CHỌN TỶ LỆ HỢP LÝ ĐỘ CỨNG CỦA CÁP (EF) VÀ DẦM CỨNG (EJ) CHO CẦU DÂY VĂNG HAI NHỊP CÁP ĐỒNG QUY TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  TRẦN ĐĂNG NAM CHỌN TỶ LỆ HỢP LÝ ĐỘ CỨNG CỦA CÁP (EF) VÀ DẦM CỨNG (EJ) CHO CẦU DÂY VĂNG HAI NHỊP CÁP ĐỒNG QUY Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 60.58.02.05 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN ĐÌNH QUẢNG Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Phi Lân Phản biện 2: TS Cao Văn Lâm Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 18 tháng 10 năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Thơng tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cầu dây văng (CDV) dạng cơng trình cầu có tiêu kinh tế, kỹ thuật, mỹ quan tốt CDV có khả vượt nhịp lớn, kết cấu đại, hình dáng kiến trúc đẹp, có qui mơ xây dựng lớn với trình độ cơng nghệ cao CDV phát triển, hoàn thiện sở hệ dàn dây theo hướng tạo hệ bất biến hình gồm dây văng chịu kéo dầm cứng chịu nén uốn Cầu dây văng có ba phận chủ yếu trụ tháp, dầm cứng dây xiên, hình thành hệ liên kết dầm cứng chịu nén, uốn dây căng xiên chịu kéo Để chọn kết cấu hợp lý cho cầu dây văng, từ sơ đồ kết cấu với chiều dài nhịp ta chọn chiều cao tiết diện tháp cứng; chọn tiết diện dầm cứng tỷ lệ với chiều dài nhịp; sau chọn tính tốn diện tích dây cáp; cuối kiểm toán tiết diện chọn phải thỏa mãn điều kiện ứng suất biến dạng cho phép Hiện nay, chưa có giáo trình dẫn cụ thể cho việc chọn tiết diện tối ưu dầm cứng dây cáp Trong thiết kế CDV, việc tính tốn lựa chọn tiết diện tối ưu cho điều kiện làm việc đồng dây cáp (EF) dầm cứng (EJ) để phát huy hết khả lý vật liệu sử dụng chưa trọng, gây nhiều lãng phí việc lựa chọn tiết diện cho phận kết cấu Do đó, tỷ lệ độ cứng hợp lý dây cáp dầm cứng tỷ lệ mà vật liệu chịu lực dây cáp dầm cứng làm việc hiệu xét tính chất lý, từ tăng hiệu kinh tế sử dụng vật liệu cáp dầm Xuất pháp từ lý trên, Luận văn nguyên cứu đề tài: “Chọn tỷ lệ hợp lý độ cứng cáp (EF) dầm cứng (EJ) cho cầu dây văng hai nhịp cáp đồng quy” nhằm tìm tiết diện hợp lý cho hệ dây cáp dầm cứng MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nhằm tận dụng tối đa khả làm việc vật liệu sử dụng cho dây cáp dầm cứng sơ đồ CDV hai nhịp cáp đồng quy, tính tốn tác giả thay đổi tăng giảm tiết diện dây cáp (EF), dầm cứng (EJ) xem cáp dầm cứng hệ làm việc đồng Từ đề xuất lựa chọn tỷ lệ hợp lý dây cáp (EF) dầm cứng (EJ) CDV hai nhịp cáp đồng quy ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: dây cáp dầm cứng kết cấu CDV hai nhịp cáp đồng quy Phạm vi nghiên cứu: thay đổi tiết diện dây cáp dầm cứng CDV hai nhịp cáp đồng quy với chiều dài nhịp Lnhịp= 70,0 (m), dầm cứng sử dụng dầm thép Luận văn nghiên cứu kết cấu CDV sơ đồ tĩnh, không xét đến ảnh hưởng động đất gió PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên sở sơ đồ tĩnh, sử dụng phương pháp vòng lặp sở thay đổi tiết diện cáp dầm cứng sơ đồ nhịp tính tốn chọn, áp dụng phần mềm “Midas civil 2011” để tính tốn khả làm việc đồng cáp dầm