Nghiên cứu ứng xử của cầu treo dây võng trong giai đoạn khai thác đối với tải trọng động đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oo ĐÀO TRỌNG PHÚ NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC ĐỐI VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CẦU – HẦM MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – 07 / 2011 Luân Văn Thac Si ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐÀO TRỌNG PHÚ Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 10/09/1980 Nơi sinh : TP.HCM Chuyên ngành : Xây Dựng Cầu hầm Khoá (Năm trúng tuyển) : 2007 1- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CƯU ƯNG XỬ CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC ĐỐI VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu treo dây võng - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn động đất - Phân tích ảnh hưởng tải trọng động đất đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng 3- NGÀY GIAO NHIÊM VỤ : 14/02/2011 4- NGÀY HOÀN THÀNH : 31/07/2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS PHÙNG MẠNH TIẾN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÍ CHUYÊN NGÀNH TS PHÙNG MẠNH TIẾN Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm TS LÊ BÁ KHÁNH Trang Luân Văn Thac Si Nôi dung va đề cương Luân văn thac si đa đươc Hôi đông Chuyên Nganh thơng qua Ngày… tháng… năm… TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH Trang Ln Văn Thac Si CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS PHÙNG MẠNH TIẾN Cán chấm nhận xét 1: … Cán chấm nhận xét 2: … Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày… tháng… năm 200… Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm Trang Luân Văn Thac Si LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu ứng xử cầu treo dây võng giai đoạn khai thác tải trọng động đất ” thực từ tháng 02/2011 đến 07/2011 với mục đích nghiên cứu phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng giai đoạn khai thác Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy TS Phùng Mạnh Tiến tận tình giúp đỡ, hướng dẫn định hướng cung cấp thông tin cần thiết để hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ Môn Cầu Đường trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, bạn lớp Cao học chuyên ngành Cầu Hầm, Đường ôtô, Đường thành phố Cầu Hầm K2007 giúp suốt thời gian học tập thực luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn tất người gia đình tơi giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian để tơi hồn thành luận văn tiến độ Vì kiến thức thời gian thực luận văn có hạn nên khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong đóng góp quý thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh 07 – 2011 ĐÀO TRỌNG PHÚ Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm Trang Luân Văn Thac Si TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn bao gồm 06 chương chính: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG Giới thiệu sư phát triển câu treo dây võng giới va Việt Nam Nêu đăc điểm ban va cấu tao bơ phân câu treo dây võng bao gơm: trụ tháp, dâm chính, cáp dung cho dây võng, bô phân neo cáp chủ Phân loai câu treo dây võng Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT : Giới thiệu trận động đất lớn xảy giới Việt Nam, thiệt hại chúng gây ra, tìm hiểu nguyên nhân gây động đất tìm hiểu khả xảy động đất, độ lớn trận động đất xảy Việt Nam Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CẦU TREO DÂY VÕNG Cầu treo dây võng kết cấu phức tạp, độ cứng nhỏ, độ mảnh lớn, q trình thi cơng có ảnh hưởng lớn đến nội lực biến dạng kết cấu cầu treo dây võng Thuôc loai