(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: NGUYỄN THỊ MAI

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng

lực trong thiết kế cầu máng”.

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn do tôi làm, những kết quả nghiêncứu tính toán trung thực Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệuliên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính cấp thiết của đề tài Tôi không saochép từ bất kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tôi xin chịu trách nhiệm trước Khoa vàNhà trường

Hà Nội, ngày 18 tháng 08 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Mai Sương

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học CH23C11-CS2, Trường Đại HọcThủy Lợi- cơ sở 2, dưới sự giảng dạy tận tình của các thầy giáo, sự cố vấn và hướngdẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn

thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng”.

Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Thủy Lợi, và các thầy côgiáo cùng tập thể cán bộ công nhân viên trong trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợicho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường

Tôi xin chân thành cảm ơn Công ty tư vấn và chuyển giao công nghệ - Chi nhánhmiền Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu

Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo PGS TS Nguyễn Ngọc Thắng – Người đã hướng dẫnkhoa học, tận tình chỉ bảo tôi giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Mai Sương

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH i

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

LỜI CAM ĐOAN i

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG 2

1.1 Khái quát cầu máng .2

1.1.1 Khái niệm cầu máng và các bộ phận của cầu máng 2

1.1.2 Các loại cầu máng, hình thức kết cấu của cầu máng .5

1.1.3 Tình hình xây dựng cầu máng xi măng lưới thép ở Việt Nam và trên Thế Giới… 7

1.2 Các phương pháp tính toán nội lực cầu máng xi măng lưới thép .9

1.2.1 Nguyên lý tính toán cầu máng .9

1.2.2 Tính toán theo phương pháp lý thuyết dầm .9

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP

DỰ ỨNG LỰC 16

2.1 Tính toán cầu máng theo phương pháp phần tử hữu hạn .16

2.1.1 Tổng quan về vỏ gấp .16

2.1.2 Nội dung và phương pháp tính chuyển vị cầu máng xi măng lưới thép theo phương pháp phần tử hữu hạn 21

2.1.3 Ma trận độ cứng của các phần tử trong kết cấu cầu máng .23

2.1.4 Đường lối giải bài toán phân tích nội lực kết cấu máng theo phương pháp chuyển vị 28 2.1.5 Cấu trúc chương trình – phần mềm tính toán Sap 2000 .31

2.2 Khái quát về kết cấu xi măng lưới thép dự ứng lực .35

2.2.1 Bê tông dự ứng lực căng sau và căng trước .38

2.2.2 Các tổn thất dự ứng lực .39

2.3 Tính toán kiểm tra kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực .44

2.3.1 Kiểm tra cường độ trên mặt cắt vuông góc .44

2.3.2 Tính toán cường độ trên mặt cắt nghiêng .48

2.3.3 Tính toán độ võng .48

2.4 Tính toán kết cấu xi măng lưới thép dự ứng lực bằng SAP2000 .50

2.4.1 Các bước tính toán bằng phần mềm SAP2000 .50

2.4.2 Một số phương pháp gán cáp dự ứng lực trong Sap 2000 .51

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CẦU MÁNG BÊ TÔNG XI MĂNG LƯỚI THÉP T30 THUỘC HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH TÂY 63

3.1 Giới thiệu công trình .63

3.2 Quy mô công trình .64

3.3 Kết cấu cầu máng .64

3.4 Các tải trọng tác dụng lên cầu máng .65

3.5 Số liệu tính toán .66

3.6 Trường hợp tính toán .67

3.7 Phân tích kết cấu cầu máng theo bài toán không gian bằng SAP2000 .67

3.8 Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của thân máng khi nhịp cầu máng thay đổi, còn mặt cắt ngang vẫn giữ nguyên .70

3.8.1 Phân tích biến dạng của thân máng khi thay đổi nhịp cầu máng, còn mặt cắt ngang giữ nguyên .70

3.8.2 Phân tích ứng suất của thân máng khi thay đổi nhịp cầu máng, còn mặt cắt ngang giữ nguyên 723.8.3 Phân tích ứng suất của thân máng khi thay đổi nhịp cầu máng, còn mặt cắt ngang giữ nguyên, bố trí dự ứng lực .75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ mặt cắt dọc cầu máng 2

Hình 1.2 Cửa vào, cửa ra của cầu máng 3

Hình 1.3 Mặt cắt ngang thân máng 3

Hình 1.4 Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có giằng ngang 4

Hình 1.5 Kết cấu gối đỡ 4

Hình 1.6 Các kiểu trụ đỡ 5

Hình 1 7 Mặt cắt ngang cầu máng xi măng lưới thép 6

Hình 1 8 Sơ đồ mặt cắt máng chữ U Hình 1 9 Sơ đồ tính toán máng chữ U 10

Hình 1.10 Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực theo phương dọc máng 12

Hình 1.11 Sơ đồ tính toán và biểu đố nội lực của dầm 4 nhịp 13

Hình 1.12 Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực dầm công son kép đều nhau 13

