Nghiên cứu chẩn đoán mất mát lực căng trước trong cầu dây văng

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI NAM BIÊN NGHIÊN CỨU CHẨN ĐOÁN MẤT MÁT LỰC CĂNG TRƯỚC TRONG CẦU DÂY VĂNG Chuyên ngành : Xây Dựng Cầu - Hầm LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS LƯU BÂN Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ …………………………………… HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2009 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 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: BÙI NAM BIÊN Giới tính : Nam / Nữ  Ngày, tháng, năm sinh : 29/03/1982 Nơi sinh : Quảng Ngãi Chuyên ngành : Xây Dựng Cầu Hầm Khoá (Năm trúng tuyển) : 2007 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng trước cầu dây văng 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tổng quan phát triển cầu dây văng cố kết cấu cầu - Tổng quan vấn đề liên quan nghiên cứu .- Nêu lý thuyết tính tốn cầu dây văng kỹ thuật chẩn đốn tình trạng cầu .- Nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng trước dây văng .- Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LƯU BÂN ……………………………………………………………………………… Nội dung Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS LƯU BÂN TS LÊ BÁ KHÁNH LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập nghiên cứu trường Đại Học Bách KhoaTP Hồ Chí Minh, giảng dạy thầy cô, tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích chuyên ngành Cầu-Hầm, với giúp đỡ bạn bè đặc biệt hướng dẫn nhiệt tình thầy TS Lưu Bân Từ kiến thức có giúp đỡ sau tháng thực luận văn đến tơi hồn thành đề tài luận văn Qua đây, tơi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên môn Cầu-Đường, Khoa Xây Dựng Kỹ Thuật; phòng Đào Tạo Sau Đại HọcTrường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Chân thành cảm ơn đồng nghiệp bạn học viên Cầu-Hầm 2007 giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi Chân thành cảm ơn thầy TS Phùng Mạnh Tiến giúp đỡ hướng đề tài Đặc biệt chân thành cảm ơn thầy TS Lưu Bân hướng dẫn, giúp đở suốt thời gian thực luận văn Học viên Bùi Nam Biên TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: Nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng trước cầu dây văng Tóm tắt Trong cầu dây văng cáp văng phận chịu lực chính, dây văng làm việc chịu kéo gối tựa đàn hồi chịu toàn phản lực thẳng đứng tĩnh tải hoạt tải tác dụng, đồng thời dây lại chịu tác dụng hiệu ứng Karman nên dễ bị mỏi, lực căng dây đóng vai trò quan trọng kết cấu cầu dây văng Nếu có cố mát phần hay tồn lực căng dây gây hậu quả: làm phân bố lại nôi lực dây khác, nội lực kết cấu bị thay đổi, mode dao động kết cấu bị thay đổi… Những thay đổi gây nguy hiểm đến khả chịu lực kết cấu chí làm cho kết cấu bị sụp đổ Bởi tầm quan trọng lực căng trước dây văng nên cần xem xét nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng trước dây văng nhằm cảnh báo trước cố giúp cho quan quản lý, quản lý tốt cơng trình cầu