Đang tải... (xem toàn văn)
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ ỨNG DỤNG KẾT CẤU CẦU CONG TRONG CÁC NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Bé gi¸o dôc vµ §µo t¹o trêng §¹i häc x©y dùng ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ ỨNG DỤNG KẾT CẤU CẦU CONG TRONG CÁC NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU, HẦM Mà SỐ : 60.68.25 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS NGUYỄN PHI LÂN
-1- . Bé gi¸o dôc vµ §µo t¹o trêng §¹i häc x©y dùng ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ ỨNG DỤNG KẾT CẤU CẦU CONG TRONG CÁC NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 20 -2- MỤC LUC Trang Mục lục 1 Lời nói đầu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU CONG ………………… 1 1.1 Đặc điểm của hệ thống cầu cong ……………………………………………2 1.2 Tổng quan về sự phát triển cầu cong trên Thế giới và ở Việt Nam………… 2 1.3 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài………………………………………2 1.4 Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài ……………………………… 2 CHƯƠNG II: CÁC DẠNG CẦU CONG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ĐỀ XUẤT CÁC DẠNG CẦU CONG ÁP DỤNG CHO VIỆT NAM ………… 10 2.1 Các dạng kết cấu cầu cong trên Thế giới ………………………………… 2 2.1.1 Các dạng kết cấu nhịp ……………………………………………………. 2 2.1.1.1 Kết cấu nhịp bản bêtông cốt thép …………………….…………………2 2.1.1.2 Kết cấu nhịp dầm bêtông cốt thép ………………………………………2 2.1.1.3 Kết cấu nhịp hình hộp bêtông cốt thép ………………………………… 2 2.1.2 Các dạng kết cấu mố trụ ………………………… ………………………2 2.1.2.1 Trụ cột ………………………………… ……………………………… 2 2.1.2.2 Trụ tường ………………………………… ……………………………2 2.1.2.3 Trụ khung ………………………………… ………………………… 2 2.1.2.4 Một số kiểu trụ áp dụng cho nút giao thông khác mức ………………… 2 2.2 CÁC DẠNG KẾT CẤU CẦU CẠN, CẦU VƯỢT, CẦU CONG Ở VIỆT NAM ……………………………… …… …………………………2 2.2.1 Kết cấu nhịp ………………………… ……… ………………………… 2 2.2.2 Kết cấu mố trụ …………………………… … ………………………… 2 2.3 Phân tích và đề xuất một số dạng cầu cong áp dụng ở Việt Nam ………… 2 2.3.1 Các dạng kết cấu nhịp ……………………… ………………………… 2 -3- 2.3.2 Các dạng kết cấu trụ ………………………… ………………………… 2 CHƯƠNG 3 :NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU CONG ……………………………… …… …….………………2 3.1 Nguyên lý tính toán .…………………… …… ………………………… 2 3.2 Phương pháp tính toán theo nguyên lý thanh cong phẳng .………………… 2 3.2.1 Giả thuyết tính toán ………………… …… ………… ……………… 2 3.2.2 Nguyên lý chung xác định phản lực, nội lực dầm cong … ……………… 2 3.2.3 Tính toán nội lực trong dầm cong đơn giản và congson có độ cong không đổi .…………… ……… …… ………………………… 2 3.2.4 Tính dầm cong có dạng cong bất kỳ … …… ………………………… 2 3.3 Phương pháp tính toán không gian của kết cấu cong ……….………………2 3.3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn ……… …… … ………………………2 3.3.2 Giới tiệu phầm mềm tính toán MIDAS/Civil … …………………………2 CHƯƠNG 4: NGUYÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA BÁN KÍNH CONG CHIỀU DÀI NHỊP ĐẾN NỘI LỰC KẾT CẤU CẦU CONG .…………………2 4.1 Đặt vấn đề ……………………………… …… ……… ………………2 4.2 Tính toán nội lực trong kết cấu cong khi bán kính và chiều dài nhịp thay đổi ……………………………… …… …….……………… 2 4.2.1 Điều kiện tính toán … …………………… …… …….……………… 2 4.2.2 Nội dung tính toán khi bán kính cong thay đổi … …….