ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẶNG HOÀNG LONG
NGHI N CỨ À I C C C C C C NG NH C
Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số : 858.02.05
Ó Ắ ẬN ĂN HẠC Ĩ Ỹ H Ậ XÂY D NG C NG NH GIAO H NG
Đà Nẵng - Năm 2019
Công trình đƣợc hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: . Õ D Y HÙNG
Phản biện 1: TS. Nguyễn Lan
Phản biện 2: TS. Đặng Việt Dũng
Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 21 tháng 12 năm 2019.
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin-Học liệu, ĐHĐN tại trường ĐHBK - Thư viện Khoa Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông –
ĐHBK.
1
MỞ Đ U
1. ý do chọn đề tài Việc tính toán, phân tích ứng suất cục bộ tại các vị trí phức tạp như: t cấu trụ cột, t cấu mố trụ công trình c u... Luôn luôn là bài toán phức tạp và khó khăn, đối với các kỹ sư thi t k k t cấu C u. Đã có nhiều nghiên cứu và thực t chỉ ra rằng tại vị trí trụ cột thường xuất hiện nhiều v t nứt và hư hỏng khác. Những hư hỏng này làm giảm sự làm việc an toàn, ảnh hưởng đ n hiệu quả hai thác cũng như tuổi thọ của công trình.
Để giúp cho các kỹ sư thi t k có cái nhìn sâu sắc hơn, giải quy t triệt để các vấn đề về sự làm việc cục bộ t cấu trụ cột công trình c u n u tr n, đề tài: Nghi n cứu sự làm việc cục bộ t cấu trụ cột công trình c u là c n thi t.
2. Đối tƣợng nghiên cứu K t cấu trụ cột Công trình c u Ứng suất cục bộ hay ứng suất tập trung trong trụ c u
3. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ứng suất tập trung tại những nơi thay đổi hình dáng ch thước đột ngột của t cấu trụ cột công trình c u và đưa ra các khuy n nghị.
4. Đối tƣợng khảo sát - Trụ cột trong công trình c u. - Ứng suất tập trung
5. ục tiêu nghiên cứu a. Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu sự làm việc cục bộ của t cấu Trụ cột c u, t đó
đưa ra các giải pháp hạn ch sự làm việc bất lợi của t cấu.
Đưa ra t luận và hướng phát triển của đề tài.
b. Mục tiêu cụ thể:
2
Ứng dụng ph n mềm Midas civil để phân tích ứng xử của trụ
c u:
Phân t ch các ứng suất tập trung tại những nơi thay đổi về
mặt cắt, hoặc vật liệu của trụ c u.
Đề xuất quan hệ các bổ sung cho thi t tổng thể trụ c u.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu Thu thập tài liệu có li n quan đ n đề tài. Các thông số về các
Dùng ph n mềm ph n tử hữu hạn. Sử dụng các phương pháp lý thuy t t nh toán để đánh giá các
bộ phận của C u k t quả phân tích.
7. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài Xác định được sự làm việc cục bộ của t cấu trụ c u. Sớm đưa ra các cảnh báo để phòng ng a những rủi ro ngoài ý muốn. Đề xuất được các giải pháp hạn ch các ứng suất tập trung trong t cấu trụ c u.
8. Dự kiến nội dung của luận văn. Nội dung đề tài nghiên cứu gồm ph n mở đ u và 3 chương.
Phần mở đầu - Lý do chọn đề tài (Sự cần thiết phải nghiên cứu). - Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. + Mục đích nghiên cứu. + Đối tượng nghiên cứu. + Phạm vi nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu.