dây văng trình đưa cầu vào khai thác sử dụng tránh rủi ro đáng tiếc Chính phạm vi người làm đề tài không nghiên cứu hư hỏng tất phận cơng trình nói chung mà nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng trước kết cấu cầu dây văng Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: - Tổng quan phát triển cầu dây văng cố kết cấu cầu - Tổng quan vấn đề liên quan nghiên cứu - Lý thuyết tính tốn cầu dây văng kỹ thuật chẩn đốn tình trạng cầu - Nghiên cứu chẩn đốn mát lực căng trước dây văng + Mơ hình cơng trình cầu dây văng với trường hợp giả thiết mát lực căng trước dây văng + Tính tốn chẩn đốn với mơ hình Luận văn Thạc só MỤC LỤC Mở đầu Chương 1.1 Tổng quan phát triển cầu dây văng cố kết cầu cầu 1.1.1 Sơ lược phát triển cầu dây văng 1.1.2 Các cố kết cấu cầu 1.1.2.1 Tuột neo cáp văng mát phần lực căng trước 1.1.2.2 Hư hỏng trụ tháp 1.1.2.3 Hư hỏng khối neo vùng treo 1.1.2.4 Hệ mặt cầu 1.1.2.5 Gối cầu 1.1.2.6 Quá trình phá huỷ vật liệu 10 1.1.2.7 Sai sót đồ án thi công 11 1.1.2.8 Do điều kiện thi công 13 1.1.2.9 Những nguyên nhân thay đổi điều kiện sử dụng môi trường 16 1.2 Lý chọn đề tài 16 1.3 Mục tiêu phương pháp nghiên cứu 17 1.4 Nội dung nghiên cứu đề tài 17 1.5 Đối tượng nghiên cứu đề tài 17 Chương Tổng quan vấn đế liên quan nghiên cứu 2.1 Một số nghiên cứu nước 19 2.2 Một số nghiên cứu nước 21 Chương Lý thuyết tính tốn cầu dây văng kỹ thuật chẩn đốn cơng trình 3.1 Lý thuyết tính tốn cầu dây văng 3.1.1 Mục đích, trạng thái biện pháp điều chỉnh nội lực 3.1.1.1 Mục đích điều chỉnh nội lực CDV, trạng thái hồn thiện Chuyên ngành Cầu – Hầm 26 27 27 Luận văn Thạc só 3.1.1.2 Trạng thái xuất phát 29 3.1.1.3 Các biện pháp điều chỉnh nội lực 30 3.1.2 Tính cầu dây văng chịu tĩnh tải điều chỉnh nội lực 33 3.1.2.1 Nội dung tính cầu dây văng chịu tĩnh tải điều chỉnh nội lực 33 3.1.2.2 Các phương pháp thi công điều chỉnh nội lực 34 3.1.2.3 Phương trình tắc điều chỉnh nội lực theo phương pháp lực 36 3.1.3 Cơ sở để phân tích kết cấu cầu treo dây văng Midas 7.01 39 3.1.3.1 Mô hình hóa thuận (Forward Modeling) 39 3.1.3.2 Mơ hình hóa ngược (Backward Modeling) 39 3.2 Lý thuyết kỹ thuật chẩn đốn 41 3.2.1 Lý thuyết tin cậy chẩn đoán cầu 41 3.2.2 Kỹ thuật chẩn đoán 43 3.2.2.1 Kỹ thuật siêu âm 44 3.2.2.2 Kỹ thuật đo dao đông 45 3.2.2.3 Kỹ thuật nội soi 54 Chương Chẩn đoán mát lực căng trước dây văng 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.1.1 Sơ đồ cầu 60 60 4.1.1.1Sơ đồ bố trí chung 60 4.1.1.2 Sơ đồ mặt cắt tháp trụ neo 61 4.1.1.3 Mặt cắt ngang dầm chủ 62 4.1.1.4 Thông số cáp văng 62 4.1.2 Thông số vật liệu đặc trưng hình học 63 4.1.2.1 Bêtơng 63 4.1.2.2 Cáp dự ứng lực 63 4.1.3 Tải trọng sử dụng nghiên cứu 63 4.2 Giả thiết trường hợp nghiên cứu 64 4.3 Ngun tắc tính tốn 64 Chuyên ngành Cầu – Hầm Luận văn Thạc só 4.4 Trình tự tính tốn 64 4.5 Tính tốn kết 65 4.5.1 Chuyển vị giai đoạn hoàn thiện mặt phẳng dây 65 4.5.2 Chuyển vị mát 25%, 50%,75%,100% lực căng