Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xiên đến sự phân bố nội lực và biến dạng trong cầu xiên nhịp giản đơn dùng dầm BTCT dự ứng lực

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ PHƯỚC CHI NA ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC XIÊN ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU XIÊN NHỊP GIẢN ĐƠN DÙNG DẦM BTCT DƯL Chuyên ngành: XÂY DỰNG CẦU HẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 10 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 : TS Phạm Quang Nhật Cán chấm nhận xét : TS Phùng Mạnh Tiến Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 17 tháng 10 năm 2009 TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP HCM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày … tháng…….năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ PHƯỚC CHI NA Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 31/12/1982 Nơi sinh : LONG AN Chuyên ngành : XÂY DỰNG CẦU HẦM MSHV: 03807473 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng góc xiên đến phân bố nội lực biến dạng cầu xiên nhịp giản đơn dùng dầm BTCT DƯL 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Phân tích tính tốn ảnh hưởng góc xiên kết cấu nhịp làm việc hệ mạng dầm đến phân bố nội lực biến dạng dầm giản đơn BTCT DƯL sử dụng phổ biến phương pháp phần tử hữu hạn; • Tổng hợp, so sánh kết nội lực biến dạng trường hợp nghiên cứu với cầu thẳng Đồng thời, kiểm tra đối chiếu với qui trình thiết kế cầu 22TCN 272 – 05; • Căn vào kết nghiên cứu, tác giả đưa khuyến cáo nội lực biến dạng việc thiết kế cầu xiên, lập bảng hệ số qui đổi nội lực cho loại dầm nghiên cứu phục vụ ứng dụng thực tế; • Nêu vấn đề cịn tồn đề xuất hướng nghiên cứu cho cầu xiên 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/02/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Lưu Bân CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Lưu Bân CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS Lê Bá Khánh LỜI CẢM ƠN Thực Luận văn thạc sĩ môn học cuối khoá đào tạo Thạc sĩ kỹ thuật ngành Cầu – Hầm, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý nhà trường, Quý thầy cô môn Cầu – Đường giảng viên thỉnh giảng, cán phòng đào tạo sau đại học, bạn học viên cao học lớp Cầu Hầm 2007 tạo môi trường học tập, trao đổi kiến thức ngành vơ bổ ích tạo điều kiện thuận lợi để dạy cho em kiến thức quý báu thời gian học tập Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ người thân gia đình, TS Lưu Bân, TS Phùng Mạnh Tiến, TS Phạm Quang Nhật, TS Đặng Đăng Tùng, Th.s Nguyễn Duy Liêm Ks Đỗ Chiến Thắng động viên, nhắc nhở đóng góp ý kiến nội dung nghiên cứu để vấn đề trở nên sáng tỏ, mạch lạc hoàn thiện Cuối cùng, em xin gửi lời chúc sức khoẻ, bình an tới tất Quý thầy cô, bạn lớp đồng nghiệp Xin cảm ơn tất trân trọng kính