Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày bản bê tông đến nội lực và biến dạng của dầm liên hợp thép bê tông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo TRỊNH KỲ QUANG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY BẢN BÊ TÔNG ĐẾN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG CỦA DẦM LIÊN HP THÉP – BÊ TÔNG CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ NGÀNH : CẦU HẦM : 605825 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 06/2009 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 Phùng Mạnh Tiến 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 10 tháng 06 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trịnh Kỳ Quang Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : ngày 23 tháng 10 năm 1978 Nơi sinh : Tp Đà Lạt / Nữ Chuyên ngành : Cầu Hầm Khoá (Năm trúng tuyển) : khóa 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY BẢN BÊ TÔNG ĐẾN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu liên hợp thép – bê tơng cốt thép - Tính toán nội lực biến dạng dầm liên hợp chiều dày bê tông thay đổi - Lập biểu đồ thể ảnh hưởng chiều dày bê tông đến nội lực biến dạng dầm liên hợp - Phân tích xác định thay đổi nội lực biến dạng dầm chủ sở thay đổi chiều dày bê tơng 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): TIẾN SĨ PHÙNG MẠNH TIẾN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) TS PHÙNG MẠNH TIẾN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS LÊ BÁ KHÁNH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để có kết ngày hôm nay, xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Phùng Mạnh Tiến nhiệt tình hướng dẫn suốt thời gian thực luận án Xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo Khoa Xây Dựng Bộ Môn Cầu Đường giúp có thêm kiến thức chuyên sâu cần thiết lónh vực Xây Dựng Cầu Đường để hoàn thành tốt luận văn Cảm ơn Bố Mẹ gia đình tạo điều kiện để có ngày hôm Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè ủng hộ giúp đỡ nhiều thời gian qua Trân trọng TRỊNH KỲ QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn gồm chương chính: Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan cầu thép liên hợp bê tông cốt thép Chương giới thiệu tổng quan cầu thép liên hợp bê tông cốt thép, giới thiệu sơ lịch sử phát triển cầu liên hợp Việt Nam giới Chương 2: Kết cấu cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép Giới thiệu tóm tắt đặc điểm kết cấu nhịp liên hợp , giới thiệu đặc điểm cấu tạo dầm liên hợp số dạng mặt cắt ngang kết cấu nhịp thép – bê tông cốt thép liên hợp Trong chương giới thiệu thành phần cấu tạo nên kết cấu nhịp thép bê tông cốt thép liên hợp, điều kiện để lựa chọn kích thước tiết diện theo 22TCN 272-05, quy định kết cấu nhịp cầu thép Các thành phần giới thiệu bao gồm mặt cầu, dầm chủ, hệ liên kết dọc, hệ liên kết ngang cấu tạo neo liên kết Ngoài chương giới thiệu nguyên lý làm việc dầm liên hợp nguyên lý tính toán dầm thép – bê tông cốt thép liên hợp Từ làm sở để xác định phạm vi đề tài cần nghiên cứu Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán cầu liên hợp Giới thiệu đặc điểm tính toán cầu dầm liên hợp thép – bê tông cốt thép thông qua việc trình bày giai đoạn làm việc cầu liên hợp, cách xác định bề rộng hữu hiệu cánh, đặc trưng hình học mặt cắt, giới hạn việc xác định kích thước mặt cắt, cách xác định tải trọng tác dụng - nội lực dầm chủ theo TCVN 22TCN 272-05 Ngoài chương giới thiệu phương pháp tính toán nội lực cầu theo phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phương pháp để phân tích giải vấn đề luận văn đặt Phần mềm ứng dụng Midas/Civil, lập sở phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng rộng rãi tính toán cầu tính tối ưu chương trình HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chương 4: Phân tích ảnh hưởng chiều cao tiết diện dầm liên hợp đến bố trí mặt cắt ngang nhịp Nội dung chương việc ứng dụng phần mềm Midas/Civil để tính toán ảnh hưởng chiều dày bê tông đến nội lực biến dạng dầm liên hợp thép – bê tông cốt thép dạng chữ I, nhịp giản đơn Thực tính toán, phân tích để tìm mối quan hệ thay đổi chiều