Phân tích so sánh cầu giàn ống thép đổ bê tôngvới Cầu bê tông xi măng cốt thép thông thường 1 Sinh viên Mtech, Học viện Công nghệ Sree Narayana, Adoor, Kerala 1 abhijithachu444@gmail.com
Trang 1Phân tích so sánh cầu giàn ống thép đổ bê tông
với Cầu bê tông xi măng cốt thép thông thường
1 Sinh viên Mtech, Học viện Công nghệ Sree Narayana, Adoor, Kerala
1 abhijithachu444@gmail.com
2 Trợ lý giáo sư, Viện Công nghệ Sree Narayana, Adoor, Kerala
2 sarachinnu39@gmail.com
- - - * * * - - -
-Trừu tượng - Kết cấu composite mang lại nhiều lợi ích về kết
cấu và do đó có thể được sử dụng trong các kết cấu công trình dân
dụng Ống thép nhồi bê tông (CFST) bao gồm các ống thép bên
trong và bên ngoài, và bê tông được kẹp giữa các ống Các ống
thép và bê tông hoạt động tốt với nhau và tính toàn vẹn của giao
diện bê tông thép được duy trì Các ống thép tạo ra hiệu ứng hạn
chế bê tông và do đó bê tông ngăn chặn sự vênh vào bên trong
của các ống
Trong nghiên cứu này, hành vi hiệu suất của một
Cầu giàn CFST nhẹ đã được nghiên cứu và so sánh với cầu bê
tông cốt thép thông thường bằng phần mềm ANSYS Bài báo
này nhằm mục đích đề xuất một phương pháp thay thế cho
việc xây dựng cầu
Từ khóa: Kết cấu tổng hợp, Cầu CFSTBridge, Cầu bê tông xi
măng cốt thép thông thường, phân tích, ANSYS,
1 GIỚI THIỆU
Các thành viên hình ống thép đầy bê tông (CFST) tận dụng các
ưu điểm của cả thép và bê tông Chúng bao gồm một phần
rỗng bằng thép hình tròn hoặc hình chữ nhật được đổ bê tông
trơn hoặc bê tông cốt thép Chúng được sử dụng rộng rãi
trong các tòa nhà cao tầng và nhiều tầng làm cột và cột, và làm
dầm trong các tòa nhà công nghiệp thấp tầng, nơi cần có hệ
thống kết cấu mạnh mẽ và hiệu quả
Hình -1: CFSTmember điển hình
Có một số lợi thế khác biệt liên quan đến các hệ thống kết cấu
liên quan đến ống thép thành mỏng hoặc bị ngăn cản hoặc bị trì hoãn do sự hiện diện của lõi bê tông Hơn nữa, hiệu suất của bê tông đổ đầy được cải thiện do tác dụng hạn chế của vỏ thép Thép nằm ở chu vi bên ngoài nơi nó thực hiện hiệu quả nhất trong việc căng và uốn Nó cũng cung cấp độ cứng lớn nhất vì vật liệu nằm xa tâm hình nhất Điều này, kết hợp với mô đun đàn hồi lớn hơn của thép, tạo ra đóng góp lớn nhất vào mômen quán tính Lõi bê tông đóng góp nhiều hơn vào việc chống lại lực nén trục
Mục tiêu chính của nghiên cứu này như sau
1 Để nghiên cứu hành vi hoạt động của cầu CFST
2 Để so sánh hành vi CFSTbridge với cầu bê tông xi măng cốt thép thông thường
2 PHẦN MỀM ĐƯỢC SỬ DỤNG
ANSYS R15.0
3 MÔ HÌNH CẦU 2.1 Kích thước của cầu
Chi tiết hoặc kích thước chung:
•
•
•
•
•
Kéo dài
Cách vận chuyển
Độ dày của tấm
Độ dày lớp phủ: 0,08m Các chi tiết gia cố của bản mặt cầu:
: 15m : 7,5m : 0,2m
Trang 22.2 Hai mô hình phải được phân tích
Hình 3: Các thành phần khác nhau của cầu giàn
1 Cầu bê tông cốt thép thông thường (RCC)
Mô tả của cây cầu:
Nhịp cầu
Chiều rộng thông thoáng của lòng
đường Chiều dày của tấm
Mặc áo dày
Chiều rộng của dầm dọc: 0,3m
•
•
•
•
•
: 15m : 7,5m : 0,2m : 0,08m
Hình -4: Mô hình cầu RCC
2 Cầu CFST
Kích thước của các thành viên khác nhau:
Dầm dọc:
Phần hình chữ nhật 60 cm x 55cm đã được sử dụng
Dầm chéo:
35 cm x 30 cm Phần hình chữ nhật đã được sử dụng
•Đối với hợp âm hàng đầu:
20m x 17,5 cm Phần hình chữ nhật đã được sử dụng