Hình 1.13 Sơ đồ tính toán dầm công son kép có mô men uốn bằng nhau 14

Hình 1.14 Sơ đồ tính toán dầm công son kép không đều 15

Hình 2 1 Một số dạng kết cấu vỏ gấp trong xây dựng thủy lợi 16

Hình 2 2.Tải trọng tác dụng lên mặt cắt ngang máng 17

Hình 2 3 Kết cấu dầm tường (trái) và kết cấu tấm chịu uốn (phải) 18

Hình 2 4.Hệ tọa độ cục bộ của phần tử vỏ 18

Hình 2 5 Phần tử thanh chịu uốn 23

Hình 2 6.Phần tử thanh chịu lực dọc 24

Hình 2 7.Phần tử thanh chịu uốn và kéo (nén) đồng thời 24

Hình 2 8 Phần tử dầm – tường hình chữ nhật 25

Hình 2 9.Phần tử tấm chịu uốn 26

Hình 2.10 Thanh chịu lực dọc 29

Hình 2.11.Thanh chịu uốn phẳng 30

Hình 2 12 Phương pháp căng sau 38

Hình 2 13 Phương pháp căng trước 39

Hình 2 14 46

Hình 2 15 46

Hình 2.16 47

Hình 2 17 Vẽ sơ bộ cáp ƯST 51

Hình 2.18 Chọn cáp ƯST dạng parabôn 52

Hình 2 19 Định dạng parabôn theo số liệu đã cho 53

Hình 2 20 Cáp parabôn theo số liệu đã cho 53

Hình 2 21 Gán lực căng cáp 54

Hình 2 22 Sơ đồ tính toán dầm bê tông ƯST 55

Hình 2 23 Biểu đồ tính toán dầm 55

Hình 2 24 Vẽ cáp ứng trước 56

Hình 2.25.Gán lực căng trước 56

Hình 2 26 Sơ độ tính toán dầm bê tông ƯST 57

Hình 2 27 Vẽ sơ bộ cáp ƯST 57

Hình 2 28 Định nghĩa cáp parabôn 58

Hình 2 29 Nhập tọa độ các điểm đầu, giữa và cuối của cáp parabôn 59

Hình 2 30 Định dạng parabôn theo số liệu đã cho 60

Hình 2 31 Gán lực căng cáp 60

Hình 2 32 Sơ đồ tính toán dầm bê tông ƯST 61

Hình 2.33 Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell 61

Hình 3 1 Mặt cắt ngang thân máng trường hợp không bố trí dự ứng lực 64

Hình 3 2 Mặt cắt ngang thân máng trường hợp bố trí dự ứng lực 64

Hình 3 3 Mô hình hóa kết cấu thân máng 67

Hình 3 4 Gán áp lực nước lên thân máng (tại mặt cắt sườn ngang) 70

Hình 3 5 Chuyển vị tại mặt cắt giữa nhịp do TH1, L=6m 70

Hình 3 6 Giá trị chuyển vị tại nút 31 70

Hình 3 7 Chuyển vị của thân máng 71

Hình 3 8 Giá trị chuyển vị tại nút 66 71

Hình 3 9 Chuyển vị tại mặt cắt giữa nhịp do TH1, L=12m 71

Hình 3 10 Giá trị chuyển vị tại nút 139 71

Hình 3 11.Biểu đồ quan hệ giữa biến dạng và nhịp cầu máng, không bố trí dự ứng lực 72

Hình 3 12.Ứng suất S11 tại đáy máng , L=6m, không có dự ứng lực 72

Hình 3 13 Ứng suất S11 tại đỉnh máng , L=6m, không có dự ứng lực 73

Hình 3 14 Ứng suất S11 tại đáy máng , L=8m, không có dự ứng lực 73

Hình 3 15 Ứng suất S11 tại đỉnh máng, L=8m, không có dự ứng lực 73

Hình 3 16 Ứng suất S11 tại đáy máng , L=12m, không có dự ứng lực 74

Hình 3 17 Ứng suất S11 tại đỉnh máng, L=12m, không có dự ứng lực 74

Hình 3 18 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất kéo và nhịp cầu máng, không bố trí dự ứng lực 74

Hình 3 19 Ứng suất S11 do LNT gây ra tại đáy máng , L=8m, có dự ứng lực 75

Hình 3 20 Chuyển vị thân máng, L=8m, có dự ứng lực 78

Hình 3 21 Ứng suất S11 tại vị trí đáy máng , L=8m, có dự ứng lực 78

Hình 3 22 Ứng suất S11 tại vị trí đỉnh máng , L=8m, có dự ứng lực 78

Hình 3 23 Chuyển vị của thân máng , L=12m , có dự ứng lực 79

Hình 3 24 Ứng suất S11 tại vị trí đáy máng , L=12m, có dự ứng lực 79

Hình 3 25 Ứng suất S11 tại vị trí đỉnh máng , L=12m, có dự ứng lực 79

Hình 3 26 Chuyển vị của thân máng , L=14m , có dự ứng lực 80

Hình 3 27 Ứng suất S11 tại vị trí đáy máng , L=14m, có dự ứng lực 80

Hình 3 28 Ứng suất S11 tại vị trí đỉnh máng , L=14m, có dự ứng lực 80

Hình 3 29 Chuyển vị của thân máng , L=16m , có dự ứng lực 81

Hình 3 30 Ứng suất S11 tại vị trí đáy máng , L=16m, có dự ứng lực 81

Hình 3 31 Ứng suất S11 tại vị trí đỉnh máng , L=16m, có dự ứng lực 81

Hình 3 32 Biểu đồ quan hệ giữa biến dạng và nhịp cầu máng, bố trí dự ứng lực 82

Hình 3 33 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất kéo và nhịp cầu máng, bố trí dự ứng lực

82 Hình PL 1 Phổ màu ứng suất Smax,L=6m, không có dự ứng lực 85

Hình PL 2 Phổ màu ứng suất S11trong sườn ngang ,L=6m, không có dự ứng lực 85

Hình PL 3 Phổ màu Smax trong sườn ngang,L=6m, không có dự ứng lực 86

Hình PL 4 Phổ màu ứng suất S11 thân máng, L=8m, không có dự ứng lực 86

Hình PL 5 Phổ màu ứng suất Smax thân máng,L=8m, không có dự ứng lực 87

Hình PL 6 Phổ màu ứng suất S11 sườn ngang,L=8m, không có dự ứng lực 87

Hình PL 7 Phổ màu ứng suất Smax sườn ngang,L=8m, không có dự ứng lực 88

Hình PL 8 Phổ màu ứng suất S11 thân máng,L=12m, không có dự ứng lực 88

Hình PL 9.Phổ màu ứng suất Smax thân máng,L=12m, không có dự ứng lực 89

Hình PL 10 Phổ màu ứng suất S11 sườn ngang,L=12m, không có dự ứng lực 89

Hình PL 11 Phổ màu ứng suất Smax sườn ngang,L=12m, không có dự ứng lực 90

Hình PL 12 Phổ màu ứng suất S11 sườn ngang,L=8m, có dự ứng lực 91

Hình PL 13 Phổ màu ứng suất Smax sườn ngang,L=8m, có dự ứng lực 91

Hình PL 14 Phổ màu ứng suất S11 sườn ngang,L=12m, có dự ứng lực 92

Hình PL 15 Phổ màu ứng suất Smax sườn ngang,L=12m, có dự ứng lực 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Bảng phân loại bê tông ứng suất trước 37

