Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng

Quy mô công trình ..... Sân phòng th m th ng làm... giá thành xây d ng.

Trang 1

L I CAM OAN

H và tên h c viên: NGUY N TH MAI S NG

Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y

Tên đ tài lu n v n: “Nghiên c u ng d ng k t c u bê tông c t thép d ng l c trong thi t k c u máng”

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 18 tháng 08 n m 2016

Tác gi lu n v n

Nguy n Th Mai S ng

Trang 2

L I C M N

Sau th i gian h c t p và nghiên c u t i l p cao h c CH23C11-CS2, Tr ng i H c

Th y L i- c s 2, d i s gi ng d y t n tình c a các th y giáo, s c v n và h ng

d n nhi t tình c a th y giáo h ng d n, c ng v i s n l c c a b n thân, tôi đã hoàn

thành lu n v n t t nghi p cao h c v i đ tài: “Nghiên c u ng d ng k t c u bê tông

c t thép d ng l c trong thi t k c u máng”

Tôi xin chân thành c m n các c p lãnh đ o Tr ng i H c Th y L i, và các th y cô

giáo cùng t p th cán b công nhân viên trong tr ng đã t o m i đi u ki n thu n l i

cho tôi trong quá trình h c t p, nghiên c u t i tr ng

Tôi xin chân thành c m n Công ty t v n và chuy n giao công ngh - Chi nhánh mi n

Nam đã t o đi u ki n và giúp đ tôi trong quá trình nghiên c u

Tôi đ c bi t c m n th y giáo PGS TS Nguy n Ng c Th ng – Ng i đã h ng d n

khoa h c, t n tình ch b o tôi giúp tôi hoàn thành t t lu n v n này

Tác gi lu n v n

Nguy n Th Mai S ng

Trang 3

M C L C

DANH M C CÁC HÌNH NH……… …….…… … i

DANH M C CÁC B NG BI U……… … iv

L I CAM OAN i

M U 1

CH NG 1 T NG QUAN V C U MÁNG 2

1.1 Khái quát c u máng 2

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

1.1.2 Các lo i c u máng, hình th c k t c u c a c u máng 5

1.1.3 Tình hình xây d ng c u máng xi m ng l i thép Vi t Nam và trên Th Gi i…… ………7

1.2 Các ph ng pháp tính toán n i l c c u máng xi m ng l i thép 9

1.2.1 Nguyên lý tính toán c u máng 9

1.2.2 Tính toán theo ph ng pháp lý thuy t d m 9

CH NG 2 C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN C U MÁNG XI M NG L I THÉP D NG L C 16

2.1 Tính toán c u máng theo ph ng pháp ph n t h u h n 16

2.1.1 T ng quan v v g p 16

2.1.2 N i dung và ph ng pháp tính chuy n v c u máng xi m ng l i thép theo ph ng pháp ph n t h u h n 21

2.1.3 Ma tr n đ c ng c a các ph n t trong k t c u c u máng 23

2.1.4 ng l i gi i bài toán phân tích n i l c k t c u máng theo ph ng pháp chuy n v ……… 28

2.1.5 C u trúc ch ng trình – ph n m m tính toán Sap 2000 31

2.2 Khái quát v k t c u xi m ng l i thép d ng l c 35

2.2.1 Bê tông d ng l c c ng sau và c ng tr c 38

2.2.2 Các t n th t d ng l c 39

2.3 Tính toán ki m tra k t c u bê tông c t thép d ng l c 44

2.3.1 Ki m tra c ng đ trên m t c t vuông góc 44

2.3.2 Tính toán c ng đ trên m t c t nghiêng 48

2.3.3 Tính toán đ võng 48

2.4 Tính toán k t c u xi m ng l i thép d ng l c b ng SAP2000 50

2.4.1 Các b c tính toán b ng ph n m m SAP2000 50

2.4.2 M t s ph ng pháp gán cáp d ng l c trong Sap 2000 51

CH NG 3 ÁP D NG TÍNH TOÁN C U MÁNG BÊ TÔNG XI M NG L I THÉP T30 THU C H TH NG KÊNH CHÍNH TÂY 63

3.1 Gi i thi u công trình 63

3.2 Quy mô công trình 64

3.3 K t c u c u máng 64

Trang 4

3.5 S li u tính toán 66

3.6 Tr ng h p tính toán 67

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

3.8 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 70

3.8.1 Phân tích bi n d ng c a thân máng khi thay đ i nh p c u máng, còn m t c t ngang gi nguyên 70

3.8.2 Phân tích ng su t c a thân máng khi thay đ i nh p c u máng, còn m t c t ngang gi nguyên 72

3.8.3 Phân tích ng su t c a thân máng khi thay đ i nh p c u máng, còn m t c t ngang gi nguyên, b trí d ng l c 75

K T LU N VÀ KI N NGH 83 TÀI LI U THAM KH O 84

Trang 5

DANH M C CÁC HÌNH NH

Hình 1.1 S đ m t c t d c c u máng 2

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 K t c u g i đ 4

Hình 1.6 Các ki u tr đ 5

Hình 1 7 M t c t ngang c u máng xi m ng l i thép 6

Hình 1 8 S đ m t c t máng ch U Hình 1 9 S đ tính toán máng ch U 10

Hình 1.10 S đ tính toán và bi u đ n i l c theo ph ng d c máng 12

Hình 1.11 S đ tính toán và bi u đ n i l c c a d m 4 nh p 13

Hình 1.12 S đ tính toán và bi u đ n i l c d m công son kép đ u nhau 13

Hình 1.13 S đ tính toán d m công son kép có mô men u n b ng nhau 14

Hình 1.14 S đ tính toán d m công son kép không đ u 15

Hình 2 1 M t s d ng k t c u v g p trong xây d ng th y l i 16

Hình 2 2.T i tr ng tác d ng lên m t c t ngang máng 17

Hình 2 3 K t c u d m t ng (trái) và k t c u t m ch u u n (ph i) 18

Hình 2 4.H t a đ c c b c a ph n t v 18

Hình 2 5 Ph n t thanh ch u u n 23

Hình 2 6.Ph n t thanh ch u l c d c 24

Hình 2 7.Ph n t thanh ch u u n và kéo (nén) đ ng th i 24

Hình 2 8 Ph n t d m – t ng hình ch nh t 25

Hình 2 9.Ph n t t m ch u u n 26

Hình 2.10 Thanh ch u l c d c 29

Hình 2.11.Thanh ch u u n ph ng 30

Hình 2 12 Ph ng pháp c ng sau 38

Hình 2 13 Ph ng pháp c ng tr c 39

Hình 2 14 46

Hình 2 15 46

Hình 2.16 47

Hình 2 17 V s b cáp ST 51

Hình 2.18 Ch n cáp ST d ng parabôn 52

Hình 2 19 nh d ng parabôn theo s li u đã cho 53

Hình 2 20 Cáp parabôn theo s li u đã cho 53

Hình 2 21 Gán l c c ng cáp 54

Hình 2 22 S đ tính toán d m bê tông ST 55

Hình 2 23 Bi u đ tính toán d m 55

Hình 2 24 V cáp ng tr c 56

Hình 2.25.Gán l c c ng tr c 56

Trang 6

Hình 2 27 V s b cáp ST 57

Hình 2 28 nh ngh a cáp parabôn 58

Hình 2 29 Nh p t a đ các đi m đ u, gi a và cu i c a cáp parabôn 59

Hình 2 30 nh d ng parabôn theo s li u đã cho 60

Hình 2 31 Gán l c c ng cáp 60

Hình 2 32 S đ tính toán d m bê tông ST 61

Hình 2.33 D m đ c mô hình hóa b ng ph n t Shell 61

Hình 3 1 M t c t ngang thân máng tr ng h p không b trí d ng l c 64

Hình 3 2 M t c t ngang thân máng tr ng h p b trí d ng l c 64

Hình 3 3 Mô hình hóa k t c u thân máng 67

Hình 3 4 Gán áp l c n c lên thân máng (t i m t c t s n ngang) 70

Hình 3 5 Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1, L=6m 70

Hình 3 6 Giá tr chuy n v t i nút 31 70

Hình 3 7 Chuy n v c a thân máng 71

Hình 3 9 Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1, L=12m 71

Hình 3 11.Bi u đ quan h gi a bi n d ng và nh p c u máng, không b trí d ng l c 72

Hình 3 12 ng su t S11 t i đáy máng , L=6m, không có d ng l c 72

Hình 3 13 ng su t S11 t i đ nh máng , L=6m, không có d ng l c 73

Hình 3 15 ng su t S11 t i đ nh máng, L=8m, không có d ng l c 73

Hình 3 17 ng su t S11 t i đ nh máng, L=12m, không có d ng l c 74

Hình 3 18 Bi u đ quan h gi a ng su t kéo và nh p c u máng, không b trí d ng l c 74

Hình 3 19 ng su t S11 do LNT gây ra t i đáy máng , L=8m, có d ng l c 75

Hình 3 20 Chuy n v thân máng, L=8m, có d ng l c 78

Hình 3 21 ng su t S11 t i v trí đáy máng , L=8m, có d ng l c 78

Hình 3 22 ng su t S11 t i v trí đ nh máng , L=8m, có d ng l c 78

Hình 3 23 Chuy n v c a thân máng , L=12m , có d ng l c 79

Hình 3 32 Bi u đ quan h gi a bi n d ng và nh p c u máng, b trí d ng l c 82

Trang 7

Hình 3 33 Bi u đ quan h gi a ng su t kéo và nh p c u máng, b trí d ng l c 82

Hình PL 1 Ph màu ng su t Smax,L=6m, không có d ng l c 85

Hình PL 2 Ph màu ng su t S11trong s n ngang ,L=6m, không có d ng l c 85

Hình PL 3 Ph màu Smax trong s n ngang,L=6m, không có d ng l c 86

Hình PL 4 Ph màu ng su t S11 thân máng, L=8m, không có d ng l c 86

Hình PL 5 Ph màu ng su t Smax thân máng,L=8m, không có d ng l c 87

Hình PL 6 Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=8m, không có d ng l c 87

Hình PL 7 Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=8m, không có d ng l c 88

Hình PL 8 Ph màu ng su t S11 thân máng,L=12m, không có d ng l c 88

Hình PL 9.Ph màu ng su t Smax thân máng,L=12m, không có d ng l c 89

Hình PL 10 Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=12m, không có d ng l c 89

Hình PL 11 Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=12m, không có d ng l c 90

Hình PL 12 Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=8m, có d ng l c 91

Hình PL 13 Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=8m, có d ng l c 91

Hình PL 14 Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=12m, có d ng l c 92

Hình PL 15 Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=12m, có d ng l c 93

Trang 8

D ANH M C B NG BI U

B ng 2 1 B ng phân lo i bê tông ng su t tr c 37

B ng 2 2 H s ma sát 42

B ng 3 1 B ng xác đ nh t n hao σh5 và σh7 77

B ng PL 1 ng su t Smax trong thân máng……… 85

B ng PL 2 ng su t S11 trong s n ngang 86

B ng PL 3 ng su t Smax trong s n ngang 86

B ng PL 4 ng su t S11Bot trong thân máng, L=8m, không có d ng l c 87

B ng PL 5 ng su t SmaxBot trong thân máng, L=8m, không có D L 87

B ng PL 6 ng su t S11Bot trong s n ngang, L=8m, không có d ng l c 88

B ng PL 7 ng su t SmaxBot trong s n ngang, L=8m, không có d ng l c 88

B ng PL 8 ng su t S11Bot trong thân máng, L=12m, không có d ng l c 89

B ng PL 9 ng su t SmaxBot trong thân máng, L=12m, không có d ng l c 89

B ng PL 10 ng su t S11Bot trong s n ngang, L=12m, không có d ng l c 90

B ng PL 11 ng su t SmaxBot trong s n ngang, L=12m, không có d ng l c 90

B ng PL 12 ng su t S11Bot trong s n ngang, L=8m, có d ng l c 92

B ng PL 15 ng su t Smax Bot trong s n ngang, L=12m, có d ng l c 93

Trang 9

M U

I Tính c p thi t c a đ tài

Các kênh t i v t qua su i, kênh tiêu c n b trí các công trình chuy n n c nh c u máng, c ng lu n, siphông Tuy nhiên đa ph n kênh t i đi qua các su i, kênh tiêu đ u

có cao đ đáy kênh cao h n m c n c trong su i và kênh tiêu nên đ tránh t n th t c t

n c và bùn cát l ng đ ng gây t c ngh n trong quá trình chuy n n c đ ng th i đ thu n ti n cho vi c qu n lý v n hành, vì v y vi c ch n c u máng đ chuy n n c là phù h p

i v i các c u máng l n th ng s d ng k t c u bê tông c t thép, tuy nhiên v i c u máng yêu c u l u l ng nh thì vi c s d ng k t c u xi m ng l i thép là phù h p Khi c n v t qua các sông su i không có kh n ng b trí tr b t bu c ph i kéo dài

nh p c u máng, v y nên gi i pháp s d ng ng su t tr c có th đem l i hi u qu cao

Vì v y vi c nghiên c u ng d ng c a c u máng xi m ng l i thép d ng l c là vi c làm h t s c c n thi t, có ý ngh a kinh t - xã h i

m m SAP2000 phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng c u máng xi m ng l i thép

d ng l c nh p l n trong tr ng h p bài toán không gian

IV K t qu d ki n đ t đ c

- Hi u đ c lý thuy t v k t c u xi m ng l i thép d ng l c

- Xác đ nh quan h ng su t – bi n d ng trong k t c u c u máng xi m ng l i thép

d ng l c

- So sánh tr ng h p có s d ng k t c u bê tông d ng l c v i tr ng h p không

s d ng k t c u bê tông d ng l c, áp d ng cho m t công trình c th

- Nêu đ c đ c đi m ch u l c, đ b n c a lo i k t c u v m ng bê tông c t thép d

ng l c n i chung khi làm vi c theo s đ không gian

Trang 10

CH NG 1 T NG QUAN V C U MÁNG

1.1 Khái quát c u máng

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

C u máng là công trình th ng đ c s d ng v i m c đích v n chuy n n c khi h

th ng kênh th ng đi qua các vùng có đi u ki n đ a hình ph c t p nh : sông, su i, thung l ng sâu và h p Th c t nhu c u d n n c hi n nay c n xây d ng các công trình c u máng có nh p l n, ch u t i tr ng l n do đó đ i v i lo i công trình này c n s

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 1 1

4÷3 S b chi u dài

đo n c a vào, c a ra l y b ng 4 l n c t n c trong kênh Sân phòng th m th ng làm

Trang 11

b ng đ t sét, trên có lát đá đ phòng xói c ng có khi d i n n c a vào, c a ra làm chân khay ho c đóng ván c

Hình 1.2 C a vào, c a ra c a c u máng h: Chi u sâu n c trong kênh; L1: Chi u dài đo n c a vào;

L2: Chi u dài đo n c a ra

C u máng v m ng có 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 thân máng, c n b trí các thanh gi ng ngang, các s n gia c ng d c (còn g i là tai

z

Trang 12

m t c t ngang nh , đ d dàng cho vi c thi cụng cú th khụng b trớ cỏc thanh gi ng ngang, song n u c n cú th t ng thờm chi u dày thành mỏng

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.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

G i đ thõn mỏng g m cú g i đ bờn (m bờn) và g i đ gi a (tr gi a) M bờn

th ng dựng ki u tr ng l c (Hỡnh 1.5), cũn tr gi a khi chi u cao tr khụng l n c ng hay dựng ki u tr ng l c, khi chi u cao c a tr l n th ng dựng ki u khung ho c ki u

h n h p

Hỡnh 1.5 K t c u g i đ

1 M biờn ki u tr ng l c; 2 C a vào; 3 Thõn mỏng; 4 Ph n đ t đ p;

5 Thi t b thoỏt n c; 6 M t đ t t nhiờn; 7 Tr gi a

Tr gi a ki u tr ng l c cú th b ng g ch xõy, b ng đỏ xõy ho c bờ tụng, th ng dựng

cú cỏc tr cú chi u cao d i 10m, tr ng l ng b n thõn c a tr ki u tr ng l c th ng

Giằng ngang

Sườn dọc Sườn ngang

Sườn dọc

Giằng ngang

Trang 13

r t l n, do đó đòi h i n n ph i có s c ch u t i cao (Hình 1.6a) 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 1.6b), còn tr kép th ng dùng khi các tr có chi u cao t 15 đ n 20m (Hình 1.6c) 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

- 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

- V i nh ng công trình có quy mô l n, có th s d ng hình th c c u máng b ng v t

li u bê tông c t thép và đ gi m giá thành công trình có th s d ng hình th c c u máng b ng v t li u xi m ng l i thép v m ng

- C u máng v m ng là lo i hình k t c u nh , có nhi u u đi m: đ m b o tính kinh

t , thích h p v i nhi u đ a hình, hình th c k t c u g n, đ p … v t li u th ng dùng đ ch t o là bê tông c t thép, xi m ng l i thép ho c bê tông ít c t thép

Trang 14

Hình d ng m t c t có th là n a hình tròn, hình ch U, hình thang, hình Elips ho c Parabol…

Hi n nay, c u máng xi m ng l i thép v m ng có hình ch U đ c s d ng ph bi n

vì các tính n ng: có l i v m t th y l c, đ c ng h ng d c l n, n i l c h ng ngang

nh , thi công thu n l i

1.1.2.2 Hình th c k t c u thân máng

M t c t ngang c a c u máng th ng đ c thi t k hình ch nh t, hình thang ho c hình

ch U Thân máng đ c đ t trên các g i đ , tr đ theo hình th c d m liên t c, d m công son Ph ng pháp tính toán n i l c và bê tông c t thép c a c u máng theo

gi m đ c l ng c t thép

C u máng lo i v a và lo i l n s b trí thêm 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

Thân máng có m t c t hình ch U : Máng có m t c t hình ch U có đáy là n a tr tròn, hai thành bên th ng đ ng.Các c u máng lo i nh có chi u dài không l n th ng không có thanh gi ng ngang Theo ph ng d c máng, máng v m ng ch U th ng có hình th c máng m t khoang đ t trên các m đ , tính toán theo s đ d m đ n gi n

ho c công son kép

Hình 1 7 M t c t ngang c u máng xi m ng l i thép

Trang 15

Ngu n n c là tài nguyên đ c bi t quan tr ng, không ch là m t trong nh ng thành

ph n thi t y u c a s s ng và môi tr ng, mà còn là đi u ki n đ khai thác và s d ng các ngu n tài nguyên khác và là nguyên li u không th thay th c a các ngành kinh t

c ng nh các ngành liên quan

H th ng kênh và công trình trên kênh là m t b ph n thi t y u trong các h th ng

th y l i V y nên vi c tính toán thi t k sao cho l i nh t, t n d ng đ c t i u ngu n tài nguyên n c là m t v n đ h t s c khó kh n

Nh ng vùng có đi u ki n đ a hình ph c t p, 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

Hi n nay, v i s phát tri n ngày càng m nh m c a các công ngh hi n đ i trong l nh

v c xây d ng Công ngh s n xu t xi m ng l i thép ngày càng đ c hoàn thi n, và

hi n đ i hoá cao nh m t ng n ng su t, t ng ch t l ng, gi m chi phí nhân công, gi m

Trang 16

giá thành xây d ng Công cu c áp d ng k t c u xi m ng l i thép vào xây d ng c u máng là m t v n đ h t s c phù h p

Nhìn chung k t c u xi m ng l i thép đóng m t vai trò quan tr ng đ i v i h u h t các

n c trên Th gi i V i yêu c u v k thu t m c đ th p và nh ng tính n ng u vi t

c a nó, xi m ng l i thép phù h p v i các n c đang phát tri n trong nh ng ng d ng

đ n gi n v b ch a n c, thùng ch a th c ph m, h th ng kênh máng, c u máng d n

n c t i cho nông nghi p và c p n c cho sinh ho t… nh ng n c phát tri n, s

ng d ng công ngh tiên ti n cho h th ng xây d ng và s n xu t đã làm cho nó càng

tr nên thu hút đ i v i nh ng ng d ng cho các lo i k t c u ph c t p h n, đa d ng h n

và th m m h n trong xây d ng nhà c a c ng nh nh ng k t c u xây d ng khác

H u h t các nghiên c u v xi m ng l i thép c a các n c đ u không có nh ng ng

d ng vào l nh v c c u máng xi m ng l i thép trong công trình th y l i Nh ng chính

nh ng nghiên c u này đã t o nh ng đi u ki n và c s khoa h c đ chúng ta ti p t c nghiên c u sâu h n v k t c u xi m ng l i thép ng d ng c th trong l nh v c công trình th y l i

1.1.3.2 Tình hình xây d ng c u máng xi m ng l i thép t i Vi t Nam

Vi t Nam, 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, đ c bi t k t c u

xi m ng l i thép đã phát tri n m nh trong th i gian qua Các c u máng xi m ng l i thép có chi u dài nh p t 6-8m đ c đ t trên các tr đ đ v t sông su i, hay thay cho các đo n kênh n i có chi u cao so v i m t đ t t nhiên t 2-6m M t s công trình

đã đ c thi t k và thi công nh kênh t i chính H k Loh (Kon Tum, 2002); Kênh chính h k Lô (Lâm ng, 2004); Kênh chính H ng Xoài (Bình Ph c, 2008); Kênh chính ông và Tây h ng Tròn (Phú Yên, 2009), C u máng t i K1+200 trên kênh 1 , c u máng 16 thu c h th ng kênh chính ông Iam r… S d ng c u máng

xi m ng l i thép đ d n n c trong công trình th y l i có nhi u u đi m tích c c

nh : gi m giá thành xây d ng, gi m di n tích đ t đ n bù, công trình đ p, ít t n kém chi phí qu n lý, v n hành, s a ch a

Trang 17

Tuy nhiên,v i c u máng nh p ng n L≤ 6m, chi phí xây d ng s cao do t n r t nhi u

m tr c u, m t khác đ an toàn c ng th p khi nhi u m tr có chi u cao l n và ph i thi công gi a lòng sông, su i Do đó c u máng xi m ng l i thép nh p l n s là gi i pháp t i u đ gi m giá thành và t ng c ng đ m b o an toàn cho các công trình c u máng xi m ng l i thép v t sông, su i…

đáp ng đ c yêu c u c a th c t ngày càng cao đ i v i c u máng nh p l n… đòi

h i ph i đi sâu vào nghiên c u các lo i hình th c k t c u c a c u máng xi m ng l i thép nh p l n Qua nghiên c u ban đ u cho th y kh n ng ch u l c c a k t c u máng xi

Ph ng pháp tính toán theo không gian thay th cho bài toán ph ng tính theo ph ng

d c máng và theo ph ng ngang máng 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 Tính toán theo ph ng pháp lý thuy t d m

1.2.2.1 Tính toán ph ng ngang máng theo s đ k t c u v m ng – tr ng h p

m t c t ngang máng hình ch U

a c đi m và s đ tính toán

Xét m t đ n v chi u dài thân máng có thanh gi ng v trí đ i x ng, thân máng làm

vi c nh m t h siêu t nh ( Hình 1.8) M t khác, do hình d ng hình h c c a m t c t

Trang 18

ngang và t i tr ng đ u là đ i x ng (khi không xét đ n tr ng t i gió và l c đ ng đ t), phân b l c c t không cân b ng trên m t c t ngang c ng là đ i x ng S đ tính toán

k t c u có th ch n theo Hình 1.9

L c tác d ng lên thân máng g m có:

q1: Tr ng l ng b n thân máng

pn: áp l c n c vuông góc v i thành máng

P: L c t p trung tác d ng t i đ nh máng (Bao g m tr ng l ng b n thân b

ph n tai máng, tr ng l ng b n thân thanh gi ng ngang và t i tr ng c a b n đ ng đi, )

Mo: Mô men u n ph thêm t i đ nh máng do d i l c t p trung t v trí th c t

Trang 19

trong đó:

11: H s chính, chuy n v theo ph ng X1, do X1=1 gây ra

1P, 1Mo, ∆1q1, 1Pn, 1 : S h ng t do – chuy n v theo ph ng X1, do các ngo i l c p, Mo, q1, pn, sinh ra

C n c vào s khác nhau c a v trí, s phân b các kh p n i c a công trình c u máng,

s l ng các m đ và khung đ , thân máng đ c tính toán theo s đ d m đ n ho c

d m liên t c:

- D m công son đ n th ng áp d ng cho ph n n i ti p gi a c u máng v i đo n c a vào, c a ra c a công trình d n n c

Trang 20

- D m công son kép đ c chia thành các lo i sau: d m công son kép đ u nhau, công son kép có mô men u n b ng nhau, công son kép không đ u và mô men u n không

Trang 21

i v i các c u máng dài, d m d c th ng đ c tính toán nh d m liên t c nhi u nh p

có g i t a là các m và khung đ , ch u t i tr ng phân b đ u c a n c trong máng và

tr ng l ng b n thân d m S đ tính toán và bi u đ n i l c (mô men, l c c t) c a

d m đ 4 nh p có d ng nh Hình 1.11 Tính toán k t c u d m d c đ c ti n hành nh

c u ki n ch u u n

Hình 1.11 S đ tính toán và bi u đ n i l c c a d m 4 nh p

* K t c u d m công son kép đ u nhau

i v i d m công son kép có chi u dài đo n công son Ls=L/2, d i tác d ng c a t i

tr ng phân b đ u, bi u đ mô men u n s gây c ng phía trên toàn b chi u dài d m

B n đáy s tr ng thái luôn luôn ch u nén và đi u ki n này r t có l i đ i v i yêu c u

ch ng n t và ch ng th m cho b n đáy c a công trình d n n c nói chung và đ c bi t

là c u máng

S đ tính toán và bi u đ n i l c c a k t c u trong tr ng h p này có d ng nh Hình 1.12

Hình 1.12 S đ tính toán và bi u đ n i l c d m công son kép đ u nhau

* K t c u d m công son kép có mô men u n b ng nhau

Chi u dài đo n công son trong tr ng h p này Ls=0,354L D i tác d ng c a t i tr ng

M Q Q2

2

M Q

Mmin=1/8qL2

Trang 22

d i l n nh t t i gi a nh p d m có giá tr b ng nhau, k t c u h p lý v m t ch u l c, d dàng b trí v t li u

Nh ng do ph i b trí thép ch u l c c ph n trên và ph n d i c a thân máng nên có

th t ng thêm chi phí xây d ng

S đ tính toán và bi u đ n i l c c a ph ng d c máng trong tr ng h p này có d ng

nh Hình 1.13

Hình 1.13 S đ tính toán d m công son kép có mô men u n b ng nhau

* K t c u d m công son kép không đ u

K t c u d m lo i này có chi u dài đo n công son Ls=(0,4÷0,45)L trong tr ng h p này, mô men u n c ng d i l n nh t gi a nh p th ng nh h n mô men gây c ng trên t i g i đ , b n đáy t i v trí g i đ ch u nén, có l i đ i v i tính toán kh n ng ch u

l c và yêu c u ch ng th m cho c u máng

V kh n ng ch ng n t, do chi u dài công son Ls <0,5L, mô men u n c ng trên t i g i

đ nh h n so v i d m công son kép đ u nhau nên có l i h n Mô men u n c ng d i

l n nh t gi a nh p có giá tr nh h n so v i các tr ng h p nêu trên, nên có th tho mãn c 2 yêu c u v kh n ng ch u l c và ch ng n t

S đ tính toán và bi u đ n i l c c a ph ng d c máng theo s đ d m công son kép không đ u có d ng nh Hình 1.14

M Q

Mmax=Mmin=0,0625qL2

2

Trang 23

Hình 1.14 S đ tính toán d m công son kép không đ u

c Tính toán k t c u bê tông c t thép thân máng theo ph ng d c

N i l c theo ph ng d c c u máng đ c xác đ nh theo các s đ ch u l c đã nêu và

b ng các ph ng pháp thông th ng c a c h c k t c u C n c vào n i l c M và Q tìm đ c, ph ng d c máng đ c tính toán nh c u ki n ch u u n v i các d ng m t

c t khác nhau

Thông th ng c u máng bê tông c t thép có ti t di n ch T, ch I, ch U, hình h p

ti t di n ngang dùng trong tính toán đ c tính đ i v ti t di n t ng đ ng có d ng

ch T ho c ch I tùy thu c vào hình dáng, kích th c các b ph n c a m t c t ngang

Bên c nh đó tác gi c ng đã nêu ra các ph ng pháp tính toán n i l c c u máng xi

m ng l i thép thông th ng: tính toán theo ph ng d c máng và tính toán theo

Trang 24

C H NG 2 C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN C U MÁNG XI M NG

