Phân tích cầu dầm I BTCT DUL liên hợp với bản mặt cầu

Properties Tab > Section  Properties dialog box>Section tab> Nhấn Bằng việc so sánh mặt cắt được xem trong PSC Viewer với các kích thước của mặt cắt ngang của các dầm đúc ngoài, ngư

Hướng dẫn nâng cao 9 Cầu dầm bê tông đúc sẵn

liên hợp bản mặt cầu

Khai báo các bước thi công / 37

Tổ hợp tải trọng / 44

Đồ thị mất mát US theo thời gian/ 47

Mất mát ứng suất trước trong cáp / 49

Độ giãn dài của cáp / 50

Đường ảnh hưởng / 51

Moving Load Tracer / 52

Ứng suất trong dầm đúc trong suốt quá trình thi công / 53

Tóm tắt

Bài ví dụ này phân tích cầu giản đơn với chiều dài nhịp là 120 ft, không có góc nghiêng theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD Kết cấu bao gồm 6 dầm căng trước với khoảng cách giữa các dầm là 9’-0” Các dầm được thiết kế để liên hợp với bản mặt cầu bê tông đúc tại chỗ,

có chiều dày là 8-in để chống lại ảnh hưởng của tĩnh tải bổ sung, hoạt tải và va chạm Chiều dày bề mặt lớp phủ là ½ in, là một phần trong chiều dày 8-in của bản mặt cầu Và tính toán thêm 2-in cho lớp phủ mặt cầu sẽ được xây dựng trong tương lai

Ví dụ này giống với một phần đã được trình bày trong bài hướng dẫn thiết kế cầu PCI_PCI Bridge Design Manual

Các kích thước cầu:

Hình 1a Mặt cắt ngang cầu

Hình 1b Kích thước dầm đúc sẵn

Độ dày kết cấu bản mặt cầu 7.5 in

Chiều sâu dầm ngang 7.5 in (bằng với độ dày bản mặt cầu)

Bề rộng dầm ngang trong 10 ft (k/c từ tâm tới tâm giữa các dầm ngang)

Cường độ bê tông (28-ngày) 6.5 ksi

Thép – Cáp dự ứng lực: ½ in đường kính tao cáp, 7 sợi, độ tự chùng thấp

Mô đun đàn hồi: 28500 ksi

Cường độ cực hạn: 270.0 ksi

Cường độ chảy dẻo: 243.0 ksi

Tải trọng:

Tĩnh tải

Bê tông bản mặt cầu

Dầm PC bên ngoài (8/12ft) (7.5ft) (0.150kcf) = 0.750 kip/ft Dầm PC bên trong (8/12ft) (9.0ft) (0.150kcf) = 0.900 kip/ft Nách trên dầm (0.5/12ft) (3.5ft) (0.150kcf) = 0.022 kip/ft Rào chắn

(2 rào chắn)(0.300 kip/ft)/(6 dầm) = 0.100 kip/ft Mặt mặt cầu trong tương lai

(2/12ft)(0.15kcf)(48ft)/(6 dầm) = 0.200 kip/ft Tải trọng dự ứng suất

Ứng suất của cáp trước khi chuyển = 202.50 ksi (75% cường độ tối đa)

Mở File và cài đặt chương trình

> New Project

> Save (PSC Single Span)

Tools Tab > Unit System

Length>in; Force (Mass)>kips 

Hình 2 Mở File và cài đặt chương trình làm việc

Tới Properties Tab > Material Properties 

Properties dialog box>Material tab> Nhấn

Tỷ trọng khối lượng bản mặt cầu được gán với giá trị bằng 0, bởi vì chúng ta muốn

xử lý khối lượng của bản mặt là tải trọng dầm_Beam Loads, ngược lại tải trọng bản thân lại được chương trình tính toán tự động sau khi khai báo mặt cắt liên hợp cho các bước thi công (tham khảo trang 40)

