Một số phân tích và khảo sát thiết kế kháng xoắn cầu dầm hộp cong nhịp liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực

Nội dung bài viết cũng sẽ tập trung vào dạng kết cấu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực mặt cắt hộp, nhịp liên tục cong bằng với bán kính cong nhỏ.

Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (04/2021), 356-368 Transport and Communications Science Journal ANALYSES AND INVESTIGATIONS OF TORSIONAL RESISTANCE ON PRESTRESSED CONCRETE CONTINUOUS BOX GIRDER BRIDGES WITH HORIZONTALLY CURVED ALIGNMENT Dang Viet Duc University of Thuyloi, No 175 Tay Son Street, Dong Da, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 16/01/2021 Revised: 25/03/2021 Accepted: 29/03/2021 Published online: 15/04/2021 https://doi.org/10.47869/tcsj.72.3.10 * Corresponding author Email: dangvietduc@gmail.com; Tel: 0936020377 Abstract Curved pre-stressed concrete bridge structures have been applied commonly to grade separated intersections, overpass bridges, viaducts and bridges in mountainous areas which avoid landsliding and compromise the landscape in Natural Area Preserves Torsion in curved bridge girders is a such considerable issue for bridge structural design process Bridge girders designed with the type of box section achieve good tortional resistance and both positive and hogging flexural strength, which is suitable for the bridge structure of continuous spans The background of tortional resistance based on the mean of closed box geometry and stirrups is analysed Factors which influenced on girder’s tortional moment distribution like bearing set up and tendon arrangenment are also important contents of the paper Research contents of this paper investigate curved pre-stressed concrete (PC) box girder bridges with span length of 40m and horizontally curved radius of 70m, the minimum curved radius according to the current design code requirements of delta third level highway The flexural, tortional and shear resistances of the bridge girder will be checked accordiong to internal force distributions obtained from FEM models Conclusions of torsional resistance of girder which preliminarily designed from corresponding straight bridge, influences of bearing arrangement and tendon design on torsional moment distribution are also presented in this paper Keywords: prestressed concrete girder bridges, continuous spans, horizontally curved alignment, and box section girders, torsional resistance, and stirrup reinforcement © 2021 University of Transport and Communications 356 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 72, Số (04/2021), 356-368 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải MỘT SỐ PHÂN TÍCH VÀ KHẢO SÁT THIẾT KẾ KHÁNG XOẮN CẦU DẦM HỘP CONG NHỊP LIÊN TỤC BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC Đặng Việt Đức Trường Đại học Thủy lợi, Số 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 16/01/2021 Ngày nhận sửa: 25/03/2021 Ngày chấp nhận đăng: 29/03/2021 Ngày xuất Online: 15/04/2021 https://doi.org/10.47869/tcsj.72.3.10 * Tác giả liên hệ Email: dangvietduc@gmail.com; Tel: 0936020377 Tóm tắt Kết cấu cầu cong thường áp dụng phổ biến nút giao cắt khác mức, cầu vượt cầu cạn làm ven sườn núi nhằm tránh sụt trượt hay qua khu bảo tồn thiên nhiên Xoắn cầu cong vấn đề quan tâm q trình thiết kế kết cấu cơng trình Nội dung nghiên cứu báo xét đến kết cấu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) nhịp liên tục độ 40m, bán kính cong 70 m, bán kính cong nhỏ áp dụng theo phạm vi yêu cầu loại đường cấp đồng Các sức kháng làm việc uốn, cắt xoắn kiểm tra với kết nội lực thu từ mô hình phân tích tính tốn nhịp kết cấu nhịp dầm cong theo thuật toán phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) Kết luận sức kháng xoắn mặt cắt dầm chọn sơ từ nhịp thẳng so sánh với nội lực gây tải trọng tác dụng nhịp dầm cong, ảnh hưởng giải pháp bố trí gối hệ thống DƯL lên phân bố mơ men xoắn dầm trình bày báo Từ khóa: bê tơng cốt thép dự ứng lực, nhịp liên tục, nhịp dầm cong bằng, mặt cắt hộp, sức kháng xoắn, cốt đai © 2021 Trường Đại học Giao thông vận tải GIỚI THIỆU Kết cấu cầu cong áp dụng phổ biến hệ thống giao thông đường đường sắt Trong khu vực thị, cầu cong có mỹ quan đẹp với kết cấu mảnh tạo điểm nhấn kiến trúc Cầu cong tạo tối ưu hướng tuyến, chuyển đổi phân dòng 357 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (04/2021), 356-368 xe nút giao cắt khác mức Cầu cong cịn đường cao (cầu cạn) uốn lượn theo sườn núi có độ dốc lớn để tránh bạt mái taluy làm đường Các tuyến đường giao thông ngày yêu cầu xây dựng với quy mô cấp hạng thiết kế mức cao trước, giải pháp giao cắt mức, bạt núi tạo taluy cho đường, xử lý đất yếu cho đường, nhiều trường hợp trở nên không khả thi đáp ứng tiến độ thi công yêu cầu khai thác [1] Thậm chí với nhiều đoạn tuyến quốc lộ Bắc – Nam, mùa mưa lũ năm 2020 ngập gây ách tắc hoàn toàn nhiều giờ, chí tính theo ngày, dù cao độ tuyến thiết kế với tần suất lũ 1% [2] Trên thực tế có nhiều nút giao cắt khác mức, tuyến đường đèo áp dụng kết cấu cầu cong nút đầu cầu Chương Dương phía Hà Nội, nút giao Vành đai với đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng, tuyến tránh vượt đèo Pha Đin, Cầu Cốc Pài - Hà Giang, đường Hồ Chí Minh đoạn vượt cao qua khu bảo tồn rừng Cúc Phương Thực tiễn thiết kế - xây dựng công cầu Việt Nam cho thấy phần lớn kết cấu cầu cong có dạng nhịp dầm giả cong với dầm BTCT DƯL mặt cắt I T thi công lắp ghép bán lắp ghép Trong dạng dầm bê tơng mặt cắt hộp có khả kháng uốn tốt với phân bố mô men âm dương, có sức kháng xoắn tốt nhiều so với dạng mặt cắt hở [3] đặc biệt phù hợp với kết cấu nhịp liên tục kết cấu nhịp cầu cong có bán kính nhỏ Các thơng số thiết kế hình học tuyến cơng trình cầu phải tn thủ tiêu chuẩn thiết kế chung dự án tuyến đường tổng thể Bán kính cong nhịp cầu thường thiết kế khơng nhỏ 70m, bán kính cong nhỏ theo tiêu chuẩn Đường cấp III đồng [4] Với yêu cầu độ từ 40m độ cong lớn (bán kính cong 0.25 Tcr (1); (2) 358 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 72, Số (04/2021), 356-368 Tu: Mơ men xoắn tính tốn xác định từ mơ hình tính tốn kết cấu nhịp dầm cong Tcr: Mô men nứt xoắn; Acp: Diện tích bao bọc chu vi bên ngồi bê tơng; Pc : Chiều dài chu vi bên ngồi mặt cắt bê tông; Trong trường hợp kết cấu dầm cong khơng thỏa mãn điều kiện phương trình (1) phải tiếp