Phân tích tĩnh và động cầu vòm ống thép nhồi bê tông

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN NGỌC LONG Đề tài: PHÂN TÍCH TĨNH VÀ ĐỘNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG Chuyên ngành: Cầu, tuynel công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt Mã số ngành: 2.15.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ Cán hướng dẫn: TS Lê Văn Nam TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 -2- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC TP HCM, ngày……tháng… năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Long Phái: nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/04/1976 Nơi sinh: TP Cần Thơ Chuyên ngành: Cầu, tuynel công trình xây dựng khác đường ôtô đường sắt MSHV: 00104019 I – TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích tónh động cầu vòm ống thép nhồi bê tông II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1/- NHIỆM VỤ: Phân tích tónh động cầu vòm ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy 2/- NỘI DUNG ĐỀ TÀI: PHẦN MỞ ĐẦU: PHẦN TỔNG QUAN: Chương 1: Tổng quan cầu vòm PHẦN NGHIÊN CỨU CHÍNH: Chương 2: Nghiên cứu cấu tạo cầu vòm ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy Chương 3: Nghiên cứu làm việc sở lý thuyết tính toán ống thép nhồi bê Chương 4: Phân tích tónh cầu vòm ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy giai đoạn khai thác Chương 5: Phân tích động cầu vòm ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Chương 6: Các nhận xét, kết luận kiến nghị PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO: PHẦN PHỤ LỤC: -3- III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lê Văn Nam CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS Lê Văn Nam Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày…….tháng……năm 2006 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH -4- MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CẦU VÒM 11 1.1 Sự phát triển cầu vòm giới 11 1.2 Sự phát triển cầu vòm Vieät Nam 24 1.3 Sự phát triển cầu vòm ống thép nhồi bê tông 25 1.4 Vấn đề nghiên cứu 30 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TẠO CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CÓ THANH KÉO VÀ ĐƯỜNG XE CHẠY DƯỚI 31 2.1 Nghiên cứu vật liệu vòm ống thép nhồi bê tông 31 2.2 Cấu tạo chi tiết cầu vòm ống thép nhồi bê tông 32 2.3 Đánh giá hiệu Kinh tế - Kỹ thuật - Mỹ thuật cầu vòm ống thép nhồi bê tông với loại cầu khác 38 2.4 Phạm vi ứng dụng cầu vòm ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy 40 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỐNG THÉP NHỒI BÊ BÔNG 41 3.1 Caùc đặc điểm chung kết cấu ống thép nhồi bê tông 41 3.2 So saùnh kết cấu ống thép nhồi bê tông với kết cấu bê tông cốt thép, bê tông cốt cứng, thép hình, ống thép rỗng 42 3.2 Nghiên cứu làm việc ống thép nhồi bê tông 44 3.3 nh hưởng độ cứng 47 3.4 nh hưởng lực dính bám 48 -53.5 nh hưởng co ngót từ biến 51 3.6 Khaû chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo Mỹ 52 3.7 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo Canada 54 3.8 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo Châu Âu 56 3.9 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo Nga 60 3.10 Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo Trung Quốc 63 3.11 So sánh lý thuyết tính toán nước từ đề xuất tiêu chuẩn tương thích cho Việt Nam 69 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TĨNH CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CÓ THANH KÉO VÀ ĐƯỜNG XE CHẠY DƯỚI TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC 71 4.1 Mô tả kết cấu 71 4.2 Phân tích đưa sơ đồ tính cho kết cấu 72 4.3 Tính toán vòm với phần mềm MIDAS 75 4.4 Kiểm toán mặt cắt sườn vòm 83 4.5 Lập biểu đồ tra tiết diện vòm theo độ nhịp 85 4.6 So sánh với kết nghiên cứu trước 88 4.7 Nhaän xeùt 89 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH ĐỘNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CÓ THANH KÉO VÀ ĐƯỜNG XE CHẠY DƯỚI 91 5.1 Đặt vấn đề 91 5.2 Phân tích quan hệ ứng suất-biến dạng hệ 92 5.3 Thành lập giải hệ phương trình vi phân dao động hệ theo hoạt tải khai thác 96 5.4 Thành lập phương trình vi phân dao động riêng hệ 101 5.5 Phân tích dao động riêng hệ với chương trình MIDAS 104 5.6 Các nhận xét dao động riêng hệ 108 -6CHƯƠNG 6: CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 6.1 Các nhận xét chung 101 6.2 Đóng góp khoa học thực tiễn 111 6.3 Những tồn đề xuất hướng nghiên cứu 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 -7- MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, nhiều công trình cầu xây dựng với công nghệ đại cho phép vượt nhịp lớn, tạo nhiều kiểu dáng đẹp phù hợp với môi trường tự nhiên vùng tạo thành quần thể kiến trúc đẹp, đa dạng như: cầu dầm liên tục, cầu khung với dầm BTCT dự ứng lực tiết diện hộp thi công theo phương pháp đúc đẩy, đúc hẫng, cầu treo, cầu dây văng, cầu vòm ống thép nhồi bê tông… Kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông vượt nhịp vừa, nhịp lớn mà kết cấu mang tính thẩm mỹ cao Việc chuyển giao công nghệ thiết kế xây dựng loại cầu vòm dạng triển khai số công trình xây dựng địa bàn thành phố Hồ Chí Minh với chuyển giao công nghệ thiết kế Trung Quốc Các đơn vị tư vấn nước tiến hành nghiên cứu thiết kế cầu Hàn, cầu Đông Trù phía bắc cầu Hùng Vương Phú Yên Tuy nhiên việc áp dụng dạng cầu Việt Nam chưa phổ biến chưa có qui trình, qui phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật, tài liệu hướng dẫn tính toán thiết kế liên quan đến loại kết cấu dạng Chính việc tiếp thu, chuyển giao công nghệ ứng dụng dạng kết cầu nước ta cần nghiên cứu tìm hiểu cách đầy đủ Việc nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính toán, công nghệ thi công cầu vòm dạng đề cập đến luận án trước Để hiểu đầy đủ loại kết cấu cần phải có nghiên cứu, phân tích, thí nghiệm làm việc loại vật liệu ống thép nhồi bê tông; Và nghiên cứu, phân tích, đo đạc kiểm định loại cầu vòm ống thép nhồi bê tông chịu loại tải trọng trình thi công khai thác Trong luận văn này, việc nghiên cứu tổng quan cầu vòm, nội dung luận văn tập trung phân tích tónh động cầu vòm dạng ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy dưới, cụ thể sử dụng phần mềm ứng dụng vào việc phân tích nội lực, dao động kết cấu -8Kết việc nghiên cứu, tác giả mong muốn góp phần nhỏ để đưa dạng cầu vòm ống thép nhồi bê tông sớm trở nên phổ biến Việt Nam với lý loại cầu đáp ứng kỹ thuật, mỹ quan giá thành hợp lý Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy Lê Văn Nam, thầy cô trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, thầy cô trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội, trường Đại học Giao Thông Vận Tải (cơ sở 2) TP Hồ Chí Minh, Công ty TVTK GTVT phía Nam (TEDI SOUTH), Công ty TVTK 625, Công ty TVTK Cầu Lớn Hầm, Công ty TVTK Thăng Long bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ hoàn thành luận văn này./ -9- TÓM TẮT ĐỀ TÀI Kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông vượt nhịp vừa, nhịp lớn mà kết cấu mang tính thẩm mỹ cao Tuy nhiên việc áp dụng dạng cầu Việt Nam chưa phổ biến chưa có qui trình, qui phạm, tiêu chuẩn kỹ thuật, tài liệu hướng dẫn tính toán thiết kế liên quan đến loại kết cấu dạng Việc nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính toán, công nghệ thi công cầu vòm dạng đề cập đến luận án trước Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung phân tích tónh động cầu vòm dạng ống thép nhồi bê tông có kéo đường xe chạy dưới, cụ thể sử dụng phần mềm ứng dụng vào việc phân tích nội lực, dao động kết cấu -10- THE SUMMARY OF THE THESIS Concrete filled steel tube arch bridge is not only medium span bridge, the long span bridge but aslo structure with high level of aesthetics However, in Viet Nam, using this structure has not been popular yet, by without process, norm, specification, guide document for it Studying composition, calculating, executing technology of this bridge was mentioned at the previous thesis In the scope of this thesis, the author would like to analyse the static and dynamic state of the concrete filled steel tube arch bridge with tie rod and roadway located under arch rib, specifically to use application softwares for internal force and dynamic analysing ... CẤU TẠO CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CÓ THANH KÉO VÀ ĐƯỜNG XE CHẠY DƯỚI 31 2.1 Nghiên cứu vật liệu vòm ống thép nhồi bê tông 31 2.2 Cấu tạo chi tiết cầu vòm ống thép nhồi bê tông ... TOÁN ỐNG THÉP NHỒI BÊ BÔNG 41 3.1 Caùc đặc điểm chung kết cấu ống thép nhồi bê tông 41 3.2 So saùnh kết cấu ống thép nhồi bê tông với kết cấu bê tông cốt thép, bê tông cốt cứng, thép. .. triển cầu vòm ống thép nhồi bê tông: * Cầu sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông giới: cầu vòm nhịp 9m vùng ngoại ô phía Đông Pari xây dựng năm 1931, người ta sử dụng bó nhiều ống thép nhồi bêtông