Name> Precast Beams

Ví dụ trong bài hướng dẫn này, tỷ trọng của cáp được xem xét giống với tỷ trọng của

bê tông, vì nó sẽ dễ dàng so sánh kết quả với ví dụ trong bài hướng dẫn thiết kế cầu PCI Trong ví dụ của PCI Bridge Design Manual không xem xét riêng tỷ trọng của cáp)

Name> Cross Beams

Nhấn

Đặc tính vật liệu thay đổi theo thời gian:

Properties Tab > Time Dependent Material Section > Creep / Shrinkage 

Time Dependent Material (Creep / Shrinkage) dialog box > Nhấn

Name>CEB-FIP

Code>CEB-FIP(1990)

Compressive strength of concrete at the age of 28 days>6.5

Relative Humidity of ambient environment (40–99)>70

Notational size of member>10 (Đây là giá trị tạm thời sẽ được thay thể sau khi tính

toán bởi chương trình)

Type of cement>Normal or rapid hardening cement (N, R) 

Age of concrete at the beginning of shrinkage>3

Hình 5 Hệ số từ biến

Properties Tab > Time Dependent Material Section > Comp Strength 

Time Dependent Material (Comp Strength) dialog box > Nhấn

Hình 6 Dữ liệu cường độ nén

Properties Tab > Time Dependent Material Section > Material Link 

Time Dependent Material Type>Creep/Shrinkage>CEB-FIP

Time Dependent Material Type>Comp Strength>C6500

Select Material to Assign>Materials>2:Precast Beams

Thông số mặt cắt:

Các mặt cắt được khai báo theo trình tự sau:

Dầm đúc trong_Interior Precast Beams

Dầm đúc ngoài_Exterior Precast Beams

Dầm ngang hai đầu_End Cross Beams

Dầm ngang bên trong_Interior Cross Beams

Dầm đúc ngoài và dầm đúc trong đều khác nhau về chiều rộng bản mặt có hiệu ở mỗi dầm

Và dầm ngang hai đầu và bên trong cũng khác nhau về chiều rộng của chúng

Properties Tab > Section 

Properties dialog box>Section tab> Nhấn

Bằng việc so sánh mặt cắt được xem trong PSC Viewer với các kích thước của mặt

cắt ngang của các dầm đúc ngoài, người dùng có thể tính toán các điểm quan trọng

Properties dialog box >Section tab>ID 1 (Interior Precast Beams)

Properties dialog box >Section tab>Nhấn

Mô hình kết cấu sử dụng chức năng Nodes và Elements

Tools / Unit System

Length>ft; Force (Mass)>kips 

Dầm đúc sẵn:

Nhấn Auto Fitting

Nhấn Node Number

Node / Element Tab > Extrude 

Select Window >Nodes 1 and 6

Extrude Type>Node Line Element

Element Attribute>Element Type>Beam

Material>2: Precast Beams

Section>2: Exterior Precast Beams

Select Window >Nodes 2to5

Extrude Type>Node Line Element

Element Attribute>Element Type>Beam

Material>2: Precast Beams

Section>1: Interior Precast Beams

Select Window >Nodes 1 and 29

Extrude Type>Node Line Element

Element Attribute>Element Type>Beam

Material>4: Cross Beams

Section>3: End Cross Beams

Generation Type>Translate

Translation>dx,dy,dz>0, 9, 0

Number of Times>5

Nhấn

Select Window >Nodes 7to27by2

Extrude Type>Node Line Element

Element Attribute>Element Type>Beam

Material>4: Cross Beams

Section>4: Interior Cross Beams

Bật chuyển Element Number để kiểm tra mô hình hình học và số thứ tự các nút

và phần tử, và sau đó tắt chuyển chức năng này

Điều kiện biên gối của kết cấu

Boundaries Tab> Supports 

Select Window >Node 1

Options>Add

Support Type (Local Direction)>D-ALL

Nhấn

Hính 11 Cửa sổ khai báo gối

Select Window >Node 29

Support Type (Local Direction)> Dy, Dz

Nhấn

Select Window >Nodes 2to6

Support Type (Local Direction)> Dx, Dz

Nhấn

Select Window >Nodes 30, 75to78

Support Type (Local Direction)> Dz

Nhấn

Click

Hình 12 Mô hình điều kiện biên

Dữ liệu tải trọng

Tải trọng được khai báo theo trình tự sau:

Nhóm tải trọng_Load groups

Tĩnh tải_Static loads

Tải tringj ứng suất_Prestress loads

Tải trọng di chuyển_Moving loads

Nhóm tải trọng:

Để thực hiện phân tích thi công, bài toán yêu cầu phải khai báo các nhóm phần tử, biên và tải trọng Nhóm tải trọng được khai báo ở đây để tạo thuận lợi cho việc phân công tải trọng

về các nhóm tương ứng

Trong Tree Menu: Click Group tab

Right-click Load Group

Select Identity dialog box>Select Type>Section

Nhấn “1: Interior Precast Beams”

Nhấn

Nhấn

Load Tab > Beam Load Section > Element 

Load Case Name>Deck

Load Group Name>Deck

Direction>Global Z

Projection>No

Hình 14 Cửa sổ khai báo tải trọng lên dầm_ Element Beam Loads

Tải trọng đã nhập được thể hiện trên cửa sổ Model View

Nhấn Select Identity-Elements

Select Identity dialog box>Select Type>Section

Nhấn “2: Exterior Precast Beams”

Nhấn

Nhấn

Load Case Name>Deck

Load Group Name>Deck

w>-0.772 (0.750 deck + 0.022 haunch)

Nhấn

Nhấn Select Identity-Elements

Select Identity dialog box>Select Type>Section

Nhấn “1: Interior Precast Beams”

Nhấn

Nhấn “2: Exterior Precast Beams”

Nhấn

Nhấn

Load Case Name>Wearing surface

Load Group Name>Wearing surface

w>-0.2

Nhấn

Nhấn Select Previous

Load Case Name> Barrier

Load Group Name> Barrier

w>-0.1

Nhấn

Nhấn

Load >Structure Loads/Masses Section > Self Weight 

Load Case Name> PC & C/B

Load Group Name> PC & C/B

Self Weight Factor>Z>-1

Nhấn

Nhấn

Dữ liệu và tải trọng ứng suất:

Trong Tree Menu: Click Group tab

Right-click Tendon Group

Tools / Unit System

Length>in; Force (Mass)>kips 

Load Tab >Temp/Prestress Option> Tendon Property 

Tendon Property dialog box>Nhấn

Tendon Name>TH

Tendon Type>Internal (Pre-Tension)

Material>3: Tendon

Nhấn ô phía bên phải của Total Tendon Area

Tendon Area dialog box> Strand Diameter>12.7mm (0.5”)

Tendon Property dialog box>Nhấn

Tendon Name>TS

Tendon Type>Internal (Pre-Tension)

Material>3: Tendon

Nhấn ô phía bên phải của Total Tendon Area

Tendon Area dialog box> Strand Diameter>12.7mm (0.5”)

Toggle off Node Number

Toggle on Element Number

Nhấn Top View

Nhấn Select Identity-Elements

Select Identity dialog box>Select Type>Section

Nhấn “1: Interior Precast Beams”

Nhấn “2: Exterior Precast Beams”

Nhấn

Nhấn

Đi tới View Tab > Nhấn Activate

Load>Temp./Prestress Option> Tendon Profile 

Tendon Profile dialog box>Nhấn

Trong Hình 19, điểm chèn của dầm trong và dầm ngoài được đặt ở phần dưới cùng của bản cánh dưới Tuy nhiên, tọa độ thẳng đứng (trục Z) của các điểm chèn lại khác nhau Đó là bởi vì khảng cách giữa trục trung hòa tới sợi phía dưới là khôkhoobawngf nhau do có sự khác nhau về bệ rông có hiệu của bản mặt cầu bê tông

