Trong quá trình thi công cầu dây văng nội lực của dây thay đổi khác nhau giữa thi công và khai thác. Phần này sẽ giúp các bạn tìm hiểu cách điều chỉnh nội lực cầu dây văng bằng phần mềm MIdas civilchúc các bạn thành công
Trang 1PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN I U CH NH N I L C
C U DÂY V NG ANALYSING AND DETERMINING THE INITIAL FORCE IN
CABLES OF CABLE STAYED BRIDGES
Lê V n Nam và V H ng Nghi p*
i H c Bách Khoa Tp H Chí Minh
* i H c Giao Thông V n T i Tp H Chí Minh
B N TÓM T T
Bài báo này trình bày cách mô hình ph n t cáp và cách xác đ nh l c c ng ban đ u trong cáp đ đ m
b o hình d ng tr c d c trong c u dây v ng Quá trình tính toán đã đ c các tác gi đã l p trình thành
m t ch ng trình tính toán ph c v trong vi c làm lu n v n t t nghi p cho các sinh viên chuyên ngành
c u đ ng và ph c v cho thi t k các công trình th c t
ASTRACT
This paper presents a new method of modeling cable elements and determining the initial force in cables to maintain the design profile of cable stayed bridges The calculating process has been developed to become a program for serving students major in Bridge Engineering and design Engineers
1 GI I THI U CHUNG
Do tính th m m cao, v t đ c nh p l n và u
đi m v kinh t , nhi u c u dây v ng (CDV) đã
đ c xây d ng trên th gi i trong th i gian 50
n m qua
T i Vi t Nam, các CDV l n đã và đang xây
d ng là c u M Thu n có nh p chính L=350m,
c u Ki n v i L=200m, c u R ch Mi u (B n
Tre), c u Phú M Thành ph H Chí Minh,
c u Bãi Cháy v i L=435m, sau khi xây d ng
xong s chi m k l c dài nh t v lo i CDV m t
m t ph ng dây, c u C n Th có nh p chính
L=550m dài nh t ông Nam Á
Theo các nghiên c u v giao thông nông thôn thì khu v c BSCL c n đ n h n 65.000 cây c u
v i chi u dài nh p ≤ 200m b c qua h th ng kênh r ch ch ng ch t n i li n các huy n th Do
đi u ki n đ a ch t, thi công và kinh t , ph ng
án xây d ng CDV đ c xem là t i u nh t Nhi u c u v t d ng CDV đ c xây d ng t i các thành ph l n Nh t B n, M , Anh, Trung
Qu c … cho th y chúng không nh ng phù h p
v i giao thông b hành trong n i thành mà còn
có tính th m m cao vàu u đi m khác v kinh
t Trong tính toán CDV, m t trong nh ng v n đ khó kh n nh t là xác đ nh l c đi u ch nh c a dây v ng đ đ m b o hình d ng tr c d c c a
c u Do h n ch v lý thuy t và nh t là công c tính toán cho nên đây là m t nguyên nhân gây
tr ng i cho vi c thi t k , áp d ng ph bi n lo i
c u này
D a vào các nghiên c u v ph n t dây m m [1][2][3][4], PPPTHH [6][8], Matlab, các tác gi
đã nghiên c u, xây d ng m t ch ng trình tính xác đ nh l c c ng trong dây v ng đ đ m b o
tr c d c c a c u và chuy n v nh nh t trên đ nh tháp Ch ng trình đã đ c các sinh viên
Tr ng HBK s d ng trong các đ án, lu n
v n t t nghi p v CDV và tham gia tính toán
m t s công trình th c t Hình 1 C u cho ng i đi b Huerfanos
w w
w .ca
ud uo
ng on
lin e.
co m.