dày bê tông đến nội lực biến dạng dầm thép kết cấu nhịp liên hợp Luận văn phân tích tính toán cho nhịp giản đơn với chiều dài nhịp 22.2m, 27.6m, 33m, 38.4m 43.8m, mặt cắt ngang bố trí cho trường hợp khoảng cách dầm kề từ 2.1m – 6m, đảm bảo bố trí xe Chiều dày bê tông thay đổi phạm vi 175mm – 350mm, chiều cao vút thay đổi từ 50 – 300mm Khoảng cách dầm ngang 5.4m bố trí cách nhịp Kết tổng hợp dạng bảng biểu đồ để thể thay đổi nội lực biến dạng dầm chủ thay đổi chiều dày bê tông Chương 5: Kết luận kiến nghị Luận văn nêu số kết luận tổng quan ảnh hưởng chiều dày bê tông đến nội lực biến dạng cầu dầm thép I liên hợp bêtông cốt thép với sơ đồ nhịp giản đơn HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Giới thiệu cầu dầm liên hợp thép – bê tông cốt thép………………………… 1.2 Lịch sử phát triển cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép giới………… 1.3 Lịch sử phát triển cầu dầm liên hợp thép – bê tông cốt thép Việt Nam…………………………………………………………………………………8 CHƯƠNG 2: KẾT CẤU CẦU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 Các đặc điểm cầu kết cấu nhịp liên hợp thép – BTCT………… 13 2.1.1 Đặc điểm cấu tạo dầm liên hợp………………………………………… 13 2.1.2 Các dạng mặt cắt ngang kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp………… 14 2.2 Cấu tạo kết cấu nhịp thép – bê tông cốt thép liên hợp……………………… 15 2.2.1 Bản mặt cầu……………………………………………………………… 15 2.2.2 Dầm chủ………………………………………………………………… 16 2.2.3 Hệ liên kết…………………………………………………………………17 2.2.3.1 Hệ liên kết ngang………………………………………………………… 17 2.2.3.2 Hệ liên kết dọc…………………………………………………………… 18 2.3 Cấu tạo neo cầu dầm liên hợp………………………………………… 19 2.3.1 Neo cứng………………………………………………………………… 19 2.3.2 Neo mềm………………………………………………………………… 20 2.3.3 Liên kết BTCT dầm thép bulong cường độ cao…………… 21 2.4 Nguyên lý làm việc dầm liên hợp ……………………………………… 23 2.5 Nguyên lý tính toán dầm thép – bê tông cốt thép liên hợp 23 CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU LIÊN HP 3.1 Đặc điểm tính toán dầm liên hợp thép – bê tông………………………… 25 3.1.1 Giai đoạn – trạng thái chưa liên hợp 25 3.1.1.1 Đặc trưng hình học giai đoạn I ………………………………………… 25 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MANH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ 3.1.1.2 Các toán kiểm tra ………………………………………………… 25 3.1.2 Giai đoạn – trạng thái liên hợp ……………………………… 26 3.1.2.1 Đặc trưng hình học giai đoạn II ………………………………………… 26 3.1.2.2 Tính nội lực cầu liên hợp tải trọng theo trạng thái làm việc ……………………………………………………………………………… 27 3.1.3 Tính toán nội lực ứng suất từ biến, co ngót bêtông nhiệt độ thay đổi ………………………………………………………………………… 30 3.1.3.1 Ứng suất dầm liên hợp ảnh hưởng từ biến………………… 31 3.1.3.2 Ứng suất dầm liên hợp co ngót……………………………… 31 3.1.3.3 Ứng suất dầm liên hợp thay đổi nhiệt độ……………………… 32 3.2 Kiểm tra điều kiện cường độ tổ hợp tải phụ …………………… 35 3.3 Các bước tính nội lực cầu liên hợp thép – bê tông ………………………… 35 3.3.1 Xác định bề rộng cánh tham gia làm việc với dầm chủ ……………….35 3.3.2 Kiểm tra giới hạn việc xác định kích thước mặt cắt …………… 36 3.3.3 Xác định tải trọng tác dụng……………………………………………… 36 3.3.3.1 Tónh tải tác dụng lên dầm chủ ……………………………………… 36 3.3.3.2 Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ ………………………………………… 37 3.3.3.2.1 Hệ số phân bố hoạt tải theo moment …………………… 37 3.3.3.2.2 Hệ số phân bố theo lực cắt……………………………… 38 3.3.3.3 Các hệ số phân phối tải trọng …………………………………………39 3.3.4 Xác định nội lực dầm chuû ………………………………………… 39 3.4 Phương pháp phần tử hữu hạn……………………………………………… 42 3.4.