Phân tích cầu dầm hộp BTCT dự ứng lực Hiếm

Trong trường hợp của “Flexural Strength”, nếu ‘Code’ được lựa chọn, Tiêu chuẩn thiết kế được sử dụng để xác định cường độ chịu uốn của mặt cắt PSC Box girder AASHTO-LRFD 12, Điều 5.7.3.

Cầu dầm hộp dự ứng lực (AASHTO LRFD 2012)

Hướng dẫn nâng cao 14

Cầu dầm hộp dự ứng lực

1 Tổng quan

2 Mở file và cài đặt tùy chọn

3 Kiểm tra dữ liệu mô hình

CONTENTS

Tổng quan ··· 1

Tính chất của vật liệu và ứng suất cho phép ··· 5

Kiểm tra kích thước mặt cắt ··· 5

Tải trọng ··· 6

Mở file mô hình và lưu ··· 9

Kiểm tra dữ liệu mô hình ··· 10

Khai báo cốt thép thường ··· 11

Kiểm soát phân tích thi công theo giai đoạn & lỗi phân tích và các bookmark chưa khai báo Thiết kế mặt cắt PSC ··· 15

Khai báo các thông số thiết kế ··· 15

Tổ hợp tải trọng ··· 17

Chỉnh sửa tính chất của vật liệu ··· 18

Chọn các vị trí thiết kế PSC Design ··· 19

Chọn vị trí xuất ··· 21

Gán đoạn dầm PSC ··· 23

Trường hợp tải trọng với ứng suất cho phép ··· 23

Thiết kế mặt cắt PSC ··· 24

Kết quả thiết kế ··· 25

Báo cáo tính toán thiết kế PSC bằng excel file ··· 25

Kiểm tra bẳng kết quả thiết kế ··· 25

Lực thiết kế PSC ··· 36

Biểu đồ kết quả thiết kế PSC ··· 38

Mô hình

Phân tích kết cấu

Khai báo các thông số thiết kế

Khai báo tổ hợp tải trọng

Có một số chức năng giới hạn trong thiết kế PSC với midas Civil

1 Phân tích thi công theo giai đoạn phải được thực hiện vì mặt cắt PSC cần được kiểm tra trong quá trình thi công và giai đoạn khai thác

2 Mặt cắt thiết kế PSC chỉ có thể được thể hiện qua phần tử dầm Tất cả các phần tử trên mặt phẳng X-Y được coi như phần tử dầm (Beam members) và những phần tử trong mặt phẳng nghiêng với X-Y được xem như phần tử cột trong midas Civil Tuy nhiên, các phần tử tự động được gán có thể được chỉnh sửa bằng các sử dụng

Tiêu chuẩn cầu và mặt cắt

Lo i c u: 3-nh p liên t c PSC Box Bridge (FSM) Chi u dài nhịp: L = 40.0+ 45.0 + 40.0 = 125.0 m Chi u rộng cầu: B = 8.5 m (2 lanes)

Góc nghiêng : 0˚(ko nghiêng)

Hình 3 Mặt cắt đặc trưng Unit: m

Hình 5 Bố trí cốt thép thường Unit: mm

#4 N = 19 #4

Tính chất vật liệu và ứng suất cho phép

 Tính chất của bê tông cho kết cấu

ASTM Grade: C5000

 Đặc trưng cáp DUL

P.C Strand: Φ15.2 mm (0.6˝strand)

Yield Strength: fpy = 1600 N/mm2

Ultimate Strength: fpu = 1900 N/mm2

Cross Sectional area: Ap = 2635.3 mm2

Modulus of Elasticity: Eps = 2.0 X 105 N/mm2

Jacking Stress: fpj = 0.7fpu = 1330 N/mm2

Curvature friction factor: μ = 0.3 /rad Wobble friction factor: k = 0.0066 /m Anchorage Slip: Δs = 6 mm (At the Beginning and at the End)

Kiểm tra kích thước cho mặt cắt dầm

- Bản cánh dưới:

Khoảng không giữa các bản bụng, lw = 3864 mm

Chiều dầy mỏng nhất = 3864/30 =128.8 mm Chiều dầy bản cánh dưới = 250 mm OK

 Kiểm tra có cần thiết sử dựng dự ứng lực ngang hay không

lw = 4.400 m < 4.57 m( = 15 feet) không cần dự ứng lực ngang

 Kiểm tra độ dầy bản bụng

Chiều dầy mỏng nhất, tmin = 304 mm ( = 12 inches) Chiều dầy bản bụng, tw = 318 mm OK

 Kiểm tra chiều dài của bản cánh hẫng trên

Khoảng cách giữa đường chỉnh tâm của bản cánh: ln = 4950 mm

ln X 0.45 = 2228 mm > 1500 mm OK

Tải trọng

 Tỉnh tải

Bản thân Nhập tải trọng bản thân Tải trọng chất thêm

w = 35.796 kN/m

 Lực căng

Bó cáp (φ15.2 mm×19 (φ0.6˝- 19)) Diện tích: Ap = 2635.3 mm2Kíc cỡ ống gen: 103 mm Lực căng: 70 % cường độ tới hạn

2Ứng suất căng sau khi mất mát (Phần mềm sẽ tự tính toán) Mất mát do ma sát: ( kL )

0 ) X

Mất mát co ngót đàn hồi: ΔPE = ΔfP.ASPMất mát cuối cùng (sẽ được phần mềm tự tính toán) Trùng cáp (CEB-FIP)

Mất mát do từ biến và co ngót (CEB-FIP)

 Từ biến và co ngót

Tiêu chuẩn: CEB-FIP (1990)

Cường độ chịu nến của bê tông tại ngày tuổi 28:

34.474 N/mm2

Độ ẩm của môi trường: 70%

Kích thước quy ước của các thành phần: 364 mm

Loại xi măng: Bình thường hoặc đông két nhanh (N, R)

Tuổi bê tông khi tính cho dài hạn: t0 = 5 days Tuổi bê tông bắt đầu co ngót: 3 days

Nhiệt độ bảo dưỡng: T = 20˚C

Hệ số từ biến: Phần mềm tự động tính toán Hện số co ngót: Phần mềm tự động tính toán

Hình 6 NHiệt độ cốt liệu dương chiều thẳng đứng

1.46

 Tải trọng gió

Tải trong gió: 3 kN/m2

Hình 7 Phân bố tải trọng gió

Tổng chiều cao = Chiều cao dầm + Gờ chắn bánh + Gờ giảm ồn = 3+1+2.5 = 6.5 m

Áp xuất gió = 3 kN/m2Tải trọng gió = 6.5 X 3 kN/m2 = 19.5 kN/m (Lực ngang) = 19.5 kN/m X -1.46m = -28.47 kN.m/m (Moment)

3 kN/m2

Mở file và lưu

Cho thi công giai đoạn của cầu đúc trên đà giáo cố định FSM, mở ( Open Project)

‘FSM’ file, và kích lưu tên ‘PSC Design’

/ Open Project / Save As…(PSC Design)

Kiểm tra dữ liệu mô hình

Trong ví dụ này, ảnh hưởng của cốt thép thường sẽ được xem xét cho tính toán đặc trưng mặt cắt và chống lại từ biến

Hình 8 Mô hình FSM được sử dụng cho kiếm tra

Aw là diện tích của cốt thép thẳng đướng, được bố trí vào bản bụng của mặt cắt và Awt

là một loại của cốt thép lưới ngoài (Hình 9 ) Alt là tổng diện tíc (Hình 9 ) của cốt thép dọc được phân bố xung quanh

 Trong ví dụ này

bố trí cốt thép

thường dọc cầu

được giản đơn

hóa cho thuận

tiện

#4

#4 N = 19

Hình 10.2 Cốt thép thường của mặt cắt PSC section

Chỉnh sửa Construction Stage Analysis Control Data để xét đến ảnh hưởng của cốt thép trong khả năng chống lại từ biến và co ngót Trong trường hợp mặt cắt dầm PSC, chúng

ta có thế xem xét để tính toán đặc trưng mặt cắt của dầm hộp PSC

Chúng ta đã sẵn sang phân tích kết cấu

Analysis / Construction Stage Analysis Control… / Time Dependent Effect Control

Consider Re-Bar Confinement Effect (on) 