chào TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng 10 năm 2009 Học viên cao học Lê Phước Chi Na TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng góc xiên kết cấu nhịp giản đơn làm việc hệ mạng dầm đến phân bố nội lực biến dạng dầm Từ đó, đưa khuyến cáo nội lực biến dạng làm sở cho việc bố trí vật liệu hợp lý, đảm bảo yếu tố kinh tế - kỹ thuật cơng trình cầu xiên Các số liệu phân tích luận văn như: góc xiên, loại dầm, chiều rộng mặt cầu…được thống kê từ dự án thực tế tham khảo nghiên cứu khác cầu xiên Trong thời gian cho phép thực đề tài, tác giả chọn số liệu trội tập họp để làm đối tượng nghiên cứu Tất trường hợp phân tích dựa phương pháp phần tử hữu hạn thông qua chương trình ứng dụng MIDAS/CIVIL phiên 7.3.0, loại tải trọng tổ hợp tải trọng tuân thủ theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Kết trình bày dạng bảng biểu theo loại dầm nghiên cứu góc xiên thay đổi để so sánh nội đối chiếu với qui trình Từ đó, rút kết đáng tin cậy hữu ích Trên sở kết nghiên cứu, tác giả đưa khuyến cáo nội lực biến dạng việc thiết kế cầu giản đơn xiên Đồng thời, đề xuất hệ số qui đổi nội lực thiết kế cách dùng nội lực cầu thẳng (phổ biến bảng tính nay) nhân với hệ số qui đổi cho loại dầm Chính vậy, tính tốn thiết kế cầu giản đơn xiên trở nên xác an tồn Đồng thời, tài liệu tham khảo để đánh giá nguyên nhân hư hỏng cầu xiên Cuối cùng, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu cầu xiên để có hiểu biết toàn diện vấn đề -1- MỤC LỤC MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Giới hạn đề tài nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU XIÊN 1.1 Giới thiệu số cơng trình cầu xiên thực tế 1.2 Những nội dung nghiên cứu thiết kế cầu xiên giản đơn 13 1.3 Công trình nghiên cứu cầu xiên 14 CHƯƠNG 2: PHẠM VI NGHIÊN CỨU VỀ CẦU XIÊN CỦA ĐỀ TÀI 15 2.1 Biến số nghiên cứu 15 2.1.1 Định nghĩa biến số 15 2.1.2 Phạm vi biến số 16 2.2 Phân chia góc xiên & ảnh hưởng đến thiết kế cầu 25 2.3 Các loại dầm nghiên cứu & qui trình áp dụng 26 2.3.1 Các loại dầm nghiên cứu 26 2.3.2 Qui trình áp dụng 26 2.4 Phương pháp phân tích & phần mềm sử dụng 26 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MƠ HÌNH KẾT CẤU 27 3.1 Lý thuyết phân tích cầu xiên 27 3.2 Đặc điểm kết cấu nhịp loại dầm nghiên cứu 27 3.2.1 Kết cấu nhịp dầm I (L=24.54m) 27 3.2.2 Kết cấu nhịp dầm I (L=33.0m) 29 3.2.3 Dầm super T (L= 38.2m) 31 3.3 Mơ hình hố kết cấu 33 3.4 Phân tích dầm I, L= 24.54m 39 3.4.1 Kết phân tích dầm I, L= 24.54m 39 -2- 3.3.1.1 Nội lực dầm 39 3.3.1.2 Biến dạng dầm 46 3.4.2 Tổng hợp kết dầm I, L= 24.54m 48 3.4.3 So sánh kết với tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 49 3.5 Phân tích dầm I, L= 33.0m 51 3.5.1 Kết phân tích dầm I, L= 33.0m 51 3.4.1.1 Nội lực dầm 51 3.4.1.2 Biến dạng dầm 57 3.5.2 Tổng hợp kết dầm I, L= 33.0m 58 3.5.3 So sánh kết với tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 59 3.6 Phân tích dầm super T, L= 38.2m 61 3.6.1 Kết phân tích dầm super T, L= 38.2m 61 3.5.1.1 Nội lực dầm 61 3.5.1.2 Biến dạng dầm 67 3.6.2 Tổng hợp kết dầm super T, L= 38.2m 68 3.6.3 So sánh kết với tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 69 3.7 Hướng nghiên cứu 71 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 CÁC PHỤ LỤC 75 PHỤ LỤC A – KẾT QUẢ CHI TIẾT DẦM I24.54 76 Góc β = 0o (cầu thẳng) 77 Góc xiên β = 5o 80 Góc xiên β = 10o 83 Góc xiên β = 15o 86 Góc xiên β = 20o 88 Góc xiên β = 25o 90 Góc xiên β = 30o 93 Góc xiên β = 35o 95 -3- Góc xiên β = 40o 98 10 Góc xiên β = 45o 100 11 Góc xiên β = 50o 103 12 Góc xiên β = 55o 106 13 Góc xiên β = 60o 108 PHỤ LỤC B – KẾT QUẢ CHI TIẾT DẦM I33 .111 Góc β = 0o (cầu thẳng) .112 Góc xiên β = 5o 115 Góc xiên β = 10o 118 Góc xiên β = 15o 120 Góc xiên β = 20o 123 Góc xiên β = 25o 126 Góc xiên β = 30o 128 Góc xiên β = 35o 131 Góc xiên β = 40o 134 10 Góc xiên β = 45o 136 11 Góc xiên β = 50o 139 12 Góc xiên β = 55o 142 13 Góc xiên β = 60o 144 PHỤ LỤC C – KẾT QUẢ CHI TIẾT DẦM SUPER T 148 Góc β = 0o (cầu thẳng) .149 Góc xiên β = 5o 152 Góc xiên β = 10o 155 Góc xiên β = 15o 157 Góc xiên β = 20o 160 Góc xiên β = 25o 163 Góc xiên β = 30o 165 -4- Góc xiên β = 35o 168 Góc xiên β = 40o 171 10 Góc xiên β = 45o 174 11 Góc xiên β = 50o 176 12 Góc xiên β = 55o 179 13 Góc xiên β = 60o 182 LÝ LỊCH KHOA HỌC 185 -i- KÝ HIỆU @ : số lần bố trí ; β : góc xiên kết cấu nhịp; DFMy : tỷ số mômen uốn; DFMx : tỷ số mômen xoắn; DFQz : tỷ số lực cắt; DFRz : tỷ số phản lực gối; DFRz >0 : gối dầm chịu nén; DFRz : dầm biến dạng vồng; Dz < : dầm biến dạng võng; η : hệ số phân bố ngang hoạt tải; H : chiều cao dầm; I24.54 : dầm bêtông cốt thép dự ứng lực mặt cắt chữ I, dài 24.54m; I33 : dầm bêtông cốt thép dự ứng lực mặt cắt chữ I, dài 33.0m; KCN : kết cấu nhịp; L : chiều dài dầm; LL : hoạt tải xe HL93; Ltt : chiều dài tính tốn dầm; Mx : mơmen xoắn; My : mơmen uốn; -17410 o Góc xiên β = 45 o Nội lực dầm: ƒ Mômen uốn My (max) ƒ Mômen xoắn Mx (max, min) -175ƒ Lực cắt Qz (max, min) ƒ Phản lực gối Rz (max, min) -176o Chuyển vị thẳng Dz 11 Góc xiên β = 50o o Nội lực dầm: ƒ Mômen uốn My (max) ƒ Mômen xoắn Mx (max, min) -177- ƒ Lực cắt Qz (max, min) -178ƒ Phản lực gối Rz (max, min) o Chuyển vị thẳng Dz -17912 o Góc xiên β = 55 o Nội lực dầm: ƒ Mômen uốn My (max) ƒ Mômen xoắn Mx (max, min) -180- ƒ Lực cắt Qz (max, min) ƒ -181Phản lực gối Rz (max, min) o Chuyển vị thẳng Dz -18213 o Góc xiên β = 60 o Nội lực dầm: ƒ Mômen uốn My (max) ƒ Mômen xoắn Mx (max, min) -183ƒ Lực cắt Qz (max, min) ƒ Phản lực gối Rz (max, min) -184- o Chuyển vị thẳng Dz -185- LÝ LỊCH KHOA HỌC CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ, TỈNH: Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -Họ Tên: LÊ PHƯỚC CHI NA Sinh 31/12/1982, Nam Bí danh: Khơng có Chức vụ, đơn vị công tác trước Khi nghiên cứu, thực tập: Nhân viên thiết kế Hệ số lương chính: 2.65 ĐƠN VỊ CƠNG TÁC: Cơng ty CP TVTK GTVT phía Nam LÝ LỊCH KHOA HỌC Dùng cho cán khoa học – kỹ thuật có trình độ đại học, lập theo thông tư số 612/KKT/CB ngày 18-8-1966 Ủy ban Khoa học Kỹ thuật Nhà Nước Ngành học: Xây dựng Cầu – Hầm Chuyên môn: Thiết kế Cầu Ảnh 4x6 (Đóng dấu giáp lai ảnh) I LÝ LỊCH SƠ LUỢC : Nguyên quán: tỉnh Long An Nơi sinh: tỉnh Long An Chổ riêng địa liên lạc: 92, Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Q.1, TP Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh Tơn giáo: Khơng Thành phần gia đình: Tốt Thành phần thân: Tốt Ngày vào Đoàn TNCS HCM: 01/6/1996 Ngày vào Đảng CSVN: chưa vào Đảng Ngày thức vào Đảng: Khơng có Chính quyền cao quyền đồn thể qua (nơi, thời gian): Khơng có Sức khoẻ: Tốt II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : ĐẠI HỌC : Chế độ học: Chính quy Thời gian học: Từ 9/2000 đến 5/2005 Nơi học: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải – Cơ sở II, số 450 đường Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Xây dựng Cầu – Đường Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu dầm liên tục BTCT DƯL thi công theo phương pháp đúc hẫng cân Ngày nơi bảo vệ đồ án: Hội đồng chấm bảo vệ tốt nghiệp năm 2005, Trường Đại học Giao Thông Vận Tải – Cơ Sở II , ngày bảo vệ 28/4/2005 Người hướng dẫn: Th.s Vũ Văn Toản III HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC KỸ THUẬT: 1- Quá trình hoạt động khoa học-kỹ thuật, chuyên môn: Thời gian Tháng 5/2005~nay Tháng 9/2007~nay Tóm tắt q trình hoạt động khoa học – kỹ thuật, nơi công tác Công tác Công ty Cổ Phần Tư Vấn Thiết Kế Giao Thông Vận Tải Phía Nam (TEDI South) với vai trị kỹ sư thiết kế cầu Tham gia chương trình đào tạo Thạc sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh 2- Kết hoạt động khoa học-kỹ thuật: Từ tháng 5/2005 thành viên tham gia thiết kế cơng trình gồm: ¾ Cơng trình vốn nước: Cầu Thầy Tiêu Vệt NM, NF, SF (Phú Mỹ Hưng, TP HCM); Cầu Hùng Vương (tỉnh Phú Yên); Dự án nâng cấp cải tạo Quốc Lộ 80 (tỉnh Đồng Tháp); Đường cao tốc TP.HCM – Cần Thơ (đoạn Trung Lương, tỉnh Long An); Cầu Long Kiểng (TP.HCM); Cầu Rạch Đỉa (TP.HCM); Dự án Bốn Tổng – Một Ngàn (tỉnh Hậu Giang); Dự án nâng cấp đường tỉnh 941 (An Giang); Cầu Phú Thuận (TP.HCM); Dự án Bãi Thơm – Hàm Ninh (Phú Quốc, Kiên Giang) ¾ Cơng trình vốn nước ngoài: thiết kế kỹ thuật tuyến cao tốc TP.HCM – Long Thành – Dầu Giây (liên danh với Nippon Koei Co., Ltd), dự án vốn vay ký hiệu số (ADB Loan No.2374–VIE) Ngân Hàng Phát Triển Châu Á ¾ Các cơng trình giám sát & xử lí trường gồm: Dự án Quản Lộ - Phụng Hiệp, gói thầu (tỉnh Sóc