tục phải xét đến điều kiện thể phương trình (3)  Tn ≥ Tu Tn = (3); A0 At f y cot g s (4) Trong Tn sức kháng xoắn danh định dầm xác định dựa vào công thức 5.8.3.6.2 – 22TCN 272-05 [6]; Tu mô men xoắn tính tốn A0: Diện tích bao dịng cắt, bao gồm diện tích lỗ rỗng (mm2); At: Diện tích nhánh cốt thép ngang kín chịu xoắn (mm2); : Góc vết nứt xác định dựa vào quy định mục 5.8.3.4 – 22TCN 27205 thông qua giá trị /f’c với  ứng suất cắt xác định theo 5.8.3.6.2-3 trường hợp mặt cắt hộp x s: cự ly cốt thép đai v= Vu − V p bv d v + Tu Ph A0h 5.8.3.6.2-3 Mu + 0.5Vu cot g − Aps f po dv x =  0.002 5.8.3.4.2-2 Es As + E p Aps (5) (6) Vu: lực cắt tính tốn Ph: chu vi theo tim cốt thép chịu xoắn ngang kín (mm) Aoh : diện tích bao tim cốt thép chịu xoắn ngang kín phía ngồi, bao gồm diện tích lỗ có (mm2) bv: bề rộng bụng hữu hiệu lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv xác định Điều 5.8.2.7 (mm) dv : chiều cao chịu cắt hữu hiệu xác định Điều 5.8.2.7 (mm) Aps : diện tích thép dự ứng lực phía chịu kéo uốn cấu kiện (mm2)  hệ số sức kháng quy định Điều 5.5.4.2 Vu (5) (6) điều chỉnh giá trị kết hợp cắt xoắn  0.9 phTu Vu = V +   A0 u 359    (7) Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (04/2021), 356-368 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC KHÁNG XOẮN CỦA NHỊP DẦM CẦU CONG 3.1 Yếu tố mặt cắt Sức kháng xoắn danh định Tn mặt cắt công thức (4) phụ thuộc vào giá trị Ao, At fy Ao diện tích bao quanh dịng lực cắt, hình dung đơn giản vùng diện tích bao quanh đường cốt đai kín ngồi (hình 1) Có thể nhận thấy diện tích mặt cắt dầm hộp (khơng tính phần cánh dầm) lớn sức kháng xoắn lớn Vịng cốt đai kín tham chống xoắn Vịng cốt đai kín ngồi Hình Các cốt đai hàn kín tham gia chịu cắt – xoắn Hình Vùng diện tích để xác định Ao fy: giá trị chảy dẻo đồng thời định nghĩa cấp vật liệu cốt thép đai, thiết kế cấp thép thường áp dụng với giá trị 400 – 420 Mpa, xem đại lượng tương đối cố định At: Diện tích nhánh cốt thép ngang kín chịu xoắn (mm2); tổng diện tích nhánh cốt đai kín, hàn liên kết cốt đai thành vịng kín (được minh họa hình thể nét đậm hơn) Để tăng sức kháng xoắn mặt cắt tăng đường kính cốt đai hàn khép kín theo chu vi mặt cắt, tăng số lượng cốt đai kín s: cự ly cốt thép đai Cự ly nhỏ dẫn đến tăng sức kháng cắt – xoắn nhiên cự ly không nên nhỏ 15cm để đảm bảo thuận tiện công tác đầm dùi thi công bê tông dầm, tránh tượng rỗ, dồn nước cốt liệu 3.2 Điều kiện gối trụ Có dạng bố trí gối kê trụ (hình 3) loại gối loại gối Dạng trụ gối đỉnh, áp dụng biến hơn, không cho phép biến mặt cắt đỉnh trụ có biến dạng xoắn Với hình thức bố trí gối phân bố mô men xoắn bị hạn chế phạm vi nhịp, qua mặt cắt trụ dạng có bước nhảy mơ men xoắn, giống phân bố lực cắt Gối cho phép xoay Gối chống xoay Hình 3: Bố trí gối khơng cho phép dầm xoay cho phép xoay quanh trục dọc dầm Dạng thứ trụ bố trí gối đỉnh Với hình thức trụ dạng trụ cột với gối kê đỉnh giảm đáng kể quy mô so sánh với trụ bố trí gối kê, hình dáng kiến trúc kết cấu trở nên mảnh hẳn Tuy nhiên trường hợp này, phân bố mơ men xoắn “chuyển” qua vị trí gối kê để phân bố sang nhịp lân cận tích lũy lớn vị trí có dạng bố trí gối thứ Số lượng trụ liền kề bố trí gối dạng