Đánh giá và đề xuất các loại xe thực tế được phép lưu thông trên cầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o HUỲNH VĂN TOÀN ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC LOẠI XE THỰC TẾ ĐƯỢC PHÉP LƯU THÔNG TRÊN CẦU Chuyên ngành: XÂY DỰNG CẦU HẦM Mã ngành: 60 58 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Cán chấm nhận xét 1: ………………………………… Cán chấm nhận xét 2: ………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Ngày tháng … năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: ………………………………… ………………………………… ………………………………… ………………………………… ………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH VĂN TOÀN MSHV: 11380346 Ngày, tháng, năm sinh: 19-12-1984 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Xây dựng Cầu hầm Mã số: 60 58 25 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC LOẠI XE THỰC TẾ ĐƯỢC PHÉP LƯU THÔNG TRÊN CẦU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn gồm nội dung sau: Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cở sở lý thuyết đánh giá tải trọng thực tế loại xe phép lưu thơng cầu Chương 3: Phân tích đánh giá kết cấu tính tốn giai đoạn khai thác hoạt tải Chương 4: Phân tích trường hợp hoạt tải xe tải trọng nặng tác dụng lên cầu Phần kết luận, kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………………………………… IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …………………………………… V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Tp HCM, ngày … tháng … năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY CHỦ NHIỆM BỘ MƠN ĐÀO TẠO TS LÊ BÁ KHÁNH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG -i- LỜI CẢM ƠN Trong thời gian hoàn thành luận văn chân thành cảm ơn PGS TS Lê Thị Bích Thuỷ người tận tình bảo đưa ý kiến đóng góp quan trọng, đánh giá cho nhận xét sâu sắc để hoàn thành đề tài Xin cảm ơn đến bạn cao học cầu hầm khố 2013 có đóng góp tích cực, trao đổi hữu ích với lời động viên gặp khó khăn định việc tìm đọc tài liệu hướng cho đề tài Xin cảm ơn giúp đỡ đồng nghiệp Công Ty Cổ Phần Bốn Phương nơi làm việc hỗ trợ mặt để tơi hồn thành tốt đề tài Cuối xin cảm ơn ủng hộ ba mẹ gia đình, vợ trai chào đời tơi động lực lớn mặt tinh thần để tơi hoàn thành luận văn - ii - ABSTRACT Live load vehicles were recommended in our country and real vehicle which is different In addition, heavy load, super load are over current legal vehicle so it is necessary to analyze and access among real vehicle load, design vehicle live load and legal load The dissertation has analyzed real vehicle, special live load as thermal power turbine Result of dissertation proposes clearance between two vehicle and method of operation superload pass on bridge TÓM TẮT Hoạt tải thiết kế khuyến cáo sử dụng nước ta hoạt tải thực tế khác nhau, thêm vào hoạt tải xe tải trọng nặng, xe siêu trường siêu trọng vượt giới hạn cho phép qui định hành cần phân tích đánh giá hoạt tải thực tế so sánh hoạt tải tiêu chuẩn qui định hành Luận văn phân tích với giá trị hoạt tải thực tế hoạt tải đặc biệt tải trọng tua bin nhiệt điện Nghiên cứu đạt luận văn đánh giá đề xuất với khoảng cách xe lưu thơng an tồn cho kết cấu phương pháp vận hành thiết bị nặng qua cầu -1- MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu Mục đích nhiệm vụ thực đề tài Phương pháp phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa lý luận khoa học thực tiễn 