Mặt tiếp xúc trong kết cấu cầu thi công bằng phương pháp lắp hẫng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc oOo - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: LÊ HỮU PHƯỚC NGÀY THÁNG NĂM SINH: 13-07-1977 CHUYÊN NGÀNH: CẦU ĐƯỜNG KHÓA: 13 (NĂM 2002 -2004) PHÁI : NAM NƠI SINH: BÀ RỊA MÃ SỐ: 2.15.10 I/-TÊN ĐỀ TÀI MẶT TIẾP XÚC TRONG KẾT CẤU CẦU THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮP HẪNG II/-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG 1.NHIỆM VỤ: Nghiên cứu tính chất biến dạng, ứng xử khả chịu tải mặt tiếp xúc phân đoạn kết cấu cầu thi công theo phương pháp lắp hẫng 2.NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan công nghệ thi công hẫng kết cấu cầu Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán cầu lắp hẫng Chương 3: Mặt tiếp xúc cầu lắp hẫng Chương 4: Ứng dụng tính toán Chương 5: Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2004 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 25/12/2004 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS VŨ XUÂN HÒA VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN : TS LÊ THỊ BÍCH THỦY VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN : TS PHÙNG MẠNH TIẾN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN TS VŨ XUÂN HÒA TS LÊ THỊ BÍCH THỦY TS PHÙNG MẠNH TIẾN Nội dung đề cương Luận án cao học thông qua Hội đồng chuyên ngành PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Ngày 14 tháng 12 năm 2004 CHỦ NHIỆM NGÀNH TS LÊ VĂN NAM Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa ĐẶT VẤN ĐỀ Bắt đầu từ thập kỷ 60 thời kỳ bùng nổ việc xây dựng cầu BTCT nhịp lớn Châu Âu Hoa Kỳ Do việc đổi vật liệu công nghệ nên kỷ lục vượt nhịp lớn cầu bê tông cốt thép ngày nâng cao Năm 1986 cầu Gateway Úc vượt nhịp 260m, năm 1998 cầu Raffsundet Na Uy có nhịp 298m đưa vào sử dụng Trong thời gian nhiều phương pháp thi công tiến hành tích lũy nhiều kinh nghiệm phương pháp thi công đúc hẫng cân bằng, thi công đúc hẫng có dây chằng, thi công đúc hẫng với đà giáo trượt, thi công đúc đẩy, thi công lắp hẫng Cùng với phát triển nhanh phương pháp thi công đổi vật liệu Từ việc sử dụng bê tông cốt thép thường chuyển sang bê tông cường độ cao thép dự ứng lực cường độ cao Có thể nói thập kỷ vừa qua nhiều yếu tố có tác động mạnh mẽ đến xây dựng cầu bê tông đại giới là: - Tin học tất lónh vực kết cấu công trình xây dựng phát triển mạnh; - Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích tính toán kết cấu; - Thiết kế theo trạng thái giới hạn với việc vận dụng lý thuyết dẻo để phân tích thiết kế kết cấu bê tông cốt thép việc sử dụng mô hình dàn để thiết kế chịu xoắn cắt cho dầm cao vùng mặt cắt thay đổi đột ngột - Sử dụng bê tông dự ứng lực (DUL) phần bao gồm kết cấu ứng suất cầu dây văng; - Vật tư thiết bị ứng suất trước ngày cải tiến có độ tin cậy cao - Sử dụng phụ gia siêu dẻo bê tông; - Khuynh hướng thiết kế coi trọng độ bền cầu tiết kiệm vật liệu Trong phát triển cầu bê tông Việt Nam có phần chậm trể Cho đến năm 1986, việc hoàn thành công nghệ chế tạo dầm 33m theo phương pháp căng trước căng sau, Việt Nam xây dựng cầu bê tông ứng Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa suất trước khung T nhịp đeo cầu: cầu Rào, cầu Niệm, cầu An Dương (Hải Phòng) Năm 1987, cầu Rào bị gẫy sập cánh T làm chững lại ý đồ xây dựng cầu bê tông cốt thép nhịp lớn Sau có kết luận cố cầu Rào, mạnh dạng xây dựng loạt cầu bê tông DUL có nhịp lớn với thay đổi số giải pháp cấu tạo công nghệ Trước tình hình phát triển kinh tế, xã hội đất nước nay, trình phát triển công nghiệp hóa đại hóa ngày phát triển mạnh mẽ, đặc biệt thành phố lớn Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hà Nội Sự phát triển kinh tế kéo theo phát triển nhiều lónh vực, có lónh vực Xây Dựng Cầu Đường Để đáp ứng nhu cầu phát triển đó, thực tế đòi hỏi phải