Phân tích cầu dầm đúc trên đà giáo cố định giai đoạn thi công mô hình thư viện Wizrad

Để xem xét đặc tính bê tông thay đổi theo thời gian và độ tự chùng của cáp dự ứng lực một cách chính xác, kết quả phân tích tích qua từng bước thi công trước đó được tính cho các bước th

1

Hướng dẫn nâng cao 1

Phân tích thi công dạng cầu MSS

sử dụng chức năng mô hình Wizard

Civil

MỤC LỤC

Khai báo và liên kết các đặc tính vật liệu theo thời gian 29

1

Tóm tắt

Hai phương pháp thi công, MSS (Movable Scaffolding System _ Phương pháp đúc trên hệ thống đà giáo di động) và FSM (Full Staging Method – Phương pháp đúc trên đà giáo cố định) được sử dụng để thi công từng nhịp cho dạng cầu dầm hộp bê tông ứng suất trước _ PSC Trong phương pháp MSS, bê tông được đổ vào khuôn lắp sẵn Vì thế, sử dụng giằng chống đỡ tạm thời và hệ cột chống là không cần thiết Hơn nữa, khi sử dụng phương pháp MSS, không gian phía dưới cầu qua sông hoặc qua đường bộ có sẵn được sử dụng mà không bị che khuất

Hệ thống kết cấu cầu PSC sử dụng phương pháp thi công MSS hay FSM đều thay đổi ở từng giai đoạn xây dựng Vì thế, việc phân tích kết cấu nên được thực hiện ở tùng giai đoạn, và độ ổn định mặt cắt phải được kiểm tra ở mỗi giai đoạn đó Để xem xét đặc tính bê tông thay đổi theo thời gian và độ tự chùng của cáp dự ứng lực một cách chính xác, kết quả phân tích tích qua từng bước thi công trước đó được tính cho các bước thi công tiếp theo

Trong bài hướng dẫn này, quy trình để thực hiện phân tích cầu PSC theo các bước thi công sử dụng phương pháp MSS sẽ được trình bày và thảo luận Kết quả phân tích như mất mát ứng suất, độ võng và nội lực mặt cắt của mỗi bước thi công sẽ được xem xét

Hình 1 Mô hình phân tích (tại giao đoạn hoàn thiện)

2

Kích thước và mặt cắt chung cầu

Mô tả chung mô hình phân tích như sau:

Loại cầu: Cầu dầm hộp PSC 11 nhịp liên tục (MSS)

Chiều dài cầu: L = 10@50.000 = 500.000 m

3

Trình tự thi công của phương pháp MSS

Trình tự thi công của phương pháp MSS như sau:

Hình 4 Trình tự thi công

Trong phân tích thi công sử dụng MSS, trình tự thi công minh họa phía trên cần được tuân thủ chính xác Trong phân tích thi công, mỗi bước thi công đều được xác định thông qua việc kích hoạt/ ngưng kích hoạt các nhóm kết cấu, nhóm điều kiện

biên và nhóm tải trọng (Structure Groups, Boundary Groups and Load Groups)

Quy trình thực hiện phân tích thi công sử dụng phương pháp MSS được tóm tắt thành các bước phía dưới Các bước từ 2 tới 8 được thực hiện tự động khi người dùng sử dụng chức năng mô hình theo mẫu _ MSS Bridge Wizard

1 Định nghĩa tính chất vật liệu và mặt cắt

2 Mô hình kết cấu

3 Định nghĩa và sắp xếp nhóm kết cấu _ Structure Group

4 Định nghĩa và sắp xếp nhóm điều kiện biên _ Boundary Group

5 Định nghĩa nhóm tải trọng _ Load Group

6 Tải trọng đầu vào

7 Bố trí cáp

8 Dự ứng lực căng trước

9 Định nghĩa và liên kết các tính chất vật liệu theo thời gian

10 Thực hiện phân tích kết cấu

11 Xem xét kết quả đầu ra

4

Tính chất vật liệu và ứng suất cho phép

 Bê tông cho kết cấu phần trên

 Ứng suất

Cáp (φ15.2 mm×22 (φ0.6˝- 22)) Diện tích: Au = 1.387 × 22 = 30.514 cm2

Kích cỡ ống cáp: 110/113 mm DUL trước: Kích cường độ kéo lên 70%

fpj = 0.7 fpu = 1330000 kN/m2

Pi = Au × fpj = 4058.362 kN Chương trình tự động tính toán mất mát ứng suất DUL sau khi đã tính mất mát ứng suất ban đầu

Mất mát do ma sát: ( kL )

0 ) X



30

.0

 Co ngót và từ biến

Xi măng: loại thường

Tuổi bê tông khi tải trọng dài hạn hoạt động: t c = 5 ngày

Tuổi bê tông khi bê tông không được che phủ: t c = 3 ngày

5

Độ ẩm tương đối: RH = 70 %

Nhiệt độ bảo dưỡng bê tông: T  20  C

Tiêu chuẩn áp dụng: CEB-FIP

Hệ số từ biến: tự động tính trong Chương trình

Vị trí: 3 m từ khe nối thi công

Ngoài ra, chương trình còn tự động tính toán phản lực gây ra do tải trọng bản thân của bê tông ướt

6

Cài đặt môi trường làm việc

Để thực hiện một bài phân tích thi công, người dùng mở file mới ( New Project)

và lưu file với tên ‘MSS’ ( Save)

Và gán hệ thống đơn vị ‘kN’ và ‘m’ Hệ đơn vị này có thể thay đổi theo ý muốn của

người dùng

Nh n bi u t ng - New Project

- Save (MSS)

Tools / Unit System

Chi u dài> m; L c (Kh i l ng)>kN (ton) 

7

Khai báo tính chất vật liệu

Khai báo đặc tính vật liệu cho dầm và cáp cho dạng cầu dầm hộp PSC

Properties / Material Properties

Type of Design>Concrete; Standard>ASTM(RC) DB>Grade C6000

Name (Tendon); Type of Design>User Defined; Standard>None Analysis Data

Modulus of Elasticity (2.0e8) 

Hình 7 Hộp thoại nhập dữ liệu vật liệu

sẽ thuận tiện hơn khi sử

Wizard, không cần phải

khai báo riêng rẽ

8

Mô hình kết cấu sử dụng mô hình có sẵn_MSS Bridge Wizard

Thực hiện mô hình MSS Bridge sử dụng tính năng mô hình có sẵn MSS Bridge Wizard MSS Bridge Wizard bao gồm 3 tab khai báo – Model, Section và Tendon

Nhập dữ liệu mô hình

MSS Bridge Wizard và FSM Bridge Wizards tự động kiến tạo mô hình và các bước thi công tương ứng cho dạng cầu MSS và FSM Sự khác nhau trong phân tích thi công giữa hai phương pháp MSS và FSM là cách hỗ trợ đặt tải trọng bê tông ướt và tải trọng bản thân ván khuôn lên kết cấu Trong phương pháp thi công FSM, tải trọng bê tông ướt và tải trọng bản thân ván khuôn được hỗ trợ bởi hệ chống và do đó khi thi công dầm cầu hộp PSC, dầm không bị ảnh hưởng bởi 2 loại tải trọng trên Mặt khác, trong phương pháp thi công MSS, khối lượng bê tông ướt và tải trọng bản thân ván khuôn được chuyển đến các phần chìa ra khi thi công thông qua các thanh ngang phía sau Điều này ngăn cản độ lệch không cân bằng giữa các khe nối thi công Sự khác biệt chính giữa MSS và FSM có thể tóm tắt thành”khối lượng bê tông ướt và tải trọng bản thân ván khuôn được hỗ trợ trong quá trình thi công sẽ hình thành dạng phương pháp thi công” Nếu người dùng lựa chọn chức năng MSS Bridge Wizard và nhập phản lực đà giáo-Movable Scaffolding Reaction, thì phản lực này sẽ được tự động tính và nhập vào mô hình như một loại của tải trọng thi công

Hình 8 Phản lực hoạt động trên Rear Cross Beam

Movable Scaffolding

Reaction là phản lực có

được khi tải trọng của đà

giáo di chuyển trên dầm

ngang phía sau

0.2 x L Rear Cross Beam

Tính toán phản lực gây ra bởi khối lượng bê tông ướt

Phản lực của tải trọng MSS và tải trọng bê tông ướt

9

Lựa chọn chức năng MSS Bridge Wizard và nhập vật liệu, bố cục nhịp cầu, bán kính đường cong nằm, gối cố định, vị trí khe nối thi công, thời gian thi công cho một nhịp của mỗi nhịp (20 ngày) và tuổi ban đầu cho dầm hộp PSC

Nếu người dùng chọn mô hình MSS Bridge Wizard, sự khác nhau về mặt thời gian của mỗi bước thi công_Stage Duration và tuổi ban đầu của cấu kiện_Initial Member Age được dùng để tính toán và khai báo cho các bước bổ sung_Additional Steps, và sau đó phản lực gây ra do trọng lượng đà giáo và bê tông ướt sẽ được đưa vào mô hình.

5 ngày cho công tác đổ

và bảo dưỡng bê tông

Do đó, tlấy giả thiết ổng

là 20 ngày cho mỗi

Additional Steps mà không

cần khai báo ở bước thi

công khác Phần giải thích

chi tiết hơn có trong phần

trợ giúp Online của midas

Civil > Construction Stage

Analysis Data > Define

Construction Stage

10

Nhập thông số mặt cắt cho dầm hộp PSC

Nhập dữ liệu mặt cắt cho mặt cắt chung và mặt cắt khe nối thi công Nhập dữ liệu mặt cắt chung như Hình 11 Hình dạng mặt cắt có thể quan sát bằng cách nhấn chọn Drawing phía dưới mục View Option

Section tab Center tab

H1 ( 0.2 ); H2 ( 2.75 ); H3 ( 0.3 ); H4 ( 0.3 ) H5 ( 0.2 ); H6 ( 0.54 ); H7 ( 0.2 ); H8 ( 0.25 ) B1 ( 2.75 ); B2 ( 0.75 ); B3 ( 2.8 ); B4 ( 1.75 ) B5 ( 1.7 ); B6 ( 1.2 ); B7 ( 0.988 ); B8 ( 1.45 )

View Option>Drawing

Hình 10 Nhập đặc tính mặt cắt chung

Mặt cắt hộp PSC trong

MSS Bridge được mô

hình với chế độ tâm đối

chiếu là Center-Bottom

Xem hình dạng mặt cắt

11

Hình 11 Mặt cắt chung dầm hộp PSC

L 거 더 중 심

C Girder

Diaphragm tab

H4 ( 0.3 ); H5 ( 0.151 ); H6 ( 0.54 ); H7 ( 0.07 ) H8 ( 0.25 ); B5 ( 1.28 ); B6 ( 1.2 ); B7 ( 0.348 ); B8 ( 1.45 )

Hình 12 Nhập đặc tính mặt cắt khe nối thi công

Review section shape

13

Hình 13 Mặt cắt khe nối thi công của dầm hộp PSC

L 거 더 중 심

C Girder

14

Nhập vị trí đặt cáp DUL

Hệ cáp dự lứng lực của MSS Bridge được đặt chạy dài bên trong bản bụng của dầm hộp Psc với theo độ cong xác định Trong mục MSS Bridge Wizard, vị trí đặt cáp tiêu chuẩn được xác định qua các điểm thấp nhất, điểm uốn và điểm neo

Nhìn chung, các cầu dạng MSS đều có các nhịp bằng nhau, và hệ kết cấu của nhịp đầu tiên sẽ chuyển đổi từ dầm đơn sang dầm liên tục tại mỗi bước thi công Mô men uốn cực đại khi thi công nhịp đầu tiên lớn hơn các nhịp khác vì đơn giản có sự tham gia của điều kiện biên Vì thế, việc căng thêm cáp nên được tính toán và bố trí trong bước thi công đầu Việc bổ sung cáp vào nhịp đầu tiên được mô phỏng qua chức năng chung, còn các cáp đặc trưng thì được định nghĩa trong MSS Bridge Wizard

0.15 0.2

Girder

Duct Diameter>0.113 Relaxation Coefficient>Magura (45)Curvature Friction Factor>0.3 ; Wobble Friction Factor>0.0066 Ultimate Strength>1900000 ; Yield Strength>1600000 Bond Type>Bonded