……………… 2 4.2.3 Nội dung tính toán khi chiều dài nhịp thay đổi …….……………… 2 4.3 Kết luận chương 4 ……… ……………… ……… …….……………… 2 CHƯƠNG 5:THIẾT KẾ KẾT CẤU CẦU CONG CỦA NHÁNH RẼ TRONG NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC TUÝ LOAN TẠI ĐÀ NẴNG ….…………2 5.1 Giới thiệu chung về nút giao thông Túy Loan …… …….……………… 2 5.1.1 Đặc điểm chung của nút giao thông Túy Loan …… …….……………… 2 5.1.2 Hiện trạng nút giao thông Túy Loan …… ……… …….……………… 2 5.1.3 Các phương án thiết kế nút giao thông Túy Loan … …….………………2 5.2 Thiết kế kết cấu cầu cong của nhánh rẽ trong nút giao thông Túy Loan … 2 -4- 5.2.1 Đặc điểm của cầu cong trong nút giao thông khác mức ….……………… 2 5.2.2 Các thông số kỹ thuật chính của nhánh rẽ ……… ……….……………2 5.2.3 Các thông số cấu tạo của cầu cong trong nhánh rẽ ….….……………… 2 5.3 Tính toán nội lực kết cấu cầu cong của nhánh rẽ trong nút ………………… 2 5.3.1 Số liệu tính toán ……… ……………… ……… …….….……………2 5.3.2 Tính toán nội lực và kết quả ……………… ……… ………………2 5.3.3 Kiểm tra và nhận xét ……… ……………… … …….……………… 2 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Tài liệu tham khảo -5- CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU CONG 1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CẦU CONG: Cầu cong ngày càng được phát triển mạnh mẽ bởi vì dạng kết cấu này thích hợp áp dụng trong xây dựng các cầu cạn, cầu vượt và các nút giao thông. Giải pháp để đảm bảo giao thông, nâng cao năng lực thông qua ở các nút và giải quyết cơ bản trình trạng tắc ghẽn dòng xe tại các nút giao thông là sử dụng nút giao thông khác mức (còn gọi là nút giao thông lập thể) có cấu tạo là các cầu vượt, trong đó có nhiều công trình là các cầu cong. Nhiệm vụ của các cầu cong này là chuyển tiếp dòng giao thông giữa các tuyến đường. Đối với một hệ thống giao thông hiện đại cầu cong còn được bố trí trong nhiều trường hợp khác nhau, đó là: - Ở các khu vực hạn chế về mặt bằng: việc sử dụng cầu cong là giải pháp làm giảm đáng kể diện tích mặt bằng xây dựng so với những nút giao thông cùng mức có quy mô thiết kế tương tự; thường phải sử dụng giải pháp cầu cong để tuyến đường đi qua khu vực đó uốn vòng quanh các công trình hoặc nhà cửa đã có sẳn. - Trên các tuyến đường miền núi nhỏ hẹp có thể sử dụng giải pháp cầu cong để mở rộng bán kính các cua đường quá gấp hoặc tránh những khu vực có nguy cơ xảy ra sụt lở. - Trong những khu vực đông dân và khu công nghiệp, cầu cong còn được xây dựng cho người đi bộ. Hơn nữa, với bán kính cong thích hợp thì hình dáng kết cấu đẹp, tạo cảm giác êm thuận cho các phương tiện trên đường mỗi khi đổi hướng giao thông và tránh được những chướng ngại vật hay công trình kiến trúc bất khả di dời. Cầu cong là một loại hình cầu đẹp, nhất là đối với các tuyến đường cong và các nút giao thông trong thành phố đảm bảo được yêu cầu mỹ quan, hài hòa với cảnh quan môi trường đô thị. -6- Cầu cong có vị trí đặc biệt như vậy , cho nên trong tương lai nhu cầu xây dựng loại công trình này sẽ ngày càng nhiều. Khác với cầu thẳng, cầu cong luôn chịu xoắn ngay cả khi chỉ có tải trọng tác dụng đúng tim cầu. Mô men xoắn thường tác dụng bất lợi tới sự làm việc chung của toàn bộ công trình và cũng vì thế mà bài toán tính hệ thanh cong phức tạp hơn bài