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)……………………… 42 3.4.2 Khả ứng dụng PTHH tính tốn kết cấu……………………… 45 3.5 Một số phần mềm tính tốn theo phương pháp PTHH……………………… 49 3.5.1 Phần mềm SAP2000……………………………………………………… 49 3.5.2 Phần mềm MIDAS/Civil………………………………………………… 49 HVTH: TRÒNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MANH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TIẾT DIỆN DẦM LIÊN HP ĐẾN BỐ TRÍ MẶT CẮT NGANG NHỊP 4.1 Lựa chọn trường hợp phân tích……………………………………………… 52 4.1.1 Chiều dài nhịp…………………………………………………………… 52 4.1.2 Khỏ ngang cầu…………………………………………………………… 52 4.1.3 Tải trọng………………………………………………………………… 52 4.1.4 Chiều cao tiết diện dầm liên hợp………………………………………… 53 4.1.5 Kích thước hệ dầm ngang………………………………………………… 55 4.1.6 Các toán nghiên cứu………………………………………………… 56 4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày bê tông đến nội lực biến dạng dầm chủ …………………………………………………… ………… 57 4.2.1 Mô hình kết cấu………………………………………………………… 58 4.2.2 Kết phân tích………………………………………………………… 59 4.2.2.1Trường hợp cầu có dầm chủ, khoảng cách dầm 2.1m………………… 59 4.2.2.1.1 Trường hợp nhịp 22.2m 59 4.2.2.1.2 Trường hợp nhịp 27.6m ……………………………………………… 62 4.2.2.1.3 Trường hợp nhòp 33m 63 4.2.2.14 Trường hợp nhịp 38.4m………………………………………….…… 64 4.2.2.1.5 Trường hợp nhịp 43.8m ……………………………………………… 65 4.2.2.1.6 So sánh phân tích thay đổi nội lực biến dạng………… 66 4.2.2.2 Trường hợp cầu có 7dầm chủ, khoảng cách dầm 2.3m………………… 72 4.2.2.2.1 Trường hợp nhịp 22.2m……………………………………………… 72 4.2.2.2.2 Trường hợp nhịp 27.6m……………………………………………… 74 4.2.2.2.3 Trường hợp nhịp 33m………………………………………………… 76 4.2.2.2.4 Trường hợp nhịp 38.4m ……………………………………………… 77 4.2.2.2.5 Trường hợp nhịp 43.8m ……………………………………………… 78 4.2.2.2.6 So sánh phân tích thay đổi nội lực biến dạng………… 79 4.2.3 Tổng hợp trường hợp phân tích……………………………………… 84 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MANH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao dầm thép đến nội lực biến dạng dầm liên hợp………………………………………….………….………… 85 4.3.1 Trường hợp nhịp 22.2m……………………………………………… … 87 4.3.2 Trường hợp nhịp 27.6m………………………………………………… 87 4.3.3 Trường hợp nhịp 33m…………………………………………………… 88 4.3.4 Trường hợp nhịp 38.4m ……………………………………………….… 89 4.3.5 Trường hợp nhịp 43.8m ……………………………………………….… 90 4.2.3 Tổng hợp trường hợp nghiên cứu…………………………………… 91 4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ ht /hbt đến nội lực biến dạng dầm liên hợp có chiều cao tối thiểu…………………………………….………….……… 92 4.4.1 Trường hợp nhịp 27.6m………………………………………………… 92 4.4.2 Trường hợp nhịp 33m…………………………………………………… 93 4.4.3 Trường hợp nhịp 38.4m ……………………………………………….… 93 4.4.4 Trường hợp nhịp 43.8m ……………………………………………….… 94 4.4.5 Tổng hợp trường hợp nghiên cứu…………………………………… 94 4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút bê tông đến nội lực biến dạng dầm dầm chủ liên hợp…………………………………………….… 95 4.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút bê tông đến nội lực biến dạng giữ nguyên khoảng cách dầm chủ……………………… 96 4.5.2 Xác định chiều cao vút cho số lượng dầm chủ tối thiểu ………………… 100 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận……………………………………………………………………… 104 5.2 Kiến nghị…………………………………………………………………… 105 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MANH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 93 4.4.2 Trường hợp nhịp 33m - Chiều cao dầm liên hợp tối thiểu: hlhmin =0.04L=1230mm - Chiều cao dầm thép tối thiểu: htmin =0.033L=1070mm Thực phân tích kết cấu theo trình tự trên, kết trình bày bảng 4.28: Bảng 4.28: Tổng hợp kết phân tích Khoảng cách dầm chủ Chiều Số lượng cao dầm dầm chủ chuû m Chiều dày BT mm 2.5 2.7 2.9 3.3 3.6 6 5 1070 1080 1090 1120 1125 230 220 210 180 175 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm dầm thép thép KN/m2 KN/m2 -234000 -247000 -239000 -234000 -231000 164000 174000 168000 165000 164000 Giai đoạn Ứng suất thớ BT KN/m2 Ứng suất thớ BT KN/m2 -4840 -5010 -4810 -4890 -4730 -2370 -2520 -2480 -2830 -2740 Ứng suất biên dầm thép Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 KN/m2 m -277000 -293000 -285000 -288000 -284000 304000 324000 317000 322000 323000 0.302 0.316 0.306 0.301 0.299 4.4.3 Trường hợp nhịp 38.4m - Chiều cao dầm liên hợp tối thiểu: hlhmin =0.04L=1510mm - Chiều cao dầm thép tối thiểu: htmin =0.033L=1250mm Thực phân tích kết cấu theo trình tự trên, kết trình bày bảng 4.28 Bảng 4.28: Tổng hợp kết phân tích Khoảng Số cách lượng dầm dầm chủ chủ m 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 Chiều cao dầm chuû Chiều dày BT mm 7 6 1250 1280 1290 1310 1320 1335 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG 260 230 220 200 190 175 Giai đoạn Giai đoạn Ứng suất