Tendon Profile dialog box>Chọn TH1

Distance>0, 108, 0

Nhấn

Chọn TH1-Copy

Nhấn

Tendon Profile dialog box>Chọn TH2

Nhấn

Chọn TH2-Copy

Nhấn

Tendon Name> Chuyển thành TH3

Group> Chuyển thành Tendon3

Nhấn vào Assigned Elements

Chuyển Group thành Tendon4 và Tendon5 cho TH4 và TH5, tương ứng

Tendon Profile dialog box>Chọn TH5

Nhấn

Chọn TH5-Copy

Nhấn

Tendon Name> Chuyển thành TH6

Group> Chuyển thành Tendon6

Nhấn vào Assigned Elements

Nhấn Unselect All

Select Window > Elements 2to24by2

Profile Insertion Point>Chuyển thành -6, 540, -52.79

Click in Assigned Elements

Select Window > Elements 1to23by2

Hình 21 Dữ liệu khai báo và bố trí cáp

Profile Insertion Point>-6, 0, -52.79

Tendon Profile dialog box>Chọn TS2

Nhấn

Chọn TS2-Copy

Nhấn

Tendon Name> Chuyển thành TS3

Group> Chuyển thành Tendon9

Nhấn vào Assigned Elements

Chuyển Group thành Tendon10 và Tendon11 tương ứng cho TS4 và TS5

Tendon Profile dialog box>Chọn TS5

Nhấn

Chọn TS5-Copy

Nhấn

Tendon Name> Chuyển thành TS6

Group> Chuyển thành Tendon12

Nhấn vào Assigned Elements

Nhấn Unselect All

Select Window > Elements 2to24by2

Profile Insertion Point>Chuyển thành -6, 540, -52.79

Nhấn

Nhấn

Kiểm tra trực quan dữ liệu cáp đã được nhập

Nhấn Iso View

Trong Tree Menu: Nhấn Works tab

Prestressing Tendon> Tendon Profile

Nhấn chuột phải và chọn Display

Nhấn Initial View

Load Tab >Temp./Prestress Option > Tendon Prestress 

Load Case Name>Prestress

Load Group Name>Prestress

Chọn Tendon for Loading>Tendon> Chọn tất cả cáp (TH1~TH6, TS1~TS6)

Trong Tree Menu: Nhấn tab Group

Nhấn vào Structure Group

Chọn New…

Name>Cross Beam

Hình 23 Cửa sổ khai báo nhóm kết cấu

View Tab > Select Option > Select Identity > Select Type : Material >

Việc gán các phần tử vào nhóm được xác định bằng cách kích chuột 2 lần liên tiếp

vào mỗi nhóm Groups trong Tree Menu và người dùng quan sát được các phần tử

đó được thể hiện trong cửa sổ mô hình_Model View

Chú ý:

Để tăng độ chính xác khi phân tích hoạt tải đứng, số dầm ngang cũng nên mô hình thêm Điều này có thể được thực hiện bằng cách cung cấp số lượng lớn các dầm ảo

có khoảng cách đều nhau theo chiều ngang “Cross Beams, và có tỷ trọng khối lượng

= 0 Chiều sâu và chiều rộng của các dầm ngang này “Cross Beams”tương ứng bằng với độ dày của bản mặt cầu và khoảng cách từ tâm tới tâm giữa các dầm ảo

Tools / Unit System

Length>ft; Force (Mass)>kips 

Toggle on Node Number

Toggle off Element Number

Load Tab > Moving Load Option >Moving Load Code Dropbox 

Select > AASHTO LRFD

Hình 25 Làn giao thông và các độ lệnh tâm của các làn

Load Tab > Moving Load Option > Traffic Line Lanes 

Traffic Line Lanes dialog box>Nhấn

Lane Name>Lane 1

Eccentricity>-4.5

Vehicular Load Distribution>Cross Beam

Nhấn vào hộp thoại chọn điểm đầu tiên

Nhấn chọn Node 1 và 29 từ cửa sổ mô hình_Model View

Nhấn

Hình 26 Khai báo thiết kế làn_Design Traffic Line Lanes

Traffic Line Lanes dialog box>Nhấn

Lane Name>Lane 2

Eccentricity>-16.5

Vehicular Load Distribution>Cross Beam

Cross Beam Group>Cross Beam

Moving Direction>Both

Selection by>2 points

Nhấn vào hộp thoại chọn điểm đầu tiên

Nhấn chọn Node 1 và 29 từ cửa sổ mô hình_Model View

Nhấn

Traffic Line Lanes dialog box>Nhấn

Lane Name>Lane 3

Eccentricity>-28.5

Vehicular Load Distribution>Cross Beam

Cross Beam Group>Cross Beam

Moving Direction>Both

Selection by>2 points

Nhấn vào hộp thoại chọn điểm đầu tiên

Nhấn chọn Node 1 và 29 từ cửa sổ mô hình_Model View

Nhấn

Traffic Line Lanes dialog box>Nhấn

Lane Name>Lane 4

Eccentricity>-40.5

Vehicular Load Distribution>Cross Beam

Cross Beam Group>Cross Beam

Moving Direction>Both

Selection by>2 points

Nhấn vào hộp thoại chọn điểm đầu tiên

Nhấn chọn Node 1 và 29 từ cửa sổ mô hình_Model View

Nhấn

Nhấn

Load Tab > Moving Load Option > Vehicles 

Vehicles dialog box>Nhấn

Standard Name>AASHTO LRFD Load

Vehicular Load Name>HL-93TDM

Vehicular Load Type>HL-93TDM

Dynamic Allowance: 33 (%)

Nhấn

Hình 27 Khai báo tải trọng xe tiêu chuẩn_Standard Vehicular Loads

Vehicles dialog box>Nhấn

Standard Name>AASHTO LRFD Load

Vehicular Load Name>HL-93TRK

Vehicular Load Type>HL-93TRK

Dynamic Allowance: 33 (%)

Nhấn

Nhấn

Load Tab > Moving Load Option > Moving Load Cases

Moving Load Cases dialog box>Nhấn

Load Case Name>MLC

Nhập các dữ liệu dưới đây vào cửa sổ Multiple Presence Factor:

Min Number of Loaded Lanes>1

Max Number of Loaded Lanes>4

Assignment Lanes>List of Lanes>Select all lanes (Lane 1, Lane 2, Lane 3, Lane 4)

Nhấn

Nhấn

Define Moving Load Case dialog box>Nhấn

Sub-Load Case dialog box>Vehicle Class>VL:HL-93TRK

Scale Factor>1

Min Number of Loaded Lanes>1

Max Number of Loaded Lanes>4

Assignment Lanes>List of Lanes>Select all lanes (Lane 1, Lane 2, Lane 3, Lane 4)

Nhấn

Nhấn

Hình 29 Khai báo các trường hợp tải trọng di chuyển

Dữ liệu phân tích thi công

Có ba bước thi công được khai báo cho mô hình cầu trong bài hướng dẫn này Chi tiết của các bước thi công được trình bày dưới đây:

Bảng 1.2 Các giai đoạn thi công

Bước Ngày Mô tả

Bước 1 (30 ngày) 1 Đặt dầm đúc sẵn và dầm ngang, bố trí tao

cáp

21 Đổ bê tông bản mặt cầu

Bước 2 (30 ngày) 1 Ứng xử liên hợp giữa dầm và bản mặt cầu

xảy ra

1 Lắp đặt rào chắn, lan can

6 Đổ lớp phủ bản mặt cầu

Bước 3 (10000 ngày) - -

Chú ý: Tuổi của tất cả các dầm đúc sẵn (dầm đúc sẵn và dầm ngang) là 7 ngày tại thời

điểm đúc (ngày đầu tiên của bước 1)

Khai báo các bước thi công:

Góc trên bên trái của cửa sổ mô hình > Define Construction Stage 

Construction Stage dialog box>Nhấn

Group List>PC & C/B

Nhấn trong cửa sổ Activation

Nhấn trong cửa sổ Activation

Group List> Wearing Surface

Active Day>6

Nhấn trong cửa sổ Activation

Nhấn