dây số 32 67 4.5.3 Chuyển vị mát 25%, 50%,75%,100% lực căng dây số 24 73 4.5.4 Chuyển vị mát 25%, 50%,75%,100% lực căng dây số 16 79 4.5.5 Chuyển vị mát 25%, 50%,75%,100% lực căng dây số 10 85 4.5.6 Chuyển vị mát 25%, 50%,75%,100% lực căng dây số 92 4.5.7 Chuyển vị mát 25%, 50%,75%,100% lực căng dây số 98 Chương Kết luận kiến nghị 105 5.1 Kết luận 105 5.2 Kiến nghị 106 Tài liệu tham khảo Phụ lục Chuyeân ngành Cầu – Hầm 108 Luận văn Thạc só Trang CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan phát triển cầu dây văng cố kết cấu cầu 1.1.1 Sơ lược phát triển cầu dây văng Trong trình phát triển lịch sử, kiểu cầu dây văng xuất từ thời kỳ trung đại nổ rộ kỷ XVIII Nhưng không phù hợp phương pháp tính tốn, cường độ vật liệu, giải pháp cấu tạo mà nhiều cầu có tuổi thọ khơng cao, chí sụp đổ khơng lâu sau đưa vào khai thác Ví dụ cầu Dryburgh Abbey Scotlen đưa vào khai thác năm 1817, sau năm cầu bị sụp đổ tác dụng gió; cầu Saale Đức (1825) bị sụp đổ sau năm đưa vào khai thác tác dụng trọng lượng đám đông người tụ tập cầu vv… Tình hình lúc bi quan tới mức kỹ sư Navier người Pháp đưa lời khuyên nên dùng cầu treo dây võng thay cho cầu dây văng Mặc dù vậy, kỷ XIX số nước giới nhiều cầu dây văng xây dựng Tại Mỹ có cầu dây văng Whealing vượt sông Ohio (1846), cầu dây văng đường sắt vượt qua sông Niagara (1855), cầu hỗn hợp dây văng dây võng Brooklyn (1873) Tại số nước Châu Âu phải kể đến cầu dây văng Bilbao Tây Ban Nha (1893), cầu Marseil (1903), Nante (1905) Pháp Newport vương quốc Anh (1906) Sau chiến tranh giới thứ hai phải khôi phục nhanh chóng cầu bị bom đạn tàn phá cần áp dụng tiến công nghệ để giảm giá thành, loạt cầu xây dựng Caquot, điển cầu Donzere-Mondragon năm 1952 cầu Stromsund Thụy Sỹ năm 1955 Ở Đức từ năm 1958 đến năm 1960 cầu Theodor Heuss, cầu Severin, cầu Duisburg-Neunkamp v.v… cầu dùng cáp dây văng kiểu LCC (locked coil strands) với mặt cắt ngang gồm lõi trung tâm sợi cáp tròn bao phía ngồi lớp sợi cáp xếp khít dạng chữ Z đơi dạng hình thang Từ năm 1970 đến năm 1985 phổ biến dùng cáp kiểu sợi song song PWC (parallel wire) bên cạnh số cầu dây văng Masena, cầu Saint-Lazaire, cầu Seyssel dùng cáp dây văng kiểu LCC dùng song song theo kỹ thuật Dywidag cầu Penang Malaixia, cầu Dme Point Mỹ Chuyên ngành Cầu – Hầm ... Trang 18 Phạm vi nghiên cứu: + Đề tài nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng dây văng đó, dây văng cịn lại không bị mát lực căng Nghiên cứu dây bị mát lực căng trước + Tiết diện dây văng không bị thay... nghiên cứu - Lý thuyết tính tốn cầu dây văng kỹ thuật chẩn đốn tình trạng cầu - Nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng trước dây văng + Mơ hình cơng trình cầu dây văng với trường hợp giả thiết mát lực căng. .. Tên đề tài: Nghiên cứu chẩn đoán mát lực căng trước cầu dây văng Tóm tắt Trong cầu dây văng cáp văng phận chịu lực chính, dây văng làm việc chịu kéo gối tựa đàn hồi chịu toàn phản lực thẳng đứng