kết cấu siêu tinh bâc cao nên việc tính tốn câu treo phức tap Nôi dung chương giới thiệu chung phương pháp tính tốn câu treo dây võng: tính tốn câu treo theo sơ đô biến dang gôm ly thuyết tính câu treo theo phương pháp lưc, ly thuyết tính toán câu treo theo phương pháp chuyển vị, giới thiệu phương pháp phân tử hữu han va kha ứng dụng phương pháp phân tử hữu han tính tốn kết cấu Giới thiệu mơt sơ phân mềm tính tốn câu treo dây võng, ngun ly tính tốn câu treo dây võng phân mềm MIDAS/Civil – phân mềm đươc sử dụng rông rai giới Chương 4: PHƯƠNG PHÁP TÍNH ĐỘNG ĐẤT Động đất tải trọng đặc biệt có nhiều phương pháp tính khác nhau, nội dung chương giới thiệu phương pháp : Phương pháp tĩnh tương đương, phương pháp phổ phản ứng, phương pháp lịch sử thời gian, chương giới thiệu tính tốn động đất theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05 Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm Trang Luân Văn Thac Si Chương 5: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC ĐỐI VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Với phương pháp phân tích kết cấu va phân mềm đa đươc lưa chon chương 3, luân văn thưc phân tích tính tốn mơt sơ trương hơp cụ thể để nghiên cứu anh hương tai đông đất đến sư phân bô nôi lưc va biến dang câu treo dây võng Các trương hơp nghiên cứu với mơ hình câu treo dây võng ba nhịp với chiều dai hai nhịp biên nhau, đươc bơ trí hai măt phăng dây với dây treo thăng đứng song song, khổ ngang câu S = 11m Để nghiên cứu anh hương tai đông đất đến sư phân bô nôi lưc va biến dang câu treo dây võng, tiến hanh lâp mơ hình tính tốn nơi lưc câu với sơ đô nhịp, thông sô kỹ thuât va tai chon trước kết hơp thay đổi chiều dài nhịp biên L1 75m, 100m, 125m, 150m, 175m 200m, chiều dài nhịp L0 400m, tải trọng động đất thay đổi độ lớn 0.12g , 0.24g , 0.48g thay đổi chu kỳ với cấp động đất chọn với tỷ lệ 0.75 ; 0,5 Trên sơ mơ hình trương hơp nghiên cứu, dung phân mềm Midas phân tích xác định nơi lưc va biến dang tai mơt sơ vị trí điển hình Thơng qua việc so sánh nơi lưc va biến dang trương hơp nghiên cứu, luân văn nêu đươc anh hương tai đông đất đến sư phân bô nôi lưc va biến dang câu treo dây võng thể qua đô thị Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luân văn nêu môt sô kết luân tổng quan anh hương tai đông đất đến phân bô nôi lưc va biến dang câu treo dây võng thông qua trương hơp nghiên cứu Qua đo, ln văn trình bay mơt sô kiến nghị liên quan đến tai đông đất tính tốn thiết kê câu treo dây võng Măt khác, môt sô hướng nghiên cứu cung đươc nêu luân văn nhằm gop phân hiểu rõ ban chất va ứng xử câu treo dây võng Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm Trang Luân Văn Thac Si CHƯƠNG MỞ ĐẦU: TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Lịch sử phát triển ngành xây dựng cầu giới trải qua nhiều giai đoạn, việc chặt cành bắc qua sông rạch nhỏ phục vụ nhu cầu lại ngày có cầu vào lịch sử với chiều dài nhịp lên đến km với kết cấu mảnh Kết cấu cầu hữu Việt Nam đa dạng, từ kết cấu nhịp giản đơn, cầu liên tục, cầu dàn, cầu vòm kết cấu đại cầu treo dây văng, cầu treo dây võng Vật liệu từ gỗ, đá, thép, bêtông cốt thép đến bêtông cường độ cao thép cường độ cao Bên cạnh vấn đề khả chịu lực kết cấu, độ mảnh cầu yếu tố quan trọng xét quan điểm kiến trúc Với nhiệm vụ đáp ứng ngày cao nhu cầu giao thông vận tải, nhiều đề tài nghiên cứu loại vật liệu kết cấu nhằm xây dựng cơng trình khơng đạt u cầu kỹ thuật mà mang lại hiệu kinh tế tính mỹ thuật cao Cầu treo dây võng dạng kết cấu có nhiều ưu điểm khả khai thác triệt để tính vật liệu phận chịu lực giúp cho cầu treo dây võng vượt độ lớn mà loại kết cấu khác không làm kể cầu dây văng Hiện nay, cầu treo dây võng coi loại cầu đẹp, nhẹ chịu lực tốt, áp dụng phổ biến giới cho cầu nhịp lớn Bên cạnh việc tính tốn nội lực biến dạng cầu treo dây võng phức tạp, tải trọng thường xét đến : tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng động đất, tải trọng gió, Trong tải trọng động đất tải trọng đặc biệt cần xem xét cầu nhịp lớn cầu treo dây võng Chính từ việc phân tích tải trọng động đất cầu treo dây võng tìm sơ đồ hợp lý cho cầu treo dây võng có động đất xảy MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Nội dung luận văn tập trung giải hai mục tiêu sau: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu treo dây võng - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn động đất - Phân tích ảnh hưởng tải trọng động đất đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm Trang Luân Văn Thac Si PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu luận văn giải thơng qua phương pháp nghiên cứu sau: Thu thập, tổng hợp phân tích tài liệu tham khảo có liên quan đến cầu treo dây võng Phân tích lý thuyết tính tốn kết cấu cầu treo dây võng đặc biệt nghiên cứu sâu phương pháp phần tử hữu hạn Lựa chọn số trường hợp nghiên cứu, tiến hành xây dựng mơ hình kết cấu cho trường hợp nghiên cứu, tính tốn phân tích mơ hình theo phương pháp phần tử hữu hạn nhờ phần mềm Midas/Civil Tổng hợp, phân tích, so sánh kết nội lực biến dạng trường hợp nghiên cứu dạng đồ thị GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Nội dung luận văn tập trung phân tích mơ hình với thơng thông số kỹ thuật chọn trước trường hợp tải trọng động đất Luận văn không sâu nghiên cứu đơng lưc hoc cơng trình, ổn định tổng thể kết cấu cung kiểm toán ứng suất tiết diện Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm Trang Luân Văn Thac Si CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1.1 Sự phát triển cầu treo dây võng giới Trong lịch sử phát triển câu, câu treo dây võng la loai câu co môt lịch sử phát triển lâu đơi Câu treo dây võng với cáp treo xích sắt đa đươc xây dưng Trung Quốc cách từ 2000 năm trước tương tự xây dựng Ấn Độ Nguồn gốc đời cầu treo dây võng Phương Đông lại xuất Châu Âu vào kỷ 16 thực bùng nổ công nghiệp luyện thép phát triển mạnh vào kỷ 19 Cho đến nay, 20 cầu có nhịp dài giới cầu treo dây võng Vào kỷ 18, với phát triển kết cấu cầu sản phẩm ứng dụng công nghệ luyện thép, cầu Jacobs Creek xây dựng vào năm 1801 với nhịp dài 21.3m cơng trình sư Finley Mỹ Chiếc cầu dùng cho xe ô tô xưa cầu Clifton Anh (Hình 1.1) xây dựng vào năm 1831 hoàn thành vào năm 1864, cầu với cáp chủ có dạng xích sắt Hình 1.1 Cầu Clifton cấu tạo hệ cáp chủ Theo thời gian với phát triển máy tính điện tử công nghệ thiết bị thi công, vật liệu xây dựng trình độ khoa học kỹ thuật, cầu treo dây võng ngày vượt nhịp lớn Một số cầu treo dây võng có chiều dài nhịp lớn 1000m giới thống kê bảng 1.1 Chuyên nganh : Xây Dưng Câu hâm Trang ... tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng động đất, tải trọng gió, Trong tải trọng động đất tải trọng đặc biệt cần xem xét cầu nhịp lớn cầu treo dây võng Chính từ việc phân tích tải trọng động đất cầu treo dây. .. ? ?Nghiên cứu ứng xử cầu treo dây võng giai đoạn khai thác tải trọng động đất ” thực từ tháng 02/2011 đến 07/2011 với mục đích nghiên cứu phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng giai đoạn khai. .. DÂY VÕNG TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC ĐỐI VỚI TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu treo dây võng - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn động đất