cứng Từ đề xuất tiết diện hợp lý cho kết cấu BỐ CỤC LUẬN VĂN Mở đầu Chương 1: Tổng quan cầu dây văng Chương 2: Phương pháp tính kết cấu cầu dây văng hai nhịp Chương 3: Chọn tỷ lệ hợp lý độ cứng cáp (EF) dầm cứng (EJ) cho cầu dây văng hai nhịp cáp đồng quy Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo CHƢƠNG TỔNG QUAN CẦU DÂY VĂNG 1.1 KHÁI NIỆM CẦU DÂY VĂNG 1.1.1 Khái niệm Cầu dây văng hệ liên hợp dầm cứng chịu nén, uốn dây căng xiên chịu kéo Hệ gồm dây xiên gọi “dây văng” đầu neo tháp đầu neo vào dầm cứng, tạo thành tam giác [4, tr 161] Nếu đốt dầm liên kết với khớp ta hệ dàn gồm dây cáp làm thép cường độ cao chịu kéo dầm cứng chịu nén với giả thuyết tải trọng tác dụng vào nút Trên thực tế, cấu tạo khớp phức tạp nên dầm cứng thường làm liên tục, chịu nén dầm cứng chịu uốn, tải trọng tác dụng phạm vi khoan dầm cịn phát sinh mơmen uốn cục [4, tr 161] Mômen uốn tỷ lệ thuận với độ cứng dầm, độ cứng lớn dầm chủ yếu chịu mômen, độ cứng nhỏ dầm chủ yếu chịu lực dọc, sơ đồ kết cấu 1.1.2 Cầu dây văng hai nhịp Cầu dây văng hai nhịp có nhịp nhau, tháp cầu bố trí giữa, dây văng bố trí đối xứng qua tháp, cầu khơng có dây neo vào điểm cố định mố trụ dây văng chủ yếu chịu tĩnh tải, dầm cứng phải lớn để chịu mômen hoạt tải CDV hai nhịp xây dựng phổ biến giới, tính đa dạng kiến trúc ta tạm chia dạng sơ đồ CDV hai nhịp sau: a Sơ đồ hai nhịp đối xứng b Sơ đồ hai nhịp không đối xứng 1.2 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CHỊU LỰC TRONG CẦU DÂY VĂNG HAI NHỊP 1.2.1 Các phƣơng án cấu tạo dây văng chịu lực a Góc nghiêng dây văng Trên sở nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết, góc nghiêng tốt dây văng thoải so với phương ngang nên lấy khoảng α = 25 ÷ 280 [4, tr 170] b Sơ đồ cấu tạo dây đồng quy c Sơ đồ cấu tạo dây song song d Sơ đồ cấu tạo dây hình rẽ quạt e Sơ đồ cấu tạo dây liên hợp f Cấu tạo dây văng * Dây văng gồm thép đặt song song * Cáp gồm sợi thép đặt song song * Tao cáp * Bó cáp * Cáp kín g Tính tốn tiết diện dây văng Trong CDV hai nhịp, dây làm việc gối đàn hồi chịu kéo Nội lực dây đạt trị số lớn hoạt tải đứng cầu, lực dọc dây văng thoải tác dụng tĩnh tải hoạt tải xác định theo cơng thức sau: ( )( ) [3, tr 190-191] Trong đó: g, q : tải trọng tĩnh hoạt tải phân bố toàn cầu d, dg : chiều dài hai khoang dầm nằm kề nút dây thoải αg : góc nghiêng dây văng thoải Nội lực dây lại: Ni = Nmax (sinαg/sinαi) * Tiết diện dây văng xác định theo công thức sau: Ai = Ni/ f Trong đó: Ni : nội lực tĩnh hoạt tải dây văng, xác định với hệ số tương ứng theo tiêu chuẩn hành f = 0,45fu: cường độ cực hạn vật liệu làm dây cáp 1.2.2 Cấu tạo dầm chủ chịu lực Trong CDV, tồn hai loại tiết diện ngang với nguyên lý làm việc phân bố vật liệu hoàn toàn khác a Dầm chủ đơn Loại thứ bao gồm khối dầm chủ có tiết diện bất kỳ, đặt mặt phẳng dây, chịu lực biên chịu nén dàn, gọi dầm chủ đơn * Dầm chủ thép * Dầm chủ dạng dàn thép * Dầm chủ bê tông cốt thép b Dầm chủ đa Loại thứ hai dầm chủ có dạng khối, đặc, hộp rỗng BTCT hay thép