biên dầm thép Ứng suất biên dầm thép KN/m2 KN/m2 Ứng suất thớ BT KN/m2 -247000 -239000 -233000 -237000 -228000 -192000 177000 173000 169000 172000 165000 139000 -5230 -5220 -4860 -5200 -5010 -4430 Ứng suất thớ BT KN/m2 -2730 -2990 -2970 -3210 -3160 -2900 Ứng suất biên dầm thép Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 KN/m2 m -294000 -292000 -275000 -296000 -286000 -249000 319000 317000 304000 325000 316000 277000 0.367 0.357 0.337 0.355 0.223 0.297 GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 94 4.4.4 Trường hợp nhịp 43.8m - Chiều cao dầm liên hợp tối thiểu: hlhmin =0.04L=1510mm - Chiều cao dầm thép tối thiểu: htmin =0.033L=1250mm Thực phân tích kết cấu theo trình tự trên, kết trình bày bảng 4.30 Bảng 4.29: Tổng hợp kết phân tích Khoảng cách dầm chủ Chiều Số lượng cao dầm dầm chủ chuû m 1.7 1.8 2.1 2.3 2.5 2.7 Chiều dày BT mm 10 7 1430 1460 1500 1520 1540 1555 300 270 230 210 190 175 Giai đoạn Ứng Ứng suất suất biên biên dầm dầm thép thép KN/m2 KN/m2 -257000 -250000 -235000 -237000 -219000 -228000 187000 185000 174000 176000 163000 170000 Giai đoạn Ứng suất thớ BT KN/m2 Ứng suất thớ BT KN/m2 -5640 -5660 -5440 -5560 -5260 -5310 -3050 -3320 -3480 -3710 -3660 -3810 Ứng suất biên dầm thép Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 KN/m2 m -308000 -307000 -296000 -303000 -287000 -299000 327000 327000 317000 326000 308000 319000 0.439 0.425 0.410 0.267 0.380 0.390 4.4.5 Toång hợp trường hợp nghiên cứu Các kết nghiên cứu cho thấy tỷ lệ k= h t /hbt thay đổi phạm vi chiều cao tối thiểu dầm liên hợp hlh=0.004L khoảng cách dầm chủ thay đổi theo Tỷ lệ k= ht/hbt lớn bố trí khoảng cách dầm chủ xa giảm số lượng dầm chủ nhằm tiết kiệm kinh phí Vì vậy, kết cấu cầu thép – bê tông cốt thép liên nên ưu tiên chọn tỷ lệ k = ht/hbt lớn thiết kế chiều cao dầm liên hợp tối thiểu Mối liên hệ chiều dày bê tơng khoảng cách dầm chủ, chiều cao dầm chủ khoảng cách dầm chủ thể biểu đồ hình 4.17 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 95 Chiều cao dầm thép chiều dày bê tông trường hợp tính theo công thức sau: ht = 0.04L/(1+k) (4.5) hbt = ht/k (4.6) Trong đđó:  hbt: chiều dày bê tông (mm)  ht: chiều cao dầm thép ht/hbt  k: hệ số tỷ lệ tra theo đồ thị hình 4.17 Đồ thị quan hệ tỷ số ht /hbt khoảng cách dầm chủ 10 1.5 2.5 Chi ều dài dầm chủ L=27.6m 3.5 Chi ều dài dầm chủ L=33m Chi ều dài dầm chủ L=38.4m Chi ều dài dầm chủ L=43.8m 4.5 b(m) Hình 4.17: Đồ thị quan hệ tỷ số ht/hbt khoảng cách dầm chủ 4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút bê tông đến nội lực biến dạng dầm dầm chủ liên hợp Các toán giải nội dung chưa xem xét đến cấu tạo vút bê tông Tuy nhiên thực tế cấu tạo dầm thép – bê tông cốt thép liên hợp có nhiều công trình càu thiết kế với bê tông có tạo vút Kết phần cho thấy nên thiết kế bê tông có chiều dày tối thiểu, chiều cao dầm HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 96 thép chủ tăng chiều dài nhịp tăng, số trường hợp chiều cao dầm thép lớn chiều cao dầm thép tối thiểu Để giảm chiều cao dầm thép không tăng chiều dày bê tông nên xem xét giải cấu tạo vút cho Nói cách khác chiều dày phần vút bù cho chiều cao dầm thép giảm kinh phí cho dầm thép Tuy nhiên chiều cao vút mà tiết diện liên hợp đảm bảo khả chịu lực Chính nội dung phần tập trung nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút bê tông đến nội lực biến dạng dầm liên hợp Chiều cao vút thay đổi từ amin đến 300 mm (~ 2*hbt,min) Số lượng dầm chủ từ – dầm ứng với khoảng cách dầm chủ từ – 2.1m Trong trường hợp xem xét ảnh hưởng chiều cao vút đến nội lực, biến dạng dầm chủ, xác định khoảng cách bố trí dầm theo chiều cao vút cho thỏa mãn điều kiện giới hạn ứng suất dầm Chiều cao vút tối thiểu tính toán sở cố định giá trị tối thiểu chiều cao dầm liên hợp hlhmin=0.04L, chiều cao dầm thép htmin=0.033L chiều dày bê tông hbtmin=175mm Khi giá trị chiều cao vút tối thiểu là: amin = 0.007L -175 ≥ 50mm Luận văn xem xét trường hợp: a Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút đến nội lực, biến dạng giữ nguyên khoảng cách hai dầm chủ b Nghiên cứu tính toán chiều cao vút hợp lý với khoảng cách dầm chủ cho số lượng dầm chủ tối thiểu 4.