Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến sự phân bố nội lực và biến dạng trong cầu treo dây võng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o ao ĐỖ TIẾN ĐẠT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TỶ LỆ CHIỀU DÀI NHỊP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ - ĐƯỜNG TP MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 12 NĂM 2008 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 : PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Cán chấm nhận xét : PGS.TS NGUYỄN BÁ HOÀNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 25 tháng 04 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 20… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐỖ TIẾN ĐẠT Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 24/11/1982 Nơi sinh : Bình Dương Chun ngành : Xây Dựng Đường Ơtơ - Đường TP MSHV : 00106007 I- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TỶ LỆ CHIỀU DÀI NHỊP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu treo dây võng - Phân tích ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng III- NGÀY GIAO NHIÊM VỤ : 15/6/2008 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/12/2008 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS PHÙNG MẠNH TIẾN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS PHÙNG MẠNH TIẾN TS LÊ BÁ KHÁNH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày … tháng ….… năm 20… TR ƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng” thực từ tháng 06/2008 đến 12/2008 với mục đích nghiên cứu phân tích ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến nội lực biến dạng phận kết cấu giai đoạn thi công giai đoạn khai thác cầu treo dây võng Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy TS Phùng Mạnh Tiến tận tình giúp đỡ, hướng dẫn định hướng cung cấp thông tin cần thiết để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ Môn Cầu Đường trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, bạn lớp Cao học chuyên ngành Đường ôtô, Đường thành phố Cầu Hầm K2006 giúp suốt thời gian học tập thực luận văn tốt nghiệp Xin cảm ơn tất người gia đình tơi giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian để tơi hồn thành luận văn tiến độ Vì kiến thức thời gian thực luận văn có hạn nên khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong đóng góp quý thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, 12 – 2008 ĐỖ TIẾN ĐẠT TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn gồm 05 chương : Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG - Giới thiệu phát triển cầu treo dây võng giới Việt Nam - Nêu đặc điểm cấu tạo phận cầu treo dây võng gồm: trụ tháp, dầm chính, cáp dùng cho dây võng, phận neo cáp chủ - Phân loại cầu treo dây võng Chương 2: BỐ TRÍ CHIỀU DÀI NHỊP TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG - Giới thiệu sơ đồ cách bố trí chiều dài nhịp cầu treo dây võng - Nêu phương pháp thi công kết cấu nhịp - Thống kê số cầu treo dây võng ba nhịp thiết kế giới từ tìm thơng số thường lựa chọn thực tế tỷ lệ chiều dài nhịp biên chiều dài nhịp Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG - Giới thiệu chung phương pháp tính tốn cầu treo dây võng - Tính cầu treo theo phương pháp lực, phương pháp chuyển vị phương pháp phần tử hữu hạn - Giới thiệu số phần mềm tính tốn cầu treo dây võng, ngun lý tính tốn cầu treo dây võng phần mềm MIDAS/Civil Chương 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TỶ LỆ CHIỀU DÀI NHỊP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG Với phương pháp phân tích kết cấu phần mềm lựa chọn chương 3, luận văn thực phân tích tính toán số trường hợp cụ thể để nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng Tiến hành lập mơ hình tính tốn với sơ đồ cầu treo dây võng ba nhịp với chiều dài hai nhịp biên nhau; cầu bố trí theo sơ đồ hai mặt phẳng dây với dây treo song song thẳng đứng; khổ ngang cầu S = 11m; chiều dài nhịp khơng đổi L0 = 400m, chiều dài nhịp biên L1 thay đổi 75m, 100m, 125m, 150m, 175m 200m tương ứng với tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 0.19 , 0.25 , 0.31 , 0.38 , 0.44 0.50 Trên sở mơ hình trường hợp nghiên cứu, dùng phần mềm Midas phân tích xác định nội lực biến dạng số vị trí điển hình Thơng qua việc so sánh nội lực biến dạng trường hợp nghiên cứu, luận văn nêu ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng thể qua đồ thị Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn nêu số kết luận tổng quan ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng thông qua trường hợp nghiên cứu Qua đó, luận văn trình bày số kiến nghị liên quan đến tỷ lệ chiều dài nhịp tính tốn thiết kế sơ cầu treo dây võng Mặt khác, số hướng nghiên cứu tỷ lệ chiều dài nhịp nêu luận văn nhằm góp phần hiểu rõ chất ứng xử cầu treo dây võng ABSTRACT Bridge structures existing in Vietnam are very plentiful, from conventional structures such as simple bridge, trusses, arch bridge, continuous beam bridge… to modern structures like cable-stayed bridge, suspension bridge… when building a bridge, beside loading capacity aspect, people have to consider the aesthetic point of view The suspension bridge belongs to beautiful bridges which have very long span The span length rate is one of the main factors making special feature of the suspension bridge Therefore, the thesis “ Research on affect of the span length rate to internal force distribution and deformation on the suspension bridge” study on how the internal force distribution and deformation will change when the span length rate of the suspension bridge changes, to petition the sensible span length rate of the suspension bridge The Master thesis includes chapters : Chapter 1: Overview of suspension bridge Chapter 2: Arrangement span length on the suspension bridge Chapter 3: The theory of calculation Chapter : Research on affect of the span length rate to internal force distribution and deformation on the suspension bridge Chapter 5: Conclusion and petition MỤC LỤC Lời cám ơn Chương TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1.1 Sự phát triển cầu treo dây võng giới 1.1.2 Sự phát triển cầu treo dây võng Việt Nam 1.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG 1.2.1 Các phận cầu treo dây võng 1.2.2 Trụ tháp 1.2.3 Dầm cứng 11 1.2.4 Cáp 12 1.2.5 Neo cáp chủ 15 1.3 PHÂN LOẠI CẦU TREO DÂY VÕNG 1.3.1 Phân loại theo số lượng nhịp 1.3.2 Phân loại theo bố trí dây treo 1.3.3 Phân loại theo số mặt phẳng dây 16 16 18 20 Chương BỐ TRÍ CHIỀU DÀI NHỊP TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG 22 2.1 CHỌN CHIỀU DÀI NHỊP TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG 22 2.2 THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP 22 2.2.1 Phương pháp liên kết dầm cứng 23 2.2.2 Phương pháp lắp dầm cứng 23 2.3 THỐNG KÊ TỶ LỆ CHIỀU DÀI NHỊP MỘT SỐ CẦU TREO DÂY VÕNG 24 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG 3.2 TÍNH CẦU TREO DÂY VÕNG THEO PHƯƠNG PHÁP LỰC 3.3 TÍNH CẦU TREO DÂY VÕNG THEO PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN VỊ 3.4 TÍNH CẦU TREO DÂY VÕNG THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.4.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 3.4.2 Khả ứng dụng phương pháp PTHH phân tích kết cấu 3.5 MỘT SỐ PHẦN MỀM TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG 3.5.1 Phần mềm Sap2000 3.5.2 Phần mềm Midas/Civil 27 27 29 34 39 39 46 52 53 53 3.6 NGUYÊN LÝ TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG PHẦN MỀM MIDAS/CIVIL 54 Chương PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG TỶ LỆ CHIỀU DÀI NHỊP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG 58 4.1 LỰA CHỌN TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU 58 4.1.1 Sơ đồ kết cấu nhịp 58 4.1.2 Các trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp nghiên cứu 59 4.1.3 Thông số vật liệu đặc trưng hình học phận kết cấu 59 4.1.4 Các trường hợp tải trọng nghiên cứu 61 4.2 CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN 62 4.2.1 Mơ hình biến dạng nhỏ 62 4.2.2 Mơ hình biến dạng lớn 62 4.3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO MƠ HÌNH BIẾN DẠNG NHỎ 63 4.3.1 Phân tích nội