Anchorage Slip (Draw in)>Begin (0.006); End (0.006) 

17

Nhập lực kích đầu cáp, thời gian phun vữa, và sắp xếp cáp DUL ngang Nếu thời gian phun vữa được định nghĩa qua Prestressing Step, thì ứng suất tại thời điểm kích lực căng cáp sẽ được tính dựa trên đặc tính mặt cắt trong đó có xét tới sự ảnh hưởng của diện tích bó cáp Nếu thời gian phun vữa xét theo Every (n) Stages, thì ứng suất tại thời điểm kích lực căng cáp sẽ được tính dựa trên mặt cắt làm việc và cáp đã căng trong suốt n giai đoạn được bơm vữa một loạt tại bước thi công thứ n Lực kích đầu cáp được xác định bằng 70% giá trị cường độ cực đại Việc bố trí cáp ngang cũng được định nghĩa trong MSS Bridge Wizard Các cáp DUL trong cầu MSS thường được bố trí song song với bản bụng của dầm hộp PSC Còn cáp ngang được

bố trí dựa vào khoảng cách giữa mặt ngoài bản bụng với cáp ở phía ngoài, và khoảng cách giữa các cáp phía ngoài với cáp phía trong

Jacking Stress (0.7)×( Su )

Grouting>Every (1) Stages

a (0.15); b ( 0.2 )

Hình 17 Bố trí cáp DUL ngang

18

Sau khi hoàn thành việc nhập dữ liệu, người dùng nhấn nút để kết thúc chức năng MSS Bridge Wizard, và sau đó quan sát lại mô hình Để xem chi tiết các phần của mô hình, sử dụng các chức năng phóng to/ nhỏ Zoom Window và

Zoom Fit, Hidden (on)

Hình 18 Mô hình chung của cầu được khai báo qua MSS Bridge Wizard

Zoom Window

19

Chỉnh sửa dữ liệu đã có và bổ sung dữ liệu

Khai báo các bước thi công

Có 2 chế độ làm việc với bài toán phân tích thi công trong midas Civil: chế độ bước

cơ sở (Base Stage) và chế độ bước thi công (Construction Stage)

Tất cả dữ liệu mô hình, tải trọng, điều kiện biên đều được khai báo trong chế độ Base Stage, mà không phải trong chế độ sau phân tích Chế độ Construction Stage hiển thị trạng thái của mô hình sau khi thực hiện phân tích Khi mô hình ở trạng thái sau phân tích thì dữ liệu mô hình không thể chỉnh sửa hoặc xóa bỏ, ngoại trừ điều kiện biên và tải trọng ở từng bước thi công thì có thể thay đổi được

Construction Stage được khai báo bằng cách bật/tắt kích hoạt các nhóm kết cấu, nhóm điều kiện biên và nhóm tải trọng, thay vì từng phần tử, từng điều kiện biên và từng tải trọng Các điều kiện biên, tải trọng có trong nhóm điệu kiện biên và nhóm tải trọng tương ứng trong chế độ Construction Stage có thể được chỉnh sửa hoặc xóa

bỏ. Chúng ta sẽ xem xét các giai đoạn thi công được khai báo tự động trong MSS

Bridge Wizard Thông tin các bước thi công được thể hiện qua hai hộp thoại Stage

Toolbar và Works Tree Việc kích hoạt/ngưng kích hoạt của Structure Groups, Boundary Groups và Load Groups tại bước thi công hiện hành có thể quan sát

trong Works Tree Ngoài ra, sự thay đổi hệ kết cấu trong các giai đoạn thi công được quan sát qua Model View bằng cách thay đổi tuần tự các bước thi công

Việc chỉnh sửa hoặc xóa

bỏ các node và element

không được phép thực

hiện ở trong chế độ

Construction Stage Khác

với cách kích hoạt điều

kiện biên và tải trọng thì

được phép chỉnh sửa và

xóa bỏ trong chế độ Base

Stage

20

Các bạn cũng có thể xét hệ kết cấu và tải trọng bằng cách chọn từng giai đoạn sử

dụng thanh công cụ Stage Toolbar

Display

Boundary tab Support (on) Load tab Nodal Load (on)

