Nghiên cứu ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực trong thiết kế cầu máng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.63 MB, 101 trang )
L I CAM OAN
H và tên h c viên:
NGUY N TH MAI S
NG
L p cao h c:
CH23C11-CS2
Chuyên ngành:
Xây d ng công trình th y
Tên đ tài lu n v n: “Nghiên c u ng d ng k t c u bê tông c t thép d
trong thi t k c u máng”.
ng l c
Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n c a tôi hoàn toàn do tôi làm, nh ng k t qu nghiên
c u tính toán trung th c. Trong quá trình làm lu n v n tôi có tham kh o các tài li u
liên quan nh m kh ng đ nh thêm s tin c y và tính c p thi t c a đ tài. Tôi không sao
chép t b t k ngu n nào khác, n u vi ph m tôi xin ch u trách nhi m tr
Nhà tr
c Khoa và
ng.
Hà N i, ngày 18 tháng 08 n m 2016
Tác gi lu n v n
Nguy n Th Mai S
ng
L IC M
N
Sau th i gian h c t p và nghiên c u t i l p cao h c CH23C11-CS2, Tr
Th y L i- c s 2, d
ng
iH c
i s gi ng d y t n tình c a các th y giáo, s c v n và h
d n nhi t tình c a th y giáo h
ng
ng d n, c ng v i s n l c c a b n thân, tôi đã hoàn
thành lu n v n t t nghi p cao h c v i đ tài: “Nghiên c u ng d ng k t c u bê tông
c t thép d
ng l c trong thi t k c u máng”.
Tôi xin chân thành c m n các c p lãnh đ o Tr
ng
giáo cùng t p th cán b công nhân viên trong tr
cho tôi trong quá trình h c t p, nghiên c u t i tr
i H c Th y L i, và các th y cô
ng đã t o m i đi u ki n thu n l i
ng.
Tôi xin chân thành c m n Công ty t v n và chuy n giao công ngh - Chi nhánh mi n
Nam đã t o đi u ki n và giúp đ tôi trong quá trình nghiên c u.
Tôi đ c bi t c m n th y giáo PGS. TS. Nguy n Ng c Th ng – Ng
i đã h
ng d n
khoa h c, t n tình ch b o tôi giúp tôi hoàn thành t t lu n v n này.
Tác gi lu n v n
Nguy n Th Mai S
ng
M CL C
DANH M C CÁC HÌNH NH……………………………………...…….……..…..i
DANH M C CÁC B NG BI U………………………………………….......…......iv
L I CAM OAN ................................................................................................... i
M
U ................................................................................................................ 1
CH
NG 1. T NG QUAN V C U MÁNG ...................................................... 2
1.1.
Khái quát c u máng................................................................................................... 2
1.1.1.
Khái ni m c u máng và các b ph n c a c u máng. ......................................... 2
1.1.2.
Các lo i c u máng, hình th c k t c u c a c u máng ......................................... 5
1.1.3.
Tình hình xây d ng c u máng xi m ng l i thép Vi t Nam và trên Th
Gi i…….. ................................................................................. ………………………………7
1.2.
Các ph ng pháp tính toán n i l c c u máng xi m ng l i thép ........................ 9
1.2.1.
Nguyên lý tính toán c u máng ............................................................................. 9
1.2.2.
Tính toán theo ph ng pháp lý thuy t d m ........................................................ 9
CH
NG 2. C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN C U MÁNG XI M NG L
I
THÉP D
NG L C .......................................................................................... 16
2.1.
Tính toán c u máng theo ph ng pháp ph n t h u h n ................................... 16
2.1.1.
T ng quan v v g p ........................................................................................... 16
2.1.2.
N i dung và ph ng pháp tính chuy n v c u máng xi m ng l i thép theo
ph ng pháp ph n t h u h n .............................................................................................. 21
2.1.3.
Ma tr n đ c ng c a các ph n t trong k t c u c u máng.............................. 23
2.1.4.
ng l i gi i bài toán phân tích n i l c k t c u máng theo ph ng pháp
chuy n v …………………………………………………………………………. ............... 28
2.1.5.
C u trúc ch ng trình – ph n m m tính toán Sap 2000 ................................. 31
2.2.
