Phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến sự phân bố nội lực trong cầu treo dây văng hai mặt phẳng dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC TRONG CẦU TREO DÂY VĂNG HAI MẶT PHẲNG DÂY CHUYÊN NGÀNH : CẦU, TUY-NEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2007 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Thị Bích Thủy TS Phùng Mạnh Tiến Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sỹ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Văn Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 18/06/1978 Nơi sinh: Phú yên Chuyên ngành: Cầu, tuynen công trình Mã số ngành: 2.15.10 xây dựng khác đường ôtô đường sắt Khóa: 15 (K 2004) Mã số học viên: 00104039 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực cầu treo dây văng hai mặt phẳng dây II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN ÁN: Nhiệm vụ: Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực cầu Thông qua việc tổng hợp phân tích kết nghiên cứu thấy được, hiểu rõ chất phân bố nội lực kết cấu thay đổi chiều cao trụ tháp cầu treo dây văng Nội dụng luận văn : Chương 1: Giới Thiệu Lịch Sử Phát Triển Của Cầu Dây Văng Chương 2: Giới Thiệu Các Đặc Điểm Cơ Bản Của Cầu Treo Dây Văng Chương 3: Giới Thiệu Các Lý Thuyết Tính Toán Cầu Dây Văng Chương 4: Phân Tích nh Hưởng Chiều Cao Trụ Tháp Đến Sự Phân Bố Nội Lực Trong Cầu Treo Dây Văng Chương 5: Kết Luận Và Kiến Nghị Tài liệu tham khảo Tóm tắc lý lịch khoa học III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV NGÀY HOÀN THÀNH : V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Lê Thị Bích Thủy TS Phùng Mạnh Tiến CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS LÊ THỊ BÍCH THỦY TS PHÙNG MẠNH TIẾN CN BỘ MÔNQL CHUYÊN NGHÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sỹ Hội đồng chuyên ngành thông qua Tp HCM, ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2008 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập nghiên cứu, Giảng Viên môn Cầu Đường, Khoa Xây Dựng – Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh truyền đạt cho nhiều kiến thức kinh nghiệm bổ ích, điều giúp ích cho nhiều trình thực luận văn Qua đây, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Giảng Viên môn Cầu Đường, Khoa Xây Dựng, đặc biệt cô giáo TS Lê Thị Bích Thủy thầy giáo TS Phùng Mạnh Tiến tận tình giúp đỡ thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp quan bạn học viên lớp cao học Cầu Đường K15 giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho để có thời gian hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn Học viên thực Lê Văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: Phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực cầu treo dây văng hai mặt phẳng dây Tóm tắt Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phân bố nội lực cầu treo dây văng như: sơ đồ kết cấu nhịp, chiều dài nhịp, cấu tạo dầm chính, số lượng mặt phẳng dây treo, chiều cao tháp cầu, vật liệu… Trong chiều cao tháp cầu trực tiếp ảnh hưởng đến góc nghiêng dây văng, kéo theo thay đổi nội lực toàn hệ (dầm chính, dây treo, trụ tháp…) Chính phạm vi đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao tháp cầu đến phân bố nội lực cầu Thông qua việc tổng hợp phân tích kết nghiên cứu thấy được, hiểu rõ chất phân bố