Phân tích ứng xử kết cấu nhịp cầu dây văng có xét đến hiện tượng đứt dây cáp văng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU TÌNH PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU NHỊP CẦU DÂY VĂNG CÓ XÉT ĐẾN HIỆN TƯỢNG ĐỨT DÂY CÁP VĂNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Gi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU TÌNH

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU NHỊP CẦU DÂY VĂNG CÓ XÉT ĐẾN HIỆN TƯỢNG ĐỨT DÂY CÁP VĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 85.80.205

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

K THUẬT XÂY D NG C NG TRÌNH GIAO TH NG

Đà Nẵng – Năm 2019

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GVC.TS NGUYỄN VĂN M

Phản biện 1: TS NGUYỄN VĂN CHÂU

Phản biện 2: PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ K thuật d ng công trình gi o thông họp tại Trường Đại học Bách kho vào ngà … tháng ….… năm ….…

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung t m Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường ĐHBK

- Thư viện Kho d ng - C u Đường, Trường ĐHBK - ĐHĐN

d ng c u đ văng được phát triển rộng khắp từ Bắc đến N m

C u d văng luôn là kết cấu có nhiều đ c tính ưu việt mà ở đó, nó thể hiện khả năng vượt nhịp lớn và có hình dáng kiến tr c độc đáo và

là giải pháp kết cấu được ưu ti n l chọn Tr n thế giới những c u

d văng n i tiếng đã được d ng như c u T t r Nhật Bản , c u Norm nd Pháp , ; à ở iệt N m các c u d văng như M Thuận ĩnh Long , C n Th C n Th , C u Nhật T n Hà Nội , Tr n Thị

L Đà Nẵng , àm Cống, C o Lãnh Đồng Tháp , … Ngoài r c n phải kể đến các công trình c u d văng đã và đ ng được triển kh i như c u Đại Ngãi Sóc Trăng – Trà inh …;

Trong c u d văng cáp văng là bộ phận qu ng trọng nhất do có độ mảnh lớn và nhạ cảm với các ngu n nh n g r gi o động Một trong những nội dung thiết kế c u d văng là t đến s làm việc c kết cấu nhịp khi d cáp văng bị đứt, th cáp …

Luận văn tập trung nghi n cứu s làm việc c kết cấu nhịp có t đến một số d cáp văng bị đứt cho một công trình c u d văng giả định

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài ch ếu ph n tích ứng ử c nhịp c u d văng khi không đứt cáp và trường hợp đứt 1 cáp văng

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

T ng qu n về tình hình gi o thông hiện n và s ph biến c c u

d văng

4 Phương pháp nghiên cứu

Chọn mô hình c u để th c hiện công tác ph n tích

Sử d ng ph n mềm Mid s để ác định các giá trị nội l c trong c u

Từ mô hình c u đã d ng trích uất kết quả nội l c trong d m trong trường hợp không đứt cáp và đứt 1 cáp

Th c hiện so sánh, đánh giá đư r kết luận và theo nhận định c

VIỆT NAM 1.1 Tổng quan về cầu dây văng trên Thế Giới

1.2 Tổng quan về cầu dây văng ở Vi t Nam

1.3 Các sơ đồ và hình thái cầu dây văng

1.3.1 Bố trí sơ đồ nhịp

1.3.1.1 Cầu dây văng một nhịp

1.3.1.2 Cầu dây văng hai nhịp

1.3.1.3 Cầu dây văng ba nhịp

1.3.1.4 Cầu dây văng nhiều nhịp

1.3.2 Sơ đồ phân bố dây văng

1.3.2.1 Sơ đồ dây đồng quy

3

1.3.2.2 Sơ đồ dây song song

1.3.2.3 Sơ đồ dây rẽ quạt

Kết luận Chương 1

Qu chư ng 1 ch ng t r t r những kết luận như s u:

Từ các dẩn chứng về lịch sử phát triển và hình thành c c u d văng tr n thế giới và iệt N m cho thấ c u d văng là một l chọn

ph biền cho c u có nhịp lớn

C u d văng có các s đồ và hình thái c u rất đ dạng thích hợp trong nhiều trường hợp thiết kế c u c n đến các ếu tố như: Tính thẩm

m c o, vượt được nhịp lớn, độ võng nhỏ, có tính kinh tế c o đối với các c u có nhịp lớn, tính đ dạng về hình dáng, sử d ng vật liệu hiệu quả, kết cấu không phức tạp dễ chế tạo và thi công, thi công nh nh

ới những ưu điểm vượt trội về các chỉ ti u kinh tế - k thuật, c u

d văng đã được áp d ng rộng rãi tr n Thế Giới và iệt N m

S làm việc kết cấu c u d văng sẽ được trình bà trong Chư ng

2

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU DÂY VĂNG VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN KHI DÂY CÁP VĂNG BỊ ĐỨT 2.1 Các trạng thái nội lực trong kết cấu cầu

Trong một kết cấu bất kỳ thường tồn tại b trạng thái nội l c:

- Nội l c do tỉnh tải

- Nội l c do hoạt tải

- Nội l c d trữ trong tiết diện

Nội l c do tĩnh tải phát sinh do trọng lượng kết cấu nhịp Kết cấu nhịp cẩn đ lớn để chịu hoạt tải và tỉnh tải, trong đó:

Các hiện pháp giảm nội l c theo tru ền thống là dùng vật liệu có cường độ c o, ật liệu nhẹ, giảm chiều dà các ph m t c u

T ng số nội l c do tỉnh và hoạt tải phải nhỏ h n khả năng chịu l c

 

2.2 Tính cầu dây văng chịu tải trọng tĩnh và lực điều chỉnh

M c đích c điều chỉnh nội l c trong cấu d văng, trạng thái hoàn thiện

CDV làm việc như một d m li n t c t tr n các gối đàn hồi và gối cứng, khi chịu tĩnh tải, d biến dạng, d m ch bị võng Độ võng do tỉnh tải làm s i lệch trắc dọc và độ dốc thiết kế, ảnh hưởng ấu đến hình dạng kiến tr c, các chỉ ti u kh i thác và g mômen uốn lớn trong đ m cứng

Nếu bằng biện pháp căng k o các d văng t đư độ võng các n t neo d bằng không thì khi chịu tĩnh tải s đồ sẽ làm việc như một

d m li n t c t tr n các gối cứng

Trong các hệ d nhiều, kho ng nhỏ, điều chỉnh nội l c sẽ đạt được trạng thái biến dạng mong muốn với giá trị mômen uốn do tĩnh tải không đáng kể so với hoạt tải Nếu lấ m c ti u là mômen uốn thì điều chĩnh có thể khắc ph c được một ph n mômen uốn do hoạt tải

Bản chất c việc điều chỉnh là tạo một trạng thái biến dạng và nội

l c ngược chiều với trạng thái do tải trọng g r , t ng tác động do tải trọng và điều chỉnh sẽ được một trạng thái tốt nhất gọi là trạng thái hoàn chỉnh trạng thái B

M c ti u c trạng thái B có thể là:

+ C o độ các n t neo d ở vị trí hợp l nhất dưới tác d ng c tĩnh tải

5 + Biểu đồ mômen uốn trong d m ch có lợi nhất dưới tác d ng c tĩnh tải, hoạt tải và các ảnh hưởng thứ cấp từ biến c b tông, biến dạng theo thời gi n c d

2.3 Tính cầu dây văng chịu tĩnh tải và điều chỉnh nội lực

M c ti u c bản trong việc ĐCNL trước hết là khác ph c độ võng

do tĩnh tải và từ đó k o theo hiện quả về mômen uốn Nếu điều chỉnh bằng cách tạo khớp tạm trong thi công thì việc tính toán chỉ nhằm ác định vị trí c khớp tạm iệc căng chỉnh chỉ nhằm th đối c o độ các điểm neo d không làm th đ i nội l c trong hệ

2.3.1 Mục tiêu của việ tín đ u n nội lực

Để giảm khối lượng công việc căng chỉnh tại hiện trường, giảm số lượng kích và số l n điều chỉnh, việc tính ĐCNL c n đạt các m c ti n sau:

gi i đoạn căng chỉnh

4 Khi căng m i đ c n chỉ định l c căng c bó cáp, c o độ c

n t neo d ở trạng thái b n đ u A , các trạng thái trung gi n và trạng thái hoàn chỉnh B để tiện theo dõi và điều chỉnh khi c n thiết

2.3.2 Nộ dung tín u dây văng ịu t n t v đ u n nộ lực

1 ác định trạng thái cuối cùng biến dạng ho c nội l c - m c

ti u c n đạt trạng thái B

gi n ác định biểu đồ b o mômen uốn c các tải trọng tác d ng l n

hệ hoàn chỉnh nếu muốn triệt ti u cả một ph n ảnh hưởng do hoạt tải

4 Chọn phư ng pháp tính phư ng pháp l c ho c phư ng pháp chu ển vị , chỉ định trình t căng chỉnh, định vect ẩn số trong hệ

9 Kiểm tr kết quả theo các số liệu c m c ti u

2.3.3 P ương trìn ín tắ tín đ u n nội lực theo

p ương p áp lực

Tác động c l c căng k o d văng trong quá trình ĐCNL được

ác định trong s đồ c hệ ở các thời điểm tư ng ứng Trong tính toán chấp nhận các giả thiết c bài toán tu ến tính, biến dạng nhỏ c

c học kết cấu, đồng thời khi căng d nào thì loại bỏ d đó khỏi hệ

và th bằng ẩn l c Xi, như vậ l c căng k o các d văng được em như ngoại l c tác d ng l n hệ

Từ điều kiện t ng mômen uốn độ võng do tĩnh tải và l c điều chỉnh c ng như các ảnh hưởng thứ cấp g r phải bằng trị số mômen uốn độ võng chuẩn, t có:

Phư ng trình chính tắc dạng t ng quát viết cho n t thứ i như s u: Khi m c ti u điều chỉnh là mômen uốn trong d m cứng:

7 0

2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán đứt dây cáp văng

Thiết kế c u d văng phải t đến trường hợp đứt bất kỳ sợi cáp nào mà không g mất n định kết cấu Tác động ung kích khi bất chợt đứt một sợi cáp bằng 2 l n l c tĩnh trong d và tác động l n cả 2

đ u neo Đứt d là một trường hợp đ c biệt

T hợp tải trọng trong trường hợp kiểm tr d văng khi bị đứt d

văng theo 5.5 “Recommendations for Stay Cable Design, Testing and Installation, 4th Edition, Post Tensioning Institute 2007” sau:

1,1.DC1,35.DW0, 75.(LL**IM) 1,1. LDC

Để tính toán hiệu ứng do đứt d văng thì t loại bỏ l c căng và

d văng bị đứt r khỏi kết cấu và th vào các vị trí neo d văng tr n

d m và tr n tháp bằng 2 l c tập trung theo phư ng và phư ng Z, chiều tác d ng ngược chiều c l c căng d văng

ì góc nghi ng c d văng so với phư ng ng ng khác nh u n n

t qu m i l c tập trung thành 2 l c theo 2 phư ng và Z d vào góc nghiêng dây

Công thức ác định l c căng th thế cho d văng bị đứt tác d ng

l n d m:

8 1,1 1,35 0,75( ** )

Kết luận Chương 2

Qu chư ng 2 ch ng t r t r những kết luận như s u:

- Trình băi câc trạng thâi nội l c trong c u d văng

- Trình băi m c đích tính c u d văng chịu tải trọng tĩnh vă l c điều chỉnh

- Trình băi câc phư ng trình chính tắc tính điều chỉnh nội l c theo phư ng phâp l c

- Trình băi c sở l thu ết tính toân đứt d câp văng

iệc điều chỉnh nội l c trong c u d văng lă c n thiết vì c c tiểu

hó mômen do tĩnh tải g r

Trong quâ trình kh i thâc c u d văng âc uất đứt d câp văng

có thể ẩ r , do đó vấn đề nă sẽ được t trong chư ng tới

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÂN VĂO CẦU DĐY VĂNG GIẢ ĐỊNH 3.1 Giới thi u sơ đồ cầu

3.1.1 t c t d c cầu

12 CỌC KHOAN NHỒI D100cm L33m 28 CỌC KHOAN NHỒI

D100cm L29m A

A B

B

C C D

01 05 08 11 14 17

20 01' 05' 08' 11' 14' 17' 20' 1/2 CHÍNH DIỆN CẦU TL 1/300

M1

M2

1/2 MẶT CẮT DỌC TIM CẦU TL 1/300

12 CỌC KHOAN NHỒI D100cm L36m

nh 3.1: t c t d c cầu 3.1.2 t c t d c cầu

9

1/2 MẶT CẮT A-A TL 1/150 MẶT CẮT E-E TL 1/150

E

E 1/2 MẶT CẮT B-B TL 1/150

nh 3.2: t c t ngang cầu 3.1.3 Sơ đồ nhịp cầu

01' 04' 06' 08' 10' 12' 14' 16' 18' 20'

12800

01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21

10 đạt tới, ở đ t c ng c n em t k m c ti u c n đạt để đư r phư ng cách điều chỉnh cho hợp l vì d m được làm bằng bê tông nên biến dạng rất nhạ cảm khi biến dạng quá lớn

3.2.2 Nộ dung ăng nh

Ở đ t chọn phư ng pháp thi công đ c hẫng c n bằng các đốt qu tháp, độ võng d m trong quá trình thi công rất lớn, dạng hình học c kết cấu trong quá trình thi công biến dạng rất khác nh u, vì vậ t chọn m c ti u điều chỉnh là chu ển vị c kết cấu

3.2.4 Trình tự t ông v đ u ch nh nội lực c u dây văng

Kết quả chu ển vị c d m ch do tĩnh tải gi i đoạn 2:

11

3.2.5 u đồ ô n uố t ông v t á

Từ mô hình c u trong ph n mền Mid s các số liệu t trích uất Momen b o thi công và kh i thác cho TTGH SD và TTGH CĐ1 t vẽ được biểu đồ Momen b o l c dọc cuối cùng hình 3.22

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 800

12800

Hình 3.22: Biểu đồ bao momen cu i c ng

3.2.6 Tổng hợp bao lực dọc cuối cùng (bao thi công và khai thác)

Từ mô hình c u trong ph n mền Mid s các số liệu t trích uất l c dọc b o thi công và kh i thác cho TTGH SD và TTGH CĐ1 t vẽ được biểu đồ Momen b o l c dọc cuối cùng hình 3.23

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 50

Trong s cố đứt cáp 1 cáp văng khi đó nội l c trong các cáp văng

c n lại sẽ được ph n bố lại kết quả được trích uất từ mô hình c u tr n

ph n mền Mid s kết quả ph n bố nội l c trong các d văng khi bị đứt các d 1, 6, 11, 16, 21 được thể hiện ở Bảng 3.8 và 3.9

3.4 Ứng x c a dầm trong trường hợp đứt dây cáp

12 Trong m c nà t giả định đứt đ văng m i l n một cáp tại các vị trí cáp 1, 6, 11, 16, 21 để đánh giá ứng ử c d m đối với trường hợp đứt đứt cáp cáp d văng

Trong m i trường hợp t so sánh các biểu đồ mômen và l c dọc do đứt cáp và hoạt tải HL93 g r từ đó đư r nhận t về ứng ử c

Hình 3.24: iểu đồ m men t ch l y t ong t ng h p h ng đ t c p

T vẽ được biểu đồ mômen tích l c d m trong trường hợp đứt cáp 1 được thể hiện ở hình: 3.25

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

nh 3.25: iểu đồ m men t ch l y t ong t ng h p đ t c p 1 gây ra

Nhận t: Các hình 3.24 và 3.25 cho thấ rằng h u hết mô men tích

l chư t đến hiệu ứng c HL93 tại các tiết diện d m đều tăng, trong đó các tiết diện trong phạm vị g n n t d cáp văng số 1 mômen

13 tăng nhiều 104.73% đến 131.56 %

b men của dầm t ong t ng h p đ t c p 1 c xét đến hoạt tải 93 gây a

Từ mô hình c u trong mid s t th c hiện trích uất dữ liệu mômen khi không đứt cáp và mô men khi đứt cáp 1 do hoạt tải HL93 g r đối với d m hình 3.26

3.4.1.2 So s nh lực d c

a ực d c t ch l y của dầm t ong t ng h p đ t c p 1 (ch a xét hoạt tải 93

Từ mô hình c u trong mid s t th c hiện trích uất dữ liệu l c dọc khi không đứt cáp và l c dọc khi đứt cáp 1 g r đối với d m hình

14 3.28

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

b ực d c của dầm t ong t ng h p đ t c p 1 v hoạt tải

93

Từ mô hình c u trong mid s t th c hiện trích uất dữ liệu l c dọc khi không đứt cáp và l c dọc khi đứt cáp 1 do hoạt tải HL93 g r đối với d m Hình 3.30

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

15 hoạt tải HL93 g r được thể hiện ở Hình 3.31

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

h n xét: Từ hình 3.30 và 3.31 t thấ biểu đồ l c dọc do hoạt tải

HL93 g r cho d m c trường hợp không đứt cáp và đứt cáp 1 là

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

b men của dầm t ong t ng h p đ t c p 6 c xét đến hoạt tải

16

HL 93 gây ra

Từ mô hình c u trong mid s t th c hiện trích uất dữ liệu mômen khi không đứt cáp và mô men khi đứt cáp 6 do hoạt tải HL93 g r đối với d m hình 3.33

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

nh 3.33: iểu đồ m men t ong t ng h p đ t dây c p s 6 do

hoạt tải 93 gây a

Nhận t: Các hình 3.26 và 3.33 cho thấ rằng h u hết mômen do HL93 g r tại các tiết diện d m đều tăng nhưng không đáng kể khi đứt d cáp văng 6

3.4.2.2 So s nh lực d c

a ực d c t ch l y của dầm t ong t ng h p đ t c p 6 (ch a xét hoạt tải 93

Từ mô hình c u trong mid s t th c hiện trích uất dữ liệu l c dọc khi không đứt cáp và l c dọc khi đứt cáp 6 g r đối với d m hình 3.34

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

-1928.09 -5838.23

-9786.93 -11775.43

-15697.32 -19562.12-23350.26 -27048.41-30644.22 -32401.15-35861.74 -39236.80-42478.26 -45631.97-48740.94 -51791.36 -50559.45 -53081.32

-55147.04 -55862.19 -57236.20 -58291.24 -58870.28

nh 3.34: iểu đồ lực d c t ch l y gây a t ong t ng h p đ t c p 6

Nhận t: Từ hình 3.28 và 3.34 t thấ biểu đồ l c dọc tích l do đứt cáp 6 g r cho d m chư t đến hiệu ứng c HL93 tại các tiết diện ch nh lệch không đáng kể so với trường hợp không đứt cáp 6

b ực d c của dầm t ong t ng h p đ t c p 6 v hoạt tải 93