thiết kế cầu bãi cháy bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn

thiết kế cầu bãi cháy ,bằng phương pháp, phân tích phần tử hữu hạn

3) Cáp dây văng

Nghiên cứu sâu hơn về tạo mô hình cáp văng đã được thực hiện sử dụng mô hình cáp văng đơn giản hoá Mục đích của nghiên cứu là làm thế nào để lựa chọn được kiểu dáng cáp văng phù hợp, bởi vì phần tử dài và mảnh đối với phân tích phi tuyến như cáp văng có khả năng xảy ra vấn đề “chốt cắt” (shear lock) một cách độc đáo Để tránh tình trạng này, nên chia mỗi cáp văng thành một số phần tử (Đề xuất chia trên 100 phần tử) và điều đó không thể áp dụng cho phân tích toàn bộ kết cấu Vì vậy, trong thực tế Tư vấn quyết định sử dụng một phần tử giàn cho mỗi cáp văng

4) Tốc độ gió Tải trọng gió đã được xác định tại mục 2-2-2-5

5) Cốt thép của các cấu kiện

Bố trí cốt thép theo chiều thẳng đứng được trình bày tại Hình 2-38

Cốt thép ở chân tháp được trình bày tại Bảng 2-28 và Hình 2-39

Bảng 2-28 Lượng cốt thép

Thanh cốt thép Đặc điểm Đường kính Khoảng cách Thép Thép-H

2 lớp

250x250

10- 200x200 6) Kết quả tính toán Hệ số tải trọng ngang

Cấu kiện chịu tải trọng gió lớn nhất là tháp chính và không có hậu quả nào then chốt nhất đến các cấu kiện khác (Hình.2-40) Hệ số tải trọng ngang tại mặt cắt nguy hiểm nhất của tháp (6,125m tính từ chân tháp) là 1,332 và Momen uốn của tháp tính với 1,332 lần tải trọng gió được trình bày trong Hình 2-40

Phân tích phi tuyến được thực hiện bằng chương trình máy tính có tên là

“ABAQUS” Để xác nhận lại đối với chương trình và mô hình, Tư vấn đã tính toán lại bằng cách sử dụng một chương trình máy tính khác có tên là

Hình.2-38

Hình.2-40

Hình.2-39

2-9 THIẾT KẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN

[1b],[3b]

2-9-1 Khái quát về thiết kế

Thiết kế bằng phân tích Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được áp dụng cho các đoạn hoặc các cấu kiện không thể phân tích một cách đầy đủ thông qua phân tích hệ thanh thông thường Phân tích FEM được tiến hành để thực hiện thiết kế sau

1) Thiết kế phương ngang của dầm 2) Thiết kế tháp

3) Thiết kế mối nối giữa tháp, dầm và trụ cầu

2-9-2 Thiết kế phương ngang dầm chủ

2-9-2-1 Khái quát về phân tích kết cấu (1) Mô hình kết cấu theo phương dọc

Mô hình thiết kế phương ngang dầm chủ có kết cấu cơ bản gồm các dầm đúc hẫng có các đầu tự do có mô men uốn bằng không trong trạng thái làm việc của toàn bộ tĩnh tải, và một dầm đỡ đơn giản có momen uốn bằng không tại các điểm đỡ (xem Hình 2-41) Trong mô hình kết cấu theo phương dọc, có thể bỏ qua hình tuyến cầu trên phương thẳng đứng trong phân tích

a) Giả định chung

Độ dốc ngang được xem xét theo mô hình phương ngang Mô hình phân tích gồm có các phần tử vỏ cho các cấu kiện bê tông và cấu kiện thanh đối với các thanh chống bằng thép

b) Thuộc tính của mỗi phần tử

Thuộc tính của mỗi phần tử được trình bày tại Bảng 2-29 Bảng 2-29 Thuộc tính của phần tử

Bề dày bản (m)

Mô đun đàn hồi (Tf/m2)

Trọng lượng (T)

Ghi chú

0.206 3.2E6 0.2551

Cánh hẫng bản mặt cầu

Bản mặt cầu

(Độ dày trung bình) 0.850 3.2E9 0.0 Vùng cứng

Sườn

0.350 3.2E6 0.2551

Bản đáy

Thanh chống thép

đường kính (m)

2.0E7 0.801 Bề dày tấm t=9.3mm

Neo của thanh chống

3.2E6

“

0.2551

“

Bệ bê tông đầu trên (Đỉnh)

Bê bê tông đầu dưới (Chân)

c) Chia phần tử hữu hạn

Mặt cắt ngang của dầm chủ được chia thành các phần tử hữu hạn như đã trình bày tại Hình 2-42