nội lực kết cấu thay đổi chiều cao trụ tháp cầu treo dây văng Chương 1: Giới Thiệu Lịch Sử Phát Triển Của Cầu Dây Văng Chương 2: Giới Thiệu Các Đặc Điểm Cơ Bản Của Cầu Treo Dây Văng Chương 3: Giới Thiệu Các Lý Thuyết Tính Toán Cầu Dây Văng Chương 4: Phân Tích nh Hưởng Chiều Cao Trụ Tháp Đến Sự Phân Bố Nội Lực Trong Cầu Treo Dây Văng Chương 5: Kết Luận Và Kiến Nghị Tài liệu tham khảo Tóm tắt lý lịch khoa học MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU TREO DÂY VĂNG 1.1.1 Lịch sử phát triển cầu dây văng giới I.1.1 Hình thành ý tưởng kết cấu cầu dây văng I.1.2 Giai đoạn phát triển hoàn thiện kết cấu CDV 1.1.2 Lịch sử phát triển cầu dây văng Việt Nam …… …….………………………………… 14 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG 2.1 Các đặc điểm cầu dây văng 2.1.1 Sơ đồ hình thái cầu dây văng 18 2.1.2 Sơ đồ phân bố dây 21 2.1.3 Số mặt phẳng dây 24 2.1.4 Cấu tạo dầm chủ 26 2.1.5 Tháp cầu 29 2.1.6 Chiều cao trụ tháp 32 2.2 Các thông số kỹ thuật CDV chọn để phân tích nghiên cứu 37 CHƯƠNG III GIỚI THIỆU CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU DÂY VĂNG 3.1 Tổng quan số sở lý thuyết để phân tích kết cấu 3.1.1 Phương pháp lực 40 3.1.2 Phương pháp chuyển vị 41 3.1.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 42 3.2 Cơ sở lý thuyết phân tích, tính toán điều chỉnh nội lực cầu dây 3.2.1 Mục tiêu tính toán, điều chỉnh nội lực cầu dây văng 50 3.2.2 Nội dung tính toán, điều chỉnh nội lực cầu dây văng 51 3.2.3 Các phương pháp thi công điều chỉnh nội lực 52 3.2.4 Tính toán điều chỉnh nội lực căng kéo dây văng 55 3.3 Tổng quan số chương trình phân tích kết cấu áp dụng phổ biến 3.3.1 SAP2000 58 3.3.2 STAAD.Pro 59 3.3.3 RM-SPACEFRAME 60 3.3.3 MIDAS/Civil 61 3.4 Cơ sở để phân tích kết cấu cầu treo dây văng Midas 3.4.1 Các phương pháp mô hình hóa phân tích trình thi công cầu dây văng 62 3.4.2 Mô hình hóa thuận (Forward Modeling) 64 3.4.3 Moâ hình hóa ngược (Backward Modeling) 65 3.4.4 Tính toán điều chỉnh theo giai đoạn thi công 66 3.4.5 Giải toán điều chỉnh nội lực Phương pháp hệ số tải trọng chưa biết (Unknown Load Factor Method) 68 3.5 Phạm vị áp dụng phương pháp điều chỉnh nội lực Midas để phân tích kết cấu cầu dây văng đề tài nghiên cứu 69 CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC TRONG CẦU TREO DÂY VĂNG 4.1 Các trường hợp nghiên cứu 70 4.2 Các trường hợp tải trọng nghiên cứu 71 4.3 Các thành phần nội lực nghiên cứu phân tích, tính toán 73 4.4 Trường hợp cầu dây văng có sơ đồ nhịp L=100m+210m+100m 4.4.1 nh hưởng đến phân bố nội lực dầm chủ 74 4.4.2 nh hưởng đến phân bố nội lực trụ tháp 85 4.4.3 nh hưởng đến lực căng cáp giai đoạn thi công 89 4.5 Trường hợp cầu dây văng có sơ đồ nhịp L=150m+310m+150m 4.5.1 nh hưởng đến phân bố nội lực dầm chủ 92 4.5.2 nh hưởng đến phân bố nội lực trụ tháp 105 4.5.3 nh hưởng đến lực căng cáp giai đoạn thi công 107 4.6 Trường hợp cầu dây văng có sơ đồ nhịp L=200m+410m+200m 4.6.1 nh hưởng đến phân bố nội lực dầm chủ 111 4.6.2 nh hưởng đến phân bố nội lực trụ tháp 125 4.6.3 nh hưởng đến lực căng cáp giai đoạn thi công 128 4.7 Nhận xét tổng hợp cho trường hợp tính toán 4.7.1 Đối với moment My dầm chủ 131 4.7.2 Đối với Lực dọc Fx dầm chủ .131 4.7.3 Đối với moment My trụ thaùp 132 4.7.4 Đối với lực nén dọc trục Fx trụ tháp 132 4.7.5 Đối với lực căng