Khái quát v k t c u xi m ng l i thép d ng l c ............................................ 35
2.2.1.
Bê tông d ng l c c ng sau và c ng tr c ..................................................... 38
2.2.2.
Các t n th t d ng l c ....................................................................................... 39
2.3.
Tính toán ki m tra k t c u bê tông c t thép d ng l c ..................................... 44
2.3.1.
Ki m tra c ng đ trên m t c t vuông góc ...................................................... 44
2.3.2.
Tính toán c ng đ trên m t c t nghiêng ......................................................... 48
2.3.3.
Tính toán đ võng ................................................................................................ 48
2.4.
Tính toán k t c u xi m ng l i thép d ng l c b ng SAP2000 ...................... 50
2.4.1.
Các b c tính toán b ng ph n m m SAP2000 ................................................ 50
2.4.2.
M t s ph ng pháp gán cáp d ng l c trong Sap 2000 .............................. 51
CH
NG 3. ÁP D NG TÍNH TOÁN C U MÁNG BÊ TÔNG XI M NG L
I
THÉP T30 THU C H TH NG KÊNH CHÍNH TÂY...................................... 63
3.1.
Gi i thi u công trình ............................................................................................... 63
3.2.
Quy mô công trình................................................................................................... 64
3.3.
K t c u c u máng .................................................................................................... 64
3.4.
Các t i tr ng tác d ng lên c u máng ..................................................................... 65
3.5.
S li u tính toán .......................................................................................................66
3.6.
Tr ng h p tính toán ...............................................................................................67
3.7.
Phân tích k t c u c u máng theo bài toán không gian b ng SAP2000 .............67
3.8.
Phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng c a thân máng khi nh p c u máng
thay đ i, còn m t c t ngang v n gi nguyên .......................................................................70
3.8.1.
Phân tích bi n d ng c a thân máng khi thay đ i nh p c u máng, còn m t c t
ngang gi nguyên ...................................................................................................................70
3.8.2.
Phân tích ng su t c a thân máng khi thay đ i nh p c u máng, còn m t c t
ngang gi nguyên ...................................................................................................................72
3.8.3.
Phân tích ng su t c a thân máng khi thay đ i nh p c u máng, còn m t c t
ngang gi nguyên, b trí d ng l c ....................................................................................75
K T LU N VÀ KI N NGH .............................................................................. 83
TÀI LI U THAM KH O .................................................................................... 84
DANH M C CÁC HÌNH NH
Hình 1.1. S đ m t c t d c c u máng ...................................................................... 2
Hình 1.2. C a vào, c a ra c a c u máng .................................................................. 3
Hình 1.3. M t c t ngang thân máng .......................................................................... 3
Hình 1.4. K t c u thân máng hình thang và ch U có gi ng ngang .......................... 4
Hình 1.5. K t c u g i đ ............................................................................................ 4
Hình 1.6. Các ki u tr đ .......................................................................................... 5
Hình 1. 7. M t c t ngang c u máng xi m ng l i thép .............................................. 6
Hình 1. 8. S đ m t c t máng ch U Hình 1. 9. S đ tính toán máng ch U .... 10
Hình 1.10. S đ tính toán và bi u đ n i l c theo ph ng d c máng ................... 12
Hình 1.11. S đ tính toán và bi u đ n i l c c a d m 4 nh p ............................... 13
Hình 1.12. S đ tính toán và bi u đ n i l c d m công son kép đ u nhau ........... 13
Hình 1.13. S đ tính toán d m công son kép có mô men u n b ng nhau ............. 14
Hình 1.14. S đ tính toán d m công son kép không đ u ....................................... 15
Hình 2. 1. M t s d ng k t c u v g p trong xây d ng th y l i .............................. 16
Hình 2. 2.T i tr ng tác d ng lên m t c t ngang máng ............................................. 17
Hình 2. 3. K t c u d m t ng (trái) và k t c u t m ch u u n (ph i) ........................ 18