gia cường sườn dọc, ngang Dầm chủ có chiều cao lớn, có chức chịu lực cục tổng thể, không phân biệt rõ dầm chủ hệ dầm mặt cầu Bản mặt cầu vừa chịu lực cục theo phương ngang vừa tham gia biên dầm chủ chịu uốn, vật liệu cấu thành tiết diện hộp kín bố trí xa trọng tâm tạo khả chống uốn chống xoắn cao, cần thiết cho cầu có mặt phẳng dây * Dầm chủ đa thép * Dầm chủ đa bê tông cốt thép c Chiều dài khoang dầm chủ Chiều dài khoang dầm khoảng cách hai điểm neo dây dầm chủ, chọn sơ đồ cầu thường gắn liền với việc định chiều dài khoang dầm nhịp biên nhịp Hiện CDV thường thi cơng theo công nghệ đúc lắp Tùy theo dầm cứng thép hay BTCT chọn chiều dài khoang dầm chọn trị số sau: - Dầm cứng BTCT: d = ÷ 10 m [3, tr 173] - Dầm cứng thép, thép bê tông liên hợp: d = ÷ 12 m [3, tr 173] d Chọn tiết diện dầm chủ Diện tích tối thiểu dầm chủ tiết diện có lực dọc lớn phải thỏa mãn điều kiện: [3, tr.185] Trong đó: A – Diện tích tiết diện dầm chủ Smax – Lực dọc tính tốn lớn dầm chủ tĩnh hoạt tải R – Cường độ tính tốn vật liệu dầm chủ k – Hệ số phụ thuộc vào nhiều yêu tố: độ lớn lực dọc mô men uốn tiết diện, chiều cao dầm chủ Nhìn chung lấy trị số tham khảo k = 2-3 tùy theo độ lớn mơmen qn tính dầm chủ Hiện chưa có tài liệu nghiên cứu đầy đủ vấn đề chọn chiều cao tối ưu dầm chủ cầu dây văng Trong thực tế thi công, chiều cao dầm cứng cầu xây dựng thay đổi phạm vi rộng có khuynh hướng giảm dần theo chiều dài nhịp - Hệ ba nhịp, hai dàn dây: h/L = 1/100 – 1/300; - Hệ hai nhịp, hai dàn dây: h/L = 1/50 – 1/100 Trường hợp CDV dầm chủ làm thép thép liên hợp, chiều cao dầm thép dạng chữ I tham khảo sau [1, tr 99].: - Chiều cao toàn dầm thép I liên hợp (cả mặt cầu): h = 0,032L - Chiều cao dầm thép I dầm liên hợp: h = 0,027L 1.2.3 Cấu tạo tháp cầu Trong CDV, tùy theo độ cứng chịu uốn tháp theo phương dọc, phân biệt hai loại tháp: tháp mềm tháp cứng Tháp mềm có kích thước theo chiều dọc cầu tương đối nhỏ, độ cứng bé, khả chịu uốn tháp cầu có liên kết khớp với trụ coi mềm khơng phụ thuộc vào kích thước tiết diện Tháp cứng có kích thước tiết diện ngang lớn, độ cứng theo phương dọc cầu đủ lớn để hạn chế chuyển vị ngang đỉnh tháp chịu lực ngang dây văng a Tháp cầu mềm b Tháp cầu cứng c Chiều cao tiết diện tháp cầu Trên sở nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết, góc nghiêng dây văng thoải so với phương dọc nên chọn khoảng 25÷280 Từ góc nghiêng trên, ứng với chiều dài nhịp cụ thể, xác định chiều cao tháp cầu Tháp cầu kết cấu chủ yếu chịu nén lệch tâm Mức độ lệch tâm (mômen uốn tháp) phụ thuộc vào sơ đồ liên kết tháp với dây văng trụ cầu Diện tích tối thiểu tháp cầu sơ xác định theo công thức: ( )-( ) [3, tr 189] Trong đó: At : Diện tích cột tháp (tháp cột) g, p : tĩnh tải hoạt tải tính tốn phân bố tác dụng l1, l2 : chiều dài nhịp biên ovà chiều dài nhịp Rt : cường độ vật liệu làm tháp α : góc nghiên chân tháp so với mặt ngang Nếu tháp cột diện tích nhân gấp đơi 1.2.4 Cấu tạo neo hệ neo a Cấu tạo đầu neo b Cấu tạo hệ neo liên kết * Liên kết dây văng