nhiều mơ men xoắn tích lũy vị trí gối chống xoắn lớn 360 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 72, Số (04/2021), 356-368 Trong kết cấu cong nhịp liên tục, phân bố mô men xoắn trụ có xu hướng làm mặt cắt dầm xoay phía bên ngồi (ly tâm) đường cong tim dầm Có thể tạo nên mơ men xoắn có lợi ngược với hướng tác dụng tải trọng cách bố trí lệch gối (dạng cho phép mặt cắt xoay) phía ngồi đường cong trục tim dầm (hình 4) Giá trị mơ men xoắn có lợi tích số phản lực gối độ lệch tâm gối so với trục đứng dầm Mơ men xoắn phát sinh bố trí lệch gối triệt tiêu phần mô men xoắn gây tải trọng thiết kế tạo nên bước nhảy phân bố mô men xoắn vị trí gối Độ lệch tâm lớn mơ men xoắn phản lực gối gây lớn nhiên mức độ lệch hạn chế gối bố trí phạm vi bề rộng đáy dầm hộp Tu Ps e Ts= Ps x e Hình Bố trí gối lệch để tạo mơ men xoắn có lợi 3.3 Cáp DƯL Nghiên cứu tác giả Đặng Gia Nải – Lê Đắc Chỉnh [5] dạng tải trọng phổ biến lực thẳng đứng đặt tim, mô men xoắn, mô men uốn tác động lên nhịp dầm cong gây xoắn Với dầm thẳng hệ DƯL có tác động dọc trục, nén lệch tâm phân bố theo hướng thẳng đứng (nếu đường bó cáp có dạng cong) Với dầm cong, bó cáp thiết kế cong theo tim dầm mặt bằng, cịn có thêm thành phần lực phân bố hướng tâm (hình 5) Tất tác động lực vừa đề cập từ hệ thống ứng suất trước gây xoắn dầm Như q trình phân tích thiết kế cần xem xét mức độ xoắn gây hệ thống ứng suất trước Hình Cáp DƯL bố trí dầm cong 361 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (04/2021), 356-368 KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 4.1 Ví dụ khảo sát Ví dụ khảo sát kết cấu cầu cong BTCT DƯL mặt cắt hộp đơn nhịp liên tục Mô tả chung kết cấu thể hình Kết cấu thiết kế đề xuất cho nhánh nút Vành đai - Quốc lộ 5B với quy mô xe HL93, độ nhịp 40m, bán kính cong 70m, mức bán kính cong nhỏ dựa theo tiêu chuẩn thiết kế đường cấp đồng Các thông số vật liệu thiết kế yếu tố quan trọng để xây dựng mơ hình kết cấu tin cậy sở để đánh mức độ an tồn kết cấu cơng trình Các thơng số vật liệu áp dụng ví dụ trình bày bảng L =40 m T3 T2 M6 T5 T4 R =70 m T1 Mo Hình Sơ đồ kết cấu ví dụ khảo sát Bảng Các thông số vật liệu thiết kế TT Vật liệu kết cấu Ký hiệu Bê tông dầm B Thép cường độ cao Grade270 Cường độ f’c = 40 Mpa Ec= 32000 Mpa Fs=1860 Mpa Fy=1670 Mpa Es = 200000Mpa Hình Thiết kế dầm cong xuất phát từ dầm thẳng Mơ hình phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) [7] áp dụng để mô tả kết cấu nhịp dầm Nhịp dầm cong tròn mặt rời rạc đoạn phần tử khung dầm thẳng (beam element) định nghĩa phần mềm Midas/Civil [8,9] Các nút phần tử mô tả dầm cầu 362 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 72, Số (04/2021), 356-368 biểu diễn bậc tự cho mô hình phân tích xắp xếp nằm đường tim dầm khảo sát Phân tích đặc điểm hình học kết cấu nhịp dầm hộp ví dụ khảo sát nhận thấy, chiều rộng mặt cắt dầm hộp đơn xấp xỉ 10 m, khoảng ¼ chiều dài nhịp cho phép áp dụng chuỗi phần tử để mô tả nhịp dầm hộp cho kết tin cậy phục vụ cơng tác phân tích thiết kế [10] Báo cáo [11] có khuyến nghị kết cấu nhịp có giá trị L/R, tương ứng với nhịp lớn bán kính cong bằng, nhỏ 0.8 mơ tả dầm thành chuỗi phần tử khung dầm đơn lẻ với nút phần tử dầm nằm