Nghiên cứu ảnh hưởng chiều trụ tháp đến sự phân bố nội lực và biến dạng trong cầu treo dây võng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oao VŨ TRÍ THẮNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CẦU, HẦM MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHI Ã VI ỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHI ỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VŨ TRÍ THẮNG Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 01- 10-1980 Nơi sinh : Yên Dũng - Bắc Giang Chuyên ngành : Xây dựng cầu, hầm Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI : NGHI ÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CHI ỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BI ẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG 2- NHI ỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn cầu treo dây võng - Phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực cầu treo dây võng 3- NGÀY GI AO NHI ỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TI ẾN SĨ PHÙNG M ẠNH TI ẾN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHI ỆM BỘ M ÔN QUẢN LÝ CHUN NGÀNH (Họ tên chữ ký) CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS PHÙNG MẠNH TIẾN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 200 LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng” thực từ tháng 02/2007 đến tháng 11/2007 với mục đích nghiên cứu phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến nội lực biến dạng phận kết cấu cầu giai đoạn thi công giai đoạn khai thác Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy TS Phùng Mạnh Tiến tận tình giúp đỡ, hướng dẫn định hướng cung cấp thơng tin cần thiết để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo Bộ môn Cầu đường Khoa Sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, bạn lớp CĐ K2005, đồng nghiệp giúp suốt thời gian học tập thực luận văn để thực tốt đề tài Xin cảm ơn người gia đình tơi giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi thời gian để tơi hồn thành luận văn tiến độ Vì kiến thức thời gian thực luận văn có hạn nên khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong đóng góp q Thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn TÁC GI Ả LUẬN VĂN VŨ TRÍ THẮNG TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn bao gồm 05 chương chính: Chương 1: Tổng quan cầu treo dây võng Giới thiệu phát triển cầu treo dây võng giới phát triển cầu treo dây võng Việt Nam Giới thiệu đặc điểm cầu treo dây võng cấu tạo phận cầu treo dây võng bao gồm Trụ tháp cầu, Các dạng mặt cắt ngang dầm chính; Bộ phận neo cáp chủ ; Cáp dùng cho dây võng Chương 2: Kết cấu trụ tháp cầu treo dây võng Giới thiệu cấu tạo trụ tháp cầu cầu treo dây võng mơ hình tính tốn phân tích kết cấu trụ tháp, phân tích khơng gian tháp Giới thiệu số hình ảnh thi cơng trụ tháp Để có sở lựa chọn thông số tỷ lệ chiều dài nhịp chiều cao trụ tháp, tiến hành thống kê số cầu treo dây võng xây dựng giới từ tìm thơng số thường lựa chọn thực tế chiều cao trụ tháp tương ứng với chiều dài nhịp Chương 3: Phương pháp tính tốn cầu treo dây võng Cầu treo dây võng kết cấu phức tạp, có độ cứng nhỏ, độ mảnh lớn, q trình thi cơng có ảnh hưởng lớn đến nội lực biến dạng kết cấu cầu treo dây võng Thuộc loại kết cấu siêu tĩnh bậc cao nên việc tính tốn cầu treo phức tạp Nội dung chương trình bày giới thiệu chung phương pháp tính tốn cầu treo dây võng: tính tốn cầu treo theo sơ đồ biến dạng giới thiệu lý thuyết tính cầu treo phương trình lực, lý thuyết tính tốn cầu treo-phương trình chuyển vị, giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn khả ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính tốn kết cấu Giới thiệu số phần mềm tính tốn cầu treo dây võng, ngun lý tính tốn cầu treo dây võng phần mềm MIDAS phần mềm sử dụng rộng rãi giới Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng Với phương pháp phân tích kết cấu phần mềm lựa chọn chương 3, luận văn thực phân tích tính toán số trường hợp cầu treo dây võng cụ thể để nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao phần trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu Luận văn tập trung nghiên cứu số trường hợp tải trọng định Các trường hợp lựa chọn nghiên cứu với sơ đồ nhịp sử dụng sau: Nhịp L1 = 400m, hai nhịp biên L2= 125m, tổng chiều dài cầu L=650m Khổ ngang cầu S=12m Cầu bố trí hai mặt phẳng dây, dây treo thẳng đứng song song Để nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao phần trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng, tiến hành lập mơ hình tính tóan nội lực cầu với sơ đồ nhịp, thông số kỹ thuật tải trọng chọn kết hợp thay đổi chiều cao phần trụ tháp từ H=30m đến H= 70m Trên sở mơ hình trường hợp nghiên cứu, dùng phần mềm Midas phân tích xác định nội lực biến dạng số mặt cắt điển hình Thông qua việc so sánh nội lực biến dạng trường hợp nghiên cứu nội dung luận văn nêu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng thể biểu đồ Chương 5: Kết luận Kiến Nghị Luận văn nêu số kết luận tổng quan ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng trường hợp nghiên cứu Thơng qua đó, luận văn trình bày số kiến nghị liên quan đến chiều cao trụ tháp tính tốn thiết kê cầu treo dây võng Mặt khác, số hướng nghiên cứu nêu luận văn nhằm góp phần hiểu rõ chất cầu treo dây võng -1- MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1 GIỚI THIỆU CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1.1 1.1.2 Giới thiệu phát triển cầu treo dây võng giới Sự phát triển cầu treo dây võng Việt Nam 1.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CẦU TREO DÂY VÕNG 10 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 Cấu tạo phận cầu treo dây võng 10 Trụ tháp cầu: 10 Các dạng mặt cắt ngang dầm chính: 11 Bộ phận neo cáp chủ: .12 Cáp dùng cho dây võng 13 1.3 PHÂN LOẠI CẦU TREO DÂY VÕNG 15 1.3.1 1.3.2 1.3.3 Phân loại theo số lượng nhịp 15 Phân loại theo phân bố dây treo 17 Phân loại theo số mặt phẳng dây: .18 CHƯƠNG KẾT CẤU TRỤ THÁP TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG .20 2.1 2.2 2.3 2.4 CẤU TẠO TRỤ THÁP CẦU 20 PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRỤ THÁP 21 THI CÔNG TRỤ THÁP : 23 THỐNG KÊ CHIỀU CAO TRỤ THÁP 24 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG 26 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG: 26 3.2 TÍNH TỐN CẦU TREO THEO SƠ ĐỒ BIẾN DẠNG 28 3.2.1 3.2.1.1 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 Tính tốn cầu treo theo phương trình lực 29 Tính tốn cầu treo theo phương trình chuyển vị .36 Phương pháp phần tử hữu hạn 42 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 42 Khả ứng dụng PTHH tính tốn kết cấu 48 3.3 MỘT SỐ PHẦN MỀM TÍNH TỐN THEO PHƯƠNG PHÁP PTHH 55 3.3.1 3.3.2 Phần mềm SAP2000 55 Phần mềm MIDAS/Civil 56 3.4 NGUN LÝ TÍNH TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG PHẦN MỀM MIDAS 57 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG 60 4.1 LỰA CHỌN CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU 61 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.3.1 Sơ đồ nhịp sử dụng: 61 Các trường hợp chiều cao trụ tháp cầu nghiên cứu: 61 Thơng số vật liệu kích thước hình học phận kết cấu: 63 Vật liệu : 63 -2- 4.1.3.2 4.1.4 4.1.4.1 4.1.4.2 4.1.4.3 Kích thước hình học phận: 63 Các trường hợp tải trọng nghiên cứu: .65 Tính tải: 65 Tải trọng tập trung: 65 Tải trọng HL93: .66 4.2 CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN: 67 4.2.1 4.2.2 Mơ hình biến dạng lớn .67 Mô hình biến dạng nhỏ 68 4.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TỐN THEO MƠ HÌNH BIẾN DẠNG LỚN: 69 4.3.1 4.3.1.1 4.3.1.2 4.3.2 4.3.2.1 4.3.2.2 Ảnh hưởng đến phân bố nội lực .69 Nội lực trụ tháp .69 Nội lực cáp chủ 72 Ảnh hưởng đến biến dạng 73 Biến dạng trụ tháp 73 Biến dạng cáp chủ 77 4.4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TỐN THEO MƠ HÌNH BIẾN DẠNG NHỎ 78 4.4.1 Ảnh hưởng đến phân bố nội lực .78 4.4.1.1 Nội lực dầm chủ 79 4.4.1.1.1 4.4.1.1.2 4.4.1.1.3 Trường hợp tải trọng thân 79 Trường hợp tải trọng tập trung 82 Trường hợp tải trọng HL93 87 4.4.1.2 Nội lực trụ tháp .90 4.4.1.2.1 4.4.1.2.2 4.4.1.2.3 Trường hợp tải trọng thân 90 Trường hợp tải trọng tập trung 92 Trường hợp tải trọng HL93 95 4.4.1.3 Nội lực dây treo cáp chủ 98 4.4.1.3.1 4.4.1.3.2 4.4.1.3.3 Trường hợp tải trọng thân 98 Trường hợp tải trọng tập trung 99 Trường hợp tải trọng HL93 100 4.4.2 Ảnh hưởng đến biến dạng 101 4.4.2.1 Biến dạng dầm chủ 101 4.4.2.1.1 4.4.2.1.2 4.4.2.1.3 Trường hợp tải trọng thân 101 Trường hợp tải trọng tập trung 102 Trường hợp tải trọng HL93 104 4.4.2.2 Biến dạng trụ tháp .105 4.4.2.2.1 4.4.2.2.2 4.4.2.2.3 Trường hợp tải trọng thân 105 Trường hợp tải trọng tập trung 106 Trường hợp tải trọng HL93 106 4.4.2.3 Biến dạng dây treo cáp chủ .107 4.4.2.3.1 4.4.2.3.2 4.4.2.3.3 Trường hợp tải trọng thân 107 Trường hợp tải trọng tập trung 108 Trường hợp tải trọng HL93 110 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .112 5.1 KẾT LUẬN 112 5.2 KIẾN NGHỊ 113 5.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP .113 -3- CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CẦU TREO DÂY VÕNG 1.1 Giới thiệu cầu treo dây võng 1.1.1 Giới thiệu phát triển cầu treo dây võng giới Cầu treo dây võng loại cầu phận chịu lực dây cáp, tận dụng tối đa làm việc vật liệu Do ưu điểm nên cầu treo dây võng vượt độ lớn mà loại kết cấu khác không làm kể cầu dây văng Hiện nay, cầu treo dây võng coi loại cầu đẹp, nhẹ chịu lực tốt, áp dụng phổ biến giới cho cầu nhịp lớn Trong lịch sử phát triển cầu, cầu treo dây võng loại cầu có lịch sử phát triển lâu đời Cầu treo dây võng với cáp treo xích sắt xây dựng Trung Quốc cách khoảng 2000 năm, tương tự xây dựng Ấn Độ Nguồn gốc đời cầu treo dây võng Phương Đông lại xuất Châu Âu vào kỷ 16 thực bùng nổ công nghệ luyện thép phát triển mạnh vào kỷ 19 Cho đến 20 cầu có nhịp lớn giới cầu treo dây võng Vào kỷ 18, với phát triển kết cấu cầu sản phẩm ứng dụng công nghệ luyện thép, cầu Jacobs Creek xây dựng vào năm 1801 với nhịp dài 21.3m cơng trình sư Finley Mỹ Chiếc cầu dùng cho xe ô tô xưa cầu Clifton Anh (hình 1.1) xây dựng vào năm 1831 hoàn thành vào năm 1864, cầu với cáp chủ có dạng xích sắt Hình 1.1 Cầu Clifton - Anh -4- Theo thời gian với phát triển máy tính điện tử cơng nghệ máy móc thi cơng, vật liệu xây dựng trình độ khoa học kỹ thuật xây dựng cầu treo dây võng ngày vượt nhịp lớn Một số cầu treo dây võng có nhịp >1000m giới thống kê bảng 1.1 sau: Bảng 1.1 Cầu treo dây võng có chiều dài nhịp chính>100 m Chiều dài Năm hồn nhịp (m) thành Nhật 1991 1998 Great Belt Đan Mạch 1624 1998 Runyang Trung Quốc 1490 2005 Humber Anh 1410 1981 Jiangyin Trung Quốc 1385 1999 Tsing Ma Hồng Kông 1377 1997 Verrazano Narrow Mỹ 1298 1964 Golden Gate Mỹ 1280 1937 Hoga Kustenborn Thụy Điển 1210 1997 10 Mackinac Mỹ 1158 1957 11 Minami Bisan Seto Nhật 1118 1988 12 Fatih Sultan Mehmet Thổ Nhĩ Kỳ 1090 1988 13 Bogazici Thổ Nhĩ Kỳ 1074 1973 14 George Washington Mỹ 1067 1931 15 3rd Kurushima Kaikyo Nhật 1030 1999 16 2nd Kurushima Kaikyo Nhật 1020 1999 17 Ponte 25 de Abril Bồ Đào Nha 1013 1966 18 Forth Road Anh 1006 1964 STT Tên cầu Quốc gia Akashi Kaikyo Về phương diện thẩm mỹ, số cầu coi biểu tượng cho vùng, quốc gia : cầu Golden Gate (hình1.2) , cầu Mackinac Mỹ, cầu Tsing Ma Hồng Kơng, cầu JangYin (hình 1.3) Trung Quốc… -106Bảng 4.35 Biến dạng tải trọng thân Chiều cao trụ (m) Vị trí xem xét Chuyển vị đỉnh trụ 30 40 50 60 Phương Dz (mm) -83 -53 -36 Phương Dx (mm) -3 -2 -1 -140 -5 70 -25 -1 1.33 1.67 2.00 2.33 Tỷ lệ trường hợp 0.59 0.38 0.26 0.18 Tỷ lệ trường hợp 0.59 0.38 0.26 0.18 4.4.2.2.2 Trường hợp tải trọng tập trung Bảng 4.36 Tải trọng tập trung ½ nhịp biên, ¼ nhịp giữa, ½ nhịp Chuyển vị đỉnh trụ Trường hợp Chiều cao trụ (m) TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH1/TH2 TH1/TH3 TH1/TH4 TH1/TH5 30 40 50 60 70 0.75 0.60 0.50 0.43 Tại 1/2 NB 1/4 NG 1/2 NG Phương Dz (m) Tỷ lệ trường hợp 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.92 0.93 0.92 0.92 4.1 5.2 5.8 6.2 6.5 0.79 0.71 0.67 0.64 5.6 7.2 8.0 8.6 9.0 0.79 0.71 0.66 0.63 Nhận xét: So sánh kết bảng 4.35, bảng 4.36 nhận thấy chiều cao phần trụ tháp thay đổi từ H=30m đến H=70m ứng với tỷ lệ 1.33 đến 2.33 lần thay đổi biến dạng trụ tháp sau: v Trụ cao chuyển vị Dz, Dx tải trọng thân vị trí xem xét giảm v Chuyển vị trụ tháp tải tập trung gây tăng nhiên giá trị không đáng kể chiều cao trụ thay đổi 4.4.2.2.3 Trường hợp tải trọng HL93 Trong trường hợp họat tải HL93, tác dụng xe tải thiết kế tải trọng biến dạng trụ tháp nhỏ so với biến dạng tác dụng xe hai trục thiết kế tải trọng Do đó, phần đề cập đến biến dạng xe hai trục thiết kế tải trọng Kết biến dạng xuất trụ tháp hoạt tải HL93 vị trí xem xét trình bày bảng 4.37 sau: -107Bảng 4.37 Biến dạng hoạt tải xe trục thiết kế + tải trọng Chuyển vị đỉnh trụ Trường hợp Chiều cao trụ (m) Giá trị Max Min Giá trị Max Min TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH2/TH1 TH3/TH1 TH4/TH1 TH5/TH1 30 40 50 60 70 1.33 1.67 2.00 2.33 132 -157 0.76 0.65 -5 0.76 0.65 Phương Dz (mm) 64 118 127 -86 -149 -154 Phương Dx (mm) 4 -3 -5 -5 85 -131 -4 Tỷ lệ trường hợp 1.40 1.50 1.13 1.17 Tỷ lệ trường hợp 1.40 1.50 1.13 1.17 1.56 1.20 1.56 1.20 Nhận xét: So sánh kết bảng 4.37 nhận thấy chiều cao phần trụ tháp thay đổi từ H=30m đến H=70m ứng với tỷ lệ 1.33 đến 2.33 lần thay đổi biến dạng trụ tháp sau: v Trụ cao chuyển vị Dz tăng, phạm vi chuyển vị lớn v Trường hợp chiều cao trụ H40 chuyển vị có giá trị nhỏ trường hợp chiều cao trụ xem xét v Trường hợp hoạt tải Hl93, chuyển vị tải xe hai trục thiết kế gây ra, ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến chuyển vị trụ tác dụng họat tải xe thiết kế không cần xem xét đến giá trị chuyển vị nhỏ 4.4.2.3 Biến dạng dây treo cáp chủ 4.4.2.3.1 Trường hợp tải trọng thân Kết biến dạng xuất cáp chủ tải trọng thân trình bày biểu đồ 4.19 sau: Biểu đồ 4.19 Biến dạng cáp chủ tải trọng thân Chuyển vị thẳng đứng cáp chủ tải trọng thân Chuyển vị cáp chủ (mm) -500 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500 -4000 -4500 Chiều dài dầm chủ (m)) H30 H40 H50 H60 H70 -108Nhận xét: So sánh kết chuyển vị biểu đồ 4.19 nhận thấy chiều cao phần trụ tháp thay đổi từ H=30m đến H=70m ứng với tỷ lệ 1.33 đến 2.33 lần chuyển vị Dz cáp chủ giảm, tỷ lệ giảm khoảng 0.66→0.28 lần 4.4.2.3.2 Trường hợp tải trọng tập trung a) Tải tập trung ½ nhịp biên Kết biến dạng xuất cáp chủ tải tập trung ½ nhịp biên trình bày biểu đồ 4.20 sau: Biểu đồ 4.20 Biến dạng cáp chủ tải tập trung ½ nhịp biên Chuyển vị thẳng đứng cáp chủ Tải tập trung 1/2 nhịp biên 20 Chuyển vị cáp chủ (mm)d 10 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 -10 -20 -30 -40 -50 -60 Chiều dài dầm chủ 650mf Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Nhận xét: So sánh kết chuyển vị biểu đồ 4.20 nhận thấy chiều cao phần trụ tháp thay đổi từ H=30m đến H=70m ứng với tỷ lệ 1.33 đến 2.33 lần chuyển vị Dz cáp chủ tăng, tỷ lệ thay đổi khoảng 1.02-1.20 lần, nhiên biến dạng theo phương thẳng đứng cáp chủ nhịp biên có hướng ngược với biến dạng cáp chủ nhịp b) Tải tập trung ¼ nhịp Kết biến dạng xuất cáp chủ tải tập trung ¼ nhịp trình bày biểu đồ 4.21 sau: -109- Biểu đồ 4.21 Biến dạng cáp chủ tải tập trung ¼ nhịp Chuyển vị thẳng đứng cáp chủ Tải tập trung 1/4 nhịp Chuyển vị cáp chủ (mm) 100 50 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 -50 -100 -150 Chiều dài dầm chủ 650m Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Nhận xét: So sánh kết chuyển vị biểu đồ 4.21 nhận thấy chiều cao phần trụ tháp thay đổi từ H=30m đến H=70m ứng với tỷ lệ 1.33 đến 2.33 lần chuyển vị Dz cáp chủ tăng, tỷ lệ tăng khoảng 0.99- 1.05 lần, chuyển vị có ảnh hưởng thay đổi lớn mặt cắt cáp chủ phần nhịp phía khơng đặt tải c) Tải tập trung ½ nhịp Kết biến dạng xuất cáp chủ tải tập trung ¼ nhịp trình bày biểu đồ 4.22 sau: Biểu đồ 4.22 Biến dạng cáp chủ tải tập trung ½ nhịp Chuyển vị thẳng đứng cáp chủ Tải tập trung 1/2 nhịp Chuyển vị cáp chủ (mm) 40 20 -20 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 -40 -60 -80 -100 -120 Chiều dài dầm chủ 650m H30 H40 H50 H60 H70 -110Nhận xét: So sánh kết chuyển vị biểu đồ 4.22 nhận thấy chiều cao phần trụ tháp thay đổi từ H=30m đến H=70m ứng với tỷ lệ 1.33 đến 2.33 lần chuyển vị Dz cáp chủ tăng nhịp biên giảm nhịp giữa, tỷ lệ giảm nhịp khoảng 0.82- 0.66 lần, đặc biệt giá trị chuyển vị cáp chủ có thay đổi dấu từ (-) sang (+) 4.4.2.3.3 Trường hợp tải trọng HL93 Kết biến dạng xuất cáp chủ hoạt tải HL93 trình bày biểu đồ 4.23 biểu đồ 4.24 sau: Biểu đồ 4.23 Biến dạng cáp chủ hoạt tải xe trục thiết kế + tải trọng Chuyển vị cáp chủ hoạt tải xe trục thiết kế 800 Chuyển vị cáp chủ (mm) 600 400 200 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 Chiều dài dầm chủ 650 m H30 m ax H40 m ax H50 m ax H60 m ax H70 m ax H30 m in H40 m in H50 m in H60 m in H70 m in Biểu đồ 4.24 Biến dạng cáp chủ hoạt tải xe tải thiết kế + tải trọng Chuyển vị cáp chủ hoạt tải xe trục thiết kế 800 C huy ển vị cáp c hủ (m m ) 600 400 200 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 Chiều dài dầm chủ 650 m H30 m ax H40 m ax H50 m ax H60 m ax H70 m ax H30 m in H40 m in H50 m in H60 m in H70 m in 650 -111Nhận xét: So sánh kết chuyển vị biểu đồ 4.23 4.24 nhận thấy chiều cao phần trụ tháp thay đổi từ H=30m đến H=70m ứng với tỷ lệ 1.33 đến 2.33 lần thay đổi biến dạng cáp chủ sau: v Trụ cao chuyển vị Dz cáp chủ giảm nhiên trường hợp chiều cao phần trụ tháp H40 lại có giá trị nhỏ -112- CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Sau phân tích tính tốn cho cầu treo dây võng có sơ đồ L=125+450+125=650m với trường hợp chiều cao phần trụ tháp khác H=30m đến H=70m, kết nghiên cứu luận văn cho thấy chiều cao trụ tháp ảnh hưởng đến phân bố nội lực biến dạng phận kết cấu cầu (dầm chủ, trụ tháp, cáp chủ dây treo) tính tốn với mơ hình biến dạng lớn mơ hình biến dạng nhỏ Khi chiều cao trụ tháp cao nội lực biến dạng kết cấu cầu treo dây võng thay đổi sau: a) Khi tính tốn với mơ hình biến dạng lớn (giai đoạn thi công) ü Trụ tháp: chân trụ tháp, lực dọc trục bất lợi; momen uốn quanh trục y (My) thay đổi giá trị từ âm sang dương, giá trị My nhỏ trường hợp H50 (tổng chiều cao trụ tháp H=90m) tỷ lệ L/H=5 Độ ngửa trụ tháp nhỏ trường hợp chiều cao phần trụ tháp từ 40-50m Phạm vi chuyển vị ngang đỉnh trụ tháp lớn ü Cáp chủ: Lực căng nhỏ; cáp chủ có phạm vi thay đổi độ võng không nhiều, thay đổi lớn trường hợp H40 H50, tỷ lệ L/H=5~5.6 b) Khi tính tốn với mơ hình biến dạng nhỏ (giai đoạn khai thác) ü Dầm chủ: momen, lực cắt giảm lại tăng có lợi trường hợp H40 (tổng chiều cao trụ tháp H=80m), tỷ lệ L/H=5.6; lực dọc nhịp tăng nhịp biên tăng tải tác dụng nhịp biên trường hợp tải trọng tập trung Đối với hoạt tải thiết kế HL93 lực kéo biến thiên theo đường cong lõm, lực nén biến thiên theo đường cong lồi, giá trị cực tiểu hay cực đại xảy trường hợp H40 (tổng chiều cao trụ tháp H=80m), tỷ lệ L/H=5.6 Chuyển vị thẳng đứng nhỏ tác dụng tĩnh tải, chuyển vị tăng tác dụng tải trọng tập trung, tác dụng hoạt tải HL93 chuyển vị tăng giảm tùy theo vị trí xem xét Chuyển vị theo phương dọc cầu (Dx) tăng ü Trụ tháp: tác dụng tĩnh tải momen uốn My Mz giảm; tác dụng tải trọng tập trung momen uốn My, Mz tăng giảm tùy theo -113vị trí xem xét; tác dụng hoạt tải HL93, mômen uốn có lợi ứng với trường hợp chiều cao H40 Lực cắt giảm, riêng trường hợp hoạt tải HL93, lực cắt có thay đổi tùy theo vị trí xem xét có lợi trường hợp chiều cao H40 Lực dọc tăng tác dụng tĩnh tải, lực dọc thay đổi tùy theo vị trí xem xét tác dụng tải trọng tập trung, lực nén dọc trục Fx có lợi trường hợp chiều cao H40 tác dụng hoạt tải HL93 Chuyển vị Dz, Dx giảm tác dụng tải trọng thân, chuyển vị Dz tăng tác dụng tải trọng HL93 giá trị chuyển vị khơng lớn ü Dây treo cáp chủ § Dây treo: giảm lại tăng, giá trị có lợi trường hợp H40 § Cáp chủ: lực căng cáp chủ giảm, riêng trường hợp hoạt tải thiết kế lực căng biến thiên theo hình sin Trong phạm vi nghiên cứu lực căng nhỏ trường hợp H40 Chuyển vị Dz cáp chủ giảm tác dụng tải trọng thân; tăng tác dụng tải trọng tập trung; giảm tác dụng HL93 5.2 KIẾN NGHỊ Qua kết nghiên cứu, luận văn kiến nghị số vấn đề thiết kế sơ cầu treo dây võng: ü Chiều cao trụ tháp nên lựa chọn khoảng L/H =5~5.6 (trong khoảng cách từ bệ trụ đến mặt cầu 40m) ü Nếu muốn giảm tiết diện cáp chủ nên chọn chiều cao trụ tháp lớn lực căng cáp nhỏ nhiên phải xem xét tăng tiết diện trụ tháp dầm chủ để đảm bảo khả chịu lực dọc trục ü Nếu muốn giảm chuyển vị dầm chủ, cáp chủ trụ tháp nên xem xét tăng chiều cao trụ tháp 5.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP Ngoài kết nghiên cứu nêu trên, nhằm hoàn thiện nghiên cứu làm rõ chất phân bố lực kết cấu cầu treo dây võng cần xem xét phát triển số hướng nghiên cứu sau : -114ü Xét phân bố nội lực đặc trưng hình học tiết diện đặc trưng vật liệu thay đổi ü Xét thêm số trường hợp tải trọng khác co ngót, từ biến, nhiệt độ, tải trọng gió, động đất tổ hợp tải trọng khai thác ü Xem xét kiểm toán tiết diện cấu kiện cầu treo dây võng để xác định chiều cao trụ tháp tối ưu ü Nghiên cứu ảnh hưỏng chiều cao trụ tháp đến dao động ổn định cầu treo dây võng ü Phân tích tính kinh tế lựa chọn chiều cao trụ tháp -115- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 GS.TS Nguyễn Viết Trung, TS Hoàng Hà Thiết kế Cầu treo dây võng Nhà xuất Xây dựng Bùi Khương - Lý thuyết tính tốn Hệ treo Cầu Treo Nhà xuất Giao Thông Vận Tải GS.TS Lều Thọ Trình – Cách tính hệ treo theo sơ đồ biến dạng Nhà xuất xây dựng Trần Phương Hùng khóa 14 - Phân tích tĩnh động cầu treo dầm cứng có khớp Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh Luận văn thạc sĩ Ed Wai-Fah Chen and Lian Duan Bridge Engineering Handbook TS Phùng Mạnh Tiến Hướng dẫn phân tích, tính tốn cầu treo dây võng phần mềm Midas 6.7.1 Bài giảng chương trình cao học Lê Thị Bích Thủy; Phùng Mạnh Tiến Nguyễn Trường Hoàng Nguyễn Văn Sỹ Phân tích tần số dao động cầu treo dây võng theo mơ hình khác Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ Nguyễn Lan - Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Bài báo: Phân tích kết cấu cầu treo dây võng theo sơ đồ biến dạng tương tác đất 10 Ngơ Đăng Quang, Nguyễn Đức Thanh Mơ hình hóa phân tích cầu treo dây võng phần mềm MIDAS/Civil Tạp chí cầu đường Việt Nam 11 Th.S Bùi Hữu Hưởng – Sử dụng chương trình tính theo lý thuyết biến dạng lớn tính tốn cầu treo dây võng nhịp lớn Tạp chí cầu đường Việt Nam 12 MIDAS IT, MIDAS/Civil – Analysis Reference, 2005 13 Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Cơng Độ, Nguyễn Trọng Nghĩa, Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil (Tập 1), Nhà xuất xây dựng 2005 14 Ngô Đăng Quang, Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Việt Anh, Mô hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil (Tập 2), Nhà xuất xây dựng 2007 15 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chương trình MIDAS/Civil phân tích kết cấu cầu: Lê Đắc Hiền, Bùi Văn Sáng, Trần Quang Thức, Đào Quang Huy -116Lớp Tự động hoá thiết kế Cầu đường khoá 42 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Đắc Chỉnh KS Nguyễn Trọng Nghĩa Bộ mơn Tự động hố thiết kế Cầu đường 16 Advanced application – Completed State and Construction Stage – Analyses of a Suspention Bridge by MIDAS/Civil 17 Phùng Mạnh Tiến, Vũ Trí Thắng - Ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực cầu treo dây võng Tạp chí cầu đường Việt Nam- Số 9/2007 18 Lê Đình Hồng – Phương pháp số nâng cao Bài giảng chương trình cao học -117- PHẦN PHỤ LỤC: CÁC GIÁ TRỊ VÀ ĐỒ THỊ TÍNH TỐN Tỷ lệ thay đổi nội lực dầm chủ tĩnh tải 1.00 4.00 3.00 Vị trí VT1 Vị trí VT2 0.50 Vị trí VT3 T ỷ lệ lực cắt Fz Tỷ lệ m om en uốn M y 3.50 2.50 Vị trí VT1 Vị trí VT2 2.00 Vị trí VT3 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00 1.33 1.67 2.00 2.33 1.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp 1.67 2.00 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ thá p Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi momen uốn My Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực cắt Fz Tỷ lệ lực cắt Fx 2.00 Vị trí VT1 Vị trí VT2 0.00 1.33 1.67 2.00 2.33 Vị trí VT3 -2.00 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực dọc Fx Tỷ lệ thay đổi nội lực dầm chủ lực tập trung ½ nhịp biên 3.00 1.80 2.50 1.40 1.20 Mặt cắt VT1 1.00 Mặt cắt VT2 0.80 Mặt cắt VT3 0.60 0.40 Tỷ lệ lực cắt Fz Tỷ lệ momen uốn My 1.60 2.00 Mặt cắt VT1 Mặt cắt VT2 1.50 Mặt cắt VT3 1.00 0.50 0.20 0.00 0.00 1.33 1.67 2.00 1.33 2.33 Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi momen uốn My Tỷ lệ lực cắt Fx 2.00 1.50 Mặt cắt VT1 Mặt cắt VT2 1.00 Mặt cắt VT3 0.50 0.00 1.33 1.67 2.00 1.67 2.00 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp Tỷ lệ chiều cao trụ tháp 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực dọc Fx Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực cắt Fz -118- Tỷ lệ thay đổi nội lực dầm chủ lực tập trung ¼ nhịp 2.50 2.20 2.00 1.80 1.60 Mặt cắt VT1 Mặt cắt VT2 1.40 1.20 Mặt cắt VT3 1.00 0.80 0.60 Tỷ lệ lực cắt Fz Tỷ lệ m om en uốn M y 2.00 Mặt cắt VT1 Mặt cắt VT2 Mặt cắt VT3 1.50 1.00 0.50 0.40 0.20 0.00 0.00 1.33 1.67 2.00 1.33 2.33 1.67 2.00 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp Tỷ lệ chiều cao trụ tháp Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực cắt Fz Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi momen uốn My 7.00 T ỷ lệ l ực cắt F x 6.00 5.00 Mặt cắt VT1 4.00 Mặt cắt VT2 3.00 Mặt cắt VT3 2.00 1.00 0.00 1.33 1.67 2.00 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực dọc Fx 2.20 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 2.50 Mặt cắt VT1 Mặt cắt VT2 Mặt cắt VT3 1.33 1.67 2.00 Tỷ lệ lực cắt Fx Mặt cắt VT2 1.00 Mặt cắt VT3 0.50 1.67 2.00 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp 3.00 2.50 2.00 Mặt cắt VT1 1.50 Mặt cắt VT2 1.00 Mặt cắt VT3 0.50 0.00 2.00 Mặt cắt VT1 1.50 1.33 Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi momen uốn My 1.67 2.00 0.00 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp 33 T ỷ lệ lự c cắt F z Tỷ lệ momen uốn My Tỷ lệ thay đổi nội lực dầm chủ lực tập trung ½ nhịp 2.33 Tỷ lệ chiều cao trụ tháp Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực dọc Fx Biểu đồ Tỷ lệ thay đổi lực cắt Fz -119Các giá trị nội lực ban đầu : Kết việc phân tích thu nội lực ban đầu phận kết cấu phần tử Các thành phần nội lực ban đầu cáp chủ trường hợp nghiên cứu Các thành phần nội lực ban đầu phần tử cáp chủ 6.00E+04 Giá trị lực dọc (kN) 5.00E+04 4.00E+04 3.00E+04 2.00E+04 1.00E+04 0.00E+00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 Chiều dài dầm chủ 650m H30 H40 H50 H60 H70 Các thành phần nội lực ban đầu dây treo trường hợp nghiên cứu Các thành phần nội lực ban đầu phần tử dây treo 750 Giá trị lực dọc (kN) 740 730 720 710 700 690 680 670 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 Chiều dài dầm chủ 650m H30 H40 H50 H60 H70 -120- TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC I TÓM TẮT - Họ tên: Vũ Trí Thắng - Phái: Nam - Sinh ngày : 01/10/1980 - Nơi sinh : Bắc Giang II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - Nhà riêng : D32 Lê Đức Thọ Phường 17 Quận Gị Vấp Tp.Hồ Chí Minh Điện thoại: 08-9844255 Di động: 0918105883 - Cơ quan : Phân viện KHCN GTVT Phía Nam 03 Phạm Ngọc Thạch, Phường 06, Quận 3, Tp.HCM Điện thoại: (08) 8244646 III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 1997 – 2002 : Sinh viên trường Đại học Giao Thông Vận Tải sở Tốt nghiệp đại học : năm 2002 Hệ: Chính quy Trường : Đại học Giao Thông Vận Tải sở Chuyên ngành : Xây dựng Cầu Đường Năm 2005 : Trúng tuyển cao học Khóa 2005 Mã số học viên : 04005673 IV Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ tháng 06 năm 2002 – đến tháng 07 năm 2003 : cơng tác Phịng Thí Nghiệm trọng Điểm Đường Bộ III - Từ tháng 07 năm 2003 đến : cơng tác Phân viện KHCN GTVT Phía Nam ... văn ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây võng? ?? thực từ tháng 02/2007 đến tháng 11/2007 với mục đích nghiên cứu phân tích ảnh hưởng chiều cao trụ tháp. .. TỐN CẦU TREO DÂY VÕNG TRONG PHẦN MỀM MIDAS 57 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CHIỀU CAO TRỤ THÁP ĐẾN SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG TRONG CẦU TREO DÂY VÕNG 60 4.1 LỰA CHỌN CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU... tổng chiều dài cầu L=650m Khổ ngang cầu S=12m Cầu bố trí hai mặt phẳng dây, dây treo thẳng đứng song song Để nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao phần trụ tháp đến phân bố nội lực biến dạng cầu treo dây