toán tính hệ thanh phẳng. Sự phức tạp của bài toán còn tăng lên từ chỗ chọn sơ đồ tính thanh cong phẳng đến chọn sơ đồ thanh cong không gian. 1.2 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CẦU CONG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM: Ở các nước phát triển và các nước đang phát triển đã và đang xây dựng những hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt rất hiện đại. Trong đó phải kể đến hệ thống giao thông trong các thành phố, các đô thị lớn, để đáp ứng yêu cầu về mật độ và vận tốc lớn của các phườn tiện giao thông nút giao thông trong đô thị thường phải làm nút giao khác mức. Với đặc điểm của cầu cong nên được dùng nhiều trong các nút giao, đặc biệt là các nút có nhiều tuyến phố, tuyến đường giao cắt, nhiều đường nhánh, đường rẽ. Cầu cong đầu tiên xuất hiện trên thế giới vào trước những năm 1960 và hiện nay kết cấu cong chiếm khoảng 30% trong hệ thống cầu tại nước Mỹ và khoảng 20% trong hệ thống cầu ở các nước phát triển. Trong đó, các cầu cong bằng vật liệu thép vượt trội hơn nhiều so với cầu cong bằng vật liệu bêtông cốt thép. Có rất nhiều cầu cong đã được xây dựng ở các nước trên thế giới, ví dụ như: cầu trên đường phố 20, HOV ở Den Vơ, Côlôradô; cầu U.S Nevan Acađemi, Annapôlit, Marylen; cầu nhánh Y, I-95 đại lộ Davie, Broward County, Florida; dự án đường cao tốc, Thailand; cầu Nan Pu ở Thượng Hải, Trung Quốc; nút giao Uchihômmachi, Nhật Bản; .v.v… -7- Hình 1.1. Nút giao thông khác mức Nhật Bản Hình 1.2. Nút giao thông Kiến Bảo – Trung Quốc Hình 1.3. Nút giao thông 3 tầng -8- Hình 1.4. Nút giao thông 4 tầng Hình 1.5. Nút giao thông nhiều tầng Mặc dù trên Thế giới cầu cong đã được xây dựng nhiều như vậy tuy nhiên ở Việt Nam trong những năm gần đây các kỹ sư mới bắt đầu nghiên cứu thiết kế và xây dựng các dạng cầu cong kết cấu đơn giản dầm thẳng như: các nhịp bản cầu dẫn của cầu Mỹ Thuận, các nhịp dầm tiết diện “I” của cầu vào nhà ga sân bay Nội Bài; hay các dạng cầu cong phức tạp hơn dạng bản hộp nhịp đơn giản hay liên tục sử dụng ở nút giao thông phía Nam cầu Chương Dương, Hà Nội; cầu dẫn cầu Thuận Phước, Đà Nẵng. Sắp đến, một số cầu cong có chiều dài khoảng 50m, mặt cắt hình hộp BTCT DƯL sẽ được xây dựng ở cầu Thanh Trì, Hà Nội; cầu Khánh Hội trong dự án Đại Lộ Đông Tây, Tp Hồ Chí Minh -9- Hình 1.6. Cầu vượt nhà ga sân bay Nội Bài Hình 1.7. Nút giao thông phía Nam cầu Chương Dương – Hà Nội Hình 1.8. Cầu dẫn cầu Thuận Phước – Đà Nẵng -10- 1.3 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: Trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội 2001-2010, ngoài viêc “nâng cấp, xây dựng các tuyến đường bộ, đường sắt …” trong cả nước, đối với khu vực đô thị là phải “ hoàn thiện qui hoạch giao thông lâu dài, hợp lý ở các đô thị, khắc phục trình trạng ùn tắc giao thông “. Theo yêu cầu này, tại các đô thị lớn nước ta trong những năm đến sẽ xây dựng mạng lưới giao thông hiện đại, trong đó có nhiều nút giao thông quan trọng được nâng cấp thành các nút giao khác mức. Hiện tại, nhiều dự án xây dựng qui hoạch ở Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng đã lập nhiều nút giao khác mức có sử dụng kết cấu cầu cong. Ban đầu, trong một thời gian dài cầu cong đã được xây dựng trên thế giới mà không có được những hướng dẫn đáng tin cậy hay tiêu chuẩn kỹ thuật nào về thiết kế và thi công. Sau đó, dưới sự tài trợ của một số tổ chức thì nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực này, tuy nhiên cho đến nay vẫn còn nhiều khía cạnh của chúng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Ở nước ta việc nghiên cứu các dạng cầu cong vẫn còn mới mẽ, các cơ quan chức năng chưa ban hành các chỉ dẫn cụ thể hay quy trình quy phạm về thiết kế và xây dựng cầu cong. Từ thực tiễn về sự phát triển cầu cong trên thế giới, kinh nghiệm xây dựng một số cầu ở nước ta và xu hướng phát triển tại Việt Nam, việc nghiên cứu về thiết kế và công nghệ xây dựng cầu cong để áp dụng vào các đô thi lớn như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, … là hết sức cần thiết và nhằm đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn. Tại Đà Nẵng, trong giai đoạn năm 2010 - 2020, kết cấu hạ tầng giao thông sẽ được đầu tư xây dựng, nâng cấp nhiều tuyến đường như: đường Quốc lộ 1A, Quốc lộ 14B, đường tránh thành phố, đường cao tốc Đà Nẵng - Quảng Ngãi, cao tốc Cam lộ - Huế - Đà Nẵng, …. nên phải xây dựng nhiều nút giao khác mức để đảm bảo giao thông tại các nút giao của các tuyến đường trên . Ngoài nút Hòa Cầm mới xây dựng, trong thời gian đến sẽ đầu tư xây dựng 03 nút giao lập thể: Nút Liên Chiểu, Nút Túy Loan, Nút Hòa Hiệp (theo Quy hoạch tổng thể phát triển giao thông công chính thành phố Đà Nẵng đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020). [...]... ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính toán và ứng dụng kết cấu cầu cong trong các nút giao thông khác mức tại thành phố Đà Nẵng nhằm góp phần vào quá trình triển khai thiết kế và xây dựng các dạng cầu này ở thành phố Đà Nẵng nói riêng và các thành phố lớn như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh,… nói chung trong hiện tại và tương lai Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm: 1 Nghiên cứu về cấu tạo, các. .. dạng kết cấu nhịp, kết cấu trụ cầu trong cầu cong, đề xuất một vài dạng kết cấu nhịp và trụ cầu phù hợp với điều kiện Việt Nam 2 Nghiên cứu lý thuyết tính toán nội lực kết cấu cầu cong 3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố bán kính cong, chiều dài nhịp,… đến nội lực của kết cấu cong, dùng phần mềm Midas/Civil để khảo sát 4 Tính toán kết cấu cầu cong của nút giao thông khác mức Túy Loan tại Đà Nẵng. .. Nẵng 5 Kết luận và khuyến nghị -12- CHƯƠNG II CÁC DẠNG CẦU CONG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ĐỀ XUẤT CÁC DẠNG CẦU CONG ÁP DỤNG CHO VIỆT NAM 2.1 CÁC DẠNG KẾT CẤU CẦU CONG TRÊN THẾ GIỚI: Hệ cầu dẫn, cầu cạn và cầu vượt đã được áp dụng nhiều trên thế giới, trong đó kết cấu cong đá được ứng dụng nhiều, đặc biệt trong các nút giao thông khác mức Để có thể tiếp nhận có hiệu quả những thành tựu của các nước,... số dạng kết cấu nhịp và kết cấu trụ áp dụng trong kết cấu cầu cong ở Việt Nam: + Các kết cấu nhịp và mố trụ cần đạt các yêu cầu về khai thác, mỹ quan công trình, công nghệ thi công, tính kinh tế + Kết cấu nhịp: Nên sử dụng kết cấu đổ tại chổ, kết cấu nhịp là dầm bản và dầm bản sườn đối với nhịp vừa và nhỏ có bán kính cong nhỏ, kết cấu nhịp là dầm hộp đối với nhịp lớn