Hình 2. 4.H t a đ c c b c a ph n t v .............................................................. 18
Hình 2. 5. Ph n t thanh ch u u n ............................................................................ 23
Hình 2. 6.Ph n t thanh ch u l c d c ....................................................................... 24
Hình 2. 7.Ph n t thanh ch u u n và kéo (nén) đ ng th i........................................ 24
Hình 2. 8. Ph n t d m – t ng hình ch nh t......................................................... 25
Hình 2. 9.Ph n t t m ch u u n ................................................................................ 26
Hình 2.10. Thanh ch u l c d c ................................................................................. 29
Hình 2.11.Thanh ch u u n ph ng ............................................................................. 30
Hình 2. 12. . Ph ng pháp c ng sau ......................................................................... 38
Hình 2. 13. Ph ng pháp c ng tr c ........................................................................ 39
Hình 2. 14 ................................................................................................................. 46
Hình 2. 15 ................................................................................................................. 46
Hình 2.16 .................................................................................................................. 47
Hình 2. 17. V s b cáp ST ................................................................................ 51
Hình 2.18. Ch n cáp ST d ng parabôn ................................................................ 52
Hình 2. 19. nh d ng parabôn theo s li u đã cho ................................................. 53
Hình 2. 20. Cáp parabôn theo s li u đã cho ............................................................ 53
Hình 2. 21. Gán l c c ng cáp ................................................................................... 54
Hình 2. 22. S đ tính toán d m bê tông ST ......................................................... 55
Hình 2. 23. Bi u đ tính toán d m............................................................................ 55
Hình 2. 24. V cáp ng tr c ................................................................................... 56
Hình 2.25.Gán l c c ng tr c .................................................................................. 56
Hình 2. 26. S đ tính toán d m bê tông ST ......................................................... 57
i
Hình 2. 27. V s b cáp ST ...................................................................................... 57
Hình 2. 28. nh ngh a cáp parabôn.............................................................................. 58
Hình 2. 29. Nh p t a đ các đi m đ u, gi a và cu i c a cáp parabôn ......................... 59
Hình 2. 30. nh d ng parabôn theo s li u đã cho ...................................................... 60
Hình 2. 31. Gán l c c ng cáp ........................................................................................ 60
Hình 2. 32. S đ tính toán d m bê tông ST .............................................................. 61
Hình 2.33. D m đ c mô hình hóa b ng ph n t Shell ............................................... 61
Hình 3. 1. M t c t ngang thân máng tr ng h p không b trí d ng l c ................... 64
Hình 3. 2. M t c t ngang thân máng tr ng h p b trí d ng l c .............................. 64
Hình 3. 3. Mô hình hóa k t c u thân máng ................................................................... 67
Hình 3. 4. Gán áp l c n c lên thân máng (t i m t c t s n ngang)............................ 70
Hình 3. 5. Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1, L=6m .......................................... 70
Hình 3. 6. Giá tr chuy n v t i nút 31 ........................................................................... 70
Hình 3. 7. Chuy n v c a thân máng ............................................................................ 71
Hình 3. 8. Giá tr chuy n v t i nút 66 ........................................................................... 71
Hình 3. 9. Chuy n v t i m t c t gi a nh p do TH1, L=12m ........................................ 71
Hình 3. 10. Giá tr chuy n v t i nút 139 ....................................................................... 71
Hình 3. 11.Bi u đ quan h gi a bi n d ng và nh p c u máng, không b trí d ng
l c ................................................................................................................................. 72
