Nghiên cứu chiều dài đoạn cắt đầu dầm của cầu đi bộ sử dụng dầm thép ống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thép được coi là vật liệu phổ biến nhất để xây dựng cầu đi bộ vì kết cấu thép có độ bền cao trong các điều kiện phức tạp và đặc biệt là dễ chế tạo và định hình. Bài viết Nghiên cứu chiều dài đoạn cắt đầu dầm của cầu đi bộ sử dụng dầm thép ống trình bày phương pháp tiếp cận đánh giá chiều dài cắt đầu dầm tối ưu cầu ECO dựa trên mô phỏng số.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chiều dài đoạn cắt đầu dầm của cầu đi bộ sử dụng dầm thép ống

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 NGHIÊN CỨU CHIỀU DÀI ĐOẠN CẮT ĐẦU DẦM CỦA CẦU ĐI BỘ SỬ DỤNG DẦM THÉP ỐNG Nguyễn Văn Toản Trường Đại học Thủy lợi, email: toannv@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU phần mềm Abaqus [2]. Chiều dài toàn dầm là Thép được coi là vật liệu phổ biến nhất để 50 m và chiều dài nhịp là 49 m; bề rộng cầu xây dựng cầu đi bộ vì kết cấu thép có độ bền 6.15 m, phần đi bộ 4.5 m. Dầm chủ sử dụng cao trong các điều kiện phức tạp và đặc biệt thép ống có đường kính ngoài 1.4 m (D). là dễ chế tạo và định hình. Về trực quan, việc Thép mác SM275 và SM355 đã được sử bố trí, lắp đặt các gối cầu bằng dầm ống có dụng cho phần kết cấu cầu: mác thép SM355 thể gặp khó khăn bởi vì mặt đáy dầm có độ được sử dụng cho dầm ống và các tấm đỡ, cong lớn. Do đó, việc cải tiến dầm ống đối trong khi mác thép SM275 được sử dụng cho với cầu sử dụng ống thép là cần thiết. các bộ phận khác (Hình 1 và 2). Trong bối cảnh thực tế sử dụng dầm ống thép trong kết cấu cầu đi bộ, DESIC đã đề cập đến những thách thức trong việc đưa ra giải pháp cắt đầu dầm của dầm ống truyền thống (TCB) cho cầu đi bộ giản đơn [1]. Cải tiến này được gọi là cầu đi bộ ECO dành cho dầm ống thép của dạng cầu giản đơn. Một giải pháp là cắt đôi đường ống và thiết kế thêm các chi tiết để tăng độ cứng cho dầm và thiết kế gia cường để loại bỏ ứng suất cục bộ (Hình 1). Việc cắt này nhằm tạo ra một hình thức kiến trúc mới, có thể giúp giảm khối (a) Dạng cầu truyền thống tồn tại (TCB) lượng vật liệu và giảm chiều cao tổng thể của cây cầu. Hơn nữa, việc chế tạo và lắp đặt các gối đỡ trên tấm phẳng dễ dàng hơn trên mặt cong. Tuy nhiên, những thách thức như xác định chiều dài cắt tối ưu hoặc thiết kế gia cường phù hợp để có thể giúp đảm bảo cấu trúc hoạt động tốt, cần được giải quyết. Nghiên cứu này trình bày phương pháp tiếp cận đánh giá chiều dài cắt đầu dầm tối ưu cầu ECO dựa trên mô phỏng số. 2. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU (b) Dạng cầu cải tiến với Một mô hình phần tử hữu hạn ba chiều đoạn cắt đầu dầm (ECO) (three-dimensional finite element analysis, 3D Hình 1. Giải pháp đề xuất cho dầm cắt đầu FEA) của cầu ECO đã được xây dựng trong so với dầm truyền thống hiện hữu 122
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 nhịp chỉ tăng ~1%. Điều đó cho thấy ảnh hưởng của dầm cắt đến khả năng chống uốn của cầu bộ hành là không đáng kể. Hình 2. Sơ đồ phần cắt và kích thước của tấm đỡ V.STIFF: (a) hình chiếu phối cảnh; (b) mặt cắt dọc; và (c) chi tiết của V.STIFF Mô hình 3D FEA đã sử dụng loại phần tử S4. Điều kiện biên sử dụng các tương tác ràng buộc vật cứng (rigid body constraint interactions) [2]. (a) Đoạn cắt a = 1.0 m 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3 thể hiện sự thay đổi của ứng suất trong cầu bởi chiều dài đoạn cắt đầu dầm, ‘a’. Tham số ‘a’ được thay đổi từ 1.0‒3.0 m. Tấm đỡ V.STIFF được thiết kế với độ dày giống hệt nhau là 14 mm và bằng thép SM355. (b) Đoạn cắt a = 1.5 m Hình 3. Ứng suất trong cầu thay đổi khi đoạn cắt thay đổi ‘a’ Ứng suất ở chính giữa nhịp thay đổi nhẹ khi chiều dài đoạn cắt ‘a’ tăng. Ngược lại, ứng suất ở gần đầu dầm thay đổi đáng kể khi ‘a’ tăng lên, và đặc biệt là ứng suất kéo nhạy cảm khi ‘a’ thay đổi. Điều thú vị là, khi ‘a’ (c) Đoạn cắt a = 2.0 m được tăng từ 1 lên 3 m, ứng suất kéo và nén tối đa tại gần đầu dầm do tổ hợp CĐ1 [3] tạo Hình 4. Ứng suất von Mises (Pa) trên ra đã tăng lần lượt là 84% và 139%. Trong tấm đỡ (V.STIFF) đối với các đoạn cắt khi đó, ứng suất kéo và nén lớn nhất ở giữa có chiều dài nhỏ hơn 2 m 123
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Chiều dài của tấm đỡ V.STIFF đã được Mô hình FEA có a = 1.5m được sử dụng thay đổi để thích ứng với các chiều dài cắt để nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày dầm khác nhau (Hình 4). Ứng suất von Mises đến ứng suất và độ võng của cầu (Hình 5). được sử dụng để đánh giá phạm vi vùng ứng Tổng khối lượng của cầu tăng dần từ ~91.5 suất trên tấm đỡ dưới tổ hợp tải trọng CĐ1 tấn lên ~137.4 tấn (tức là tăng khoảng 50.2%) [3]. Ứng suất tập trung chính ở nút giao là khi chiều dày dầm tăng từ 14 mm lên 28 mm các vị trí góc dầm ECO. Ứng suất tiệm cận (tức là tăng 100%). Độ võng giới hạn được cường độ giới hạn chảy của thép SM355 khi xác định theo tỷ lệ Lnhịp/400mm. Trong phạm a = 1.5 m. Hình dạng thiết kế của tấm đỡ vi chiều dày nghiên cứu, chiều dày càng lớn V.STIFF được coi là đủ cho chiều dài cắt nhỏ thì khả năng chịu lực của kết cấu càng tốt. Độ hơn 1.5 m. Độ dày của tấm nên được tăng lên dày của dầm ống thép nên lớn hơn 18 mm để cho chiều dài cắt 1.5 m để phân phối lại ứng tránh hư hỏng tổng thể ở giữa nhịp bởi CĐ1 suất tập trung. [3]. Tuy nhiên, cần có giải pháp gia cố thêm tại điểm giao nhau ở đoạn cắt dầm. 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu này trình bày một phương pháp tiếp cận khả thi về phân tích chiều dài đoạn cắt đầu dầm tối ưu cầu đi bộ ECO dựa trên mô phỏng số bằng mô hình 3D FEA: (1) Ứng suất ở chính giữa nhịp thay đổi nhẹ khi chiều dài đoạn cắt ‘a’ tăng. Ngược lại, ứng suất ở gần đầu dầm thay đổi đáng kể khi ‘a’ tăng lên, và đặc biệt là ứng suất kéo nhạy cảm khi ‘a’ thay đổi; “a” không nên (a) Độ võng và khối lượng cầu thay đổi vượt quá 1.5 m. Ảnh hưởng của ECO đến theo bề dày thép ống dầm chủ khả năng chống uốn tổng thể của cầu bộ hành là không đáng kể. (2) Ứng suất tập trung chính ở nút giao là các vị trí góc dầm ECO. Độ dày của tấm nên được tăng lên cho chiều dài cắt 1.5 m để phân phối lại ứng suất tập trung. Độ dày của dầm ống thép nên lớn hơn 18 mm để tránh hư hỏng tổng thể ở giữa nhịp. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] DESIC, 2021. Documentation of the existing steel pipe footbridge and the proposed end cut-off footbridge. Daeyoung Engineering & Steel Industries. Co., Ltd. (b) Ứng suất thay đổi theo bề dày dầm chủ [2] Abaqus V. 6.20 Documentation: Dassault Systemes Simulia Corporation; 2020. Hình 5. Ảnh hưởng của chiều dày dầm [3] AASHTO, 2017. LRFD bridge design đến ứng xử của cầu, L = 50 m specifications, SI Units, AASHTO, Eighth (Lnhịp = 49 m), H = D = 1.4 m ed, Washington, D.C. 124