vn
Trang 22 NGHIÊN C U TÍNH TOÁN
2.1 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN
Trong CDV, l c c ng trong cáp gây ra các
chuy n v bên (cho các v trí neo khác), l c nén
trong tháp và d m Do b i l c c ng trong dây r t
nh y v i s thay đ i nh v hình h c nên
chuy n v c a d m và tháp ph i đ c xem xét
H n n a nh h ng c a l c nén lên kh na ng
nén u n d c tr c c a d m và tháp c ng ph i
đ c tính toán Do đó toàn b k t c u c u g m
dây v ng, d m, tháp c n ph i đ c phân tích
đ ng th i [5][7][9] D m và tháp c u đ c mô
hình nh ph n t khung Các dây v ng đ c
xem nh ph n t dây m m liên k t v i h d m,
tháp t i các v trí neo và tác d ng lên h l c nút
nh hình 2
D a vào ph ng pháp ph n t h u h n, ph ng
trình tính toán c a h nh sau :
[K][q] = [P] + [Pc] (1)
Trong đó :
[K] : Ma tr n đ c ng g m ch c a
ph n t d m và tháp
[q] : Chuy n v nút c a h
[P] : Vect t i tr ng t ng đ ng
[Pc] : Vect l c nút t i các v trí đ u
cáp
Vi c tính toán ma tr n đ c ng [K] và vect t i
tr ng t ng đ ng [P] ch là quá trình l p ghép
các ma tr n con, vect con có th tham kh o
trong các tài li u v ph ng pháp ph n t h u
h n [6][8] Khó kh n còn l i là xác đ nh vect
l c [Pc] theo các tr ng thái làm vi c c a cáp
[1][2][3]
Trình t tính toán l c đi u ch nh c a dây v ng
nh sau :
B c 1 :
Các dây v ng đ c treo tr ng thái ban đ u v i
m i tên võng f o (gi thi t duy nh t c a ph ng pháp) và ch ch u l c c ng do tr ng l ng b n thân dây T đó ta có th xác đ nh chi u dài dây
L o và l c c ng ban đ u t i các nút
o
o o
o
o o
EFH
D EF
l H H
D l
θ
θ
3
cos 2
cos cos
(2)
3 0 2
0
0 0 1
8 f P
ql f
M H P
d
−
=
=
=
= (3)
θ
θ tg
f
ql ql tg H
ql R
0
2 0
2
8 2
=
θ
f
ql ql tg H ql R
0
2 0
4
8 2
2 + = +
=
Tính [Pc], thay th vào (1) gi i tìm chuy n v c a
h
B c 2 :
i u ch nh l c c ng dây theo các chuy n v đã tìm đ c (6) Do ta ch quan tâm đ n cao đ c a
d m c u nên ta ch hi u ch nh thành ph n chuy n v đ ng :
5 2
EF lH
EFD H
H
o
o
=
(6) Tính l i [Pc], thay th vào (1) gi i tìm chuy n v
c a h
B c 3 :
i u ch nh l c c ng dây theo các chuy n v đã tìm đ c theo công th c (7) :
Hình 2 Mô hình tính toán l c đi u ch nh dây v ng
w w
w .ca
ud uo
ng on
lin e.
co m.
vn
Trang 3( θ 2θ )
1
l
EF
H
Tính l i [Pc], thay th vào (1) gi i tìm chuy n v
c a h Ki m tra đi u ki n
S đ tính toán nh sau :
- Gia thiêt fo
- Tinh [K], [P], [Pc]o
- Giai (1) tim [q]
- Tinh [Pc]1 theo (6)
- Giai (1) tim [q]
- Tinh [Pc]2 theo (7)
- Giai (1) tim [q]
KIÊM TRA IÊU KIÊN
Kiêm tra vmax ≤ ∆ (*) ( ∆ : Gi i han chuyên vi
l n nhât cua dâm)
KÊT QUA TINH TOAN
- Xuât file kêt qua
- Ve s đô chuyên vi
- Ve biêu đô l c M, N
Thoa (*)
Hình 3: S đ tính toán đi u ch nh CDV
w w
w .ca
ud uo
ng on
lin e.
co m.
vn
Trang 43 VÍ D TÍNH TOÁN
Sau đây xin trình bày m t ví d c th đ c tính
toán b ng ch ng trình
a S đ tính toán
- S đ nh p : L = 65m + 145m + 65m = 275m, i
= 5%, R = 1000m
- Chi u cao tháp H = 50m, kho ng cách các
đi m neo trên đ nh tháp là 1m
Các lo i t i tr ng :
- T nh t i giai đo n 1 : Tr ng l ng b n thân k t
c u (CT t đ ng tính toán)
- T nh t i giai đo n 2 : 1.20 T/m
- Ho t t i thi công : 1.50 T/m
b Các đ c tr ng v t li u, hình h c h
Ph n t E (T/m2) γ (T/m3) H s
Poisson A (m2) I (m4)
Cáp D100 (1) 20389018 7.85 0.3 0.00785 0
Cáp D80 (2,8) 20389018 7.85 0.3 0.00503 0
Cáp D60 (3,6,7) 20389018 7.85 0.3 0.00283 0
Cáp D50 (4,5) 20389018 7.85 0.3 0.00196 0
c Tính toán l c c ng trong dây v ng
S đ tính ban đ u
Hình 5 S đ tính ban đ u
Hình 4 S đ c u ví d tính toán
w w
w .ca
ud uo
ng on
lin e.
co m.
vn
Trang 5T i tr ng tác d ng
File k t qu tính toán
KET QUA CHUYEN VI NUT
NUT Ux Uy Rz
1 0.004601 0.000000 -0.000102
2 0.004360 -0.000030 0.000047
3 0.003992 0.000079 -0.000013
4 0.003550 -0.000100 0.000001
5 0.003052 0.000000 0.000003
6 0.002561 -0.000080 0.000002
7 0.002105 0.000029 0.000004
8 0.001749 0.000036 0.000010
9 0.001499 -0.000025 -0.000053
10 0.001499 -0.000024 0.000053
11 0.001253 0.000039 -0.000011
12 0.000906 0.000023 -0.000004
13 0.000469 -0.000072 -0.000002
14 0.000000 0.000000 -0.000003
15 -0.000476 -0.000092 -0.000001
16 -0.000901 0.000073 0.000013
17 -0.001259 -0.000028 -0.000046
18 -0.001509 0.000000 0.000102
19 0.000000 0.000000 0.000000
20 0.004839 -0.003115 -0.000206
21 0.005047 -0.003160 -0.000210
22 0.005260 -0.003191 -0.000215
23 0.005476 -0.003208 -0.000217
24 0.000000 0.000000 0.000000
25 -0.004000 -0.002958 0.000170
26 -0.004172 -0.003001 0.000174
27 -0.004347 -0.003031 0.000178
28 -0.004526 -0.003048 0.000180
KET QUA NOI LUC PHAN TU
PT Pi Pj Mi Mij Mj
1 -241.4469 -232.7109 0.0000 140.2926 -301.8148
2 -474.4303 -467.8783 -301.8148 -75.7752 -177.3356
3 -589.9438 -583.3918 -177.3356 18.2948 -113.6748
4 -645.9467 -639.3947 -113.6748 1.9922 -209.9408
5 -646.5685 -640.0165 -209.9408 -0.8881 -119.4354
6 -590.2534 -583.9635 -119.4354 3.0150 -202.1345
7 -466.3227 -461.6926 -202.1345 7.4289 -110.6076
8 -329.0884 -326.4676 -110.6076 -79.3275 -375.6475
9 0.0000 0.0000 -375.6475 79.8804 -374.5918
10 -321.4766 -324.0974 -374.5918 -80.2425 -113.4933
11 -448.5320 -453.1620 -113.4933 8.4420 -197.2227
12 -560.5175 -566.8075 -197.2227 2.9276 -124.5221
13 -611.3936 -617.9456 -124.5221 -1.1431 -205.3641
14 -610.8363 -617.3883 -205.3641 1.7250 -118.7859
15 -560.0264 -566.5784 -118.7859 18.0112 -172.7917
16 -456.8330 -463.3850 -172.7917 -74.5498 -303.9079
17 -240.2163 -248.9523 -303.9079 139.2460 -0.0000
18 -1566.6352 -1190.3062 -84.8534 -84.8534 -84.8534
19 -938.1243 -930.1173 -84.8534 -84.3669 -83.8803
20 -653.1389 -645.1319 -83.8803 -87.2051 -90.5299
21 -345.7347 -337.7277 -90.5299 -45.2650 0.0000
22 -1497.0570 -1120.7280 70.1297 70.1297 70.1297
23 -891.8522 -883.8452 70.1297 69.7165 69.3033
24 -633.1142 -625.1072 69.3033 73.6684 78.0334
25 -347.4828 -339.4758 78.0334 39.0167 0.0000
26 277.8648 279.9650 0.0000 0.0000 0.0000
27 303.8884 305.0340 0.0000 0.0000 0.0000
28 181.0131 181.5260 0.0000 0.0000 0.0000
29 141.5070 141.7190 0.0000 0.0000 0.0000
30 133.9964 134.2069 0.0000 0.0000 0.0000
31 183.7469 184.2415 0.0000 0.0000 0.0000
32 168.9974 169.5967 0.0000 0.0000 0.0000
33 377.7085 378.8873 0.0000 0.0000 0.0000
w w
w .ca
ud uo
ng on
lin e.