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11 1.1 Nguồn gốc hoạt tải thiết kế nước ta 11 1.2 Nghiên cứu hoạt tải xe số nước 13 1.3 Kết luận 20 CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG THỰC TẾ CỦA CÁC LOẠI XE ĐƯỢC PHÉP LƯU THÔNG TRÊN CẦU 22 2.1 Lý thuyết đường ảnh hưởng 22 2.2 Mặt ảnh hưởng 26 2.3 Hệ số phân bố : 30 2.4 Lực xung kích 35 2.5 Tải trọng thực tế phép qua cầu 41 2.6 Kết luận : 51 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC CỦA HOẠT TẢI 52 3.1 Sơ đồ tính tốn 52 3.2 Mơ hình dầm hộp ngăn với kết cấu nhịp liên tục 54 3.3 Đánh giá hoạt tải thực tế qua cầu 78 3.4 Đề xuất xem xét khoảng cách hoạt tải xe 80 3.5 Kết luận 83 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TRƯỜNG HỢP HOẠT TẢI XE TẢI TRỌNG NẶNG TÁC DỤNG LÊN CẦU 84 4.1 Sơ đồ tính 85 4.2 Thu thập số liệu hoạt tải xe từ thực tế 86 4.3 Xác định hoạt tải qua cầu với tổng tải trọng trục P xe cộ 88 4.4 Cách tiến hành để vận hành thiết bị qua cầu 88 4.5 Xem xét với kết cấu dầm liên tục 92 4.6 Xét mỏi cho kết cấu 97 -2- 4.7 So sánh kết luận với hoạt tải xe thiết kế 97 4.8 Kết luận 98 4.9 Tính toán mặt cầu[24] 99 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 5.1 Kết luận 113 5.2 Kiến nghị 113 5.3 Hướng nghiên cứu 114 -3- MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Xe tải thiết kế 12 Hình 1.2 Xe hai trục thiết kế 13 Hình 1.3 Xe theo qui định AASHTO LRFD, Type 3-3 Units 17 Hình 1.4 Đề nghị tải phân bố cho cầu nhịp dài HL-93 theo [5] 17 Hình 1.5 Giá trị phân bố với thời hạn 75 năm cho xe tải trọng nặng [5] 18 Hình 2.1 Biểu đồ độ võng 23 Hình 2.2 Đường ảnh hưởng m(u,x) 23 Hình 2.3 Biểu đồ moment uốn M(x) 24 Hình 2.4 Biểu đồ độ võng dầm đầu ngàm đầu gối cố định 24 Hình 2.5 Biểu đồ đường ảnh hưởng m(u,x) dầm đầu ngàm đầu gối cố định 25 Hình 2.6 biểu đồ moment uốn M(x) dầm đầu ngàm đầu gối cố định 25 Hình 2.7 Ví dụ đường ảnh hưởng Manual V15 Sap2000 26 Hình 2.8 Số xe cầu 26 Hình 2.9 Tấm đẳng hướng 26 Hình 2.10 Tấm trực hướng 28 Hình 2.11 Kết đồ thị mặt ảnh hưởng 29 Hình 2.12 Mặt ảnh hưởng phần mềm Midas 30 Hình 2.13 Mặt ảnh hưởng xét hoạt tải xe mặt cầu phần mềm ABAQUS 30 Hình 2.14 Mặt ảnh hưởng xét hoạt tải xe mặt cầu phần mềm CSI Bridge v15.02 30 Hình 2.15 Các trường hợp nhiều trường hợp xe qua cầu 31 Hình 2.16 Hoạt tải thiết kế tiêu chuẩn AASHTO LRFD (2007),OHBDC (1991), CAN/CSA-S6-00 [2000], ASCE (1981) theo mặt cắt ngang 33 Hình 2.17 Hoạt tải thiết kế Eurocode theo mặt cắt ngang 33 Hình 2.18 Hoạt tải theo quan sát thực tế Việt nam theo mặt cắt ngang 34 Hình 2.19 Biển báo phân luồng giao thông đoạn An Sương – Bình Phước (Quốc lộ 1A) 34 Hình 2.20 Miêu tả thực tế giao thơng nước ta 35 Hình 2.21 Phân bố tần số cầu (Cantieni 1984) 36 Hình 2.22 Mối liên hệ tần số chiều dài nhịp (Cantieni 1984) 36 -4- Hình 2.23 Mối liên hệ tần số chiều dài nhịp (Paultre 1992) 37 Hình.1 Hình 2.24 Hệ số xung kích theo vận tốc điều kiện mặt đường (Wang, Shahawy, and Huang 1993) 38 Hình 2.25 Hệ số động học theo chiều dài nhịp (Fleming and Romualdi 1961) 39 Hình 2.26 Hệ số động học theo chiều dài nhịp theo Catieni 1984 39 Hình 2.27 Một số hình ảnh thực tế cầu 42 Hình 2.28 Thống kê loại xe thông dụng 43 Hình 2.29 Phần trăm xe cộ từ liệu VIM 44 Hình 2.30 Phần trăm cấp xe (Kim, S-J., Sokolik, A.F., Nowak, A.S., 1997) 45 Hình 2.31 Thống kê theo thay đổi tổng tải trọng trục theo thời