CHƯƠNG 4: KẾT CẤU CẦU THÉP KHÔNG HỆ GIẰNG TRUNG GIAN
4.4. Phân tích đánh giá kết quả
4.4.1. Phân tích ổn định của kết cấu không hệ giằng trung gian trong giai đoạn thi công
Công thức: Pcr P cr theo lý thuyết trình bày tại chương 2.
Trong đó: Pcr: Tải trọng tới hạn P: Ngoại lực tác dụng
60 cr: Hệ số tới hạn
Với công thức trên ta thấy nếu cr>1 thì Pcr >P suy ra hệ ổn định và ngƣợc lại.
Thông qua giá trị hệ số tới hạn cr, ta có thể kết luận đƣợc sự mất ổn định của kết cấu hệ cầu không hệ giằng trung gian.
Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa bề dày (t), khoảng cách (s) và hệ số tới hạn (cr)
Biểu đồ hình 4.3 chỉ ra rằng nếu càng tăng bề dày tấm thép và giảm khoảng cách giữa các thanh neo thép hình I thì hệ số tới hạn cr càng lớn hơn 1. Với những trường hợp có hệ số tới hạn cr 1 thì kết cấu hệ dầm ổn định.
Bảng 4.5: Bảng tổng hợp hệ các trường hợp không bị mất ổn định
t
s 8 9 10 11 12 13 14 15 16
600 - - TH 1-3 TH 1-4 TH 1-5 TH 1-6 TH 1-7 TH 1-8 TH 1-9 700 - - - TH 2-4 TH 2-5 TH 2-6 TH 2-7 TH 2-8 TH 2-9
800 - - - - TH 3-5 TH 3-6 TH 3-7 TH 3-8 TH 3-9
900 - - - - TH 4-5 TH 4-6 TH 4-7 TH 4-8 TH 4-9
1000 - - - - TH 5-5 TH 5-6 TH 5-7 TH 5-8 TH 5-9
1100 - - - - TH 6-5 TH 6-6 TH 6-7 TH 6-8 TH 6-9
1200 - - - - TH 7-5 TH 7-6 TH 7-7 TH 7-8 TH 7-9
1300 - - - TH 8-6 TH 8-7 TH 8-8 TH 8-9
61
Từ kết quả bảng 4.5, ta thấy càng tăng bề dày tấm thép (t) và giảm khoảng cách (s) giữa các thanh neo thép hình I thì số lương thanh neo sẽ tăng lên. Điều này đồng nghĩa với việc hệ số tới hạn cr tăng lên dẫn đến lực tới hạn {Pcr} tăng lên. Đây là kết quả hợp lý vì sự tăng của (t) và giảm của (s) làm cho kết cấu cầu cứng hơn (độ cứng tăng), độ ổn định sẽ tăng.
4.4.2. Đánh giá ổn định của kết cấu không hệ giằng trung gian trong giai đoạn thi công
Thông qua hệ số tới hạn cr trong các mô hình tính toán, Để đánh giá tính ổn định của kết cấu không hệ giằng trung gian, Tác giả so sánh với hệ cầu dầm truyền thống sử dụng các loại hệ giằng liên kết ngang X, K, I, Z đã đƣợc tối ƣu hóa kết cấu dùng để mô phỏng chương 3, chọn các trường hợp TH 1-3, TH 2-4, TH 7-5 và TH 8-6 vừa thỏa mãn điều kiện PPcr ( cr 1) vừa tối ƣu về mặt vật liệu trong các trường hợp khảo sát.
Hình 4.5: Biểu đồ so sánh hệ số tới hạn (cr) của các loại kết cấu
Qua biểu đồ trên, kết quả giá trị hệ số tới hạn (cr) của kết cấu không hệ giằng trung gian và hệ cầu dầm truyền thống sử dụng hệ giằng liên kết ngang X, K, I, Z đều lớn hơn 1, chứng tỏ các hệ kết cấu đều đảm bảo ổn định dưới tác dụng của ngoại lực {P}. Bên cạnh đó hệ số tới hạn (cr) của kết cấu truyền thống lớn gấp 3 lần so với kết cấu không hệ giằng trung gian.
Theo kinh nghiệm thiết kế trước đây, độ cứng thiết kế hệ giằng liên kết ngang khá dƣ. Tác giả đã đƣa ra quy trình để đảm bảo tối ƣu về kết cấu hệ giằng trong kết cấu truyền thống sử dụng hệ giằng liên kết ngang X, K, I, Z đƣợc trình bày cụ thể ở chương 3. Điều này dẫn đến giá trị hệ số tới hạn (cr) không quá lớn so với hệ kết cấu không hệ giằng trung gian nhƣng đều đảm bảo tính ổn định của các loại kết cấu.
62
4.4.3. Phân tích yếu tố ảnh hưởng ổn định của kết cấu không hệ giằng trung gian trong giai đoạn thi công
Trong nghiên cứu này, Tác giả chỉ xét đến sự ảnh hưởng của bề dày (t) tấm thép và khoảng cách giữa các thanh neo thép hình I150 (s) tới độ cứng của kết cấu không hệ giằng trung gian. Không xét đến sự ảnh hưởng chiều cao của các thanh neo thép hình I150.
4.4.3.1 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các thanh neo thép hình I150 (s) tới độ cứng của kết cấu.
Sự ảnh hưởng của số lượng thanh neo thép hình I (khoảng cách s) đến độ ổn định của hệ kết cấu đƣợc đánh giá bởi giá trị s s' là độ tăng hệ số tới hạn từ khoảng cách s đến s’, ứng với độ tăng phần trăm số lƣợng thanh ( từ khoảng cách s đến s’):
' '
s s s s
s
Trong đó: s' s 100%
s
N N
N
N : số thanh neo thép hình I150 tương ứng với mỗi khoảng giá trị s.
Bảng 4.6: Đánh giá ảnh hưởng khoảng cách thanh neo thép hình I150 tới độ cứng kết cấu
Mật độ thanh ứng với khoảng cách (s)~(s’)
(số thanh/m2)
Bề dày tấm thép (t)
8mm 9mm 10mm 11mm 12mm 13mm 14mm 14mm 16mm
1300 900 43.90%
0.38~0.55 16.08% 16.28% 16.79% 17.74% 18.91% 20.22% 21.68% 23.19% 24.61%
1300 800 59.76%
0.38~0.61 24.32% 24.56% 25.30% 26.64% 28.26% 30.10% 32.12% 34.26% 36.19%
1200 800 48.86%
0.41~0.61 12.23% 12.42% 13.27% 14.15% 15.46% 16.92% 18.42% 20.04% 21.51%
1100 800 35.05%
0.45~0.61 12.65% 12.75% 13.17% 14.06% 15.01% 16.14% 17.23% 18.46% 19.57%
1100 700 55.67%
0.45~0.70 34.51% 35.26% 36.41% 38.16% 39.96% 42.01% 44.08% 46.12% 48.10%
1000 700 41.12%
0.50~0.70 32.54% 33.23% 34.26% 35.55% 36.89% 38.44% 40.06% 41.52% 42.99%
900 700 27.97%
0.55~0.70 27.88% 28.51% 29.32% 30.28% 31.26% 32.33% 33.44% 34.43% 35.38%
800 700 15.27%
0.61~0.70 19.41% 19.96% 20.53% 21.13% 21.69% 22.28% 22.90% 23.35% 23.86%
800 600 33.59%
0.61~0.81 41.55% 42.39% 43.35% 44.38% 45.51% 46.56% 47.64% 48.60% 49.52%
700 600 15.89%
0.70~0.81 18.55% 18.70% 18.94% 19.20% 19.57% 19.86% 20.13% 20.47% 20.71%
Kết quả Bảng 4.6 chỉ ra rằng, khi tăng đều số lượng thanh giằng tương ứng các trường hợp 1300 90043.90%
, 1300 80059.76% , 1200 80048.86% , 1100 80035.05% , 1100 70055.67% thì phần trăm tăng hệ số tăng hệ số tới hạn lớn nhất là 48.10% (trường hợp t=16 mm) nhỏ hơn phần trăm tăng
63
số lượng thanh tương ứng. Tuy nhiên, khi tăng phần trăm số lượng thanh tương ứng
1000 700 41.12%
, 900 70027.97% , 800 70015.27% , 800 60033.59% , 15.89%700 600 thì phần trăm tăng hệ số tới hạn lớn nhất 49.52% (trường hợp t = 16mm) lớn hơn phần trăm tăng số lượng thanh neo thép hình I150. Với mật độ diện tích lớn hơn 0.61 (thanh/m2) thì độ ổn định hệ kết cấu tăng dần ở tất cả bề dày tấm thép (t) và lớn hơn phần trăm tăng số lƣợng thanh.
Điều đó chứng tỏ rằng khi tăng mật độ thanh neo thép hình I150 thì độ ổn định kết cấu chỉ ảnh hưởng khi mật độ diện tích lớn hơn 0.61 (thanh/m2) hay khoảng cách thanh neo thép hình I150 không lớn hơn 800 (mm).
4.4.3.2 Ảnh hưởng bề dày tấm thép tới độ cứng của kết cấu.
Sự ảnh hưởng của bề dày tấm thép (t) tới độ cứng của hệ kết cấu được xác định dựa trên giá trị tntn1 là độ tăng phần trăm hệ số tới hạn khi tấm có bề dày tn1 tăng đến tn:
1 1
1
n n
n n
n
t t
t t
t
Độ tăng phần trăm bề dày tấm thép : 1
1 n n 100%
n
t t
t
Bảng 4.7: Đánh giá ảnh hưởng bề dày tấm thép (t) tới độ cứng kết cấu.
1300 (N=82)
1200 (N=88)
1100 (N=97)
1000 (N=107)
900 (N=118)
800 (N=131)
700 (N=151)
600 (N=175)
10 8
25% 55.95% 55.74% 56.46% 56.62% 56.90% 57.19% 58.66% 59.19%
11 9 22.2%
48.42% 48.60% 49.16% 49.75% 50.29% 50.90% 52.36% 53.00%
12 10
20% 42.46% 43.06% 43.50% 44.41% 45.05% 45.82% 47.24% 48.02%
13 11 18.2%
37.97% 38.39% 39.20% 40.10% 40.88% 41.74% 43.08% 43.88%
14 12 16.7%
34.35% 34.93% 35.77% 36.61% 37.48% 38.39% 39.76% 40.42%
15 13 15.4%
31.41% 32.08% 32.95% 33.82% 34.65% 35.60% 36.79% 37.49%
16 14 14.3%
29.21% 29.80% 30.58% 31.47% 32.31% 33.19% 34.23% 34.88%
Từ kết quả bảng 4.7, ta có thể kết luận rằng: độ tăng phần trăm của hệ số tới hạn gần nhƣ bằng khoảng 2 lần độ tăng phần trăm bề dày trong tất cả các chỉ số mật độ thanh trên diện tích bền mặt tấm thép đang khảo sát. Điều này chứng tỏ rằng bề dày tấm thép ảnh hưởng rất lớn tới độ ổn định của kết cấu.