LUẬN văn THẠC sỹ PHÂN TÍCH sự làm VIỆC của bệ cọc cầu dây TRÊN MÓNG cọc KHOAN NHỒI THEO sơ đồ CHỐNG GIẰNG

03/12/15
1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: LÊ ĐĂNG LONG
Giáo viên h ớng dẫn: GS.TS NGUYễN VIếT TRUNG
PHÂN TíCH Sự LàM VIệC CủA Bệ CọC CầU
PHÂN TíCH Sự LàM VIệC CủA Bệ CọC CầU
DÂY TRÊN MóNG CọC KHOAN NHồI THEO
DÂY TRÊN MóNG CọC KHOAN NHồI THEO
SƠ đồ CHốNG - GIằNG
SƠ đồ CHốNG - GIằNG
03/12/15
2
Bố cục luận văn
Bố cục luận văn
Mở đầu
Ch ơng I: Lý thuyết chung về mô hình Chống - Giằng
1.1 Khái quát
1.2 Các bộ phận cấu thành mô hình Chông - Giằng
1.3 Sơ đồ trình bày các mô hình Chống - Giằng
Ch ơng II: áp dụng mô hình Chống - Giằng
trong việc tính toán bệ cọc cầu dây
2.1 Cơ sở hình thành mô hình Chống và Giằng
2.2 Các thanh chịu kéo nén trong sơ đồ Chống và Giằng
2.3 Mô hình hóa bệ trụ cầu Thuận Ph ớc
Ch ơng 3: Tính toán bệ cọc cầu Thuận Ph ớc
theo sơ đồ Chống - Giằng.
3.1 Số liệu tải trọng tính toán
3.2 Phân tích bệ trụ theo ph ơng pháp thông th ờng

3.3 Tính toán bệ trụ theo ph ơng pháp Chống và Giằng
3.4 Liểm tra khả năng chịu lực của các thanh Chống và Giằng
Ch ơng 4: Kết luận
03/12/15
3
Mở đầu
Mở đầu
Trong thời gian gần đây ở n ớc ta đã xây dựng các cầu mang tầm cỡ khu
vực, đặc biệt là các cầu treo nhịp lớn nh cầu Rạch Miễu, cầu Thuận Ph
ớc, Cầu Kiền Các công trình này đ ợc thiết kế, thi công theo các Quy
trình, Quy phạm và các Tiêu chuẩn của Quốc tế. Trên thực tế cho thấy
Bê tông cốt thép là một loại hình kết cấu đ ợc sử dụng chủ yếu và thông
dụng nhất. Đặc biệt là các cấu kiện khối lớn nh bệ móng, mố, trụ Để
đáp ứng đ ợc những yêu cầu của thực tế chúng ta phải phân tích sự làm
việc của kết cấu theo những sơ đồ phù hợp với quan điểm tính toán của
Quy phạm mới. Mô hình Chống và Giằng rất cần đ ợc xem xét khi
thiết kế các đế móng dày, bệ cọc hoặc các tr ờng hợp khác mà khoảng
cách giữa các điểm đặt lực và các phản lực gối nhỏ.
Xuất phát từ những quan điểm đó, với trong khuôn khổ một luận văn tốt
nghiệp cao học và với sự h ớng dẫn tận tình của các Thầy Cô giáo, Học
viên đã mạnh dạng chọn đề tài: Phân tích sự làm việc của Bệ trụ cầu
dây trên móng cọc khoan nhồi theo sơ đồ Chống và Giằng.
03/12/15
4
Các vấn đề nghiên cứu của luận văn này bao gồm:
- Lý thuyết về Mô hình chống và giằng trong kết cấu Bê tông cốt thép.
- Phân tích sự làm việc của kết cấu bệ trụ cầu Thuận Ph ớc theo mô
hình Giằng và Chống .
- Tính toán bệ trụ cầu Thuận Ph ớc theo cách làm thông th ờng và theo
mô hình Giằng và Chống .

- So sánh sự kết quả tính toán của hai cách tính.
Đề tài chỉ dừng lại ở mức độ phân tích tính toán kết cấu bệ trụ dựa trên
Lý thuyết tính toán theo sơ đồ Giằng và Chống - một lý thuyết t ơng
đối mới so với hệ thông Quy phạm ở n ớc ta.
03/12/15
5
Ch ơng I
Ch ơng I
Lý THUYếT CHung Về MÔ HìNH
Lý THUYếT CHung Về MÔ HìNH
CHốNG Và GIằNG
CHốNG Và GIằNG
1.1 Khái quát

Lý thuyết chung

Các b ớc tiến hành

Mô hình hóa vùng D bằng ph ơng pháp
đ ờng tải trọng

Một số nguyên tắc khi lựa chọn hệ thanh

Một số mô hình tiêu biểu
03/12/15
6
Nguyên lý chung
Các ứng suất và nội lực trong kết cấu có thể đ ợc vẽ hay hình ảnh hoá
d ới dạng các quỹ đạo. Những sơ đồ quỹ đạo đó gần giống các đ ờng
dòng, do vậy chúng ta có thể gọi là dòng nội lực trong kết cấu. Khái

niệm và các dạng quỹ đạo lực chạy từ biên chịu tải qua kết cấu tới
các gối thực sự là các công cụ hữu hiệu để hiểu đúng quá trình chịu
tải của kết cấu và là sự trợ giúp tiện ích cho ng ời thiết kế.
Tuy vậy các mẫu quỹ đạo tổng quát là khá phức tạp và chỉ có thể xác
định đúng nhất đối với vật liệu làm việc đàn hồi tuyến tính, hơn nữa
trong BTCT các đ ờng chịu kéo chạy dọc theo cốt thép và có thể gây
ra nứt và biến dạng dẻo, do vậy tốt hơn hết là trong các bài toán thực
tế, cần đơn giản hoá hình đồ quỹ đạo và làm cho phù hợp với những
đặc điểm, tính chất riêng biệt của kết cấu bê tông.
03/12/15
7
Các vùng không liên tục:
Trạng thái làm việc của các bộ phận trong cấu kiện Bê tông cốt thép khi
xét ở giới hạn cực hạn sẽ có sự thay đổi lớn, nó đ ợc phân chia hai loại:
- Vùng B là Vùng chịu tải trọng tác dụng theo kiểu dầm: Vùng này đ ợc
khảo sát dựa trên cơ sở giả thuyết Becnuli, lý thuyết dầm.
- Vùng D là Vùng chịu tải trọng tác dụng theo kiểu vòm: Đây là những
vùng không liên tục, tiếp giáp với vùng gián đoạn hoặc đứt gãy. Vùng này
không thể áp dụng các ph ơng pháp tính toán thông th ờng.
Trong vùng B trạng thái ứng suất tại một mặt cắt bất kỳ dễ dàng tính toán
từ các tác động tại một mặt cắt bằng các ph ơng pháp thông th ờng, với
điều kiện là vùng này không bị nứt và thỏa mãn định luật Húc, các ứng
suất sẽ đ ợc tính toán theo lý thuyết uốn sử dụng các đặc tr ng mặt cắt
Trong vùng D trạng thái ứng suất bị thay đổi đột gột, bị gián đoạn về hình
học (những chổ bị lồi lõm, các góc khung ), hoặc bị gián đoạn về tỉnh
học (những nơi có lực tập trung). Gían đoạn tỉnh học phát sinh từ các lực
tập trung hoặc các phản lực gối và các neo cốt thép dự ứng lực.
03/12/15
8
Ph ơng pháp cơ bản để giải quyết vùng D