với dầm chủ * Liên kết dây văng với tháp cầu * Cấu tạo gối neo chịu phản lực âm 1.3 MỘT SỐ SƠ ĐỒ TÍNH CỦA CẦU DÂY VĂNG HAI NHỊP VÀ PHƢƠNG ÁN CHỌN LÀM VÍ DỤ TÍNH TỐN 1.3.1 Một số sơ đồ tính cầu dây văng hai nhịp 1.3.2 Phƣơng án chọn làm ví dụ tính tốn Trên sở lý thuyết phân tích chương 1, tác giả 10 Mặt cắt ngang cầu dầm thép liên hợp bê tơng cốt thép: Hình 1.25 Mặt cắt ngang Cầu b Cấu tạo tháp cầu - Chiều cao tháp cầu chọn cho đảm bảo yêu cầu sau: + Đảm bảo liên kết dây văng tháp + Đảm bảo góc nghiêng hợp lý dây văng q trình chịu lực Góc nghiêng dây thoải nhất: α = (25 ÷ 28)o + Với L nhịp: L= 70,0m chọn α = 27,64o Hình 1.26 Kích thước hình học tháp cầu 11 c Cấu tạo dây cáp - Kết tính tốn sau thỏa mãn tất điều kiện ứng suất biến dạng, ta xác định tiết diện dây cáp cần bố trí lực căng dây: Bảng 1.4 Kết bố trí lực căng hồn chỉnh dây cáp Ai Lực căng Cặp dây Số tao cáp (cm2) (KN) S1 30 29,61 1014,18 S2 45 44,42 1584,75 S3 50 49,35 2048,35 S4 70 69,09 3112,09 d Kết kiểm toán * Kiểm toán dây cáp trạng thái giới hạn sử dụng: Bảng 1.5 Kết kiểm tra ứng suất dây cáp trạng TTGHSD Nội lực 0,45.fpu Ai σi Kiểm dây cáp STT Dây tra MPa cm Si Mpa S1 837,0 29,61 1208,911 408,3 Đạt S2 837,0 44,42 1942,769 437,4 Đạt S3 837,0 49,35 2281,358 462,3 Đạt S4 837,0 69,09 3406,016 493,0 Đạt * Kiểm toán ứng suất dầm cứng trạng thái giới hạn sử dụng: - Ứng suất nén kéo giới hạn thép gần tương đương nhau: [σ] = 0,9 fpy = 0,9 * 250,0 = 225,0 (MPa) Bảng 1.6 Kết kiểm ứng suất dầm cứng TTGHSD Vị trí Ứng suất lớn gây Giá trị ứng suất (MPa) Kết 1/2 khoan K4 Tim tháp cầu Ứng suất nén Ứng suất kéo Ứng suất tính tốn -77,58 Ứng suất giới hạn -225,0 Đạt Ứng suất tính tốn 52,24 Ứng suất giới hạn 225,0 Đạt 12 * Kiểm tra độ võng dầm trạng thái giới hạn sử dụng Kết tính tốn độ võng lớn nhất: y = 0,086 < [y] Vậy độ võng dầm cứng đạt yêu cầu Bảng 1.7 Bảng giá trị độ cứng cáp dầm cứng Giá trị (EscFc); (EdJd) (EscFc)/ (EdJd) Dây cáp S1 Dây cáp S2 Dây cáp S3 Dây cáp S4 Dầm cứng (103KN) (103KN) (103KN) (103KN) (103KN/m2) 1166,634 1749,951 1944,390 2722,146 27232,160 0,0428 0,0643 0,0714 0,1000 TB= 0,07 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG - Trên sở khái quát chung cầu dây văng, tác giả chọn sơ đồ cầu dây văng hai nhịp cáp đồng quy với chiều dài nhịp Lnhịp= 70,0 (m), bề rộng mặt cầu B= 11,5 (m), dầm cứng sử dụng dầm thép chữ I, để làm số liệu tính tốn Kết ban đầu, tỷ lệ độ cứng dây cáp dầm cứng trung bình 0,07 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU CẦU DÂY VĂNG NHỊP 2.1 CÁC TRẠNG THÁI NỘI LỰC TRONG KẾT CẤU 2.1.1 Tĩnh tải 2.1.2 Hoạt tải 2.1.3 Điều chỉnh nội lực CDV làm việc dầm liên tục tựa gối đàn hồi gối cứng, chịu tĩnh tải, dây biến dạng, dầm chủ bị võng Độ võng tĩnh tải làm sai lệch trắc dọc độ dốc thiết kế, ảnh hưởng đến hình dạng kiến trúc, tiêu khai thác gây mômen uốn lớn dầm cứng 13 2.2 PHƢƠNG PHÁP TÍNH ÁP DỤNG CHO CẦU DÂY VĂNG NHỊP Q trình tính tốn CDV thơng thường thực dạng toán ngược theo trình tự sau: - Chọn sơ đồ kết cấu cầu - Định trước kích thước hệ: chiều dài nhịp, chiều dài khoang dầm, chiều cao tháp, góc nghiêng dây văng - Dự kiến vật liệu, hình dạng kích thước phần tử chịu lực tháp cầu, hệ dầm chủ dây văng - Xác định tải trọng tác động lên kết cấu - Tính tốn nội lực hệ kết cấu chịu tĩnh tải điều chỉnh nội lực - Tính tốn nội lực hệ kết cấu chịu hoạt tải - Tổng hợp nội lực, tính duyệt tiết diện phận giai đoạn khai thác theo điều kiện bền, biến dạng chống nứt… - Nếu điều kiện không đạt cần thay đổi số liệu vào, lặp lại bước tính tốn duyệt lại tiết diện Bước tính tốn nội lực hệ tĩnh tải điều chỉnh nội lực bước quan trọng phức tạp toán thiết kế 2.2.1 Phƣơng pháp tính cầu dây văng hai nhịp chịu tĩnh tải điều chỉnh nội lực Từ điều kiện tổng mô men uốn (độ võng) tĩnh tải lực điều chỉnh ảnh hưởng thứ cấp gây phải trị số mô men (độ võng) chuẩn, ta có: a Phương trình tắc tính điều chỉnh nội lực theo phương pháp lực Phương trình tắc dạng tổng quát viết cho nút thứ i sau: 14 Khi mục tiêu điều chỉnh mô men uốn dầm cứng: [3, tr 157] Trong đó: - mơ men uốn nút thứ I trạng thái ban đầu (A); - mô men “chuẩn” cần đạt nút thứ I (mục tiêu); - mô men uốn nút thứ I lực điều chỉnh gây ra; - mô men uốn nút thứ ido tĩnh tải phần II ảnh hưởng thứ cấp (nhiệt độ, co ngót, từ biến bê tơng) hệ trạng thái hoàn chỉnh Mở rộng cho tất nút, ta có hệ phương trình tắc viết dạng ma trận sau: [ ] [3, tr 157] Trong đó: [M] – ma trận ảnh hưởng mơ men uốn, phần tử mij mô men uốn nút I lực căng dây nút j có giá trị đơn vị gây (tương ứng với sơ đồ hệ thời điểm căng dây nút j) X – véctơ ẩn lực dây văng M0 – véctơ mô men uốn hệ xuất pháp (A) MC – véctơ mô men uốn “chuẩn”, giá trị muốn đạt tới MII – véctơ mô men uốn tĩnh tải phần II ảnh hưởng thứ cấp gây hệ trạng thái hoàn chỉnh b Phương trình tắc tính điều chỉnh nội lực theo phương pháp chuyển vị Phương trình tắc dạng tổng quát viết cho nút thứ i sau: Khi mục tiêu điều chỉnh độ võng dầm cứng: [3, tr 158] 15 Trong đó: - độ võng nút thứ I trạng thái ban đầu (A); - độ võng “chuẩn” cần đạt nút thứ I (mục tiêu); - độ võng nút thứ I lực điều chỉnh gây ra; - độ võng nút thứ I tĩnh tải phần II ảnh hưởng thứ cấp (nhiệt độ, co ngót, từ biến bê tơng) hệ trạng thái hồn chỉnh Mở rộng cho tất nút, ta có hệ phương trình tắc viết dạng ma trận sau: [ ] [3, tr 158] Trong đó: [Y] – ma trận ảnh hưởng độ võng, phần tử mij độ võng nút I lực căng dây nút j có giá trị đơn vị gây (tương ứng với sơ đồ hệ thời điểm căng dây nút j) X – véctơ ẩn lực dây văng Y0 – véctơ độ võng hệ xuất pháp (A) YC – véctơ độ võng “chuẩn”, giá trị muốn đạt tới YII – véctơ độ võng tĩnh tải phần II ảnh hưởng thứ cấp gây hệ trạng thái hoàn chỉnh * Biến dạng nội lực hệ trạng thái hoàn chỉnh (B) + Độ võng: Y = [Y].X + Y0 +YII + Mô men uốn: M = [M].X + M0 +MII 2.2.2 Xác định nội lực cầu dây văng Do CDV hệ không gian, siêu tĩnh bậc cao, số phẩn tử ẩn số lớn, việc tính tốn buộc phải thực máy tính, sở chương trình tự lập phần mền chuyên dụng chuyên gia lập Trong Luận văn, tác giả sử dụng