Bảng 2 2 Hệ số ma sát 42

Bảng 3 1 Bảng xác định tổn hao h5 và h7 77

Bảng PL 1 Ứng suất Smax trong thân máng 85

Bảng PL 2 Ứng suất S11 trong sườn ngang 86

Bảng PL 3 Ứng suất Smax trong sườn ngang 86

Bảng PL 4 Ứng suất S11Bot trong thân máng, L=8m, không có dự ứng lực 87

Bảng PL 5 Ứng suất SmaxBot trong thân máng, L=8m, không có DƯL 87

Bảng PL 6 Ứng suất S11Bot trong sườn ngang, L=8m, không có dự ứng lực 88

Bảng PL 7 Ứng suất SmaxBot trong sườn ngang, L=8m, không có dự ứng lực 88

Bảng PL 8 Ứng suất S11Bot trong thân máng, L=12m, không có dự ứng lực 89

Bảng PL 9 Ứng suất SmaxBot trong thân máng, L=12m, không có dự ứng lực 89

Bảng PL 10 Ứng suất S11Bot trong sườn ngang, L=12m, không có dự ứng lực 90

Bảng PL 11 Ứng suất SmaxBot trong sườn ngang, L=12m, không có dự ứng lực 90

Bảng PL 12 Ứng suất S11Bot trong sườn ngang, L=8m, có dự ứng lực 92

Bảng PL 13 Ứng suất S11Bot trong sườn ngang, L=8m, có dự ứng lực 92

Bảng PL 14 Ứng suất S11Bot trong sườn ngang, L=12m, có dự ứng lực 93

Bảng PL 15 Ứng suất Smax Bot trong sườn ngang, L=12m, có dự ứng lực 93

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Các kênh tưới vượt qua suối, kênh tiêu cần bố trí các công trình chuyển nước như cầumáng, cống luồn, siphông Tuy nhiên đa phần kênh tưới đi qua các suối, kênh tiêu đều

có cao độ đáy kênh cao hơn mực nước trong suối và kênh tiêu nên để tránh tổn thất cộtnước và bùn cát lắng đọng gây tắc nghẽn trong quá trình chuyển nước đồng thời đểthuận tiện cho việc quản lý vận hành, vì vậy việc chọn cầu máng để chuyển nước làphù hợp

Đối với các cầu máng lớn thường sử dụng kết cấu bê tông cốt thép, tuy nhiên với cầumáng yêu cầu lưu lượng nhỏ thì việc sử dụng kết cấu xi măng lưới thép là phù hợp Khi cần vượt qua các sông suối không có khả năng bố trí trụ bắt buộc phải kéo dài nhịp cầu máng, vậy nên giải pháp sử dụng ứng suất trước có thể đem lại hiệu quả cao

Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng của cầu máng xi măng lưới thép dự ứng lực là việc làm hết sức cần thiết, có ý nghĩa kinh tế - xã hội

II Mục đích của đề tài

Phân tích trạng thái ứng suất-biến dạng kết cấu cầu máng xi măng lưới thép dự ứnglực trong trường hợp bài toán không gian với chiều dài nhịp thay đổi Từ đó có thể xácđịnh được chiều dài nhịp cầu máng có thể đạt khi bố trí cáp dự ứng lực

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về kết cấu xi măng lưới thép dự ứng lực và kết hợp sử dụng phầnmềm SAP2000 phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng cầu máng xi măng lưới thép

dự ứng lực nhịp lớn trong trường hợp bài toán không gian

IV Kết quả dự kiến đạt được

- Hiểu được lý thuyết về kết cấu xi măng lưới thép dự ứng lực

- Xác định quan hệ ứng suất – biến dạng trong kết cấu cầu máng xi măng lưới thép

dự ứng lực

- So sánh trường hợp có sử dụng kết cấu bê tông dự ứng lực với trường hợp không

sử dụng kết cấu bê tông dự ứng lực, áp dụng cho một công trình cụ thể

- Nêu được đặc điểm chịu lực, độ bền của loại kết cấu vỏ mỏng bê tông cốt thép dựứng lực nới chung khi làm việc theo sơ đồ không gian

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG

1.1 Khái quát cầu máng.

1.1.1 Khái niệm cầu máng và các bộ phận của cầu máng.

Cầu máng là công trình thường được sử dụng với mục đích vận chuyển nước khi hệthống kênh thường đi qua các vùng có điều kiện địa hình phức tạp như: sông, suối,thung lũng sâu và hẹp Thực tế nhu cầu dẫn nước hiện nay cần xây dựng các côngtrình cầu máng có nhịp lớn, chịu tải trọng lớn do đó đối với loại công trình này cần sửdụng kết dự ứng lực để đem lại hiệu quả cao

Cầu máng có các bộ phận chính: cửa vào, cửa ra, thân máng và gối đỡ (Hình 1.1)

Tường cánh của cửa vào và cửa ra thường làm theo hai kiểu: kiểu lượn cong và kiểu

mở rộng hoặc thu hẹp dần Cửa lượn cong nước chảy vào, chảy ra thuận, nhưng khi thicông khó khăn hơn Góc mở rộng của tường cánh có ảnh hưởng đến dòng chảy vào và

ra khỏi máng Thường lấy tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài là 1  1 Sơ bộ chiều dài