Hình 3. 12. ng su t S11 t i đáy máng , L=6m, không có d ng l c ......................... 72
Hình 3. 13. ng su t S11 t i đ nh máng , L=6m, không có d ng l c ..................... 73
Hình 3. 14. ng su t S11 t i đáy máng , L=8m, không có d ng l c ........................ 73
Hình 3. 15. ng su t S11 t i đ nh máng, L=8m, không có d ng l c ....................... 73
Hình 3. 16. ng su t S11 t i đáy máng , L=12m, không có d ng l c ...................... 74
Hình 3. 17. ng su t S11 t i đ nh máng, L=12m, không có d ng l c ...................... 74
Hình 3. 18. Bi u đ quan h gi a ng su t kéo và nh p c u máng, không b trí d ng
l c .................................................................................................................................. 74
Hình 3. 19. ng su t S11 do LNT gây ra t i đáy máng , L=8m, có d ng l c........... 75
Hình 3. 20. Chuy n v thân máng, L=8m, có d ng l c ............................................. 78
Hình 3. 21. ng su t S11 t i v trí đáy máng , L=8m, có d ng l c ........................... 78
Hình 3. 22. ng su t S11 t i v trí đ nh máng , L=8m, có d ng l c ......................... 78
Hình 3. 23. Chuy n v c a thân máng , L=12m , có d ng l c ................................... 79
Hình 3. 24. ng su t S11 t i v trí đáy máng , L=12m, có d ng l c......................... 79
Hình 3. 25. ng su t S11 t i v trí đ nh máng , L=12m, có d ng l c ....................... 79
Hình 3. 26. Chuy n v c a thân máng , L=14m , có d ng l c ................................... 80
Hình 3. 27. ng su t S11 t i v trí đáy máng , L=14m, có d ng l c......................... 80
Hình 3. 28. ng su t S11 t i v trí đ nh máng , L=14m, có d ng l c ....................... 80
Hình 3. 29. Chuy n v c a thân máng , L=16m , có d ng l c ................................... 81
Hình 3. 30. ng su t S11 t i v trí đáy máng , L=16m, có d ng l c......................... 81
Hình 3. 31. ng su t S11 t i v trí đ nh máng , L=16m, có d ng l c ....................... 81
Hình 3. 32. Bi u đ quan h gi a bi n d ng và nh p c u máng, b trí d ng l c....... 82
ii
Hình 3. 33. Bi u đ quan h gi a ng su t kéo và nh p c u máng, b trí d ng l c .. 82
Hình PL 1. Ph màu ng su t Smax,L=6m, không có d ng l c ............................. 85
Hình PL 2 Ph màu ng su t S11trong s n ngang ,L=6m, không có d ng l c ..... 85
Hình PL 3. Ph màu Smax trong s n ngang,L=6m, không có d ng l c ................ 86
Hình PL 4. Ph màu ng su t S11 thân máng, L=8m, không có d ng l c............... 86
Hình PL 5. Ph màu ng su t Smax thân máng,L=8m, không có d ng l c.............. 87
Hình PL 6. Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=8m, không có d ng l c ............... 87
Hình PL 7. Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=8m, không có d ng l c ........... 88
Hình PL 8. Ph màu ng su t S11 thân máng,L=12m, không có d ng l c............... 88
Hình PL 9.Ph màu ng su t Smax thân máng,L=12m, không có d ng l c............. 89
Hình PL 10. Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=12m, không có d ng l c ........... 89
Hình PL 11. Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=12m, không có d ng l c ........ 90
Hình PL 12. Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=8m, có d ng l c ........................ 91
Hình PL 13. Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=8m, có d ng l c ..................... 91
Hình PL 14. . Ph màu ng su t S11 s n ngang,L=12m, có d ng l c .................... 92
Hình PL 15. . Ph màu ng su t Smax s n ngang,L=12m, có d ng l c ................. 93
iii
DANH M C B NG BI U
B ng 2. 1. B ng phân lo i bê tông ng su t tr
c ........................................................ 37
B ng 2. 2. . H s ma sát ............................................................................................... 42
B ng 3. 1. B ng xác đ nh t n hao σ h5 và σ h7 ................................................................ 77
B ng PL 1.
ng su t Smax trong thân máng………………………………………...85
B ng PL 2.
ng su t S11 trong s
B ng PL 3.
ng su t Smax trong s
B ng PL 4.
ng su t S11Bot trong thân máng, L=8m, không có d
B ng PL 5.
ng su t SmaxBot trong thân máng, L=8m, không có D L .................... 87
B ng PL 6.
ng su t S11Bot trong s
B ng PL 7.
ng su t SmaxBot trong s
B ng PL 8.
ng su t S11Bot trong thân máng, L=12m, không có d
B ng PL 9.
ng su t SmaxBot trong thân máng, L=12m, không có d
n ngang ................................................................ 86
n ngang ............................................................. 86
ng l c .............. 87
n ngang, L=8m, không có d
ng l c ............ 88
n ngang, L=8m, không có d
ng l c ......... 88
ng l c ............ 89
ng l c ......... 89
B ng PL 10.