Trăng); Cầu Hùng Vương (tỉnh Phú Yên); Cầu Nguyễn Văn Cừ (TP.HCM); Dự án nâng cấp cải tạo Quốc Lộ 80 (tỉnh Đồng Tháp); Dự án Bốn Tổng – Một Ngàn, gói thầu số (tỉnh Hậu Giang); Cầu vượt Bộ Hành Thủ Đức (TP.HCM) 3- Tham dự hội nghị khoa học-kỹ thuật chuyên ngành gồm: Hội thảo “Ống thép cường độ cao để chế tạo dầm rỗng” công ty KURIMOTO (Nhật) tổ chức TP.HCM năm 2007; Tham gia “Khảo sát thực tế cơng trình xây dựng tuyến xun Á” Xí Nghiệp Cầu – Đường, cơng ty TEDI South tổ chức vào năm 2007; Hội thảo Tăng cường sữa chữa cầu công nghệ dán thép” công ty VSL (Thụy Sĩ) tổ chức TP.HCM năm 2008; Hội thảo “Tường Chắn có cốt & Lưới địa kỹ thuật” công ty TENSAR tổ chức TP.HCM năm 2008; Hội viên Hội Cầu – Đường Cảng TP.HCM, năm 2008 4- Khen thưởng giải thưởng hoạt động khoa học - kỹ thuật: Giải III môn Thuỷ Lực, kỳ thi Olympic học cấp Trường, năm 2003, Trường Đại học Giao Thông Vận Tải – Cơ Sở II 5- Khả chuyên môn, nguyện vọng hoạt động khoa học-kỹ thuật Về khả chuyên môn nay: ƒ Kinh nghiệm thiết kế cầu đường: có 04 năm làm việc lĩnh vực tư vấn thiết kế cầu đường; ƒ Lập hồ sơ thiết kế sở, thiết kế kỹ thuật, vẽ thi cơng cơng trình lĩnh vực giao thông vận tải; ƒ Giám sát thi công xử lý kỹ thuật trường trình xây dựng đến hồn thiện cơng trình cầu đường; ƒ Sử dụng thành thạo phần mềm chuyên dụng như: Midas/Civil, Midas/Set, Sap2000, Pca column, Geo/Slope, FB-Pier, AutoCad, ứng dụng văn phòng Về nguyện vọng nay: ƒ Được làm việc chun mơn, có hội nghiên cứu, học hỏi nâng cao trình độ trao đổi kinh nghiệm; ƒ Công việc ổn định lâu dài, chế độ đãi ngộ hợp lý IV HOẠT ĐỘNG CHÍNH TRỊ Xà HỘI: Tóm tắt q trình tham gia đồn thể quần chúng (thanh niên cộng sản, cơng đoàn… ) hội khoa học (hội phổ biến, hội khoa học chuyên ngành… ) phong trào lớn ƒ Tham gia khố học an tồn cơng ty TEDI South tổ chức TP.HCM vào năm 2007; ƒ Tham gia hội thao thường niên công ty TEDI South tổ chức TP.HCM năm: 2005, 2006, 2007, 2009; ƒ Tham gia quyên góp cứu trợ đồng bào miền Trung bị lũ lụt công ty TEDI South vận động năm: 2006, 2007 XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN Ngày tháng năm 2009 NGƯỜI KHAI LÊ PHƯỚC CHI NA ... kế cầu giản đơn cầu xiên gồm: • Sự phân bố nội lực vị trí khác dầm (dầm giữa, dầm biên) ảnh hưởng góc xiên chiều dài nhịp dầm khác nhau; • Ảnh hưởng góc xiên đến thiết kế mố, trụ; • Ảnh hưởng góc. .. XÂY DỰNG CẦU HẦM MSHV: 03807473 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng góc xiên đến phân bố nội lực biến dạng cầu xiên nhịp giản đơn dùng dầm BTCT DƯL 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Phân tích tính tốn ảnh. .. nó, nội dung luận văn Trong thời gian cho phép thực đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng góc xiên đến phân bố nội lực biến dạng cầu xiên nhịp giản đơn dùng dầm BTCT DƯL -6- Mục tiêu nghiên