Analysis / Main Control Data

Analysis / Perform Analysis

Hình.11 Hộp thoại để kiểm soát quá trình phân tích theo giai đoạn

Hình.12 Main Control Data dialog box

Khai báo thông số thiết kế

Khai báo các thông số thiết kế như tiêu chuẩn thiết kế, loại cáp, loại cầu, phương pháp thi công, điều kiện ăn mòn và phương pháp tình toán cường độ của dầm PSC

Trong trường hợp của “Flexural Strength”, nếu ‘Code’ được lựa chọn, Tiêu chuẩn

thiết kế được sử dụng để xác định cường độ chịu uốn của mặt cắt PSC Box girder (AASHTO-LRFD 12, Điều 5.7.3.2) Phương pháp ‘Strain Compatibility’ và phương pháp cung cấp tính chính xác cao hơn để tính toán cường độ chịu uốn dựa vào phương pháp tiếp cận ứng suất tương thích

Người dùng có thể tùy chọn trong mục “Output Parameters” dựa trên yêu cầu

PSC / Design Parameters / PSC Design Parameters…

Thông số nhập

Tiêu chuẩn thiết kế: AASHTO-LRFD 12

Loại cáp: Low Relaxation Tendons (on)

Kiểu thi công: Segmental (on) Điều kiện ăn mòn: Severe (on) Cường độ chịu uốn: Code (on)

Hệ số chịu đựng của chiều rộng nứt: Class I (1.0)

Thông số đầu ra

Select All 

Hình 13 Khai báo thông số thiết kế

Tổ hợp tải trọng

Chúng ta có thể xuất ra các tổ hợp tải trọng cho thiết kế PSC dựa trên tiêu chuẩn thiết

kế cầu (AASHTO –LRFD 12),

Trong midas Civil, Chức năng ‘Auto Generation’ tự động xuất ra tổ hợp tải trong cho

ULS và SLS phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế người dùng yêu cầu

Trong ví dụ này chúng ta sẽ xuất ra các tổ hợp tải trọng dựa trên tiêu chuẩn LRFD 12).

(AASHTO-Results / Load Combination / Concrete Design/ 

Nhập các thông số cho tiêu chuẩn tính tóan

Tiêu chuẩn thiết kế > AASHTO-LRFD 12

Sử dụng trường hợp tải trọng giai đoạn> CS Only

Điều kiện nhiệt độ > All Other Effects 

Hình.14 Tổ hợp tải trọng tự động khai báo

Tải trong sơ cấp của cáp không bao gồm trong kiếm toán uống Nó bởi vì cáp sở cấp được

 Nếu “CS Only”

đươc chọn,

chương trình sẽ

xuất ra tổ hợp tải

trọng sau khi phân

tích thi công theo

giai đoạn và nó chỉ

bao gồm các

trường hợp tải

trọng

Điều chỉnh tính chất vật liệu

Chức năng này được sử dụng để chiều chỉnh thông số của cốt thép thường và vật liệu

bê thông khai báo khi tạo mô hình phân tích Chức năng này sẽ chỉ sử dụng cho thiết kế

và điều chỉnh cường độ Phân tích không bị ảnh hưởng Trong ví dụ thiết kế này, vật liệu bê tông giống như ví dụ i.e C5000, chúng ta chỉ cần xác định cốt thép chủ (Main rebar) i.e Thép dọc và thép tăng cường được sử dụng cho chống cắt

PSC / PSC Design Data/ PSC Design Material…

Material List> ID1 Concrete Material Selection

Code>ASTM (RC) Grade>C5000

Rebar Selection

Code> ASTM (RC) Grade of Main Rebar>Grade 60; Grade of Sub-Rebar>Grade 60



Hình 15 Điều chỉnh tính chất cho vật liệu thép và bê tông

Chọn vị trí thiết kế PSC

Sử dụng chức năng này chúng ta có thể lựa chọn phần tử và đầu của chúng (chỉ đầu I, đầu J hoặc cả 2 đầu I & J) để kiểm tra mô ment và lực cắt cho cả 2 cho dầm PSC Nếu bạn không chọn được vị trí cho các phần tử, phần mềm sẽ mặc định kiểm tra cả 2 đầu ts (I&J) cho cả mô men mà lực cắt