có biện pháp thi công để đáp ứng nhu cầu tiến độ xây dựng Cầu dầm hộp BTCT dự ứng lực thi công thi phương pháp lắp hẫng vừa ứng dụng vào thi công số công trình Việt Nam đặc biệt khu vực Đông Nam Á phát triển công nghệ thiết kế thi công cầu năm vừa qua Kết cấu dạng vừa đáp ứng yêu cầu kinh tế, độ bền cao, thi công nhanh linh hoạt Với ưu điểm lớn (đặc biệt khả tập trung quản lý chất lượng, khí hóa cao thao tác liên tục, rút ngắn thời gian thi công đáng kể), cầu dầm hộp BTCT DUL đúc sẵn dạng kết cấu ưu tiên số cho dự án đường cao, cầu thành phố Như nói trên, nước ta trước áp dụng công nghệ lắp hẫng thi công số cầu Rào, cầu Niệm, cầu An Dương không thành công Sau thời gian sử dụng có cố đứt cáp làm sập cầu, nứt dầm phải sửa chữa gia cố lại… Một nguyên nhân gây cố chưa giải tốt vấn đề tiếp xúc mối nối, cáp dự ứng lực chưa bảo vệ tốt Ngày với dự phát triển công nghệ cáp DUL ngoài, công nghệ lắp hẫng dần lấy lại ưu Do vấn đề đặt nghiên cứu khắc phục nhược điểm mối nối đốt dầm, tận dụng ưu cáp DUL để đưa công nghệ tiên tiến áp dụng vào công trình xây dựng cầu đường Việt Nam TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong xu hội nhập với tốc độ phát triển đất nước, phương án thi công cầu lắp hẫng theo công nghệ áp dụng thành công Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa cho công trình cầu Kiền Hải Phòng Tuy vậy, công trình chuyển giao theo công nghệ nước tập đoàn Nhật Bản điều khiến nhà xây dựng Việt Nam có dịp nghiên cứu, tìm hiểu để tìm phương án kinh tế làm giảm giá thành xây dựng công trình, rút ngắn tiến độ xây dựng nhiều Có thực trạng nước ta tiêu chuẩn thiết kế, công nghệ thi công chưa có, thiếu đội ngũ cán công nhân lành nghề TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Thực tiễn thời gian gần cho thấy phương pháp thi công lắp hẫng áp dụng rộng rãi nước giới Hiện nay, phạm vi thành phố Hồ Chí Minh, việc chống kẹt xe, ùn tắc giao thông đòi hỏi phải xây dựng nhiều cầu vượt thành phố Điều đòi hỏi qúa trình thi công không làm gián đoạn giao thông, có phải thời gian cực ngắn Điều đảm bảo phương pháp thi công lắp hẫng Từ thất bại thời gian đầu năm 60, đòi hỏi phải nghiên cứu kỹ công nghệ cầu phân đoạn lắp hẫng để ứng dụng vào công trình thực tế góp phần nâng cao trình độ xây dựng cầu nước ta JK Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG HẪNG TRONG KẾT CẤU CẦU 1.1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG VÀ LẮP HẪNG Cầu lâu trở thành thứ thiếu sống Chính tính hữu dụng mà ngày người ta quan tâm đến việc thiết kế lắp đặt nào? Trong thời kỳ đổi công nghệ nay, giao thông vận tải đầu tư xây dựng hạ tầng nhiều nên có điều kiện để đổi công nghệ thi công, đặc biệt công nghệ thi công kết cấu nhịp cầu vït nhịp lớn thành phố Từ năm 1996 nay, yêu cầu nhiều công trình cần có độ thông thuyền lớn, yêu cầu thẩm mỹ cầu đô thị, có nhiều cầu dầm hộp xây dựng theo công nghệ đúc hẫng lắp hẫng Trong công nghệ đúc hẫng hay lắp hẫng, kết cấu nhịp phân thành đoạn để đúc chổ ván khuôn di động (gọi đúc hẫng) chế tạo sẵn (trong nhà máy hay bãi đúc) lắp ghép trường (gọi LẮP HẪNG) Phương pháp thi công đúc hẫng, lắp hẫng có nhiều ưu điểm ưu điểm bật không cần dàn giáo chống Dàn giáo treo (cần phương pháp đúc hẫng) có kích thước nhỏ so với kích thước kết cấu nhịp Phương pháp thi công đặc biệt thích hợp cho kết cấu nhịp có chiều dài nhịp khoảng từ 50m trở lên Nhờ ưu điểm mà dù áp dụng nước ta từ 1996 công nghệ thi công đúc hẫng áp dụng khoảng 27 cầu lớn nước Phương pháp thi công LẮP HẪNG, áp dụng rộng rãi giới nước ta chưa áp dụng nhiều Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa 1.2 SỰ KHÁC NHAU CẦU ĐÚC HẪNG VÀ LẮP HẪNG - Phương pháp thi công đúc hẫng: đốt dầm đổ bê tông chổ giàn giáo treo, sau bê tông đạt cường độ tiến hành căng cốt thép dự ứng lực di chuyển dàn giáo để thi công đốt Để thi