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút đến nội lực, biến dạng giữ nguyên khoảng cách dầm chủ Việc nghiên cứu thực sau: ứng với chiều cao vút tối thiểu amin xác định khoảng cách dầm lớn thoả mãn điều kiện ứng suất giới hạn cho dầm riêng biệt Với khoảng cách dầm chủ tính toán xác định thay đổi nội lực biến dạng dầm chủ tăng chiều cao vút từ amin – 300mm HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 97 Phân tích kết tính toán cho thấy với chiều cao vút tối thiểu, ứng với chiều dài nhịp nghiên cứu L = 27.6 – 43.8m khoảng cách lớn dầm chủ giảm - Khi L=27.6m khoảng cách dầm chủ tối đa đạt bmax=4.1m với chiều cao vút tối thiểu amin=50mm - Khi L=33m khoảng cách dầm chủ tối đa đạt b max=3.3m với chiều cao vút tối thiểu amin=55mm - Khi L=38.4m khoảng cách dầm chủ tối đa đạt bmax=2.9m với chiều cao vút tối thiểu amin=85mm - Khi L=43.8m khoảng cách dầm chủ tối đa đạt bmax=2.5m với chiều cao vút tối thiểu amin=125mm Ứng với khoảng cách dầm chủ trên, tăng dần chiều cao vút ứng suất biến dạng cho chiều dài nhịp thay đổi trình bày bảng 4.30 – 4.33 Bảng 4.30: Tổng hợp kết phân tích cho chiều dài nhịp L =27.6m Khoảng cách dầm chủ m 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 Chieàu cao vuùt mm 300 250 200 150 100 50 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 KN/m2 -275000 188000 -271000 185000 -266000 182000 -262000 179000 -257000 175000 -249000 170000 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG Ứng suất thớ BT KN/m2 -3640 -3800 -3960 -4120 -4290 -4450 Ứng suất thớ BT KN/m2 -2160 -2180 -2200 -2210 -2210 -2180 Giai đoạn Ứng suất biên dầm thép KN/m2 -273000 -273000 -273000 -275000 -278000 -279000 Ứng suất biên dầm thép KN/m2 304000 307000 312000 316000 322000 325000 GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIEÁN Độ võng m 0.247 0.248 0.250 0.253 0.256 0.259 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 98 Bảng 4.31: Tổng hợp kết phân tích cho chiều dài nhịp L =33m Khoảng Chiều cách cao dầm chủ vút m Mm 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 300 250 200 150 100 55 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 -274000 -268000 -263000 -258000 -253000 -248000 KN/m2 192000 189000 185000 181000 178000 174000 Ứng suất thớ BT KN/m2 -4420 -4560 -4690 -4830 -4960 -5060 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất thớ biên BT dầm thép KN/m2 -2990 -3020 -3040 -3060 -3060 -3040 KN/m2 -285000 -285000 -285000 -286000 -288000 -292000 Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 313000 315000 318000 321000 325000 328000 m 0.309 0.310 0.311 0.314 0.317 0.320 Bảng 4.32: Tổng hợp kết phân tích cho chiều dài nhịp L =38.4m Khoảng cách dầm chủ m 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 Chieàu cao vuùt Mm 300 250 200 150 100 85 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 -263000 -257000 -251000 -246000 -240000 -238000 KN/m2 189000 185000 181000 177000 172000 171000 Ứng suất thớ BT Ứng suất thớ BT KN/m2 -4540 -4640 -4740 -4830 -4920 -4930 KN/m2 -3290 -3310 -3330 -3330 -3330 -3320 Giai đoạn Ứng suất biên dầm thép KN/m2 -284000 -282000 -282000 -282000 -283000 -284000 Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 302000 303000 304000 305000 307000 308000 m 0.351 0.351 0.351 0.352 0.354 0.354 Bảng 4.33: Tổng hợp kết phân tích chiều dài nhịp L =43.8m Khoảng cách dầm chủ m 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 Chiều cao vút mm 300 250 200 150 125 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 -264000 -258000 -252000 -245000 -242000 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG KN/m2 194000 190000 185000 180000 178000 Ứng suất thớ BT Ứng suất thớ BT KN/m2 -5430 -5510 -5590 -5650 -5680 KN/m2 -4160 -4180 -4190 -4180 -4170 Giai đoạn Ứng suất biên dầm thép KN/m2 -298000 -296000 -295000 -295000 -295000 Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 316000 316000 316000 317000 317000 m 0.422 0.421 0.420 0.420 0.421 GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 99 Sự thay đổi ứng ứng suất biến dạng