Tree Menu>Works tab

ConstructionStage>CS04

Hình 19 Hệ kết cấu tại giai đoạn thi công 4

Di chuyển con trỏ chuột

vào Stage Toolbar và

ấn vào nút mũi tên để

quan sát và chọn lựa

từng bước thi công

Thông tin các bước thi công

21

Nhập tải trọng thi công

Do mô men uốn tại nhịp đầu tiên lớn hơn các nhịp khác và có giá trị lớn nhất nên hệ cáp bổ sung được khuyến khích bố trí trong nhịp đầu tiên Và cũng vì nhịp đầu tiên

là nhịp đơn giản trong suốt quá trình xây dựng trong khi các nhịp khác là nhịp liên tục Hệ cáp bổ sung trong nhịp đầu tiên được gán trong giai đoạn thi công 1 (CS01) Sau khi hoàn tất việc thi công các nhịp bằng phương pháp MSS, các tĩnh tải bổ sung như mặt đường, lan can và dải phân cách được thêm vào Người dùng khai báo thêm các bước thi công, tải trọng và tĩnh tải bổ sung Từ biến tại giai đoạn 10,000 ngày khi xét các tĩnh tải bổ sung sẽ tạo ra một biểu đồ độ vồng, và người dùng cần kiểm soát độ vồng cho phép

Khai báo hệ cáp bổ sung trong bước thi công đầu tiên và các tĩnh tải bổ sung (2nd) được trình bày dưới đây:

Stage>Base

Load / /

Name (2nd); Type>Construction Stage Load Name (BotTendon); Type>Construction Stage Load 

Hình 20 Khai báo thêm các tải trọng thi công

Việc khai báo tải trọng chỉ

được thực hiện trong chế

độ bước cơ bản_Base

Stage

Tendon Profile Point (off) 

23

Lực căng trước do hoạt động của cáp tại giai đoạn thi công đầu tiên sẽ thể hiện trong giai đoạn thi công CS01 Quy trình áp dụng lực căng trước vào giai đoạn thi công đầu như sau:

1 Khai báo dữ liệu cáp

2 Gán lực căng trước vào nhóm tải trọng “BotTendon”

3 Kích hoạt nhóm tải trọng “BotTendon” trong CS01

Hình 22 Cáp DUL trong nhịp đầu tiên

Khai báo sơ đồ trục cáp DUL vào nhịp đầu tiên, được đề cập trong Hình 22. Cáp

DUL được bố trí hơn 40m từ vị trí i-th của phần tử số 2 tới vị trí j-th của phần tử số

9 Điểm đầu và điểm cuối của cáp được đặt tại vị trí cách mép cầu và cách gối cầu

thứ 2 là 5m Chiều dài của mỗi đốt phần tử là 50/10 = 5m

Điểm tham chiếu của

1>x ( 0 ), y ( 0 ), z ( 0.68 ), fix (off)2>x ( 5 ), y ( 0 ), z ( 0.062 ), fix (on), Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) 3>x ( 35 ), y ( 0 ), z ( 0.062 ), fix (on), Ry ( 0 ), Rz ( 0 ) 4>x ( 40 ), y ( 0 ), z ( 0.68 ), fix (off)

Profile Insertion Point ( Node 2 )

Radius Center (X, Y) ( 0, -2366.882 ); Offset ( -2.235 ) Direction>CW 

Tendon Name (Bot2); Tendon Property>Web Assigned Elements (2to9)

Straight Length of Tendon>Begin (0); End (0) Profile>Reference Axis>Curve (on)

1>x (0), y (0), z (0.68), fix (off) 2>x (5), y (0), z (0.062), fix (on), Ry (0), Rz (0) 3>x (35), y (0), z (0.062), fix (on), Ry (0), Rz (0) 4>x (40), y (0), z (0.68), fix (off)

Profile Insertion Point (Node 2)

Radius Center (X, Y) (0, -2366.882); Offset (2.235) Direction>CW

Hình 23 Khai báo sơ đồ bố trí cáp

Độ dốc được cố định

bằng một giá trị, chế độ

“fix” có thể được bật lên

‘on’ hoặc tạo ra trong

Tọa độ (x,y) tâm đường

trong của cầu này là

(0,-2366.882), cầu được mô

Node

Node

Node

Node 2