công đúc hẫng phải có ván khuôn treo di động Sau làm xong đốt, ván khuôn di chuyển tiến lên xa dần khỏi trụ đến vị trí chuẩn bị đúc đốt Ván khuôn điều chỉnh cao độ độ nghiêng cho lắp dựng khung cốt thép thường ống rỗng chứa cáp chủ ván khuôn Công tác đổ bê tông làm thành đợt: đợt đầu đổ đáy dựng thành bên ván khuôn lắp cốt thép đổ bê tông tiếp cho hoàn chỉnh mặt cắt hộp Bê tông bảo dưỡng 2÷3 ngày cho đủ cường độ, sau luồn cáp dự ứng lực (DUL) vào ống đặt sẵn căng cáp neo đốt dầm lại Chu kỳ nói lặp lại nhiều lần kết thúc công tác đúc hẫng chuyển sang công tác hợp long • Ưu điểm: Các đốt đúc chổ dàn giáo di động có cốt thép chờ đảm bảo tốt tính toàn khối kết cấu, tuổi thọ công trình cao, xử lý mối nối đơn giản • Nhược điểm: Thời gian thi công chậm, bê tông dưỡng hộ trường nên khó đảm bảo điều kiện dưỡng hộ tốt, việc đúc bê tông cao phạm vi chật hẹp gây khó khăn việc đảm bảo chất lượng bê tông; thép cường độ cao căng bê tông non nên dễ gây cố, mát ứng suất từ biến co ngót lớn Đặc biệt xây dựng cầu vượt, cầu cạn thành phố ván khuôn đúc dầm nhiều làm ảnh hưởng đến thông khoảng đứng bên dưới; bê tông đổ chổ làm ảnh hưởng không tốt đến đường vượt bên không an toàn cho người qua lại, bê tông rơi vải gây ô nhiểm môi trường Toàn qúa trình đúc hẫng thực đà giáo treo di động nên đòi hỏi trình độ thi công cao Hình H.1-1 H.1-2 sau mô tả sơ đồ đúc hẫng cân giàn giáo treo di động Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa H.1-1: Giàn giáo treo di động đúc hẫng tiết diện dầm thay đổi H.1-2: Sơ đồ công nghệ thi công đúc hẫng cân - Phương pháp thi công lắp hẫng: Các đốt dầm chế tạo sẵn nhà máy bãi đúc sau vận chuyển đến vị trí lắp dựng Trên kết cấu nhịp phải đặt sẵn cần cẩu đặc biệt để cẩu đốt bên lắp ghép vào phần kết cấu xong trước Giữa đốt phải làm mối nối Có nhiều kiểu mối nối: mối nối keo dán, mối nối có hàn cốt thép chờ đổ bê tông bịt khe nối, mối nối khô , phổ biến mối nối keo dán Sau dán keo phải căng cáp chủ để liên kết đốt lắp vào kết cấu nhịp lắp trước • Ưu điểm: Bê tông đảm bảo chất lượng đổ nhà máy tạo điều kiện bảo dưỡng tốt nhất, thi công nhanh chờ thời gian bê tông đông cứng mà căng cốt thép lắp dựng Hiện tượng co ngót bê tông diễn nhiều thời gian dầm Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa bãi đúc, tượng từ biến giảm nhiều chịu lực bê tông đạt cường độ thiết kế Trong điều kiện thi công cầu vượt sông, cầu vượt đường, cầu cạn thành phố phương pháp lắp hẫng thuận lợi không làm cản trở giao thông bên dưới, gây ô nhiểm môi trường Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng Tuy nhiên phương pháp thi công lắp hẫng có nhiều ưu điểm vượt trội để triển khai áp dụng phương pháp vào thực tế xây dựng phải giải nhiều vấn đề kỹ thuật phải chế tạo lắp ghép đốt cho lắp ghép khối khớp vào phải đảm bảo bình đồ trắc dọc cầu thiết kế Các hình sau thể vận chuyển cẩu lấp đốt dầm H.1-3: Vận chuyển đốt dầm xà lan đến công trường H.1-4: Lắp đặt đốt dầm cần cẩu Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa H.1-5: Lắp đặt kết cấu nhịp sử dụng mộng keo dán Cây cầu theo phương pháp đúc hẫng cầu Choisy-le-Roy bắt qua sông Seine xây dựng Pháp năm 1962 gồm nhịp liên tục 37.5m +55m + 37.5m Sau loạt cầu tương tự xây dựng như: - Cầu Pierre-Bénite qua sông Rhome; - Cầu Boulevard Peripherique qua sông Seine; - Cầu Blois qua sông Loire; - Cầu cạn nối đảo Oleron lục địa Công nghệ lắp hẫng phát triển mạnh Liên Xô trước Trong năm gần đây, giới nhiều cầu bê tông DUL theo phương pháp lắp hẫng phân đoạn xây dựng ngày nhiều Đây phương pháp phát triển rộng rãi giới: - Cầu cạn Chillon Brazil có tổng chiều dài 8km; - Cầu Saint-Cloud qua sông Seine có tổng chiều dài 1100m; - Cầu Saint-André-de-Cubzac qua sông Dordogne dài 1200m với nhịp 97m; - Ở Bangkok, Thái Lan xây dựng loạt cầu phục vụ cho xe ô tô tàu điện với kết cấu dầm hộp DUL