Trường Đại học Xây dựng i
Đào Tuấn Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 2013
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả luận văn xin cam đoan bản luận văn này là công trình khoa học độc
lập của cá nhân tác giả, không sao chép. Các số liệu, kết quả nghiên cứu, tính
toán nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.
Tác giả luận văn
Đào Tuấn Anh
Trường Đại học Xây dựng ii
Đào Tuấn Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 2013
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM THÉP NHỒI BÊTÔNG ........................... 3
1.1. Sơ lược về sự hình thành và phát triển cầu vòm thép nhồi Bêtông ......................... 3
1.2. Một số công trình cầu vòm thép nhồi Bêtông điển hình trên Thế giới và xu hướng
áp dụng tại Việt Nam. ............................................................................................................ 4
1.3. Các dạng sơ đồ cầu vòm ống thép nhồi Bêtông ..................................................... 10
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC TIÊU CHUẨN KIỂM TOÁN TIẾT
DIỆN TRONG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG, LỰA CHỌN TIẾT DIỆN
VÒM CHỦ TRONG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG ....................................... 16
2.1. Giới thiệu chung về kết cấu ống thép nhồi Bêtông ................................................ 16
2.1.1. Đặc điểm chịu lực của ống thép nhồi Bêtông ................................................... 16
2.1.2. Sự kiềm chế bị động trong lõi Bêtông ............................................................... 19
2.2. Nghiên cứu so sánh các tiêu chuẩn tính toán ......................................................... 21
2.2.1. Tính toán theo tiêu chuẩn Trung Quốc CECS 28-90, JCJ 01-89, DL 99-97 .... 21
2.2.1.1. Tiêu chuẩn CECS 2890 ................................................................................ 21
2.2.1.2. Tiêu chuẩn JCJ 01 89 ................................................................................... 23
2.2.1.3. Tiêu chuẩn DL 99-97 .................................................................................... 25
2.2.2. Tính toán theo các tác giả người Nga KIKIN, SANZHAROVSKI, TRULL ... 28
2.2.3. Tính toán theo tiêu chuẩn AISC LRFD ............................................................. 31
2.2.4. Tính toán theo tiêu chuẩn CAN/CSA-S16.1-M94 ............................................ 34
2.2.5. Toán theo tiêu chuẩn Euro Code 1994 .............................................................. 37
2.3. Lựa chọn tiết diện vòm trong cầu vòm ống thép nhồi bêtông ............................... 41
2.3.1. Sườn vòm một ống thép nhồi Bêtông hình tròn ................................................ 41
2.3.2. Sườn vòm ống thép nhồi Bê tông hìn số 8 ........................................................ 42
2.3.3. Sườn vòm kiểu dàn hoa ..................................................................................... 43
2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................................. 45
2.4.1. Nhận xét các tiêu chuẩn tính toán ..................................................................... 45
2.4.2. Đánh giá lựa chọn tiết diện vòm ....................................................................... 47
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG TRỤC VÀ ĐƯỜNG TÊN
VÒM ĐẾN ỨNG SUẤT TRONG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG ................. 48
3.1. Hướng tiếp cận ....................................................................................................... 48
3.2. Phương pháp phân tích ổn định ............................................................................. 49
3.2.1. Lực tới hạn trong dầm chủ ................................................................................ 49
3.2.2. Ổn định tổng thể ................................................................................................ 50
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng đường trục đến ứng suất vòm ................... 52
3.3.1. Kết quả nội lực vành vòm như sau: ................................................................... 52
3.3.2. Kết quả ứng suất vành vòm như sau: ................................................................ 54
3.3.3. Ổn định tổng thể ................................................................................................ 56
3.3.4. Nhận xét ............................................................................................................ 58
3.3.5. Kết luận ............................................................................................................. 59
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chiều cao đường tên với chiều dài nhịp f/L đến ứng
suất của vòm ........................................................................................................................ 59
3.4.1. Kết quả nội lực vành vòm ................................................................................. 61
3.4.2. Kết quả Ứng suất vành vòm .............................................................................. 62
Trường Đại học Xây dựng iii
Đào Tuấn Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 2013
3.4.3. Ổn định tổng thể ................................................................................................ 63
3.4.4. Nhận xét ............................................................................................................ 68
3.4.5. Kết luận ............................................................................................................. 69
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 69
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 70
4.1. Kết luận .................................................................................................................. 70
4.2. Kiến Nghị ............................................................................................................... 70
Trường Đại học Xây dựng iv
Đào Tuấn Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 2013
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cầu Chunan Nanpu, tỉnh Chiết Giang, hoàn thành năm 2003, dạng cầu vòm xe
chạy giữa, chiều dài nhịp 308m; kết cấu nhịp vòm gồm 4 ống vòm CFST. .......................... 4
Hình 1.2 Cầu Nanning Yonghe, tỉnh GiangXi, hoàn thành vào năm 2004, dạng cầu vòm xe
chạy giữa, chiều dài nhịp 335 m. ........................................................................................... 5
Hình 1.3 Cầu Huangshan Taipinghu hoàn thành năm 2007, gồm 4 ống vòm, chiều dài nhịp
336 m. .................................................................................................................................... 5
Hình 1.4 Cầu Yajisha vượt sông Zhujiang tỉnh Quảng Đông, hoàn thành năm 2000, mặt
cầu chạy giữa, kết cấu nhịp vòm gồm 6 ống CFST, cầu vượt nhịp 360m. ............................ 5
Hình 1.5Cầu Maocaojie vượt sông Dương Tử tỉnh Trùng Khánh, được hoàn thành năm
2006, mặt cầu xe chạy giữa dạng khung vòm có nhịp hẫng, cầu vượt nhịp 368m. ............... 5
Hình 1.6 Cầu Lianxiang tỉnh Hồ Nam, hoàn thành năm 2007, dạng cầu vòm xe chạy giữa,
kết cấu nhịp gồm 6 ống vòm, có chiều dài nhịp vòm ống thép nhồi bê tông 400 m. ............ 6
Hình 1.7 Cầu Zhijinghe tỉnh Hồ Bắc, kết cấu dạng cầu vòm xe chạy trên, hoàn thành vào
năm 2009 được xây dựng qua hẻm núi có chiều cao 294m, cầu vượt nhịp 430m. ................ 6
Hình 1.8 Cầu Wushan vượt sông Dương Tử, tỉnh Trùng Khánh, kết cấu dạng nhịp vòm xe
chạy giữa, được hoàn thành năm 2005, Vòm được cấu tạo từ 4 ống theo cụng nghệ CFT,
nhịp chính dài 460m............................................................................................................... 6
Hình 1.9 Cầu New Saikai - Nagasaki - Nhật bản dạng kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê
tông, mặt cắt vòm gồm 3 ống được xây dựng hoàn thành vào năm 2006, có chiều dài nhịp
chính L=240m. ....................................................................................................................... 6
Hình 1.10 Cầu Ông lớn .......................................................................................................... 7
Hình 1.11 Cầu Xóm Củi ........................................................................................................ 7
Hình 1.12 Cầu Cần Giuộc ...................................................................................................... 8
Hình 1.13 Cầu Đông Trù ....................................................................................................... 8
Hình 1.14 Cầu Hàn ................................................................................................................ 9
Hình 1.15 Cầu Rồng .............................................................................................................. 9
Hình 1.16 Các sơ đồ cầu vòm .............................................................................................. 11
Hình 1.17 Cầu vòm xe chạy trên ......................................................................................... 13
Hình 1.18 Cầu vòm xe chạy dưới ........................................................................................ 13
Hình 1.19 Cầu vòm xe chạy giữa ......................................................................................... 14
Hình 2.1 Ba trạng thái chịu nén dọc trục của cấu kiện ống thép nhồi bêtông ..................... 17
Hình 2.2 Hiệu quả kiềm chế bê tông trong cột hình chữ nhật và hình tròn ........................ 19
Hình 2.3 Tình trạng ứng suất trong ống thép và trong lõi bê tông. .................................... 20
Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ mô men uốn, lực dọc của mặt cắt cấu kiện ống thép nhồi bêtông.
.............................................................................................................................................. 40
Hình 2.5 Biểu đồ xác định hệ số triết giảm . ....................................................................... 40
Hình 2.6 Ống thép nhồi bê tông tiết diện tròn .................................................................... 41
Hình 2.7 Mặt cắt hình số 8 .................................................................................................. 43
Hình 2.8 Mặt cắ tkiểu dàn hoa ............................................................................................ 43
Hình 3.1 Bố trí chung nhịp vòm thép nhồi Bêtông cầu Đông Trù ....................................... 48
Hình 3.2 Mặt cắt vòm thép cầu Đông Trù ........................................................................... 49
Hình3.3 Vòm Parabol bậc hai ............................................................................................. 52
Trường Đại học Xây dựng v
Đào Tuấn Anh Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - 2013
Hình 3.4 Vòm đường cong tròn ........................................................................................... 52
Hình 3.5 Biểu đồ Momen My trong vòm – Do tĩnh tải (KNm) ......................................... 53
Hình 3.6 Biểu đồ Lực dọc Nx trong vòm – Do tĩnh tải (KN) ............................................. 53
Hình 3.7 Biểu đồ Momen My trong vòm – Do hoạt tải (KNm) ......................................... 53
Hình 3.8 Biểu đồ Lực dọc Nx trong vòm – Do hoạt tải (KN) ............................................ 54
Hình 3.9 Biểu đồ Ứng suất mép trên x trong vòm – Do tĩnh tải (KN/m2) ....................... 54
Hình 3.10 Biểu đồ Ứng suất mép dưới x trong vòm – Do tĩnh tải (KN/m2) ..................... 54
Hình 3.11 Biểu đồ Ứng suất mép trên x trong vòm – Do hoạt tải (KN/m2) ...................... 55
Hình 3.12 Biểu đồ Ứng suất mép dưới x trong vòm – Do hoạt tải (KN/m2) .................... 55
Hình 3.13 Bảng tổng hợp các mode – Phương án vòm cong tròn ....................................... 56
Hình 3.14 Bảng tổng hợp các mode – Phương án vòm prabol bậc2 .................................. 57
Hình 3.15 Vòm với chiều cao đường tên f=0.15L chiều dài nhịp ....................................... 59
Hình 3.16 Vòm với chiều cao đường tên f=0.20L chiều dài nhịp ....................................... 60
Hình 3.17 Vòm với chiều cao đường tên f=0.25L chiều dài nhịp ....................................... 60
Hình 3.18 Vòm với chiều cao đường tên f=0.30L chiều dài nhịp ....................................... 60
Hình 3.19 Vòm với chiều cao đường tên f=0.35L chiều dài nhịp ...................................... 60
Hình 3.20 Biểu đồ mô men uốn My trong vòm -do Tĩnh tải (KNm) .................................. 61
Hình 3.21 Biểu đồ lực dọc Nx trong vòm-do Tĩnh tải (KNm) ........................................... 61
Hình 3.22 Biểu đồ Ứng suất mép trên x trong vòm – Do tĩnh tải (KN/m2) ..................... 62
Hình 3.32 Biểu đồ Ứng suất mép dưới x trong vòm – Do tĩnh tải (KN/m2) .................... 62
Hình 3-24 Bảng tổng hợp các mode – Phương án f=0.15L ................................................ 63
Hình 3.25 Bảng tổng hợp các mode – Phương án f=0.20L ................................................ 64
Hình 3.26 Bảng tổng hợp các mode – Phương án f=0.25L ................................................ 65
Hình 3.27 Bảng tổng hợp các mode – Phương án f=0.30L ................................................ 66
Hình 3.28 Bảng tổng hợp các mode – Phương án f=0.35L ................................................. 67