4 3

đoạn cửa vào, cửa ra lấy bằng 4 lần cột nước trong kênh Sân phòng thấm thường làm

có thể là gỗ, gạch đá xây, bê tông cốt thép hoặc xi măng lưới thép Tiết diện máng phải

đủ chuyển nước, độ nhám nhỏ tránh tổn thất đầu nước, vật liệu thân máng phải bền và

Hình 1.4 Kết cấu thân máng hình thang và chữ U có giằng ngang

Khi có nhu cầu đi lại trên mặt máng, có thể bố trí đường cho người đi.Với cầu máng lớn qua sông suối có thể kết hợp làm cầu giao thông trên đỉnh

1.1.1.3 Kết cấu gối đỡ

Gối đỡ thân máng gồm có gối đỡ ở bên (mố bên) và gối đỡ ở giữa (trụ giữa) Mốbên thường dùng kiểu trọng lực (Hình 1.5), còn trụ giữa khi chiều cao trụ không lớncũng hay dùng kiểu trọng lực, khi chiều cao của trụ lớn thường dùng kiểu khunghoặc kiểu hỗn hợp

Hình 1.5 Kết cấu gối đỡ

1 Mố biên kiểu trọng lực; 2 Cửa vào; 3 Thân máng; 4 Phần đất đắp;

5 Thiết bị thoát nước; 6 Mặt đất tự nhiên; 7 Trụ giữaTrụ giữa kiểu trọng lực có thể bằng gạch xây, bằng đá xây hoặc bê tông, thường dùng

có các trụ có chiều cao dưới 10m, trọng lượng bản thân của trụ kiểu trọng lực thường

rất lớn, do đó đòi hỏi nền phải có sức chịu tải cao (Hình 1.6a) Trụ đỡ kiểu khung cóhai loại: khung đơn và khung kép, khung đơn thường dùng cho các trụ cao dưới 15m(Hình 1.6b), còn trụ kép thường dùng khi các trụ có chiều cao từ 15 đến 20m (Hình1.6c) Móng của mố và trụ có thể đặt trực tiếp lên nền tự nhiên, khi nền yếu có thể đặttrên nền cọc.

Hình 1.6 Các kiểu trụ đỡ

a Trụ kiểu trọng lực; b Trụ kiểu khung đơn; c Trụ kiểu khung kép

1.1.2 Các loại cầu máng, hình thức kết cấu của cầu máng

1.1.2.1 Các loại cầu máng

Có nhiều loại cầu máng đã được nghiên cứu và sử dụng trong thực tế:

- Cầu máng có mặt cắt hình chữ nhật, cầu máng có mặt cắt hình thang, cầu máng cómặt cắt hình chữ U…

- Cầu máng có thanh giằng và cầu máng không có thanh giằng

Tùy theo điều kiện và yêu cầu của từng công trình cụ thể, chúng ta sử dụng loại cầu máng cho phù hợp để đảm bảo điều kiện kinh tế và kỹ thuật

- Với những công trình có quy mô lớn, có thể sử dụng hình thức cầu máng bằng vật liệu bê tông cốt thép và để giảm giá thành công trình có thể sử dụng hình thức cầumáng bằng vật liệu xi măng lưới thép vỏ mỏng

- Cầu máng vỏ mỏng là loại hình kết cấu nhẹ, có nhiều ưu điểm: đảm bảo tính kinh

tế, thích hợp với nhiều địa hình, hình thức kết cấu gọn, đẹp … vật liệu thường dùng để chế tạo là bê tông cốt thép, xi măng lưới thép hoặc bê tông ít cốt thép

Hình dạng mặt cắt có thể là nửa hình tròn, hình chữ U, hình thang, hình Elips hoặcParabol….

Hiện nay, cầu máng xi măng lưới thép vỏ mỏng có hình chữ U được sử dụng phổ biến

vì các tính năng: có lợi về mặt thủy lực, độ cứng hướng dọc lớn, nội lực hướng ngangnhỏ, thi công thuận lợi

1.1.2.2 Hình thức kết cấu thân máng

Mặt cắt ngang của cầu máng thường được thiết kế hình chữ nhật, hình thang hoặc hìnhchữ U Thân máng được đặt trên các gối đỡ, trụ đỡ theo hình thức dầm liên tục, dầm công son Phương pháp tính toán nội lực và bê tông cốt thép của cầu máng theophương ngang cũng tương tự như đối với cầu máng bằng gạch đá Thân máng có mặt cắt chữ nhật: Máng chữ nhật không có thanh giằng ngang thường áp dụng các cầumáng loại nhỏ có chiều dài không lớn Thành bên của loại cầu máng này dưới tác dụngcủa áp lực nước sẽ chịu lực giống như một bản công xôn Khi thành đáy máng cao thìmoment uốn ở đáy vách máng sẽ lớn nên lượng thép dùng trong thân máng sẽ lớn Thanh giằng ngang làm tăng khả năng chịu lực của thành bên và đáy máng nên có thểgiảm được lượng cốt thép

Cầu máng loại vừa và loại lớn sẽ bố trí thêm thanh giằng ngang trên đỉnh máng đểtăng khả năng chịu lực theo phương ngang của máng

Thân máng có mặt cắt hình chữ U : Máng có mặt cắt hình chữ U có đáy là nửa trụ tròn, hai thành bên thẳng đứng.Các cầu máng loại nhỏ có chiều dài không lớn thườngkhông có thanh giằng ngang Theo phương dọc máng, máng vỏ mỏng chữ U thường

có hình thức máng một khoang đặt trên các mố đỡ, tính toán theo sơ đồ dầm đơn giản hoặc công son kép

Hình 1 7 Mặt cắt ngang cầu máng xi măng lưới thép

Kích thước máng vỏ mỏng hình chữ U bằng xi măng lưới thép thường được thiết kếnhư sau:

- Chiều dày thành máng: t thường lấy bằng 2,5 đến 3,5cm

- Chiều cao đoạn thẳng đứng f của thành máng lấy từ 10 % đến 30% chiều rộng lòngmáng

- Kích thước tai máng : 3,5t ≤ a ≤ 5,5t

0,4a ≤ b ≤ 0,5a0,2a ≤ c ≤ 0,4a

- Kích thước mặt cắt ngang của thanh giằng hg = 10 ÷ 20cm, bg = 8÷ 15cm

- Mặt cắt ngang của các sườn ngang có bs =8÷15cm, hs = 4t ÷5t

1.1.3 Tình hình xây dựng cầu máng xi măng lưới thép ở Việt Nam và trên

Thế Giới.