ng su t S11Bot trong s
n ngang, L=12m, không có d
ng l c ........ 90
B ng PL 11.
ng su t SmaxBot trong s
B ng PL 12.
ng su t S11Bot trong s
n ngang, L=8m, có d
ng l c ..................... 92
B ng PL 13.
ng su t S11Bot trong s
n ngang, L=8m, có d
ng l c ..................... 92
n ngang, L=12m, không có d
B ng PL 14. .
ng su t S11Bot trong s
B ng PL 15. .
ng su t Smax Bot trong s
n ngang, L=12m, có d
n ngang, L=12m, có d
ng l c ..... 90
ng l c ................ 93
ng l c ............. 93
iv
M
I. Tính c p thi t c a đ tài
Các kênh t
iv
U
t qua su i, kênh tiêu c n b trí các công trình chuy n n
máng, c ng lu n, siphông...Tuy nhiên đa ph n kênh t
có cao đ đáy kênh cao h n m c n
n
c nh c u
i đi qua các su i, kênh tiêu đ u
c trong su i và kênh tiêu nên đ tránh t n th t c t
c và bùn cát l ng đ ng gây t c ngh n trong quá trình chuy n n
c đ ng th i đ
thu n ti n cho vi c qu n lý v n hành, vì v y vi c ch n c u máng đ chuy n n
c là
phù h p.
i v i các c u máng l n th
máng yêu c u l u l
Khi c n v
ng s d ng k t c u bê tông c t thép, tuy nhiên v i c u
ng nh thì vi c s d ng k t c u xi m ng l
i thép là phù h p.
t qua các sông su i không có kh n ng b trí tr b t bu c ph i kéo dài
nh p c u máng, v y nên gi i pháp s d ng ng su t tr
c có th đem l i hi u qu cao.
Vì v y vi c nghiên c u ng d ng c a c u máng xi m ng l
i thép d
ng l c là vi c
làm h t s c c n thi t, có ý ngh a kinh t - xã h i.
II. M c đích c a đ tài
Phân tích tr ng thái ng su t-bi n d ng k t c u c u máng xi m ng l
trong tr
đ nh đ
i thép d
ng h p bài toán không gian v i chi u dài nh p thay đ i. T đó có th xác
c chi u dài nh p c u máng có th đ t khi b trí cáp d
III. Cách ti p c n và ph
ng l c.
ng pháp nghiên c u
Nghiên c u lý thuy t v k t c u xi m ng l
i thép d
ng l c và k t h p s d ng ph n
m m SAP2000 phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng c u máng xi m ng l
d
ng l c nh p l n trong tr
IV. K t qu d ki n đ t đ
-
Hi u đ
-
Xác đ nh quan h
d
ng l c.
-
So sánh tr
Nêu đ
i thép
ng h p bài toán không gian.
c
c lý thuy t v k t c u xi m ng l
i thép d
ng l c.
ng su t – bi n d ng trong k t c u c u máng xi m ng l
ng h p có s d ng k t c u bê tông d
s d ng k t c u bê tông d
-
ng l c
ng l c v i tr
i thép
ng h p không
ng l c, áp d ng cho m t công trình c th .
c đ c đi m ch u l c, đ b n c a lo i k t c u v m ng bê tông c t thép d
ng l c n i chung khi làm vi c theo s đ không gian.
1
CH
1.1.
NG 1. T NG QUAN V C U MÁNG
Khái quát c u máng.
1.1.1. Khái ni m c u máng và các b ph n c a c u máng.
C u máng là công trình th
th ng kênh th
ng đ
c s d ng v i m c đích v n chuy n n
c khi h
ng đi qua các vùng có đi u ki n đ a hình ph c t p nh : sông, su i,
thung l ng sâu và h p. Th c t nhu c u d n n
c hi n nay c n xây d ng các công
trình c u máng có nh p l n, ch u t i tr ng l n do đó đ i v i lo i công trình này c n s
d ng k t d
ng l c đ đem l i hi u qu cao.
C u máng có các b ph n chính: c a vào, c a ra, thân máng và g i đ (Hình 1.1).
Hình 1.1. S đ m t c t d c c u máng
1.C a vào; 2.M bên; 3.Thân máng; 4.G i đ ; 5.Khe co giãn; 6. C a ra; 7.Kênh
1.1.1.1.
K t c u c a vào, c a ra
C a vào và c a ra c a c u máng là đo n n i ti p thân máng v i kênh d n n
th
ng, h l u, có tác d ng làm cho dòng ch y vào máng thu n, gi m b t t n th t do
thu h p gây ra và dòng n
T
c
c ra không làm xói l b và đáy kênh.
ng cánh c a c a vào và c a ra th
m r ng ho c thu h p d n. C a l
ng làm theo hai ki u: ki u l
n cong n
công khó kh n h n. Góc m r ng c a t
ra kh i máng. Th
c ch y vào, ch y ra thu n, nh ng khi thi
ng cánh có nh h
ng đ n dòng ch y vào và
ng l y t s gi a chi u r ng và chi u dài là
đo n c a vào, c a ra l y b ng 4 l n c t n
n cong và ki u
1 1
÷ . S b chi u dài
4 3
c trong kênh. Sân phòng th m th
2
ng làm
b ng đ t sét,
trên có lát đá đ phòng xói c ng có khi
d
i n n c a vào, c a ra làm
chân khay ho c đóng ván c .
h
z
l2
l1
Hình 1.2. C a vào, c a ra c a c u máng
h: Chi u sâu n
c trong kênh; L1: Chi u dài đo n c a vào;
L2: Chi u dài đo n c a ra.
1.1.1.2.
K t c u thân máng
Thân máng làm nhi m v chuy n n
c, m t c t ngang d ng ch nh t, bán nguy t,
parabol ho c ch U..., có c u t o kín ho c h . V t li u đ
c dùng đ xây d ng máng
có th là g , g ch đá xây, bê tông c t thép ho c xi m ng l
i thép. Ti t di n máng ph i
đ chuy n n
ít th m n
c, đ nhám nh tránh t n th t đ u n
c, v t li u thân máng ph i b n và
c.
Ch n hình th c m t c t ngang thân máng ph i d a vào tính toán th y l c, v t li u làm
thân máng, hình th c k t c u tr đ , đo n n i ti p c a vào c a ra.
a)
b)
c)
Hình 1.3. M t c t ngang thân máng
a. Hình ch nh t; b. Hình thang; c. Hình ch U
C u máng v m ng có kh n ng ch u l c theo ph
r t nhi u, đ t ng đ c ng theo ph
ng d c l n h n theo ph
ng ngang, t ng đ
thân máng, c n b trí các thanh gi ng ngang, các s
máng), t i hai đ u m i nh p máng nên b trí s
3
ng ngang
n đ nh t ng th và c c b c a
n gia c
ng d c (còn g i là tai
n ngang (Hình 1.4). V i c u máng có
m t c t ngang nh , đ d dàng cho vi c thi công có th không b trí các thanh gi ng
ngang, song n u c n có th t ng thêm chi u dày thành máng.
Gi»ng ngang
Gi»ng ngang
Sên däc
Sên däc
Sên ngang
Hình 1.4. K t c u thân máng hình thang và ch U có gi ng ngang
Khi có nhu c u đi l i trên m t máng, có th b trí đ
ng cho ng
i đi.V i c u máng
l n qua sông su i có th k t h p làm c u giao thông trên đ nh.
1.1.1.3.
K tc ug iđ
G i đ thân máng g m có g i đ
th
bên (m bên) và g i đ
gi a (tr gi a). M bên
ng dùng ki u tr ng l c (Hình 1.5), còn tr gi a khi chi u cao tr không l n c ng
hay dùng ki u tr ng l c, khi chi u cao c a tr l n th
ng dùng ki u khung ho c ki u
h n h p.
Hình 1.5. K t c u g i đ
1. M biên ki u tr ng l c; 2. C a vào; 3. Thân máng; 4. Ph n đ t đ p;
5. Thi t b thoát n
c; 6. M t đ t t nhiên; 7. Tr gi a
Tr gi a ki u tr ng l c có th b ng g ch xây, b ng đá xây ho c bê tông, th
có các tr có chi u cao d
i 10m, tr ng l
ng dùng
ng b n thân c a tr ki u tr ng l c th
4
ng
r t l n, do đó đòi h i n n ph i có s c ch u t i cao (Hình 1.6a). Tr đ ki u khung có
hai lo i: khung đ n và khung kép, khung đ n th
(Hình 1.6b), còn tr kép th
ng dùng cho các tr cao d
i 15m
ng dùng khi các tr có chi u cao t 15 đ n 20m (Hình
1.6c). Móng c a m và tr có th đ t tr c ti p lên n n t nhiên, khi n n y u có th đ t
trên n n c c.
a)
b)
c)
Hình 1.6. Các ki u tr đ
a. Tr ki u tr ng l c; b. Tr ki u khung đ n; c. Tr ki u khung kép
1.1.2. Các lo i c u máng, hình th c k t c u c a c u máng
1.1.2.1.
Các lo i c u máng
Có nhi u lo i c u máng đã đ
-
c nghiên c u và s d ng trong th c t :
C u máng có m t c t hình ch nh t, c u máng có m t c t hình thang, c u máng có
m t c t hình ch U…
-
C u máng có thanh gi ng và c u máng không có thanh gi ng.
Tùy theo đi u ki n và yêu c u c a t ng công trình c th , chúng ta s d ng lo i c u
máng cho phù h p đ đ m b o đi u ki n kinh t và k thu t.
-
V i nh ng công trình có quy mô l n, có th s d ng hình th c c u máng b ng v t
li u bê tông c t thép và đ gi m giá thành công trình có th s d ng hình th c c u
máng b ng v t li u xi m ng l
-
i thép v m ng.
C u máng v m ng là lo i hình k t c u nh , có nhi u u đi m: đ m b o tính kinh
t , thích h p v i nhi u đ a hình, hình th c k t c u g n, đ p … v t li u th
dùng đ ch t o là bê tông c t thép, xi m ng l
5
ng
i thép ho c bê tông ít c t thép.
Hình d ng m t c t có th là n a hình tròn, hình ch U, hình thang, hình Elips ho c
Parabol….
Hi n nay, c u máng xi m ng l
i thép v m ng có hình ch U đ
vì các tính n ng: có l i v m t th y l c, đ c ng h
c s d ng ph bi n
ng d c l n, n i l c h
ng ngang
nh , thi công thu n l i.
1.1.2.2.
Hình th c k t c u thân máng
M t c t ngang c a c u máng th
ch U. Thân máng đ
công son. Ph
ph
ng đ
c thi t k hình ch nh t, hình thang ho c hình
c đ t trên các g i đ , tr đ theo hình th c d m liên t c, d m
ng pháp tính toán n i l c và bê tông c t thép c a c u máng theo
ng ngang c ng t
ng t nh đ i v i c u máng b ng g ch đá. Thân máng có m t
c t ch nh t: Máng ch nh t không có thanh gi ng ngang th
ng áp d ng các c u
máng lo i nh có chi u dài không l n. Thành bên c a lo i c u máng này d
c a áp l c n
moment u n
i tác d ng
c s ch u l c gi ng nh m t b n công xôn. Khi thành đáy máng cao thì
đáy vách máng s l n nên l
ng thép dùng trong thân máng s l n.
Thanh gi ng ngang làm t ng kh n ng ch u l c c a thành bên và đáy máng nên có th
gi m đ
cl
ng c t thép.
C u máng lo i v a và lo i l n s b trí thêm thanh gi ng ngang trên đ nh máng đ
t ng kh n ng ch u l c theo ph
ng ngang c a máng.
Thân máng có m t c t hình ch U : Máng có m t c t hình ch U có đáy là n a tr
tròn, hai thành bên th ng đ ng.Các c u máng lo i nh có chi u dài không l n th
không có thanh gi ng ngang. Theo ph
ng d c máng, máng v m ng ch U th
ng
ng có
hình th c máng m t khoang đ t trên các m đ , tính toán theo s đ d m đ n gi n
ho c công son kép.