co m.
vn
Trang 634 371.9484 373.1273 0.0000 0.0000 0.0000
35 158.8239 159.4231 0.0000 0.0000 0.0000
36 168.3384 168.8330 0.0000 0.0000 0.0000
37 121.6618 121.8723 0.0000 0.0000 0.0000
38 128.3379 128.5499 0.0000 0.0000 0.0000
39 161.7987 162.3117 0.0000 0.0000 0.0000
40 279.6028 280.7484 0.0000 0.0000 0.0000
41 286.6725 288.7727 0.0000 0.0000 0.0000
S đ chuy n v
Hình 8 S đ chuy n v h (t l 1/913)
Bi u đ n i l c
Hình 9 Bi u đ l c d c
Hình 10 Bi u đ momen
4 K T LU N
- Nghiên c u đã đ c s d ng trong các đ án,
lu n v n t t nghi p c a sinh viên Tr ng HBK
v CDV Khi so sánh v i các ph ng pháp tính
khác, ch ng trình có t c đ tính nhanh h n, k t
qu th hi n đ y đ g m file k t qu , các bi u
đ n i l c, chuy n v .(chuy n đ c sang
ACAD)
- Trong đi u ki n hi n nay các ch ng trình tính
k t c u đ u không có b n quy n nên k t qu tính
không đ m b o Vi c t xây d ng ch ng trình
là c n thi t, có ý ngh a v nghiên c u, ng d ng
trong th c ti n
- Ch ng trình là n n t ng ban đ u cho các sinh
viên có các nghiên c u ti p theo nh các nghiên
c u v nh h ng nhi t đ , mô hình không gian,
t đ ng thi t k , phân tích đ ng l c h c
- Ch ng trình c ng có th s d ng trong tính toán các công trình th c t Góp ph n ph bi n
lo i k t c u này ph c v cho giao thông nông thôn c ng nh thành ph
TÀI LI U THAM KH O
1 Cách tính h treo theo s đ bi n d ng L u
Th Trình NXB Khoa H c và K Thu t, 1985
2 Lê V n Nam Nghiên c u các tr ng thái làm
vi c c a ph n t dây m m ng d ng cho mô hình ph n t cáp trong c u dây v ng T p chí Giao thông v n t i tháng 03/2005
3 Lê V n Nam, V H ng Nghi p ng d ng
mô hình dây v ng b ng ph n t dây m m trong phân tích, tính toán c u dây v ng T p chí Giao thông v n t i tháng 04/2005
4 Lê V n Nam, V H ng Nghi p Mô hình
ph n t cáp trong phân tích đi u ch nh tr c d c
w w
w .ca
ud uo
ng on
lin e.
co m.
vn
Trang 7c u dây v ng T p chí phát tri n khoa h c &
công ngh tháng 02/2005
5 Lê V n Nam, V H ng Nghi p Tính toán c u
dây v ng theo Ph ng pháp l c và theo S đ
bi n d ng đ ki m ch ng k t qu theo SAP2000
–– H i ngh sinh viên nghiên c u khoa h c,
Tr ng i h c Bách khoa Tp H Chí Minh
n m 2001, Gi i khuy n khích gi i th ng sinh
viên nghiên c u khoa h c 2001, B Giáo d c và
ào t o
6 Ph ng pháp ph n t h u h n Chu Qu c
Th ng NXB Khoa H c và K Thu t, 1997
7 P.K.K.Lee.D.W.Chen, F.T.K.Au, L.G.Tham
Determination of initial cable forces in
prestressed concrete cable stayed bridges for
given design deck profiles using the force
equilibrium method Computers and Structures
74 2000
8 S.S Rao The Finite Element Method in
Engineering Pergamon Press
9 Ki Seok Kim, Hae Sung Lee Analysis of
target configuration under dead load for cable
stayed bridges Computers and Structures 79
2001
w w
w .ca
ud uo
ng on
lin e.
co m.
vn