trường hợp nghiên cứu δ(KN/m2) trình bày dạng biểu đồ sau: Đồ thị mô tả ảnh hưởng chiều cao vút đến ứng suất dầm chủ 330000 320000 310000 300000 50 100 150 200 250 300 350 a (m) Chi ều dài dầm chủ L=43.8m Chi ều dài dầm ch ủ L=38.4m Chi ều dài dầm chủ L=33m Chi ều dài dầm ch ủ L= 27.6m Hình 4.18: Đồ thị mô tả ảnh hưởng chiều cao vút đến ứng suất dầm chủ Nhận xét: Kết bảng 4.30 – 4.33 biểu đồ hình 4.18 cho thấy tất trường hợp nghiên cứu, ứng suất biến dạng dầm chủ giảm dần tăng chiều cao vút Mức độ giảm ứng suất dầm chủ nhỏ dần chiều dài nhịp tăng Đối với chiều dài nhịp < 43.8m ứng suất biến dạng có khuynh hướng không giảm chiều cao vút a ≥ 2hbtmin Khi chiều dài nhịp ≥ 43.8m ứng suất biến dạng không bị ảnh hưởng chiều cao vút, điều chứng tỏ nhịp lớn việc gia tăng chiều cao vút làm tăng tónh tải lợi cho kết cấu mặt chịu lực Do cầu liên hợp thép – bê tông cốt thép nhịp giản đơn chiều dài nhịp lớn không phát huy hết tác dụng liên hợp dầm Vì thiết kế cầu liên hợp với nhịp ≥ 43.8m nên chọn chiều cao vút tối thiểu theo amin=0.007L-175 Với nhịp < 43.8m tăng chiều cao vút kết cấu an toàn hơn, khả chịu tải lớn Khi tăng chiều cao vút bố trí khoảng cách hai dầm chủ HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 100 lớn Vậy chiều cao vút tăng giảm số lượng dầm chủ nhằm tiết kiệm kinh phí 4.5.2 Xác định chiều cao vút cho số lượng dầm chủ tối thiểu Việc nghiên cứu thực sở thay đổi chiều cao vút 50 – 300 mm Trong chiều cao vút 50 lấy theo tài liệu số lượng dầm chủ từ – dầm ứng với khoảng cách dầm chủ từ – 2.1m Trong trường hợp xác định khoảng cách bố trí dầm theo chiều cao vút hợp lý thỏa mãn điều kiện giới hạn ứng suất dầm Việc nghiên cứu thực sở sử dụng mô hình kết cấu 4.2.1 Các trường hợp nghiên cứu thể bảng 4.34, với lưu đồ tính toán trình bày hình 4.19: Bảng 4.34: Các trường hợp nghiên cứu STT Chiều dài nhịp Chiều cao vút L(m) ai(mm) 27.6 amin … … 300 33 38.4 43.8 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG Khoảng cách dầm chủ bi (m) 2.1 … … Chiều cao vút tối đa Ghi amax(mm) , b2.1 → amax, b2.1 , bi → amax, bi …… Thỏa điều kiện ứng suất giới hạn , b6 → amax , b6 GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 101 Hình 4.19 Lưu đồ tính Giải toán theo lưu đồ ta tìm chiều cao vút tối đa với chiều dày bê tông tối thiểu hbt =175mm, chiều cao dầm thép tối thiểu khoảng cách dầm chủ thích hợp Phân tích kết tính toán cho thấy với chiều cao vút tối thiểu, ứng với chiều dài nhịp nghiên cứu L = 27.6 – 43.8m Đối với chiều dài nhịp L, chiều cao dầm thép tối thiểu htmin, chiều cao dầm liên hợp tối thiểu hlhmin, chiều dày bê tông tối thiểu hbtmin = 175mm dùng tính toán sau: HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 102 - Khi L=27.6m hlhmin =0.04L=1080mm, htmin =0.033L =890mm - Khi L=33m hlhmin =0.04L=1230mm, htmin =0.033L =1070mm - Khi L=38.4m hlhmin =0.04L=1510mm, htmin =0.033L =1250mm - Khi L=43.8m hlhmin =0.04L=1730mm, htmin =0.033L =1430mm Kết tính toán chiều cao vút hợp lý để số dầm chủ nhỏ ứng với khoảng cách L cho chiều dài nhịp trình bày bảng 4.35 – 4.38 Bảng 4.35: Tổng hợp kết phân tích cho chiều dài nhịp L =27.6m Khoảng cách dầm chủ m 4.1 4.7 5.0 Chiều cao vút mm 50 150 300 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 -249000 -258000 -266000 KN/m2 170000 175000 179000 Ứng suất thớ BT Ứng suất thớ BT KN/m2 -4450 -4050 -3420 KN/m2 -2180 -1940 -1880 Giai đoạn Ứng suất biên dầm thép KN/m2 -279000 -265000 -258000 Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 325000 318000 306000 m 0.259 0.248 0.243 Bảng 4.36: Tổng hợp kết phân tích cho chiều dài nhịp L =33m Khoảng cách dầm chủ m 3.3 3.6 3.7 3.9 Chiều cao vút Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 -248000 -248000 -252000 -256000 mm 55 100 225 300 KN/m2 174000 174000 178000 180000 Ứng suất thớ BT Ứng suất thớ BT KN/m2 -5060 -4840 -4680 -4490 KN/m2 -3040 -2910 -2920 -2920 Giai đoạn Ứng suất biên dầm thép KN/m2 -292000 -281000 -271000 -263000 Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 328000 326000 324000 318000 m 0.320 0.314 0.308 0.301 Bảng 4.37: Tổng hợp kết phân tích cho chiều dài nhịp