1.1.3.1 Tình hình xây dựng cầu máng xi măng lưới thép trên Thế giới

Nguồn nước là tài nguyên đặc biệt quan trọng, không chỉ là một trong những thànhphần thiết yếu của sự sống và môi trường, mà còn là điều kiện để khai thác và sử dụngcác nguồn tài nguyên khác và là nguyên liệu không thể thay thế của các ngành kinh tếcũng như các ngành liên quan

Hệ thống kênh và công trình trên kênh là một bộ phận thiết yếu trong các hệ thốngthủy lợi Vậy nên việc tính toán thiết kế sao cho lợi nhất, tận dựng được tối ưu nguồntài nguyên nước là một vấn đề hết sức khó khăn

Những vùng có điều kiện địa hình phức tạp, hệ thống kênh thường đi qua các vùng cóđịa hình phức tạp như: Sông, suối, thung lũng sâu và hẹp thì việc sử dụng cầu mángluôn là lựa chọn số một của các nhà thiết kế

Hiện nay, với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các công nghệ hiện đại trong lĩnhvực xây dựng Công nghệ sản xuất xi măng lưới thép ngày càng được hoàn thiện, vàhiện đại hoá cao nhằm tăng năng suất, tăng chất lượng, giảm chi phí nhân công, giảm

giá thành xây dựng Công cuộc áp dụng kết cấu xi măng lưới thép vào xây dựng cầumáng là một vấn đề hết sức phù hợp.

Nhìn chung kết cấu xi măng lưới thép đóng một vai trò quan trọng đối với hầu hết cácnước trên Thế giới Với yêu cầu về kỹ thuật ở mức độ thấp và những tính năng ưu việtcủa nó, xi măng lưới thép phù hợp với các nước đang phát triển trong những ứng dụngđơn giản về bể chứa nước, thùng chứa thực phẩm, hệ thống kênh máng, cầu máng dẫnnước tưới cho nông nghiệp và cấp nước cho sinh hoạt… Ở những nước phát triển, sựứng dụng công nghệ tiên tiến cho hệ thống xây dựng và sản xuất đã làm cho nó càngtrở nên thu hút đối với những ứng dụng cho các loại kết cấu phức tạp hơn, đa dạnghơn và thẩm mỹ hơn trong xây dựng nhà cửa cũng như những kết cấu xây dựngkhác

Hầu hết các nghiên cứu về xi măng lưới thép của các nước đều không có những ứngdụng vào lĩnh vực cầu máng xi măng lưới thép trong công trình thủy lợi Nhưng chínhnhững nghiên cứu này đã tạo những điều kiện và cơ sở khoa học để chúng ta tiếp tụcnghiên cứu sâu hơn về kết cấu xi măng lưới thép ứng dụng cụ thể trong lĩnh vực côngtrình thủy lợi

1.1.3.2 Tình hình xây dựng cầu máng xi măng lưới thép tại Việt Nam

Ở Việt Nam, các công trình thủy lợi lớn nhỏ ở nước ta hầu hết đều có sử dụng cầu máng, việc sử dụng cầu máng đem lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao, đặc biệt kết cấu xi măng lưới thép đã phát triển mạnh trong thời gian qua Các cầu máng xi măng lưới thép có chiều dài nhịp từ 6-8m được đặt trên các trụ đỡ để vượt sông suối, hay thay cho các đoạn kênh nổi có chiều cao so với mặt đất tự nhiên từ 2-6m Một số côngtrình đã được thiết kế và thi công như kênh tưới chính Hồ Đăk Loh (Kon Tum, 2002); Kênh chính hồ Đắk Lô (Lâm Đồng, 2004); Kênh chính Hồ Đồng Xoài (Bình Phước, 2008); Kênh chính Đông và Tây hồ Đồng Tròn (Phú Yên, 2009), Cầu máng tại

K1+200 trên kênh Đ1 , cầu máng Đ16 thuộc hệ thống kênh chính Đông Iamơr… Sử dụng cầu máng xi măng lưới thép để dẫn nước trong công trình thủy lợi có nhiều ưuđiểm tích cực như: giảm giá thành xây dựng, giảm diện tích đất đền bù, công trình đẹp, ít tốn kém chi phí quản lý, vận hành, sửa chữa

Tuy nhiên,với cầu máng nhịp ngắn L≤ 6m, chi phí xây dựng sẽ cao do tốn rất nhiều

mố trụ cầu, mặt khác độ an toàn cũng thấp khi nhiều mố trụ có chiều cao lớn và phảithi công ở giữa lòng sông, suối Do đó cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn sẽ là giảipháp tối ưu để giảm giá thành và tăng cường đảm bảo an toàn cho các công trình cầumáng xi măng lưới thép vượt sông, suối…

Để đáp ứng được yêu cầu của thực tế ngày càng cao đối với cầu máng nhịp lớn… đòihỏi phải đi sâu vào nghiên cứu các loại hình thức kết cấu của cầu máng xi măng lướithép nhịp lớn Qua nghiên cứu ban đầu cho thấy khả năng chịu lực của kết cấu máng

xi măng lưới thép tăng lên khi sử dụng cốt thép dự ứng lực

Do đó trong luận văn tác giả sẽ đi sâu vào nghiên cứu cho loại hình kết cấu cầu máng

xi măng lưới thép dự ứng lực nhịp lớn Với kết cấu máng xi măng lưới thép dự ứnglực nhịp lớn chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao trong thiết kế và thi công cầumáng nhịp lớn trong các công trình dẫn nước