dự án Hopewell (SRT-CT BERTS) có chiều dài 60km với tàu điện xe giới, dự án đường cao tốc Bang Na dài 54km với xe giới, giai đoạn C+ với chiều dài gần 30km với xe Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang Luận văn Thạc sỹ - GVHD: TS Vũ Xuân Hòa Cầu Sunshine Skyway Florida H.1-6: Cầu Sunshine Skyway (Florida): phần dầm hộp lắp hẫng Tuy nhiên, thành công rực rỡ, có tai nạn xảy cho kết cấu lắp hẫng làm người phải quan tâm đến kết cấu đúc sẵn Ví dụ tai nạn xảy năm 1998 Nam Phi năm 1996 đảo Guam Trường hợp Nam Phi, dầm hộp với cáp DUL thẳng đã đổ sập lắp dựng Tai nạn làm 14 người chết bao gồm người thiết kế 13 người khác bị thương Trường hợp Đảo Guam, nhánh côngxon cầu có nhịp dài 241m với cáp DUL căng sau đổ sập gây nên tai nạn thảm khốc Hình H.1-7 cho thấy cố gẩy dầm cầu lắp hẫng H.1-7: Sự đổ sập cầu Injaka Nam Phi (1998) Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 10 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa không đối xứng gây mômen xoắn khoá chống cắt có tác dụng hữu ích nên cần đưa vào mô hình tính toán 3.4 CHỨNG MINH TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 3.4.1 SO SÁNH KẾT QỦA THÍ NGHIỆM VỚI MÔ HÌNH TÍNH TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH Nhiều nghiên cứu tính toán thí nghiệm thực Tiến hành thí nghiệm với mẫu có nhiều khóa chống cắt Nghiên cứu bao gồm mối nối khô mối nối có dùng keo dán epoxy Tất yếu tố liên quan kích thước khóa chống cắt, đặc trưng phi tuyến vật liệu, tương tác bề mặt lồi lõm (dính bám, trượt, ma sát) đưa vào xem xét mô hình Phá hoại cắt Mối nối H.3-9: Mẫu thí nghiệm khả chịu tải mối nối có khóa chống cắt Phương pháp thí nghiệm sau: mẫu thử ép lại sau gia tải với tải trọng thẳng đứng phá hoại Đường cong tải trọng - biến dạng theo kết qủa thí nghiệm kết qủa tính toán Sự ứng xử phức tạp bê tông khu vực gần tải trọng phá hoại không đưa vào mô hình không ảnh hưởng tới khả chịu tải mối nối H.3-10: Kết qủa tính toán kết qủa thí nghiệm cho Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 51 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa mối nối khô mối nối có khóa chống cắt Kết qủa thí nghiệm kết qủa tính toán cho thấy giá trị giống Thí nghiệm mối nối khô cho thấy có xuất trượt giai đoạn thí nghiệm mẫu thí nghiệm nối không thật khớp Điều không xét đến mô hình tính toán 3.4.2 PHÂN TÍCH MỐI NỐI BẰNG PTHH Trên sở mô hình tính toán chứng minh trên, tính toán theo mô hình PTHH thực với mối nối có nhiều khóa chống cắt với đặc trưng hình học tính chất vật liệu khác Quan sát đường cong quan hệ tải trọng – độ võng mẫu thí nghiệm với số lượng khóa chống cắt khác lực nén không đổi Có thể thấy khả chịu tải mối nối tỷ lệ tuyến tính với số lượng khóa chống cắt H.3-11: Khả chịu tải mối nối có nhiều khóa chống cắt Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 52 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa H.3-12: So sánh kết qủa tính toán theo mô hình khác Khả chịu tải của mối nối có khóa chống cắt vẽ tương ứng với ứng suất tiếp – ứng suất nén ứng suất nén thay đổi theo công thức tính toán cho mối nối khô AASHTO công thức tính theo quan điểm lực cắt lực cắt chịu ma sát vùng nén tiêu chuẩn Đức DBV Trái ngược với công thức DVB, AASHTO đánh giá qúa cao khả chịu cắt ứng suất nén lớn 3.5 KẾT LUẬN Dầm hộp đúc sẵn, thi công nhịp sử dụng mối nối khô có ưu điểm đặt biệt sản xuất dây chuyền số lượng lớn cấu kiện sản xuất lập lại nhiều lần Phương pháp có tiến độ thi công nhanh phương pháp khác Ngoài đảm bảo tạo sản phẩm chất lượng cao Qua nội dung phân tích nghiên cứu trên, có vài nhận xét kiến nghị sau: - Đối với công trình cầu khoá chống cắt cần đưa vào mô hình tính cầu có khả chịu tải lệch tâm gây mômen xoắn Tính toán với mối nối phẳng không đáp ứng kết cấu chịu xoắn - Thiết kế thi công mối nối có ảnh hưởng lớn đến an toàn cầu lắp