L =38.4m Khoảng cách dầm chủ m 2.9 3.1 3.2 Chiều cao vút mm 85 100 300 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 -238000 -233000 -267000 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG KN/m2 171000 167000 192000 Ứng suất thớ BT KN/m2 -4930 -5120 -5080 Giai đoạn Ứng suất Ứng suất thớ biên BT dầm thép KN/m2 -3320 -3430 -3620 KN/m2 -284000 -276000 -284000 Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 308000 313000 327000 m 0.354 0.354 0.370 GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 103 Bảng 4.38: Tổng hợp kết phân tích cho chiều dài nhòp L =43.8m Khoảng cách dầm chủ m 2.5 2.7 2.8 Chiều cao vút Giai đoạn Ứng suất Ứng suất biên biên dầm thép dầm thép KN/m2 -242000 -257000 -259000 mm 125 220 300 KN/m2 178000 189000 190000 Ứng suất thớ BT Ứng suất thớ BT KN/m2 -5680 -5900 -5620 KN/m2 -4170 -4420 -4240 Giai đoạn Ứng suất biên dầm thép KN/m2 -295000 -291000 -284000 Ứng suất biên dầm thép Độ võng KN/m2 317000 323000 326000 m 0.421 0.392 0.309 Mối tương quan chiều cao vút khoảng cách dầm chủ trường a (mm) hợp nghiên cứu trình bày dạng biểu đồ sau: Đồ thị quan hệ giữ a chiề u cao vú t khoảng cá ch dầ m chủ 350 300 250 200 150 100 50 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Chi ều dài dầm chủ L=43.8m Chi ều dài dầm chủ L=38.4m Chi ều dài dầm chủ L=33m Chi ều dài dầm chủ L= 27.6m 5.0 b (m) Hình 4.20: Đồ thị quan hệ chiều cao vút khoảng cách dầm chủ Nhận xét: Kết bảng 4.35 – 4.38 biểu đồ hình 4.20 cho thấy chiều dài nhịp lớn chiều cao vút không ảnh hưởng hiều đến việc bố trí dầm Nói cách khác khoảng cách dầm chủ không thay đổi không nhiều Ví dụ với chiều dài nhịp L=43.8 khoảng cách bố trí dầm từ 2.5 – 2.8m, L=38.4 khoảng cách bố trí dầm từ 2.9 – 3.2m Chiều dài nhịp ngắn phạm vi thay đổi dầm chủ lớn Ví dụ L> 38.4m phạm vi thay đổi khoảng 0.3m, L< 27.6m phạm vi thay đổi khoảng 1m HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠNH TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 104 CHƯƠNG KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN: Sau thực nghiên cứu ảnh hưởng chiều dày bê tông đến nội lực biến dạng dầm liên hợp Kết luận văn làm sáng tỏ: ứng xử dầm thép bê tông cốt thép liên hợp, mối tương quan chiều cao dầm thép chiều dày bê tông, mối tương quan kích thước tiết diện dầm liên hợp số lượng dầm chủ mặt cắt ngang, cho thấy ảnh hưởng phần vút bê tông cốt thép tiết diện liên hợp Thông qua kết nghiên cứu nêu số kết luận dầm thép bê tông cốt thép liên hợp sau: a Chiều dày bê tông nên chọn chiều dày phần bê tông tối thiểu theo quy trình hbtmin= 175mm Không nên xem xét tăng chiều dày phần bê tông gây bất lợi nội lực ứng suất cho dầm mà nên tăng chiều cao vút b Với chiều cao bê tông tối thiểu hbtmin =175mm chiều cao dầm thép nên chọn chiều cao dầm thép tối thiểu theo quy trình htmin=0.033L chiều dài nhịp nhỏ 27.6m Khi chiều dài nhịp lớn 27.6m với chiều cao dầm thép tối thiểu theo quy trình không đáp ứng chiều cao dầm liên hợp tối thiểu cần phải tăng chiều cao dầm thép Khoảng gia tăng chiều cao dầm thép ∆ht xác định phụ thuộc vào khoảng cách bố trí hai dầm chủ b theo đồ thị trang 92 c Trong trường hợp lựa chọn chiều cao dầm thép liên hợp tối thiểu hlh=0.004L nêu ưu tiên chọn tỷ lệ h t/hbt lớn Với việc lựa chọn khoảng cách dầm chủ lớn giảm số lượng dầm chủ d Với giải pháp tạo vút cho bê tông giảm chiều cao dầm thép Ưu tiên lựa chọn chiều cao vút lớn chiều cao vút tăng ứng suất biến dạng dầm giảm hệ số an toàn tăng Chiều dài HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠN H TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 105 nhịp lớn phạm vi tăng chiều cao vút không nhiều Chính chiều cao vút thay đổi từ chiều cao tối thiểu a min= 0.007L-175 đến chiều cao vút tối đa lần chiều dày bê tông chiều dài nhịp < 43.8m Nên cân nhắc lựa chọn giải pháp thiết kế cầu liên hợp với nhịp ≥ 43.8m không phát huy hết tác dụng làm việc dầm liên hợp Khi thiết kế cầu với chiều dài nhịp ≥ 43.8m nên chọn chiều cao vút chiều cao vút tối thiểu theo a min=0.007L-175 Chiều cao vút tăng giảm số lượng dầm chủ nhằm tiết kiệm kinh phí 5.2 KIẾN NGHỊ Từ kết