Bố cục luận văn: Phần mở đầu: Giới thi u chung 1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
3
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
1.3. Những vấn đề cần giải quyết 1.4. Nhiệm vụ 1.5. Hướng nghiên cứu của đề tài
Chƣơng 1: Tổng quan về sự làm vi c của trụ cầu và các
sự cố liên quan
1.1 iới thiệ ề ự iệc của t ụ cầ 1. ác hư h ng ự cố iên an đến t ụ cầ 1. nh h nh nghiên cứ ph n tích cục 1. ầ an t ọng của ph n tích cục t ụ cầ
Chƣơng 2: Cơ sở lý thu ết của ph n t ch cục ộ cầu 2.1 Giới thiệu lý thuyết về h nh h a ph n tích cục . ơ ở xây dựng mô hình . h nh h a ph n tích cục th phương pháp phần
t hữ hạn
. ơ ở phân tích bằng phần t hữu hạn
Chƣơng 3: Ph n t ch ứng cục ộ của kết c u trụ cầu .1 h nh h a . Ph n tích ự iệc cục ết cấ t ụ cầ . Đưa a các h ến ngh
Kết luận và kiến nghị Kết luận Kiến ngh Hướng phát triển của đề tài
4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ S LÀM VI C CỦA TR C U VÀ CÁC S CỐ LIÊN QUAN
1.1. Giới thi u về sự làm vi c của trụ cầu 1.1.1. Giới thiệu chung Bộ phận giữa hai mố c u để cho k t cấu nhịp tựa lên gọi là trụ c u. Do nhiều yêu c u về kinh t ĩ thuật chiều dài k t cấu nhịp không thể quá dài. Để vượt được khoảng cách lớn yêu c u phải có cọc chống đỡ trung gian đó là trụ c u. Trụ c u truyền tải t k t cấu nhịp xuống móng công trình.
1.1.2. Phân loại trụ cầu Trụ c u được xây dựng trong phạm vi dòng chảy nên ti t diện ngang có dạng hợp lý về thủy động học để thoát nước tốt. Bên ngoài trụ có lớp vỏ đặt biệt để chống xâm thực. Hình dạng trụ trong c u vượt và c u cạn phải đảm bảo mỹ quan và không cản trở sự đi lại dưới c u.
- Theo sơ đồ tĩnh học - Theo độ cứng dọc c u - Theo vật liệu - Theo phương pháp xây dựng
1.2. Các hƣ h ng và sự cố liên quan đến trụ cầu 1.2.1. Các Hư hỏng do nứt Hư hỏng do nứt thường xuất hiện trên bề mặt của k t cấu trụ. Dựa trên các biểu hiện bề ngoài có thể xác định nguyên nhân xuất hiện và phát triển của nó
1.2.2. Hư hỏng do một số nguyên nhân khác - Do mưa lũ, thi n tai - Do động đất, sạt lở - Do ăn mòn, xâm thực
5
- Do va chạm
1.2.3. Hư hỏng do sai sót trong quá trình thiết kế Khi t nh toán thi t các đơn vị tư vấn chưa dự báo h t được sự phát triển của ứng suất, tải trọng trong quá trình thi công và khai thác
1.2.4. Hư hỏng do sai sót trong quá trình thi công 1.2.5. Hư hỏng trong quá trình sử dụng 1.3. ình hình nghiên cứu ph n t ch cục ộ Trước đây, rất nhiều các nhà khoa học và chuy n gia đã nghiên cứu về sự làm việc cục bộ tại khu vực d m tr n đỉnh trụ, tại vì trong quá trình thi t k và khai thác công trình, tại các khu vực này xuất hiện nhiều v t nứt và các hư hỏng khác. Những hư hỏng này làm giảm sự làm việc an toàn và hiệu quả khai thác của công trình. Tuy nhiên, trong những năm g n đây, cùng với việc áp dụng các k t cấu d m bản với chiều cao ki n trúc nhỏ, xuất hiện một số hư hỏng. Do vậy, c n thi t phải ti p tục nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất cục bộ, gây ra bởi phản lực của trụ c u.
1.4. ầm quan trọng của ph n t ch cục ộ trụ cầu Việc tính toán, phân tích ứng suất cục bộ tại các vị trí phức tạp như t cấu trụ cột, t cấu mố trụ công trình c u... Luôn luôn là bài toán phức tạp và hó hăn, đối với các kỹ sư thi t k k t cấu C u. Đã có nhiều nghiên cứu và thực t chỉ ra rằng tại vị trí trụ cột thường xuất hiện nhiều v t nứt và hư hỏng khác. Những hư hỏng này làm giảm sự làm việc an toàn, ảnh hưởng đ n hiệu quả hai thác cũng như tuổi thọ của công trình.
6
CHƢƠNG 2
CƠ Ở LÝ THUY T CỦA ĐỀ TÀI
2.1. Giới thi u lý thu ết về mô hình hóa ph n t ch cục ộ Mô hình là một sự mô tả khái quát một đối tượng. Mô hình được xây dựng nhằm mục đ ch nghi n cứu sự làm việc của đối tượng trước khi xây dựng hoặc sửa đổi đối tượng đó. Về bản chất, mô hình là một cách thể hiện đã được đơn giản hóa của đối tượng thực. Sự đơn giản hóa ở đây là rất c n thi t bởi vì đối tượng thực thường rất phức tạp hay quá lớn và nhiều ph n trong sự phức hợp đó là hông quan trọng đối với vấn đề đang được xem xét. Ý nghĩa của mô hình là mô hình cung cấp một công cụ để xây dựng và biểu đạt đó là rất hó đạt được trong th giới thực vì chúng thường mâu thuẫn với nhau. Cùng một đối tượng có thể có nhiều mô hình khác nhau tùy thuộc vào mục ti u và phương pháp xem xét. Việc đơn giản hóa khi xây dựng mô hình thường được dựa trên các giả thi t nhất định. Các giả thi t được đưa ra để loại bỏ các ảnh hưởng không c n thi t đ n vấn đề đang được xem xét hoặc giản đơn hóa các quan hệ đ n mức có thể xử lý được bằng các công cụ sẵn có
2.2. Cơ sở dựng mô hình Mô hình hóa và phân tích k t cấu đều dựa tr n các cơ sở lý thuy t của cơ học môi trường liên tục cũng như các lý thuy t và phương pháp t nh được phát triển dựa tr n đó, như phương pháp ph n tử hữu hạn, phương pháp ph n tử biên, v.v. Các nguyên tắc chính ở đây là sự cân bằng về lực, liên tục (tương th ch) về chuyển vị hay bi n dạng và đặc trưng cơ học của vật liệu thể hiện qua quan hệ giữa ứng suất và bi n dạng. Cả ba nguyên tắc này đều được áp dụng nhất quán bất kể sự phức tạp của k t cấu. Sự cân bằng ở đây là sự cân bằng tĩnh học giữa nội lực và ngoại lực ở toàn bộ k t cấu cũng như ở các bộ phận k t cấu bất kỳ. Sự tương th ch hay li n tục về bi n dạng
7
phản ánh điều kiện liên tục về bi n dạng và chuyển vị trong toàn bộ
k t cấu. Quan hệ giữa ứng suất và bi n dạng phản ánh tính chất cơ học của vật liệu. Các tính chất cơ học của vật liệu có thể thay đổi phụ thuộc vào trạng thái ứng suất-bi n dạng cụ thể.
Cơ sở xây dựng mô hình là dựa vào đặc điểm làm việc của vật liệu, k t cấu và sự tương th ch của các ph n mềm phân tích theo phương pháp PTHH hiện nay.
Khi mô hình và phân tích trụ cột công trình trong giai đoạn thi công dựa theo phương pháp mô hình hóa ngược và được bắt đ u bằng trạng thái hoàn thành c u. Các bước ch nh để thực hiện như sau:
Xác định các giai đoạn thi công cùng các thông số k t
cấu, điều kiện biên và tải trọng tương ứng.
Mô hình hóa các giai đoạn thi công tương ứng theo trình
tự ngược.
Thực hiện phân tích và xử lý k t quả.
2.3. ô hình hóa và ph n t ch cục ộ theo phƣơng pháp
phần t h u hạn
2.3.1. Quá trình mô hình hóa kết cấu cục bộ Quá trình mô hình hóa k t cấu cục bộ phục vụ việc phân tích
ứng suất tập trung có thể được thực hiện như sau:
Nghiên cứu kỹ cấu tạo của cấu kiện về đặc tính vật liệu,
mối nối hay liên k t, đặc điểm và sự phân bố tải trọng.
Dự đoán trạng thái ứng suất cục bộ (trạng thái ứng suất
phẳng, không gian).
Lựa chọn mô hình ph n tử hữu hạn thích hợp để mô hình
hóa các phàn của k t cấu cục bộ.
Xác định sơ bộ ch thước vùng cục bộ.
8
Xây dựng mô hình và tính toán k t cấu tổng thể có chứa bộ
phận k t cấu c n phân tích cục bộ. Xác định nội lực và chuyển vị tại
các mặt cắt biên của khu vực c n phân tích ứng suất cục bộ.
Xây dựng mô hình k t cấu cục bộ.
Đưa các điều kiện biên, bao gồm lực và chuyển vị có t
phân tích tổng thể, vào k t cấu cục bộ.
Thực hiện tính toán và hiệu chỉnh lại mô hình lưới ph n tử
hữu hạn tr n cơ sở phân tích k t quả tính toán.
2.3.2. Một số loại phần tử hữu hạn hay được sử dụng để
mô hình hóa kết cấu cục bộ
2.3.2.1. Phần t thanh 2.3.2.2. Phần t phẳng 2.3.2.3. Phần t tấm, v 2.3.2.4. Phần t khối 2.3.2.5. Phần t liên kết
2.3.3. Một số chỉ dẫn về việc xây dựng mô hình phân tích Khi phân tích ứng suất cục bộ, c n phải chú ý đ n đặc điểm phá hoại của t ng loại vật liệu. Ví dụ, vật liệu thép thường phá hoại dẻo trong đó vật liệu b tông thường phá hoại giòn. Như vậy, các ứng suất tương ứng c n xem xét kỹ là các ứng suất ti p lớn nhất và ứng suất pháp cực trị.
Phương pháp phân t ch hay được áp dụng trong ứng suất cục bộ là phân t ch đàn hồi. Trong h u h t các trường hợp, n u k t cấu đảm bảo khả năng chịu lực theo phân t ch đàn hồi thì cũng sẽ đảm bảo khả năng chịu lực trong các trạng thái hác, như dẻo hay nứt chẳng hạn.
2.4. Cơ sở ph n t ch ằng phần t h u hạn Cơ sở của phương pháp này là làm rời rạc hóa miền xác định của bài toán, bằng cách chia nó thành nhiều miền con (ph n tử).
9
Các ph n tử này được liên k t với nhau tại các điểm nút chung.
Trong phạm vi của mỗi ph n tử nghiệm được chọn là một hàm số nào đó được xác định thông qua các giá trị chưa bi t tại các điểm nút của ph n tử gọi là hàm xấp xỉ thoả mãn điều kiện cân bằng của ph n tử. Tập tất cả các ph n tử có chú ý đ n điều kiện liên tục của sự bi n dạng và chuyển vị tại các điểm nút liên k t giữa các ph n tử. K t quả dẫn đ n một hệ phương trình đại số tuy n tính mà ẩn số chính là các giá trị của hàm xấp xỉ tại các điểm nút. giải hệ phương trình này sẽ tìm được các giá trị của hàm xấp xỉ tại các điểm nút của mỗi ph n tử, nhờ đó hàm xấp xỉ hoàn toàn được xác định trên mỗi một ph n tử.
ƣớc 1: Rời rạc hóa k t cấu: ƣớc 2: Chọn một hàm nội suy hay một mô hình chuyển vị
thích hợp.
ƣớc 3: Tập hợp các phương trình ph n tử để được hệ
phương trình c n bằng tổng thể cho hệ:
ƣớc 4: Dựa vào bài toán các điều kiện biên: ƣớc 5: Tính toán ứng suất và bi n mode của ph n tử
10
CHƢƠNG 3
PHÂN TÍCH ỨNG XỬ C C B CỦAK T C U TR C U
3.1. Mô hình hóa kết c u 3.1.1. Giới thiệu về các thông số mô hình trụ cột công trình
cầu
3.1.1.1. Các thông số và tính toán dùng trong mô hình Trụ cột được dùng làm mô hình là trụ toàn khối thân cột cấu tạo bằng BTCT, thân trụ theo phương ngang c u gồm 2 cột tròn đặc, được thi t k với đường kính 1,6m, và chiều cao trụ là 6,0m (t đáy xà mũ đ n đỉnh bể trụ). Bệ trụ được cấu tạo hình chữ nhật đơn giản với chiều rộng bệ là 7,0m, chiều dài bệ trụ 16,0m, chiều cao bệ trụ 2,0m.Xà mũ nằm trên 2 trụ với ch thước chiều dài xà mũ theo phương dọc c u 16,0m, chiều rộng xà mũ theo phương ngang c u 2,0m, chiều cao xà mã thay đổi t 1,5m ÷ 2,5m. K ch thước và cấu tạo trụ được xem ở Hình 3.1 và Hình 3.2.
Kích thước và cấu tạo trụ mô hình
11
Mặt cắt ngang cầu mô hình
Hệ d m gồm 8 d m chữ I cao H=1.8m Chiều dài toàn d m : Lnhịp = 36m. Khoảng cách đ u d m đ n tim gối: a = 0.3 m. Khẩu độ tính toán : L = Lnhịp – 2a = 36 – 2×0.3 = 35.4 m. Tải trọng thi t k : + Hoạt tải HL 93 + Tải trọng ngưới đi : 3.0 kN/m2 Khổ c u : B1 = 16 - 2x1.0m – 2x0.5(lan can) – 2x0.25 = 12.5m Dạng k t cấu nhịp : C u d m nhịp giản đơn. Dạng mặt cắt : Chữ I. Vật liệu k t cấu : Bêtông cốt thép dự ứng lực. Công nghệ ch tạo : Căng sau.
Cấp bêtông d m chủ : = 45 Mpa.
12
Tỷ trọng bêtông : = 2500 kg/m3.
Loại cốt thép ứng suất trước : Tao thép 7 sợi xoắn đường kính : Dps = 15.2mm.
Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : = 1860 Mpa.
Thép thường : G60 có = 620 Mpa, =400 Mpa.
Quy trình thi t k : 22TCN 272 – 05.
*Đối với dầm biên:
Bảng tổ hợp n i lực xét tại mặt cắt x ũ. Tải trọng
K hiệu
Nx(kN)
Phản lực gối do tĩnh tải t cấu tr n
1470.97
DCkcn
Phản lực gối do hoạt tải TTL
1601.628
LLbiên
Phản lực gối do tải trọng người
117.78
PLbiên
Phản lực gối do tải trọng lớp phủ
253.89
DWbiên
Đá gối
5.76
DCĐá
Trọng lượng bản thân
141.48
DCxm
Tổng áp lực t d m biên truyền xuống
KN
3591.508
*Đối với dầm trong:
Kết ả được thể hiện ở ảng ưới Bảng tổ hợp nội lực xét tại mặt cắt à mũ.
Tải trọng
K hiệu
Phản lực gối do tĩnh tải t cấu tr n
Nx(kN) 1470.97
Phản lực gối do hoạt tải TTL
1405.85
Phản lực gối do tải trọng người
13.8
Phản lực gối do tải trọng lớp phủ
DCkcn LLtrong PLtrong DW
253.89
Đá gối
5.76
Trọng lượng bản thân
141.48
DCĐá DCxm
Tổng áp lực t d m trong truyền xuống
KN
3291.75
13
3.1.4 Mô hình hóa trên Midas Civil: Thông qua các tài liệu hướng dẫn sử dụng ph n mềm MiDAS/Cilvil 2011, mô hình mố trụ được ti n hành theo các bước sau:
Bước 1: Khai báo đơn vị Bước 2: Khai báo đặc trưng vật liệu Bước 3: Khai báo đặc trưng mặt cắt ngang của t ng cấu kiện Bước 4: Xây dựng mô hình nút và ph n tử Bước 5: Khai báo điều kiện biên Bước 6: Khai báo tải trọng Bước 7: Phân tích k t quả và nhận xét
3.1.5. Các trạng thái nghiên cứu Phạm vi của đề tài này chỉ nghiên cứu ứng xử của trụ c u khi chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng và các vị trí khác nhau ở trụ c u. Việc mô hình hóa sẽ được ti n hành bằng việc mô hình hoàn thiện và sau đó gán tải trọng vào để xem xét ứng xử của mô hình.
3.2. Ph n t ch sự làm vi c cục ộ kết c u trụ cầu 3.2.1. Phân tích sự l m việc cục bộ kết cấu trụ cầu khi ch u
tác dụng của tải trọng thẳng đứng
Phạm vi của đề tài này chỉ nghiên cứu ứng xử của trụ c u khi chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng và các vị trí khác nhau ở trụ c u. Việc mô hình hóa sẽ được ti n hành bằng việc mô hình hoàn thiện và sau đó gán tải trọng vào để xem xét ứng xử của mô hình.
Như vậy, trụ c u sẽ mô hình hóa ở trạng thái chịu tác dụng lực theo phương thẳng đứng và xem xét ứng xử của trụ tại các vị trí khác nhau trên trụ.
3.2.2 Phân tích sự l m việc cục bộ kết cấu trụ cầu theo
Max-shear
14
Biể đồ sự phân bố ứng suất tại trụ xét ở TH Max-shear
Ta nhận thấy rằng khi trụ chịu tác động của tải trọng thì ứng suất tập trung tại vị tr màu đỏ là lớn nhất, tại vị trí này sẽ có lực cắt lớn nhất lên tới 11.416kN/m2, và giảm d n tại các vị tr như bệ trụ được thể hiện bằng màu xanh như tr n biểu đồ.
3.2.2.1 Phân tích sự làm việc cục b tại m t số v trí trên trụ
cầu Max-shear * TH1: Xét tại vị trí ti p giáp với bệ trụ
Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất tại vị tr này đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt 9.441,610kN/m2 <11.416 kN/m2, nhưng ứng suất nhỏ nhất tại vị trí này lại lớn hơn so với khi ta xét toàn bộ trụ, cụ thể lúc này lực cắt nhỏ nhất có giá trị lên tới 3.890,3 kN/m2 >7,730 kN/m2. * TH2: Xét tại vị trí cách bệ trụ 2m
Khi xét tại vị trí này ta nhận thấy rằng ứng suất lớn nhất tại
đây đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ và nhỏ hơn so với vị
trí ta xét ở TH1 cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt 7.702,22
kN/m2 15 kN/m2) > TH1(3.890,3 kN/m2) >7,73 kN/m2. * TH3: Xét tại vị trí cách bệ trụ 4m Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất
tại vị trí này giảm so với khi ta xét toàn bộ trụ và ở TH1, nhưng lại
tăng l n so với khi ta xét ở TH2 cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất
đạt 8.625,47kN/m2, TH2(7.702,22kN/m2) * TH4: Xét tại vị trí ti p giáp với xà mũ
Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất
tại vị trí này bằng với khi ta xét toàn bộ trụ, cụ thể tại vị trí này lực
cắt lớn nhất đạt 11.416kN/m2, nhưng ứng suất nhỏ nhất tại vị trí này
lại lớn hơn so với khi ta xét toàn bộ trụ, nhưng lại nhỏ hơn ở các
TH1, TH2, TH3 cụ thể lúc này lực cắt nhỏ nhất có giá trị
TH2(7.055,08kN/m2)
TH3(5.969,41kN/m2)
>
>TH1(3.890,30kN/m2) > TH4(3.693,56 kN/m2) > 7,73 kN/m2. 3.2.2.2 So sánh sự làm việc cục b tại các v trí khác nhau ở trụ c t cầu Max-shear Biể đồ thể hiện sự tha đổi ƯS, ứng với 4 v trí xét trên trụ c t 16 3.2.2. Phân tích sự l m việc cục bộ kết cấu trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương X Biể đồ phân bố ứng suất tại trụ xét th phương X
Ta nhận thấy rằng tại vị trí tập trung trụ (phía thớt trên của
trụ) ứng với màu xanh trên biểu đồ thì ứng suất kéo là lớn nhất lên
đ n 5.531,94 kN/m2. Tại vị tr dưới nách trụ ứng với màu đỏ trên
biểu đồ thì xuất hiện ứng suất nén là lớn nhất l n đ n 6.096,48kN/m2
và giảm d n theo các vị trí cách xa trụ. 3.2.3.1 Phân tích sự làm việc cục b tại m t số v trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp th phương X
* TH1: Xét tại vị trí ti p giáp với bệ trụ Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất
tại vị tr này đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ cụ thể, tại vị lớn nhất chỉ đạt 393,252kN/m2 <
trị lúc này chỉ có giá trí này ứng suất cắt
5.531,94kN/m2, và ứng suất nén
2.530,01kN/m2< 6.096,48 kN/m2.
* TH2: Xét tại vị trí cách bệ trụ 2m Khi xét tại vị trí này ta nhận thấy rằng ứng suất lớn nhất tại
đây đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ và nhỏ hơn so với vị
trí ta xét ở TH1 cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt
TH2(32,499 kN/m2) < TH1(393,252kN/m2) < 5.531,94kN/m2 và 17 ứng suất nén lúc này chỉ có giá trị TH2(13,405 kN/m2) < TH1(2.530,01 kN/m2) < 6.096,48 kN/m2.
* TH3: Xét tại vị trí cách bệ trụ 4m Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất
tại vị trí này giảm rất nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ và với TH1,
nhưng lại tăng l n so với khi ta xét ở TH2 cụ thể, tại vị trí này lực cắt
lớn nhất đạt TH2(32,499 kN/m2) < TH3(54,454kN/m2) <
TH1(393,252 kN/m2) < 5.531,94 kN/m2 và ứng suất nén lúc này chỉ
có giá trị TH2(13,405 kN/m2) < TH3(20,77 kN/m2) < TH1(2.530,01
kN/m2) < 6.096,48 kN/m2.
* TH4: Xét tại vị trí ti p giáp với xà mũ Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất
tại vị trí này giảm so với khi ta xét toàn bộ trụ, nhưng lại tăng l n so
với các trường hợp hác ta đã xét cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất
đạt TH2(32,499 kN/m2) 3.2.3.2 So sánh sự làm việc cục b tại m t số v trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp th phương X Biể đồ ƯS pháp th phương X, ứng với 4 v trí xét trên trụ c t 18 3.2.3. Phân tích sự l m việc cục bộ kết cấu trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương Z Biể đồ thể hiện sự phân bố ứng suất tại trụ xét th phương Z Ta nhận thấy rằng tại vị trí giữa các gối (phía thớt trên của
trụ) ứng với màu xanh trên biểu đồ thì ứng suất kéo là lớn nhất lên
đ n 1.797,22kN/m2. Tại vị tr dưới trụ ứng với màu đỏ trên biểu đồ
thì xuất hiện ứng suất nén là lớn nhất l n đ n 11.160,80 kN/m2và giảm d n theo các vị trí cách xa trụ. 3.2.3.1 Phân tích sự làm việc cục b tại m t số v trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp th phương Z
* TH1: Xét tại vị trí ti p giáp với bệ trụ Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì không thấy xuất
hiện ứng suất kéo mà chỉ xuất hiện ứng suất nén, tại vị trí này ứng
suất nén nhỏ nhất đạt 5211,25kN/m2, và ứng suất nén lớn nhất lúc
này nhỏ hơn ứng suất nén khi ta xét toàn bộ trụ, có giá trị như sau
9426,23kN/m2 < 11160,80kN/m2.
* TH2: Xét tại vị trí cách bệ trụ 2m Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì không thấy xuất
hiện ứng suất kéo mà chỉ xuất hiện ứng suất nén và tăng hơn so với
khi ta xét ở TH1, có giá trị như sau 7065,37 kN/m2> TH1(5211,25 19
kN/m2), và ứng suất nén lớn nhất lúc này nhỏ hơn ứng suất nén khi ta xét toàn bộ trụ nhưng lớn hơn ứng suất nén khi ta xét ở TH1, có
giá trị như sau TH2(7711,62 kN/m2) < TH1(9426,23 kN/m2) <
11160,80 kN/m2. * TH3: Xét tại vị trí cách bệ trụ 4m
Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì không thấy xuất
hiện ứng suất kéo mà chỉ xuất hiện ứng suất nén và có tăng t hơn so
với khi ta xét ở TH1 nhưng lại giảm so với khi ta xét ở TH2, có giá
trị như sau TH2(7065,37kN/m2)> TH3(5946,89 kN/m2) >
TH1(5211,25 kN/m2), và ứng suất nén lớn nhất lúc này nhỏ hơn ứng
suất nén khi ta xét toàn bộ trụ, và xét ở TH1 nhưng lớn hơn ứng suất
nén khi ta xét ở TH2, có giá trị như sau TH2(7711,62 kN/m2)<
TH3(8597,52 kN/m2) < TH1(9426,23 kN/m2) < 11160,80 kN/m2. * TH4: Xét tại vị trí ti p giáp với xà mũ
Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này xuất hiện ứng suất nén
giảm so với khi ta xét ở các TH khác cụ thể có giá trị như sau
TH2(7065,37 kN/m2)> TH3(5946,89 kN/m2) > TH1(5211,25
kN/m2)> TH4(4753,11 kN/m2), và ứng suất nén lớn nhất lúc này
bằng ứng suất nén khi ta xét toàn bộ trụ, nhưng lớn hơn ứng suất nén
khi ta xét ở các TH khác, có giá trị như sau TH2(7711,62 kN/m2)<
TH3(8597,52 kN/m2) < TH1(9426,23 kN/m2) < TH4(11160,80
kN/m2). 3.2.3.2 So sánh sự làm việc cục b tại m t số v trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp th phương Z 20 Biể đồ ƯS pháp th phương Z, ứng với 4 v trí xét trên trụ c t 3.2.4. Phân tích chuyển v của trụ cột công trình cầu theo các phương khi ch u tải trọng theo phương thẳng đứng Chuyển v của trụ c t khi ch u tác dụng của tải trọng
Dựa vào biểu đồ ta nhận thấy rằng khi chịu tác dụng của tải
trọng thì k t cấu trụ cột chuyển vị lớn nhất ở vùng 2 biên của xà mũ
có giá trị 4,7mm và giảm d n về phía trụ, rồi xuống bệ trụ có giá trị
bằng không 21
K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ Kết luận: Qua phân tích và thảo luận ở chương 3, luận văn đi đ n một số k t luận cụ thể như sau: 1. Phân tích cục bộ cho chỉ rõ các vị trí làm việc bất lợi của k t cấu trụ cột công trình c u. Rõ ràng ứng suất cục bộ là một vấn đề c n được chú ý cao trong quá trình thi t k và xây dựng. Đây là thông tin bổ sung rất tốt cho phân tích tổng thể. 2. Qua phân tích cục bộ thấy rõ, đối với trụ cột công trình c u khi chịu tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải) thì ứng suất cục bộ tập trung tại hai cột là khá lớn, cụ thể tại vị trí ti p giáp với xà mũ có lực cắt lớn nhất lên tới 11.416 kN/m2. Tại vị trí ti p giáp với bệ trụ có ứng suất cắt lớn nhất không lớn, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt 9.441,610 kN/m2. Còn tại vị trí cách bệ 2m và 4m thì lực cắt lớn
nhất l n lượt là 7.702,22 kN/m2 và 8.625,47kN/m2. Đặc biệt tại vị trí
ti p giáp với xà mũ trụ. Như vậy có thể khẳng định ứng suất cắt phân bố không tuy t tính theo chiều cao trụ mà tập trung ở ti p giáp với xà mũ và bệ trụ. 3. Về ứng suất pháp theo phương X, tập trung lớn nhất ở vị trí ti p giáp giữa cột (thân trụ) với xà mũ, ứng suất pháp lớn nhất là 5.531,94 kN/m2. 4. Khi so sánh ứng suất pháp theo phương X dọc theo hai cột ( thân trụ), ta nhận thấy rằng ứng suất này cũng phân bố phi tuy n, lớn nhất ở tại ti p giáp cột và xà mũ. Các vị trí giữa thân cột ứng suất pháp không lớn và không nguy hiểm. 5. Khi xét ứng suất pháp theo phương Z ( thẳng đứng ) cũng có sự phân bố tương tự, các ứng suất nén lớn nhất tập trung tại các vị trí 22
ti p nối giữa trụ, bệ và xà mũ. Tại vị trí ti p giáp với bệ trụ đạt giá trị
9.426,23 kN/m2 còn ví trí cách bệ 2m thì ứng suất khá lớn đạt
7.711,62 kN/m2 và tại vị trí cách bệ trụ 4m đạt giá trị 8.597,52
kN/m2. Còn tại vị trí ti p giáp với xà mũ trụ đạt giá trị 11.160,80
kN/m2. 6. Việc phân tích cục bộ trụ cột cũng đưa ra cái nhìn tổng quan về sự làm việc cục bộ của k t cấu trụ cột công trình c u. Có nhiều thông tin có thể ứng bổ sung vào thi t k tổng thể. Kiến ngh : Và Qua việc phân tích làm rõ các ở chương 3, luận văn đi đ n một số ki n nghị như sau: 1. Qua tổng k t phân tích cục bộ thấy rõ, ứng suất tập trung phân bố phi tuy n theo chiều cao trụ, và các vị trí nguy hiểm nằm ở các vị trí ti p giáp. Do đó c n xem xét đ n phân tích cục bộ trong phân tích k t cấu c u. 2. Các vị trí ứng suất tập trung lớn như các vị trí ti p giáp c n có biện pháp gia cường th m để tăng cường độ cứng cho k t cấu trụ cột. 3. Việc phân tích cục bộ trụ cột công trình c u cũng chỉ rõ, ứng suất phân bố phi tuy n trong k t cấu trụ cột do đó c n chú ý khi lựa chọn bố trí thép trong k t cấu trụ cột. 4. Khi có điều kiện nên ti n hành phân tích cục bộ khi thi t k tổng thể công trình c u để tránh các sự phá hoại cục bộ. 23 Hướng phát triển của đề t i 1. Trong nghiên cứu hiện tại thì chưa xét đ n sự làm việc của cốt thép, do đó t quả ứng suất cục bộ vẫn còn khá lớn, hướng nghiên cứu ti p theo của đề tài là nghiên cứu có xét đ n sự làm việc đồng thời của bê tông và cốt thép. 2. Nghiên cứu phân tích cục bộ cho các k t cấu hác như mố c u, tháp c u cũng như các t cấu tương tự để có những cái nhìn ch nh xác hơn về sự làm việc cục bộ công trình c u. 3. Nghiên cứu sự làm việc cục bộ có xét đ n ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và k t cấu.