1.2 Các phương pháp tính toán nội lực cầu máng xi măng lưới thép

1.2.1 Nguyên lý tính toán cầu máng

Cầu máng loại nhỏ có bề rộng thân máng dưới 1,2 m, hoặc khi thiết kế sơ bộ có thểdùng phương pháp “Lý thuyết dầm” để tính toán và phân tích nội lực thân máng.Phương pháp tính toán theo không gian thay thế cho bài toán phẳng tính theo phươngdọc máng và theo phương ngang máng Theo phương dọc thân máng được tính nhưbài toán dầm, theo phương ngang thân máng được tính như một hệ phẳng (khungphẳng) có bề rộng bằng một đơn vị được cắt ra từ thân máng, chịu tất cả các tải trọngtác dụng lên đoạn máng đó và được cân bằng nhờ các lực tương hỗ của các phần máng

ở hai bên

1.2.2 Tính toán theo phương pháp lý thuyết dầm

1.2.2.1 Tính toán phương ngang máng theo sơ đồ kết cấu vỏ mỏng – trường

hợp mặt cắt ngang máng hình chữ U

a Đặc điểm và sơ đồ tính toán

Xét một đơn vị chiều dài thân máng có thanh giằng ở vị trí đối xứng, thân máng làmviệc như một hệ siêu tĩnh ( Hình 1.8) Mặt khác, do hình dạng hình học của mặt cắt

p M0X

q1

ngang và tải trọng đều là đối xứng (khi không xét đến trọng tải gió và lực động đất),phân bố lực cắt không cân bằng trên mặt cắt ngang cũng là đối xứng Sơ đồ tính toánkết cấu có thể chọn theo Hình 1.9

Lực tác dụng lên thân máng gồm có:

pn: áp lực nước vuông góc với thành máng

P: Lực tập trung tác dụng tại đỉnh máng (Bao gồm trọng lượng bản thân bộ

phận tai máng, trọng lượng bản thân thanh giằng ngang và tải trọng của bản đường đi, )

Mo: Mô men uốn phụ thêm tại đỉnh máng do dời lực tập trung từ vị trí thực tế tới điểm

τ: lực cắt không cân bằng

X1: Nội lực trong thanh giằng

Hình 1 8 Sơ đồ mặt cắt máng chữ U Hình 1 9 Sơ đồ tính toán máng chữ U

b Tính toán nội lực thân máng

Sử dụng phương pháp lực của cơ học kết cấu để tìm nội lực X 1

Hệ cơ bản của phương trình chính tắc:

11 11

1.2.2.2 Tính toán theo phương dọc máng

a Đặc điểm và phân loại dầm

Căn cứ vào sự khác nhau của vị trí, sự phân bố các khớp nối của công trình cầu máng,

số lượng các mố đỡ và khung đỡ, thân máng được tính toán theo sơ đồ dầm đơn hoặcdầm liên tục:

- Dầm công son đơn thường áp dụng cho phần nối tiếp giữa cầu máng với đoạn cửavào, cửa ra của công trình dẫn nước.

Q Qmax=1/2qL

M

- Dầm công son kép được chia thành các loại sau: dầm công son kép đều nhau, côngson kép có mô men uốn bằng nhau, công son kép không đều và mô men uốn khôngbằng nhau

b Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực

* Kết cấu dầm đơn

Ưu điểm của loại dầm này là sơ đồ tính toán đơn giản, thi công thuận lợi, có thể sửdụng các phương pháp lắp ghép Trong các vùng có tác dụng của tải trọng động, loạidầm này ưu điểm hơn về mặt chịu lực so với dầm công son kép.Với các ưu điểm nàynên trong thực tế thường dung cầu máng nhịp đơn để tính toán

Nhược điểm của nó là mô men uốn giữa khoang rất lớn, toàn bộ bản đáy chịu kéo, dẫnđến yêu cầu về khả năng chống nứt và chống thấm khó đảm bảo hơn, đặc biệt là đốivới các công trình dẫn nước nằm trong vùng ảnh hưởng của các yếu tố xâm thực (hóachất, nước biển, môi trường bị ô nhiễm, …)

Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực của cầu máng tính toán theo sơ đồ dầm đơn có dạngnhư sau (Hình 1.10):

B

2

Mmax=1/8qLHình 1.10 Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực theo phương dọc máng

* Kết cầu dầm liên tục nhiều nhịp

Ưu điểm của loại kết cấu này là cải thiện được điều kiện chịu lực của dầm, biểu đồ mômen phân bố cả hai phía, tiết kiệm vật liệu làm khớp nối và chống thấm Nhược điểmcủa loại kết cấu này khó thi công, lắp ghép

Hình 1.11 Sơ đồ tính toán và biểu đố nội lực của dầm 4 nhịp

* Kết cấu dầm công son kép đều nhau

Đối với dầm công son kép có chiều dài đoạn công son L s=L/2, dưới tác dụng của tảitrọng phân bố đều, biểu đồ mô men uốn sẽ gây căng phía trên toàn bộ chiều dài dầm.Bản đáy sẽ ở trạng thái luôn luôn chịu nén và điều kiện này rất có lợi đối với yêu cầuchống nứt và chống thấm cho bản đáy của công trình dẫn nước nói chung và đặc biệt

là cầu máng

Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực của kết cấu trong trường hợp này có dạng như Hình1.12

Hình 1.12 Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực dầm công son kép đều nhau