gian 45 Hình 2.32 Biểu đồ lưu lượng xe ô tô thành phố Hồ Chí Minh từ năm 2000 47 Hình 2.33 Vị trí quan sát xe đoạn An Sương đến Cầu Đồng Nai 48 Hình 2.34 Cơng thức – Mối quan hệ tải trọng kích thước xe 50 Hình 3.1 Mơ hình kết cấu CSI Bridge v15 02 55 Hình 3.2 Tiết diện dầm hộp ( khai báo phần mềm CSI Bridge v15.02) 55 Hình 3.3 Miêu tả xe qua cầu 56 Hình 3.4 Minh họa xếp xe lên đường ảnh hưởng 57 Hình 3.5 Vị trí xe gây moment lớn xe trục 57 Hình 3.6 Vị trí xe gây moment nhỏ xe trục 57 Hình 3.8 Vị trí xe gây moment lớn tải trọng 58 Hình 3.9 Vị trí xe gây moment lớn hai xe T1 cách 30m ( ứng với vận tốc 60km/h 58 Hình 3.10 Vị trí xe gây moment lớn hai xe T2 cách 30m 58 Hình 3.11 Vị trí xe gây moment lớn hai xe T3 cách 30m 58 Hình 3.12 Vị trí xe gây moment lớn hai xe T4 cách 30m 58 Hình 3.13 Vị trí xe gây moment lớn hai xe T5 cách 30m 58 Hình 3.14 Vị trí xe gây lực cắt lớn hai xe T2 cách 30m 59 Hình 3.15 Vị trí xe gây lực cắt lớn gối 59 Hình 3.16 Biểu đồ bao moment xe ba trục 60 Hình 3.17 Biểu đồ bao moment xe hai trục ( Tandem) 60 Hình 3.19 Biểu đồ bao moment 90% hiệu ứng hai xe tải thiết kế 61 Hình 3.20 Biểu đồ bao moment lớn xe trục 61 -5- Hình 3.21 Biểu đồ bao moment xe T1 61 Hình 3.22 Biểu đồ bao moment xe T2 62 Hình 3.23 Biểu đồ bao moment xe T3 62 Hình 3.24 Biểu đồ bao moment xe T4 62 Hình 3.25 Biểu đồ bao moment xe T5 63 Hình 3.26 Trường hợp hai xe T1 cách 30m 63 Hình 3.27 Trường hợp hai xe T2 cách 30m 63 Hình 3.28 Trường hợp hai xe T3 cách 30m 64 Hình 3.29 Trường hợp hai xe T4 cách 30m 64 Hình 3.30 Trường hợp hai xe T5 cách 30m 64 Hình 3.31 Biểu đồ bao lực cắt xe T2 gây 65 Hình 3.32 Biểu đồ moment dương lớn nhịp hoạt tải hệ liên tục ba nhịp 66 Hình 3.33 Biểu đồ moment âm gối lớn hoạt tải hệ liên tục ba nhịp 67 Hình 3.34 Biểu đồ moment hoạt tải gây ( KN.m) 70 Hình 3.35 Biểu đồ thể tỉ lệ moment hoạt tải thực tế so với moment tải trọng tiêu chuẩn gây ( nhịp 60+90+60m ) 73 Hình 3.36 Biểu đồ lực cắt hoạt tải gây ( KN.m) 74 Hình 3.37 Biểu đồ thể tỉ lệ lực cắt hoạt tải thực tế so với lực tải trọng tiêu chuẩn gây ( nhịp 60+90+60m ) 76 Hình 3.40 Biểu đồ bao moment so sánh HL-93, T3, 2T3 77 Hình 3.41 Đường ảnh hưởng xếp xe T3 79 Hình 3.42 Moment trường hợp từ xe T3, 2T3,3T3 so với HL-93 79 Hình 3.43 Biểu đồ hế số tỉ lệ moment 2T3, 3T3 với HL-93 80 Hình 3.44 Biểu đồ xem xét khoảng cách hai xe T1 81 Hình 3.46 Biểu đồ xem xét khoảng cách hai xe T2 82 Hình 4.1 Mặt cắt ngang 86 Hình 4.2 Chiều dài nhịp 86 Hình 4.3 Tuabin nhà máy thuỷ điện Sơn La nặng 300T 87 Hình 4.4 Hệ thống bánh xe vận chuyển 87 Hình 4.5 Vận chuyển hàng ( nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn) 88 Hình 4.6 Xe tải trọng nặng hỗ trợ Midas Civil 88 ... sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Xây dựng Cầu hầm Mã số: 60 58 25 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC LOẠI XE THỰC TẾ ĐƯỢC PHÉP LƯU THÔNG TRÊN CẦU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn gồm nội dung sau:... lí xe phép qua cầu Do ? ?Đánh giá đề xuất loại xe thực tế phép lưu thơng cầu? ?? nhằm tìm hiểu nghiên cứu chuyên sâu vấn đề xe qua cầu để đảm bảo yêu cầu khả chịu tải kết cấu Việc đặt biển cấm xe. .. có số liệu kết quả, đưa đánh giá chung hoạt tải xe thực tế qua cầu so với hoạt tải tiêu chuẩn Trên sở so sánh đánh giá đề xuất loại xe, khoảng cách xe cụ thể phép qua cầu Nhận định rút kết luận