Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ giữa chiều dài nhịp và chiều cao đường tên vòm đến nội lực trong cầu vòm ống thép nhồi bê tông

ðại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ HUY NHẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ GIỮA CHIỀU DÀI NHỊP VÀ CHIỀU CAO ðƯỜNG TÊN VÒM ðẾN NỘI LỰC TRONG CẦU VỊM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG Chun ngành : Xây dựng cầu, hầm LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS PHẠM QUANG NHẬT Cán chấm nhận xét : TS LÊ BÁ KHÁNH Cán chấm nhận xét : TS ĐẶNG ĐĂNG TÙNG Luận văn thạc só bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc só gồm: Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : LÊ HUY NHẬT Phái: Nam Ngày tháng năm sinh : 20 – 09 -1984 Nơi sinh : Quảng Ngãi Chuyên ngành : Xây dựng cầu, hầm Mã số ngành : 60.58.25 Khóa: K2008 Mã số học viên : 03808511 I TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ GIỮA CHIỀU DÀI NHỊP VÀ VÀ CHIỀU CAO ĐƯỜNG TÊN VÒM ĐẾN NỘI LỰC TRONG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ chiều dài nhịp chiều cao đường tên vòm đến nội lực cầu vòm ống thép nhồi bê tông Thông qua việc tổng hợp phân tích kết nghiên cứu đưa kết luận kiến nghị việc sử dụng tỉ lệ hợp lí chiều dài nhịp chiều cao đường tên vòm cầu vòm ống thép nhồi bê tông, tức ứng với chiều dài nhịp có sẵn kiến nghị dùng chiều cao vòm thích hợp để nội lực cầu tối ưu III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06 – 07 - 2010 IV NGÀY HOÀN THÀNH: 06 – 12 - 2010 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM QUANG NHẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Cầu vịm ống thép nhồi bê tơng có số đột phá giải pháp kỹ thuật, cơng nghệ chế tạo, thi cơng, có khả vượt nhịp vừa, kiểu dáng kiến trúc mảnh, nhẹ nhàn ðối với Việt Nam, loại kết cấu ñược ứng dụng số nơi Việc nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, tính tốn kết cấu thi cơng loại cầu vịm để bước tiếp cận, làm chủ thiết kế thi công loại cầu thiết thực, phù hợp với phương hướng phát triển đất nước cơng hịa nhập với giới Qua q trình làm luận văn, em tìm hiểu nhiều điều bổ ích kết cấu cầu vịm ống thép nhồi bê tơng, loại kết cấu mà tương lai phát triển Việt Nam Nhân dịp hoàn thành luận văn, em xin gửi lời cảm ơn ñến thầy khoa Cơng Trình đặc biệt thầy T.S Phạm Quang Nhật tận tình hướng dẫn em suốt thời gian làm luận văn Kính gửi đến thầy cô lời chúc sức khỏe thành công Tp Hồ Chí Minh, ngày 06/12/2010 Học Viên Lê Huy Nhật TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Mục đích luận văn tìm cách thiết kế tối ưu cho cầu vòm ống thép nhồi bê tông Thông qua nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ chiều dài nhịp chiều cao đường tên vòm đến nội lực cầu vòm ống thép nhồi bê tông để tìm tỉ lệ hợp lí chiều dài nhịp chiều cao đường tim vòm cho nội lực cầu tối ưu để nhà thiết kế lấy làm số liệu tham khảo trình thiết kế SUMMARY OF MASTER THESIS The objective of this thesis is to find the most useful design of concrete filled steel tube arch bridge We are based on studying the effect of ratio between the lenghth of span and the heigth of arch to force to find a reasonable ratio between the lenghth of span and the heigth of arch so that the force is the most useful and it will be referred by designer when designing -1- MỤC LỤC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 1.1 Đặc điểm kết cấu ống thép nhồi bê tông 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các ưu điểm kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFST) 1.2 Cơ Cơ chế chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông 1.2.1 Cơ chế truyền lực bê tông vỏ thép 1.2.2 Cột ống thép nhồi bê tông chịu tải trọng dọc trục CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 12 2.1 Giới thiệ thiệu chung 12 2.1.1 Phân loại cầu vòm dựa vào liên kết vòm – mố (trụ) 12 2.1.2 Phân loại cầu vòm dựa vào sơ đồ tónh học 14 2.1.3 Phân loại cầu vòm dựa vào độ cứng dầm vòm 14 2.1.4 Phân loại theo kiểu dáng cầu vòm ống thép nhồi bê tông 15 2.2 Đặc điểm cấu tạo cầu vòm ống thép nhồi bê tông g 16 2.2.1 Nghiên cứu vật liệu ống thép nhồi bê tông 16 2.2.2 Cấu tạo chi tiết cầu vòm ống thép nhồi bê tông 17 2.3 Một số công trình cầu vòm ống thép nhồi bê tông giới Việt Nam .20 2.3.1 Trên giới 20 2.3.2 Ở Việt Nam 22 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 24 3.1 Tính nội lực vòm có kéo theo lý thuyết học kết cấu 24 3.2 Tính toán dầm theo phương pháp phần tử hữu hạn 27 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÁC MƠ HÌNH CẦU VỊM ðƯỢC PHÂN TÍCH 34 4.1 Giới thiệu chung 34 4.2 Các thông số tính tốn 34 4.2.1 Khổ cầu 34 4.2.2 Chiều cao f 35 L 4.3 Cơ sở tính tốn cầu vịm 37 4.3.1 Phương pháp phân tích kết cấu 37 4.3.2 Các số liệu đầu vào 37 -2- CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ GIỮA CHIỀU DÀI NHỊP VÀ CHIỀU CAO ðƯỜNG TÊN VÒM ðẾN NỘI LỰC TRONG CẦU VỊM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG 40 A Phân tích thay đổi nội lực vòm, cáp giằng với chiều cao vịm khác …………………………………………………………………………………40 40 B Tình tốn nội lực cầu vịm ống thép nhồi bê tơng có xe chạy phần mềm Midas Civil 7.01… ……………………………………………………46 5.1 Chiều dài nhịp L = 50m 46 5.2 Chiều dài nhịp L = 55m 50 5.3 Chiều dài nhịp L = 60m 54 5.4 Chiều dài nhịp L = 65m 58 5.5 Chiều dài nhịp L = 70m 61 5.6 Chiều dài nhịp L = 75m 66 5.7 Chiều dài nhịp L = 80m 70 5.8 Chiều dài nhịp L = 85m 74 5.9 Chiều dài nhịp L = 90m 78 5.10 Chiều dài nhịp L = 95m .82 5.11 Chiều dài nhịp L = 100m .86 5.12 Chiều dài nhịp L = 105m .91 5.13 Chiều dài nhịp L = 110m .95 5.14 Chiều dài nhịp L = 115m 100 5.15 Chiều dài nhịp L = 120m 104 5.16 Chiều dài nhịp L = 125m 109 5.17 Chiều dài nhịp L = 130m 113 5.18 Chiều dài nhịp L = 135m 118 5.19 Chiều dài nhịp L = 140m 122 5.20 Chiều dài nhịp L = 145m 127 5.21 Chiều dài nhịp L = 150m 132 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 137 6.1 Kết luận 137 6.2 Kiến nghị 138 -3- CHƯƠNG GIỚI THIỆU ỐNG THÉ THÉP NHỒI BÊ TÔNG 1.1 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 1.1.1 Khái niệm Hệ thống kết cấu liên hợp ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube – viết tắt tiếng Anh CFST) hệ thống gồm cấu kiện chịu lực ống thép nhồi bê tông cường độ cao trung bình Thông thường dùng ống tròn ống vuông áp dụng Hình 1.1 - Cấu tạo kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFST) Kết cấu ống thép nhồi bê tông kết cấu liên hợp bao gồm ống thép vỏ bê tông lõi làm việc chung 1.1.2 Các ưu điểm kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFST) Trong kết cấu ống thép nhồi bê tông bê tông ống thép tốt nhiều so với bê tông loại Khi bê tông nhồi vào ống thép nước bốc không đáng kể, chênh lệch nhiệt độ mặt lõi không nhiều cho sản phẩm bê tông chất lượng tốt độ đặc -4sít cao tính chất kết cấu phát huy rõ rệt sử dụng loại bê tông chất lượng cao Chính cách ly bê tông ống với môi trường bên ngoài, trình ninh kết bê tông ống lại xảy tượng trương nở thể tích Do lõi bê tông vỏ thép lại liên kết với bảo vê tốt cho mặt thép chống lại ăn mòn Khi kết cấu ống thép nhồi bê tông chịu nén, có tác động qua lại ống thép lõi bê tông, nhờ tính chất nên kết cấu bê tông ống thép có khả chịu nén tốt kết cấu bê tông cốt thép thường, giúp giảm trọng lượng kết cấu, tạo kết cấu mảnh hơn, mà lại tiết kiệm vật liệu Đặc biệt kết cấu bê tông ống thép cho phép giảm khối lượng ván khuôn thi công xuống tối thiểu đẩy nhanh tiến độ thi công, giảm thời gian chiếm dụng công trường Với độ nhịp cầu khoảng 60m – 150m việc sử dụng kết cấu bê tông ống thép lam giảm giá thành công trình tới 20% - 30% Ống thép sản xuất thép cán uốn tròn rối hàn nối theo dọc ống thường có độ xác cao dày, đường kính, độ ovan thỏa mãn điều kiện lắp dựng khai thác Các cột liên hợp CFST ngày áp dụng nhiều giới Dạng cột có nhiều lợi cường độ cao, tính mềm dẻo, khả chịu nhiệt lớn, giảm thời gian xây dựng, tăng độ an toàn sử dụng kiểu liên kết đơn giản tiêu chuẩn hóa Khi so sánh kết cấu ống thép nhồi bê tông với kết cấu bê tông có tiếp xúc với môi trường bên thi bê tông ống thép có đặc điểm : -5Độ bền lõi bê tông tăng khoảng lần Bê tông ống thép không bị co ngót mà bị trương nở trao đổi độ ẩm bê tông môi trường bên Sau - ngày tuổi không xuất thêm vết nứt Tính phi tuyến biến dạng từ biến sau – ngày tuổi Khối lượng cấu kiện ống thép nhồi bê tông nhỏ so với cấu kiện bê tông cốt thép Không cần cốt pha thi công Kết cấu ống thép nhồi bê tông có tính chịu mỏi, chịu va đập tốt hẳn kết cấu bê tông cốt thép thường Khả vượt nhịp lớn nhiều so với kết cấu BTCT thường, nhờ vào tính dẻo kết cấu khả giảm trọng lượng thân Kết cấu ống thép nhồi bê tông cốt thép dọc cốt thép đai tiết kiệm thời gian thi công trình đầm nén bê tông dễ dàng Khi so sánh với kết cấu dạng ống kết cấu ống thép nhồi bê tông có ưu điểm: Tăng khả chống biến dạng ống thép liên kết với lõi bê tông Độ bền ăn mòn chống gỉ mặt ống thép cao Giảm độ mảnh cấu kiện Khả chịu nhiệt độ tốt Khi so sánh với kết cấu sử dụng thép hình có mặt cắt hở kết cấu ống thép nhồi bê tông có ưu điểm: Độ bền chống rỉ cao Khả ổn định Giảm ảnh hưởng tải trọng gió Tăng độ cứng chống xoắn - 128 - VÒM f1 = L STT NÚT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Fx Fz KN KN -28970 644 -27935 705 -27158 556 -26290 679 -25646 624 -24947 812 -24448 744 -23936 916 -23596 804 -23289 996 -23119 900 -23119 900 -23289 996 -23596 804 -23936 916 -24448 744 -24947 812 -25646 624 -26290 679 -27158 556 -27935 705 -28970 644 -29857 864 -30740 853 -31487 1013 -31830 658 f3 = L f2 = L My KN.m 16727 17825 18672 18121 17671 16151 15086 13240 12283 11143 11258 11258 11143 12283 13240 15086 16151 17671 18121 18672 17825 16727 13678 10080 6249 4285 Fx Fz KN KN -33440 717 -32566 784 -31917 631 -31194 758 -30665 648 -30092 828 -29686 738 -29269 929 -28994 836 -28743 1020 -28601 911 -28601 911 -28743 1020 -28994 836 -29269 929 -29686 738 -30092 828 -30665 648 -31194 758 -31917 631 -32566 784 -33440 717 -34195 950 -34954 936 -35598 1099 -35873 744 My KN.m 16913 18196 19266 18955 18749 17468 16617 14954 14112 13048 13197 13197 13048 14112 14954 16617 17468 18749 18955 19266 18196 16913 13709 9978 5986 3838 Fx KN -43126 43126 -42463 42463 -41977 41977 -41435 41435 -41044 41044 -40620 40620 -40326 40326 -40021 40021 -39823 39823 -39638 39638 -39527 39527 -39527 39527 -39624 39624 -3979 39794 -39992 39992 -40281 40281 -40575 40575 -40981 40981 -41371 41371 -41893 41893 -42379 42379 -43013 43013 -43588 43588 -44176 44176 -44682 44682 -44878 44878 Fz KN 838 906 743 869 748 920 816 991 882 1049 926 926 1049 882 991 816 920 748 869 743 906 838 1089 1079 1131 870 My KN.m 18161 19827 21297 21381 21555 20628 20085 18684 18008 17047 17255 17255 17047 18008 18684 20085 20628 21555 21381 21297 19827 18161 14576 10462 5995 3249 Giá trị momen (KN.m) 25000 20000 f=L/4 15000 f=L/5 10000 f=L/7 5000 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tên nút Hình 5.20.2 ðư ðường bao momen uốn My (KN.m) vòm - L=145m - 129 - Giá trị lực dọc (KN) -50000 -45000 -40000 f=L/4 -35000 f=L/5 -30000 f=L/7 -25000 -20000 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tên nút Giá trị lực cắt (KN) Hình 5.20.3 .20.3 ðường bao lực dọc Fx (KN) vòm - L=145m 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 f=L/4 f=L/5 f=L/7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tên nút Hình 5.20.4 ðường bao lực cắt Fz (KN) vịm - L=145m Bảng 5.20.2 .2 Nội lực cáp treo, cáp giằng xét trường hợp bất lợi (TTGHCÑ) Cáp treo Lực ực kéo cáp treo, cáp gi giằng (KN) Cáp treo Lực kéo ng cáp treo, cáp giằng ằng (KN) STT f1 = L f2 = L f3 = L STT f1 = L 924 1230 1306 1314 1308 1300 1296 1291 1289 1287 1286 1284 1282 1281 1281 979 1271 1332 1331 1322 1314 1309 1304 1302 1299 1297 1295 1294 1292 1292 1056 1325 1365 1355 1344 1334 1329 1324 1321 1318 1316 1314 1313 1310 1310 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Cáp giằng 10 11 12 13 14 15 f2 = L f3 = L 1282 1284 1286 1287 1289 1291 1296 1300 1308 1314 1306 1230 924 1294 1295 1297 1299 1302 130 1304 130 1309 130 1314 131 1322 1331 1332 133 1271 127 979 1313 1314 1316 1318 1321 1324 1329 1334 1344 1355 1365 1325 1056 3460 4283 5923 - 130 - Giá trị lực căng (KN) 1400 1300 f=L/4 1200 f=L/5 1100 f=L/7 1000 900 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Tên cáp Giá trị lực căng (KN) Hình 5.20.5 Lực căng cáp treo - L=145 145m 5923 6000 5000 4000 3000 4283 3460 f=L/4 f=L/5 f=L/7 Chiều cao vịm Hình 5.20.6 Lực căng cáp giằng - L=145m Nhận xét: Momen: Ứng với chiều cao vòm khác nhau, đøng bao momen có dạng giống với momen chân vòm nhỏ nhất, sau tăng dần đạt lớn nút nút 24 vòm có chiều cao f1=L/4 chiều cao f2 = L/5, nút nút 22 vòm có chiều cao f3=L/7 sau nhỏ lại Tại vị trí chân vòm, momen chiều cao vòm f3=L/7 có giá trị nhỏ nhất, sau đến chiều cao f2 = L/5 lớn chiều cao f1=L/4 Tại vị trí có giá trị momen lớn nhất, momen vòm có chiều cao f3=L/7 lớn sau đến vòm có chiều cao f2 = L/5 nhỏ vòm có chiều cao f1=L/4 Sự chênh lệch giá trị momen lớn vòm: vòm có độ cao f3=L/7 vòm có độ cao f2 = L/5: 21555/19266=1.12 lần, vòm co cóù độ cao f2 = L/5 với vòm có độ cao f1=L/4: 19266/18672=1.03 lần Sự chênh lệch giá trị momen (giữa giá trị lớn nhỏ nhất) vòm lớn vòm có chiều cao f3=L/7: 21555/3249=6.64 lần, sau đến - 131 vòm có chiều cao f2 = L/5: 19226/3838=5.02 lần nhỏ vòm có chiều cao f1=L/4: 18672/4285 4.36 lần Lực dọc: Trong chiều dài nhịp 145m, giá trị lực dọc vòm tỉ lệ nghịch với chiều cao vịm vịm cao chịu tác động lực ngang nhỏ Sự chênh lệch giá trị lực dọc vòm với chiều cao vòm khác nhau: ứng với lực dọc lớn chân vịm, lực dọc vịm có chiều cao f3=L/7 lớn vịm có chiều f2 = L/5: (-44990)/(-35873)= 1.25 lần, lực dọc vịm có chiều cao f2 = L/5 so với vịm có chiều cao f1=L/4: (-35873)/(-31830)= 1.13 lần Sự chênh lệch giá trị lực dọc vòm (giá trị lớn so với giá trị nhỏ nhất): vịm có chiều cao f1=L/4: (-31830)/(-23119)=1.38 lần, vịm có chiều cao f2 = L/5: (-35873)/(-28601)= 1.25, vịm có chiều cao f3=L/7: (-44990)/(-39527)=1.14 lần Lực cắt: ðuờng bao lực cắt vịm có giá trị tỉ lệ nghịch với chiều cao vòm Cụ thể vòm có chiều cao f3=L/7 có giá trị lực cắt lớn nhất, tiếp đến vịm có chiều cao f2=L/5 nhỏ vịm có chiều cao f1=L/4 Tại vị trí gần nhịp lực cắt vịm có chiều cao khac gần Cáp treo: Lực căng cáp gần mố (trụ) cầu nhỏ sau tăng dần Các giá trị lực căng từ nút đến nút 26 có giá trị gần Trong chiều dài nhịp 145m, lực căng cáp treo cầu tỉ lệ nghịch với chiều cao vòm Sự chệch lệch lực căng cáp treo ñối với chiều cao vịm khác nhau: vịm có chiều cao f3=L/7 với vịm có chiều cao f2 = L/5: 1365/1332=1.025 lần, vịm có chiều cao f2 với vịm có chiều cao f1: 1332/1314=1.013 lần Cáp giằng: Trong chiều dài nhịp 145m, lực căng cáp giằng cầu tỉ lệ nghịch với chiều cao vịm vịm cao lực đẩy ngang nhỏ nên lực giằng cáp giằng nhỏ - 132 - Chênh lệch lực căng vịm có chiều cao khác nhau: vịm có chiều cao f3=L/7 với vịm có chiều cao f2 = L/5: 5923/4283=1.38 lần, vịm có chiều cao f2 với vịm có chiều cao f1: 4283/3460=1.24 lần 5.21 Chiều dài nhịp L = 150m Số thứ tự nút vịm từ trái qua phải: từ đến 31 37.500m Số thứ tự cáp treo từ trái qua phải: từ ñến 29 12 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 30.000m 25 Cáp giằng 150.000m 21.428m 24 26 27 15 16 14 12 13 17 28 18 19 20 21 11 10 22 23 29 24 25 26 30 27 28 29 31 12 6 11 12 10 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 15 16 17 14 13 18 19 20 28 11 12 21 22 23 10 29 24 25 30 26 27 28 29 31 12 Cáp giằng 150.000m 13 14 15 16 17 18 19 20 21 10 11 12 22 23 24 25 26 27 28 12 13 14 15 16 17 18 19 20 11 29 10 21 22 23 24 25 26 27 28 30 31 12 29 Cáp giằng 150.000m Hình 5.21.1.Sơ đồ nhịp L=150m Bảng 5.21.1 Nội lực vòm xét trường hợp bất lợi nhất(TTGHCð) f1 = L VÒM STT NÚT Fx KN -32805 -32462 -31714 -30826 -29933 -28887 -28099 -27214 -26555 Fz KN 672 998 888 894 665 716 558 684 637 f3 = L f2 = L My KN.m 4316 6536 10644 14500 17775 19048 20024 19550 19116 Fx Fz KN KN -36957 752 -36683 1086 -36037 973 -35273 980 -34513 738 -33629 796 -32970 633 -32232 746 -31690 624 My KN.m 3872 6255 10511 14485 17905 19355 20549 20313 20126 Fx Fz KN KN -46334 915 -46138 1122 -45631 1116 -45040 1119 -44460 859 -43789 917 -43296 745 -42742 858 -42340 726 My KN.m 3286 6238 10944 15285 19068 20887 22474 22474 22822 - 133 - f1 = L STT NÚT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Fx Fz KN KN -25834 830 -25315 771 -24772 953 -24405 857 -24059 1010 -23859 872 -23730 997 -23859 872 -24059 1010 -24405 857 -24772 953 -25315 771 -25834 830 -26555 637 -27214 684 -28099 558 -28887 716 -29933 665 -30826 894 -31714 888 -32462 998 -32805 672 Giá trị momen (KN.m) VÒM f3 = L f2 = L My KN.m 17545 16318 14296 12959 11308 10856 10245 10856 11308 12959 14296 16318 17545 19116 19550 20024 19048 17775 14500 10644 6536 4316 Fx Fz KN KN -31097 810 -30675 748 -30233 933 -29936 839 -29654 997 -29491 867 -29384 1003 -29491 867 -29654 997 -29936 839 -30233 933 -30675 748 -31097 810 -31690 624 -32232 746 -32970 633 -33629 796 -34513 738 -35273 980 -36037 973 -36683 1086 -36957 752 My KN.m 18802 17833 15977 14786 13225 12833 12243 12833 13225 14786 15977 17833 18802 20126 20313 20549 19355 17905 14485 10511 6255 3872 Fx KN -41901 41901 -41594 41594 -41271 41271 -41057 41057 -40849 40849 -40731 40731 -40650 40650 -40731 40731 -40849 40849 -41057 41057 -41271 41271 -41594 41594 -41901 41901 -42340 42340 -42742 42742 -43296 43296 -43789 43789 -44460 44460 -45040 45040 -45631 45631 -46138 46138 -46334 46334 Fz KN 887 776 945 831 993 867 1010 867 993 831 945 776 887 726 858 745 917 859 1119 1116 1122 915 My KN.m 21859 21210 19634 18650 17209 16895 16332 16895 17209 18650 19634 21210 21859 22822 22474 22474 20887 19068 15285 10944 6238 3286 22000 17000 f=L/4 12000 f=L/5 7000 f=L/7 2000 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Tên nút Giá trị lực dọc (KN) Hình 5.21.2 ðư ðường bao momen uốn My (KN.m) vòm - L=150m -50000 -45000 -40000 -35000 -30000 -25000 -20000 f=L/4 f=L/5 f=L/7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Tên nút Hình 5.21.3 .3 ðường bao lực dọc Fx (KN) vòm - L=150m Giá trị lực cắt (KN) - 134 - 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 f=L/4 f=L/5 f=L/7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Tên nút Hình 5.21.4 .4 ðường bao lực cắt Fz (KN) vịm - L=150m Bảng 5.16.2 .2 Nội lực cáp treo, cáp giằng xét trường hợp bất lợi (TTGHCĐ) Cáp treo Lực ực kéo cáp treo, cáp gi giằng (KN) Cáp treo Lực ực kéo cáp treo, cáp giằng ằng (KN) STT f1 = L f2 = L f3 = L STT f1 = L 923 1229 1305 1312 1307 1299 1294 1290 1288 1285 1284 1283 1282 1281 1281 1281 977 1270 1331 1330 1321 1313 1307 1303 1300 1297 1296 1294 1293 1292 1292 1292 1055 1325 1364 1354 1343 1333 1328 1323 1320 1316 1315 1313 1312 1311 1311 1311 Giá trị lực căng (KN) 10 11 12 13 14 15 16 f2 = L f3 = L 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 1282 1283 1284 1285 1288 1290 1294 1299 1307 1312 1305 1229 923 1293 1294 1296 1297 1300 1303 130 1307 1313 131 1321 1330 1331 133 1270 12 977 1312 1313 1315 1316 1320 1323 1328 1333 1343 1354 1364 1325 1055 Cáp giằng 3560 4407 6096 1400 1300 f=L/4 1200 f=L/5 1100 f=L/7 1000 900 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Tên cáp Hình 5.21.5 Lực căng cáp treo - L=150 150m Giá trị lực căng (KN) - 135 - 6000 5000 4000 3000 6096 4407 3560 f=L/4 f=L/5 f=L/7 Chiều cao vịm Hình 5.21.6 Lực căng cáp giằng - L=150m Nhận xét: Momen: Ứng với chiều cao vòm khác nhau, đøng bao momen có dạng giống hau với momen chân vòm nhỏ nhất, sau tăng dần đạt lớn nút nút 25 vòm có chiều cao f1=L/4 chiều cao f2 = L/5, nút nút 23 vòm có chiều cao f3=L/7 sau nhỏ lại Tại vị trí chân vòm, momen chiều cao vòm f3=L/7 có giá trị nhỏ nhất, sau đến chiều cao f2 = L/5 lớn chiều cao f1=L/4 Tại vị trí có giá trị momen lớn nhất, momen vòm có chiều cao f3=L/7 lớn sau đến vòm có chiều cao f2 = L/5 nhỏ vòm có chiều cao f1=L/4 Sự chênh lệch giá trị momen lớn vòm: vòm có độ cao f3=L/7 vòm có độ cao f2 = L/5: 22822/20549=1.11 lần, vòm có độ cao f2 = L/5 với vòm có độ cao f1=L/4: 20549/20024=1.03 lần Sự chênh lệch giá trị momen (giữa giá trị lớn nhỏ nhất) vòm lớn vòm có chiều cao f3=L/7: 22822/3286=6.95 lần, sau đến vòm có chiều cao f2 = L/5: 20549/3872=5.31 31 lần nhỏ vòm có chiều cao f1=L/4: 20024/4316= 4.64 lần Lực dọc: Trong chiều dài nhịp 150m, lực dọc vòm tỉ lệ nghịch với chiều cao vòm vòm cao chịu tác động lực ngang nhỏ Sự chênh lệch giá trị lực dọc vòm với chiều cao vòm khác nhau: ứng với lực dọc lớn chân vòm, lực dọc vòm có chiều cao f3=L/7 lớn vòm có chiều f2 = L/5: ((-46334)/(-36957)=1.25 36957)=1.25 lần, lực dọc vòm có chiều cao f2 = L/5 so với vòm có chiều cao f1=L/4: (-36957)/( 32805)=1.13 lần Sự - 136 chênh lệch giá trị lực dọc vòm (giá trị lớn so với giá trị nhỏ nhất): vòm có chiều cao f1=L/4: (-32805)/(-23730)=1.38 lần, vòm có chiều cao f2 = L/5: (-36957)/(-29384)=1.26, vòm có chiều cao f3=L/7: (46334)/(40650)=1.14 laàn Lực cắt: ðuờng bao lực cắt vịm có giá trị tỉ lệ nghịch với chiều cao vịm Cụ thể vịm có chiều cao f3=L/7 có giá trị lực cắt lớn nhất, tiếp đến vịm có chiều cao f2=L/5 nhỏ vịm có chiều cao f1=L/4 Tại vị trí gần nhịp lực cắt vịm có chiều cao khac gần Cáp treo: Lực căng cáp gần mố (trụ) cầu nhỏ sau tăng dần Các giá trị lực căng từ nút đến nút 27 có giá trị gần Trong chiều dài nhịp 150m, lực căng cáp treo cầu tỉ lệ nghịch với chiều cao vòm Sự chệch lệch lực căng cáp treo chiều cao vịm khác nhau: vịm có chiều cao f3=L/7 với vịm có chiều cao f2 = L/5: 1364/1331=1.025 lần, vịm có chiều cao f2 với vịm có chiều cao f1: 1331/1312=1.013 lần Cáp giằng: Trong chiều dài nhịp 150m, lực căng cáp giằng cầu tỉ lệ nghịch với chiều cao vịm vịm cao lực đẩy ngang nhỏ nên lực giằng cáp giằng nhỏ Chênh lệch lực căng vịm có chiều cao khác nhau: vịm có chiều cao f3=L/7 với vịm có chiều cao f2 = L/5: 6096/4407=1.38 lần, vịm có chiều cao f2 với vịm có chiều cao f1: 4407/3560=1.24 lần - 137 - CHƯƠNG KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Sau phân tích tất trường hợp nhịp từ 50m ñến 150m, với chiều cao vòm khác f f f f ( = ; = ; = ) nhận thấy dự đóan ban đầu: L L L L tất chiều dài nhịp, chiều cao vịm tăng nội lực vòm, lực căng cáp treo, cáp giằng giảm Cụ thể chênh lệch sau: Momen: Sự chênh lệch giá trị momen lớn vòm: vịm có độ cao f3=L/7 vịm có độ cao f2 = L/5 1.43-1.47 lần với chiều dài nhịp từ 50m ñến 60m, khoảng 1.35 lần với chiều dài nhịp từ 65m ñến 75m, từ 1.2-1.3 lần với chiều dài nhịp từ 80m ñến 115m, từ 1.1-1.2 lần với chiều dài nhịp từ 120 ñến 150m Sự chênh lệch giá trị momen lớn vịm có độ cao f2 = L/5 với vịm có độ cao f1=L/4 1.1-1.25 lần với chiều dài nhịp từ 50m ñến 90m, từ 1.03-1.1 lần với chiều dài nhịp từ 90m ñến 150m.Như vậy, ñối với chiều dài nhịp lớn chêch lệch giá trị momen vịm chiều cao vòm khác nhỏ Sự chênh lệch giá trị momen (giữa giá trị lớn nhỏ nhất) vòm lớn vịm có chiều cao f3=L/7 3.34- 6.95 lần, sau đến vịm có chiều cao f2 = L/5 1.85-5.31 lần nhỏ vịm có chiều cao f1=L/4 1.3-4.64 lần Như vậy, chiều dài nhịp, chiều cao vịm nhỏ chênh lệch giá trị momen lớn nhỏ vòm lớn Ngồi chiều dài nhịp lớn chênh lệch giá trị momen vòm lớn xét chiều cao vòm - 138 - Lực dọc: ðuờng bao lực dọc có dạng giống với lực dọc chân vòm lớn nhất, sau giảm dần nhỏ cầu Giá trị lực dọc vòm tỉ lệ nghịch với chiều cao vịm vịm cao chịu tác ñộng lực ngang nhỏ Sự chênh lệch giá trị lực dọc vòm với chiều cao vòm khác nhau: ứng với lực dọc lớn chân vịm, lực dọc vịm có chiều cao f3=L/7 lớn vịm có chiều f2 = L/5 1.25 lần, lực dọc vịm có chiều cao f2 = L/5 so với vịm có chiều cao f1=L/4 1.13 lần Lực cắt: ðuờng bao lực cắt vịm có giá trị tỉ lệ nghịch với chiều cao vịm Cụ thể vịm có chiều cao f3=L/7 có giá trị lực cắt lớn nhất, tiếp đến vịm có chiều cao f2=L/5 nhỏ vịm có chiều cao f1=L/4 Tại vị trí gần nhịp lực cắt vịm có chiều cao khac gần Cáp treo: Sự chệch lệch lực căng cáp treo ñối với chiều cao vịm khác nhau: vịm có chiều cao f3=L/7 với vịm có chiều cao f2 = L/5 1.013-1.025 lần, vịm có chiều cao f2 với vịm có chiều cao f1 1.010-1.013 lần Nói chung thay ñổi lực căng cáp treo thay đổi chiều cao vịm khơng đáng kể Cáp giằng: Chênh lệch lực căng vịm có chiều cao khác nhau: vịm có chiều cao f3=L/7 với vịm có chiều cao f2 = L/5 1.34-1.38 lần, vịm có chiều cao f2 với vịm có chiều cao f1 1.24 lần Nói chung thay ñổi lực căng cáp treo thay đổi chiều cao vịm khơng đáng kể 6.2 Kiến nghị ðối với chiều dài nhịp từ 50m ñến 75m nên dùng chiều cao vịm f1=L/4 Khi nội lực vòm, cáp treo nhỏ nên tiết diện vòm, cáp treo, cáp giằng nhỏ chênh lệch nội lực vịm, cáp treo, cáp giằng khơng lớn nên khơng q phí vật liệu cho phần từ có nội lực nhỏ hơn.Ngồi ra, chiều cao vịm lớn - 139 - chiều dài nhịp nhỏ nên mơ hình vịm nhỏ nên khơng q khó khăn để thi cơng chiều dài nhịp ngắn nên sử dụng chiều cao vịm thấp ảnh hưởng đến khả thông xe qua cầu ðối với chiều dài nhịp từ 80 đến 120m nên sử dụng chiều cao vịm f2=L/5 Giá trị giá trị trung gian nội lực so với chiều cao vòm lại nên chọn chiều cao vịm có tính trung hịa tính kinh tế kỹ thuật Ngồi ra, chiều dài nhịp từ 80m-120m chiều cao f2=L/5 cân xứng chiều dài cầu Hiện nay, tỉ lệ chiều cao vịm khuyến khích sử dụng nhiều ðối với chiều dài nhịp từ 125m ñến 150m nên sừ dụng chiều cao vòm f3=L/7 Tuy chiều cao vòm nhỏ nội lực lớn mặt cắt ngang vịm , cáp treo, cáp giằng nhiều bù lại chiều cao vòm nhỏ nên chiều dài vòm nhỏ chiều dài cáp treo ngắn lại Ngoài ra, chọn chiều cao vòm lớn với chiều dài nhịp lớn vịm khó khăn gia cơng nhà máy thi cơng ngồi cơng trường Trong phạm vi luận văn, ñề tài chưa thể nghiên cứu ñược hết vấn ñề câu vòm ống thép nhồi bê tơng, số phương hướng mục tiêu nghiên cứu hữu ích mà đề tài