ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Học viên:Lê Quang Trìu Lớp: Cầu hầm (9/2010) Phần mở đầu: • • • Lý chọn đề tài: Xác định trường hợp kích thước trụ đáp ứng yêu cầu chịu lực đặt mối quan hệ khối lượng vật liệu (bê tông, cốt thép) chiếm dụng không gian Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cưú kết cấu trụ hệ thống cầu vượt đường Vành đai 3, Tp Hà Nội Tính toán đánh giá phương án kích thước trụ thoả mãn yêu cầu chịu lực, mối quan hệ khối lượng vật liệu (bê tông, cốt thép) chiếm dụng không gian Phương pháp nghiên cứu kết đạt được: Nghiên cưú kết cấu trụ hệ thống cầu vượt đường Vành đai 3, Tp Hà Nội phương pháp thực nghiệm để xác định kích thước trụ thực tế thi công Kiểm toán trường hợp kích thước trụ phần mềm Excel để xác định thêm trường hợp kich thước trụ đảm bảo chịu lực theo yêu cầu So sánh, đánh giá trường hợp kích thước trụ so với kích thước trụ thực tế thi công hai tiêu: khối lượng vật liệu (bê tông, cốt thép) chiếm dụng không gian để làm sở liệu cho việc lựa chọn kích thước trụ cho cầu vượt thành phố Phần nội dung: Luận văn gồm bốn chương GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm phân loại trụ cầu 1.1.1 Khái niệm cấu tạo 1.1.2 Phân loại mố trụ cầu 1.1.3 Đặc tính mố trụ cứng (thép - bê tông) 1.2 Cơ sở yếu tố tính toán mố, trụ cầu 1.2.1 Tổng quát phân tích 1.2.2 Các tải trọng tác dụng lên mố trụ cầu 1.2.3 Một số phương thức tính thể tích khối lượng vật thể 1.3 Lí thuyết tính toán trụ cầu 1.3.1 Tính toán tổng quát mố trụ cầu 1.3.2 Một số tính toán cọc móng khoan nhồi 1.4 Ứng dụng Midas/Civil phân tích kết cấu cầu 1.4.1 Sơ lược Midas 1.4.2 Phương pháp Phần tử hữu hạn ứng dụng Midas/Civil GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 2: THỰC TRẠNG VÀ CƠ SỞ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CẦU VƯỢT VÀNH ĐAI 2.1 Tổng quan phê duyệt xây dựng đường vành đai 2.1.1 Sơ lược dự án cầu vành đai 2.1.2 Kết cấu cầu phê duyệt, sử dụng hệ thống cầu vượt đường 3, Tp Hà Nội 2.2 Cơ sở tính toán thiết kế dự án 2.2.1 Khảo sát địa chất công trình dự án - Tóm lược kết thực địa 2.2.2 Thông số tiêu chuẩn - trọng tải duyệt dự án 2.3 Các thông số thiết kế 2.3.1 Thông số thi công 2.3.2 Phân tích Tính toán - Kiểm nghiệm Mô hình 2.3.2 Tổng kết tính toán thiết kế - Thi công cầu vành đai GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Vành đai Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG MỐ TRỤ CẦU VÀNH ĐAI 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.3.8 3.3.9 Áp dụng tính toán móng cầu Chọn lựa kiểu móng Phương án tính toán cọc cho móng trụ Tính toán cho cọc đơn theo vật liệu Sức chịu tải thiết kế cọc đơn Tổng sức chịu tải cọc Tính toán chi tiết trụ mũ trụ Tính toán trụ cầu thể tích khối lượng Khởi tạo tính toán đầy đủ trường hợp kích thước trụ So sánh số tính toán trường hợp kích thước trụ thỏa mãn điều kiện So sánh với trường hợp kích thước trụ (24 x x 1,6) (m) So sánh với trường hợp kích thước trụ (24 x 4,5 x 1,6) (m) So sánh với trường hợp kích thước trụ (20 x 4,5 x 1,8) (m) So sánh với trường hợp kích thước trụ (22 x 4,5 x 1,8) (m) So sánh với trường hợp kích thước trụ (22 x 4,5 x 1,6) (m) So sánh với trường hợp kích thước trụ (20 x x 1,8) (m) So sánh với trường hợp kích thước trụ (20 x 3,5 x 1,8) (m) So sánh với trường hợp kích thước trụ (24 x 3,5 x 1,4) (m) Tổng kết tính toán qua đồ thị GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.1 Một số kết nghiệm thu mô hình mô đơn vị thiết kế cầu 4.1.1 Phân tích tĩnh tuyến tính 4.1.2 Phân tích tác dụng động với gió 4.1.3 Phân tích kết cấu tác động động đất 4.2 Ứng dụng Midas/Civil phân tích mô hình trụ mẫu vành đai 4.3 Một số kinh nghiệm rút từ trình tính toán trụ cầu vành đai GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm phân loại trụ cầu 1.1.1 Khái niệm cấu tạo: • Cầu: Là kết cấu vượt qua phía chướng ngại vật, có độ ≥ 6m, tạo thành phần tuyến đường • Khái niệm Mố trụ cầu: Là phận quan trọng công trình cầu, có chức đỡ kết cấu nhịp, truyền tải trọng thẳng đứng ngang xuống đất • Khái niệm Mố cầu: Là phần tiếp giáp cầu đường, đảm bảo xe chạy êm thuận GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm phân loại trụ cầu 1.1.2 Phân loại mố trụ cầu Mố trụ cầu khung: Mố giống cầu dầm trụ liên kết ngàm với kết cấu nhịp Như trụ chịu mômen lớn Bố trí cốt thép thường cốt thép dự ứng lực GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm phân loại trụ cầu 1.1.2 Phân loại mố trụ cầu Mố trụ cầu treo: Mố phải có kích thước đủ lớn để chịu lực V, H cấu tạo phức tạp GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm phân loại trụ cầu 1.1.2 Phân loại mố trụ cầu Mố trụ cầu dây văng: Mố chịu lực nhổ truyền mố bố trí gối chịu lực nhổ mố phải đủ nặng để chịu lực nhổ • • Mố trụ dẻo: Kích thước mảnh, độ cứng nhỏ gồm: Xà mũ, cọc (cột) Trên mố trụ có gối cố định không cần gối Ngoài số phân loại khác phân loại GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG MỐ TRỤ CVĐ 3.3 So sánh số tính toán trụ thỏa mãn điều kiện 3.3.4 So sánh với trường hợp kích thước trụ (22x4,5x1,8)(m)-Trường hợp thoả mãn %Mbt tăng = 5,1% %Mth tăng = 24% GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG MỐ TRỤ CVĐ 3.3 So sánh số tính toán trụ thỏa mãn điều kiện 3.3.5 So sánh với trường hợp kích thước trụ (22x4,5x1,6)(m)-Trường hợp thoả mãn %Mbt tăng = 6,4% %Mth tăng = 13,3% GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG MỐ TRỤ CVĐ 3.3 So sánh số tính toán trụ thỏa mãn điều kiện 3.3.6 So sánh với trường hợp kích thước trụ (20x4x1,8) (m)-Trường hợp thoả mãn %Mbt tăng = 3,9% %Mth tăng = 12% GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG MỐ TRỤ CVĐ 3.3 So sánh số tính toán trụ thỏa mãn điều kiện 3.3.7 So sánh với trường hợp kích thước trụ (20x3,5x1,8)(m)-Trường hợp thoả mãn %Mbt giảm = 3% %Mth tăng = 5,3% GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG MỐ TRỤ CVĐ 3.3 So sánh số tính toán trụ thỏa mãn điều kiện 3.3.8 So sánh với trường hợp kích thước trụ (20x3,5x1,8)(m)-Trường hợp không đạt %Mbt giảm = 3,8% %Mth tăng = 4% GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 3: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG MỐ TRỤ CVĐ 3.3 So sánh số tính toán trụ thỏa mãn điều kiện 3.3.9 Tổng kết tính toán qua đồ thị • Tổng kết trường hợp tính toán ta thấy rõ ràng trường hợp cuối không thỏa mãn so với tiêu chuẩn thiết kế lại trường hợp khác thỏa mãn • Nếu xét tính kinh tế, nói trường hợp xét 3.3.7 3.3.8 trường hợp chuẩn gần tương đương Nhưng ta thấy có trường hợp chuẩn 3.3.7 thỏa mãn yêu cầu lực, mô men lực, trường hợp 3.3.8 kết cấu, khác mô hình, không đáp ứng nhu cầu • Trong đó, xét trường hợp chuẩn 3.3.7 ta thấy khía cạnh không gian chiếm dụng bề ngang trụ lớn 0,2m bề dọc lại giảm 0,5m; nên tích kiệm diện tích cách tốt nên chọn kết cấu mô hình 3.3.7 GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.1 Một số kết nghiệm thu mô hình mô đơn vị thiết kế cầu 4.1.1 Phân tích tĩnh tuyến tính Kiểm nghiệm lại mô hình đơn vị tư vấn với thiết kế - kết cấu RMSPACEPRAME, thấy hoàn toàn với báo cáo phương diện phân tích tĩnh tuyến tính: – – – – Phân tích theo tải trọng tổ hợp tải trọng Co ngót từ biến Phân tích mặt cầu theo phương ngang Tính toán theo sơ đồ biến dạng GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.1 Một số kết nghiệm thu mô hình mô đơn vị thiết kế cầu 4.1.2 Phân tích tác động gió lên mô hình • Qua kết nghiên cứu gió giai đoạn nghiên cứu khả thi, vào tài liệu lưu trữ bão lịch sử tài liệu Văn phòng MET Anh cung cấp, Tư vấn thiết kế chọ tốc độ gió dùng để tính toán thiết kế cầu CVDD3 tương tự Cầu bãi cháy, Cầu Mĩ thuậntrong trạng thái giới hạn cực hạn khai thác tương ứng 52m/s 38m/s • Hệ mặt cầu ổn định động học với gió có góc thổi phạm vi thí nghiệm tốc độ gió từ 30m/s đến 80m/s Gió xoắn xảy với tốc độ gió 70-75m/s với góc thổi 40 năm giá trị thiết kế • Thân cầu hoàn toàn ổn định 4.1.3 Phân tích kết cấu tác động động đất Ngoài thử lại mô hình đơn vị tư vấn thiết kế động đất với a =0,1÷0,3g trụ cầu hoàn toàn đáp ứng yêu cầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.2 Ứng dụng Midas/Civil Trong Phân tích Mô hình trụ ghép mẫu 4.2.1 Nhập mô hình tổng quát kết cấu vào Midas Mô hình chuẩn bị: Coi trụ cầu nút mạng, nút mạng liên kết với dầm Super T Coi số nút lớn xét trường hợp đồng hoá tứcc vai trò nút (như toán ta không xét đầu cầu), ý toán ta xét trụ cầu gồm trụ (cọc) đơn Dầm cầu Super T: Có chiều dài 38m mô tả hình Và dầm Super T-38M nhập mô hình vào Midas từ vẽ Autocad Mô hình trụ cầu: Nhập vẽ Autocad cho mô hình trụ cầu trình bày hình 3.5 Sau đưa mô hình phần tử, ta bắt đầu đặt quy định, thông số, biến số, đặc tính cho phần tử GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.2 Ứng dụng Midas/Civil Trong Phân tích Mô hình trụ ghép mẫu 4.2.2 Thông số đặc tính hóa phần tử  Tải trọng: Tải trọng thân Tải trọng gối lún Tải trọng xe đúc Tải trọng dự ứng lực Tải trọng nhiệt độ Tải trọng di động  Chuẩn bị số liệu, đặt tên phần tử: Nút, Phần tử, Các nhóm kết cấu: • • • Nhóm 1: Trụ P1, P2 Nhóm 2: Đoạn dầm đúc đà giáo trụ P1 