2.1 Tính toán c u máng theo ph ng pháp ph n t h u h n

Nh m gi i quy t nh ng t n t i và h n ch c a các ph ng pháp tính toán k t c u c u máng tr c đây, trong ph n này xét s làm vi c ch nh th c a c u máng theo bài toán không gian Trong ph m vi c a lu n v n này, ch gi i h n nghiên c u ng d ng

ph n t t m ph ng ch u u n v i m t ph ng xác đ nh trong không gian Tuy nhiên,

m i ph n t này l i có ph ng khác nhau, vì v y bi n d ng u n trong ph n t này l i

có th gây ra bi n d ng trong m t ph ng cho ph n t k ti p

Trang 25

V g p là k t c u v trong đó m t v là m t ph ng g p khúc Giao tuy n gi a các m t

ph ng là liên k t gi a các t m Liên k t này đ c coi là liên k t c ng n u nh có kh

n ng truy n toàn b các thành ph n n i l c trong t m ph ng t t m này sang t m kia Liên k t này đ c coi là kh p n u nh không có kh n ng truy n mô men t t m này sang t m kia Do mô men ch ng u n c a m t c t v nói chung và v g p nói riêng có giá tr mô đun ch ng u n c a m t c t c a các k t c u khác có cùng di n tích, nên trong xây d ng k t c u v g p đ c s d ng khá ph bi n Trong xây d ng giao thông th y

l i th ng s d ng nhi u lo i k t c u này nh : k t c u c u h p trong giao thông, k t

c u c ng l thiên, c ng ng m, c u máng, xi phông…

V i các lo i c u máng có m t c t ngang hình ch U, parabol có th coi là k t c u v

g p (v m ng đ c coi nh t p h p b i các ph n t ph ng)

Nói chung, k t c u v g p th ng g p là k t c u v trong đó giao tuy n c a các m t

v có ph ng song song v i nhau V i k t c u c u máng liên k t gi a các m t v

th ng là liên k t c ng vì thành máng th ng đ c đ li n kh i v i b n đáy ho c đ nh máng, còn liên k t kh p gi a các m t v ch g p các c u máng có thành máng và

Trang 26

Hình 2 3 K t c u d m t ng (trái) và k t c u t m ch u u n (ph i)

T i m t đi m b t k trên m t trung gian c a v có các thành ph n chuy n v sau:

- Các chuy n v th ng u,v d c theo các tr c x, y n m trong m t ph ng c a t m

- Các chuy n v th ng w d c theo tr c z có ph ng vuông góc v i m t ph ng

c a t m

- Các chuy n v góc x, y quay quanh tr c x và tr c y

Hình 2 4.H t a đ c c b c a ph n t v Trong tính toán v g p, thành ph n góc xo n z quanh tr c z th ng b qua, ph n vì

v h u nh không ch u tác d ng c a mô men xo n ngo i l c n m trong m t ph ng c a

t m v , ph n vì m i t m ph ng là thành ph n c a v có đ c ng ch ng xo n khá l n xung quanh tr c z

p

p p

X Y

Z

Trang 27

- u, v, Nx, Ny, Nxy là các thành ph n chuy n v và n i l c c a t m t ng (bài toán ng su t ph ng c a lý thuy t đàn h i)

- w, x, y, Mx, My, Mxy là các thành ph n chuy n v và n i l c c a t m ch u

µµµ

Trang 28

V i E là mô đun đàn h i và µ là h s poison c a v t li u

{ }

'

x y xy

Z là kho ng cách t đi m nghiên c u đ n m t ph ng trung bình c a t m

là véc t đ cong c a đi m t ng ng v i đi m b t k trên m t trung gian c a t m

2

w

ww

x y

2

x y

d a vào quan h gi a ng su t và n i l c, gi a bi n d ng và đ cong đ thi t l p quan

h gi a nôi l c và đ cong c a t m Quan h này đ c bi u di n d ng ma tr n nh

sau:

{ }M =[ ]D U { }x

Trang 29

µµ

Trang 30

- U(x, y) theo ph ng tr c X

- V(x, y) theo ph ng tr c Y + V i t m ch u u n:

- W(x, y) theo ph ng tr c Z Bài toán c b n đ c xem xét v i m i tr ng h p c a t i tr ng V t li u c a k t c u

Trang 31

e y

N i dung c a ph ng pháp chuy n v là thi t l p ma tr n đ c ng [K] c a c k t c u,

gi i h ph ng trình {F} = [K].{∆} đ tìm vect chuy n v nút {∆} t đó d a vào ma

j j

F M F

F M

i i e

j j

L L

Trang 32

Hình 2 6.Ph n t thanh ch u l c d c

e j

F F

u u

jx jy j

F F M F

F F M

i

Fix Wui

Trang 33

Véc t t i và véc t chuy n v nút c a ph n t e:

Hình 2 8 Ph n t d m – t ng hình ch nh t

{ }

ix iy jx jy e kx ky lx ly

F F F F F

F F F F

Ch n hàm x p x chuy n v nút u(x,y) và v(x,y) đ c ch n d i d ng song tuy n

U(x,y) = a1+a2x+a3y+a4xy

xj

Trang 34

 { } [ ] { }

123

678

a a a

M

a a a

Xét ph n t hình ch nh t có 4 nút, m i nút có 3 thành ph n chuy n v w(x.y), θx(iy),

θy(iy), vì v y ta ch n hàm W(x,y) có d ng đa th c b c 4 khuy t v i 12 tham s

Hình 2 9.Ph n t t m ch u u nW(x,y)=a1+a2x+a3y+a4x2+a5xy+a6y2+a7x3+a8x2y+a9xy2+a10y3+a11x3y +a12xy3

z

k l

iy ix i

Trang 35

{ }

iz ix iy jz jx jx e

kz kx kx nz nx nx

F M M F M M F

F M M F M M

θθ

41

Trang 36

y y

1

i i i

4 x

1 4 y

xi i

N k

y k

Trang 37

Trong tr ng h p t ng quát (h không gian), n u ma tr n ch h ng c a h tr c xyz so

v i h tr c x’y’z’ d ng:

[ ]

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

l cos x’, x , l cos x’, y , l cos x’, z

l cos y’, x , l cos x’, y , l cos x’, z

l cos z’, x , l cos x’, y , l cos x’, z

l l

Trang 38

Hình 2.11.Thanh ch u u n ph ng

init xy init yz init zx

εεεε

γγγ

y'

Trang 39

[N]: Ma tr n liên h gi a véc t chuy n v {U} c a đi m b t k và véc t chuy n nút {∆}ec a ph n t :

i u đó đã d n đ n nh ng m t t n t i, ch a h p lý và sai khác so v i đi u ki n làm

vi c th c t c a k t c u, m t s tr ng h p có th là nguyên nhân d n đ n s c , phá

h ng công trình, gây lãng phí v t li u, khó kh n trong thi công, qu n lý v n hành và

Trang 40

Xem xét các ph ng pháp đã áp d ng trong th c t tính toán thi t k các c u máng trong n c và th gi i, có th nêu ra m t s đi m t n t i sau:

Ph ng pháp tính toán theo s đ k t c u ph ng: Vi c thay các liên k t t i m t s v trí ch a nh t quán i u đó có th không làm thay đ i ph ng pháp tính cho b ph n

k t c u công trình khác

Vi c l a ch n hình th c liên k t trong s đ tính toán thanh gi ng c a c u máng v

m ng ch a nh t quán i u đó không ch làm cho n i l c c a b n thân thanh gi ng b thay đ i mà còn nh h ng đ n vi c truy n các l c t thanh gi ng lên thân máng Trong nhi u tài li u trình bày v ph ng pháp tính toán c u máng c a các n c trên

th gi i và Vi t nam còn t n t i nhi u quan đi m khác nhau v s đ tính và còn ph i

ti p t c nghiên c u, trao đ i đ đi đ n th ng nh t áp d ng th c t thi t k

T phân tích trên ta đ a ra nh n xét: Do bài toán ph ng không th ph n ánh đúng th c

t các liên k t gi a các ph n k t c u trong m t c u ki n, trong tính toán s d n đ n m t

s sai s trong k t qu tính toán, có m t s v trí k t qu tính toán l n h n so v i th c

t , m t s v trí k t qu n i l c l i nh Cho nên d n t i vi c thi t k cho bài toán

ph ng s không th hoàn toàn đ m b o tính kinh t và k thu t

2.1.5.2 Ch ng trình ph n m m tính toán Sap 2000

a Gi i thi u khái quát v ph n m m Sap 2000

Cùng v i xu h ng ngày càng phát tri n c a khoa h c và công ngh trong l nh v c xây

d ng, quá trình t đ ng hóa tính toán và thi t k v i s h tr c a máy tính b ng các

ph n m m chuyên d ng

Trong nh ng n m 1980 tr l i đây,công ngh máy tính đã có nh ng b c ti n m nh

m , nó góp ph n thúc đ y nghiên c u và phát tri n công ngh trên Th gi i trong h u

h t các l nh v c khoa h c k thu t Trong l nh v c xây d ng, công ngh máy tính c ng

đã đ c ng d ng r ng rãi, bao g m các ph n m m qu n lý xây d ng, kinh t xây

d ng, phân tích n i l c k t c u, thi t k k t c u thép và thi t k k t c u bê tông c t thép,…

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	2,63 MB