CHƯƠNG 4: KẾT CẤU CẦU THÉP KHÔNG HỆ GIẰNG TRUNG GIAN
4.3. Các trường hợp phân tích
Để đánh giá độ ổn định của kết cấu trong giai đoạn thi công, ta cần so sánh tính ổn định của kết cấu cầu thép không hệ giằng trung gian với kết cấu cầu sử dụng hệ liên kết ngang X, K, I, Z được tối ưu hóa sử dụng ở chương 3. Phần mềm Midas Civil 2019 đƣợc dùng để hỗ trợ mô phỏng các loại kết cấu hệ dầm kể trên.
4.3.1. Đối tƣợng phân tích
Trong nghiên cứu này, cầu Lương Thực (Cà Mau) được chọn làm đối tượng nghiên cứu. Cầu Lương Thực có kết cấu hệ dầm truyền thống, với hệ giằng liên kết ngang là các dầm thép chữ I. Tổng chiều dài cầu 90m, gồm 3 nhịp, chiều dài nhịp tính toán lớn nhất là 35.4m, với chiều dài toàn dầm là 35.9m. Bề rộng cầu 6m, khoảng cách các dầm chính là 1.5m. Dầm ngang tại gối có chiều cao 0.6m, hệ giằng trung gian sử dụng các dầm ngang định hình I400.
4.3.2. Mô hình số hệ kết cấu không hệ giằng trung gian (KHGTG)
Xét mô hình kết cấu cầu Lương Thực KHGTG, giữ nguyên số lượng và kích thước dầm chính và dầm ngang tại gối, lược bỏ các sườn tăng cường và hệ dầm ngang giữa. Vì lƣợc bỏ các hệ giằng trung gian nên độ cứng của hệ giảm, do đó chiều cao dầm ngang tại vị trí gối ở hai đầu dầm cần phải đƣợc tăng lên để đảm bảo độ cứng cho kết cấu. Trong nghiên cứu này, kết cấu KHGTG có kích thước dầm chính giống với cầu Lương Thực, tuy nhiên kích thước dầm ngang tại gối sẽ lớn hơn.
Mô phỏng kết cấu hệ dầm KHGTG có chiều dài nhịp tính toán là 35.4m, khoảng cách giữa các dầm chính là 1.5m. Giả thiết các thanh neo thép hình I là I150. Trong nghiên cứu này chỉ xét đến sự ảnh hưởng của bề dày tấm thép (t) và khoảng cách giữa các thanh neo (s) tới độ cứng của kết cấu, còn sự ảnh hưởng của tiết diện thanh neo sẽ được quan tâm trong các nghiên cứu tương lai.
Bảng 4.1: Thông số các thành phần kết cấu của hệ dầm cầu KHGTG
Cấu kiện Kích thước
(mm)
Loại phần
tử Loại thép Dầm chính I1385x(300~350)x(20~25) Phần tử
tấm (4 nút)
Tổ hợp
Dầm ngang I600x200x25x25
Tấm bản thép 35900x6000x(t) Thép tấm
Thanh neo thép hình I150x75x5x7 Phần tử
dầm Thép định hình
Các cấu kiện trên trên đều có module đàn hồi E= 200000 MPa và hệ số Poison là 0.3 4.3.3. Tải trọng tính toán
Trong giai đoạn thi công ngoại lực tác dụng gồm có:
+ Tĩnh tải (DC): Trọng lƣợng bản thân của dầm thép, tấm bản thép và thanh neo thép chữ I150 đặt so le trên tấm bản thép.
57
+ Hoạt tải thi công phân bố (CLL) bao gồm: các phụ kiện thi công, máy móc và thiết bị khác, ngoài thiết bị lắp dựng chuyên dùng chủ yếu, đƣợc lấy bằng 4.8 10 4 MPa [5] diện tích mặt sàn.
+ Sử dụng trạng thái giới hạn cường độ I để đánh giá ổn định của kết cấu.