phần mềm mơ hình hóa kết 16 cấu “Midas Civil 2011” để tính tốn kết cấu 2.3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MIDAS CIVIL 2011 TÍNH NỘI LỰC 2.3.1 Trình tự mơ hình hóa kết cấu bắng phần mến Midas Civil 2011 a Vẽ sơ đồ kết cấu b Khai báo đặc trưng vật liệu c Khai báo đặc trưng hình học d Khai báo điều kiện biên e Khai báo tải trọng tĩnh tải 2.3.2 Xuất kết nội lực phần mềm Midas Civil 2011 Sau mơ hình hóa kết cấu xong, tiến hành tổ hợp tải trọng cần thiết phục vụ nghiên cứu, xuất kết nội lực phận kết cấu a Tổ hợp tải trọng chương trình b Tổ hợp điều chỉnh nội lực dây văng c Xuất kết nội lực chương trình 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG - Trong CDV có hai phương pháp tính tính tốn nội lực dây cáp dầm cứng phương pháp lực (mục tiêu điều chỉnh mômen uốn dầm cứng) phương pháp chuyển vị (mục tiêu điều chỉnh độ võng dầm cứng) - Trong Luận văn, tác giả sử dụng phương pháp chuyển vị, với mục tiêu độ võng dầm cứng không đổi chịu tĩnh tải lực điều chỉnh giai đoạn khai thác - Để giảm khối lượng tính tốn kết cấu xét ảnh hưởng tương quan phận kết cấu, tác giả sử dụng phần 17 mềm “Midas Civil 2011” để mơ hình hóa tính tốn hệ kết cấu theo sơ đồ tĩnh CHƢƠNG CHỌN TỶ LỆ HỢP LÝ ĐỘ CỨNG CỦA CÁP (EF) VÀ DẦM CỨNG (EJ) CHO CẦU DÂY VĂNG HAI NHỊP CÁP ĐỒNG QUY 3.1 NGUYÊN LÝ CHỌN ĐỘ CỨNG HỢP LÝ 3.1.1 Định nghĩa hợp lý Tỷ lệ hợp lý độ cứng dây cáp dầm cứng tỷ lệ mà vật liệu chịu lực dây cáp dầm cứng làm việc hiệu xét tính chất lý 3.1.2 Phƣơng pháp chọn EscFc EdJd Áp dụng phương pháp vòng lặp, thay đổi giá trị Fc, Jd sơ đồ tính, tính tốn lại nội lực, ứng suất dây cáp dầm cứng vòng lập Vòng lập kết thúc thỏa mãn đồng thời điều kiện sau: 1) Ứng suất cáp: │σc – [σc]│≤ Ɛc= 41,85 (MPa) Với Ɛc = ( [σc] - 0,95[σc]) = (837,0 – 0,95*837,0) = 41,85 (MPa) ( [σc] = 0,45fu = 0,45*1860 = 837,0 (MPa) ) 2) Ứng suất dầm cứng: │σd – [σd] │≤ Ɛd = 4,5 (MPa) Với Ɛc = ( [σd] - 0,98[σd]) = (250,0 – 0,98*225,0) = 4,50 (MPa) ( [σd] = 0,9fy = 0,9*250,0 = 225,0 (MPa) ) Trong đó: Ɛc ; Ɛd độ xác lựa chọn phương pháp lập 3.2 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 3.2.1 Tổng hợp kết a Bước 18 b Bước c Bước d Bước e Bước f Bước 3.2.2 Phân tích kết Từ bảng tổng hợp kết quả, tiến hành xây dựng biểu đồ diễn biến ứng suất dây cáp, dầm cứng phân tích biểu đồ Bảng 3.13 Bảng tổng hợp ứng suất dây cáp dầm cứng TT Bộ phận Dây cáp S1 Dây cáp S2 Bƣớc Dây cáp S3 Dây cáp S4 Bƣớc Bƣớc Bƣớc Fci; Jci 2961,0 4441,5 4935,0 6909,0 Dầm cứng 1,346E+11 Dây cáp S1 Dây cáp S2 Dây cáp S3 Dây cáp S4 2467,50 3454,50 3948,00 5922,00 Dầm cứng 1,088E+11 Dây cáp S1 Dây cáp S2 Dây cáp S3 Dây cáp S4 1974,00 2467,50 2961,00 4935,00 Dầm cứng 8,202E+10 Dây cáp S1 Dây cáp S2 Dây cáp S3 Dây cáp S4 1381,80 2270,10 2467,50 4046,70 Dầm cứng 6,047E+10 σi (Mpa) [σ] σi / [σ] (Mpa) (%) 408,3 437,4 837,0 462,3 493,0 52,24 225,0 -77,58 -225,0 486,1 544,1 837,0 555,8 568,6 65,62 225,0 -91,90 -225,0 608,1 737,2 837,0 711,9 682,1 85,87 225 -111,91 -225 836,7 814,9 837,0 829,7 