Hình 2-42 Chia các phần tử hữu hạn theo phương ngang (3) Tải trọng

1) Trọng lượng riêng của các phần tử được xem như tải trọng phân bố đều

2) Tĩnh tải chất trên được tính như tải trọng tập trung tại các điểm nút và tải trọng phân bố đều

3) Dự ứng lực được tính trên mỗi phần tử như ngoại lực ví dụ như lực ngang, thẳng đứng và mô men

4) Đối với các lực kéo tại cáp văng, các thành phần ngang và thẳng đứng của các lực kéo được đặt vào ụ neo

5) Đối với tổ hợp tải trọng, xét cả trạng thái làm việc của toàn bộ tĩnh tải

và trạng thái làm việc của tải trọng khai thác

6) Tải trọng - T tác dụng như lực tập trung Tải trọng - L và tải trọng người đi bộ sử dụng trong thiết kế dầm được xem như lượng tăng lên của lực kéo cáp văng và sẽ không được tác dụng trực tiếp

2-9-2-2 Phân tích bằng mô hình dầm đỡ giản đơn Giả định

1) Việc chia thành các phần tử hữu hạn theo phương dọc cầu và mô hình

3) Vật liệu gồm có:

• Bê tông : f’ ck = 450 Kgf / cm2

• Thanh chống thép : STKI 490 4) Chuẩn bị 2 loại mô hình đỡ đơn giản với khoảng cách thanh chống là 3.25 m và 6.60m để xác định khoảng cách thanh chống phù hợp

Hình 2-43 Chia phân tử hữu hạn theo phương dọc

Hình 2-44 Mô hình dầm đỡ đơn giản cho thiết kế ngang

Kết quả phân tích

Những hình sau sẽ trình bày đường ứng suất theo hướng pháp tuyến Y của mặt trên và mặt dưới của bản mặt cầu chỉ ở trạng thái làm việc của toàn bộ tĩnh tải (T.D.W.S.) làm ví dụ

1) Bản mặt cầu .

Hình 2-44 Đường bao ứng suất thường theo hướng pháp tuyến Y của mặt

trên bản trong trạng thái TDWS

Tương tự, có các đường ứng suất khác của các loại ứng suất, cho bản đáy và sườn ở các tổ hợp tải trọng khác

2-9-2-3 Phân tích bằng mô hình dầm hẫng Giả định

1) Tiến hành phân tích mô hình dầm hẫng ở đoạn đặt ở giữa trụ P4& P5 như được trình bày tại Hình 2-41

2) Mô hình phải được cố định tại P4 và đầu còn lại tự do và khoảng cách giữa các thanh chống 3.25 m Chia các phần tử hữu hạn theo phương dọc và mô hình dầm đúc hẫng cho thiết kế dầm chủ ngang như trình bày tại Hình 2-47

3) Phân tích này được áp dụng cho thiết kế vùng quanh trụ chính và thiết kế theo phương ngang của dầm chủ khi kéo cáp và Hình 2-47 4) Xem xét tổ hợp tải trọng như sau:

• Trạng thái làm việc của lực kéo của dây văng (Giai đoạn thi công)

• Trạng thái làm việc của toàn bộ tĩnh tải

• Trạng thái làm việc của tải trọng khai thác Đối với trạng thái làm việc của lực kéo của dây văng, trọng lượng riêng của dầm, dự ứng lực ngang, lực kéo cáp văng tại lúc truyền sang dầm, dự ứng lực ngoại tạm thời, và trọng lượng của xe đúc đều được xem xét trong phân tích

Hình 2-47 Chia các phần tử hữu hạn theo phương dọc

Hình 2-48 Mô hình dầm hẫng để thiết kế theo phương ngang của dầm chủ

Kết quả phân tích

Hình 2-50 Đường bao ứng suất theo hướng pháp tuyến Y mặt dưới

bản trong TDWS

2-9-3 Thiết kế dầm chủ theo phương ngang trong khu vực neo cáp văng

[1b],[3b]

2-9-3-1 Thiết kế bản mặt cầu

(1) Tổng quát Bản mặt cầu được thiết kế như một phần tử bê tông DƯL từng phần để thoả mãn những điều kiện sau

a) Trong giai đoạn thi công, ứng suất kéo tại vùng nén đầu tiên không lớn hơn 0.7 f’ ck2/3, và ứng suất kéo tại vùng kéo đầu tiên không lớn hơn 0.5 f’ck2/3

b) Ứng suất kéo uốn sẽ không xảy ra trong trạng thái làm việc của toàn bộ tĩnh tải

c) Ở trạng thái làm việc của tải trọng khai thác, ứng suất kéo không lớn hơn 0.5f’ck2/3

(2) Kết quả phân tích 1) Bố trí đường tim của thép dự ứng lực

Bố trí đường tim thép dự ứng lực ngang được trình bày trong Hình 2-51