Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với bê tông cường độ cao cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:137

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với bê tông cường độ cao cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ" trình bày các nội dung chính sau: Nghiên cứu bê tông cường độ cao cấp 60MPa đến 80MPa sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ ứng dụng cho dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn; Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật kết cấu nhịp cầu dùng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao so với các kết cấu dầm bê tông dự ứng lực thông thường hiện nay.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với bê tông cường độ cao cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VÕ VĨNH BẢO NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHO PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VÕ VĨNH BẢO NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHO PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số: 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS. TS. Trần Đức Nhiệm 2. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long HÀ NỘI- 2022
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2022 Tác giả Võ Vĩnh Bảo
LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sỹ được thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS. Trần Đức Nhiệm và PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về định hướng khoa học, liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu, có những lúc nghiên cứu sinh cảm tưởng khó có thể tiếp tục nghiên cứu nhưng nhờ sự động viên, khích lệ của các thầy cộng với sự nỗ lực không ngừng nghỉ của bản thân, đến nay luận án đã được hoàn thành. Nghiên cứu sinh cũng xin được chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài nước, tác giả của các công trình nghiên cứu đã được nghiên cứu sinh sử dụng trích dẫn trong luận án về nguồn tư liệu quý báu, những kết quả liên quan trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Hội đồng Tiến sỹ Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hiện và hoàn thành chương trình nghiên cứu của mình. Cuối cùng là sự biết ơn đến gia đình vì đã liên tục động viên để duy trì nghị lực, sự hy sinh thầm lặng, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian, sức khỏe và các khía cạnh khác của cuộc sống trong cả quá trình thực hiện luận án. Tác giả Võ Vĩnh Bảo
i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4 1.1. Nhu cầu phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ. 4 1.1.1 Giới thiệu về vùng Đông Nam Bộ. 4 1.1.2 Tình hình phân bố dân cư và mức độ phát triển đô thị của khu vực Đông Nam Bộ. 5 1.1.3 Tình hình giao thông ở các khu đô thị hiện hữu trong khu vực. 7 1.1.4 Nhu cầu xây dựng và phát triển giao thông trong khu vực Đông Nam Bộ. 9 1.2. Các loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn đang được ứng dụng và phát triển trong xây dựng công trình cầu. 11 1.2.1. Hiện trạng về kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn đang được sử dụng phổ biến trong các dự án xây dựng cầu ở Việt Nam và vùng Đông Nam Bộ. 11 1.2.2 Tình hình ứng dụng và các xu hướng phát triển kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn trên thế giới. 13 1.3. Tình hình ứng dụng và xu thế phát triển bê tông cường độ cao (HSC), bê tông tính năng cao (HPC) và bê tông siêu tính năng (UHPC) trong xây dựng và sửa chữa cầu. 18 1.3.1 Tình hình ứng dụng bê tông HSC, HPC và UHPC ở nước ngoài trong xây dựng giao thông. 18 1.3.2 Thực tiễn ứng dụng bê tông cường độ cao cho kết cấu cầu ở Việt Nam nói chung và vùng Đông Nam Bộ nói riêng. 20 1.4. Xác lập các chủ đề nghiên cứu để đạt được mục tiêu đề tài. 22 Kết luận chương 1 22
ii CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CẤP 60MPA ĐẾN 80MPA SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ ỨNG DỤNG CHO DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN. 24 2.1. Khái quát về bê tông cường độ cao. 24 2.1.1 Cơ chế tạo thành cường độ của bê tông cường độ cao. 24 2.1.2. Yêu cầu về vật liệu trong sản xuất bê tông cường độ cao. 25 2.2. Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ. 27 2.2.1. Đánh giá sự phù hợp của vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ đối với việc chế tạo bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa. 27 2.2.2. Thiết kế cấp phối bê tông cường độ từ 60MPa đến 80MPa (HSC) sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ. 35 2.3. Nghiên cứu xác định các đặc trưng cơ học của bê tông với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ. 49 2.3.1. Các đặc trưng cần nghiên cứu. 49 2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá và đề xuất các phương trình ước tính một số đặc trưng cơ học của bê tông với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ. 51 2.4. Đánh giá năng lực công nghệ chế tạo dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn dùng bê tông cường độ cao để đáp ứng cho các dự án xây dựng giao thông đô thị khu vực ĐôngNam Bộ. 73 Kết luận chương 2 75 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ 60MPA ĐẾN 80MPA ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ. 76 3.1. Giới thiệu. 76 3.2. Lựa chọn bộ vật liệu cho dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn và bản mặt cầu đổ tại chỗ. 76 3.3. Phân tích lựa chọn dạng kết cấu dầm và các thông số kích thước mặt cắt ngang dầm sử dụng bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa. 78 3.3.1. Lựa chọn loại hình dầm bê tông dự ứng lực nhịp giản đơn sử dụng bê tông cường độ cao ứng dụng cho giao thông khu vực Đông Nam Bộ. 78
iii 3.3.2. Lựa chọn thông số kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh rộng sử dụng bê tông cường độ cao. 80 3.4. Một số nội dung thiết kế chủ yếu. 85 3.4.1. Kết quả tính toán kiểm toán dầm WF2300 sử dụng các cấp phối bê tông C60, C70, C80. 86 3.4.2. Kết quả tính toán kiểm toán dầm WF1200 sử dụng các cấp phối bê tông C60, C70, C80. 93 3.4.3. Kết quả tính toán kiểm toán dầm WF800 sử dụng các cấp phối bê tông C60, C70, C80. 100 3.4.4. Kết quả tính toán kiểm toán dầm I cánh rộng với bê tông cấp 50MPa. 106 Kết luận chương 3 107 CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT KẾT CẤU NHỊP CẦU DÙNG DẦM I CÁNH RỘNG VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO SO VỚI CÁC KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC THÔNG THƯỜNG HIỆN NAY. 108 4.1. Khái quát. 108 4.2. Các phương án so sánh. 108 4.2.1 Trường hợp 1: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm bản bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 24m. 108 4.2.2 Trường hợp 2: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 33m. 110 4.3. Phân tích so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. 112 4.3.1. Đánh giá khả năng dự trữ sức kháng của các phương án so sánh. 112 4.3.2 So sánh khối lượng vật liệu sử dụng của các phương án. 113 4.3.3. Đánh giá các lợi ích khác khi sử dụng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao. 114 Kết luận chương 4 114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 118 Tài liệu tham khảo 119
iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Bản đồ vị trí địa lý vùng Đông Nam Bộ. 4 Hình 1-2: Ùn tắc giao thông tại ngã tư Linh Xuân - Linh Trung vào giờ cao điểm. 8 Hình 1-3: Cầu vượt Hàng Xanh và cầu vược ngã tư Thủ Đức. 11 Hình 1-4: Dầm I của AASHTO kiểu I-IV (trái) và kiểu V-VI (phải). 11 Hình 1-5: Tiết diện mẫu dầm Bulb-Tee 14 Hình 1-6: Tiết diện mẫu dầm I cánh rộng 15 Hình 1-7: Tiết diện dầm U-Beam 15 Hình 1-8: Tiết diện dầm Bath-Tub 16 Hình 1-9: Tiết diện dầm UHPC pi-girder do FHWA đề xuất. 16 Hình 1-10: Công trình cầu vượt Louetta, Texas 17 Hình 1-11: Công trình cầu San Angelo, Texas 18 Hình 2-1: Đá dăm (Bà Rịa) sử dụng làm cốt liệu chế tạo bê tông cường độ cao. 28 Hình 2-2: Đường cong cấp phối đá dăm Bà Rịa-Vũng Tàu (TCVN 7572- 2:2006) 28 Hình 2-3: Đường cong cấp phối đá dăm Bà Rịa-Vũng Tàu theo ASTM C136 29 Hình 2-4: Đường cong cấp phối cát sông 31 Hình 2-5: Đường cong cấp phối cát nghiền 32 Hình 2-6: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 50/50 33 Hình 2-7: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 60/40 33 Hình 2-8: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 70/30 34 Hình 2-9: Độ sụt mẫu thử C60-1 41 Hình 2-10: Độ sụt mẫu thử C70-1 44 Hình 2-11: Hình ảnh mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn fr 53 Hình 2-12: Vị trí điểm nứt gãy giữa dầm. 54 Hình 2-13: Bộ gá thí nghiệm mô đun đàn hồi. 56
v Hình 2-14: Biểu đồ phân bố ứng suất trong vùng chịu nén của cấu kiện chịu uốn. 61 Hình 2-15: Loại strain gauge sử dụng trong thí nghiệm. 62 Hình 2-16: Thiết bị nén mẫu và thiết bị thu thập dữ liệu 62 Hình 2-17: Hình ảnh mẫu thí nghiệm trước khi nén. 63 Hình 2-18: Hình ảnh mẫu thí nghiệm sau khi kết thúc. 63 Hình 2-19: Đường cong biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng khi nén của bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ. 72 Hình 3-1: Ký hiệu các kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh rộng. 84 Hình 3-2. Mặt cắt ngang cầu sử dụng trong tính toán thiết kế dầm. 86 Hình 3-3. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 87 Hình 3-4. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 87 Hình 3-5. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 88 Hình 3-6. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 88 Hình 3-7. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 89 Hình 3-8. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 89 Hình 3-9. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 90 Hình 3-10. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 90 Hình 3-11. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 91 Hình 3-12. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 91 Hình 3-13. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 92 Hình 3-14. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 92 Hình 3-15. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 93 Hình 3-16. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 94 Hình 3-17. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 95 Hình 3-18. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 95 Hình 3-19. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 95
vi Hình 3-20. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 96 Hình 3-21. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 97 Hình 3-22. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 97 Hình 3-23. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 97 Hình 3-24. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 98 Hình 3-25. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 99 Hình 3-26. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 99 Hình 3-27. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 100 Hình 3-28. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 100 Hình 3-29. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 101 Hình 3-30. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 101 Hình 3-31. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 102 Hình 3-32. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 102 Hình 3-33. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 103 Hình 3-34. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 103 Hình 3-35. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 104 Hình 3-36. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 104 Hình 3-37. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 105 Hình 3-38. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 105 Hình 4-1. Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm bản. 109 Hình 4-2. Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm I33. 110
vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Thống kê các dạng dầm dự ứng lực sử dụng phổ biến tại Việt Nam 12 Bảng 1-2: Một số công trình cầu sử dụng bê tông cường độ cao trên thế giới 18 Bảng 2-1: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát sông theo TCVN 7572- 2:2006 30 Bảng 2-2: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát sông theo ASTM C136 30 Bảng 2-3: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát nghiền theo TCVN 7572- 2:2006 31 Bảng 2-4: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát nghiền theo ASTM C136/C136M 31 Bảng 2-5: Bảng tính cấp phối trộn cốt liệu mịn (TCVN 7572-2:2006) 32 Bảng 2-6: Bảng tính cấp phối trộn cốt liệu mịn (ASTM C33/C33M) 34 Bảng 2-7: Qui định độ sụt cho bê tông trong tiêu chuẩn ACI211.4R 38 Bảng 2-8: Qui định cỡ hạt lớp nhất của cấp phối trong tiêu chuẩn ACI211.4R 38 Bảng 2-9: Qui định thể tích cấp phối thô trong tiêu chuẩn ACI211.4R 38 Bảng 2-10: Hàm lượng nước ban đầu của hỗn hợp và độ rỗng bê tông tươi. 39 Bảng 2-11: Tỷ lệ nước và chất kết dính 40 Bảng 2-12: Kết quả tính sơ bộ cấp phối C60 41 Bảng 2-13: Cấp phối C60 được chọn sau thử nghiệm 41 Bảng 2-14: Kết quả tính sơ bộ cấp phối C70 44 Bảng 2-15: Cấp phối C70 được chọn sau thử nghiệm 45 Bảng 2-16: Kết quả tính cấp phối theo các tỉ lệ N/X (C80) 47 Bảng 2-17: Cấp phối C80 được chọn sau thử nghiệm 47 Bảng 2-18: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu trụ. 48 Bảng 2-19: Kết quả xác định cường độ thiết kế đối với 3 cấp phối C60, C70, C80. 48 Bảng 2-20: Kết quả xác định khối lượng thể tích đối với 3 cấp phối C60, C70, C80. 52
viii Bảng 2-21: Số lượng mẫu đề xuất thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn. 53 Bảng 2-22: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn mẫu dầm. 54 Bảng 2-23: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi mẫu trụ. 57 Bảng 2-24: So sánh công thức đề xuất với ước tính theo một số công thức khác. 58 Bảng 2-25: Số lượng mẫu đề xuất thí nghiệm cường độ theo thời gian. 59 Bảng 2-26: Cường độ nén 1 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 59 Bảng 2-27: Cường độ nén 3 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 59 Bảng 2-28: Cường độ nén 5 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 59 Bảng 2-29: Cường độ nén 7 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 60 Bảng 2-30: Số lượng mẫu đề xuất thí nghiệm quan hệ ứng suất - biến dạng. 62 Bảng 2-31: Sơ bộ sàng lọc kết quả thí nghiệm mẫu. 64 Bảng 2-32: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C60-M3, C60-M4 và C60- M5. 65 Bảng 2-33: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C60-M6, C70-M2 và C70- M3. 66 Bảng 2-34: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C70-M4, C70-M5 và C70- M6. 66 Bảng 2-35: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C80-M1, C80-M2 và C80- M3. 67 Bảng 2-36: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C80-M4, C80-M5 và C80- M6. 68 Bảng 2-37: Kết quả xác định tham số  dựa vào dữ liệu thí nghiệm. 69 Bảng 2-38: Tổng hợp giá trị biến dạng tương đối o và max 70 Bảng 3-1: Tổng hợp phân tích các loại hình dầm đúc sẵn. 79 Bảng 3-2: Đặc trưng hình học của dầm cánh rộng định hình tại bang California 81 Bảng 3-3: Đặc trưng hình học của dầm cánh rộng định hình tại bang Washington 81 Bảng 3-4: Đặc trưng hình học của dầm cánh rộng định hình tại bang Nebraska 82
ix Bảng 3-5: Tính toán giá trị tối thiểu của bề rộng sườn dầm theo cấu tạo. 83 Bảng 3-6: Số liệu kích thước dầm WF2300 đề xuất 84 Bảng 3-7: Số liệu kích thước dầm WF800 và WF1200 85 Bảng 3-8: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF2300 93 Bảng 3-9: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF1200 99 Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF800 105 Bảng 3-11: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF800 và WF1200 106 Bảng 4-1: So sánh dự trữ sức kháng của 2 phương án dầm trường hợp 1. 112 Bảng 4-2: So sánh dự trữ sức kháng của 2 phương án dầm trường hợp 2. 112 Bảng 4-3: Tổng hợp kết quả tính toán so sánh nhịp 24m. 113 Bảng 4-4: Tổng hợp kết quả tính toán so sánh nhịp 33m. 113
x CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam HSC High-Strength Concrete HPC High-Performance Concrete UHPC Ultrahigh-Performance Concrete AAHSTO American Association of State Highway and Transportation Officials ACI American concrete institute PCA Porland Cement Associtation DOE British Department of the Environment ASCE American Society of Civil Engineers BDM Bridge design manual CEB-FIP Comité européen du béton - Fédération Internationale de la Précontrainte LRFD Load resistance factor design NCHRP National cooperative highway research program PCI Precast/Prestressed concrete institute
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cần thiết của đề tài Phát triển giao thông là yêu cầu cấp thiết hiện nay đối với các đô thị lớn tại Việt Nam, nhu cầu này gắn liền với định hướng phát triển kinh tế - xã hội của từng khu vực. Đối với miền nam Việt Nam, khu vực kinh tế trọng điểm mà hạt nhân là khu vực Đông Nam Bộ đang có tiềm năng và nguồn lực để phát triển mạnh mẽ, nhiều khu đô thị mới nhanh chóng hình thành, tốc độ phát triển của vùng Đông Nam Bộ thuộc mức cao nhất trong cả nước, từ đó nhu cầu xây dựng hệ thống hạ tầng kỹ thuật cũng đòi hỏi tương ứng. Trong xây dựng công trình giao thông ở các nước tiên tiến, các loại hình đường trên cao và nút giao thông khác mức rất phát triển, nhiều nghiên cứu về quy hoạch giao thông cũng đã đặt ra phương hướng phát triển tất yếu của các loại hình này đối với các đô thị lớn tại Việt Nam. Để đáp ứng nhu cầu xây dựng hệ thống giao thông khu vực Đông Nam Bộ với nhiều đô thị phát triển, cần có nhiều giải pháp kết cấu dầm phục vụ cho các dự án xây dựng cầu vượt và đường trên cao. Loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực với bê tông cường độ cao đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng vào xây dựng công trình giao thông, ưu điểm của bê tông cường độ cao là có thể tăng khả năng chịu lực của kết cấu từ đó giúp thiết kế các kết cấu có kích thước nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn, vượt nhịp xa hơn và độ bền cũng gia tăng do chất lượng bê tông tốt hơn. Tuy nhiên, hiện tại trong khu vực Đông Nam Bộ, các dự án xây dựng công trình cầu chỉ sử dụng bê tông có cường độ từ 50MPa trở xuống. Đây là một vấn đề còn bỏ ngỏ và cần được xem xét giải quyết. Với tiềm năng có sẵn của khu vực Đông Nam Bộ về vật liệu để sản xuất bê tông cường độ cao, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao vào xây dựng công trình cầu giao thông trong khu vực Đông Nam Bộ là một hướng đi đúng đắn và cần thiết.
2 2. Mục tiêu của luận án - Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ và thực nghiệm đánh giá một số đặc tính cơ học quan trọng của vật liệu như mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo khi uốn, phát triển cường độ theo thời gian,... để phục vụ cho công tác thiết kế và chế tạo kết cấu dầm bê tông dự ứng lực. - Phân tích và lựa chọn loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn có khả năng ứng dụng với bê tông cường độ cao trong thiết kế chế tạo dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ. - Ứng dụng tính toán thiết kế kết cấu dầm điển hình đối với loại hình dầm đã lựa chọn ở bước 2 sử dụng bê tông cấp phối bê tông ở bước 1 để ứng dụng trong các dự án giao thông trong khu vực Đông Nam Bộ. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 1. Về vật liệu: nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ để chế tạo cấp phối bê tông cường độ cao có các đặc tính phù hợp cho công tác thi công dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn. 2. Về kết cấu: nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm I cánh rộng bằng bê tông dự ứng lực đúc sẵn nhịp giản đơn cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ. 3. Về tải trọng: Giới hạn tải trọng nghiên cứu là bài toán tải trọng tĩnh. 4. Cấu trúc của luận án: Luận án được cấu trúc thành năm phần bao gồm: - Phần Mở đầu - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Nghiên cứu bê tông cường độ cao cấp 60MPa đến 80MPa sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ ứng dụng cho dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn.
3 - Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa ứng dụng cho xây dựng công trình giao thông khu vực Đông Nam Bộ. - Chương 4: Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật kết cấu nhịp cầu dùng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao so với các kết cấu dầm bê tông dự ứng lực thông thường hiện nay - Kết luận và Kiến nghị. Ngoài ra là các phần Tài liệu tham khảo, danh mục công bố của Tác giả và phần phụ lục các bảng tính toán kiểm toán kết cấu.
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Nhu cầu phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ. 1.1.1 Giới thiệu về vùng Đông Nam Bộ. Vùng Đông Nam Bộ bao gồm Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Phước, Tây Ninh là một trong hai phần của miền nam Việt Nam. Trong đó Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế - xã hội lớn của miền nam, Đồng Nai và Bình Dương là hai tỉnh rất phát triển về công nghiệp, Bà Rịa-Vũng Tàu là tỉnh phát triển về du lịch, dầu khí và cả công nghiệp. Riêng hai tỉnh Tây Ninh và Bình Phước tình hình phát triển kinh tế - xã hội chưa cao. Hình 1-1: Bản đồ vị trí địa lý vùng Đông Nam Bộ. Đông Nam Bộ là vùng có tốc độ phát triển kinh tế nhất Việt Nam, dân số đông và dẫn đầu cả nước về xuất khẩu, đầu tư trực tiếp nước ngoài, GDP, cũng như nhiều yếu tố kinh tế - xã hội khác. Đầu tư trực tiếp nước ngoài FDI của khu vực này dẫn dầu cả nước, nổi bật ở các tỉnh: Đồng Nai, Bình Dương, Thành phố Hồ Chí Minh
5 và Bà Rịa - Vũng Tàu, bốn tỉnh thành này còn gọi là tứ giác kinh tế trọng điểm, chiếm 1/3 GDP cả nước, đóng góp trên 50% ngân sách. [3] Đông Nam Bộ có diện tích tự nhiên 23.597,9 km2 , Đông Nam Bộ là vùng đất mới trong lịch sử phát triển của đất nước, khu vực tập trung nhiều đô thị nằm giữa các tỉnh Nam Trung Bộ và Nam Tây Nguyên là những vùng giàu tài nguyên đất đai, rừng và khoáng sản. Phía Tây và Tây - Nam giáp đồng bằng sông Cửu Long nơi có tiềm năng lớn về nông nghhiệp, là vựa lúa lớn nhất nước ta; phía Đông và Đông Nam giáp biển Đông, giàu tài nguyên hải sản, dầu mỏ và khí đốt và thuận lợi xây dựng các cảng biển tạo ra đầu mối liên hệ kinh tế thương mại với các nước trong khu vực và quốc tế; phía Tây Bắc giáp với Campuchia có cửa khẩu Tây Ninh tạo mối giao lưu rộng rãi với Campuchia, Thái Lan, Lào, Mianma. Với vị trí này Đông Nam Bộ là đầu mối giao lưu quan trọng của các tỉnh phía Nam với cả nước và quốc tế. 1.1.2 Tình hình phân bố dân cư và mức độ phát triển đô thị của khu vực Đông Nam Bộ. Theo kết quả điều tra dân số ngày 1/4/2010, dân số vùng Đông Nam Bộ là 14,566.5 nghìn người, chiếm 16,34% dân số Việt Nam , là vùng có tốc độ tăng dân số cao nhất nước, do thu hút nhiều dân nhập cư từ các vùng khác đến sinh sống. Trong đó, Bình Phước có 894.3 nghìn người, Tây Ninh có 1,075.3 nghìn người, Bình Dương có 1619.9 nghìn người, Đồng Nai có 2,569.4 nghìn người, Bà Rịa-Vũng Tàu có 1,012.0 nghìn người và Thành Phố Hồ Chí Minh có 7,396.5 nghìn người. Dân số Đông Nam Bộ có cơ cấu trẻ, tỉ lệ nữ là 51.41%, cao hơn mức trung bình của toàn quốc ( 50.8%), tỉ lệ biết chữ của dân số Đông Nam Bộ là 98%, mật độ dân số của Đông Nam Bộ là 617 người / km2, song dân cư phân bố không đều giữa các tỉnh và thành phố. Có thể thấy rằng dân số tập trung chủ yếu ở thành phố lớn, các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm như Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu. Nguồn nhân lực dồi dào có truyền thống và kinh nghiệm sản xuất, có lực lượng lao động chuyên môn cao, công nhân tay nghề cao. Đông Nam Bộ là vùng có mức độ đô thị hóa cao và phát triển nhanh chóng.
6 Dân thành thị là 25% trong khi các vùng khác con số này dao động ở mức trên dưới 20 %. Tài nguyên văn hóa, lịch sử với các di tích ở Đông nam Bộ khá tập trung và có mật độ cao nhất so với các vùng phía Nam. Đây là nơi có nền kinh tế hàng hóa phát triển sớm nên người dân năng động và thích ứng nhanh với sự đổi mới kinh tế, đồng thời đây cũng là thị trường tiêu thụ lớn của cả nước. Đây cũng là vùng có cơ sở vật chất kĩ thuật và cơ sở hạ tầng phát triển mạnh kết họp với sự phát triển của mạng lưới đô thị đã hình thành nhiều khu công nghiệp và khu chế xuất lớn, từ đó cũng thu hút lượng công nhân lớn và kéo theo đó là đội ngũ phục vụ đông đảo. Mật độ dân số tập trung cao ở các khu công nghiệp và vùng lân cận gây khó khăn không nhỏ cho hệ thống giao thông và tình hình an ninh trật tự khu vực. Tỷ suất nhập cư cả khu vực Đông Nam Bộ là 10.3% tính vào năm 2005 và tăng đều đến năm 2010 đạt 24.8% cao nhất cả nước. Tuy nguồn nhân lực dồi dào, nhưng lực lượng lao động vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu phát triển kinh tế của cả vùng về lượng và về chất. Do đó, sẽ có sự di chuyển lao động trong nội bộ vùng và từ ngoài vào; mặt khác do sự chênh lệch thu nhập dẫn đến làn sóng di dân tới các đô thị trong vùng, từ đó nảy sinh nhiều vấn đề cấp bách cần giải quyết như: - Di dân quá nhanh vào các đô thị hiện có như thành phố Hồ Chí Minh, Biên Hoà, Vũng Tàu, Thủ Dầu Một... làm quá tải so với khả năng đáp ứng về các điều kiện kết cấu hạ tầng đô thị, gây hậu quả nghiêm trọng về môi trường. - Nhiều điểm dân cư tập trung đang có xu hướng trở thành đô thị, song chưa có đủ điều kiện về kết cấu hạ tầng kỹ thuật và xã hội. - Nhiều khu công nghiệp tập trung đang trong quá trình hình thành và phát triển cũng có nhu cầu tạo lập thêm các điểm dân cư đô thị mới. Khu vực Đông Nam Bộ tập trung nhiều đô thị lớn, có thể điểm qua một số khu vực điển hình sau: