Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước nhịp lớn

Tính toán thân máng theo ph ng d c .... Tính toán thân máng theo ph ng ngang ..... Ph ng pháp c ng sau c ng trên bê tông... Giằng ngang Sườn dọc Sườn ngang Sườn dọc Giằng ngang Hỡnh 1-4.

máng bê tông c t thép ng su t tr c nh p l n” đã đ c tác gi hoàn thành đúng

th i h n quy đ nh và đ m b o đ y đ các yêu c u trong đ c ng đ c phê duy t Trong quá trình th c hi n, nh s giúp đ t n tình c a các Giáo s , Ti n s

Tr ng i H c Thu L i, các công ty t v n và đ ng nghi p, tác gi đã hoàn thành lu n v n này

Tác gi chân thành c m n TS V Hoàng H ng, Tr ng i h c Thu L i

Hà N i đã t n tình h ng d n giúp đ đ tác gi hoàn thành lu n v n

Tác gi xin chân thành c m n các th y cô tr ng i h c Thu L i Hà N i, các th y cô trong khoa Công trình đã t n t y gi ng d y tác gi trong su t quá trình

h c đ i h c và cao h c t i tr ng

Tuy đã có nh ng c g ng song do th i gian có h n, trình đ b n thân còn h n

ch , lu n v n này không th tránh kh i nh ng t n t i, tác gi mong nh n đ c

nh ng ý ki n đóng góp và trao đ i chân thành c a các th y cô giáo, các anh ch em

L p cao h c: CH21C11

Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y

Tên đ tài lu n v n: “Nghiên c u tr ng thái ng su t và bi n d ng c a c u máng bê tông c t thép ng su t tr c nh p l n”

Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n c a tôi hoàn toàn do tôi làm, nh ng k t qu nghiên c u tính toán trung th c Trong quá trình làm lu n v n tôi có tham kh o các tài li u liên quan nh m kh ng đ nh thêm s tin c y và tính c p thi t c a đ tài Tôi không sao chép t b t k ngu n nào khác, n u vi ph m tôi xin ch u trách nhi m

tr c Khoa và Nhà tr ng

Hà N i, ngày tháng n m 2014

H c viên

Lê Bá Nh t Tuân

M U 1

1.1 TÍNH C P THI T C A TÀI 1

1.2 M C ÍCH C A TÀI 1

1.3 CÁCH TI P C N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U 1

1.4 CÁCH TI P C N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U 1

CH NG I: T NG QUAN V C U MÁNG 2

1.1 Khái quát v c u máng 2

1.1.1 Khái ni m c u máng và các b ph n c u máng 2

1.1.1.1 K t c u c a vào, c a ra 2

1.1.1.2 K t c u thân máng 3

1.1.1.3 K t c u g i đ 4

1.1.2 M t c t ngang c u máng 6

1.1.2.1 Thân máng có m t c t hình ch nh t 6

1.1.2.2 Thân máng có m t c t ngang hình ch U 7

1.2 Tính toán c u máng 8

1.2.1 Các t i tr ng tác d ng lên c u máng 8

1.2.2 Ph ng pháp truy n th ng tính toán c u máng 10

1.2.2.1 Tính toán thân máng theo ph ng d c 10

1.2.2.2 Tính toán thân máng theo ph ng ngang 11

1.2.3 Tính toán c u máng theo bài toán không gian 13

K t lu n ch ng 1 15

CH NG II: K T C U BÊ TÔNG NG SU T TR C 16

2.1 Khái quát v k t c u bê tông c t thép ng su t tr c 16

2.1.1 Ph ng pháp c ng tr c và c ng sau 16

2.1.1.1 Ph ng pháp c ng tr c 16

2.1.2.1 T n th t ng su t tr c do bi n d ng c a thi t b neo h1 19

2.1.2.2 T n th t ng su t tr c do ma sát gi a l lu n thép và c t thép h 2 σ 20

2.1.2.3 T n th t ng su t tr c do chênh l ch nhi t đ gi a c t thép và giá c ng σ 20 h3 2.1.2.4 T n th t ng su t tr c do co ngót c a bê tông σ 21 h 4 2.1.2.5 T n th t ng su t tr c do t bi n c a bê tông σ 21 h5 2.1.2.6 T n th t ng su t tr c do chùng c t thép σ 22 h 6 2.1.2.7 T n th t ng su t tr c do d m bê tông b ép co σ 22 h 7 2.1.3 L c c ng tr c gi i h n 23

2.2 Tính toán k t c u c u máng bê tông c t thép ng su t tr c 23

2.2.1 S làm vi c c a c u máng 23

2.2.2 Tính toán c ng đ trên m t c t vuông góc 24

2.2.2.1 S đ ng su t 24

2.2.2.2 Công th c c b n 24

2.2.3 Tính toán c ng đ trên m t c t nghiêng 25

2.2.4 Tính toán đ võng 26

2.2.4.1 Xác đ nh đ võng do t i tr ng sinh ra 26

2.2.4.2 Xác đ nh đ v ng sinh ra do ng su t tr c 28

2.2.4.3 võng toàn ph n ch u tác d ng c a t i tr ng 28

2.2.5 Ví d b ng s 28

2.2.5.1 S li u c b n 29

2.2.5.2 Tính toán n i l c 29

2.2.5.3 c tr ng hình h c ti t di n 31

2.2.5.4 Kh ng ch ng su t kéo c a cáp ng su t tr c 32

2.2.5.5 T n th t ng su t tr c 32

2.2.5.7 Tính toán kh n ng ch u c t trên ti t di n nghiêng góc trong th i

gian làm vi c 34

2.2.5.8 Tính toán đ võng 35

K t lu n ch ng 2 37

CH NG III: TÍNH TOÁN K T C U BÊ TÔNG C T THÉP NG SU T TR C B NG PH N M M SAP2000 38

3.1 Ph n m m SAP2000 38

3.1.1 Khái quát v ph n m m SAP2000 38

3.1.2 Các b c tính toán k t c u b ng SAP2000 38

3.2 Tính toán k t c u bê tông c t thép ng su t tr c b ng SAP2000 39

3.2.1 Khái quát v d m bê tông c t thép ng su t tr c 39

3.2.2 X lí v n đ ng su t tr c trong SAP2000 40

K t lu n ch ng 3 64

CH NG 4: TÍNH TOÁN C U MÁNG BÊ TÔNG C T THÉP 65

CÔNG TRÌNH TH Y I N SÔNG ÂM – T NH THANH HÓA 65

4.1 Gi i thi u công trình 65

4.1.1 Quy mô công trình 65

4.1.2 K t c u c u máng 65

4.1.3 S li u tính toán 66

4.1.4 Tr ng h p tính toán 67

4.2 Phân tích k t c u c u máng theo bài toán không gian b ng SAP2000 67

4.2.1 Mô hình hóa k t c u thân máng b ng ph n t kh i (Solid) 67

4.2.2 Gán các t i tr ng tác d ng lên thân máng 70

4.2.3 Phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng c a thân máng khi nh p c u máng thay đ i, còn m t c t ngang v n gi nguyên 72

4.2.3.2 K t qu tính toán ng su t và chuy n v c a c u máng khi ch a có

ng su t tr c, chi u dài nh p là 25,5 m 73

4.2.4 Phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng c a thân máng khi nh p c u máng thay đ i, gi nguyên l c nén tr c, m t c t ngang 74

4.2.4.1 Xác đ nh l c nén tr c 74

4.2.4.2 ng su t kh ng ch c a thép ng su t tr c σk 77

4.2.4.3 T n hao ng su t 77

4.2.4.4 K t qu tính toán ng su t và chuy n v c a c u máng khi có ng su t tr c, chi u dài nh p là 25,5 m 80

4.2.4.5 K t qu tính toán ng su t và chuy n v c a c u máng khi có ng su t tr c, chi u dài nh p là 30,5 m 82

4.2.4.6 T ng h p k t qu tính toán c a c u máng 83

4.2.5 B trí c t thép ng su t tr c 84

K t lu n ch ng 4 84

K T LU N VÀ KI N NGH 85

TÀI LI U THAM KH O 87

Hình 1-2 C a vào, c a ra c a c u máng 3

Hình 1-3 M t c t ngang thân máng 3

Hình 1-4 K t c u thân máng hình thang và ch U có gi ng ngang 4

Hình 1-5 S đ b trí giá đ ki u công xôn kép 4

Hình 1-6 Giá đ c u máng ki u vòm (a) và ki m vòm treo(b) 5

Hình 1-7 K t c u g i đ 5

Hình 1-8 Các ki u tr đ 6

Hình 1-9 M t c t ngang máng ch nh t 7

Hình 1-10 M t c t ngang máng ch U không thanh gi ng và có thanh gi ng 8

Hình 1-11 S đ phân ph i l c c t không cân b ng 11

Hình 1-12– S đ tính toán máng hình thang 12

Hình 1-13 S đ tính toán máng ch U 13

Hình 2-1.Ph ng pháp c ng tr c (c ng trên b ) 17

Hình 2-2 Ph ng pháp c ng sau (c ng trên bê tông) 18

Hình 2-3 Bi n đ i m t c t th c t c a c u máng v m t c t tính toán 23

Hình 2-4: S đ tính ti t di n ch T, cánh n m trong vùng nén, tr c trung hòa qua s n 24

Hình 2-5: S đ tính toán n i l c trên ti t di n nghiêng 26

Hình 2-6: M t c t thân máng c u máng thành m ng ng su t tr c (mm) 29

Hình 3-1: S đ ng su t d m bê tông ng su t tr c 40

Hình 3-2: S đ tính toán d m bê tông ST 41

Hình 3-5: nh d ng parabôn theo s li u đã cho 46

Hình 3-6: Cáp parabôn theo s li u đã cho 47

Hình 3-7: Gán l c c ng cáp 48

Hình 3-8: S đ tính toán d m bê tông ST 48

Hình 3-9: Bi u đ mômen u n M3 ng v i các tr ng h p t i tr ng 50

Hình 3-10: Bi u đ chuy n v do TH1 50

Hình 3-11: S đ m ng l i ph n t Shell và cáp ST 51

Hình 3-12: S đ t i tr ng tác d ng lên d m ST 52

Hình 3-13: S đ chuy n v do t h p t i tr ng TH1 53

Hình 3-14: Ph m u ng su t S11 ng v i TH1 53

Hình 3-15: N i l c t i m t c t gi a nh p d m 54

Hình 3-16: S đ tính toán d m bê tông ST 55

Hình 3-17: S đ m ng l i ph n t Shell và cáp ST 56

Hình 3-18: Nh p t a đ các đi m đ u và gi a c a cáp th ng 56

Hình 3-19: S đ t i tr ng phân b DL và cáp ST 57

Hình 3-20: Bi u đ ng su t S11 c a d m ng v i TH1 57

Hình 3-21: S đ chuy n v c a d m ng v i t h p TH1 58

Hình 3-22: N i l c t i m t c t gi a nh p d m 58

Hình 3-23: D m đ c mô hình hóa b ng ph n t Shell 58

Hình 3-24: Ph m u ng su t do t h p t i tr ng TH1 58

Hình 3-25: Ph m u chuy n v U3 do t h p t i tr ng TH1 59

Hình 3-28: S đ t i tr ng phân b DL, LL và cáp ST 61

Hình 3-29: Bi u đ ng su t S11 c a d m ng v i TH1 61

Hình 3-30: S đ chuy n v c a d m ng v i t h p t i tr ng TH1 61

Hình 3-31: N i l c t i m t c t gi a d m 61

Hình 3-32: D m đ c mô hình hóa b ng ph n t Solid 62

Hình 3-33: Bi u đ ng su t S11 c a d m ng v i TH1 62

Hình 3-34: S đ chuy n v c a d m ng v i t h p t i tr ng TH1 62

Hình 3-35: N i l c t i m t c t gi a d m 62

Hình 4-1: M t c t ngang thân máng 66

Hình 4-2: oàn xe ô tô H10 66

Hình 4-3: Mô hình m t c t ngang thân máng b ng ph n t Area 67

Hình 4-4: Mô hình hóa thân máng b ng ph n t Solid 68

Hình 4-5: Nh p s li u đoàn xe H10 70

Hình 4-6: S đ áp l c n c (ALN) 71

Hình 4-7: L c nén tr c LNT*=8500/17 kN vào hai đ u đáy máng 71

Hình 4-8: Ph m u ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 15,5 m 72

Hình 4-9: Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 15,5 m 72

Hình 4-10: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 25,5 m 73 Hình 4-11: Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 25,5 m 74

Hình 4-12: Ph m u ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do LNT* 75

Hình 4-15: ng su t tr c c a bê tông t i v trí c t thép c ng tr c b c 1 79

Hình 4-16: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1-B, có ST, L= 25,5 m 80

Hình 4-17:Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1-B, có ST, L= 25,5 m 81

Hình 4-18: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1-B, có ST, L= 30,5 m 82

Hình 4-19:Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1-B, có ST, L= 30,5 m 82

Hình 4-20: B trí c t thép ng su t tr c 84

B ng 2-2: Các h s ma sát k và µ 20

B ng 2-3: T n th t ng su t tr c do co ngót và t bi n c a bêtông (σh4 + σh5) (daN/cm2) 21

B ng 2-4: T h p t n th t ng su t tr c trong các giai đo n 23

B ng 2-5: Tính toán xác đ nh tr ng tâm ti t di n 31

B ng 2.6: Tính toán xác đ nh mô men quán tính ti t di n (mm4 ) 32

B ng 3-1: Chuy n v và ng su t S11 t i m t c t gi a d m 63

B ng 3-2: N i l c t i m t c t gi a d m 63

B ng 4-2: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 15,5 m 72 B ng 4-3: Chuy n v đáy máng và đ nh máng t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 15,5 m 73

B ng 4-4: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 25,5 m 73 B ng 4-5: Chuy n v máng và đ nh máng t i m t c t gi a nh p do TH1 khi ch a có ST, L= 25,5 m 74

B ng 4-6: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1 và LNT* 75

B ng 4-7: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1-A 76

B ng 4-8: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1-A 76

B ng 4-9: B ng excel xác đ nh t n hao ng su t 78

B ng 4-10: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1-B, có ST, L= 25,5 m 81

B ng 4-11: Chuy n v đáy d m d c và đ nh máng t i m t c t gi a nh p do TH1-B 81

B ng 4-12: ng su t S22 t i m t c t gi a nh p do TH1-B, có ST, L= 30,5 m 82

B ng 4-13: Chuy n v đáy d m d c và đ nh máng t i m t c t gi a nh p do TH1-B, có ST, L= 30,5 m 83

B ng 4-14: T ng h p k t qu tính toán 83

Nghiên c u lý thuy t v k t c u bê tông c t thép ng su t tr c và k t h p s

d ng ph n m m SAP2000 phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng c u máng bê tông c t thép ng su t tr c nh p l n

1.4 CÁCH TI P C N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U

- N m đ c lý thuy t v k t c u bê tông c t thép ng su t tr c

- S d ng t t ph n m m SAP2000 phân tích k t c u bê tông c t thép ng su t

tr c theo bài toán không gian b ng ph n t kh i (Solid)

- Áp d ng tính toán cho m t công trình c th

C H NG I: T NG QUAN V C U MÁNG

1.1 Khái quát v c u máng

1.1.1 Khái ni m c u máng và các b ph n c u máng

C u máng là k t c u th ng g p trong công trình th y l i Trong nh ng

tr ng h p kênh d n ph i v t qua thung l ng, sông su i có th dùng c u máng

đ đ m b o vi c d n n c trong kênh V i c u máng bê tông c t thép thông th ng

1.1.1.1 K t c u c a vào, c a ra

C a vào và c a ra c a c u máng là đo n n i ti p thân máng v i kênh d n

n c th ng, h l u, có tác d ng làm cho dòng ch y vào máng thu n, gi m b t t n

th t do thu h p gây ra và dòng n c ra không làm xói l b và đáy kênh

T ng cánh c a c a vào và c a ra th ng làm theo hai ki u: ki u l n cong

và ki u m r ng ho c thu h p d n C a l n cong n c ch y vào, ch y ra thu n,

nh ng khi thi công khó kh n h n Góc m r ng c a t ng cánh có nh h ng đ n dòng ch y vào và ra kh i máng Th ng l y t s gi a chi u r ng và chi u dài là

L2: Chi u dài đo n c a ra

Ch n hình th c m t c t ngang thân máng ph i d a vào tính toán th y l c, v t

li u làm thân máng, hình th c k t c u tr đ , đo n n i ti p c a vào c a ra

a) b) c)

Hình 1-3 M t c t ngang thân máng

a Hình ch nh t; b Hình thang; c Hình ch U

C u mỏng v tr m ng cú kh n ng ch u l c theo ph ng d c l n h n theo

ph ng ngang r t nhi u, đ t ng đ c ng theo ph ng ngang, t ng đ n đ nh t ng

th và c c b c a thõn mỏng, c n b trớ cỏc thanh gi ng ngang, cỏc s n gia c ng

d c (cũn g i là tai mỏng), t i hai đ u m i nh p mỏng nờn b trớ s n ngang (hỡnh 4) V i c u mỏng cú m t c t ngang nh , đ d dàng cho vi c thi cụng cú th khụng

1-b trớ cỏc thanh gi ng ngang, song n u c n cú th t ng thờm chi u dày thành mỏng

Giằng ngang

Sườn dọc Sườn ngang

Sườn dọc

Giằng ngang

Hỡnh 1-4 K t c u thõn mỏng hỡnh thang và ch U cú gi ng ngang

Khi cú nhu c u đi l i trờn m t mỏng, cú th b trớ đ ng cho ng i đi, tr ng

h p này cỏc c u ki n c u mỏng c n đ c ki m tra thờm v i t i tr ng 250daN/m2

V i c u mỏng l n qua sụng su i cú th k t h p làm c u giao thụng trờn đ nh

1.1.1.3 K t c u g i đ

C u mỏng d a vào giỏ đ theo nhi u hỡnh th c, tu theo tỡnh hỡnh c th mà

l a ch n Cú th ch kờ hai đ u vào b theo hỡnh th c g i t do

N u c u mỏng dài cú th đ t trờn

giỏ đ theo hỡnh th c d m liờn t c ho c

d m cụng xụn kộp Lo i cú d m cụng

xụn kộp (hỡnh 1-5) khi ch n chi u dài

Máng có th đ t tr c ti p trên giá đ (hình 1-6a) ho c trên h th ng d m d c (hình 1-6b)

Tr ng h p c u máng v t qua lòng sông sâu và không r ng, n c ch y l i khá xi t, n u hai b t t, v n có th dùng hình th c d m liên t c và các giá đ t a trên m t vòng vòm (hình 1-6a) Tr ng h p đ a ch t hai bên b y u, dùng hình th c vòm treo (hình 1-6b) đ gi m l c truy n cho hai b Lúc đó thành máng ch u kéo theo ph ng đ ng

Hình 1-6 Giá đ c u máng ki u vòm (a) và ki m vòm treo(b)

G i đ thân máng g m có g i đ bên (m bên) và g i đ gi a (tr gi a)

M bên th ng dùng ki u tr ng l c (hình 1-7), còn tr gi a khi chi u cao tr không

l n c ng hay dùng ki u tr ng l c, khi chi u cao c a tr l n th ng dùng ki u khung

ho c ki u h n h p

Hình 1-7 K t c u g i đ

1 M biên ki u tr ng l c; 2 C a vào; 3 Thân máng; 4 Ph n đ t đ p;

5 Thi t b thoát n c; 6 M t đ t t nhiên; 7 Tr gi a

Tr gi a ki u tr ng l c có th b ng g ch xây, b ng đá xây ho c bê tông,

th ng dùng có các tr có chi u cao d i 10m, tr ng l ng b n thân c a tr ki u

tr ng l c th ng r t l n, do đó đòi h i n n ph i có s c ch u t i cao (hình 1-8a) Tr

đ ki u khung có hai lo i: khung đ n và khung kép, khung đ n th ng dùng cho các tr cao d i 15m (hình 1-8b), còn tr kép th ng dùng khi các tr có chi u cao

t 15 đ n 20m (hình 1-8c) Móng c a m và tr có th đ t tr c ti p lên n n t nhiên, khi n n y u có th đ t trên n n c c

nh m t b n công xôn Khi thành máng cao thì mômen u n đáy vách máng s

l n, do đó l ng thép dùng trong thân máng s l n Nh ng lo i máng này có k t

c u đ n gi n, d thi công, nên v n đ c dùng trong các c u máng lo i nh

b) Máng ch nh t có thanh gi ng ngang (hình 1-9b)

i v i c u máng lo i v a và l n c n b trí thêm các thanh gi ng ngang trên

đ nh máng đ t ng kh n ng ch u l c theo ph ng ngang c a máng, kho ng cách

gi a các thanh gi ng ngang t 1~3m S có m t c a các thanh gi ng ngang c i thi n

đ c đi u ki n ch u l c c a thành bên và đáy máng theo ph ng ngang, do đó có

th gi m b t đ c l ng c t thép

đ tránh n c trào ra khi có sóng gió, đ c ch n ph thu c vào c p công trình

- Chi u r ng đáy máng th ng ch n đ b o đ m đi u ki n th y l c:

đ c ng thân máng th ng đ c gia c ng b ng các s n d c (tai máng) theo

ph ng ngang và b ng các các thanh gi ng ngang theo ph ng d c Do đó máng

ch U c ng đ c phân thành hai lo i: lo i không có thanh gi ng ngang (hình 1-10a)

Hình 1-10 M t c t ngang máng ch U không thanh gi ng và có thanh gi ng

S n ngang t i v trí g i t a có kích th c l n h n s n ngang trong nh p,

đ ng vi n ngoài th ng có d ng đ ng g p khúc t o thành k t c u g i t a cho thân máng

th a mãn đi u ki n ch ng n t theo ph ng ngang, đo n đáy máng th ng làm dày h n, kích th c ph n này có th l y nh sau:

t0=(2,5~4,5)t, d0=(0,5~0,6)Ro, So=(0,3~0,4)Ro (1-7) Ngoài ra còn ph i th a mãn đi u ki n chi u dày đáy máng t i thi u đ b trí cáp khi thi t k c u máng ng su t tr c

- T i tr ng ng i qua l i trên c u l y b ng 250daN/m2

(n u có)

- Áp l c gió đ cao z (m) so v i m c chu n xác đ nh theo công th c:

W = Wokc (daN/cm2) (1-9) trong đó:

Wo- áp l c gió c b n theo b n đ phân vùng áp l c gió (TCVN 2737-1995);

k - h s xét t i áp l c gió thay đ i theo chi u cao;

c - h s khí đ ng

- L c ma sát g i đ : L c ma sát xu t hi n theo ph ng d c máng tác d ng lên tr khi thân máng b giãn n hay co ngót do nhi t đ thay đ i, đ c tính theo công th c:

T=Gf (kN) (1-10) trong đó:

G - l c th ng đ ng tác d ng lên g i đ ;

f - h s ma sát gi a thân máng và g i đ , l y b ng 0,3

- Áp l c th y đ ng tác d ng lên m t đ n v di n tích tr đ c tính theo công

th c (1-11), đi m đ t c a h p l c áp l c th y đ ng này gi thi t n m 2/3 chi u sâu c a m c n c thi t k :

2 1

k v2g

1.2.2 Ph ng pháp truy n th ng tính toán c u máng

i v i c u máng nh có b r ng thân máng d i 1,2 m, ho c khi thi t k s

b có th dùng ph ng pháp “Lý thuy t d m” đ phân tích n i l c thân máng N i dung c a ph ng pháp này là thay bài toán tính không gian b ng hai bài toán ph ng riêng bi t theo ph ng d c và theo ph ng ngang máng Theo lý thuy t tính toán này thì theo ph ng d c thân máng đ c tính nh bài toán d m, theo ph ng ngang thân máng đ c tính nh m t h ph ng (khung ph ng) có b r ng b ng m t đ n v

đ c c t ra t thân máng, ch u t t c các t i tr ng tác d ng lên đo n máng đó và

đ c cân b ng nh các l c t ng h c a các ph n máng hai bên

1.2.2.1 Tính toán th ân máng theo ph ng d c

Tùy theo v trí các kh p n i và m đ c u máng, s đ tính toán thân máng theo ph ng d c có th là m t d m đ n, d m liên t c, d m m t nh p có m t ho c hai mút th a

K t c u c u máng nh p đ n đ c s d ng r ng rãi do có u đi m d thi công

Theo ph ng d c máng, c u máng nh p đ n có momen u n l n nh t (Mmax)

t i gi a nh p và l c c t l n nh t (Qmax) t i đ u d m, xác đ nh theo công th c (1-12)

và (1-13):

2 max

qLM

8

max

qLQ

1.2.2.2 Tính toán thân máng theo ph ng ngang

a) N i l c theo ph ng ngang máng đ c tính nh m t h ph ng có b r ng

b ng đ n v khi không có thanh gi ng (xem hình 1-11), khi có thanh gi ng l y b ng kho ng cách gi a hai thang gi ng, đ c tách ra t thân máng ch u t t c các t i

tr ng tác d ng lên nó g m có tr ng l ng b n thân, áp l c n c, tr ng l ng b n thân đ ng ng i đi, tr ng l ng ng i qua l i v.v.… Các l c này có chi u h ng

xu ng d i và đ c cân b ng v i các l c t ng h c a hai ph n máng hai bên g i

là “l c c t không cân b ng”

Hình 1-11 S đ phân ph i l c c t không cân b ng

b) L c c t không cân b ng là hi u c a hai l c c t Q1 và Q2 hai m t bên c a

ph n đ c tách ra và đ c phân b theo chi u cao c a m t c t ngang theo quy lu t

ng su t ti p trong d m H p l c c a các ng tu t ti p này có chi u ng c v i chi u

c a t ng các l c tác d ng lên ph n c u ki n đ c tách ra Trong s đ hình 1-11 thì

A1, A2 và A3 l n l t là l c c t không c n b ng phân ph i lên tai, thành và đáy máng

c) Các thanh gi ng có c u t o ch y u đ ch u l c d c N i l c trong khung

có th tìm đ c b ng ph ng pháp l c N u b qua momen u n và l c c t trong thanh gi ng thì khung ngang là k t c u có m t b c siêu t nh

d) S đ tính toán n i l c trong máng theo ph ng ngang c a máng hình thang cho hình 1-12 và máng ch U hình 1-13 L c tác d ng lên thân máng g m có:

g - tr ng l ng b n thân c a máng;

pn - áp l c n c;

P0 - l c t p trung do các t i tr ng phía trên đ nh máng tính chuy n v tâm đ nh vách máng;

M0 - mô men t p trung do các t i tr ng phía trên đ nh máng tính chuy n v tâm đ nh vách máng;

τ - l c c t không cân b ng;

X1 - l c d c tr c trong thanh gi ng;

e) V i máng hình thang và hình ch nh t, vì l c c t không cân b ng phân

ph i cho b n đáy và tai máng quá nh so v i vách bên nên có th xem t ng l c c t

b ng không cân b ng ∑P phân b đ u lên vách máng V i máng có m t c t ch U

t ng l c c t không cân b ng phân b đ u lên toàn thân máng và có ph ng ti p tuy n v i đ ng trung bình c a chi u dày v máng

g) L c d c X1 trong thanh gi ng đ c xác đ nh theo công th c (1-14):

1Po 1M0 1q 1Pn 1 1P

P o

X 1 O

R 1 R

1.2.3 Tính toán c u máng theo bài toán không gian

Khi phân tích n i l c và bi n d ng c u máng theo h ph ng không ph n ánh

đ c tác d ng qua l i gi a các b ph n v i nhau, nên k t qu tính toán không ph n ánh đúng tr ng thái làm vi c th c c a c u máng M t khác khi phân tích c u máng theo bài toán ph ng không xét đ c tác d ng đ ng th i c a nhi u lo i t i tr ng m t lúc, đ c bi t đ i v i c u máng s d ng bê tông ng su t tr c Ph ng pháp ph n

ph n t g i là nút Thông th ng hàm x p x đ c bi u di n qua các giá tr c a hàm

t i các nút này và th ng đ c ch n d i d ng hàm đa th c nguyên D ng c a hàm

đa th c này ph i ch n sao cho tho mãn đi u ki n h i t c a bài toán, đó là "Hàm

x p x ph i ph n ánh đ c tr ng thái chuy n đ ng c a ph n t khi coi là v t r n tuy t đ i", đ sao cho khi t ng s ph n t lên khá l n thì k t qu tính toán ph i ti n

đ n k t qu th c Hi n nay các ph n m m thông d ng nh SAP2000, ANSYS,…

đ u d a trên ph ng pháp ph n t h u h n đ phân tích tr ng thái làm vi c th c t

c a công trình mang l i hi u qu rõ r t so v i các ph ng pháp tính toán truy n

th ng V i c u máng có k t c u ph c t p và ch u nhi u t i tr ng đ c bi t, vi c mô

ph ng k t c u theo bài toán không gian là c n thi t đ ph n ánh đúng tr ng thái làm

vi c th c c a c u máng

K t lu n ch ng 1

V n đ l i d ng t ng h p ngu n n c là m t bài toán t ng h p cho các nhà

qu n lý, thi t k , xây d ng th y l i Trong đó h th ng kênh và công trình trên kênh đóng vai trò quan tr ng nh huy t m ch trong các h th ng th y l i Vi c tính toán thi t k , xây d ng kênh và công trình trên kênh ph thu c vào đi u ki n đ a hình,

đ a ch t

V i các vùng có đi u ki n đ a hình ph c t p nh các t nh mi n núi, tây nguyên, h th ng kênh th ng đi qua các vùng có đ a hình ph c t p nh : sông, su i, thung l ng sâu và h p thì vi c s d ng c u máng luôn là l a ch n s m t c a các nhà thi t k vì các tính n ng u vi t c a nó

Các công trình th y l i l n nh n c ta h u h t đ u có s d ng c u máng,

vi c s d ng c u máng đem l i hi u qu kinh t và k thu t cao

Có nhi u lo i c u máng đã đ c nghiên c u và s d ng trong th c t : theo

v t li u s d ng có c u máng b ng g , c u máng b ng g ch, đá xây, c u máng bê tông c t thép, c u máng xi m ng l i thép v m ng Theo hình th c k t c u có s

đ k t c u đ li n kh i, c u máng có m t c t hình ch nh t, c u máng có m t c t hình thang, c u máng có thanh gi ng và c u máng không có thanh gi ng

Tùy theo đi u ki n và yêu c u c a t ng công trình c th , chúng ta s d ng

lo i c u máng cho phù h p đ đ m b o đi u ki n kinh t và k thu t

CH NG II: K T C U BÊ TÔNG NG SU T TR C

2.1 Khái quát v k t c u bê tông c t thép ng su t tr c

K t c u bê tông c t thép ng su t tr c, còn g i là k t c u bê tông c t thép

ng l c tr c, hay bê tông d ng l c là k t c u bê tông c t thép s d ng s k t

h p ng l c c ng r t cao c a c t thép ng su t tr c và s c ch u nén c a bê tông đ

t o nên trong k t c u nh ng bi n d ng ng c v i khi ch u t i, ngay tr c khi ch u

t i Nh đó nh ng k t c u bê tông này có kh n ng ch u t i tr ng l n h n k t c u bê tông thông th ng, ho c v t đ c nh ng nh p hay kh u đ l n h n k t c u bê tông

c t thép thông th ng

ng su t nén trong bê tông đ c gây ra b ng cách làm cho các thanh c t thép dãn ra r i sau đó dùng bê tông c a k t c u ng n c n s co l i c a chúng K t qu là

x y ra hi n t ng các thanh c t thép có xu h ng co l i do tính đàn h i nh ng b bê tông ng n c n đã tác d ng lên bê tông và gây ra ng su t nén trong bê tông, trong khi các thanh c t thép này v n b kéo

Ph ng pháp gây ng su t tr c thông th ng là c ng các thanh c t thép

b ng ph ng pháp c h c, nh ng cùng có các ph ng pháp khác, ví d nh ph ng pháp dùng dòng đi n đ đ t nóng làm cho các thanh c t thép dãn dài ra ho c s

Bê tông ng su t tr c c ng tr c là bê tông mà trong đó ng su t tr c

đ c t o ra b ng ph ng pháp c ng tr c, còn trong bê tông ng su t tr c c ng sau ng su t tr c đ c t o ra b ng ph ng pháp c ng sau

2.1.1.1 Ph ng pháp c ng tr c

Ph ng pháp c ng tr c, hay còn g i là ph ng pháp c ng trên b , là dùng

bi n pháp k thu t làm cho các thanh c t thép b dãn ra m t l ng c n thi t và ti n

hành neo gi chúng vào các b ho c t ng ch u l c Các h th ng neo gi này làm cho các thanh c t thép không co l i đ c và t n t i trong chúng ng su t kéo Công tác l p đ t các c t thép th ng, các chi ti t đ t s n và đ bê tông c u ki n đ c ti n hành trong khi các thanh c t thép đ c gi trong tr ng thái b c ng Sau khi bê tông

đ t c ng đ nh t đ nh thì ti n hành buông các thanh c t thép c ng L c co l i c a các thanh c t thép đ c truy n vào bê tông gây ra ng su t tr c Các thanh c t thép c ng có th có d ng th ng ho c g p khúc Vi c t o hình g p khúc cho các thanh c t thép c ng đ c th c hi n nh các móc neo liên k t v i b c ng ho c khuôn Nói chung ph ng pháp c ng tr c là ph ng pháp hi u qu , nh t là trong

Ph ng pháp c ng sau, hay còn g i là ph ng pháp c ng trên bê tông, đ c

th c hi n nh sau: tr c tiên ti n hành l p đ t c t thép th ng, các chi ti t đ t s n, các ng (rãnh) đ đ t c t thép c ng và đ bê tông, sau đó đ t các thanh c t thép

c ng vào các ng (rãnh) ch a s n (có th đ t s n c t thép c ng ngay t đ u); ti n hành c ng c t thép và neo gi không cho nó co l i b ng các thi t b neo (các thi t b

neo làm nhi m v tuy n l c do c t thép b c ng gây ra lên bê tông, gây ra cho bê tông ng su t tr c); ti p đó ti n hành b m v a vào các ng (rãnh) đ b o v c t thép c ng và t o ra s liên t c gi a c t thép c ng và ph n bê tông ó chính là lo i

bê tông ng su t tr c c ng sau có bám dính N u không b m v a thì g i là bê tông

ng su t tr c c ng sau không bám dính

Hình 2-2 P h ng pháp c ng sau (c ng trên bê tông)

a Trong quá trình c ng b Sau khi c ng

c ng đ gây cho bê tông ng su t nén nh m tri t tiêu toàn b ho c m t ph n ng

su t kéo do t i tr ng ngoài gây ra sau này Lúc đ u ng su t kéo trong c t thép đ c

áp đ t v i m t giá tr nào đó, nh ng cùng v i th i gian và s làm vi c c a k t c u,

ng su t này b gi m đi m t ph n L ng ng su t b gi m đi này g i là t n hao ng

su t tr c (g i t t là t n hao) i v i c t thép c ng đ cao, t n hao ng su t tr c

có th đ t đ n 30% ng su t c ng ban đ u, còn đ i v i c t thép c ng đ th p thì con s này có th cao h n nhi u, th m chí có th làm tri t tiêu hoàn toàn ng su t

c ng ban đ u Xác đ nh m t cách chính xác các nguyên nhân, quy lu t và ph ng pháp tính toán t n hao ng su t tr c là m t v n đ khó Trong các tiêu chu n

ng i ta th ng đ a ra các ph ng pháp đ n gi n, g n đúng đ tính toán t n hao

ng su t tr c i u may m n là trong tr ng h p thông th ng t n hao ng su t

tr c trong c t thép c ng không nh h ng đ n c ng đ ch u l c c a c u ki n bê tông ng su t tr c, mà ch nh h ng đ n kh n ng ch ng n t và s làm vi c bình

th ng c a k t c u

Theo ch d n c a tiêu chu n TCXDVN 356 : 2005 thì t n hao ng su t tr c

có th đ c xác đ nh trên c s các y u t chính nh : s chùng ng su t c a c t thép; s ch nh l ch v nhi t đ gi a c t thép và bêtông; bi n d ng c a d ng c neo;

∆

σ = (2-1) trong đó:

L - chi u dài c t thép gi a đ u kéo c ng và đ u neo;

L

∆ - giá tr bi n d ng c a c t thép ph thu c vào thi t b neo (có th tham

kh o giá tr L∆ cho trong b ng 2.1

2.1.2.2 T n th t ng su t tr c do ma sát gi a l lu n thép và c t thép σ h 2

Khi kéo c ng c t thép trong ph ng pháp c ng sau, gi a c t thép và thành l

lu n thép sinh l c ma sát, ng su t t i đ u kéo là σ thì ng su t th c t t i m t c t ktính toán là σ − σ : k h 2

h 2 k kx

11

θ - thay đ i góc c a dây cáp tính t đ u và m t c t tính toán x (radian)

2.1.2.3 T n th t ng su t tr c do chênh l ch nhi t đ gi a c t thép và giá c ng

σ

Ph ng pháp c ng tr c 550 750 950 1150 1350 2100

Ph ng pháp c ng sau 400 600 800 1000 1200 1800 Chú thích:

σb1 - ng su t pháp c a bê tông t i đi m h p l c c a côt thép ng su t tr c

fb - c ng đ l p ph ng c a bê tông khi c ng ng su t tr c

C u ki n trong đi u ki n nhi t đ cao thì tr s trong b ng gi m 50% , k t

c u trong đi u ki n khô ráo thì c n t ng 20-30%

2.1.2.6 T n th t ng su t tr c do chùng c t thép σ h 6

Hi n t ng chùng c a c t thép t ng t nh hi n t ng t bi n, khi c t thép

đ c kéo c ng xong, c đ nh chi u dài, sau m t th i gian ng su t b gi m, hi n

t ng này đ c g i là hi n t ng chùng hay n i c t thép T n th t do chùng c t thép l y nh sau:

T n th t tr c phân thành hai nhóm: nhóm th nh t và nhóm th hai cho trong b ng 2.4 ng su t σ trong các công th c (2-5) và (2-7) có th l y b σ = σ b b1

T ng các t n th t σ tính toán theo các công th c trên không nh h n: h

- Ph ng pháp c ng tr c: 1000 daN/cm2

- Ph ng pháp c ng sau: 800 daN/cm2

V t n th t ng su t tr c có th tham kh o thêm tiêu chu n TCVN

356-2005 - K t c u bê tông ng su t tr c, BPEL 91 (Règles techniques de conceptions

et de calcul des ouvrages et constructions en béton précontraint suivant la méthode des états limites) c a Pháp và ACI (American Concrete Institute) c a Hoa k

B ng 2-4: T h p t n th t ng su t tr c trong các giai đo n

d m đ n kê t do lên hai tr M t c t ngang c u máng th ng có d ng ch nh t,

ch U ho c h p kín nên có th quy v ti t di n ch T ch u u n (xem hình 2-3) Vì

v y ph n d i đây ch trình bày cách tính toán c u ki n bê tông c t thép ng su t

tr c ch u u n m t c t ch T

Hình 2-3 Bi n đ i m t c t th c t c a c u máng v m t c t tính toán

2.2.2 Tính toán c ng đ trên m t c t vuông góc

m - giá tr c c h n c a mH l y theo b ng tra

α0 - giá tr gi i h n c a α = x/h0 ; có th tra theo b ng ho c tính theo công

th c:

0 0

0 A

c a c t thép

i u ki n h n ch :

2.2.3 Tính toán c ng đ trên m t c t nghiêng

ch u l c trên m t c t nghiêng, ngoài c t d c, c t xiên và c t đai th ng còn có c t d c và c t ngang ST Vi c tính toán trên m t c t nghiêng t ng t nh

c u ki n bê tông th ng

C t ngang trên m t c t nghiêng đ c tính toán theo đi u ki n sau:

∑Y= 0 ⇒ Q ≤ Qb + Rad.Fđ + ∑Rađ.Fx.sinα + ∑RHđ.FHx.sinα (2-15) trong đó:

Qb - kh n ng ch u c t c a BT;

Rađ, RHđ - c ng đ ch u c t tính toán c a c t thép th ng và c t thép ST Trong tr ng h p không có c t xiên th ng và c t xiên ST thì đi u ki n

ki m tra (trên m t c t nghiêng nguy hi m nh t) là Q ≤ Qđb = 8R +b.h q k 20 d

Hình 2-5: S đ tính toán n i l c trên ti t di n nghiêng

2.2.4 Tính toán đ võng

võng c a c u ki n bê tông ng su t tr c ch u u n trong giai đo n làm vi c

là do hai thành ph n gây nên:

- võng sinh ra do t i tr ng

- v ng do t o ng su t tr c

Hai thành ph n này s b tri t tiêu m t ph n vì v y có th nói đ võng c a c u

ki n bê tông ng su t tr c nh h n c u ki n bê tông không ng su t tr c

2.2.4.1 Xác đ nh đ võng do t i tr ng sinh ra

Tính toán đ võng sinh ra do tác d ng c a t i tr ng ngoài f1 có th tính toán theo công th c s c b n v t li u:

tc 2

Giá tr Bngh có th tính toán theo công th c d i đây:

- Yêu c u c u ki n không cho phép xu t hi n v t n t

- C u ki n cho phép xu t hi n v t n t

s ngh

BB

nEa – t s gi a mô đun đàn h i c a c t thép và mô đun đàn h i c a bê tông;

' po tc

MM

b o

N e lf

8E J

trong đó:

Np – h p l c c a c t thép ng su t tr c và c t thép không ng su t tr c sau khi tr đi toàn b t n th t ng su t tr c;

M t c u máng thành m ng bê tông ng su t tr c m t c t ngang hình ch U

có kích th c cho hình v 2-6 Chi u dài thân máng b ng 15,4m, hai đ u kê lên

tr đ , ph n g i lên tr có chi u dài 0,3m Theo chi u dài máng s d ng bi n pháp

ng su t tr c c ng tr c Ki m tra kh n ng ch u l c c a thân máng c u máng

- C t thép th ng s d ng thép AII có Ra = 280000kN/m2; Ra’ = 280000kN/m2; Ea = 2,1×108