CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG
1.3. Những vấn đề đặt ra và hướng nghiên cứu
1.3.1. Nghiên cứu ứng dụng cầu máng BTCT-ƯST trên thế giới
Đối với cầu máng BTCT-ƯST được sử dụng tương đối rộng rãi trên thế giới đặc biệt là Trung Quốc. Các cầu máng BTCT-ƯST ở Trung Quốc chủ yếu có mặt cắt chữ U hoặc mặt cắt chữ nhật. Đối với cầu máng mặt cắt chữ U, cáp ƯST được kéo cả theo phương ngang và phương dọc máng; đối với máng mặt cắt chữ nhật, cáp ƯST được kéo theo phương ngang và phương dọc máng cảởđáy và ở thành.
Các nghiên cứu về cầu máng BTCT-ƯST ở nước ngoài đa phần từ Trung Quốc, nơi ứng dụng cầu máng BTCT-ƯST tương đối nhiều trong các dự án chuyển nước giữa các lưu vực sông. Các nghiên cứu điển hình có:
Zhao Yu (1999), Phân tích phần tử hữu hạn ba chiều kết cấu cầu máng mặt cắt hình hộp sử dụng bê tông ứng suất trước trong công trình chuyển nước từ Nam ra Bắc. Kết quả từ phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ALGOR FEAS đã chứng minh tính hợp lý của phương án sử dụng hình thức kết cấu, kích thước và bố trí thép ứng suất trước của cầu máng. Ứng suất, biến dạng của cầu máng đều thỏa mãn các yêu cầu của quy phạm.
Bai Xin-li (2001), Phân tích phần tử hữu hạn kết cấu cầu máng vỏ mỏng ứng suất trước mặt cắt chữ U nhịp liên tục. Bài báo đã tiến hành phân tích kết cấu cầu máng vỏ mỏng ứng suất trước mặt cắt chữ U với phương án nhịp liên tục và đưa ra kết quả phân tích tĩnh và phân tích đặc tính động. Kết quả đã chỉ rõ so với phương án nhịp đơn,
phương án nhịp liên tục cho kết quả biến dạng, ứng suất và lượng dùng cốt thép đều nhỏ hơn, ứng suất kéo lớn nhất và ứng suất nén lớn nhất đều thỏa mãn yêu cầu độ cường độ thiết kế được quy định trong quy phạm, chuyển vị lớn nhất cũng thỏa mãn yêu cầu vềđộ cứng và kiến nghị cải tiến phương án thiết kếban đầu.
Cheng wa (2008), Thiết kế cầu máng vỏ mỏng mặt cắt chữ U loại lớn sử dụng bê tông ứng suất trước theo hai phương. Bài báo đã giới thiệu thiết kế cấu tạo thân máng cầu máng theo phương ngang và phương dọc từđó tiến hành phân tích kết cấu và so sánh với kết quả thí nghiệm nguyên mẫu 1:1. Qua thực tiễn cho thấy, hình thức cầu máng vỏ mỏng mặt cắt chữ U sử dụng bê tông ứng suất trước theo hai phương đáp ứng tốt các yêu cầu về chịu lực, nứt và thấm.
Li Xiao-ke (2009), Nghiên cứu phân tích quá trình thi công cầu máng hình thức dầm tường hai lần ứng suất trước. Ứng dụng nguyên lý thiết kế và thi công lắp ghép, bài báo đã đề xuất phương án thi công hai lần ứng suất trước cho cầu máng hình thức tường dầm kiểu bán lắp ghép kết hợp chế tạo trước và đổ tại chỗ (xem hình 1-13). Tiến hành mô phỏng số toàn bộ quá trình thi công cầu máng để làm sáng tỏ quy luật phân bố ứng suất và đặc tính biến hình của bê tông trong quá trình thi công hai lần ứng suất trước, thiết lập trình tự thi công hợp lý. Kết quả cho thấy sử dụng phương án thi công hai lần ứng suất trước không chỉ giải quyết được vấn đề thi công bê tông mà còn giảm được giá trị vồng ngược của cầu máng.
Ma Xian-fu (2013), Phân tích thí nghiệm tích nước cầu máng vỏ mỏng mặt cắt chữ U ứng suất trước loại lớn tại hiện trường. Thông qua thí nghiệm đo đạc ứng suất biến dạng và biến hình kết cấu thân máng dưới tác dụng của các mực nước trong máng khác nhau và so sánh với kết quả tính toán trên mô hình số cho thấy sau khi loại bỏ ảnh hưởng của các nhân tố phi tải trọng như nhiệt độ, từ biến bê tông…cho kết quả tương đối phù hợp. Đồng thời thông qua thí nghiệm tích nước, tính an toàn của cầu máng được kiểm chứng.