Tải trọng tính toán đƣợc tính nhƣ bảng 4.2:
Bảng 4.2: Tải trọng tính toán trong giai đoạn thi công Tải
trọng Các dạng tải Mô tả Hệ số tải
trọng
Giá trị mô phỏng
Tĩnh tải
Trọng lƣợng bản thân dầm
thép Self weight 1.25 Self weight
(kN) Trọng lƣợng tấm bản thép Self weight 1.25 Self weight
(kN) Trọng lƣợng bê tông bản
mặt cầu Tải phân bố
đều 1.25 5(KN m/ 2)
Trong lƣợng thanh neo I150 Self weight 1.25 Self weight (kN) Hoạt tải Hoạt tải thi công (CLL) Tải phân bố
đều 1.75 0.48(KN m/ 2) 4.3.4. Công tác phân tích
Thay đổi các giá trị bề dày tấm bản thép (t) và khoảng cách giữa các thanh neo thép hình I (s), ta có bảng thống kế các trường hợp như sau. Trong đó giá trị (t) thay đổi từ 8 mm đến 16mm và giá trị (s) thay đổi từ 600 mm đến 1300 mm đƣợc mô tả ở Bảng:
Bảng 4.3: Các trường hợp thay đổi bề dày tấm thép (mm) và khoảng cách thanh neo I150 (mm)
t
s 8 9 10 11 12 13 14 15 16
600 TH 1-1 TH 1-2 TH 1-3 TH 1-4 TH 1-5 TH 1-6 TH 1-7 TH 1-8 TH 1-9 700 TH 2-1 TH 2-2 TH 2-3 TH 2-4 TH 2-5 TH 2-6 TH 2-7 TH 2-8 TH 2-9 800 TH 3-1 TH 3-2 TH 3-3 TH 3-4 TH 3-5 TH 3-6 TH 3-7 TH 3-8 TH 3-9 900 TH 4-1 TH 4-2 TH 4-3 TH 4-4 TH 4-5 TH 4-6 TH 4-7 TH 4-8 TH 4-9 1000 TH 5-1 TH 5-2 TH 5-3 TH 5-4 TH 5-5 TH 5-6 TH 5-7 TH 5-8 TH 5-9 1100 TH 6-1 TH 6-2 TH 6-3 TH 6-4 TH 6-5 TH 6-6 TH 6-7 TH 6-8 TH 6-9 1200 TH 7-1 TH 7-2 TH 7-3 TH 7-4 TH 7-5 TH 7-6 TH 7-7 TH 7-8 TH 7-9 1300 TH 8-1 TH 8-2 TH 8-3 TH 8-4 TH 8-5 TH 8-6 TH 8-7 TH 8-8 TH 8-9
58
Hình 4.1: Mô hình kết cấu cầu thép KHGTG 4.3.5. Kết quả phân tích
Từ các mô hình phần tích, thu đƣợc giá trị hệ số tới hạn cr khi đổi các giá trị bề dày tấm bản thép (t) và khoảng cách giữa các thanh neo thép hình I150 (s), đƣợc thống kê tải bảng 4.4.
Hình 4.2: Hệ số tới han cr khi bề dày tấm thép t=10mm và khoảng cách thanh neo I150 s= 600mm (TH 1-3)
59
Bảng 4.4: Bảng tổng hợp hệ số tới hạn cr thay đổi bề dày tấm thép (mm) và khoảng cách thanh neo I150 (mm)
s t 8 9 10 11 12 13 14 15 16
600 0.73 0.93 1.16 1.42 1.72 2.05 2.41 2.81 3.25
700 0.61 0.78 0.98 1.19 1.44 1.71 2.01 2.34 2.69
800 0.51 0.65 0.81 0.98 1.18 1.40 1.63 1.89 2.18
900 0.48 0.61 0.75 0.92 1.09 1.29 1.50 1.74 1.99
1000 0.46 0.59 0.73 0.88 1.05 1.23 1.43 1.65 1.88 1100 0.46 0.58 0.72 0.86 1.03 1.20 1.39 1.60 1.82 1200 0.46 0.58 0.71 0.86 1.02 1.19 1.38 1.58 1.79 1300 0.41 0.52 0.65 0.78 0.92 1.07 1.24 1.41 1.60
Thông qua bảng 4.4 tổng hợp hệ số tới hạn cr xác định đƣợc ứng suất dầm chính của trường hợp không hệ giằng trung gian được tối ưu về khoảng cách thanh neo thép hình I150 và bề dày tấm thep (t) nhƣng vẫn đảm bảo độ ổn định của kết cấu
(cr 1) để khảo sát, đánh giá là : TH 1-3 với s600(mm), t10(mm):
Hình 4.3: Ứng suất dầm chính TC(KN/ m )2 khi bề dày tấm thép t=10mm và khoảng cách thanh neo I150 s= 600mm (TH 1-3) trong giai đoạn thi công.