đường cong tim kết cấu nhịp cầu Trong ví dụ khảo sát, điều kiện biên vị trí gối định nghĩa để mặt cắt khơng có biến dạng xoắn (quanh trục dầm), ứng với hình thức dầm đặt đỉnh trụ có bố trí gối mơ tả hình Mơ hình xét đến trình tự thi cơng đổ bê tông chỗ tịnh tiến với phân đoạn thi cơng bố trí phù hợp để mối nối thi cơng nằm vị trí có nội lực nhỏ [3] Mặt cắt dầm số lượng cáp DƯL xác định dựa đường bao mô men uốn xác định từ hệ kết cấu nhịp với giả thiết nhịp dầm thẳng với chiều dài nhịp tương ứng với chiều dài cung tim dầm cong Sự làm việc cáp DƯL mơ hình mô tả tương đương thành hệ lực gồm lực dọc trục, lực phân bố theo phương đứng ngang mô men uốn phân bố [8,9] 50000 TTSD can tren TTSD can duoi CD1 can tren CD1 can duoi Mô men (kNm) 40000 30000 20000 10000 -10000 50 100 150 200 -20000 -30000 Lý trình dầm (m) -40000 Hình Biểu đồ bao momen uốn dầm thẳng tổ hợp tải trọng TTGH CĐ1 TTGH SD Số lượng bó cáp vị trí làm việc nhạy cảm dầm trụ xác định từ biểu đồ bao mô men uốn dầm thẳng có bố trí kích thước nhịp mặt cắt (hình 8) Cơ sở tính tốn dựa điều kiện sức kháng uốn dầm so sánh với giá trị mô men uốn lớn từ tổ hợp tải trọng ứng với trạng thái giới hạn cường độ 1, dựa điều kiện kiểm sốt xuất vết nứt tính với giá trị bao mô men lớn từ tổ hợp tải trọng ứng với trạng thái giới hạn sử dụng, trường hợp yêu cầu lượng cáp lớn lựa chọn Từ kết đường bao nội lực trình bày, số lượng bó cáp cần thiết đảm bảo dầm an tồn giá trị mơ men lớn xác định 10 bó loại 13 tao 15,2 mm bó (13T15) Mo men xoan (kNm) 5000 4000 3000 2000 1000 -1000 50 100 150 -2000 -3000 -4000 Lý trình dầm (m) -5000 200 MMX damT TT+DUL MMX damC TT MMX dam C TT+DUL Hình Phân bố mơ men xoắn tĩnh tải dầm thẳng cong Kết cho thấy tĩnh tải hệ thống DƯL không gây mô men xoắn dầm thẳng gây phân bố xoắn đáng kể dầm cong (hình 9) Trong tác dụng tĩnh gây mô men xoắn lên dầm cong, thành phần cáp DƯL chiếm tỉ lệ tương đối lớn, vị trí 363 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (04/2021), 356-368 trụ, vị trí có giá trị phân bố mơ men xoắn bất lợi, mức xấp xỉ 50% Mô men xoắn dầm cong hệ thống cáp DƯL chủ yếu từ thành phần lực rải đoạn bố trí cong bó cáp mặt phẳng đứng bó cáp cong theo dầm cầu mặt phẳng nằm ngang gây thành phần lực phân bố hướng tâm Kết đường bao mô men uốn tổ hợp tải trọng TTGH CĐ1 trường hợp dầm cong dầm thẳng tương ứng thể hình 10 Kết cho thấy giá trị bao mô men dầm thẳng lớn chút, xét cận cận dưới, so với dầm cong có bố trí kích thước nhịp Có thể giải thích tượng yếu tố dầm cong, khoảng cách thực vị trí gối (chiều dài dây cung) ngắn so với trường hợp dầm thẳng làm giảm bớt độ nhịp làm việc có hiệu Như khâu thiết kế sơ sử dụng giá trị đường bao mô men dầm thẳng để tính tốn lượng thép cường độ cao hoàn toàn đáng tin cậy 50000 CD1 can tren dam T CD1 can duoi dam T CD1 can tren dam C CD1 can duoi dam C Mo men uốn (kNm) 40000 30000 20000 10000 -10000 50 100 150 200 -20000 -30000 Lý trình dầm (m) -40000 Hình 10 Đường bao MM uốn tổ hợp TTGH CĐ1 trường hợp dầm cong thẳng tương ứng 10000 Mo men xoắn (kNm) 8000 6000 4000 2000 -2000 50 100 150 200 -4000 -6000 -8000 Lý trình dầm (m) -10000 CD1 can tren dam T CD1 can duoi dam T CD1 can tren dam C