834,6 115,39 225 -135,11 -225 48,78 52,26 55,23 58,90 23,22 34,48 58,07 65,01 66,41 67,93 29,16 40,85 72,66 88,08 85,05 81,49 38,16 49,74 99,96 97,36 99,13 99,71 51,28 60,05 │σi [σ]│ (MPa) 428,7 399,6 374,7 344,0 172,76 147,42 350,9 292,9 281,2 268,4 159,38 133,10 228,9 99,8 125,1 154,9 139,13 113,09 0,3 22,1 7,3 2,4 109,61 89,89 Điều chỉnh Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Giảm Tăng Tăng Giảm 19 TT Bƣớc Bƣớc σi (Mpa) Bộ phận Fci; Jci Dây cáp S1 Dây cáp S2 Dây cáp S3 Dây cáp S4 1480,50 2270,10 2467,50 4145,40 Dầm cứng 4,291E+10 Dây cáp S1 Dây cáp S2 Dây cáp S3 Dây cáp S4 1480,50 2368,80 2467,50 4244,10 Dầm cứng 3,156E+10 801,7 828,3 823,1 835,7 158,24 -159,59 807,0 813,8 821,6 837,0 204,59 -221,87 │σi [σ]│ (MPa) 95,79 35,3 98,96 8,7 98,34 13,9 99,85 1,3 70,33 66,76 70,93 65,41 96,41 30,0 97,23 23,2 98,16 15,4 100,00 0,0 90,93 20,41 98,61 3,13 [σ] σi / [σ] (Mpa) (%) Điều chỉnh 837,0 Tăng Tăng 225 -225 837,0 225 -225 Giảm Kết thúc vòng lặp Bảng 3.14 Bảng tổng hợp độ cứng dây cáp dầm cứng TT Giá trị Bƣớc Bƣớc Bƣớc Bƣớc Bƣớc Bƣớc (EscFc); (EdJd) (EscFc)/ (EdJd) (EscFc); (EdJd) (EscFc)/ (EdJd) (EscFc); (EdJd) (EscFc)/ (EdJd) (EscFc); (EdJd) (EscFc)/ (EdJd) (EscFc); (EdJd) (EscFc)/ (EdJd) (EscFc); (EdJd) (EscFc)/ (EdJd) Dây cáp S1 Dây cáp S2 Dây cáp S3 Dây cáp S4 Dầm cứng (103KN) (103KN) (103KN) (103KN) (103KN/m2) 1166,634 1749,951 1944,390 2722,146 27232,160 0,0428 0,0643 0,0714 0,1000 TB= 0,07 972,195 1361,073 1555,512 2333,268 20348,08 0,0478 0,0669 0,0764 0,1147 TB= 0,076 777,756 972,195 1166,634 1944,390 14011,280 0,0555 0,0694 0,0833 0,1388 TB= 0,087 544,429 894,419 972,195 1594,400 9707,840 0,0561 0,0921 0,1001 0,1642 TB= 0,103 583,317 894,419 972,195 1633,288 6444,000 0,0905 0,1388 0,1509 0,2535 TB= 0,158 583,317 933,307 972,195 1672,175 4550,800 0,1282 0,2051 0,2136 0,3674 TB= 0,229 a Biểu đồ ứng suất dầm cứng Xét biểu đồ diễn biến ứng suất dầm cứng theo độ cứng 20 dầm cứng bước phân tích Kết biểu đồ sau: Hình 3.7 Biểu đồ diễn biến giá trị ứng suất kéo dầm cứng Hình 3.8 Biểu đồ diễn biến giá trị ứng suất dầm cứng 21 b Biểu đồ ứng suất dây cáp Xét biểu đồ diễn biến ứng suất dây cáp theo độ cứng dầm cứng bước phân tích Kết biểu đồ sau: Hình 3.9 Biểu đồ diễn biến giá trị ứng suất dây cáp Nhận xét: Khi giảm độ cứng dầm (giảm Jd): ứng suất kéo dây cáp tăng dần đến ứng suất giới hạn vật liệu cáp Bước cuối (bước 6): Ứng suất dây cáp đạt xắp xỉ ứng suất cho phép Chứng tỏ dây cáp tận dụng tối đa khả chịu lực vật liệu cáp c Biểu đồ tỷ lệ độ cứng dây cáp dầm cứng Xét biểu đồ tỷ lệ độ cứng dây cáp dầm cứng bước phân tích Kết biểu đồ sau: 22 Biểu đồ tỷ lệ độ cứng dây cáp dầm cứng 0,40 0,35 (EscFc)/ (EdJd) 0,30 0,25 0,229 0,20 0,158 0,15 0,103 0,10 0,070 0,076 0,087 0,05 0,00 Thứ tự bƣớc phân tích Đường diễn biến tỷ lệ độ cứng dây S1 Đường diễn biến tỷ lệ độ cứng dây S2 Đường diễn biến tỷ lệ độ cứng dây S3 Đường diễn biến tỷ lệ độ cứng dây S4 Đường diễn biến tỷ lệ độ cứng trung bình Hình 3.10 Biểu đồ tỷ lệ độ cứng