ghép phân đoạn; - Theo AASHTO đánh giá cao khả chịu cắt ứng suất nén lớn; - Trọng lượng độ dài đốt đúc sẵn định có xét đến phương pháp thi công ứng suất đốt; - Bề mặt mối nối đốt đúc sẵn theo việc thiết lập thẳng đứng đường trục cấu kiện dầm; - Không có khác mô hình tính toán cho cầu toàn khối, cầu lấp hẫng có mối nối phẳng mối nối có khóa chống cắt Ứng suất tiếp (vùng kéo) giảm dần, xuất khác mối nối phẳng mối nối có khóa chống cắt Những mối nối phẳng truyền lực cắt chúng chịu nén mối nối có Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 53 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa khóa chống cắt truyền lực đạt đến mở rộng định Những khác lớn thấy hai sườn dầm Mối nối phẳng đạt đến điều kiện giới hạn limQz = 0.7σn sau mối nối mở rộng, lực cắt khóa chống cắt tăng; - Kết qủa nhấn mạnh khóa chống cắt có ảnh hưỡng quan trọng đến cầu lắp hẫng tải trọng xoắn Tính toán với mối nối phẳng không đáp ứng cầu chịu xoắn - Phải thiết kế để không sinh ứng suất kéo trạng thái giới hạn sử dụng thi công căng Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 54 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN MỐI NỐI GIỮA HAI ĐỐT DẦM LẮP HẪNG 4.1 CHƯƠNG TRÌNH ANSYS VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN 4.1.1 CHƯƠNG TRÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN ANSYS Phương pháp PTHH (FEM – Finite Element Method) phương pháp số ngày sử dụng rộng rãi với trợ giúp máy tính, để giải toán có dạng hệ phương trình vi phân Với chương trình FEM, ứng xử đối tượng kỹ thuật mô được, từ toán làm việc cấu trúc vật rắn toán lan truyền nhiệt, âm môi trường khác Cho đến có nhiều chương trình PTHH ứng dụng thực tế tính toán kết cấu tónh động RDM (Pháp), SAP 2000 Nonlinear (Đức), SAMCEF (Bỉ), ANSYS (Mỹ)… ANSYS chương trình lớn mạnh Trong luận văn giới phần mềm PTHH ANSYS ứng dụng để tính toán kết cấu công trình ANSYS với phiên lập từ năm 1970 nhóm tác giả nghiên cứu Dr John Swanson, hệ thống tính toán Swanson Hợp Chủng Quốc Hoa Kỳ ANSYS giải toán ứng suất tuyến tính, kết cấu phi tuyến hình học, phân tích bàai toán động với phương pháp Modal, phổ điều hòa, dao động ngẫu nhiên, giải toán uốn tuyến tính phi tuyến, toán nhiệt ổn định, truyền nhiệt, đối lưu, xạ nhiệt nhiều dạng toán khác ngành kỹ thuật mà ANSYS thực Ngoài ANSYS có khả liên kết với số phần mềm khác Pro/Eng, Flotran, … ANSYS có khả đồ họa mạnh giúp mô hình hóa kết cấu nhanh xác ANSYS có thư viện phần tử lớn gồm 130 kiểu phần tử khác có bậc từ thấp đến cao mô cấu trúc làm việc kết cấu cách trung thực Đây ưu điểm nỗi bậc chương trình ANSYS so với chương trình PTHH khác lựa chọn kiểu phần tử thích hợp cho mô hình toán Ngoài ANSYS sử dụng Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 55 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa ngôn ngữ lập trình, người sử dụng mở rộng chức phần mềm cách lập bổ sung số lệnh cần thiết mà chương trình chưa có Phạm vi ứng dụng chương trình ANSYS luận văn mô phần tử tiếp xúc làm việc trạng thái ứng suất phẳng, khảo sát độ võng, ứng suất Như biết, chương trình PTHH trước công bố sử dụng rộng rãi vấn đề trước tiên nhà thiết kế chương trình cần làm kết qủa tính toán chương trình phải kiểm chứng thực nghiệm sai số cho phép PTHH với kết qủa thực nghiệm nhỏ 10% Do hoàn toàn tin tưởng sử dụng chương trình để tính toán 4.1.2 ỨNG SỤNG CHƯƠNG TRÌNH ANSYS ĐỂ TÍNH KẾT CẤU Kiểu phần tử chọn để mô làm việc dầm toán ứng suất phẳng đồ án loại phần tử sau: - Phần tử PLANE42: kiểu phần tử bậc thấp dùng để mô tả kết cấu chiều Phần tử xác định nút bậc tự cho nút: chuyển vị theo phương x phương y Hình 4-1 biểu diễn phần tử PLANE42 chương trình ANSYS H.4-1: Phần tử PLANE42 – nút, bậc tự Vì phần tử plane kiểu phần tử bậc thấp nên trường chuyển vị đa thức tuyến tính bậc song tuyến tính đó, biến dạng không thay đổi phạm