Nghiên cứu ảnh hưởng độ nghiêng của trụ tháp đến phân bố nội lực và biến dạng trong cầu treo dây văng hai nhịp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VŨ ĐỨC QUANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ĐỘ NGHIÊNG CỦA TRỤ THÁP ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CẦU HẦM MÃ SỐ NGÀNH : 15 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán Bộ Hướng Dẫn Khoa Học : TS PHÙNG MẠNH TIẾN Cán Bộ Hướng Dẫn Khoa Học : TS ĐẶNG ĐĂNG TÙNG Cán Bộ Chấm Nhận Xét : PGS.TS LÊ VĂN NAM Cán Bộ Chấm Nhận Xét : TS VŨ XUÂN HÒA Luận văn Thạc Sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 13 tháng 01 năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : VŨ ĐỨC QUANG Phái: Nam Ngày tháng năm sinh : 15/06/1977 Nơi sinh : HƯNG YÊN Chuyên ngành : Xây đựng Cầu hầm Mã số ngành : 2.15.10 Khóa: 2005 Mã số học viên : 04005670 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ĐỘ NGHIÊNG CỦA TRỤ THÁP ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ: Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu ảnh hưởng độ nghiêng tháp cầu đến phân bố nội lực biến dạng phận kết cấu cầu Thơng qua việc tổng hợp phân tích kết nghiên cứu kiến nghị độ nghiêng tháp cầu treo dây văng để vừa đảm bảo yêu cầu mỹ quan mà không phát sinh nội lực biến dạng bất lợi Nội dụng luận án: Mở đầu Chương 1: Tổng quan cầu treo dây văng Chương 2: Sơ đồ hình thái cấu tạo phận cầu dây văng Chương 3: Giới thiệu lý thuyết tính tốn cầu dây văng Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu dây văng hai nhịp Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục tính tốn III/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV/ NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS PHÙNG MẠNH TIẾN VI/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS ĐẶNG ĐĂNG TÙNG CÁN BÔ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung Luận án Cao học thông qua Hội đồng Chuyên ngành Tp HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2009 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Học viên thực luận văn xin chân thành tỏ lòng biết ơn đối với: Khoa Đào Tạo Sau Đại Học – Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Thầy Cô Bộ Môn Cầu Đường, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Thầy Cô giảng dạy chương trình cao học chuyên ngành Xây dựng Cầu hầm - Khoa Đào Tạo Sau Đại Học Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Thầy TS Phùng Mạnh Tiến thầy TS Đặng Đăng Tùng tận tình hướng dẫn tơi thực luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ĐỘ NGHIÊNG CỦA TRỤ THÁP ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU DÂY VĂNG HAI NHỊP Sự cần thiết tính thực tiễn đề tài Ta biết phân bố nội lực cầu dây văng phụ thuộc vào độ cứng phần tử tham gia chịu lực hệ độ cứng dây văng, độ cứng tháp cầu, độ cứng dầm chủ … Khi tìm hiểu số cầu dây văng hai nhịp xây dựng giới Việt Nam tác giả nhận thấy số cơng trình có dáng kiết trúc độc đáo, số cơng trình gây ấn tượng mạnh khách tham quan biểu tượng vùng nơi cầu xây dựng Ví dụ cầu Bratislava (Slovakia), cầu Rotterdam (Hà Lan), cầu Batman (Australia), Cầu Gilly (Gilly-sur-Isère, Savoie (73), Rhơne-Alpes, France)…, điều đặc biệt cơng trình cầu trụ tháp thiết kế nghiêng với góc nhỏ 900 so với trục dọc cầu Qua tìm hiểu cấu tạo cầu treo dây văng có trụ tháp nghiêng, tác giả đặt câu hỏi: Với chiều dài nhịp chiều cao trụ tháp không đổi ta thay đổi góc nghiêng trụ tháp nội lực biến dạng kết cấu cầu dây văng hai nhịp thay đổi nào? Để làm sáng tỏ vấn đề nêu trên, ta thấy cần thiết phải nghiên cứu: ảnh hưởng độ nghiêng trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây văng Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Qua phân tích trên, mục tiêu đề tài tập trung “nghiên cứu ảnh hưởng độ nghiêng trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây văng hai nhịp” Do thời gian khả hạn chế, đề tài giới hạn nghiên cứu phạm vi sau: sơ đồ hai nhịp, cáp bố trí rẻ quạt, hai mặt phẳng dây, trụ hình thang Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu trên, luận văn tập trung tính tốn với số CDV cụ thể có đặc điểm: CDV hai nhịp, hai mặt phẳng dây, sơ đồ dây hình rẽ quạt, trụ hình thang, với góc nghiêng trụ tháp khác nhau, thơng qua việc sử dụng phần mềm MIDAS/CIVIL Kết đạt Qua trình nghiên cứu, luận văn rút quy luật ảnh hưởng góc nghiêng trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng CDV hai mặt phẳng dây, từ đưa góc nghiêng trụ tháp hợp lý Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương phần phụ lục kết qủa tính tốn sau: Chương mở đầu Chương 1: Tổng quan cầu treo dây văng Chương 2: Sơ đồ hình thái cấu tạo phận cầu dây văng Chương 3: Giới thiệu lý thuyết tính tốn cầu dây văng Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu dây văng hai nhịp Kết luận kiến nghị \ -  - MỤC LỤC MỞ ĐẦU: I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VĂNG I.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CẦU DÂY VĂNG .3 I.1.1 Lịch sử phát triển cầu dây giới .3 I.1.2 Sự phát triển cầu dây Việt Nam .9 I.2 NỘI DUNG MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ CVD Ở VIỆT NAM 13 I.2.1 Nội dung đề tài “Phân tích điều chỉnh nội lực cầu dây văng” 13 I.2.2 Nội dung đề tài “Phân tích tĩnh động cầu dây văng” 13 I.2.3 Nội dung đề tài “Một số cầu dây văng cho giao thông nông thôn” 14 I.2.4 Nội dung đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng dầm đến phân bố nội lực cầu dây văng hai mặt phẳng dây” .14 I.2.5 Nội dung đề tài “ Nghiên cứu tính bất đối xứng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực cầu treo dây văng” 14 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦU TREO DÂY VĂNG 16 II.1 SƠ ĐỒ HÌNH THÁI CẦU DÂY VĂNG 16 2.1.1 Sơ đồ phân bố dây 17 2.1.2 Các dạng tháp cầu 22 2.1.2.1 Tháp cầu dạng chữ H 23 2.1.2.2 Tháp cầu dạng chữ A chữ Y 23 2.1.2.3 Tháp cầu dạng hình thang 24 2.1.2.4 Dạng tháp cầu nghiêng so với trục dọc cầu 25 II.2 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CẦU DÂY VĂNG .30 2.2.1 Cáp dùng cho dây văng 30 2.2.2 Dầm chủ 32 II.3 LỰA CHỌN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA CẦU DÂY VĂNG 37 2.3.1 Căn chọn sơ đồ kết cấu nhịp .37 2.3.2 Căn chọn chiều dài khoang dầm 39 2.3.3 Căn chọn tháp cầu 40 2.3.3.1 Căn chọn chiều cao tháp 40 2.3.3.2 Liên kết tháp cầu 40 2.3.3.3 Căn chọn tiết diện tháp 41 2.3.4 Căn chọn tiết diện dây văng 42 2.3.5 Chọn tiết diện chiều cao dầm 44 2.3.5.1 Chọn tiết diện dầm 44 2.3.5.2 Chọn chiều cao dầm 45 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VĂNG 46 III.1 THEO LÝ THUYẾT CỦA CƠ HỌC KẾT CẤU .46 III.1.1 Phương pháp lực 46 III.1.2 Phương pháp chuyển vị 48 III.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 49 III.3 PHẦN MỀM SỬ DỤNG 50 III.3.1 Tổng quan phần mềm MIDAS/ Civil 51 III.3.2 Mơ hình hố phân tích kết cấu cầu dây văng Midas/Civil 56 III.3.2.1 Mơ hình hóa phân tích nghịch 56 III.3.2.2 Mô hình hóa phân tích thuận 57 III.3.2.3 Xây dựng mơ hình kết cấu cầu dây văng 57 III.3.3 Một số công trình cầu thiết kế, tính tốn với MIDAS/Civil 58 III.3.3.1 Cầu SooTong 58 III.3.3.2 Cầu Stonecutter 59 III.3.3.3 Cầu Cầu Incheon .59 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ĐỘ NGHIÊNG CỦA TRỤ THÁP ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP 60 IV.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 60 IV.1.1 Đối tượng nghiên cứu chung 60 IV.1.2 Các sơ đồ cầu thay đổi góc nghiêng trụ tháp 61 IV.1.2.1 Phương án kết cấu 61 IV.1.2.2 Sơ đồ I .62 IV.1.2.3 Sơ đồ II 64 IV.1.2.4 Sơ đồ III 65 IV.1.3 Thông số vật liệu đặc trưng hình học phận kết cấu 67 IV.1.4 Tải trọng thiết kế 68 IV.2 TRÌNH TỰ TÍNH TỐN .69 IV.2.1 Nhập số liệu đầu vào .68 ... TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ĐỘ NGHIÊNG CỦA TRỤ THÁP ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VĂNG HAI NHỊP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ: Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu ảnh hưởng độ nghiêng. .. TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ĐỘ NGHIÊNG CỦA TRỤ THÁP ĐẾN PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU DÂY VĂNG HAI NHỊP Sự cần thiết tính thực tiễn đề tài Ta biết phân bố nội lực cầu dây văng phụ thuộc vào... lực biến dạng cầu treo dây văng 2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Qua phân tích trên, mục tiêu đề tài tập trung ? ?nghiên cứu ảnh hưởng độ nghiêng trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây