4.3. Phõn tớch kết cấu nhịp dầm T chịu tỏc dụng tĩnh của xe tải nặng
4.3.2. Kết quả phõn tớch kết cấu nhịp chịu tỏc dụng tĩnh của xe
4.3.2.1. Phõn bố nứt
Kết quả phõn tớch phi tuyến nứt theo cỏc cấp tải trọng như Hỡnh PL1. 1 (xem chi tiết trong Phụ lục 1: Kết quả phõn tớch tớnh toỏn)
Tải trọng trục gõy nứt cho bản mặt cầu lớn hơn nhiều tải trọng gõy nứt đối với sườn dầm (19,5 tấn > 6,5 tấn). Cỏc vết nứt đầu tiờn ở đỏy bản ngay dưới vị trớ đặt tải bỏnh xe bất lợi nhất. Ở cấp tải trọng trục 25 tấn tương ứng với tải trọng trục xe lớn nhất đo được [3], lỳc này, vựng nứt ở bản mặt cầu mở rộng, cú nhiều vị trớ dưới cỏc vựng đặt tải bỏnh xe đĩ nứt và lan truyền. Ngồi ra, dầm ngang trước đú đĩ bị nứt ở cỏc vị trớ tiếp giỏp với dầm dọc và tiếp giỏp bản mặt cầu nay xuất hiện thờm vết nứt ở đỏy tại khu vực nằm giữa cỏc sườn dầm. Khi tiếp tục tăng tải, vết nứt ở bản mặt cầu lan truyền theo cỏc phương, vựng nứt được mở rộng tới sườn dầm. Ở cấp tải trọng trục 35 tấn đĩ xuất hiện vết nứt ở phần cỏnh hẫng của bản mặt cầu nơi đặt bỏnh xe. Ở cấp tải trọng trục cuối cựng được khảo sỏt, 50 tấn, dầm đĩ bị nứt trờn suốt chiều dài, cỏc vết nứt đĩ lan truyền tới bản mặt cầu. Đối với bản mặt cầu, vựng nứt mở rộng ở dưới vị trớ trực tiếp đặt tải bỏnh xe và ngay cả đối với phần cỏnh hẫng. Cỏc đoạn dầm ngang dưới vị trớ đặt tải bỏnh xe đĩ bị nứt nghiờm trọng, vết nứt đĩ phỏt triển từ đỏy dầm lờn tới bản mặt cầu.
4.3.2.2. Độ mở rộng vết nứt
Tớnh biến dạng của cốt thộp bản mặt cầu theo cỏc cấp tải trọng trục gõy nứt bản. Áp dụng cụng thức tớnh độ mở rụng vết nứt của Gergely và Lutz (1968) (chi tiết ở mục 1.3.4). Kết quả tớnh toỏn bề rộng vết nứt và tớnh duyệt bề rộng vết nứt cho phộp theo ACI 318-05 (chi tiết ở mục 1.3.5) như Bảng 4. 6. Độ mở rộng vết nứt
của bản mặt cầu vẫn nằm trong giới hạn cho phộp trong điều kiện mụi trường thụng thường (mụi trường ẩm, khớ ứng với bề rộng vết nứt cho phộp 0,3mm).
Bảng 4. 6: Kết quả tớnh toỏn bề rộng vết nứt bản mặt cầu.Tải trọng trục Tải trọng trục (tấn) s dc (mm) A (mm2) wmax (mm) Giới hạn cho phộp (mm) Kiểm tra 19,5 1,2 1,88x10-4 32 9600 0,034 0,3 Đạt 25 1,2 2,41x10-4 32 9600 0,043 0,3 Đạt 50 1,2 7,35 x10-4 32 9600 0,131 0,3 Đạt 4.3.2.3. Độ vừng và hệ số phõn bố ngang
Kết quả tớnh toỏn độ vừng của cỏc dầm tại vị trớ giữa nhịp ứng với tải trọng trục giả định lớn nhất 50 tấn như Hỡnh 4. 16. Quan hệ giữa độ vừng cỏc dầm và tải trọng trục như Hỡnh 4. 17.
Hỡnh 4. 16: Kết quả tớnh độ vừng kết cấu nhịp ứng với tải trọng trục 50 tấn.
Hỡnh 4. 17: Độ vừng kết cấu nhịp theo cỏc cấp tải trọng trục xe.Độ vừng cho phộp của kết cấu nhịp theo tiờu chuẩn thiết kế cầu [5]: Độ vừng cho phộp của kết cấu nhịp theo tiờu chuẩn thiết kế cầu [5]:
Ứng với cấp tải trọng trục 24 tấn, độ vừng lớn nhất ở dầm 3 là 11,13mm lớn hơn độ vừng cho phộp. Với tải trọng trục 25 tấn ghi nhận được ở trạm cõn ứng với kết cấu nhịp đang khảo sỏt thỡ độ vừng đĩ vượt quỏ giới hạn cho phộp [3].
Hiệu ứng về độ vừng khi tăng một cấp tải trọng trục 0,5 tấn được tớnh bằng độ vừng ở cấp tải đang xột trừ đi độ vừng của cấp tải trước đú và được gọi là số gia độ vừng như Hỡnh 4. 18. Số gia độ vừng là hằng số ứng với giai đoạn kết cấu làm việc đàn hồi tuyến tớnh, bờ tụng chưa bị nứt. Khi tải trọng trục >6.5 tấn, ở dầm 3 là dầm cú độ vừng lớn nhất, số gia độ vừng bắt đầu tăng lờn do bờ tụng dầm bắt đầu bị nứt, độ cứng kết cấu bắt đầu suy giảm. Ở cỏc cấp tải trọng tiếp theo số gia độ vừng tăng lờn rất nhanh do cỏc vết nứt lớn hỡnh thành làm độ cứng kết cấu suy giảm đột ngột đến khi ổn định ở cấp tải 10,5 tấn. Quỏ trỡnh khảo sỏt với tải trọng trục từ 0 đến 50 tấn cho thấy đường cong quan hệ tải trọng và độ vừng cú 2 nhỏnh với độ dốc khỏc nhau như Hỡnh 4. 17. Nhỏnh ở đoạn đầu đường cong cú độ dốc lớn ứng với tải trọng trục <6,5 tấn và nhỏnh cũn lại cú độ dốc nhỏ ứng với tải trọng >10,5 tấn. Giữa 2 nhỏnh cú đoạn cong chuyển tiếp ứng với tải trọng trục từ 6,5 tấn đến 10,5 tấn.
Hỡnh 4. 18: Số gia độ vừng kết cấu nhịp theo cấp tải trọng trục xe.
Xột đến hệ số phõn bố ngang của dầm, cỏc dầm cú cựng kớch thước nờn hệ số phõn bố ngang của một dầm bằng độ vừng của dầm đú chia cho tổng độ vừng của cỏc dầm. Kết quả hệ số phõn bố ngang của cỏc dầm đới với cỏc cấp tải như Hỡnh 4. 19:
Tải trọng trục <6,5 tấn: Hệ số phõn bố ngang của cỏc dầm là hằng số, cụ thể dầm 1 là 0,3087, dầm 2 là 0,3348, dầm 3 là 0,3565.
Tải trọng trục tăng từ 6,5 đến 10 tấn: Hệ số phõn bố ngang của cỏc dầm 2, dầm 3 tăng lờn, dầm 1 giảm xuống, dầm 2 tăng khụng đỏng kể. Cú sự phõn phối lại hoạt tải trong cỏc dầm, hệ số phõn bố ngang trong dầm 3 và dầm 1 ngày càng chờnh lệch.
Tải trọng trục tăng từ 10 đến 21 tấn: Hệ số phõn bố ngang của dầm 1 và dầm 3 tiến lại gần nhau. Hoạt tải phõn bố khỏ đồng đều trong cỏc dầm.
Tải trọng trục tăng từ 21 đến 50 tấn: Hệ số phõn bố ngang của dầm 1 giảm, dầm 3 tăng trong khi dầm 2 ổn định.
Như vậy, hệ số phõn bố ngang của cỏc dầm phụ thuộc vào cỏc cấp tải trọng. Khi dầm xuất hiện cỏc vết nứt và lan truyền nứt thỡ cú sự phõn phối lại hoạt tải giữa cỏc dầm. Khi tải trọng tỏc dụng lớn ứng với cỏc vết lớn đĩ phỏt triển ở cỏc dầm thỡ phõn phối hoạt tải giữa cỏc dầm ớt cú sự thay đổi.
Hỡnh 4. 19: Hệ số phõn bố ngang theo cấp tải trọng trục xe.
4.3.2.4. Ứng suất trong cốt thộp
Ứng suất trong cốt thộp chịu lực của sườn dầm lớn hơn nhiều so với bản mặt cầu. Ứng với cỏc cấp tải trọng trục xe thiết kế 14,5 tấn, tải trọng gõy nứt bản 19,5 tấn và tải trọng xe tải nặng 25 tấn ứng suất trong cốt thộp của kết cấu nhịp vẫn nằm trong giới hạn cho phộp. Ở cấp tải trọng trục 50 tấn, cốt thộp dọc ở sườn dầm đĩ bị chảy dẻo. Kết quả tớnh toỏn ứng suất cốt thộp đối với kết cấu nhịp theo cỏc cấp tải như Hỡnh PL1. 2 (xem chi tiết trong Phụ lục 1). Đối với bản mặt cầu, ứng suất cốt thộp lớn nhất nằm trong cốt thộp ngang dưới vị trớ đặt tải bỏnh xe, kết quả tớnh toỏn như trong Bảng 4. 7.
Bảng 4. 7: Kết quả tớnh toỏn ứng suất trong cốt thộp bản mặt cầu.
Tải trọng trục (tấn) Ứng suất lớn nhất (MPa) Giới hạn cho phộp (MPa) Kiểm tra
14,5 18,89 252 Đạt
19,5 25,10 252 Đạt
25 32,00 252 Đạt
4.3.2.5. Ứng suất trong bờ tụng
Kết quả tớnh toỏn ứng suất trong bờ tụng của kết cấu nhịp theo cỏc cấp tải trọng trục như Hỡnh PL1. 3 (xem chi tiết trong Phụ lục 1).
Khảo sỏt phõn bố ứng suất trờn 2 đường ở đỏy bản mặt cầu đi qua trọng tõm của vị trớ đặt bỏnh xe nặng bất lợi nhất. Gọi đường ngang là đường chạy theo phương ngang cầu giữa 2 mộp lan can dài 4,5 m và đường dọc là đường chạy theo phương dọc cầu giữa 2 đầu nhịp dài 9 m như Hỡnh 4. 14 b.
Khi bờ tụng bị nứt, theo phương phỏp phõn tớch SCM (smeared crack model), lỳc này ứng suất bờ tụng bị giảm xuống ứng với giai đoạn mềm húa sau nứt của biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng khi chịu kộo. Cỏc vựng chưa bị nứt cú sự điều chỉnh ứng suất theo xu hướng tăng lờn như Hỡnh 4. 21. Theo kết quả phõn tớch tuyến tớnh, phương ngang bất lợi về ứng suất kộo, phương dọc bất lợi về ứng suất nộn. Vỡ vậy, lỳc đầu bờ tụng đỏy bản bị nứt do ứng suất kộo theo phương ngang sau đú ứng suất phỏp theo phương ngang giảm, ứng suất phỏp theo theo phương dọc tăng lờn và làm nứt bờ tụng. Khi cỏc vết nứt hỡnh thành cú lại phõn bố lại ứng suất phỏp. Kết quả phõn bố ứng suất phỏp theo phương ngang cầu ở đỏy bản với cỏc cấp tải trọng trục khỏc nhau như Hỡnh 4. 22.
b. Phõn tớch phi tuyến phõn bố ứng suất theo đường ngang
c. Phõn tớch phi tuyến phõn bố ứng suất theo đường dọc
d. Phõn tớch phi tuyến phõn bố ứng suất theo đường dọc
a. Tải trọng trục 25 tấn
a. Tải trọng trục 50 tấn
Hỡnh 4. 21: So sỏnh kết quả phõn tớch tuyến tớnh và phi tuyến.
b - Phõn tớch phi tuyến phõn bố ứng suất phỏp theo đường dọc Hỡnh 4. 22: Phõn bố ứng suất đỏy bản mặt cầu với cỏc cấp tải trọng trục.