thu qua trình nghiên cứu, luận văn kiến nghị số vấn đề nhằm giúp kỹ sư thiết kế lựa chọn chiều cao dầm chủ, chiều dày bê tông , chiều cao tiết diện dầm liên hợp, chiều cao phần vút bê tông ứng với khoảng cách bố trí dầm chủ khác cho chiều dài nhịp giản đơn từ L = 22.2 – 43.8m.: - Chọn chiều dày bê tông tối thiểu h btmin=175mm để thiết kế ưu tiên tăng chiều cao dầm thép - Với chiều dài nhịp lớn 27.6 nên tạo vút cho bê tông để giảm chiều cao dầm thép nhằm tiết kiệm kinh phí - Sử dụng đồ thị hình 4.16 để xác định chiều cao dầm thép tối thiểu khoảng cách dầm chủ tương ứng cho nhịp khác chiều dày bê tông 175mm - Sử dụng đồ thị quan hệ chiều cao vút khoảng cách dầm chủ hình 4.20 để xác định chiều cao vút khoảng cách dầm chủ tương ứng cho nhịp lớn 25m chiều dày bê tông 175mm - Sử dụng đồ thị quan hệ hình 4.17 để xác định tỷ lệ ht/hbt khoảng cách dầm chủ tương ứng cho chiều dài nhịp khác cố định chiều cao tối thiểu dầm liên hợp HVTH: TRỊNH KỲ QUANG GVHD: TS PHÙNG MẠN H TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS -Nguyễn Đình Tâm - Cầu Thép- NXB Giao Thông Vận Tải-2006 [2] PGS.TS Nguyễn Viết Trung, TS.Hoàng Hà, KS Lê Quang Hanh - Kết Cấu Nhịp Cầu Thép- NXB Xây Dựng-2005 [3] Nguyễn Như Khải – Nguyễn Bình Hà – Phạm Duy Hịa - Cầu Thép Bê Tơng Cốt Thép Liên Hợp – NXB Xây Dựng- 2005 [4] TS Ngoâ Đăng Quang – Mô Hình Hóa Và Phân Tích Kết Cấu Cầu Với Midas/Civil TẬp - NXB Xây Dựng-2005 [5] TS.Chu Quốc Thắng - Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn – NXB Khoa Học Kỹ Thuật-1997 [6] Lê Hoàng Tuấn, Bùi Công Thành - Sức Bền Vật Liệu Tập I - Đại Học Bách Khoa TP.HCM [7] N.I.POLIVANOP - Thiết Kế Cầu Bêtông Cốt Thép Và Cầu Thép - NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật-1979 [8] Nguyễn Như Khải, Nguyễn Đình Tâm - Thiết Kế Cầu Kim Loại Tập I, Tập II - NXB Đại Học Và Trung Học Chuyên Nghiệp-1986 [9] Bộ Giao Thông Vận Tải - Tiêu Chuẩn Kỹ Thuật Công Trình Giao Thông Tập XIII - NXB Giao Thông Vận Tải-2006 [10] Bộ Giao Thông Vận Tải - Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 – Hà Nội 2005 [11] Bộ Giao Thông Vận Tải - Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô 22TCN 273-05 – Hà Noäi 2005 [12] Wai-Fah Chen, Lian, Duan Bridge Engineering Handbook Washington, D.C 2000 HVTH: TRỊNH KỲ QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN B: TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I TÓM TẮT - Họ tên: Trịnh Kỳ Quang - Phái :Nam - Sinh ngày: 23-10-1978 - Nơi sinh : thành phố Đà Lạt II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC Địa chỉ: 55/12 Nguyễn Tuyển, phường Bình Trưng Tây, Q 2, Tp HCM Điện thoại: 0913 88 99 98 Địa chỉ: 188 Trần Quang Khải, phường 8, Tp Đà Lạt Điện thoại: (063) 827 826 III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 1996 – 2001 : Sinh viên trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Tốt nghiệp đại học: năm 2001 Hệ : Chính quy Trường Chuyên ngành : Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh : Xây dựng Cầu Đường Năm 2006 Mã số học viên : Trúng tuyển cao học niên khóa 2006 – 2008 : 03806723 IV QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Năm 2001 – 2003: công tác công ty New CC Thiết kế hệ thống hạ tầng cho khu công nghiệp Việt Nam – Singapore Năm 2004 – 2006 : công tác công ty Obayashi Tham gia thiết kế thi công cho dự án Đại Lộ Đông Tây Năm 2006 – 2007: công tác công ty Boustead Projects Quản lý thi công dự án công ty Năm 2007 – 2008: công tác công ty SSGgroup Quản lý dự án đầu tư công ty HVTH: TRỊNH KỲ QUANG ... liên hợp thép – bê tơng cốt thép - Tính toán nội lực biến dạng dầm liên hợp chiều dày bê tông thay đổi - Lập biểu đồ thể ảnh hưởng chiều dày bê tông đến nội lực biến dạng dầm liên hợp - Phân tích... TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY BẢN BÊ TÔNG ĐẾN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu liên hợp thép... Trường hợp nhịp 43.8m ……………………………………………….… 94 4.4.5 Tổng hợp trường hợp nghiên cứu? ??………………………………… 94 4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao vút bê tông đến nội lực biến dạng dầm dầm chủ liên hợp? ??………………………………………….…