* Kết cấu dầm công son kép có mô men uốn bằng nhau

Chiều dài đoạn công son trong trường hợp này Ls=0,354L Dưới tác dụng của tải trọngphân bố đều, mô men uốn gây căng trên lớn nhất tại gối đỡ và mô men uốn gây căng

Hình 1.13 Sơ đồ tính toán dầm công son kép có mô men uốn bằng nhau

* Kết cầu dầm công son kép không đều

Kết cấu dầm loại này có chiều dài đoạn công son L s=(0,4÷0,45)L trong trường hợpnày, mô men uốn căng dưới lớn nhất ở giữa nhịp thường nhỏ hơn mô men gây căngtrên tại gối đỡ, bản đáy tại vị trí gối đỡ chịu nén, có lợi đối với tính toán khả năng chịulực và yêu cầu chống thấm cho cầu máng

Về khả năng chống nứt, do chiều dài công son Ls <0,5L, mô men uốn căng trên tại gối

đỡ nhỏ hơn so với dầm công son kép đều nhau nên có lợi hơn Mô men uốn căng dướilớn nhất ở giữa nhịp có giá trị nhỏ hơn so với các trường hợp nêu trên, nên có thể thoảmãn cả 2 yêu cầu về khả năng chịu lực và chống nứt

Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực của phương dọc máng theo sơ đồ dầm công son képkhông đều có dạng như Hình 1.14

A B

Q

2

M Ls=(0,4-0,45)L

Hình 1.14 Sơ đồ tính toán dầm công son kép không đều

c Tính toán kết cấu bê tông cốt thép thân máng theo phương dọc

Nội lực theo phương dọc cầu máng được xác định theo các sơ đồ chịu lực đã nêu và bằng các phương pháp thông thường của cơ học kết cấu Căn cứ vào nội lực M và Qtìm được, phương dọc máng được tính toán như cấu kiện chịu uốn với các dạng mặtcắt khác nhau

Thông thường cầu máng bê tông cốt thép có tiết diện chữ T, chữ I, chữ U, hình hộp.tiết diện ngang dùng trong tính toán được tính đổi về tiết diện tương đương có dạngchữ T hoặc chữ I tùy thuộc vào hình dáng, kích thước các bộ phận của mặt cắt ngangcầu máng

.Kết luận chương 1:

Trong chương này tác giả khái quát tổng quan về cầu máng: về cấu tạo, về kích thước,

về tình hình nghiên cứu và ứng dụng kết cấu xi măng lưới thép dự ứng lực ở Việt Nam

và trên Thế giới

Bên cạnh đó tác giả cũng đã nêu ra các phương pháp tính toán nội lực cầu máng ximăng lưới thép thông thường: tính toán theo phương dọc máng và tính toán theophương ngang máng

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẦU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP DỰ ỨNG LỰC

2.1 Tính toán cầu máng theo phương pháp phần tử hữu hạn

Nhằm giải quyết những tồn tại và hạn chế của các phương pháp tính toán kết cấu cầumáng trước đây, trong phần này xét sự làm việc chỉnh thể của cầu máng theo bài toánkhông gian Trong phạm vi của luận văn này, chỉ giới hạn nghiên cứu ứng dụngphương pháp phần tử hữu hạn để tính toán các cầu máng ở dạng vỏ gấp (cầu máng hở)hoặc vỏ gấp kín (cầu máng hình hộp) có các mặt là tấm phẳng hoặc có thể phân chiagần đúng thành các tấm phẳng

2.1.1 Tổng quan về vỏ gấp

Hình 2 1 Một số dạng kết cấu vỏ gấp trong xây dựng thủy lợiTấm và vỏ là các dạng kết cấu được sử dụng nhiều trong kỹ thuật và chúng thườngchịu biến dạng chịu uốn Phần tử vỏ được xem là tổ hợp của phần tử tấm chịu uốn vàphần tử chịu trạng thái ứng suất phẳng Kết cấu vỏ tương tự như kết cấu tấm nhưng có

độ cong không đổi hoặc thay đổi theo các phương x và y Khi vỏ được chia thành một

số hữu hạn các phần tử có kích thước đủ nhỏ, thì mỗi phần tử có thể được xem như làphần tử tấm phẳng chịu uốn với một phương xác định trong không gian Tuy nhiên,mỗi phần tử này lại có phương khác nhau, vì vậy biến dạng uốn trong phần tử này lại

có thể gây ra biến dạng trong mặt phẳng cho phần tử kế tiếp

Vỏ gấp là kết cấu vỏ trong đó mặt vỏ là mặt phẳng gấp khúc Giao tuyến giữa các mặtphẳng là liên kết giữa các tấm Liên kết này được coi là liên kết cứng nếu như có khảnăng truyền toàn bộ các thành phần nội lực trong tấm phẳng từ tấm này sang tấm kia.Liên kết này được coi là khớp nếu như không có khả năng truyền mô men từ tấm nàysang tấm kia Do mô men chống uốn của mặt cắt vỏ nói chung và vỏ gấp nói riêng cógiá trị mô đun chống uốn của mặt cắt của các kết cấu khác có cùng diện tích, nên trongxây dựng kết cấu vỏ gấp được sử dụng khá phổ biến Trong xây dựng giao thông thủylợi thường sử dụng nhiều loại kết cấu này như: kết cấu cầu hộp trong giao thông, kếtcấu cống lộ thiên, cống ngầm, cầu máng, xi phông…

Với các loại cầu máng có mặt cắt ngang hình chữ U, parabol có thể coi là kết cấu vỏgấp (vỏ mỏng được coi như tập hợp bởi các phần tử phẳng)

Nói chung, kết cấu vỏ gấp thường gặp là kết cấu vỏ trong đó giao tuyến của các mặt

vỏ có phương song song với nhau Với kết cấu cầu máng liên kết giữa các mặt vỏthường là liên kết cứng vì thành máng thường được đổ liền khối với bản đáy hoặc đỉnhmáng, còn liên kết khớp giữa các mặt vỏ chỉ gặp ở các cầu máng có thành máng vàđỉnh máng làm ở dạng tách rời