1.3.2. Ứng dụng cầu máng BTCT tại Việt Nam
Việt Nam chưa có một cầu máng nào sử dụng công nghệ ƯST mặc dù cũng đã có những nghiên cứu và đề xuất công nghệ này. Các nghiên cứu về cầu máng BTCT hoặc
BTCT-ƯST tại Việt Nam hiện nay rất ít đa phần trong các Luận văn Thạc sĩ và trong các thuyết minh tính toán lựa chọn phương án các dự án thủy lợi thủy điện:
Trần Văn Tuỳnh, Nguyễn Trí Trinh (2013), Nghiên cứu phương pháp thiết kế cầu máng loại lớn theo sơ đồ không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Tác giả đã nghiên cứu đề xuất được phương pháp thiết kế cầu máng loại lớn (Phương pháp PTHH) và ứng dụng để tính toán cho một sốtrường hợp để từđó nói lên được tính ưu việt và tính chất khác biệt của phương pháp PTHH với các phương pháp tính toán khác. Đưa ra được các ý kiến về phạm vi ứng dụng các phương pháp tính toán trong các điều kiện cụ thể khác nhau cho phù hợp.
Nguyễn Thị Thùy Trung, Vũ Thanh Te (2014), Nghiên cứu xác định kích thước hợp lý của cầu máng bằng vật liệu bê tông vỏ mỏng theo sơ đồ không gian. Trong Luận văn tác giảđã tính toán nội lực kết cấu cầu máng BTCT theo sơ đồ kết cấu vỏ mỏng không gian cho các trường hợp mặt cắt ngang máng hình chữ nhật, hình thang và hình chữ U.
Từđó tính toán thiết kế mặt cắt hợp lý đảm bảo an toàn về kết cấu và tiết kiệm về kinh phí.
Lê Bá Nhật Tuân, Vũ Hoàng Hưng (2014), Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp lớn kết hợp làm cầu giao thông. Kết quả nghiên cứu của Luận văn cho thấy hiệu quả của việc sử dụng bê tông ứng suất trước khi tăng được chiều dài nhịp lên gấp hai lần so với cầu máng BTCT thông thường.
Nguyễn Văn Dũng, Vũ Hoàng Hưng (2016), Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của cầu giao thông trên cống và trên đập tràn kết hợp làm cầu máng dẫn nước.
Dưới đây là một số hình ảnh cầu máng BTCT kết hợp cầu giao thông phía trên điển hình ở Việt Nam:
Hình 1-17. Cầu máng BTCT Phước Hòa (nguồn internet)
Hình 1-18. Cầu máng BTCT Căm Xe (nguồn internet)
Hình 1-19. Cầu máng BTCT sông Cầu Chày (nguồn internet)
Hình 1-20. Cầu máng BTCT sông Âm (nguồn internet)
1.3.3. Hướng nghiên cứu
Các cầu máng bê tông cốt thép ở Việt Nam thường kết hợp với cầu giao thông phía trên hoặc chung trụ cầu. Đối với cầu giao thông cần nhịp tương đối lớn (thông thường cầu dầm ứng suất trước là 33m). Cầu máng BTCT ứng suất trước thường không đáp ứng được nhịp này. Vì vậy để có thể tận dụng trụ cầu hoặc cầu giao thông cần nghiên cứu sử dụng cầu máng BTCT bán lắp ghép, trong đó phần cầu như cầu giao thông, phần máng được đặt lên mặt cầu.
Do đó đềtài đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt thép ứng suất trước và sử dụng chức năng tính toán dầm bê tông cốt thép ứng suất trong phần mềm SAP2000 để xác định trạng thái ứng suất và biến dạng của các bộ phận cầu máng bê tông cốt thép lắp ghép và áp dụng vào tính toán công trình cụ thể có xét tới điều kiện thi công.
Xây dựng được mô hình tính toán kết cấu cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn có xét tới điệu kiện và thiết bị thi công, với giải pháp là dùng kết cấu cầu máng bê tông cốt thép bán lắp ghép. Từđó áp dụng cho một công trình cụ thể.