CD1 can duoi dam C Hình 11 Đường bao MM xoắn tổ hợp TTGH CĐ1 trường hợp dầm cong thẳng tương ứng Các kết xoắn đường bao mô men xoắn tổ hợp tải trọng TTGH CĐ1 tác dụng lên dầm cong dầm thẳng tương ứng thể hình 11 Xoắn phát sinh dầm thẳng hoạt tải xếp lệch tâm Biểu đồ cho thấy giá trị bao mơ men xoắn có giá trị lớn khu vực xung quanh trụ cầu, giá trị bao xoắn cầu cong lớn xấp xỉ lần so với cầu thẳng Như vậy, khẳng định sức kháng xoắn phân bố ứng cắt xoắn - cắt kết hợp vấn đề đáng quan tâm cơng tác tính tốn thiết kế cầu dầm cong, đặc biệt trường hợp bán kính cong nhỏ trường hợp khảo sát Từ kết nội lực mơ hình phân tích kết cấu, điều kiện cần thiết có phải kiểm tốn xoắn hay khơng thực cơng thức (1) (2) phần giới thiệu, Tu≥ 0.25 φTcr Kết khảo sát cho thấy cần thiết phải tiến hành kiểm toán xoắn với dạng kết dầm hộp BTCT DƯL có thơng số hình học trình bày Theo nội dung công thức 5.8.3.5 5.8.3.6 TCVN 11823:2017 góc  trường hợp dầm khảo sát tính với giá trị xấp xỉ 37.5o lắp vào công thức (92) mục 5.8.3.6.2 [6] để xác định sức kháng danh định Tn, Giá trị sức kháng xoắn so sánh tính kiểm tốn với giá trị bất lợi kết đường bao mô men xoắn thu Từ kết khảo sát kết luận với điều kiện mặt cắt dầm lượng 364 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 72, Số (04/2021), 356-368 cáp DƯL thiết kế dựa sở dầm thẳng, kết cấu nhịp chưa phải áp dụng biện pháp chống xoắn bố trí lệch DƯL lệch gối, với sức kháng xoắn tạo nên từ mặt cắt hộp cốt đai khép kín có đường kính 25mm bước 250 mm có giá trị xấp xỉ 19350 kN.m so với giá trị mô men xoắn thiết kế bất lợi với giá trị tuyệt đối mức 6300 kN.m, đảm bảo cho dầm làm việc an toàn với nội dung kiểm sức kháng xoắn 4.2 Ví dụ khảo sát Trong khảo sát điều kiện thiết kế thông số hình học dầm, vật liệu bố trí cáp DƯL giống ví dụ khảo sát 1, nhiên có khác biệt điều kiện gối Cầu có nhịp vị trí đặt gối vị trí mố vị trí trụ bố trí gối chống xoắn (đỉnh tru bố trí gối), vị trí trụ cịn lại bố trí gối cho phép mặt cắt dầm biến dạng xoắn (đỉnh trụ bố trí gối) (hình 12) Như kết cấu nhịp chia làm “liên” cho phép mặt cắt dầm vị trí trụ trung gian thuộc liên biến dạng xoắn 40m 40m 28m 40m 40m 28m R=70m Gối chống xoay Gối cho phép xoay Hình 12 Sơ đồ nhịp cho kết cấu ví dụ khảo sát Đường bao MM xoắn ví dụ 10000 7500 Mơ men xoắn kN.m 5000 2500 -2500 50 100 150 200 Vị trí dầm (m) -5000 -7500 CD1-CT-4GX -10000 -12500 CD1-CD-4GX -15000 Hình 13 Giá trị đường bao mô men xoắn kết cấu dầm cong ví dụ Kết giá trị đường bao mô men xoắn kết cấu dầm cong trường hợp khảo sát biểu diễn hình 13 Có thể thấy phân bố mơ men xoắn có giá trị tuyệt đối lớn vị trí mố trụ nơi có giá trị phân bố lực cắt mô men uốn lớn Mơ men xoắn vị trí mố, trụ có xu hướng tăng dần độ lớn đến vị trí trụ tiếp giáp liên, vị trí bố trí gối chống xoắn Giá trị bao mơ men xoắn vị trí trụ có giá trị tuyệt đối lớn đáng kể so với giá trị vị trí gối trụ khác, xấp xỉ 14500kN.m nhỏ mức kháng xoắn mặt cắt mặt cắt dầm 19348 kN.m Tại vị trí gối cho phép dầm biến dạng xoắn, có điểm nhảy phân bố đường bao xoắn vị trí có bước nhảy lực cắt mô men xoắn gây phản lực gối theo phương ngang cân với thành phần lực phân bố hướng tâm hệ thống ứng suất trước 365 