vi phần tử Để có trường biến dạng tuyến tính hay bậc cao mô tả trạng thái biến dạng phần tử Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 56 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa trường chuyển vị phải xấp xỉ đa thức bặc hay cao Phần xin giới thiệu loại phần tử bậc cao hơn: phần tử nút–24 bậc tự - Phần tử SOLID45: loại phần tử chiều có nút, nút có bậc tự Hình 4.2 mô tả đặc trưng phần tử SOLID45 H.4-2: Phần tử SOLID45-8 nút, 24 bậc tự - Phần tử tiếp CONTAC52 - point to point: loại phần tử chiều có nút, nút có bậc tự Hình 4.3 mô tả đặc trưng phần tử CONTAC52 H.4-3: Phần tử tiếp xúc CONTAC52, nút, bậc tự Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 57 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa 4.2 TÍNH TOÁN VÍ DỤ CỤ THỂ 4.2.1 CẤU TẠO CHUNG Trên sở nghiên cứu lý thuyết trình bày chương 3, tiến hành tính toán ví dụ cụ thể Ở không đủ phương tiện để mô tả đầy đủ, xin chọn tính toán mối nối dầm có đặc trưng riêng để đưa kết qủa so sánh Với mục đích toán xác định ứng sử mối nối nên không quan tâm đến cách chọn kích thước tính số lượng cáp kiểm tra khác Các dự ứng lực qui đổi thành lực tập trung Tải trọng phân bố toàn chiều dài dầm Gia tải tăng dần tải phân bố q Các đặc trưng sau bê tông cáp DUL sau: Vật liệu Giá trị (KN/cm2) Đặc trưng Mô đun đàn hồi 3800 Bê tông Cường độ nén 5.5 M500 Hệ số poisson 0.2 Lực tập trung P nút 195 Sơ đồ tính toán sau: Đ ie åm q u a n s a ùt ñ o ä m ô û ro än g m o n o Ñ ie åm q u a n s a ùt ñ o ä v o õn g 3000 1000 800 600 3000 2000 2000 2000 H.4-3: Sơ đồ tính toán mối nối Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 58 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa Trong đồ án giải dạng toán sau: - Bài toán 1: Mối nối phẳng dán keo; - Bài toán 2: Mối nối phẳng không dán keo; 4.2.2 BÀI TOÁN 1: MỐI NỐI PHẲNG CÓ DÁN KEO Vì dầm có mối nối dán keo (cường độ keo dán tương đương cường độ dầm) nên xem đốt dầm liền Phần tử đàn hồi tuyến tính dọc trục Kết qủa tính toán độ võng theo mức tải trọng khác cho bảng phụ lục tính toán 4.2.3 BÀI TOÁN 2: MỐI NỐI PHẲNG KHÔNG DÁN KEO Mối nối không dán keo liên kết chúng tiếp xúc có khả trượt lên Các phần tử dầm mô tả phần tử khối Solid45, mối nối mô tả phần tử mặt tiếp xúc Giải với toán với trường hợp với hệ số ma sát Mu 0.5; 0.8; 1.0 Kết qủa tính toán cho trường hợp tải trọng sau: Độ võng (mm) Giá trị tải trọng (N/cm2) 3.5 3.7 3.72 Bài toán 0.0943 0.778 1.462 1.804 1.941 2.105 Bài toán 2, MU=0.5 3.743 11.887 34.098 71.12 121.34 128.78 Bài toán 2, MU=0.8 3.743 11.81 31.465 68.276 100.02 109.59 Bài toán 2, MU=1.0 3.743 11.813 31.362 66.327 99.21 102.01 Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 59 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa mm 140 120 Series1 100 Series2 80 Series3 60 Series4 40 Series5 20 N/cm2 H.5-4: Biểu đồ quan hệ độ võng – tải trọng 4.3 NHẬN XÉT - Khả chịu tải dầm phụ thuộc nhiều vào đặc tính mối nối - Khi dầm chịu tải qúa giới hạn mối nối mở không khả truyền lực nén qua mối nối - Khi lực cắt vị mối nối vượt qua lực cắt giới hạn xảy trường hợp biến dạng trượt Bài toán không hội tụ - Khi thay đổi hệ số ma sát bê tông khả chịu tải dầm có tăng lên Điều tương tự bề mặt mối nối có cấu tạo khóa chống cắt làm tăng độ nhám bề mặt - Dự ứng lực đưa vào mô hình tính dạng lực tập trung nên chưa xét đến tính chất phi tuyến cáp; xét giai đoạn đàn hồi, chưa xét đến giai đoạn đàn - dẻo Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 60 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN - Đối với mối nối có dùng keo epoxy sử dụng phương pháp bình thường để nghiên cứu tính toán (phần tử đàn hồi tuyến tính dọc trục); - Đối với mối nối phẳng khô sử dụng phần tử mặt tiếp xúc để mô tả; - Đối với mối nối khô có khóa chống cắt cần phải đưa khóa chống cắt vào mô hình tính toán cầu luôn