cáp lúc thi công 133 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Các kết luận 5.1.1 Khi chiều dài kết cấu nhịp không đổi 134 5.1.2 Khi chiều dài kết cấu nhịp thay đổiû 134 5.2 Caùc kiến nghị .135 TÀI LIỆU THAM KHẢO .136 TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC 137 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến CHƯƠNG I GIỚI THIỆU LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU TREO DÂY VĂNG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU DÂY VĂNG TRÊN THẾ GIỚI Sự đời phát triển cầu treo dây văng (CDV) giới thu hút lòng say mê, sáng tạo nhà khoa học nhờ làm cho kết cấu CDV ngày phát triển quy mô kết cấu, hợp lý mặt kinh tế đặt biệt tính mỹ thuật Rất nhiều CDV trở thành biểu tượng văn hóa địa phương, đất nước đặc biệt vài trường hợp CDV trở thành di sản văn hóa nhân loại Để đạt thành tựu ngày hôm nay, CDV trải qua giai đoạn lịch sử phát triển khác nhau, giai đoạn sau có kế thừa phát triển giai đoạn trước phù hợp với trình độ phát triển khoa học công nghệ đương thời Cơ phân thành hai giai đoạn sau: giai đoạn hình thành ý tưởng kết cấu (giai đoạn từ cuối kỷ thứ 18 đến cuối kỷ thứ 19), giai đoạn giai đoạn phát triển hoàn thiện mặt kết cấu CDV (từ đầu kỷ 20 đến nay) 1.1.1 Hình thành ý tưởng kết cấu cầu dây văng (đầu kỷ thứ 18 đến cuối kỷ thứ 19) Thực ý tưởng cầu treo dây văng có từ sớm, kết cấu đặc biệt tộc miền núi (nhiều Đông Nam Á) áp dụng để xây dựng cầu treo qua thung lũng, vực sâu hay khe suối có địa hình nguy hiểm Hình 1.1 hình ảnh CDV tộc vùng cao người Lào xây dựng hình 1.2 hình ảnh CDV xây dựng qua sông Serajoe Java –Inđônêxia Đặc điểm chung hai cầu làm từ tre nứa loại có nhiều địa phương (tre nứa) HVTH : Lê Văn - MSHV: 00104039 Trang Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến Bảng 4.37 Phần tử 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 HVTH Trang 124 : So sánh kết lực dọc trục dầm tương ứng với chiều cao trụ tháp H90/H70 H110/H70 H130/H70 H150/H70 0.81 0.67 0.57 0.50 0.79 0.65 0.55 0.48 0.78 0.64 0.54 0.47 0.77 0.63 0.53 0.46 0.77 0.62 0.53 0.45 0.76 0.62 0.52 0.45 0.76 0.62 0.52 0.45 0.76 0.61 0.51 0.44 0.75 0.61 0.51 0.44 0.75 0.60 0.50 0.43 0.75 0.60 0.50 0.43 0.74 0.60 0.50 0.43 0.74 0.59 0.49 0.42 0.74 0.59 0.49 0.42 0.74 0.58 0.48 0.41 0.73 0.58 0.48 0.41 0.73 0.58 0.48 0.41 0.73 0.58 0.48 0.41 0.73 0.57 0.48 0.41 0.73 0.57 0.47 0.40 0.73 0.57 0.47 0.40 0.73 0.57 0.48 0.41 0.73 0.58 0.48 0.41 0.73 0.58 0.48 0.41 0.73 0.58 0.48 0.41 0.74 0.58 0.48 0.41 0.74 0.59 0.49 0.42 0.74 0.59 0.49 0.42 0.74 0.59 0.50 0.43 0.75 0.60 0.50 0.43 0.75 0.60 0.50 0.43 0.75 0.61 0.51 0.44 0.76 0.61 0.51 0.44 0.76 0.61 0.52 0.45 Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến Phần tử 115 116 117 118 119 120 So sánh kết lực dọc trục dầm tương ứng với chiều cao trụ thaùp H90/H70 H110/H70 H130/H70 H150/H70 0.77 0.62 0.52 0.45 0.77 0.63 0.53 0.45 0.77 0.63 0.53 0.46 0.78 0.63 0.54 0.47 0.79 0.64 0.55 0.48 0.81 0.67 0.57 0.50 - Khi tăng chiều cao trụ tháp lên 28% → 56% → 86% → 115% lực nén dầm giảm trung bình 25% → 40% →49% → 56% Khi so sánh kết hai trường hợp chiều cao liên tiếp, độ chênh lệch chiều cao 10m (tương ứng với 28% so với trường hợp H70) độ giảm lực nén dọc trục giảm dần theo tỷ lệ 25%, 15%, 9%, 7% Điều chứng tỏ tăng chiều cao