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (04/2021), 356-368 Đường bao mô men xoắn nhịp dầm cong trường hợp khảo sát so sánh với biểu đồ hình 14 Kết cho thấy giá trị bao mô men xoắn trường hợp dầm cong liên bố trí gối (ví dụ khảo sát 1) cho phép biến dạng xoắn cho giá trị tuyệt đối bao mô men xoắn lớn gần gấp lần giá trị trường hợp dầm cong bố trí tất gối chống xoắn (ví dụ khảo sát 2) (14500 so với xấp xỉ 7500 (kN.m)) Sự so sánh kết cho thấy bố trí gối cho phép biến dạng xoắn khơng có lợi mặt mô men xoắn phát sinh dầm Tuy nhiên với trường hợp chiều dài nhịp chưa lớn, ≤ 40m, mặt cắt dầm hộp thiết kết thông thường bố trí cốt thép đai hợp lý, đề xuất trường hợp khảo sát 1, đảm bảo sức kháng xoắn cho kết cấu Đường bao MM xoắn ví dụ 10000 7500 Mơ men xoắn kN.m 5000 2500 -2500 50 100 150 200 Vị trí dầm (m) -5000 -7500 CD1 can tren GKX -10000 CD1 can duoi GKX -12500 CD1-CT-4GX CD1-CD-4GX -15000 Hình 14 Giá trị bao mơ men xoắn kết cấu nhịp dầm cong ví dụ ví dụ 4.3 Ví dụ khảo sát Kết cấu khảo sát dựa thiết kế nhịp cong khảo sát độ nhịp bố trí nhịp, mặt cắt dầm hộp, số lượng bố trí đường cáp DƯL Điểm đặc biệt kết cấu nhịp cong ví dụ gối trụ gối bố trí lệch bên ngồi với khoảng cách 0.5m với mục đích tạo mơ men xoắn tập trung phản lực gối đặt lệch tâm, cân lại phần giá trị phân bố mô men xoắn lớn dầm cầu, mơ tả hình 15 Liên dầm biến dạng xoắn Liên dầm biến dạng xoắn 0.5m 0.5m 0.5m 0.5m Gối chống xoay Gối cho phép xoay Hình 15 Bố trí liên cho phép dầm biến dạng xoắn vị trí trụ trung gian với gối đơn bố trí lệch để giảm xoắn nhịp Với sơ đồ cầu bố trí gối trình bày, sơ đồ phân tích kết cấu áp dụng hình 16 Vị trí đặt gối kê đơn đặt cách nút tim dầm đoạn 0,5m Giữa vị trí gối tin dầm định nghĩa dạng liên kết cứng không trọng lượng Với giải pháp bố trí lệch gối trình bày, phân bố đường bao mơ men xoắn đồng vị trí gối 366 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 72, Số (04/2021), 356-368 mố trụ trung gian, khơng giống ví dụ phân bố giá trị bao xoắn lớn khu vực gối chống xoắn phân chia liên xoắn (hình 17) Giá trị lớn cận cận không chênh lệch (-8763 6249 kN) Sự phân bố giá trị bao xoắn kết cấu dầm cong bố trí gối lệch xem gần tương tự trường hợp bố trí gối chống dầm xoay tất đỉnh trụ 0.5m L =40 m 0.5m 0.5m 0.5m M6 T5 T4 T3 T2 R =70 m T1 Mo Hình 16 Sơ đồ kết cấu cho nhịp dầm cong ví dụ Bao mơ men xoắn nhịp dầm ví dụ 8000 Bao Mơ men xoắn (kN.m) 6000 4000 2000 -2000 50 100 150 200 Tọa độ nhịp m -4000 CD1-CT-4GX-LG -6000 -8000 CD1-CD-4GX-LG -10000 Hình 17 Giá trị đường bao xoắn TTGH CĐ1 cho kết cấu nhịp dầm cong ví dụ Bao mơ men xoắn nhịp dầm ví dụ 10000 Bao Mô men xoắn (kN.m) 7500 5000 2500 -2500 50 100 150 200 Tọa độ nhịp m -5000 CD1-CT-4GX-LG -7500 CD1-CD-4GX-LG -10000 CD1-CT-4GX -12500 CD1-CD-4GX -15000 Hình 18 Giá trị bao mô men xoắn TTGH CĐ1 kết cấu nhịp dầm cong ví dụ ví dụ Giá trị đường bao xoắn dầm cong ví dụ ví dụ so sánh với (hình 18) Ở khu vực phân bố giá trị bao xoắn lớn việc bố trí gối lệch làm giảm đáng kể giá trị bất lợi, cụ thể như vị trí gối chống xoay liên dầm, giá trị tuyệt đối bao mô men xoắn 367 Transport and Communications Science Journal, Vol 72, Issue (04/2021), 356-368 kết cấu