có khả chịu tải lệch tâm gây mômen xoắn Nếu tính toán với mối nối phẳng không đáp ứng kết cấu chịu xoắn; - Khi lực nén dọc đủ lớn làm cho kết cấu tác dụng ứng suất nén hoàn toàn kết cấu có mối nối khô ứng xử đàn hồi tuyến tính kết cấu toàn khối Quan hệ độ võng tải trọng quan hệ tiyến tính Khi tải trọng gia tăng lên làm cho mô men uốn tiếp tục tăng xuất ứng suất kéo, mối nối bắt đầu mở làm cho độ cứng toàn giảm độ võng tăng phi tuyến Nếu tăng tải từ từ với lượng tải tăng thêm nhỏ, mối nối vị trí có ứng suất kéo mở chịu nén Độ võng tăng tỷ lệ tương ứng với tải tác dụng lúc phá hủy cánh tay đòn lực gần không đổi Sự phá hủy thường xuất cáp DUL bắt đầu chảy trục trung hòa chuyển vào chịu nén gây phá hủy bê tông ứng suất nén vượt qúa giới hạn cho phép - Kết qủa ngiên cứu nhóm tác giả Takebayashi, T Deeprasertwong, K., Leung dầm hộp có khóa chống cắt, quan sát ứng suất tiếp hộp dầm nhận thấy lực cắt chủ yếu truyền khu vực chịu nén, có vài khóa chống cắt lực ngang mối nối mở - Nếu kết cấu chịu uốn tuý khóa chống cắt bỏ qua, kết cấu có chịu uốn xoắn nên đưa khóa chống cắt vào mô hình tính toán Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 61 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa - Qua kết qủa thí nghiệm thực tế cho mẫu nhỏ với có số lượng khóa chống cắt thay đổi dần nhận thấy khả chịu tải mối nối tỷ lệ tuyến tính với số lượng khóa chống cắt Điều cho thấy khóa chống cắt có ảnh hưởng quan trọng đến cầu lắp chịu tải trọng xoắn - Kết qủa tính toán tương đối phù hợp với kết qủa nghiên cứu thí nghiệm mẫu thật thực - Theo AASHTO qui trình 22TCN 272-01 đánh giá cao khả chịu cắt ứng suất nén lớn kể đến đầy đủ sức chịu cắt khóa bề mặt nhẵn Trong qui trình tính toán Đức đưa vào tính toán kiểm tra phần diện tích chịu nén - Khi thiết phải ý không để sinh ứng suất kéo 5.2 KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI Do phức tạp mô hình tính toán, đồ án đưa sở lý thuyết để tính toán cho mối nối phần ứng dụng tính toán chưa xét đầy đủ yếu tố ảnh hưởng như lý thuyết nêu Để nghiên cứu đầy đủ hoàn ứng xử mối nối cần phải đưa vào mô hình tính toán tất yếu tố ảnh ưởng đến khả chịu tải kết cầu như: tượng trượt ụ neo, vị trí bố trí ụ chuyển hướng cáp, vấn đề mỏi cáp (chiều dài tự do), ứng xử cáp trạng thái cực hạn (có xét đến tính chất phi tuyến cáp DUL), số lượng vị trí bố trí khóa chống cắt Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 62 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa MỤC LỤC CHƯƠNG 1: 5TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG HẪNG TRONG KẾT CẤU CẦU 1.1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG VÀ LẮP HẪNG 1.2 SỰ KHÁC NHAU CẦU ĐÚC HẪNG VÀ LẮP HẪNG .6 1.3 ỨNG DỤNG LẮP HẪNG TRONG CẦU PHÂN ĐOẠN ĐÚC SẴN .11 1.4 TÌNH HÌNH ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG VÀ LẮP HẪNG Ở VIỆT NAM 13 1.4.1 ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG .13 1.4.2 AÙP DỤNG CÔNG NGHỆ LẮP HẪNG 13 1.5 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC ĐỐT DẦM 14 1.5.1 TOÅNG QUAN 14 1.5.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO 15 1.6 VẬN CHUYỂN CÁC ĐỐT DẦM .17 1.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐỐT DAÀM .19 1.7.1 PHƯƠNG PHÁP DÙNG CẦN CẨU 19 1.7.2 PHƯƠNG PHÁP LẮP TRÊN DÀN GIÁO CỐ ĐỊNH 20 1.8 NHẬN XÉT 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU LẮP HẪNG 22 2.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN CỦA CẦU LẮP HẪNG 22 2.1.1 THIẾT BỊ NEO 22 2.1.2 ỐNG BẢO VỆ CÁP 22 2.1.3 CHẤT BẢO VỆ CÁP CHỐNG RỈ 22 2.1.4 BỘ PHẬN CHUYỂN HƯỚNG 22 2.1.5 ẢNH HƯỞNG CỦA MỐI NOÁI .23 2.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ CẦU LẮP HẪNG DUL NGOAØI 24 2.2.1 NHỮNG YÊU CẦU CHUNG .25 2.2.2 ỨNG XỬ Ở TRẠNG THÁI BỀN 25 2.2.3 VẤN ĐỀ MỎI CỦA CÁP DUL 26 2.2.4 ỨNG XỬ Ở TRẠNG THÁI CỰC HẠN .26 2.2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯT CÁP TRÊN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 29 2.2.6 ẢNH HƯỞNG CỦA Ụ CHUYỂN HƯỚNG ĐẾN ỨNG XỬ CỦA TRẠNG THÁI CỰC HẠN 30 2.3 PHÂN TÍCH BẰNG PHƯƠNG PHAÙP PTHH 30 2.3.