• Đối với thanh chống:
17,5 cm x 15 cm Phần hình chữ nhật đã được sử dụng
•Đối với giằng:
15 cm x 12,5 cm Phần hình chữ nhật đã được sử dụng
•
•
Hình -5: Mô hình cầu giàn CFST
4 TẢI TRÊN CẦU
Sau đây là các tải trọng khác nhau được xem xét cho mục đích tính toán ứng suất, cho dù chúng có thể áp dụng được
ở đâu
Tải trọng chết Tải trực tiếp
Tải trọng tác động
Lực dọc Lực nhiệt
Tải trọng gió
Tải trọng địa chấn Lực lượng xếp hàng Lực lượng do độ cong Lực lượng trên parapets Khả năng chống ma sát của ổ trục giãn nở Lực dựng
Ở đây, điều kiện Live Load được chọn là 70R (có bánh xe)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Hình -6: Tải 70R hoạt động trên cầu
5 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN
Việc phân tích cả hai cây cầu đều được thực hiện bằng phần mềm ANSYS Để phân tích, các cây cầu đã được kiểm tra các điều kiện khác nhau như:
Biến dạng tối đa Căng thẳng và căng thẳng bình thường tối đa
•
•
5.1MaximumDeformation
Biến dạng đề cập đến bất kỳ thay đổi nào về hình dạng hoặc kích thước trong một đối tượng do:
Trang 3• Một lực tác dụng (năng lượng biến dạng trong trường
hợp này được truyền qua công) hoặc
Sự thay đổi nhiệt độ (năng lượng biến dạng trong
trường hợp này được truyền qua nhiệt)
•
Theo IRC 6-2017, độ biến dạng tối đa của cầu không được vượt
quá 1/800 chiều dài nhịp đối với cầu xe cộ thông thường và
1/1000 chiều dài nhịp đối với cầu xe cộ có người đi bộ qua lại
Do đó, theo IRC 6-2017, biến dạng tối đa được phép cho một
cây cầu dài 15m được tìm thấy là:
(1/1000) x15000 = 15mm Hình 7 và Hình 8 lần lượt cho thấy sự biến dạng của Cầu RCC
thông thường và Cầu CFST
Hình -7: Biến dạng tối đa cho Cầu RCC thông thường
Đối với cầu thép thông thường, độ biến dạng lớn nhất quan sát
được là 2,91mm và nằm trong giới hạn cho phép
Hình -8: Biến dạng tối đa cho Cầu CFST.
Đối với cầu thép thông thường, độ biến dạng lớn nhất quan sát
được là 2,016mm và nằm trong giới hạn cho phép Sự suy luận:
Biểu đồ biến dạng trên thu được bằng phần mềm ANSYS chỉ ra
rằng biến dạng tối đa được quan sát tại nhịp giữa của cầu
Điều này được quan sát bởi vì; cây cầu ở trong tình trạng được
hỗ trợ đơn giản
5.2 Tối đa Căng thẳng và Căng thẳng bình thường
Ứng suất được định nghĩa là cường độ của đơn vị diện tích perunit nghiệp dư hoặc cường độ của đơn vị diện tích Nó là lực tác dụng lên một chi tiết được chia theo diện tích, lực này mang lực, được biểu thị bằng N / mm 2 hoặc MPa.
• = P / A Trong đó, P là tải trọng pháp tuyến tác dụng tính bằng Newton và
A là diện tích tính bằng mm 2 Áp suất tối đa khi nén tensionor xảy
ra kết thúc a phần bình thường đến các tải trọng.
Ứng suất thông thường là ứng suất kéo hoặc ứng suất nén Cấu kiện chịu lực căng thuần túy (hoặc lực kéo) chịu ứng suất kéo, trong khi cấu kiện nén (cấu kiện chịu lực nén) chịu ứng suất nén
Lực nén sẽ có xu hướng rút ngắn người chủ đề Mặt khác, lực căng sẽ có xu hướng kéo dài thành viên
Hình 9 và Hình 10 lần lượt cho thấy ứng suất bình thường trong Cầu RCC thông thường và Cầu CFST
Hình -9: Ứng suất bình thường trong cầu RCC thông thường
Ứng suất bình thường được quan sát là 5,80MPa.
Hình -10: Ứng suất bình thường trong Cầu CFST
Ứng suất bình thường được quan sát là 5,8353MPa.