kiến nghị ñược ñề câp tiếp tục : Nghiên cứu sử ảnh hưởng chiều cao vịm đến nội lực cầu với nhịp có xe chạy giữa, chạy Nghiên cứu sử ảnh hưởng chiều cao vịm đến nội lực cầu với loại phương trình đường tên vịm khác Nghiên cứu sử ảnh hưởng chiều cao vịm đến nội lực cầu thay đổi tiết diện vịm với loại khổ cầu Nghiên cứu ứng xử cầu vịm ống thép nhồi bê tơng tác dụng tải trọng động đất - 140 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05 05 Nhà xuất Giao thông vận tải, 2005 [2] Kết cấu thép ống nhồi bê tông g A I KIRIN ; R S SANZHAROVSKI ; V A TRULL Nhà xuất xây dựng, 1999 [3] Kết cấu ống thép nhồi bê tông g Nguyễn Viết Trung – Trần Việt Hùng Nhà xuất xây dựng, 2006 [4] Design and Construction of Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridges, Bridges, Bao Chu – Chen China Communication Press China Communicatioress [5] Cơ chế chịu lực cầu vòm ống thép nhồi bê tơng Nguyễn Thế Ln Luận văn thạc só, 2006 [6] Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng tiết diện chiều cao vòm đến nội lực cầu vòm ống thép nhồi bê tô tông g Nguyễn Nhật Nguyên Luận văn thạc só, 2008 [7] Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas / Civil Civil Ngô Đăng Quang (chủ biên), tập Nhà xuất xây dựng, 2005 [8] Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với Midas / Civil Civil Ngô Đăng Quang (chủ biên), tập Nhà xuất xây dựng, 2005 [9] Tài liệu hướng dẫn sử dụng Midas Midas Ngô Đắc Hiền (chủ biên) Nhà xuất giao thông vận tải, 2005 [10] 10] Cơ học kết cấu Lều Thọ Trình, tập Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2004 - 141 [11] 11] Cơ học kết cấu Lều Thọ Trình, tập Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2004 [12] 12] Cơ học kết cấu Lý Trøng Thanh, Liều Mộc Lan, Hòang Đình Trí Nhà xuất Xây dựng, 2006 [13] Phương Phương pháp phần tử hữu hạn , Chu Quốc Thắng Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [14] Bản vẽ thi công cầu vòm thép nhồi bê tông, cầu Công Lý [15] Báo cáo kết hội thảo quốc tế cầu vòm lần thứ - 142 - TÓM TẮT T T LÍ LỊCH KHOA HỌC I TÓM TẮT Họ tên : LÊ HUY NHẬT Sinh ngày : 20 – 09 - 1984 Phái: Nam Nơi sinh : Quảng Ngãi II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC Nhà riêng: Số nhà B25/2, tổ 25, ấp 2, xã Vónh Lộc B, huyện Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh Số điện thoại: 01.678.278.123 Cơ quan : Công ty TOA CORPORATION (Nhật Bản) III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 2000 – 2007: Sinh viên trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh Tốt nghiệp đại học: Năm 2007 Hệ: Chính quy Trường: Đại học Giao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Xây dựng cầu đường Năm 2008: Trúng tuyển cao học trường đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Xây dựng cầu, hầm Mã số học viên: 03808511 03808511 IV QUÁ TRÌNH CÔ CÔNG TÁC Từ 9/2007 – 5/2008: Công ty TVTK Bộ giao thông vận tải (TEDI) Từ 6/2008 – 12/2008: Công ty Obayashi (Nhật Bản) Từ 1/2009 – nay: Công ty TOA CORPORATION (Nhật Bản) ... cho cầu vòm ống thép nhồi bê tông Thông qua nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ chiều dài nhịp chiều cao đường tên vòm đến nội lực cầu vòm ống thép nhồi bê tông để tìm tỉ lệ hợp lí chiều dài nhịp chiều cao. .. I TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ GIỮA CHIỀU DÀI NHỊP VÀ VÀ CHIỀU CAO ĐƯỜNG TÊN VÒM ĐẾN NỘI LỰC TRONG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Nghiên cứu ảnh. .. CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ GIỮA CHIỀU DÀI NHỊP VÀ CHIỀU CAO ðƯỜNG TÊN VÒM ðẾN NỘI LỰC TRONG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG Trong nội dung luận văn, xét chiều dài nhịp với chiều cao vịm