy, ta có kết tính cho ứng suất sau: Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU+): - 89,23 Mpa Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU-): 54,30 Mpa C C R L T DU Hình 3-14: Ứng suất lớn nhịp nhiệt độ TU+ (TCVN 11823-2017) 19 Hình 3-15: Ứng suất lớn nhịp nhiệt độ TU- (TCVN 11823-2017) 3.4.2 Kết phân tích ứng suất nhiệt độ theo 22TCN 18-79: Từ Mục 2.3.1, ta tính toán xác định: TU+ = 600C - 250C =+350C; TU- = 00C - 250C = -250C Như vậy, ta có kết tính cho ứng suất sau: Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU+): - 82,65 Mpa Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU-): 59,13 Mpa C C R L T DU Hình 3-16: Ứng suất lớn nhịp nhiệt độ TU+ (22TCN 18-79) 20 Hình 3-17: Ứng suất lớn nhịp nhiệt độ TU(22TCN 18-79) 3.4.3 Kết uả phân tích ứng suất nhiệt độ theo AASHTO LRFD-07 Ta lấy nhiệt trung bình năm 250C Từ mục 2.3.2 ta có: TU+ = 500C - 250C =+250C; TU- = -180C - 250C = -280C Như vậy, ta có kết tính cho ứng suất sau: Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU+): - 59,03 Mpa Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU-): 101,71 Mpa C C R L T DU 3.4.4 Kết phân tích ứng suất nhiệt độ Theo Eurocode EN 1991-1-5 Theo Mục 2.3.4 số liệu từ hình 2-8, ta chọn loại (dùng cho mặt cầu thép), ta có: TU+ = Tmax + 16 = 180C +160C = +340C; TU-= - Tmin – = -130C – 30C = -160C Như vậy, ta có kết tính cho ứng suất sau: Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU+): - 80,57 Mpa Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU-): 37,84 Mpa 3.4.5 Kết phân tích ứng suất nhiệt độ theo Tiêu chuẩn China JTG D60-2004 21 Lấy theo Hồ sơ thiết kế ban đầu cầu Thuận Phước TU+ =+20,90C; TU-= -20,80C Như vậy, ta có kết tính cho ứng suất sau: Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU+): - 49,35 Mpa Ứng suất lớn nhất, nhịp (TU-): 49,44 Mpa 3.5.Kết quan trắc nhiệt độ biến dạng cầu treo Thuận Phước C C R L T Hình 3-24: Kết quan trắc Nhiệt độ chênh ngày 5/6/2018 DU Hình 3-25: Kết quan trắc ứng suất ngày 5/6/2018 3.6.So sánh kết quan trắc - phân tích Một số kết phân tích ứng suất dựa nhiệt độ quan trắc thực tế cầu Thuận Phước a Xét khoảng thời gian 11h-12h30 ngày 05/6/2018 Nhiệt độ thớ chênh độ, thớ chênh 2,5 độ 22 Hình 3-29: Ứng suất thớ dầm mơ hình khoảng thời gian 11h-12h30 - Qua Hình 3-26 Hình 2-35, ta nhận thấy ứng suất thớ dầm mơ hình -15,78 Mpa tương đối phù hợp so với quan trắc thực tế -13,0Mpa b Xét khoảng thời gian 13h-21h ngày 05/6/2018 Nhiệt độ thớ chênh 10,5 độ, thớ chênh 4,0 độ C C R L T DU Hình 3-30: Ứng suất thớ dầm mơ hình khoảng thời gian 13h-21h - Qua Hình 3-30 Hình 2-35, ta nhận thấy ứng suất thớ dầm mơ hình -23,38 Mpa tương đối phù hợp so với quan trắc thực tế 20,0 Mpa 3.7 Tổng hợp kết 3.7.1 Tổng hợp kết phân tích so sánh ứng suất nhiệt độ theo tiêu chuẩn thiết kế bảng sau: 23 ĐVT: Mpa Vị trí xét Ứng suất lớn nhất, nhịp nhiệt độ (TU+) Ứng suất lớn nhịp nhiệt độ (TU-) Phân