P2, đoạn dầm Super T Nhóm 3: Đoạn dầm đúc hẫng K1 trụ P1 P2 GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.2 Ứng dụng Midas/Civil Trong Phân tích Mô hình trụ ghép mẫu 4.2.3 Midas trả mô hình kết cấu- Nhập số liệu cho biến • Điều kiện biên: Gồm gối hình vẽ, điều kiện khác nhập theo mô hình đơn vị tư vấn thiết kế đưa yêu cầu Chương 2: GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.2 Ứng dụng Midas/Civil Trong Phân tích Mô hình trụ ghép mẫu • • 4.2.3 Midas trả mô hình kết cấu - Nhập số liệu cho biến Nhập số liệu cho trụ cầu: Dưới mô tả hình vào số liệu cho trụ cỡ 1,6 x4,5 GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TỬ 4.3 Kinh nghiệm rút từ trình tính toán Mố trụ cầu vành đai Với công trình quan trọng yêu cầu cao cầu vành đai trình thiết kế cần phải áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam tham khảo tiêu chuẩn giới, thiết kế công thức tính toán Excel sử dụng phần mềm chuyên dụng để kiểm tra Khi ta đạt cấu trúc thiết kế kết cấu cần thiết cho Bài toán thực tiễn Qua kiểm chứng phương pháp ta thấy, tính toán kết cấu trụ cầu đơn vị tư vấn hoàn toàn xác, đáp ứng tốt với yêu cầu đặt ban đầu GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Phần kết luận: Qua kết nghiên cứu đề tài, rút kết luận sau: Xác định kích thước trụ thực tế thi công xác định thêm số trường hợp kich thước trụ khác đảm bảo chịu lực theo yêu cầu Đưa chênh lệch khối lượng vật liệu (bê tông, cốt thép) trường hợp kích thước trụ so với kích thước trụ thực tế thi công Trên sở trường hợp kích thước trụ, ta nhận xét chiếm dụng không gian trường hợp kích thước trụ Lấy kết nghiên cứu, tính toán, đánh giá trường hợp kích thước trụ đề tài để làm sở liệu cho việc lựa chọn kích thước trụ cho cầu vượt thành phố khối lượng vật liệu chiếm dụng không gian GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Em xin chân thành cảm ơn Hội đồng! GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng [...]... liệu; Khả năng phân tích cho bài toán cầu; Tính phổ biến của chương trình GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.4 Ứng dụng Midas/Civil trong phân tích kết cấu cầu 1.4.2 Phương pháp Phần tử hữu hạn và ứng dụng trong Midas/Civil Mô hình hóa rời rạc kết cấu: Coi vật thể liên tục như là tổ hợp của nhiều phần tử liên kết với nhau bởi một số hữu hạn... mố, trụ cầu 1.2.2 Các tải trọng tác dụng lên mố trụ cầu • Trọng lượng bản thân: Công thức tính toán: Q = γ V • Phản lực gối dưới tác dụng của trọng lượng bản thân kết cấu nhịp: Ví dụ nhịp dầm giản đơn: Rt = (g L)/2 • Trọng lượng đất đắp: Pđ = γđ H (T/m2) • Áp lực ngang của đất: Theo QT 79 áp lực đẩy ngang tính theo công thức: ep = μ γtc H • Ngoài ra ta thường phải tính: Mố có bản quá độ; Tính áp lực... TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.2 Cơ sở yếu tố trong tính toán mố, trụ cầu Các bước Chuẩn bị cho tính toán trụ cầu: GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.2 Cơ sở yếu tố trong tính toán mố, trụ cầu 1.2.1 Tổng quát về phân tích • Phương pháp phân