Từ tr ớc đến nay phần lớn việc tính toán kết cấu bê tông cốt thép chỉ
quan tâm nhiều đến vùng B, việc tính toán thiết kế vùng D th ờng dựa
trên kinh nghiệm hoặc quan sát thực nghiệm. Trong thời gian gần
đây việc nghiên cứu tính toán vùng D đã đ ợc các tổ chức: Hiệp hội
Bê tông dự ứng lực, Viện bê tông Hoa kỳ, và Uỷ ban bê tông Châu Âu
nghiên cứu đ a ra những quy định tiêu chuẩn thiết kế đối với vùng D
khá chi tiết. Theo các tổ chức này thì trạng thái làm việc của bê tông
trong giai đoạn giới hạn cực hạn đ ợc tính theo mô hình toán cơ và
mô hình tốt nhất đ ợc sử dụng là mô hình chống và giằng.
Việc tính toán, thiết kế bê tông theo trạng thái ứng suất tới hạn bằng
mô hình chống và giằng là việc xem xét các điều kiện làm việc của
hai vùng B và D trong kết cấu.
Vùng không liên tục có thể giả định kéo dài xấp xỉ bằng khoảng cách
d từ điểm gián đoạn.
03/12/15
9
Giới thiệu mô hình một vùng D trong cấu kiện dầm
đơn giản và dầm công xôn
VùngB
(b)
Vùng B
Vùng D

Lỗ
VùngD
(a)
Vùng D
Vùng B
Vùng B
03/12/15

10
1.2 C¸c bé phËn cÊu thµnh
m« h×nh Chèng - Gi»ng

C¸c thanh chÞu nÐn

C¸c thanh chÞu kÐo

C¸c vïng nót

C¸c qu¹t chÞu nÐn

C¸c vïng chÞu nÐn

C¸c vßng xo¸y lùc, vßng l în ch÷ U

TÝnh hiÖu lùc cña m« h×nh Chèng - Gi»ng
03/12/15
11
M« h×nh thanh chèng vµ thanh gi»ng chÞu kÐo cña mét dÇm cao bao
gåm c¸c thanh chèng chÞu nÐn b»ng bª t«ng, c¸c thanh cèt thÐp xem
nh thanh gi»ng chÞu kÐo.
Nót giµn (phÇn tö thñy tÜnh)
V1
Lùc thanh gi»ng T
θ
Ws
θ
2
P

V2
Thanh chèng xiªn
chÞu nÐn chÝnh
M« h×nh Chèng vµ Gi»ng cña mét dÇm cao
03/12/15
12
Các thanh chống chịu nén
Trong mô hình thanh chống và thanh giằng, các thanh chống t ơng ứng
với các tr ờng ứng suất nén của bê tông theo h ớng của thanh chống. Các
thanh chống đ ợc lý t ởng hóa có dạng nh lăng trụ hoặc các cấu kiện thon
đều nh ng th ờng thay đổi mặt cắt ngang dọc theo chiều dài của nó, vì bê
tông ở đoạn giữa chiều dài thanh chống rộng hơn so với ở hai đầu. Đôi
khi là thành dạng hình chai hoặc các mô hình giàn cục bộ. Việc trải rộng
các lực nén làm tăng lực kéo ngang, có thể là nguyên nhân làm cho thanh
chịu kéo bị nứt theo chiều dọc. Nếu thanh chống không có cốt thép
ngang, nó có thể bị h hỏng sau khi sự hình thành vết nứt này xảy ra.
Trong các mô hình chống và giằng, các thanh chống đ ợc thể hiện bằng
các đ ờng đứt dọc theo trục của các thanh chống.
G
C
C
C
(a)
H
F
C
B
A
E
(b)

03/12/15
13
Sự hình thành vết nứt của các thanh chống chịu nén
1.5bef
a/4
bef/2
bef
bef/4
(a) Vùng có dạng hình chai
(b) Mô hình chống và giằng
(c) Lực nén và lực kéo ngang
Lực kéo








=

=
ef
ef
ef
b
aC
T
b
ab
C
T
1
2
2/
4/4/
2

Độ bền nén vỡ của bê tông trong một thanh chống đ ợc nói tới nh là độ
bền hiệu quả.
'
21 cce
fvvf =
Trong đó tích 1, 2 là hệ số hiệu quả trong khoảng 0 và 1,0.
Các yếu tố chính tác động đến độ bền nén hiệu quả là:
- Độ bền của bê tông: Bê tông trở nên dễ vỡ hơn khi độ bền tăng lên: 2.
03/12/15
14
Giới thiệu các giá trị độ bền chịu nén hiệu quả dùng để tham khảo:
Cấu kiện kết cấu v1
Các nút giàn:

Các mối nối giới hạn bởi các thanh chống và các tấm đỡ 1,0
Các mối nối neo bằng một thanh giằng chịu kéo 0,85
Các mối nối neo bằng nhiều thanh giằng chịu kéo 0,75
Các thanh chống:
Các thanh chống có ứng suất dọc trục không bị nứt: 1,00
Các thanh chống bị nứt theo chiều dọc do tr ờng ứng suất
có dạng hình chai: 0,80
Các thanh chống bị nứt theo chiều dọc do các tr ờng ứng
suất có dạng hình chai mà không có cốt thép ngang: 0,65
Các thanh chống trong vùng bị nứt có lực kéo ngang từ cốt
thép ngang: 0,60
Các thân dầm mảnh bị nứt nghiêm trọng:

= 300: 0,30

= 450: 0,55
03/12/15
15
Các thanh giằng chịu kéo
Bộ phận cấu thành chính thứ hai của một mô hình chống và giằng là
thanh chịu kéo. Thanh chống này t ơng đ ơng với một hoặc một vài lớp
cốt thép đặt cùng h ớng đ ợc thiết kế với Asfy

Tn trong đó Tn = Tu

là
lực do thanh kéo kháng lại.
Các thanh giằng chịu kéo có thể bị phá hỏng do không có neo giằng ở
đầu. Sự neo giằng của các thanh chịu kéo trong các vùng nút là một
phần quan trọng của việt tính toán thiết kế vùng D sử dụng mô hình

chống và giằng. Các thanh chịu kéo thể hiện bằng các đ ờng liền nét
trong các mô hình chống và giằng.
Các vùng nút
Các mối nối trong mô hình thanh chịu kéo và thanh chống còn đ ợc
hiểu nh là các vùng nút. Ba hoặc nhiều lực gặp nhau tại một nút. Các
lực gặp nhau tại một nút phải cân bằng. Có nghĩa là

Fx=0,

Fy = 0
và

M = 0 đối với điểm nút. Điều kiện thứ 3 ngụ ý rằng các đ ờng tác
dụng lực phải đi qua một điểm chung hoặc có thể phân tích đ ợc thành
các lực mà chúng tác dụng qua một điểm chung.
03/12/15
16
C¸c vïng nót
a
2
(a) Nót d¹ng CCC
a1
C1
C3
a3
(b) Nót d¹ng CCT
C2
C2
T
C1

σ1
L
d
σ2
σ3
R
R1
R2
C1
T
C2
C¸c vïng nót trong phÇn giao nhau cña cÊu kiÖn
03/12/15
17
1.3 Sơ đồ trình bày các mô hình
Chống - Giằng

Các mô hình Chống và Giằng

Các quỹ đạo ứng suất đàn hồi

L ợng cốt thép tối thiểu

Các hệ số giảm độ bền

Các phân tích trạng thái làm việc của dầm cao

Các mô hình Chống và Giằng đối với dầm cao
03/12/15
18

Các mô hình chống và giằng
Các mô hình chống và giằng đ ợc vẽ theo hai mức. Trong nhiều tr
ờng hợp biểu diễn các thanh chống và thanh chịu kéo bằng các đ
ờng dọc theo đ ờng tâm của chúng cũng đủ chính xác. Tuy nhiên
trong các vùng chật cứng, h ớng của các thanh chống, độ dốc và
các chỗ giao nhau của chúng bị ảnh h ởng rất lớn bởi chiều rộng
của chúng. Trong các tr ờng hợp nh vậy cần phải xem xét kỹ
chiều rộng của các thanh chống và vẽ lại toàn bộ hoặc một phần
nào đó của mô hình chống và giằng theo tỷ lệ.
Một mô hình chống và giằng cần phải cân bằng với các lực tác
dụng trên các ranh giới của vùng D. Nếu một vài tr ờng hợp tải
trọng phải đ ợc xem xét kỹ thì cần phải vẽ mô hình chống và
giằng riêng rẽ cho mỗi tr ờng hợp tải trọng. Mô hình chống và
giằng cần một l ợng cốt thép lớn nhất trong một vị trí đã cho nào
đó sẽ điều chỉnh sự lựa chọn cốt thép tại điểm đó trong kết cấu.
03/12/15
19
Các quỹ đạo ứng suất đàn hồi
Từ một phân tích đàn hồi nào đó, chẳng hạn
nh phân tích phần tử hữu hạn, có thể nhận đ
ợc các quỹ đạo ứng suất trong một vùng D
không bị nứt thể hiện trong Hình 1-10a đối
với một dầm cao. Các ứng suất nén chính
tác dụng song song với các đ ờng đứt nét đ ợc
coi là các quỹ đạo ứng suất nén.
Một biểu đồ nh vậy sẽ biểu diễn dòng nội lực
và là một b ớc hữu ích nh ng không có nghĩa
là không thể thiếu trong việc biểu diễn một
mô hình chống và giằng. Các thanh chống sẽ
có h ớng gần giống h ớng của các quỹ đạo ứng

suất nén nh các mô hình chống và giằng đơn
giản và tinh tế thể hiện trong Hình1-10c và
e. Thông th ờng, h ớng của thanh chống sẽ
nằm trong phạm vi

150 so với h ớng của
quỹ đạo ứng suất nén.
thanh chịu
kéo
thanh chịu nén
(e) Giàn đ đơn giản hoá
15
15
=68
nếu L/h < 0,8
=37
nếu L/h = 2,0
C
(c) Mô hình dàn
E
A
B
F
D
(a) Các quỹ đạo ứng suất
W
(b) Phân bố các ứng suất đàn hồi
nằm ngang theo lý thuyết tại n
(d) Mẫu vết nứt trong thử nghiệm
Vùng nén

vỡ
ứ ng suất
kéo
ứ ng suất
nén
l
h

Dầm cao nhịp đơn
03/12/15
20
Các phân tích và trạng thái làm việc của dầm cao
Những phân tích đàn hồi đôi với các dầm cao làm việc ở trạng
thái ch a nứt chỉ có ý nghĩa là tr ớc khi hình thành vết nứt. Trong
một dầm cao sự hình thành vết nứt sẽ xuất hiện ở một phần 3
đến một nữa tải trọng tới hạn . Sau khi các vết nứt phát triển,
sự phân bố lại các ứng suất chính là cần thiết vì có thể là
không có lự kéo ngang qua nết nứt, các kết quả phân tích đàn
hồi là mối quan tâm chính yếu vì chúng thể hiện sự phân bố
các ứng suất mà gây ra vết nứt và vì vậy đ a ra chỉ dẫn về h ớng
cho vết nứt và dong lực sau khi nứt. Trong Hình 1-10a và Hình
1-11a đến Hình 1-12a các đ ờng vết nứt là các quỹ đạo ứng suất
nén song song với các ứng suất chính và các đ ờng liền nét là
các quỹ đạo ứng suất kéo song song với các ứng suất kéo chính.
Các vết nứt đ ợc dự đoán xuất hiện vuông góc với các đ ờng liền
nét (song song với các đ ờng nét đứt)
03/12/15
21
(e) Mẫu vết nứt
(d) Mô hinh dàn đã đ ợc tinh chỉnh

Tại gi a nhịp

h
(c) Mô hinh dàn

= 68
nếu
/h <=1;

= 54
nếu /h = 2
Vùng nén vỡ
0
0
W /2
(a) Các quỹ đạo ứng suất
W /2
W
1
5

ứng suất kéo
ứng suất nén
Tại điểm 1/4 nhịp
(b) Sự phân bố các ứng suất
đàn hồi ngang theo lý thuyết
W /4

0
03/12/15

22
Các mô hình chống và giằng đối với dầm cao
h
Mô hinh giàn đơn gian
(b) Mô hinh giàn
L
Tan 0 = 1.8h/L
(
a) Các quỹ đạo ứng suất
03/12/15
23
Ch ơng II
Ch ơng II
áP DụNG MÔ HìNH CHốNG Và GIằNG
áP DụNG MÔ HìNH CHốNG Và GIằNG
TRONG VIệC TíNH TOáN Bệ CọC CầU DÂY
TRONG VIệC TíNH TOáN Bệ CọC CầU DÂY
2.1 Cơ sở hình thành mô hình
Chống và Giằng

Lý thuyết chung

Các b ớc tiến hành

Mô hình hóa vùng D bằng ph ơng pháp
đ ờng tải trọng

Một số nguyên tắc khi lựa chọn hệ thanh

Một số mô hình tiêu biểu

03/12/15
24
Lý thuyết chung
Từ khái niệm quỹ đạo các ứng suất và nội lực đ ợc hình ảnh hoá
theo sơ đồ giống các đ ờng dòng, chúng ta có thể gọi là dòng nội
lực của kết cấu. Các dạng quỹ đạo nội lực chạy từ biên chịu tải
qua kết cấu tới các gối thực sự là các công cụ hữu hiệu để hiểu
đúng quá trình chịu tải của kết cấu và là sự trợ giúp tiện ích cho ng
ời thực hiện tính toán kết cấu. Tuy vậy các mẫu quỹ đạo tổng quát
là khá phức tạp và chỉ có thể xác định đúng nhất đối với vật liệu
làm việc đàn hồi tuyến tính. Hơn nữa trong bê tông cốt thép các đ
ờng chịu kéo chạy dọc theo cốt thép và có thể biến dạng dẻo. Do
vậy tốt hơn hết là trong các bài toán thực tế cần đơn giản hoá cho
phù hợp với những đặc điểm, tính chất của kết cấu bê tông.
Để đạt đ ợc mục đích này, các quỹ đạo ứng suất của các tr ờng ứng
suất riêng biệt trong kết cấu, các lực t ơng tác từ cốt thép đ ợc xem
xét và độ cong của chúng đ ợc lý t ởng hoá theo dạng của các phần
tử kéo hoặc nén trong một mô hình hệ thanh thẳng. Dòng của các
nội lực có thể đ ợc phác họa và đ ợc định rõ bởi ph ơng pháp đ ờng
tải trọng và đ ợc lý t ởng hoá trong mô hình hệ thanh thích hợp. Bởi
vậy các thanh chống và các thanh kéo đ ợc định kích th ớc bởi các
nội lực của mô hình nh đã thiết lập. Với sự cân nhắc thích đáng
của sự lệch và neo của các lực đang đ ợc lý t ởng hoá theo dạng của
các nút.
03/12/15
25
Mô hình hoá vùng D bằng ph ơng pháp đ ờng tải trọng
Khi biết đ ợc phân bố ứng suất trong vùng D (ví dụ từ h ơng pháp phần tử
hữu hạn) có thể dễ dàng mô hình hoá theo các b ớc sau:
- Định h ớng các đ ờng lực theo h ớng ứng suất chính.

- Xác định vị trí của các hợp lực lệch từ phân bố ứng suất trong mỗi vùng
riêng biệt.
Ph ơng pháp này cho phép xác định khoảng cách Z1 của lực nén nằm
ngang C từ mép d ới nh trọng tâm miền ứng suất nén trong mặt cắt thẳng
đứng có x = l/2. Khoảng cách Z2 của hợp lực kéo ngang T đ ợc xác định t
ơng tự. Cần chú ý rằng việc thay đổi mặt cắt thẳng đứng sẽ làm thay đổi
vị trí hợp lực của ứng suất. Do vậy nhận thấy có nhiều cách để ng ời thiết
kế lựa chọn việc bố trí các thanh chống (nén) và thanh giằng (kéo) trong
mô hình. Việc kết hợp giữa các ph ơng pháp đ ờng lực với ph ơng pháp
phần tử hữu hạn (đàn hồi tuyến tính) là một ph ơng pháp mạnh để xây
dựng mô hình đối với các kết cấu phức tạp.