tích mơ hình Sai lệch Phân tích mơ hình Sai lệch Theo TCVN 111823: 2017 Theo 22TC N 1879 Theo AASHT O LRFD 2007 Theo tiêu chuẩn Eurocod e EN 1991-1-5 Theo TC China HSTK - 89,23 - 82,65 - 59,03 - 80,57 -49,35 - 7,37% 33,85% 9,71% 44,69 % 54,30 59,13 101,71 37,84 49,44 -8,90% -87,31% C C R 30,31% 8,95% L T 3.7.2 Tổng hợp kết phân tích so sánh ứng suất theo quan trắc thực tế phân tích mơ hình FEM ĐVT: Mpa DU Vị trí xét Thớ trên, nhịp Thớ trên, nhịp Khoảng thời gian phân tích 11h-12h30 ngày 05/6/2018 13h-21h ngày 05/6/2018 Ứng suất theo quan trắc thực tế Ứng suất theo phân tích mơ hình Sai khác (%) -13,0 -15,78 17,61% 20,0 23,38 14,46% 3.8 Kết luận Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nội dung thực luận văn "Nghiên cứu ứng xử cầu treo Thuận phước Nhiệt độ mơ hình phần tử hữu hạn liệu quan trắc" với phạm vi nghiên cứu mơ hình số liệu thu 24 từ hệ thống quan trắc, luận văn thu kết sau: - Hiệu ứng tải trọng nhiệt độ tính tốn theo tiêu chuẩn thiết kế cầu có khác lớn qui định biên thay đổi nhiệt độ TU+,TU- theo tiêu chuẩn khác tùy theo điều kiện khí hậu vùng lãnh thổ nghiên cứu đưa vào tiêu chuẩn thiết kế cầu nước Vì xây dựng tiêu chuẩn thiết kế cầu cần có nghiên cứu cập nhật số liệu tải trọng môi trường phù hợp với lãnh thổ - Tải trọng nhiệt độ ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng kết cấu cơng trình cầu Thuận Phước, ảnh hưởng phụ thuộc vào tùy thời điểm ngày - Kết phân tích từ mơ hình phần tử hửu hạn phần mềm CSI phân tích kết thu từ hệ thống quan trắc phù hợp (14%-17%) Kiến nghị Cần tiếp tục nghiên cứu hiệu ứng tải trọng nhiệt độ gây biến dạng gối cầu làm sở cập nhật mơ hình phần tử hữu hạn cho đanh giá cầu thuận phước từ liệu quan trắc chuyển vị gối phân tích mơ hình PTHH Tiếp tục nghiên cứu chi tiết ảnh hưởng tải trọng khác tác động lên cầu như: Ứng suất động hoạt tải gây mõi kết cấu; hiệu ứng tải trọng gió có bảo lớn; hiệu ứng tải trọng động đất, … Hướng nghiên cứu Trên sở nội dung luận văn, tác giả mong muốn tiếp tục số hướng nghiên cứu liên quan đến việc nhiệt độ ảnh hưởng đến kết cấu cơng trình cầu: - Áp dụng nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ cầu Rồng, cầu Trần Thị Lý, … -Nghiên cứu so sánh loại tải trọng khác (hoạt tải, gió, động đất) ảnh hưởng đến kết cấu cơng trình cầu Thuận Phước C C R DU L T ... treo Thuận phước Nhiệt độ mơ hình phần tử hữu hạn liệu quan trắc" với phạm vi nghiên cứu mơ hình số liệu thu 24 từ hệ thống quan trắc, luận văn thu kết sau: - Hiệu ứng tải trọng nhiệt độ tính tốn... ? ?Nghiên cứu ứng xử cầu treo Thuận Phước nhiệt độ mơ hình phần tử hữu hạn liệu quan trắc” có tính ứng dụng thực tiễn cần thiết C C R L T DU Mục tiêu đề tài - Đánh giá ứng xử kết cấu nhịp cầu. .. ứng tải trọng nhiệt độ gây biến dạng gối cầu làm sở cập nhật mơ hình phần tử hữu hạn cho đanh giá cầu thuận phước từ liệu quan trắc chuyển vị gối phân tích mơ hình PTHH Tiếp tục nghiên cứu chi