trụ tháp tốc độ giảm lực nén nhỏ 4.6.2 nh hưởng đến phân bố nội lực trụ tháp: Cột tháp mô hình hóa 23 phần tử dầm (phần tử 163 đến 183 205 đến 206), chiều cao phần tử từ 163 đến 183 206 không đổi, phần tử 163 đến 182 có chiều dài 2m, phân tử 183 có chiều dài 2.5m, phần tử 206 nối từ chân trụ tháp đến giằng ngang (tại vị trí dầm) có chiều dài không đổi 25m Khi thay đổi chiều cao trụ tháp phần tử 205 (khoảng cách dầm ngang) thay đổi theo Trường hợp trụ tháp H70 phần tử 205 dài 37.5m, trường hợp trụ tháp H90 phần tử 205 dài 57.5m, trường hợp trụ tháp H110 phần tử 205 dài 77.5m, trường hợp trụ tháp H130 phần tử 168 dài 97.5m, trường hợp trụ tháp H150 phần tử 205 dài 117.5m 4.6.2.1 nh hưởng đến My Độ lớn moment trụ tháp thay đổi tăng dần từ đỉnh tháp xuống chân trụ tháp, vị trí chân trụ tháp moment My đạt giá trị lớn nhất, đánh giá thay đổi moment My mặt cắt chân trụ tháp HVTH Trang 125 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến Kết phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp moment chân trụ tháp trình bày bảng 4.38 đây: Bảng 4.38 H70 Moment My chân trụ tháp (kN.m) H110 H130 H150 H90/H70 H110/H70 H130/H70 H150/H70 H90 21724 10477 6287 4338 3247 0.48 0.29 0.20 0.15 Dựa vào kết vẽ biểu đồ thay đổi moment My chân trụ tháp ứng với thay đổi chiều cao trụ tháp sau: BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI MOMENT TẠI CHÂN TRỤ THÁP KHI THAY ĐỔI CHIỀU CAO TRỤ THÁP Tỷ lệ thay đổi Moment 0.8 0.6 0.4 0.2 1.4 1.8 2.2 Tỷ lệ tăng chiều cao Hình 4.21 Biểu đồ thay đổi moment My chân trụ tháp Nhận xét: - Khi tăng chiều cao trụ tháp lên 28% → 56% → 86% → 115% moment My chân trụ tháp giảm 52% → 71% →80% → 85% Khi so sánh kết hai trường hợp chiều cao liên tiếp, độ chênh lệch chiều cao 10m (tương ứng với 28% so với trường hợp H70) độ giảm moment My chân trụ tháp giảm dần theo tỷ lệ giảm dần 52%, 19%, 9% 5% Điều chứng tỏ tăng chiều cao trụ tháp tốc độ giảm moment chân trụ tháp nhỏ HVTH Trang 126 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến 4.6.2.2 nh hưởng đến lực nén dọc trục Fx Độ lớn lực nén dọc trục Fx trụ tháp tăng dần từ đỉnh tháp xuống chân trụ tháp, vị trí chân trụ tháp lực nén dọc trục Fx đạt giá trị lớn nhất, đánh giá thay đổi lực nén dọc trục Fx mặt cắt chân trụ tháp Kết phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp lực nén dọc trục Fx chân trụ tháp trình bày bảng 4.39 đây: Bảng 4.39 Lực nén dọc trục Fx chân trụ tháp (kN) H70 H90 H110 H130 H150 H90/H70 H110/H70 H130/H70 H150/H70 -87169 -92042 -96963 -101926 -106925 1.06 1.11 1.17 1.23 Dựa vào kết vẽ biểu đồ thay đổi lực nén dọc trục Fx chân trụ tháp ứng với thay đổi chiều cao trụ tháp sau: BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI LỰC NÉN DỌC TRỤC TẠI CHÂN TRỤ THÁP Tỷ lệ thay đổi lực dọc trục 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05 0.95 1.4 1.8 2.2 Tỷ lệ tăng chiều cao Hình 4.22 Biểu đồ thay đổi lực nén dọc trục Fx chân trụ tháp Nhận xét: - Khi tăng chiều cao trụ tháp lên 28% → 56% → 86% → 115% lực nén chân trụ tháp tăng 6% → 11% →17% → 23% Khi so sánh kết hai trường hợp chiều cao liên tiếp, độ chênh lệch chiều cao 10m (tương ứng với 28% so với trường hợp H70) độ tăng lực nén chân trụ tháp 6%, 5%, 6% 6% Điều chứng tỏ tăng chiều cao trụ tháp tốc độ tăng lực nén chân trụ gần tuyến tính (với độ dốc 5.5%) HVTH Trang 127 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến 4.6.3 nh hưởng đến lực căng cáp giai đoạn thi công: Trong trường hợp ứng với nhịp 410m nghiên cứu có 20 cặp sợi cáp đối xứng qua trụ tháp, đánh số từ đến 40 theo hướng tăng dần từ nhịp biên sang nhịp Theo phương pháp thi công đúc hẫng cân đốt dầm đúc thứ tự từ trụ tháp sang hai bên Các sợi cáp căng cặp theo cặp khoang dầm đúc lần lït (20-21), (19-22)….