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 31 2.3.2 CÁC MÔ HÌNH CƠ BẢN .31 Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 37 Luận văn Thạc sỹ GVHD: TS Vũ Xuân Hòa 2.3.3 MÔ HÌNH CƠ BẢN CHO CÁP 32 2.3.4 MÔ HÌNH HOÁ KẾT CẤU 32 2.4 CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MỐI NỐI 34 2.4.1 CÁC DẠNG MỐI NỐI 34 2.4.2 BỐ TRÍ MỐI NỐI VÀ MỘNG GHÉP 35 2.4.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MỐI NỐI 35 2.4.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MỐI NỐI 36 2.5 NHẬN XÉT 40 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MẶT TIẾP XÚC TRONG CẦU LẮP HẪNG 41 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .41 3.2 ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN CẦU LẮP HẪNG 42 3.2.1 ĐỐI VỚI KẾT CẤU NHỊP ÑÔN 42 3.2.2 ĐỐI VỚI KẾT CẤU NHỊP LIÊN TỤC 42 3.2.3 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG CỦA KẾT CẤU NHỊP 43 3.2.4 THIẾT KẾ THEO PHƯƠNG DỌC CẦU .44 3.3 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CÁC DẠNG MỐI NỐI 46 3.4 CHỨNG MINH TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 51 3.4.1 SO SÁNH KẾT QỦA THÍ NGHIỆM VỚI MÔ HÌNH TÍNH TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 51 3.4.2 PHÂN TÍCH MỐI NỐI BẰNG PTHH 52 3.5 KẾT LUẬN 53 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN MỐI NỐI GIỮA HAI ĐỐT DẦM LẮP HẪNG 55 4.1 CHƯƠNG TRÌNH ANSYS VÀ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN .55 4.1.1 CHƯƠNG TRÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN ANSYS .55 4.1.2 ỨNG SỤNG CHƯƠNG TRÌNH ANSYS ĐỂ TÍNH KẾT CẤU 56 4.2 TÍNH TOÁN VÍ DỤ CỤ THỂ 58 4.2.1 CẤU TẠO CHUNG .58 4.2.2 BÀI TOÁN 1: MỐI NỐI PHẲNG CÓ DÁN KEO .59 4.2.3 BÀI TOÁN 2: MỐI NỐI PHẲNG KHÔNG DÁN KEO 59 4.3 NHẬN XÉT 60 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 5.1 KẾT LUẬN 61 5.2 KIEÁN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI .62 Thực hiện: Lê Hữu Phước Trang 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chu Quốc Thắng, Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học kỹ thuật [2] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long, Cầu Bê Tông Cốt Thép, Tập 1+2, Nhà Xuất Bản Giao Thông Vận Tải [3] Nguyễn Viết Trung, Phạm Huy Chính, Các Công Nghệ Thi Công Cầu, Nhà Xuất Bản Xây Dựng [5] Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn Định Giang, Giải Bài Toán Cơ Kỹ Thuật Bằng Chương Trình Ansys, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật [6] Jacques Mathivat, The Cantilever Construction of Prestressed Concrete Bridges [7] Precast Segmental Box Girder Bridge Manual, Post-tensioning Institute and Prestressed Concrete Institute [8] Yeong-Bin Yang and Shyh-Ronf Kuo, Nonlinear Frame Structure Klaus-Jurgen Bathe, Prentice Hall [9] Edward G.Nawy, Prestressed Concrete, A Fundamental Approach [10] Sance Du Matin, La Precontrainte partielle: Pourquoi? Comment? [11] N.I Polivanov, Thieát Keá Cầu Bê Tông Cốt Thép Và Cầu Thép Trên Đường Ô Tô, 1979, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật ... dụng Trong thời gian nhiều phương pháp thi công tiến hành tích lũy nhiều kinh nghiệm phương pháp thi công đúc hẫng cân bằng, thi công đúc hẫng có dây chằng, thi công đúc hẫng với đà giáo trượt, thi. .. chuẩn thi? ??t kế, công nghệ thi công chưa có, thi? ??u đội ngũ cán công nhân lành nghề Cầu phân đoạn đúc sẵn cầu liên tục thi công lắp hẫng mà có cầu có nhịp giản đơn thi công theo phương pháp lắp ghép... yêu cầu nhiều công trình cần có độ thông thuyền lớn, yêu cầu thẩm mỹ cầu đô thị, có nhiều cầu dầm hộp xây dựng theo công nghệ đúc hẫng lắp hẫng Trong công nghệ đúc hẫng hay lắp hẫng, kết cấu