có bán kính cong lớn + Kết cấu trụ:... kết cấu nhịp có sườn, ít khi dùng với kết cấu nhịp bản hoặc hình hộp Hình 2.16 Một số dạng kết cấu trụ khung 2.1.2.4 Một số kiểu trụ áp dụng cho nút giao thông khác mức: Trong các nút giao thông khác mức, việc giải quyết cấu tạo kết cấu cầu cong tại các nút không gian là vấn đề phức tạp, đặc biệt là biện pháp cấu tạo trụ và cách bố trí trụ trên mặt bằng Khi kết cấu nhịp chịu tải trọng lớn, thường dùng... hình hộp: Dạng kết cấu này được sử dụng ở cầu dẫn phía nam của cầu Trà Khúc (Quảng Ngãi), là cầu cong liên tục bán kính cong R=200m; cầu dẫn phía tây cầu Thuận Phước (Đà Nẵng) , là cầu cong liên tục bán kính cong R = 250m, có tiết diện hình hộp, chiều cao không đổi và đổ tại chổ trên giàn giáo cố định 2.2.2 Kết cấu mố trụ: Kết cấu mố trụ đều sử dụng những kết cấu thông thường để tính toán và thi công đơn... NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU CONG 3.1 NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN: Trong tính toán thiết kế cầu cong cũng như cầu dầm thẳng là phải giải quyết bài toán nội lực Do đặc tính hình học phức tạp nên cầu cong luôn chịu xoắn ngay cả khi chỉ có tải trọng tác dụng đúng tim cầu Mômen xoắn thường tác dụng bất lợi đến sự làm việc chung của toàn bộ công trình Việc tính toán nội lực kết cấu cầu cong rất... nối trên trụ + Loại kết cấu này dùng phù hợp cho các cầu cong có bán kính lớn 2.3.2 Các dạng kết cấu trụ: -33- Đối với cầu vượt, cầu cạn, cầu cong nói chung kết cấu trụ ngoài vấn đề đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật, còn phải đáp ứng yêu cầu về mỹ quan Qua nghiên cứu và phân tích các dạng trụ đã dùng trên thế giới và ở Việt Nam, một số dạng kết cấu trụ được đề xuất áp dụng cho cầu cong ở Việt Nam như... trí dãi phân cách của đường xe chạy dưới, các cầu nhánh rẽ sang đường khác 2.3.2.3 Trụ chữ Y: - Trụ chữ Y có thể bố trí một cột hoặc hai cột Xà mũ có thể hở hoặc kín * Kết luận chương II: - Luận văn đã tổng quan được các dạng kết cấu cầu cạn, cầu cong trên thế giới và ở Việt Nam, trong đó gồm kết cấu nhịp và trụ Đó là các dạng kết cấu cầu đã được sử dụng phổ biến trong nút giao thông khác mức - Luận... hoặc kết hợp với kết cấu thép Khi kết cấu nhịp chịu tải trọng nhỏ, có thể cấu tạo trụ dạng cột có các cánh công xôn ở các độ cao khác nhau để kê kết cấu nhịp -28- 12,00 m a) b) 2,8m 2,8m 1,6 9,1m 1,6 4,5-5,0m 4,5-5,0m 9,1m 7,2m 7,2m 6,2m 11,80m Hình 2.17 Một số dạng mặt cắt ngang tại trụ trong nút giao thông khác mức 2.2 CÁC DẠNG KẾT CẤU CẦU CẠN, CẦU VƯỢT, CẦU CONG Ở VIỆT NAM: Ở Việt Nam, hệ thống giao . thành phố Đà Nẵng đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020). -11- 1.4 MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính toán và ứng dụng kết cấu cầu cong trong các nút giao thông khác mức. vµ §µo t¹o trêng §¹i häc x©y dùng ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ ỨNG DỤNG KẾT CẤU CẦU CONG TRONG CÁC NÚT GIAO THÔNG KHÁC MỨC TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, năm. chung trong hiện tại và tương lai. Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm: 1. Nghiên cứu về cấu tạo, các dạng kết cấu nhịp, kết cấu trụ cầu trong cầu cong, đề xuất một vài dạng kết cấu nhịp và trụ cầu