Tải trọng tác dụng lên kết cấu vỏ gấp thông thường là tải trọng trực tiếp có phươngnằm trong mặt phẳng của vỏ hay vuông góc với mặt phẳng của vỏ, hoặc có các tảitrọng có thể đưa về hai loại đó

Hình 2 2.Tải trọng tác dụng lên mặt cắt ngang máng

Do đặc tính của cấu tạo và chịu lực, một mặt phẳng của vỏ gấp có thể coi như tổ hợpbởi hai loại kết cấu cơ bản là kết cấu dầm tường và kết cấu tấm chịu uốn, dưới đây sẽgọi mặt phẳng của vỏ gấp là tấm vỏ

p p

Hình 2 3 Kết cấu dầm tường (trái) và kết cấu tấm chịu uốn (phải)

Tại một điểm bất kỳ trên mặt trung gian của vỏ có các thành phần chuyển vị sau:

- Các chuyển vị thẳng u,v dọc theo các trục x, y nằm trong mặt phẳng của tấm

- Các chuyển vị thẳng w dọc theo trục z có phương vuông góc với mặt phẳngcủa tấm

- Các chuyển vị góc θx, θy quay quanh trục x và trục y

Hình 2 4.Hệ tọa độ cục bộ của phần tử vỏTrong tính toán vỏ gấp, thành phần góc xoắn θz quanh trục z thường bỏ qua, phần vì

vỏ hầu như không chịu tác dụng của mô men xoắn ngoại lực nằm trong mặt phẳng củatấm vỏ, phần vì mỗi tấm phẳng là thành phần của vỏ có độ cứng chống xoắn khá lớnxung quanh trục z

Tại điểm bất kỳ của vỏ có các thành phần nội lực sau:

- Lực dọc Nx, Ny và lực cắt Nxy dọc theo các phương x, y nằm trong mặtphẳng vỏ

- Mô men uốn Mx, My và mô men xoắn Mxy nằm trong các mặt phẳng có pháptuyến x, y

Các thành phần chuyển vị và nội lực này là tổ hợp bởi các thành phần chuyển vị và nộilực của tấm tường và tấm chịu uốn, trong đó:

- u, v, Nx, Ny, Nxy là các thành phần chuyển vị và nội lực của tấm tường (bài toán ứng suất phẳng của lý thuyết đàn hồi).

- w, θx, θy, Mx, My, Mxy là các thành phần chuyển vị và nội lực của tấm chịuuốn

Với tấm tường ta có phương trình hình học liên hệ giữa các biến dạng và chuyển vị ở điểm bất kỳ của tấm (phương trình Cauchy) biểu diễn ở dạng ma trận

Với E là mô đun đàn hồi và µ là hệ số poison của vật liệu

Z là khoảng cách từ điểm nghiên cứu đến mặt phẳng trung bình của tấm

χ là véc tơ độ cong của điểm tương ứng với điểm bất kỳ trên mặt trung gian của tấm xác định bằng công thức:



 

2 w 



x2 

hệ giữa nôi lực và độ cong của tấm Quan hệ này được biểu diễn ở dạng ma trận như sau:

M  D U  x

2.1.2 Nội dung và phương pháp tính chuyển vị cầu máng xi măng lưới thép theo

phương pháp phần tử hữu hạn

2.1.2.1 Các dạng phần tử trong kết cấu cầu máng xi măng lưới thép

Kết cấu thân cầu máng, khi phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn, có thể phântích thành 2 loại kết cấu là:

- Kết cấu dạng thanh: gồm các bộ phận như dầm dọc, sườn ngang và các thanhgiằng



- Kết cấu dạng vỏ: gồm bản đỉnh, thành bên và bản đáy.

Như đã trình bày, vỏ gấp có thể coi là kết cấu tổ hợp hai loại kết cấu cơ bản là dầm tường và tấm chịu uốn

Chuyển vị thẳng tại điểm bất kỳ của thân máng gồm các thành phần sau:

+ Với thanh chịu uốn và kéo nén đồng thời

- U(x) theo phương trục X

- W(x) theo phương trục Z+ Với dầm tường:

- U(x, y) theo phương trục X

- V(x, y) theo phương trục Y+ Với tấm chịu uốn:

- W(x, y) theo phương trục ZBài toán cơ bản được xem xét với mọi trường hợp của tải trọng Vật liệu của kết cấuđược coi là đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính

2.1.2.2 Nội dung của phương pháp chuyển vị

Như đã trình bày ở trên, phương pháp chuyển vị chọn các chuyển vị nút là ẩn số của bài toán Muốn xác định chúng, ta phải thiết lập các phương trình cân bằng tĩnh học.Nếu như đối với mỗi phần tử hữu hạn luôn luôn tồn tại mối quan hệ giữa các ứng lựcnút F

 và các chuyển vị nút  dạng F K.



thì đối với kết cấu cũng có

mối quan hệ tương tự

c

Mỗi hệ số kij của ma trận độ cứng kết cấu chính là tổng tất cả các hệ số k y của ma trận

độ cứng các phần tử

2.1.3 Ma trận độ cứng của các phần tử trong kết cấu cầu máng

2.1.3.1 Ma trận độ cứng của phần tử thanh chịu uốn

Phần tử thanh chịu uốn với hai điểm nút i và j có các véc tơ tải và véc tơ chuyển vị nútlần lượt là:

2.1.3.2 Ma trận độ cứng của phần tử thanh chịu lực dọc

Véc tơ tải và véc tơ chuyển vị (Hình 2.6):

ij

y

2.1.3.3 Ma trận độ cứng của phần tử thanh chịu uốn và kéo (nén) đồng thời

Véc tơ tải và véc tơ chuyển vị nút ( Hình 2.7)

Hình 2 7.Phần tử thanh chịu uốn và kéo (nén) đồng thời