lực theo mơ hình biến dạng nhỏ 63 4.3.1.1 Nội lực dầm chủ theo mơ hình biến dạng nhỏ 4.3.1.2 Nội lực trụ tháp theo mơ hình biến dạng nhỏ 4.3.1.3 Nội lực cáp chủ theo mơ hình biến dạng nhỏ 4.3.2 Phân tích biến dạng theo mơ hình biến dạng nhỏ 4.3.2.1 Biến dạng dầm chủ theo mơ hình biến dạng nhỏ 4.3.2.2 Biến dạng trụ tháp theo mô hình biến dạng nhỏ 4.3.2.3 Biến dạng cáp chủ theo mơ hình biến dạng nhỏ 4.4 KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO MƠ HÌNH BIẾN DẠNG LỚN 4.4.1 Phân tích nội lực theo mơ hình biến dạng lớn 4.4.1.1 Nội lực trụ tháp theo mơ hình biến dạng lớn 4.4.1.2 Nội lực cáp chủ theo mơ hình biến dạng lớn 4.4.2 Phân tích biến dạng theo mơ hình biến dạng lớn 4.4.2.1 Biến dạng trụ tháp theo mơ hình biến dạng lớn 4.4.2.2 Biến dạng cáp chủ theo mơ hình biến dạng lớn Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN 5.2 KIẾN NGHỊ 5.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 74 82 86 86 91 93 98 98 98 100 102 102 103 105 105 108 108 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1.1 Sự phát triển cầu treo dây võng giới Trong lịch sử phát triển cầu, cầu treo dây võng loại cầu có lịch sử phát triển lâu đời Cầu treo dây võng với cáp treo xích sắt xây dựng Trung Quốc cách từ 2000 năm trước tương tự xây dựng Ấn Độ Nguồn gốc đời cầu treo dây võng Phương Đông lại xuất Châu Âu vào kỷ 16 thực bùng nổ công nghiệp luyện thép phát triển mạnh vào kỷ 19 Cho đến nay, 20 cầu có nhịp dài giới cầu treo dây võng Vào kỷ 18, với phát triển kết cấu cầu sản phẩm ứng dụng công nghệ luyện thép, cầu Jacobs Creek xây dựng vào năm 1801 với nhịp dài 21.3m cơng trình sư Finley Mỹ Chiếc cầu dùng cho xe ô tô xưa cầu Clifton Anh (Hình 1.1) xây dựng vào năm 1831 hoàn thành vào năm 1864, cầu với cáp chủ có dạng xích sắt Hình 1.1 Cầu Clifton cấu tạo hệ cáp chủ Theo thời gian với phát triển máy tính điện tử công nghệ thiết bị thi công, vật liệu xây dựng trình độ khoa học kỹ thuật, cầu treo dây võng ngày vượt nhịp lớn Một số cầu treo dây võng có chiều dài nhịp lớn 1000m giới thống kê bảng 1.1 97 Khoảng cách tính từ nhịp (m) Chuy ển vị cáp ch ủ (mm) -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 50 100 150 200 250 300 350 400 3000 2000 1000 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 L1=200m(max) L1=200m(min) L1=175m(max) L1=175m(min) L1=150m(max) L1=150m(min) L1=125m(max) L1=125m(min) L1=100m(max) L1=100m(min) L1=75m(max) L1=75m(min) Hình 4.24 Biểu đồ chuyển vị cáp chủ hoạt tải xe tải thiết kế tải trọng Từ biểu đồ chuyển vị hình 4.23, 4.24, nhận thấy tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 ÷ 0,50 chuyển vị cáp chủ tác dụng hoạt tải HL93 có thay đổi sau : Ø Giá trị chuyển vị lớn nhịp biên tăng, nhiên chuyển vị dương tăng nhanh chuyển vị âm Cụ thể giá trị chuyển vị dương tăng từ 2,7 ÷ 12,7 lần, giá trị chuyển vị âm tăng từ ÷ 7,3 lần Ø Giá trị chuyển vị lớn nhịp thay đổi theo đường cong với giá trị nhỏ xảy trường hợp TH3 (L1=125m) ứng với tỷ lệ nhịp L1/L0 = 0,31, trường hợp giá trị chuyển vị âm giảm từ 27 ÷ 30% , giá trị chuyển vị dương giảm từ 32 ÷ 34% Dưới tác dụng hoạt tải HL93, tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 lớn chuyển vị cáp chủ phần nhịp biên bất lợi, chuyển vị cáp chủ phần nhịp có lợi trường hợp cầu có sơ đồ nhịp 125 – 400 – 125 (m) ứng với tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 98 4.4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TỐN THEO MƠ HÌNH BIẾN DẠNG LỚN 4.4.1 PHÂN TÍCH NỘI LỰC Một đặc trưng cầu treo dây võng neo vào đất hố neo suốt q trình thi cơng hay giai đoạn hồn thiện dầm chủ khơng xuất mômen tác dụng tĩnh tải Ngược lại, trụ tháp xuất mơmen uốn q trình thi cơng cân giai đoạn hồn thiện tác dụng tĩnh tải Vì vậy, nội dung so sánh nội lực (lực dọc, momen uốn My) xuất trụ tháp lực căng cáp chủ tác dụng tải trọng thân trình thi cơng Thơng qua việc phân tích so sánh để hiểu rõ ảnh hưởng thay đổi tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực kết cấu cầu treo dây võng 4.4.1.1 Nội lực Trụ tháp Nội dung xem xét lực dọc trục momen uốn lớn xuất chân trụ tháp giai đoạn