PSC / PSC Design Data / Design/Output Option / Design Position…

Option>Add/Replace

Select Elements by Identifying… (Element: 16, 17, 26, 27)

Moment> I &J (on) Shear> None (on)

Select Elements by Identifying… (Element: 1to2)

Moment> None (on) Shear> I &J (on) 

Hình.16 Lựa chọn thiết kế PSC

Chúng ta có thể kiểm tra phần tử được chọn và các vị trí trong bảng và nó cũng có thể được thêm vào, sửa đổi và xóa trong bảng

Trong bảng, Xóa toàn bộ các phần tử được chọn để kiểm tra

Như đã nói, Nếu người dùng không xác định vị trí kiểm tra cho các phần tử, chương trình sẽ tự động kiểm tra các đầu I & J của tất cả các phần tử

PSC / PSC Design Data / Design/Output Option / Design Position…

Chọn vị trí xuất

Sử dụng tính năng này chúng ta có thể chọn đầu cho phần tử, những phần tử sẽ được xuất kết quả về mô men chồng uống, lực cắt, xoắn trong báo cáo đầu ra theo file excel xuất ra từ ‘PSC Design Calculation’ sau thiết kế PSC Chú ý rằng chúng ta chỉ có thể xuất kết quả cho các phần tử đã được gán PSC Design Option

Trong ví dụ tiếp theo, chúng ta sẽ xuất ra mô men uống, lực cắt, xoắn và cường độ của các phần tử tại vị trí giữa nhịp và tại vị trí gối đỡ

PSC / PSC Design Data / Design/Output Option / Output Position…

Option>Add/Replace

Select Elements by Identifying… (Element: 16, 17, 26, 27, 35, 36)

Moment Strength> M (+) >I &J (on) Moment Strength> M (-) >I &J (on) Shear Strength>I &J (on)

Torsion Strength>I &J (on) 

Hình 18 Hộp thoại xuất kết quả

Chúng ta có thể kiểm tra các phần tử được chọn và các vị trí của bảng và nó có thể

PSC / PSC Design Data / Design/Output Option / Output Position…

Sau đó kích ch n vào ngay bên ph i c a m c thi t k PSC Design nh trong Hình

18

Hình 19 Bảng thể hiện các lựa chọn vị trí

Trường hợp ứng suất cho phép của bê tông

Sử dụng lựa chọn này chúng ta có thể lựa chọn tổ hợp tải trong nào được chọn để kiểm tra ứng suất trong bê tông Cường độ nén trong đốt dầm chịu dự ứng lực được tính đến trong giai đoạn sử dụng I và giai đoạnIII được sử dụng để kiểm tra ứng suất căng trong cấu kiện bê tông ứng suất trước

PSC / PSC Design Data / Concrete Allowable Stress Load Case

Chọn các tổ hợp tải trọng cLCB15~cLCB22 và gán chúng dưới danh nghĩa Service

Limit I bằng cách chọn nút ngay bên cạnh hộp Service Limit I

Chọn tổ hợp tải trongk cLCB25~cLCB28 và gán chúng dưới danh nghĩa Service Limit

III bằng cách chọn nút ngay bên cạnh hộp Service Limit III

Kết quả thiết kế

Chúng ta có thể xem kết quả thiết kế trong bảng (PSC>PSC Design Results>

Result Tables) Chúng ta cũng có thể kiểm tra kết quả thiết kế trong bảng kết quả thiết

kế này tương ứng với thông số ‘Input’ và ‘Output’ khai báo trong thông số thiết kế

‘PSC Design Parameters’

Báo cáo tính toán file excel PSC

Nó cung cấp kết quả thiết kế trong file excel cho thiết kế PSC trong mục PSC Print Option

Báo cáo này có thể được xuất trong bước Post CS càng nhiều phần tử được chọn, thời gian để xuất kết quả càng lâu

File được lưu trong mẫu file (*.mcb)