(1-40) Độ lớn lực căng cáp lúc thi công giải cho trường hợp chiều cao trụ tháp H40, H50, H60, H70, H80, kết trình bày bảng 4.40 sau: Bảng 4.40 Số hiệu cáp Độ lớn lực căng cáp lúc thi công ứng với chiều cao trụ tháp (Kn) H70 H90 H110 H130 H150 4481 3813 3354 3056 2856 4503 3730 3255 2926 2728 4546 3691 3192 2872 2676 4578 3697 3203 2890 2703 4531 3679 3135 2898 2722 4381 3550 3078 2803 2639 4243 3412 3014 2695 2544 4143 3322 2914 2648 2519 4065 3261 2822 2622 2500 3974 3178 2749 2566 2453 3857 3055 2709 2484 2393 3721 2950 2720 2488 2420 3628 2954 2662 2546 2487 3587 2932 2527 2448 2391 3427 2671 2304 2168 2123 3043 2355 2205 2052 2028 2871 2376 2351 2352 2330 3174 2851 2882 2955 2958 3713 3378 3294 3328 3401 2967 2535 2357 2262 2330 2358 2375 2307 2250 2335 3020 3176 3267 3293 3391 2629 2656 2790 2917 2937 2450 2187 2219 2310 2298 2737 2184 2033 2013 2004 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 HVTH Trang 128 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến Số hiệu cáp Độ lớn lực căng cáp lúc thi công ứng với chiều cao trụ thaùp (Kn) H70 H90 H110 H130 H150 3228 2529 2273 2134 2111 3566 2875 2596 2416 2378 3723 2945 2639 2494 2478 3873 2968 2648 2498 2420 4056 3091 2702 2523 2399 4246 3268 2826 2577 2468 4405 3377 2902 2637 2514 4562 3476 2987 2703 2549 4682 3591 3028 2759 2600 4775 3692 3118 2825 2645 4883 3764 3247 2875 2689 5017 3872 3308 2928 2723 5191 4020 3401 3026 2794 5288 4119 3471 3099 2871 5189 4065 3468 3086 2850 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Dựa vào bảng kết vẽ biểu đồ lực căng cáp lúc thi công cho tất trường hợp chiều cao trụ tháp sau: BIỂU ĐỒ LỰC CĂNG CÁP LÚC THI CÔNG (L=200m-410m-200m) 5500 5250 5000 Lực g cáp (Kn) 4750 4500 H150 4250 H70 4000 3750 H90 3500 H110 3250 H130 3000 2750 2500 2250 2000 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Số hiệu cáp Hình 4.23 Biểu đồ độ lớn lực căng cáp lúc thi công HVTH Trang 129 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến Nhận xét: - Độ lớn lực căng cáp tăng dần từ vị trí trụ tháp sang hai bên, đặt biệt sợi cáp 18, 19, 22, 23 độ lớn lực căng cáp có tăng đột biến - Các sợi cáp vị trí gần trụ tháp (17 đến 24) có giá trị không đổi tăng chiều cao trụ tháp Các sợi cáp lại tăng chiều cao trụ tháp độ lớn lực căng giảm, biểu đồ phân tích sau thể điều BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI LỰC CĂNG CÁP LÚC THI CÔNG KHI THAY ĐỔI CHIỀU CAO TRỤ THÁP (L=200m-410m-200m) Lực căng caùp (Kn) 1.10 1.00 H90/H70 0.90 H110/H70 H130/H70 0.80 H150/H70 0.70 0.60 0.50 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Số hiệu cáp Hình 4.24 Biểu đồ thay đổi độ lớn lực căng cáp lúc thi công - Các sợi xa trụ tháp (1 đến 16 25 đến 40) tăng chiều cao trụ tháp giá trị lực căng giảm Mức độ tăng giảm sau: + Khi tăng chiều cao trụ tháp từ lên 28% → 56% → 86% → 