thi công ứng với trường hợp nghiên cứu a) Lực dọc trục : kết giá trị lực dọc trình bày bảng 4.27 Từ bảng 4.27, tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 ÷ 0,50 lực dọc trục chân trụ tháp giai đoạn thi công thay đổi sau : • Trong tất trường hợp, giá trị lực dọc tăng dần theo giai đoạn thi cơng (từ GĐ7 đến GĐ1) • So sánh trường hợp, nhận thấy giá trị lực dọc giai đoạn thi công giảm Tuy nhiên, lực dọc giảm nhiều trường hợp TH3 (L1=125m) với tỷ lệ nhịp L1/L0 = 0,31 đặc biệt từ giai đoạn GĐ6 đến GĐ3 (giảm từ 22 ÷ 23%), tiếp tục tăng tỷ lệ nhịp lực dọc giai đoạn giảm thêm từ ÷ 13% Trong giai đoạn lại, trường hợp TH3 lực dọc giảm khoảng 16% giảm thêm từ ÷ 5% tiếp tục tăng tỷ lệ nhịp Tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 lớn lực dọc trụ tháp giai đoạn thi công có lợi, đặc biệt với tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 ÷ 0,50 99 Bảng 4.27 Lực dọc chân trụ tháp giai đoạn thi công Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 L1(m) 75 100 125 150 175 200 -11149 -11056 ĐỒ THỊ Giai đoạn thi công GĐ0 Giá trị lực dọc trục [kN] -14081 -12592 -11803 -11372 Giai đoạn thi công GĐ1 -14081 -12592 -11803 -11372 -11149 -11056 GĐ2 -13844 -12344 -11548 -11112 -10886 -10791 GĐ3 -13494 -11774 -10616 -9821 -9336 -8875 GĐ4 -13329 -11525 -10410 -9646 -9084 -8650 GĐ5 -11108 -9523 -8545 -7875 -7383 -7003 GĐ6 -6934 -5990 -5414 -5023 -4738 -4521 GĐ7 -2949 -2712 -2584 -2510 -2467 -2445 Lực dọc (kN) -5000 -10000 -15000 L1=75m L1=150m L1=100m L1=175m L1=125m L1=200m b) Momen uốn : kết giá trị momen trình bày bảng 4.28 Từ bảng 4.28, tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 ÷ 0,50 momen uốn chân trụ tháp giai đoạn thi cơng thay đổi sau : • Trong tất trường hợp, giai đoạn vừa lắp xong cáp chủ (GĐ7) thi công phần dầm chủ nhịp (GĐ6) trường hợp TH1(L1=75m) ứng tỷ lệ nhịp L1/L0 = 0,19 chân trụ tháp xuất momen âm Trong giai đoạn thi cơng kết cấu nhịp momen uốn thay đổi từ âm sang dương biến thiên theo hình parabol, bắt đầu thi cơng kết cấu dầm chủ nhịp biên giai đoạn hồn thiện momen giảm dần • Khi so sánh trường hợp nghiên cứu, giai đoạn vừa thi công xong cáp chủ (GĐ7), momen uốn tăng đến giá trị lớn xảy trường hợp TH4 (L1=150m) ứng với tỷ lệ nhịp L1/L0 = 0,38, trường hợp giá trị momen tăng khoảng 17%, đến TH6 (L1=200m) ứng với tỷ lệ nhịp L1/L0 = 0,5 momen uốn giảm xuống tăng khoảng 3% Khi bắt đầu thi cơng dầm chủ nhịp đến bắt đầu hoàn thiện dầm chủ nhịp biên (GĐ2 đến GĐ6) momen uốn tăng, tốc độ tăng nhanh giai đoạn thi cơng dầm chủ nhịp Cụ thể tăng tỷ lệ nhịp L1/L0 100 lên 2,6 lần (L1=75 ÷ 200m), momen uốn GĐ2 tăng khoảng 1,4 lần, GĐ3 GĐ4 tăng từ 17 ÷ 19 lần, GĐ5 tăng khoảng 30,3 lần, GĐ6 tăng khoảng 15,4 lần Khi thi cơng hồn thiện nhịp biên đến giai đoạn hồn thiện tồn cầu (GĐ1 GĐ0) momen uốn giảm từ 34 ÷ 73% Tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 lớn thì: momen uốn trụ tháp giai đoạn đầu (momen âm) chênh lệch momen uốn lớn xảy vừa thi công xong dầm chủ nhịp tăng nhanh Bảng 4.28 Momen uốn chân trụ tháp giai đoạn thi công Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 L1(m) 75 100 125 150 175 200 ĐỒ THỊ Giai đoạn thi công GĐ0 Giá trị momen uốn [kN.m] 285 189 139 110 91 Giai đoạn thi công 79 285 189 139 110 91 79 GĐ2 475 484 530 581 625 656 GĐ3 994 1955 4284 7935 12033 18641 GĐ4 1257 2714 5268 9140 14526 21641 GĐ5 683 2087 4575 8369 13685 20729 GĐ6 -1089 59 2197 5556 10330 16726 GĐ7 -4072 -4457 -4718 -4770 -4600 -4204 25000 20000 15000 10000 5000 -5000 -10000 Momen (kNm) GĐ1 L1=75m L1=150m L1=100m L1=175m L1=125m L1=200m 4.4.1.2 Nội lực Cáp chủ Kết lực căng cáp chủ đỉnh trụ tháp giai đoạn thi công ứng với trường hợp nghiên cứu trình bày bảng 4.29 Với kết nội lực bảng 4.29 nhận thấy tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 ÷ 0,50 lực căng cáp chủ vị trí đỉnh trụ tháp giai đoạn thi cơng có thay đổi sau : • Trong trường hợp nghiên cứu, lực căng cáp chủ tăng dần theo giai đoạn thi công Trong giai đoạn thi công dầm chủ nhịp (GĐ7 ÷ GĐ4) tốc độ tăng nhanh, sau tốc độ tăng giảm dần 101 • So sánh trường hợp nghiên cứu, lực căng cáp chủ giai đoạn thi cơng giảm Tuy nhiên, lực căng q trình thi cơng kết cấu nhịp phần nhịp biên từ mố neo (GĐ6 đến GĐ3) giảm nhiều so với giai đoạn khác Cụ thể giai đoạn này, lực căng giảm từ ÷ 20%, giai đoạn khác giảm từ ÷ 8% Tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 lớn lực căng cáp chủ giai đoạn thi công giảm Bảng 4.29 Lực căng cáp chủ đỉnh trụ tháp giai đoạn thi công Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 ĐỒ THỊ L1(m) 75 Giai đoạn thi công 100 125 150 175 200 Giá trị lực kéo dọc [kN.m] 16765 16081 15763 15604 15525 15493 GĐ1 16765 16081 15763 15604 15525 15493 GĐ2 16634 15952 15633 15472 15340 15365 GĐ3 16425 15602 14995 14467 14002 13396 GĐ4 16327 15446 14861 14313 13762 13135 GĐ5 14400 13625 13099 12624 12123 11870 GĐ6 8738 8273 7966 7662 7345 6982 GĐ7 2616 2514 2468 2442 2422 2403 GĐ0 Giai đoạn thi công Lực dọc (kN) 20000 15000 10000 5000 L1=75m L1=150m L1=100m L1=175m L1=125m L1=200m 102 4.4.2 PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG 4.4.2.1 Biến dạng Trụ tháp a) Độ ngửa trụ tháp Cầu treo dây võng thiết kế cho trụ tháp không xuất mômen uốn giai đoạn hoàn thiện gây thành phần lực theo phương ngang vị trí đỉnh trụ tháp Tuy nhiên, cáp chủ thi công với chiều dài với chiều dài nhịp giai đoạn hồn thiện lực ngang đỉnh trụ tháp khơng trạng thái cân bằng, xuất tượng trượt cáp chủ Để khắc phục tượng trên, đỉnh trụ tháp bị dịch chuyển hai phía nhịp biên để tạo thành phần lực ngang ngược chiều với lực ngang phát sinh q trình thi cơng kết cấu nhịp Khoảng dịch chuyển gọi độ ngửa trụ tháp Độ ngửa đỉnh trụ tháp vừa thi công xong cáp chủ (giai đoạn 7) trường hợp nghiên cứu thể biểu đồ hình 4.25 Độ ngửa trụ tháp (mm)l ĐỘ NGỬA TRỤ THÁP 200 194 194 190 187 185 180 174 170 170 160 75 100 125 150 175 200 Chiều dài nhịp biên (m) Hình 4.25 Bi ểu đồ độ ngửa trụ tháp Từ biểu đồ hình 4.25 nhận thấy, tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 ÷ 0,50 độ ngửa đỉnh trụ tháp vừa lắp đặt xong cáp chủ thay đổi theo đường parabol với giá trị lớn xảy trường hợp cầu có chiều dài nhịp biên L1= 125 ÷ 150m ứng với tỷ lệ nhịp L1/L0 = 0,31 ÷ 0,38 giá trị độ ngửa nhỏ xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp lớn (L1/L0 =0,5) nhỏ (L1/L0 =0,19) b) Chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp Trong giai đoạn thi công lắp đặt dây treo dầm chủ, chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp trường hợp nghiên cứu trình bày bảng 4.30 103 Bảng 4.30 Chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp giai đoạn thi công Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 L1(m) 75 100 125 150 175 200 0 ĐỒ THỊ Giai đoạn thi công 0 0 GĐ1 0 0 0 GĐ2 -8 -13 -17 -20 -23 -24 GĐ3 -31 -75 -175 -329 -500 -774 GĐ4 -42 -107 -216 -379 -603 -897 GĐ5 -17 -80 -184 -342 -560 -849 GĐ6 56 -84 -221 -414 -672 GĐ7 174 185 194 194 187 170 Giai đoạn thi công Giá trị chuyển vị (mm)l GĐ0 Giá trị chuyển vị [mm] 500 250 -250 -500 -750 -1000 L1=75m L1=150m L1=100m L1=175m L1=125m L1=200m Kết chuyển vị bảng 4.30 cho thấy tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 ÷ 0,50 chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp giai đoạn thi công thay đổi sau : • Chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp thay đổi từ độ ngửa ban đầu (xác định GĐ7) phía nhịp đạt giá trị cực đại lắp đặt xong toàn phần dầm chủ nhịp (GĐ4) Sau thi công phần dầm chủ nhịp biên, trụ tháp giảm dần chuyển vị vị trí thiết kế có giá trị khơng giai đoạn hồn thiện • Chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp tăng giai đoạn thi công, giá trị chuyển vị tăng nhanh q trình thi cơng nhịp phần nhịp biên từ mố neo (GĐ6 đến GĐ3) Ví dụ chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp GĐ5 tăng từ 4,7 ÷ 50 lần, GĐ4 tăng từ 2,5 ÷ 21,3 lần, GĐ3 tăng từ 2,5 ÷ 25 lần 4.4.2.2 Biến dạng Cáp chủ Nhằm đảm bảo cao độ cáp chủ giai đoạn hoàn thiện thiết kế (độ võng không) cần tiến hành điều chỉnh nội lực Do lắp đặt cáp chủ (giai đoạn 7) cần phải kéo căng để đưa cáp chủ cao vị trí thiết kế theo kết tính tốn 104 Độ võng cáp chủ vị