tích kết cấu: Phương pháp lực và phương pháp chuyển vị cổ điển, Phương pháp sai phân hữu hạn, Phương pháp phần tử... khoan nhồi với Φ=1500mm; chiều sâu ngàm vào đất từ 40 đến 43m Số lượng cọc móng áp dụng thường là 8-9 cọc ngàm vào 1 đài cọc, các tiêu chuẩn tính toán độ cao và bề rộng của đài cọc áp dụng tiêu chuẩn ASSHTO Hệ thống móng cọc này được duyệt áp dụng cho trụ đặt 1 cột Số lượng cọc khoan nhồi thường là 4-6 cho một móng trụ, áp dụng cho bộ trụ gồm 2-3 trụ, nhưng khi đó đường kính cọc khoan nhồi nhỏ hơn, đã thi... chẩn thiết kế cầu của Australia AUSTROADS -92, 22TCN272-05, AASHTO Tải trọng tác dụng lớn nhất lên hệ thống trụ cầu khi tính toán các tác động cơ bản theo các tiêu chuẩn trên là 3200 Tấn Mô Men cực hạn bẻ dọc cầu tác dụng lên hệ thống trụ cầu, khi đã xếp hoạt tải và tính toán các tác động là 7500 kN.m Mô ment cắt ngang cầu tác dụng cực đại đã tính toán tác động là 34000 kN.m Tải trọng gió với trạng thái... xuống đất nền bên dưới và xung quanh • Trụ cứng: Thường được sử dụng vật liệu thép hoặc Bê Tông • Hình dạng trụ: Dưới đây là một số loại trụ phân theo hình dạng Trụ đặc thân hẹp GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu 1.1.3 Đặc tính mố - trụ cứng (thép - bê tông) • Mũ Trụ: Chịu tải trọng trực tiếp từ kết cấu nhịp và... CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.1 Khái niệm và phân loại trụ cầu 1.1.3 Đặc tính mố - trụ cứng (thép - bê tông) • Mũ Trụ: Chịu tải trọng trực tiếp từ kết cấu nhịp và truyền xuống thân trụ • Thân trụ: Thân trụ làm nhiệm vụ truyền áp lực từ mũ trụ xuống móng và chịu các lực ngang theo phương dọc cầu và ngang cầu • Móng trụ: Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ mố xuống đất nền bên dưới và xung quanh... 2.1.2 Kết cấu cầu được phê duyệt, sử dụng trên hệ thống CVVĐ3 Mặt cắt ngang thiết kế :   GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 2: THỰC TRẠNG VÀ CƠ SỞ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CVVĐ3 2.1 Tổng quan và phê duyệt xây dựng CVVĐ3 2.1.2 Kết cấu cầu được phê duyệt, sử dụng trên hệ thống CVVĐ3 Thiết kế phần dưới: Với móng, sử dụng kết cấu móng sâu, cọc móng sử dụng các cọc khoan nhồi với Φ=1500mm;... Phi Lân - Đại học Xây dựng Chương 1: LÝ LUẬN VỀ KẾT CẤU TÍNH TOÁN TRỤ CẦU 1.3 Lý thuyết tính toán trụ cầu 1.3.1 Tính toán tổng quát mố trụ cầu Tính duyệt mặt cắt: Duyệt cường độ: dùng với tổ hợp tải trong bất lợi nhất với tham số: M – tổng mômen tính toán N – lực dọc trục tính toán eo = M/N là độ lệch tâm của lực pháp tuyến N so với trọng tâm mặt h – chiều cao của mặt cắt φ- Hệ số triết giảm khả năng... từ kết cấu nhịp và truyền xuống thân trụ • Thân trụ: Thân trụ làm nhiệm vụ truyền áp lực từ mũ trụ xuống móng và chịu các lực ngang theo phương dọc cầu và ngang cầu • Móng trụ: Móng trụ có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ mố xuống đất nền bên dưới và xung quanh • Trụ cứng: Thường được sử dụng vật liệu thép hoặc Bê Tông • Hình dạng trụ: Dưới đây là một số loại trụ phân theo hình dạng Trụ thân rộng