Độ căng, được biểu thị bằng chữ cái Hy Lạp ε, là một thuật ngữ dùng để đo độ biến dạng hoặc độ giãn của vật thể chịu một lực
Trang 4được gọi là biến dạng kéo dài) khác với biến dạng cắt trong biến dạng
bình thường đó là tỷ số của sự thay đổi chiều dài so với chiều dài ban
đầu dọc theo x-, y-, hoặc là z- hướng, trong khi biến dạng cắt là thước đo
sự thay đổi góc trong xy, yz, hoặc là zx máy bay Biến dạng bình thường
là không có thứ nguyên, trong khi đơn vị đo biến dạng cắt là radian Đối
với phần tử 1D được tải dọc trục, chỉ tồn tại các biến dạng bình thường
Đối với các vấn đề 2D hoặc 3D, các biến dạng cần được phân giải thành
các thành phần bình thường và cắt
ε = ΔL / L Hình 11 và Hình 12 lần lượt cho thấy biến dạng bình thường
trong cầu thép thường và cầu CFST
Hình -11: Ứng suất bình thường trong cầu thép thông thường
Chủng bình thường được quan sát là 2,81 x 10- 5
Hình -12: Biến dạng bình thường trong cầu CFST
Biến dạng bình thường được quan sát là 2,92x 10- 5
Sự suy luận:
Cả ứng suất pháp tuyến cũng như ứng suất pháp tuyến đối với một trong hai cầu đều có giá trị nhỏ hơn về độ lớn Giá trị nhỏ hơn cho thấy rằng, cả hai cầu đều hoạt động tốt
6 KẾT LUẬN
Từ phân tích trên của cả hai cầu, rút ra kết luận sau: Các biến dạng thu được đối với các cầu nằm trong giới hạn cho phép Ngoài ra cây cầu làm bằng CFST cho ít biến dạng nhất
Xem xét ứng suất bình thường tác động lên cầu, phân tích đã chỉ ra rằng giá trị lớn nhất của ứng suất bình thường chỉ là 5,85MPa, nghĩa đen là một giá trị nhỏ hơn
Trong trường hợp biến dạng bình thường, các giá trị thu được sau khi phân tích là rất ít, điều này cho thấy cấu trúc hoạt động tốt về mặt biến dạng bình thường Kết quả phân tích đã chỉ ra rằng cây cầu được thực hiện với các thành viên CFST hoạt động tốt hơn so với Cầu RCC thông thường
•
•
•
•
NHÌN NHẬN
(Các) Tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt của họ đối với Dr.
PG Bhaskaran Nair, PG Dean, Sree Narayana Institute of
Technology, Adoor, Trên hết là (các) tác giả xin cảm ơn CHÚA TRỜI
toàn năng cho ân điển của mình trong suốt công việc
NGƯỜI GIỚI THIỆU
[1] Anna Skaria, MariyamKuriyakose “Nghiên cứu số lượng về Hành vi theo trục của Cột thép hai lớp đầy bê tông (CFDST)”, Chuỗi hội nghị IOP: khoa học vật liệu và Kỹ thuật, 2018
Wenjinhawn, Luiggi fenu, “Nghiên cứu thử nghiệm về khả năng chống khớp và chế độ hỏng hóc của dầm giàn CFST”, Elsevier, vol 4, 2018
GowthamVarma, Vinodsingh, “Nghiên cứu thực nghiệm
về ứng xử kết cấu của CFST khi chịu tải trọng nén dọc trục
ở các tỷ lệ độ rỗng khác nhau”, Tạp chí nghiên cứu quốc
tế về kỹ thuật và công nghệ, tập 5, 2018
Lin heihan, Wei li, “Sự phát triển và ứng dụng nâng cao của cấu trúc CFST”, Elsevier, vol 2, 2017 Jin-Kook Kim, Hyo- GyoungKwak, “Hành vi của Cột ống thép tròn đúc đầy bê tông lai hai da”, Kết cấu thép và hỗn hợp, Số 14, Tập 2, 2016
Aamir Hassan, Cô S Sivakamasundari, “Nghiên cứu về sức bền kết cấu và hành vi của các cột hai lớp bê tông đổ đầy
bê tông”, Tạp chí Quốc tế về Xu hướng Kỹ thuật và Công
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Kiểu
cầu
Bình thường
Cầu RCC
CFST
Cầu
của Biến dạng
(mm) 2,91
Bình thường Căng thẳng (MPa)
5,80
Căng thẳng bình thường
2,81 x 10- 5
2.0166 5.8353 2,92 10- 5