PSC / PSC Design / Excel Report

Kiểm tra bảng kết quả thiết kế

Các kết quả cần kiểm tra được phân ra làm 2 loại

Trong hạng mục 1, chúng ta có thể kiểm tra ứng suất tại bước thi công và tải trọng sử dụng

Hạng mục 2 tương ứng với trạng thái giới hạn, ở đó chúng ta có thể kiểm tra cường độ chịu uốn, cắt và tổ hợp lực cắt và xoắn với hệ số tải trọng

Hình 21 Bảng thiết kế PSC

Các quy ước sử dụng cho ứng suất

- Compression: (+)

- Tension: (-)

1 Kiểm tra ứng suất cho giai đoạn thi công

Nó kiểm tra nén và ứng suất căng cho mặt cắt tại một giai đoạn thi công Các kiểu tra này được làm theo mục 5.9.4.1.1 và 5.9.4.1.2 của AASHTO LFRD 12 Ứng suất Max/Min được thể hiện cho mỗi đầu của phần tử (I, J), cho giai đoạn thi công

mà ứng suất là lớn nhất

Miêu t b ng k t qu v i các thông s Elem : S th t ph n t FTL : Ứng suất tổng hợp do mô ment

uốn tại trục chính (My), trục phụ (Mz) và l c d c tr c t i th trái trên

uốn tại trục chính (My), trục phụ (Mz) và lực dọc trục tại thớ trái

d i

Comp/Tens : Nén, kéo FTR : Ứng suất tổng hợp do mô ment

uốn tại trục chính (My), trục phụ (Mz) và lực dọc trục tại thớ ph i trên

Stage :Critical Construction

Stage

FBR : Ứng suất tổng hợp do mô ment

uốn tại trục chính (My), trục phụ (Mz) và lực dọc trục tại thớ phải

2 Ứng xuất kéo cho cáp dự ứng lực

Nó kiểm tra ứng xuất kéo cho cáp dự ứng lực dựa theo điều 5.9.3 of AASHTO LRFD 12 Kết quả biểu diễn theo nhóm cáp Tendon Groups

Di n đ t n i dung b ng k t qu

sau khi đ t neo t i v trí neo FDL1 : Ứng suất lớn nhất theo chiều

dọc của phần tử xa dần từ neo,

ng su t ngay sau khi đ t neo

AFDL2 : Ứng suất cho phép của cáp ngay

sau khi đặt neo tại vị trí neo đâu

đ y

FDL2 : ứng suất ngay sau khi đặt neo và

vị trí khác theo chiều dài cáp

AFLL1 : Ứng suất cho phép của cáp trong

tr ng thái gi i h n sau m t mát FLL1 : Ứng suất lớn nhất sau mất mát

tại bước cuối cùng

3 Kiểm tra ứng suất mặt cắt tại trạng thái sử dụng

Kiểm tra ứng suất kéo và nén cho mặt cắt tại vị trí tải trọng sử dụng, theo điều 5.9.4.2.1 và 5.9.4.2.2 của AASHTOLRFD 12 Bảng cho kết quả của ứng suất kéo

và nén lớn nhất cho mỗi phần của các phần tử tương ứng với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất ( gây ra ứng suất)

Gi i thích b ng k t qu

quanh trục chính (My) và lực dọc trục thớ dưới

Part : vị trí kiếm tra (I-End,

J-End) c a ph n t

FTL : Ứng suất tô hợp của mô men uống

quanh trục chính (My), trục phụ (Mz) và lực dọc trục thớ trên trái

Comp./Tens : Compression or Tension

Stress

FBL : Ứng suất tô hợp của mô men uống

quanh trục chính (My), trục phụ (Mz) và lực dọc trục thớ dưới trái

Type : Lực thành phần do hoạt tải

gây ra ứng lực lớn nhất

FTR : Ứng suất tô hợp của mô men uống

quanh trục chính (My), trục phụ (Mz) và lực dọc trục thớ trên phải

LCom Name

: Tên t h p t i trong FBR : Ứng suất tô hợp của mô men uống

quanh trục chính (My), trục phụ (Mz) và lực dọc trục dưới trên phải

ALW : Ứng suất cho phép của bê tông

giai đoạn sử dụng AASHTO LRFD

12 5.9.4.2.1 & 5.9.4.2.2