115% lực căng cáp giảm 21% → 31% →36% → 39% Khi so sánh kết hai trường hợp chiều cao liên tiếp, độ chênh lệch chiều cao 10m (tương ứng với 20% so với trường hợp H50) độ giảm lực căng cáp 21%, 10%, 5% 3% Điều chứng tỏ tăng chiều cao trụ tháp tốc độ giảm lực căng cáp giảm HVTH Trang 130 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến 4.7 Nhận xét tổng hợp cho trường hợp tính toán (ứng với sơ đồ L=100+210+100m, L=150+310+150m, L=200+410+200m) 4.7.1 Đối với moment My dầm chủ: - Khu vực bị ảnh hưởng nhiều chiều cao trụ tháp bị thu hẹp phía trụ tháp chiều dài kết cấu nhịp tăng Các số liệu phân tích qua trường hợp phân tích cho thấy khu vực chiều dài dầm chủ bị ảnh hưởng nhiều chiều cao trụ tháp sau: + Đối với trường hợp 1: 0.27Lb đến 0.3Lc (chiếm khoảng 67% chiều dài nhịp) + Đối với trường hợp 2: 0.57Lb đến 0.21Lc (chiếm khoảng 42% chiều dài nhịp) + Đối với trường hợp 3: 0.625Lb đến 0.17Lc (chiếm khoảng 36% chiều dài nhịp) - Chiều cao trụ tháp không ảnh hưởng nhiều đến độ lớn dấu moment khoảng đốt (gần mố nhịp biên) dầm chủ - Ngoài đốt dầm dầm chủ, khu vực bị ảnh hưởng chiều cao trụ tháp moment uốn dầm thường cho giá trị gần với giá trị tốt (thường tỷ số moment âm gối đàn hồi momnent dương khoang dầm trường hợp tính toán có giá trị từ 2.2 đến 2.6) 4.7.2 Đối với Lực dọc Fx dầm chủ: - Khi tăng chiều cao trụ tháp lực nén dọc trục dầm chủ tăng Với chiều dài kết cấu nhịp thay đổi ảnh hưởng chiều cao trụ tháp lực nén dầm tổng hợp qua biểu đồ đây: SỰ THAY ĐỔI LỰC NÉN TRONG DẦM CHỦ Độ giảm lực nén dọc trục 1.00 0.90 0.80 Lc=210 0.70 Lc=310 0.60 Lc=410 0.50 0.40 1.25 1.5 1.75 2.25 Tỷ lệ tăng chiều cao trụ tháp Hình 4.25 Biểu đồ thay đổi lực nén dọc trục dầm chủ HVTH Trang 131 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến Nhận xét: Biểu đồ cho thấy tăng chiều cao trụ tháp tốc độ giảm lực nén dọc trục dầm chủ không phụ thuộc vào chiều dài kết cấu nhịp 4.7.3 Đối với moment My trụ tháp: - Khi tăng chiều cao trụ tháp moment My trụ tháp giảm Với chiều dài kết cấu nhịp thay đổi ảnh hưởng chiều cao trụ tháp moment My trụ tháp tổng hợp qua biểu đồ đây: Độ giảm moment My SỰ THAY ĐỔI MOMENT My TRONG TRỤ THÁP 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Lc=210 Lc=310 Lc=410 1.25 1.5 1.75 2.25 Tỷ lệ tăng chiều cao trụ tháp Hình 4.26 Biểu đồ thay đổi moment trụ tháp Nhận xét: Biểu đồ cho thấy tăng chiều cao trụ tháp kết cấu nhịp lớn có tốc độ giảm moment My trụ tháp nhỏ Tuy nhiên chiều dài nhịp từ 300m trở xuống tốc độ giảm moment My gần không đổi Điều chứng tỏ kết cấu nhịp lớn tăng chiều cao trụ tháp để giảm moment My trụ tháp không hợp lý 4.7.4 Đối với lực nén dọc trục Fx trụ tháp: - Khi tăng chiều cao trụ tháp lực nén dọc trục Fx trụ tháp tăng lên Với chiều dài kết cấu nhịp thay đổi ảnh hưởng chiều cao trụ tháp lực nén dọc trục Fx trụ tháp tổng hợp qua biểu đồ đây: HVTH Trang 132 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến Tỷ lệ thay đổi lực dọc trục BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI LỰC NÉN DỌC TRỤC TRONG TRỤ THÁP 1.25 1.2 1.15 Lc=210 1.1 Lc=310 1.05 Lc=410 0.95 1.2 1.4 1.6 1.8 2.2 Tỷ lệ tăng chiều cao trụ tháp Hình 4.27 Biểu đồ thay đổi moment trụ tháp Nhận xét: Biểu đồ cho thấy tăng chiều cao trụ tháp kết cấu nhịp lớn có tốc độ tăng lực nén dọc trục Fx lớn Tuy nhiên