trí nhịp giai đoạn thi cơng trường hợp nghiên cứu trình bày bảng 4.31 Bảng 4.31 Độ võng cáp chủ vị trí nhịp giai đoạn thi công Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 L1(m) 75 100 125 150 175 200 ĐỒ THỊ Giai đoạn thi công Độ võng cáp chủ [mm] GĐ0 0 0 0 GĐ1 1 1 1 Giai đoạn thi công -33 -53 -69 -83 -94 -102 GĐ3 -128 -315 -732 -1346 -2058 -3147 GĐ4 -175 -450 -902 -1569 -2471 -3628 GĐ5 -853 -1127 -1582 -2256 -3173 -4354 GĐ6 -1754 -2001 -2426 -3073 -3967 -5141 GĐ7 2304 2355 2393 2396 2360 2284 Đ ộ võng (mm) GĐ2 3000 1500 -1500 -3000 -4500 -6000 L1=75m L1=150m L1=100m L1=175m L1=125m L1=200m Từ bảng 4.31, tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 ÷ 0,50 độ võng cáp chủ giai đoạn thi cơng có thay đổi sau: • Khi lắp đặt giai đoạn 7, cáp chủ nâng cao vị trí thiết kế khoảng thay đổi khơng đáng kể trường hợp, sau chuyển vị cáp chủ thay đổi từ dương sang âm giảm dần vị trí thiết kế có giá trị khơng giai đoạn hồn thiện • Độ võng cáp chủ giai đoạn thi công tăng, tốc độ tăng nhanh giai đoạn hoàn thiện dầm chủ nhịp – GĐ4 (tăng từ 2,6 ÷ 20,7 lần) thi công phần đoạn dầm chủ nhịp biên từ mố neo – GĐ3 (tăng từ 2,5 ÷ 24,6 lần) Phạm vi thay đổi độ võng cáp chủ (phạm vi từ vị trí cao đến vị trí thấp nhất) tăng đáng kể (từ 1,07 ÷ 1,8 lần) Nói chung, để giảm chuyển vị ngang trụ tháp độ võng cáp chủ q trình thi cơng, đặc biệt giai đoạn thi cơng dầm chủ nhịp cần phải giảm tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 105 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Sau phân tích tính tốn cầu treo dây võng ba nhịp mặt phẳng dây, sơ đồ dây treo thẳng đứng có chiều dài nhịp L0=400m với trường hợp chiều dài nhịp biên L1 thay đổi từ 75 đến 200m ứng với tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 từ 0,19 đến 0,50 , kết nghiên cứu luận văn cho thấy tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 ảnh hưởng đến phân bố nội lực biến dạng phận kết cấu cầu (dầm chủ, trụ tháp cáp chủ) tính tốn với mơ hình biến dạng nhỏ mơ hình biến dạng lớn Cụ thể tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 lớn nội lực biến dạng phận kết cấu cầu treo dây võng có thay đổi sau : 5.1.1 Tính tốn với mơ hình Biến Dạng Nhỏ (giai đoạn hồn thiện) Ø Dầm chủ • Nội lực : - Momen: momen uốn nhịp biên, nhịp tăng tiến dần đến giá trị tác dụng tĩnh tải Khi tải trọng tập trung tác dụng nhịp biên (hoặc nhịp chính) momen uốn dầm chủ bất lợi, đặc biệt nhịp (hoặc nhịp biên) Momen uốn dầm chủ thay đổi theo đường cong tăng theo đường thẳng với giá trị có lợi xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 tác dụng hoạt tải HL93 - Lực cắt: lực cắt dầm chủ nhịp thay đổi khơng đáng kể, lực cắt nhịp biên tăng đạt dần đến giá trị lực cắt nhịp tác dụng tĩnh tải Lực cắt dầm chủ có lợi tải trọng tập trung đặt nhịp biên thay đổi theo đường cong tăng theo đường thẳng với giá trị có lợi xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 hoạt tải HL93 - Lực dọc trục: lực dọc dầm chủ tăng tác dụng tĩnh tải tải trọng tập trung đặt nhịp biên Khi tải trọng tập trung đặt nhịp chính, lực dọc nhịp biên có lợi trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,25 lực dọc nhịp tăng giảm tùy thuộc vị trí tải trọng Dưới tác dụng hoạt tải HL93, lực nén nhịp biên lực kéo nhịp thay đổi theo đường cong, lực kéo nhịp biên lực nén nhịp thay đổi theo đường cong tăng dần theo đường thẳng với giá trị có lợi xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 106 • Biến dạng : - Chuyển vị theo phương thẳng đứng Dz dầm chủ tăng, tỷ lệ giá trị chuyển vị nhịp biên nhịp giảm đáng kể chuyển vị nhịp biên nhỏ nhiều lần chuyển vị nhịp tác dụng tĩnh tải Khi tải trọng tập trung tác dụng nhịp biên (hoặc nhịp chính) chuyển vị dầm chủ bất lợi, đặc biệt nhịp (hoặc nhịp biên) Chuyển vị nhịp biên tăng chuyển vị nhịp thay đổi theo đường cong với giá trị nhỏ xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 hoạt tải HL93 - Chuyển vị theo phương dọc cầu Dx: tỷ lệ chuyển vị nhịp nhịp biên giảm đáng kể tĩnh tải Chuyển vị nhịp tăng tải trọng tập trung đặt nhịp biên, giá trị chuyển vị nhỏ thay đổi không đáng kể tải trọng tập trung đặt nhịp Dưới tác dụng hoạt tải HL93, chuyển vị nhịp biên tăng, nhịp chuyển vị dương tăng chuyển vị âm thay đổi theo đường cong với giá trị phạm vi chuyển vị (phạm vi chuyển vị từ thấp lên cao) có lợi trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 Ø Trụ tháp • Nội lực : - Momen: momen uốn trụ tháp tăng đến giá trị lớn xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,44 tác dụng tĩnh tải Dưới tác dụng tải tập trung, momen uốn trụ tháp bất lợi vị trí mặt cắt xa đỉnh trụ, đặc biệt chân trụ tháp Momen dương tăng nhanh tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 lớn 0,31 ,momen âm tăng nhanh vị trí mặt cắt xa đỉnh trụ hoạt tải HL93 Nói chung tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 lớn momen uốn trụ tháp bất lợi - Lực cắt: lực cắt trụ tháp tăng đến giá trị lớn xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,44 tác dụng tĩnh tải tăng bất lợi tải trọng tập trung Dưới tác dụng hoạt tải HL93, giá trị lực cắt tăng thay đổi theo đường hình sin với giá trị nhỏ xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 tùy theo vị trí mặt cắt xem xét trụ tháp - Lực dọc trục: lực nén dọc trụ tháp giảm tác dụng trường hợp tải trọng xem xét (ngoại trừ trường hợp tải trọng tập trung tác dụng nhịp biên) • Biến dạng : chuyển vị theo phương dọc cầu Dx trụ tháp bất lợi tác dụng trường hợp tải trọng xem xét 107 Ø Cáp chủ • Nội lực : lực dọc cáp chủ có lợi tác dụng tĩnh tải tải trọng tập trung tác dụng nhịp thay đổi theo đường cong lồi giảm theo đường thẳng với mức độ giảm không đáng kể hoạt tải HL93 Do lực dọc cáp chủ có lợi trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 ÷ 0,50 • Biến dạng : chuyển vị theo phương thẳng đứng cáp chủ phần nhịp biên bất lợi tác dụng trường hợp tải trọng xem xét Ở phần nhịp chính, tác dụng tĩnh tải chuyển vị cáp vị trí nhịp tăng độ tăng không lớn, xa vị trí nhịp giá trị chuyển vị thay đổi Khi chịu tác dụng tải trọng tập trung, chuyển vị âm phạm vi chuyển vị (phạm vi chuyển vị từ thấp lên cao) tăng, chuyển vị dương giảm Giá trị chuyển vị thay đổi theo đường cong với giá trị có lợi xảy trường hợp tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31 tác dụng hoạt tải HL93 5.1.2 Tính tốn với mơ hình Biến Dạng Lớn (giai đoạn thi cơng) Ø Trụ tháp • Nội lực: - Lực dọc trụ tháp giảm giai đoạn thi công, nhiên mức độ giảm nhiều tăng đến tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 = 0,31, tiếp tục tăng tỷ lệ chiều dài nhịp giá trị lực dọc giảm mức độ giảm không đáng kể - Momen uốn trụ tháp giai đoạn thi công đầu (momen âm) chênh lệch ít, momen uốn lớn xảy vừa thi công xong dầm chủ nhịp tăng nhanh • Biến dạng: độ ngửa đỉnh trụ tháp thay đổi theo đường parabol phạm vi nhỏ chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp q trình thi cơng tăng Ø Cáp chủ • Nội lực: lực căng cáp chủ giảm giai đoạn thi cơng • Biến dạng: độ võng phạm vi chuyển vị cáp chủ tăng giai đoạn thi công 108 5.2 KIẾN NGHỊ Qua kết nghiên cứu, luận văn kiến nghị số vấn đề thiết kế sơ cầu treo dây võng ba nhịp với sơ đồ hai mặt phẳng dây dây treo thẳng đứng tỷ lệ chiều dài nhịp biên L1 chiều dài nhịp L0 sau: ü Tỷ lệ chiều dài nhịp biên chiều dài nhịp nên chọn L1 = 0,31 ÷ 0,44 L0 ü Nếu muốn giảm tiết diện cáp chủ tăng ổn định uốn dọc trụ tháp nên tăng tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 cần xem xét tăng độ cứng dầm chủ trụ tháp nhằm đảm bảo khả chịu momen uốn lực cắt ü Nếu muốn giảm chuyển vị dầm chủ, trụ tháp cáp chủ nên xem xét giảm tỷ lệ chiều dài nhịp L1/L0 5.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP Ngoài kết nghiên cứu nêu trên, nhằm hoàn thiện nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực kết cấu cầu treo dây võng cần xem xét phát triển số hướng nghiên cứu sau : ü Xét phân bố nội lực đặc trưng hình học tiết diện đặc trưng vật liệu thay đổi ü Xét thêm số trường hợp tải trọng khác co ngót, từ biến, nhiệt độ, tải trọng gió, động đất tổ hợp tải trọng khai thác ü Xem xét kiểm toán tiết diện cấu kiện cầu treo dây võng để xác định tỷ lệ chiều dài nhịp tối ưu ü Nghiên cứu ảnh hưỏng tỷ lệ chiều dài nhịp đến dao động ổn định cầu treo dây võng ü Phân tích tính kinh tế lựa chọn tỷ lệ chiều dài nhịp 109 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ v Bài báo “Ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến phân bố nội lực cầu treo dây võng” Tác giả: TS Phùng Mạnh Tiến KS Đỗ Tiến Đạt, đăng Tạp Chí Cầu Đường tháng 03/2009 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 GS.TS Nguyễn Viết Trung, TS Hoàng Hà – Thiết kế Cầu treo dây võng Nhà xuất Xây dựng Bùi Khương – Lý thuyết tính tốn Hệ treo Cầu Treo Nhà xuất Giao Thông Vận Tải GS.TS Lều Thọ Trình – Cách tính hệ treo theo sơ đồ biến dạng Nhà xuất xây dựng Trần Phương Hùng - Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh – Phân tích tĩnh động cầu treo dầm cứng có khớp Luận văn thạc sĩ Ed Wai-Fah Chen and Lian Duan – Bridge Engineering Handbook TS Phùng Mạnh Tiến – Hướng dẫn phân tích, tính tốn cầu treo dây võng phần mềm Midas 6.7.1 Bài giảng chương trình cao học Lê Thị Bích Thủy, Phùng Mạnh Tiến, Nguyễn Trường Hồng, Nguyễn Văn Sỹ – Phân tích tần số dao động cầu treo dây võng theo mơ hình khác Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ Nguyễn Lan - Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Bài báo: Phân tích kết cấu cầu treo dây võng theo sơ đồ biến dạng tương tác đất 10 Ngô Đăng Quang, Nguyễn Đức Thanh – Mơ hình hóa phân tích cầu treo dây võng phần mềm MIDAS/Civil Tạp chí cầu đường Việt Nam 11 Th.S Bùi Hữu Hưởng – Sử dụng chương trình tính theo lý thuyết biến dạng lớn tính tốn cầu treo dây võng nhịp lớn Tạp chí cầu đường Việt Nam 12 MIDAS IT, MIDAS/Civil – Analysis Reference, 2005 13 Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Trọng Nghĩa – Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil (Tập 1), Nhà xuất xây dựng 2005 14 Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Cơng Độ, Nguyễn Việt Anh – Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil (Tập 2), Nhà xuất xây dựng 2007 15 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chương trình MIDAS/Civil phân tích kết cấu cầu: Lê Đắc Hiền, Bùi Văn Sáng, Trần Quang Thức, Đào Quang Huy - Lớp Tự động hoá thiết kế Cầu đường khoá 42 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Đắc Chỉnh, KS Nguyễn Trọng Nghĩa - Bộ mơn Tự động hố thiết kế Cầu đường 16 Advanced application – Completed State and Construction Stage - Analyses of a Suspention Bridge by MIDAS/Civil 17 Lê Đình Hồng – Phương pháp số nâng cao Bài giảng chương trình cao học 111 TĨM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC I TÓM TẮT - Họ tên: Đỗ Tiến Đạt - Phái: Nam - Sinh ngày : 24/11/1982 - Nơi sinh : Bình Dương II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Nhà riêng : Số 59/6 – Huỳnh Văn Lũy, khu phố 3, phường Phú Lợi, thị xã Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương Điện thoại: 0650-3822055 Di động: 0918.598.391 - Cơ quan : Cty Cổ Phần Xây Dựng Giao Thơng Bình Dương Đường Lê Thị Trung, khu phố 4, phường Phú Lợi, thị xã Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương III Q TRÌNH ĐÀO TẠO - Năm 2000 – 2005: Sinh viên trường Đại học Giao Thông Vận Tải - Cơ sở Chuyên ngành: Xây dựng Cầu Đường Bộ Hệ: Chính quy Tốt nghiệp đại học: năm 2005 - Năm 2006: Trúng tuyển cao học Khóa 2006 - Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM Chuyên ngành: Xây dựng Đường ôtô, Đường thành phố Mã số học viên : 00106007 IV Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ năm 2005 công tác Công ty Cổ Phần Xây Dựng Giao Thơng Bình Dương ... : NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TỶ LỆ CHIỀU DÀI NHỊP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu treo dây võng - Phân. .. theo chiều dài nhịp Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp biên chiều dài nhịp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng ba nhịp –... chiều dài nhịp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng” thực từ tháng 06/2008 đến 12/2008 với mục đích nghiên cứu phân tích ảnh hưởng tỷ lệ chiều dài nhịp đến nội lực biến dạng phận kết