ví dụ 3, 0,6 lần so với giá trị bất lợi kết cấu nhịp cong ví dụ với liên dầm xoắn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các thông số thiết kế quan trọng kết cấu nhịp liên tục cong dầm hộp BTCT DƯL với bán kính cong R = 70, độ nhịp ≤40 m chiều cao dầm, số lượng bố trí đường bó cáp xác định dựa kết cấu dầm thẳng có độ nhịp tương ứng Tuy nhiên cốt thép đai cần bố trí khép kín theo chu vi mặt mắt với đường kính bước tối thiểu 25mm 25 cm để đảm bảo khả kháng xoắn với tổ hơp tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn cường độ Trong kết cấu nhịp dầm cong với thông số hình học đề cập trên, phân bố mô men xoắn lớn gây tác dụng dụng hệ thống ứng suất trước chiếm xấp xỉ 50% tổng giá trị gây tổng tác nhân tải trọng tĩnh Bố trí gối chống biến dạng xoắn có lợi phân bố giá trị bao xoắn cho dầm cong nhiên tăng khối lượng vật liệu - thi công công kết cấu trụ Trong giải pháp bố trí liên dầm cho phép chuyển vị xoắn, gối trung gian liên dầm bố trí đơn cho phép mặt cắt gối biến dạng xoắn, làm phân bố xoắn truyền tích lũy đầu liên, đặc biệt vị trí gối chống xoắn liên Bố trí gối đơn cho phép dầm xoắn lệch ngồi phía đường cong tim dầm phân bố lại giá trị bao xoắn, dạng giống bố trí gối chống chuyển vị xoắn vị trí có phân bố xoắn bất lợi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dỗn Minh Tâm, Tình hình sụt trượt đất Việt Nam hợp tác KHCN với Hội trượt đất Quốc tế Tuyển tập báo cáo, Hội nghị KHCN Viện KH&CNGTVT, 2012 [2] Báo Nhân Dân điện tử, Thứ Hai, 19/10/2020, (https://nhandan.com.vn/tin-tuc-xa-hoi/thong-baokhan-ve-ngap-sau-tren-quoc-lo-1a-va-duong-ho-chi-minh-621040/) [3] Nguyễn Viết Trung, Hoàng Hà, Nguyễn Ngọc Long, Cầu Bê tông Cốt thép - tập 1, Nhà xuất GTVT, 2013 [4] TCVN 4054: 2005, Đường ô tô – yêu cầu thiết kế, 2005 [5] Đặng Gia Nải, Lê Đắc Chỉnh, Luận án tiến sĩ tính tốn dầm cong BTCT DUL, Trường ĐHGT Friedrich List – Dresden (CHDC Đức), 1976 [6] TCVN 11823: 2017, Thiết kế cầu đường bộ, 2017 [7] D.Kuhl, G Meschke, Finite Element Methods in Linear Structural Mechanics, Ruhr-BochumUniversity, 2005 [8] Midas IT, Midas/Civil User Manual, 2011 [9] Midas IT, Analysis Reference - Analysis for Civil Structures – Midas/Civil User Guide, MIDASoft, Inc, 2011 [10] E C.Hambly, Bridge Deck Behaviour - 2nd Edition, CRC Press, 1990 [11] National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, Development of Design Specifications and Commentary for Horizontally Curved Concrete Box-Girder Bridges, Washington, DC: The National Academies Press, 2008 368 ... vận tải, Tập 72, Số (04/2021), 356-368 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải MỘT SỐ PHÂN TÍCH VÀ KHẢO SÁT THIẾT KẾ KHÁNG XOẮN CẦU DẦM HỘP CONG NHỊP LIÊN TỤC BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC Đặng Việt Đức... nhịp dầm cong ví dụ ví dụ 4.3 Ví dụ khảo sát Kết cấu khảo sát dựa thiết kế nhịp cong khảo sát độ nhịp bố trí nhịp, mặt cắt dầm hộp, số lượng bố trí đường cáp DƯL Điểm đặc biệt kết cấu nhịp cong ví... nhiên Xoắn cầu cong vấn đề quan tâm trình thiết kế kết cấu cơng trình Nội dung nghiên cứu báo xét đến kết cấu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) nhịp liên tục độ 40m, bán kính cong