chiều dài nhịp từ 300m trở xuống tốc độ tăng lực nén dọc trục Fx gần không đổi 4.7.5 Đối với lực căng cáp lúc thi công: - Kết phân tích cho thấy lực căng cáp dây văng gần trụ tháp (chiếm khoảng 20% số lượng dây) không phụ thuộc vào tăng giảm chiều cao trụ tháp Khi tăng chiều cao trụ tháp lực căng cáp dây văng xa khu vực trụ tháp (chiếm khoảng 80% số lượng dây) giảm HVTH Trang 133 : Lê Văn - MSHV: 00104039 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Các kết luận: 5.1.1 Khi chiều dài kết cấu nhịp không đổi: - Đối với dầm chủ: tăng chiều cao trụ tháp moment uốn khu vực gần với trụ tháp bị ảnh hưởng nhiều lực nén dọc trục dầm chủ giảm Điều gây bất lợi cho dầm chủ, mà đặt biệt khu vực hai bên tháp cầu - Đối với trụ tháp: tăng chiều cao trụ tháp moment uốn trụ tháp giảm lực nén dọc trục tháp tăng Điều gây bất lợi cho khả chịu nén trụ tháp - Đối với lực căng cáp lúc thi công: dây văng gần trụ tháp (khoảng 20% dây văng toàn cầu) không phụ thuộc vào chiều cao trụ tháp Đối với dây văng xa trụ tháp (khoảng 80% dây văng toàn cầu) tăng chiều cao trụ tháp lực căng cáp nhỏ 5.1.2 Khi chiều dài kết cấu nhịp thay đổi: - Đối với moment uốn dầm chủ: + Khu vực bị ảnh hưởng lớn chiều cao trụ tháp bị thu hẹp phía trụ tháp chiều dài kết cấu nhịp tăng + Khu vực đầu dầm biên (gần phía mố) chiều cao trụ tháp chiều dài kết cấu nhịp không ảnh hưởng đến độ lớn dấu moment dầm (thường chịu moment dương) + Khu vực ảnh hưởng chiều cao trụ tháp (trừ khu vực đầu dầm biên) moment uốn dầm có giá trị gần đạt đến giá trị moment tốt - Đối với lực nén dọc trục dầm chủ: tăng chiều cao trụ tháp tốc độ giảm lực nén dọc trục không phụ thuộc vào chiều dài kết cấu nhịp HVTH : Lê Văn - MSHV: 00104039 Trang 134 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến - Đối với moment uốn trụ tháp: tăng chiều cao trụ tháp kết cấu nhịp lớn có tốc độ giảm moment uốn trụ tháp giảm Khi chiều dài kết cấu có nhịp từ 300m trở xuống tốc độ giảm moment uốn gần không đổi Vì vậy, kết cấu nhịp lớn không nên tăng chiều cao trụ tháp để giảm moment uốn trụ tháp - Đối với lực nén dọc trục trụ tháp: tăng chiều cao trụ tháp kết cấu nhịp lớn có tốc độ tăng lực nén dọc trục dầm lớn Đối với kết cấu có nhịp nhỏ 300m tốc độ tăng lực nén dọc trục trụ tháp không đổi Các kiến nghị: - Trong trình thiết kế thi công cầu dây văng nên có biện pháp để tăng cường khả chống moment uốn khu vực gần trụ tháp, việc thay đổi tiết diện dầm, chọn loại vật liệu chịu uốn tốt thép, bố trí thêm cáp dự ứng lực thớ dầm bê tông cốt thép Riêng khu vực đầu dầm biên phải có biện pháp tăng cường khả chịu moment dương dầm bố trí thêm cáp dự ứng lực thớ dầm - Trong trình thiết kế thi công, tăng chiều cao trụ tháp phải cấu tạo trụ tháp vật liệu chịu nén tốt, ví dụ bê tông cốt thép - Đối với cầu dây văng có chiều cao trụ tháp nhỏ phải có biện pháp tăng cường neo cáp, để chống xuất vết nứt trụ dầm chịu lực căng lớn - Cầu treo dây văng kết cấu nhạy cảm mặt nội lực, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nội lực cầu, cần nghiên cứu thêm ảnh hưởng độ cứng dầm chủ, độ cứng trụ tháp, chiều dài khoang dầm, sơ đồ phân bố dây văng…đối với nội lực cầu Từ có biện pháp cấu tạo phận kết cấu cầu cho hợp lý HVTH : Lê Văn - MSHV: 00104039 Trang 135 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 [2] Tiêu chuẩn thiêt kế đường ôtô 22TCN-273-05 [3] Cách tính hệ treo theo sơ đồ biến dạng – Lều Thọ Trình, NXB Khoa học kỹ thuật, 1985 [4] dây văng – Lê Đình Tâm, Phạm Duy Hòa, NXB Khoa học Kỹ thuật, tháng 11-2000 [5] Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas/Civil tập I – Ngô Đăng Quang Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Trọng Nghóa [6] Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas/Civil tập II – Ngô Đăng Quang Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Trọng Nghóa [7] Điều chỉnh nội lực cầu dây văng – Lưu Bân, Bùi Đức Tân, Trần Quang Thiện, Trần Phương Hùng, Nguyễn Hồng n [8] Cầu Cable stayed bridges – Theory and Design, M.S Troitsky, DSc [9] Cable stayed bridges, Reneù Walther, Bernard Houriet, Walmar Isler, Pierre Moia, 1985 [10] Cable force adjustment and construction control- Han, D.J., Yan, Q HVTH : Lê Văn - MSHV: 00104039 Trang 137 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC I TÓM TẮT - Họ tên: Lê Văn - Phái: Nam - Sinh ngày : 18/06/1978 - Nơi sinh : Phú Yên II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Nhà thuê : 706/93 Trần Xuân Soạn, Phường Tân Hưng, Quận 7, Tp.HCM Điện thoại: 0909223389 - Cơ quan : Khu Quản Lý Giao Thông Đô Thị Số 272 Cô Bắc, Phường Cô Giang, Quận 1, Tp.HCM Điện thoại: (08) 8385614 III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 1997 – 2002 : Sinh viên trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh Tốt nghiệp đại học : năm 2002 Hệ: Chính quy Trường : Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh Chuyên ngành : Xây dựng Cầu Đường Năm 2004 : Trúng tuyển cao học Khóa 15 (K15) Mã số học viên : 00104039 IV QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - Từ đầu năm 2002 – đến tháng 08 năm 2005 : công tác Công ty Tư Vấn Thiết Kế GTVT phía Nam (TEDI South) - Tham gia thiết kế công trình sau : + Cầu Mỹ Thanh – tỉnh Sóc Trăng; + 03 cầu nhỏ tuyến quốc lộ 28; HVTH : Lê Văn - MSHV: 00104039 Trang 138 Luận Văn Thạc Só GVHD: Ts Lê Thị Bích Thủy Ts Phùng Mạnh Tiến + Cầu Ninh Qùi, Ngan Dừa – tỉnh Bạc Liêu; + Cầu Lương Thế Trân – tỉnh Bạc Liêu; + Cầu Mỏ Ó, Sáu Quế tuyến đường Nam Sông Hậu; + Nút Thủ Đức – TP.HCM; + Cao tốc Sài Gòn – Trung Lương – TP.HCM; + Dự án mở rộng Sài Gòn – Trung Lương; - Từ tháng 09 năm 2005 đến tháng 12 năm 2006 : công tác Khu Quản Lý Giao thông đô thị số + Thực công tác quản lý đầu tư xây dựng 03 cầu Rạch Đỉa, Phước Kiểng, Bà Chiêm trục Bắc Nam – Giai đoạn - Từ tháng 01 năm 2007 đến : công tác Khu Quản Lý Giao thông đô thị số + Thực công tác quản lý đầu tư xây dựng công trình đường trục Bắc Nam – Giai đoạn HVTH : Lê Văn - MSHV: 00104039 Trang 139 ... hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực cầu treo dây văng hai mặt phẳng dây Tóm tắt Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phân bố nội lực cầu treo dây văng như: sơ đồ kết cấu nhịp, chiều dài nhịp,... Điểm Cơ Bản Của Cầu Treo Dây Văng Chương 3: Giới Thiệu Các Lý Thuyết Tính Toán Cầu Dây Văng Chương 4: Phân Tích nh Hưởng Chiều Cao Trụ Tháp Đến Sự Phân Bố Nội Lực Trong Cầu Treo Dây Văng Chương 5:... cứu ảnh hưởng chiều cao tháp cầu đến phân bố nội lực cầu Thông qua việc tổng hợp phân tích kết nghiên cứu thấy được, hiểu rõ chất phân bố nội lực kết cấu thay đổi chiều cao trụ tháp cầu treo dây