Nghiên cứu tính toán bản mặt cầu thép trực giao trong cầu thép nhịp lớn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG QUANG MINH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU THÉP TRỰC GIAO TRONG CẦU THÉP NHỊP LỚN CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT MÃ SỐ NGÀNH: 15 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng năm 2004 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 LÊ VĂN NAM Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2004 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRƯƠNG QUANG MINH Phái: Ngày, tháng, năm sinh: 31/3/1973 Nơi sinh: Đà Nẵng Chuyên ngành: Cầu, tuynen công trình xây dựng Nam Mã số ngành: 2.15.10 khác Trên đường ôtô đường sắt I-TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính toán mặt cầu thép trực giao cầu thép nhịp lớn II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Xem xét số lý thuyết phương pháp tính toán thường áp dụng tính BTG Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán BTG Khuyến cáo ảnh hưởng chế độ chế tạo đến Ứng suất – Biến dạng dư Ứng suất – Biến dạng dư đến khả chịu lực kết cấu BTG Nội dung luận án: Chương : Mở đầu Chương : Tổng quan Chương : Thiết kế, thi công mặt cầu thép trực giao Chương : Đánh giá hiệu kinh tế Chương : Kết luận III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 14/02/2004 03/9/2004 T.S LÊ VĂN NAM CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH T.S LÊ VĂN NAM Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CAM ĐOAN ng dụng phương pháp Sai phân hữu hạn để phân tích đề xuất phương pháp tính toán kết cấu mặt cầu thép trực giao dựa phương trình vi phân uốn Huber giới thiệu, kết trình tìm tòi nghiên cứu làm việc tích cực thân Em xin cam đoan phương pháp tính toán mặt cầu thép trực giao đề xuất Luận văn tốt nghiệp chép lại công trình khoa học người khác Học viên Trương Quang Minh LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin chân thành cảm ơn đến tất Q thầy, Cô tham gia vào giảng dạy hướng dẫn em suốt thời gian học tập lớp Cao học Cầu, tuynen công trình xây dựng khác Trên đường ôtô đường sắt Sự nhiệt tình tậm tâm Q thầy, Cô giúp cho em củng cố, tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích cho công tác công việc nghiên cứu sau Với hướng dẫn tận tình chi tiết Thầy Tiến só Lê Văn Nam, giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ Luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tiến só Lê Văn Nam, chúc Thầy tất Q thầy, Cô mạnh khỏe hạnh phúc Học viên Trương Quang Minh Abstract on “Research and calculation on orthotropic deck on the long span steel bridges” For the sake of transportation development, steel bridges play important parts in the field of bridge construction, especially long span bridges In the 21st century, technology and science strongly develop in many different scopes: For the materials, metallurgical industry has manufactured various kinds of high-strength steel and stainless steel, chemical industry has also succeeded in producing high-quality paints; these may decrease the cost of maintenance and increase the durability of steel structures; For the design industry, together with the development of personal computers, this industry has moved into new stages: more accuracy and automation To contribute to the task of innovation and the development of our country, getting in touch with modern technology becomes a necessity but in this field, the economy should not also be disregarded When a long span bridge is designed, besides technical standards or constructional structures and social economy factors, the knowledge on good appearance of bridge should be considered In this connection, steel bridges have advantages over concrete bridges Generally, long span bridges such as beam bridges, steel wire suspension bridges etc are made of steel except for cablestayed bridges One of the above alternatives is that the orthotropic structure should be adopted to design the bridge deck But the problem is that there is a lack of technical documents for instructions on design calculation, furthermore, construction practices are not sufficient and difficult to apply (even the Bridge Design Standards 22TCN 272-01) Since 1930 and especially after the World War II, design and construction of orthotropic deck have been applied and ever-improved in Europe In our country, there are only few bridges constructed with orthotropic decks, most of them have been built by the United States before 1975 From the practical demands of our country, it is necessary to build bridge works or the similarities having high requirements on architecture as well as economy But the fact is that many bridges have to be built on the unstable ground, especially on the soft soil areas Therefore, most of these bridges often meet difficulties in construction For that reason, the research for clear understanding about the behavior of orthotropic deck is very necessary From this clarification, we can give out the solutions to the most suitable structures for each typical case to minimize the waste of time and money On the other hand, this achievement may also increase the charms of our country and as the same time speed up the country’s industrialization and modernization MUÏC LUÏC Nhiệm vụ luận văn thạc só Tóm tắt nội dung luận văn thạc só Mục lục Nội dung luận văn Chương I _ MỞ ĐẦU Trang Đặt vấn đề Nội dung nghiên cứu Chương II _ TỔNG QUAN I Giới thiệu loại kết cấu nhịp sử dụng cho cầu nhịp lớn Kết cấu BTCT thường Kết cấu BTCT ứng suất trước Kết cấu nhịp thép – bê tông cốt thép liên hợp Kết cấu nhịp thép Phương hướng phát triển cầu thép II Tổng quan ứng dụng mặt cầu thép trực giao 14 15 Giới thiệu cầu thép nhịp lớn sử dụng mặt cầu thép trực giao 15 Quá trình phát triển mặt cầu thép trực giao 17 ng dụng mặt cầu thép trực giao 22 III Sự làm việc kết cấu mặt cầu thép trực giao 25 So sánh với cầu thông thường 25 Sự cấu thành hệ kết cấu trực giao 27 2.1 Hệ I – BTG làm việc phận chịu lực 28 2.2 Hệ II – BTG làm việc mặt cầu 31 2.3 Hệ III – Sự làm việc sườn dọc 41 2.4 Sự chồng ứng suất 41 IV Xét mặt kinh tế 42 V Kết luận 43 Chương III _ THIẾT KẾ, THI CÔNG BẢN MẶT CẦU THÉP TRỰC GIAO I Các lý thuyết tính toán sử dụng 45 Lý luận tính toán 45 1.1 Các giả thiết 45 1.2 Phương trình vi phân uốn mặt đàn hồi trực giao 46 1.3 Nội lực 1.4 Các nguyên tắc chung phương pháp thiết kế, hệ số độ cứng, tải trọng 47 48 Các quy trình tiêu chuẩn Quy trình thiết kế cầu cống theo tạng thái giới hạn 1979 2.1 ( theo lý thuyết) 64 2.2 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-01 64 2.3 Về thực nghiệm –Tiêu chuẩn thiết kế nước 65 2.4 Một số lý thuyết phương pháp tính toán khác 66 2.5 Đề xuất phương pháp tính toán 71 II 79 Thiết kế mặt cầu thép trực giao 64 Trình tự thiết kế Trình tự thiết kế tổng quát theo “Sổ tay thiết kế mặt cầu thép 1.1 trực giao” 79 1.2 Trình tự tính toán theo phương pháp đề xuất 81 Ví dụ tính toán : giới thiệu kết tính toán Kết tính toán theo “Sổ tay thiết kế mặt cầu thép trực 2.1 giao” 81 79 2.2 Kết tính toán theo Sap2000 2.3 Kết tính toán theo phương pháp đề xuất III Công nghệ thi công 85 Thi công 85 Sản xuất, lắp dựng 89 Công nghệ tu bảo dưỡng 99 106 đáng kể so với cầu thông thường loại, thiết kế theo theo chuẩn kỹ thuật giống Tỉ lệ tiết kiệm kinh phí nhỏ so với tiết kiệm trọng lượng, chi phí tính theo trọng lượng thép lắp dựng cầu sàn thép cao cầu dầm thông thường (do cần nhiều công tác sản xuất hơn) Mặt khác, thép kết cấu hợp kim thấp đắt so với thép kết cấu carbon, chi phí thường cao thiết kế theo kiểu cầu sàn thép Các kinh nghiệm Châu Âu cho thấy rằng, bình quân cần thêm 15%-20% công thép sản xuất lắp dựng cho cầu sàn thép so với cầu dầm thi công thông thường Giả sử chi phí nhân công ước khoảng 1/2 - 1/3 đơn giá thép lắp dựng, yêu cầu công thêm dẫn đến chênh lệch giá thi công cầu thông thường cầu sàn thép sấp sỉ 10% – 15% Như vậy, tiết kiệm trọng lượng thép vượt phần trăm tiết kiệm chi phí xẩy kết cấu thượng tầng thép Các ước tính phù hợp với kết nghiên cứu kinh tế gần AISC (Viện thi công thép Mỹ) thực với tham gia nhiều công ty sản xuất thép (chi tiết xem mục 2) Việc xác minh bổ sung cho số liệu cung cấp công trình cầu Portman nay, nơi có chênh lệch giá cầu sàn thép đơn giá ước tính cho thiết kế phương án thông thường 10% Nên lưu ý thi công cầu Châu Âu Việt Nam, tỉ lệ giá vật liệu chi phí nhân công cao, nên hầu hết trường hợp tiết kiệm vật liệu định để lựa chọn phương án thiết kế 1.2 Hiệu lắp dựng Một yếu tố tiết kiệm chi phí khác tăng hiệu công tác lắp dựng cầu sàn thép Các tiết diện dầm thường nhẹ hơn, yếu tố quan trọng để áp dụng phương pháp lắp hẫng 107 Thi công bêtông bị hạn chế hoạt động – lắp dựng phần hạ giai đoạn đầu thi công Về vấn đền này, trình tự thi công cầu sàn thép khác với trình tự thi công cầu thông thường (cần mang thiết bị thi công bêtông đến công trường hai lần – lần thi công móng lần để đổ mặt cầu sau hoàn thành khung ván khuôn thép) Loại bớt hoạt động bêtông có khuynh hướng làm ngắn thời gian lắp dựng cắt giảm bớt thêm thời gian cách sản xuất trước phận lớn cầu xưởng 1.3 Chi phí chênh lệch sàn bê tông bề mặt chống mài mòn BTG Ngoài tiết kiệm trực tiếp giá thép kết cấu, lợi thêm thay sàn bê tông cốt thép lớp mặt chống mài mòn tốn Giá sàn bê tông cốt thép thông thường dày 19 (cm) khoảng 340,000 VNĐ/m2 (theo giá vật liệu nước ta khoảng 305,000 VNĐ/m2) cao sử dụng bê tông có trọng lượng nhẹ Trong nhiều trường hợp, cần có thêm lớp chống mài mòn, chi phí phải tăng thêm Giá lớp chống mài mòn bitum dày (cm), thấp 85,000 VNĐ/m2 (theo giá vật liệu nước ta khoảng 63,000 VNĐ/m2), bao gồm công tác chuẩn bị bề mặt thép Giá lớp mặt chống mài mòn mỏng đắt tiền không vượt 170,000 VNĐ/m2 1.4 Tiết kiệm giảm bề dày kết cấu Sự giảm bề dày kết cấu cộng thêm việc nâng cao mỹ quan kết cấu dẫn đến giảm chi phí đường dẫn vào cầu cho phép độ dốc đường dẫn vào cầu phẳng dẫn đến giảm chi phí khai thác Nếu xây dựng cầu sàn thép qua vùng đất yếu làm giảm chi phí đơn giản phương pháp xử lý đất yếu cho đường dẫn vào cầu, mà nước ta gặp phải 108 1.5 Tiết kiệm hạ tầng (móng, mố, trụ): Việc giảm trọng lượng thân kết cấu thượng tầng khoảng từ 1/2 đến 2/3 trọng lượng kết cấu thượng tầng so với cầu thông thường (xem mục 1.1), ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế kết cấu hạ tầng Tiết kiệm chi phí cho phần kết cấu hạ tầng giảm kích thước móng, số lượng cọc, tương ứng với tải trọng giảm, giảm số lượng phận đỡ (mố, trụ) đặt phận đỡ nhiều vị trí thuận tiện hơn, kết cấu nhịp dài kinh tế thiết kế cầu sử dụng BTG Tiết kiệm kết cấu hạ tầng đáng kể nơi điều kiện móng khó (thi công, địa chất) đòi hỏi đóng cọc sâu Các dự toán kết cấu hạ tầng mang tính so sánh dựa điều kiện móng thực tế số cầu dầm, chiều dài nhịp hữu thiết kế thông thường cho thấy tiết kiệm chi phí móng theo thứ tự từ 5% đến 15% thực được, sử dụng phương thức thi công BTG trọng lượng nhẹ Nghiên cứu giá AISC (Viện thi công thép Mỹ) Để đánh giá hiệu kinh tế ứng dụng thiết kế sàn thép, Viện thi công thép Mỹ thực loạt nghiên cứu thiết kế giá Công tác nghiên cứu dựa chi tiết thiết kế điển hình BTG thực với tiêu chí áp dụng thuận lợi chi tiết thông lệ sản xuất lắp dựng Mỹ Một số phát loại sườn kín sàn không đắt loại sườn hở Trọng lượng ước tính thép m2 cầu dầm sàn thép (2 dầm chính), thiết theo tiêu chuẩn kỹ thuật AASHO, xác định trình nghiên cứu (hình 4.2) Số liệu trọng lượng phần tử tăng cường sàn (sườn dọc dầm sàn) thể hình 4.3 109 Trọng lượng thép Pound/ft2 L = 0.7L1 _ nhịp tương đương Nhịp giản đơn tương đương L (ft) trường hợp cầu gồm hai đầm tải trọng: A.A.S.H.O H20 – S16 vật liệu: bản, sườn dọc dầm dùng thép hợp kim thấp Dầm sàn ngang dùng thép cacbon Hình 4.2 Hình 4.3 Nói chung việc so sánh cầu sàn thép với cầu dầm thông thường sử dụng sàn bê tông không khả thi, trọng lượng thép kết cấu hữu thay đổi khoảng rộng, phụ thuộc yếu tố như: loại thiết kế (tám rivê hay hàn), bề rộng cầu, loại thép, trọng lượng đơn vị sàn bê tông lớp phủ mặt cầu, mức độ sử dụng hoạt động hỗn hợp v.v… Tuy nhiên, nên lưu ý trọng lượng thép cầu dầm dọc hoạt động hỗn hợp theo kiểu dầm thép cán nhịp đơn có nhịp từ 15 110 đến 30 m 0.098 0.269 T/m2 Trong trọng lượng thép đơn vị cầu dầm liên tục tán ri-vê nhịp hữu với nhịp từ 60 đến 120 m thông thường 0.269 0.464 T/m2, tùy theo thiết kế nhịp Chiều dài nhịp giản đơn mà hai thiết kế sàn thép sàn bê tông đòi hỏi trọng lượng thép gần Và công tác nghiên cứu hoàn tất với cầu nhịp liên tục bốn xe có chiều dài nhịp 84 – 114 – 84 m Một số cầu có mô tả tương tự có sàn bê tông thi công thập niên qua cung cấp sở tin cậy việc so sánh giá Hai phương án thiết kế lập – sàn thép (P.A A) sàn bê tông (P.A B) Kết so sánh giá hai phương án phải xét đến giá sản xuất giá lắp dựng, thể bảng 4.2 Hạng mục Khối lượng Phương án A: mặt cầu BTG Kết cấu thép hợp kim thấp Mặt cầu Các chi tiết khác Kết cấu thép carbon Cốt thép Bêtông nhẹ (gờ chắn, dải phân cách) Lớp phủ Asphan Tổng trọng lượng thép Tổng tónh tải Đơn giá Bảng 4.2 Thành tiền 723 T 756 T 153 T 22 T 223 m3 0.34 $ 0.28 $ 0.26 $ 0.13 $ 90.00 $ 541,300 $ 466,200 $ 87,400 $ 6,400 $ 26,300 $ 660 T 20.00 $ 13,200 $ 1,140,800 $ 0.28 $ 0.26 $ 0.13 $ 60.00 $ 739,500 $ 389,500 $ 38,400 $ 89,400 $ 1,256,800 $ 0.279 T/m2 0.445 T/m2 Phương án B: mặt cầu BTCT Kết cấu thép hợp kim thấp Kết cấu thép carbon Cốt thép Bêtông (tiêu chuẩn) Tổng trọng lượng thép Tổng tónh tải 1199 T 680 T 134 T 1140 m3 0.323 T/m2 0.811 T/m2 111 So sánh dựa tính toán sơ thể tiết kiệm chi phí phương án A 10% Tiết kiệm chưa bao gồm tiết kiệm chi phí kết cấu hạ ( kết cấu thượng phương án BTG nhẹ nhiều) Các so sánh giá phương án A cầu tán ri-vê hữu có phần tử giống tương đương thực số công ty sản xuất thép cho thấy tiết kiệm giá thành kết cấu thượng tầng thiết kế sàn thép khoảng 25% Theo điều tra nói trên, cầu dầm sàn đường việc thi công sàn thép kinh tế nhịp đơn với chiều dài nhịp 46 đến 55 m nhịp liên tục có chiều dài nhịp từ 60 đến 75m Tuy nhiên, điều kiện đặc biệt cần trọng lượng nhẹ, độ dày kết cấu thấp tính hiệu lắp dựng cho thấy việc sử dụng thiết kế BTG khả thi (ngay cho nhịp ngắn hơn) Khi tăng chiều dài nhịp, việc tiết kiệm giá thành thi công sàn thép tăng lên đáng kể Ví dụ cầu Port Mann Vancouver, Canada, tiết kiệm nhờ sử dụng thiết kế mặt cầu thép trực giao, ước tính khoảng triệu đôla II XÉT VỀ MẶT KỸ THUẬT Xét mặt lý thuyết, kết cấu siêu tónh bậc cao khai thác khả chịu lực vật liệu tốt kết cấu tónh định hay siêu tónh bậc thấp hơn, thông qua tỉ lệ khả chịu lực kết cấu/ tổng khối lượng vật liệu sử dụng Nhưng việc tính toán lại phức tạp cần khối lượng công việc lớn Hiện với giúp sức máy tính đại phần mềm ứng dụng (Sap, Matlap, Pascal, C++,…) việc tính toán không trở ngại lớn Vấn đề cần xem xét tay nghề công nhân trình sản xuất, gia công, chế tạo lắp dựng Để giải vấn đề, 112 thiết phải nâng cao tay nghề công nhân cần áp dụng công nghệ sử dụng thiết bị đại (hàn, lắp dựng) Góp phần đẩy nhanh công công nghiệp hóa đại hóa đất nước III XÉT VỀ MẶT QUẢN LÝ KHAI THÁC Quản lý khai thác chủ yếu công tác tu bảo dưỡng BTG, tương tự Công tác tu bảo dưỡng mặt cầu thép thông thường BTG thiết kế theo modul liên kết với bulông cường độ cao, công tác tu bảo dưỡng thuận lợi Công tác khai thác, bảo quản, tu sửa cầu gia cố cầu thực theo trình tự giới thiệu sách “Khai thác-Kiểm định-Gia cố cầu” Do đặc điểm phân bố nội lực BTG nên công tác sửa chữa gặp nhiều thuận lợi (trong trình sửa chữa thay modul mặt cầu, cầu khai thác bình thường) Để giải nhược điểm lớn cầu thép tượng gỉ tác dụng môi trường ẩm, mặn, axít độc khác Gỉ ăn mòn thép, làm giảm tiết diện chịu lực, phá hoại liên kết, làm giảm tuổi thọ công trình Biện pháp chống gỉ phổ biến cho thép sơn mạ, nhiên biện pháp có hiệu thời gian định, công trình thép phải thường xuyên kiểm tra, bảo quản, cạo gỉ sơn lại Hiện người ta sử dụng thép hợp kim nhằm hạn chế công tác tu bảo dưởng thường xuyên cầu Để thuận tiện công tác tu bảo dưởng, việc thiết kế kết cấu theo modul việc nên làm Đối với mặt cầu, để chống ăn mòn lớp bêtông nhựa (thường hay sử dụng) cần có lớp dính kết mặt sàn lớp bêtông nhựa (để tránh trường hợp có khiếm khuyết lớp bêtông nhựa trình khai thác, làm lộ mặt sàn thép) Vật liệu thích hợp để giải vấn đề cần phải đáp ứng yêu cầu sau: 113 a) Đảm bảo chống ăn mòn cho mặt sàn, kể lớp bêtông nhựa bị khiếm khuyết (nứt nẻ, bong bật, …) b) Tạo liên kết tốt lớp phủ mặt (bêtông nhựa) mặt thép Như tính chất vật liệu nằm lớp bêtông nhựa mặt sàn thép định rõ sau: Liên kết hoàn toàn với mặt sàn để ngăn xâm nhập độ ẩm vào sàn thép đảm bảo liên kết tốt thép với lớp phủ bêtông nhựa Chống ẩm, chịu tác dụng loại xăng, dầu, muối…và hóa chất khác thấm qua lớp áo bảo vệ (lớp bêtông nhựa) Đủ cường độ chống cắt để chịu xô lệch lớp áo bảo vệ Ít bị ảnh hưởng nhiệt độ, không bị giòn nhiệt độ thấp không bị ảnh hưởng nhiệt độ cao thảm bêtông nhựa Loại vật liệu để đáp ứng yêu cầu bao gồm: sơn bitum, sơn nhựa thông, matít átphan, kim loại gợn sóng, mạ kẽm, màng chất dẽo, hợp chất nhũ tương, nhựa epoxy sử dụng thêm thiết bị neo khí IV KẾT LUẬN Từ lợi ích có (kinh tế, kỹ thuật, quản lý khai thác), thấy hiệu sử dụng kết cấu BTG rõ ràng Từ việc tiết kiệm vật liệu thép đến việc tiết kiệm chi phí khác (móng, đường dẫn, thời gian thi công…) không ảnh hưởng đến tiết kiệm trình thi công (chi phí đầu tư xây dựng), mà góp phần nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng, dẫn đến rút ngắn thời gian hoàn vốn góp phần vào tăng trưởng kinh tế khu vực nước Rút ngắn thời gian sửa chữa ưu điểm sử dụng kết cấu BTG 114 CHƯƠNG V KẾT LUẬN Từ phương châm tăng cường hợp tác trao đổi, thúc đẩy chuyển giao công nghệ, cân nhắc lựa chọn công nghệ đại, để có cải tiến cho phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội nước ta Và nhu cầu phát triển kinh tế tất yếu đòi hỏi sở hạ tầng, hệ thống giao thông phải xây dựng hoàn chỉnh Dẫn đến cần thiết xây dựng cầu lớn vượt qua sông lớn sông Gianh, Phú Lương, Tiền, Hậu v.v để nối vùng mạng lưới đường khu vực trở thành bách đòi hỏi phải có công nghệ xây dựng tiên tiến Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn khó khăn muốn xây dựng công trình cầu số công trình tương tự khác có yêu cầu cao mặt kiến trúc mặt kinh tế, phải xây dựng vùng địa chất không tốt đặc biệt vùng đất yếu Đã có nhiều công trình xây dựng vị trí nhạy cảm kiến trúc địa chất, gần bị bắt buộc phải sử dụng kết cấu vật liệu chưa hợp lý (BTCT, BTCT ƯST, Thép BTCT liên hợp, Giàn thép …) với hình dáng thô kệch nên chưa đảm bảo mặt mỹ quan kinh tế mà đáng phải có Từ thực tế đó, việc nghiên cứu để hiểu sâu sắc chất ứng xử BTG để đưa giải pháp kết cấu thích hợp cho trường hợp cụ thể Từ lợi ích có (kinh tế, kỹ thuật, quản lý khai thác), thấy hiệu sử dụng kết cấu BTG rõ ràng Từ việc tiết kiệm vật liệu thép đến việc tiết kiệm chi phí khác (móng, đường dẫn, thời gian thi công…) không ảnh hưởng đến tiết kiệm trình thi công (chi phí đầu tư xây dựng), mà góp phần nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng, dẫn đến rút ngắn thời gian hoàn vốn góp phần vào tăng trưởng kinh tế khu vực 115 nước Rút ngắn thời gian sửa chữa ưu điểm sử dụng kết cấu BTG Giảm tải trọng tónh điều đặc biệt quan trọng thiết kế cầu nhịp lớn Điều bất lợi cần xây dựng cầu vượt nhịp lớn qua vùng đất yếu Do cách hiễn nhiên, xây dựng cầu nhịp lớn tải trọng tónh kết cấu chịu lực phải giử mức thấp [2] Bản mặt cầu thép trực giao kết cấu phát triển dựa tiêu chí này, đồng thời góp phần tiết kiệm thép Bản trực giao (BTG) cầu thép kết cấu tổ hợp từ mỏng Các phận BTG làm việc không gian đảm nhận nhiều chức khác Việc tính toán thiết kế vấn đề phức tạp, tài liệu kỹ thuật hướng dẫn tính toán thiết kế thiếu, qui trình qui phạm chưa đầy đủ khó sử dụng Để ứng dụng rộng rãi kết cấu BTG cầu thép, cần nắm chất làm việc phận nó, qui luật phân bố nội lực phận hay phần tử bản, yếu tố ảnh hưởng đến phân bố đó, đồng thời đề vấn đề có liên quan cần tiếp tục nghiên cứu [8] Qua trình nghiên cứu phương pháp tính toán áp dụng để tính toán BTG, tác giả đề xuất phương pháp tính toán BTG với nhận xét sau: BTG kết cấu không gian phức tạp, khảo sát cần phải đưa mô hình đơn giản để xem xét Trong số phương pháp đó, phương pháp lưới tính toán rõ ràng tiện lợi xét làm việc cục Nếu xét làm việc đồng thời với toàn kết cấu, cần thiết phải cập nhật điều kiện biên (độ võng, ngoại lực) Tức lập chương trình tính toán ứng với điều kiện biên (tự do, khớp, ngàm) tất điểm biên, đồng thời nội lực điểm (i, j) phải ảnh hưởng chuyển điểm lưới tính toán gây (giải ma trận với kích thước m x n, với m số điểm theo hàng, n số điểm theo cột) 116 Sự phân bố ứng suất BTG khả chịu lực bị ảnh hưởng nhiều yếu tố ứng suất – biến dạng dư giới thiệu trên, độ lệch tâm ban đầu chế tạo, …vấn đề cần nghiên cứu tiếp Trên sở phương pháp tính BTG nêu Vấn đề cần giải làm đơn giản phương pháp tính toán đảm bảo kết tính toán chấp nhận Vậy để xác định nội lực điểm BTG cần tính theo hai bước Mặt khác ta thấy rằng, độ võng theo phương đứng (wij) điểm giao sườn dọc dầm ngang Nên áp dụng PPSPHH vấn đề sườn dọc bị ảnh hưởng việc dầm ngang bị uốn xem xét đồng thời với sườn dọc gối dầm ngang tuyệt đối cứng Như cần bước tính toán xác định nội lực điểm BTG Phương pháp tính toán BTG tác giả đề xuất, giải vấn đề Tính toán BTG theo [2], rõ ràng tiện lợi hầu hết cần tra bảng biều đồ (xin xem [2]) Nhưng phương pháp tính toán lại làm đơn giản phương trình vi phân uốn có nhiều bước tính toán mang tính thực nghiệm Trong khi, thử nghiệm lại chứng minh kết tính toán theo [2] có sai số lớn (thiên an toàn), phương pháp cần phải xem xét lại Để có phương pháp tính hoàn chỉnh hơn, cần phải nghiên cứu thêm yếu tố ứng suất – biến dạng dư, độ lệch tâm ban đầu chế tạo, …, đồng thời phải xem xét đến độ cứng đàn hồi dầm trình làm việc BTG (có nghóa điểm lưới dầm trạng thái ngàm chuyển vị đứng) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AASHTO LRFD 1998, 22TCN –272-01 [2] Design Manual for ORTHOTROPIC STEEL PLATE DECK BRIDGES – American Institute of Steel Construction, Inc, New York, November, 1962 [3] Cầu thép _ Giáo trình nâng cao – Nguyễn Như Khải, Nguyễn Minh Hùng - 1997 [4] Cơ học kết cấu tập I – Lều Thọ Trình, Hồ Anh Tuấn – Đoàn Hữu Quang – 1969 [5] Cơ học kết cấu tập II – Lều Thọ Trình, Hồ Anh Tuấn – Đoàn Hữu Quang – 1969 [6] Giáo trình học : Tấm vỏ – Trường Đại học bách Khoa Đà Nẵng – 1993 [7] Lý thuyết đàn hồi – Nguyễn Xuân Lựu – Hà Nội 2002 [8] Một số tạp chí Giao thông Vận tải liên quan [9] Những ví dụ thiết kế cầu bêtông cốt thép lắp ghép V.A.ROXXIYXKI ; B.P.NAZARENKO; N.A.XLOVINXKI - 1974 [10] Phương pháp số học kết cấu – Gs.Pts Nguyễn Mạnh Yên NXBKHKT, Hà Nội 2000 [11] Phương pháp sai phân hữu hạn ứng dụng giải toán kết cấu - Nguyễn Xuân Bảo, Nguyễn Năng Anh – 1985 [12] Phương pháp phần tử hữu hạn - Chu Quốc Thắng - 1997 [13] Phương pháp số chương trình Turbo Pascal – Trần Văn Minh 1998 [14] Sổ tay học tập II – Nguyễn Thành Bang, Phạm Nguyên Long, Trần Trung Tiến dịch 1979 [15] STEEL BOX GIRDER BRIDGES, Proceedings of the International Conference, London, 13-14 Fer, 1973 [16] Sức bền vật liệu – Lê Ngọc Hồng – 1998 [17] Thiết kế cầu bêtông cốt thép cầu thép đường ôtô – N.I.Polivanov - 1979 [18] Cầu thép – GS TS Lê Đình Tâm – 2004 [19] Mỹ học Cầu Đường – PGS TS Đào Xuân Lâm – GS.TS Đỗ Báo Chương – NXB GTVT – 2003 PHỤ LỤC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Ngày sinh : Nơi sinh : Địa liên lạc : Điện thoại Nới công tác TRƯƠNG QUANG MINH 31 – – 1973 Đà Nẵng Tổ 6, khu phố 8, phường Linh Đông, quận Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh 08 7203646 Ban Điều hành Dự án V3, Dự án đường xuyên Á : : QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1991 – 1996 : 2002 – 2004 : Sinh viên Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, Khoa Xây Dựng Cầu Đường Học viên cao học Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, ngành Cầu – Tuynen Các Công Trình Xây Dựng Khác Trên Đường tô Đường Sắt QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 1996 – 1998 : 1999 – 2004 : Công tác Ban Điều hành Dự án NH1-R100, thuộc Tổng Công ty XDCTGT (Cienco 8) Công tác Ban Điều hành Dự án V3, thuộc Tổng Công ty XDCTGT (Cienco 8) ... cấu nhịp thép Phương hướng phát triển cầu thép II Tổng quan ứng dụng mặt cầu thép trực giao 14 15 Giới thiệu cầu thép nhịp lớn sử dụng mặt cầu thép trực giao 15 Quá trình phát triển mặt cầu thép. .. dung nghiên cứu: 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tính toán trực giao cầu thép nhịp lớn 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Xem xét số lý thuyết phương pháp tính toán thường áp dụng tính BTG 3 Nghiên cứu. .. thường cầu vượt nhịp lớn (cầu treo dây võng, cầu dầm,…, trừ cầy treo dây văng) thường dùng thép I TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA BẢN MẶT CẦU THÉP TRỰC GIAO Giới thiệu cầu thép nhịp lớn sử dụng mặt cầu thép