dây cáp với dầm cứng Nhận xét: - Khi giảm độ cứng dầm: tỷ lệ độ cứng dây cáp với dầm cứng tăng, đặc biệt tăng nhanh bước 5, - Tại bước lặp cuối (bước 6), điều kiện quy định ban đầu thỏa mãn, cho thấy dầm cứng dây cáp đồng thời sử dụng tối đa khả chịu lực vật liệu theo mục tiêu đề - Với sơ đồ cầu dây văng hai nhịp cáp đồng quy có chiều dài nhịp Lnhịp = 70,0 (m), mặt cắt ngang cầu rộng B= 11,5(m), dầm chủ sử dụng dầm thép, tỷ lệ hợp lý độ cứng dây cáp dầm cứng trung bình 0,229 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG - Vấn đề phân tích nghiên cứu việc sử dụng tối đa tính chất lý vật liệu cấu tạo nên dây cáp dầm cứng cầu dây văng 23 cần thiết Thông qua việc sử dụng tối đa tính chất lý vật liệu, tính kinh tế kỹ thuật CDV nâng cao - Với kết phân tích trên, cầu dây văng hai nhịp cáp đồng quy với sơ đồ tính cụ thể có chiều dài nhịp Lnhịp = 70,0m, mặt cắt ngang cầu rộng B=11,5(m), dầm chủ sử dụng dầm thép, tác giả có kết luận sau: Tỷ lệ độ cứng hợp lý dây cáp (EscFc) dầm cứng (EdJd) trung bình: 0,229 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu phân tích tính tốn nội dung nêu luận văn, rút kết luận sau đây: - Trong tính tốn cầu dây văng, dầm cứng làm việc theo nguyên lý dầm liên tục tựa gối đàn hồi dầm cứng chịu nén uốn, dây cáp chủ yếu chịu kéo Khi độ cứng lớn (chọn tiết diện dầm chủ lớn) dầm chủ chịu uốn chính, dẫn đến dây cáp tham gia chịu lực Ngược lại, độ cứng nhỏ (chọn tiết diện dầm chủ nhỏ) dầm chủ chịu nén chính, lúc dây cáp tham gia chịu lực lớn - Trên sở nguyên lý làm việc kết cấu cầu dây văng, việc lựa chọn tiết diện vật liệu sử dụng cho dầm cứng dây cáp vấn đề phức tạp, nhằm lựa chọn kết cấu có tính kinh tế người thiết kế phải đưa toán để giải vấn đề cho khai thác hết khả lý vật liệu (dây dầm làm việc), từ định đến việc lựa chọn sử dụng loại vật liệu tiết diện tối ưu cho dầm cứng dây cáp 24 - Từ kết phân tích đánh giá Luận văn với sơ đồ cầu dây văng hai nhịp cáp đồng quy có chiều dài nhịp Lnhịp = 70,0 (m), mặt cắt ngang cầu rộng B= 11,5(m), dầm chủ sử dụng dầm thép, lỷ lệ độ cứng hợp lý dây cáp (EscFc) dầm cứng (EdJd) trung bình: 0,229 KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cúu tác giả có kiến nghị sau: - Cần nghiên cứu đưa giáo trình thiết kế CDV có tính đến khả sử dụng tối ưu tính chất lý vật liệu, đặc biệt vật liệu địa phương Việt Nam - Xây dựng phần mềm tự động tính tốn chọn độ cứng hợp lý cho dây cáp dầm cứng cầy dây văng Và phần mền có xét đến ảnh hưởng độ cứng tháp cầu, động đất, gió HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1) Việc nghiên cứu chọn tỷ lệ hợp lý độ cứng dây cáp dầm cứng CDV nghiên cứu ứng dụng cho chiều dài nhịp khác sơ đồ kết cấu cầu khác Có thể nghiên cứu ứng dụng cho dầm sử dụng vật liệu khác như: dầm bê tông cốt thép, dầm hộp thép 2) Vì thời gian có hạn, Luận văn chưa đề cập đến biến dạng dầm chủ hoạt tải trạng thái giới hạn sử dụng số ảnh hưởng thứ cấp Tác giả nghiên cứu sử dụng sơ đồ biến dạng để tính tốn tỷ lệ hợp lý độ cứng cáp dầm cứng