Hình 1. 7. M t c t ngang c u máng xi m ng l
6
i thép
Kích th
c máng v m ng hình ch U b ng xi m ng l
i thép th
ng đ
c thi t k
nh sau:
- Chi u dày thành máng:
t th
ng l y b ng 2,5 đ n 3,5cm.
- Chi u cao đo n th ng đ ng f c a thành máng l y t 10 % đ n 30% chi u r ng lòng
máng
- Kích th
c tai máng : 3,5t ≤ a ≤ 5,5t
0,4a ≤ b ≤ 0,5a
0,2a ≤ c ≤ 0,4a
- Kích th
c m t c t ngang c a thanh gi ng h g = 10 ÷ 20cm, b g = 8÷ 15cm
- M t c t ngang c a các s
n ngang có b s =8÷15cm, h s = 4t ÷5t .
1.1.3. Tình hình xây d ng c u máng xi m ng l
Gi i.
1.1.3.1.
Ngu n n
i thép
Tình hình xây d ng c u máng xi m ng l
Vi t Nam và trên Th
i thép trên Th gi i
c là tài nguyên đ c bi t quan tr ng, không ch là m t trong nh ng thành
ph n thi t y u c a s s ng và môi tr
ng, mà còn là đi u ki n đ khai thác và s d ng
các ngu n tài nguyên khác và là nguyên li u không th thay th c a các ngành kinh t
c ng nh các ngành liên quan.
H th ng kênh và công trình trên kênh là m t b ph n thi t y u trong các h th ng
th y l i. V y nên vi c tính toán thi t k sao cho l i nh t, t n d ng đ
tài nguyên n
c t i u ngu n
c là m t v n đ h t s c khó kh n.
Nh ng vùng có đi u ki n đ a hình ph c t p, h th ng kênh th
ng đi qua các vùng có
đ a hình ph c t p nh : Sông, su i, thung l ng sâu và h p thì vi c s d ng c u máng
luôn là l a ch n s m t c a các nhà thi t k .
Hi n nay, v i s phát tri n ngày càng m nh m c a các công ngh hi n đ i trong l nh
v c xây d ng. Công ngh s n xu t xi m ng l
i thép ngày càng đ
hi n đ i hoá cao nh m t ng n ng su t, t ng ch t l
7
c hoàn thi n, và
ng, gi m chi phí nhân công, gi m
giá thành xây d ng. Công cu c áp d ng k t c u xi m ng l
i thép vào xây d ng c u
máng là m t v n đ h t s c phù h p.
Nhìn chung k t c u xi m ng l
n
c trên Th gi i. V i yêu c u v k thu t
c a nó, xi m ng l
i thép phù h p v i các n
đ n gi n v b ch a n
n
i thép đóng m t vai trò quan tr ng đ i v i h u h t các
ct
m c đ th p và nh ng tính n ng u vi t
c đang phát tri n trong nh ng ng d ng
c, thùng ch a th c ph m, h th ng kênh máng, c u máng d n
i cho nông nghi p và c p n
c cho sinh ho t…
nh ng n
c phát tri n, s
ng d ng công ngh tiên ti n cho h th ng xây d ng và s n xu t đã làm cho nó càng
tr nên thu hút đ i v i nh ng ng d ng cho các lo i k t c u ph c t p h n, đa d ng h n
và th m m h n... trong xây d ng nhà c a c ng nh nh ng k t c u xây d ng khác.
H u h t các nghiên c u v xi m ng l
i thép c a các n
d ng vào l nh v c c u máng xi m ng l
c đ u không có nh ng ng
i thép trong công trình th y l i. Nh ng chính
nh ng nghiên c u này đã t o nh ng đi u ki n và c s khoa h c đ chúng ta ti p t c
nghiên c u sâu h n v k t c u xi m ng l
i thép ng d ng c th trong l nh v c công
trình th y l i.
1.1.3.2.
Tình hình xây d ng c u máng xi m ng l
Vi t Nam, các công trình th y l i l n nh
n
i thép t i Vi t Nam
c ta h u h t đ u có s d ng c u
máng, vi c s d ng c u máng đem l i hi u qu kinh t và k thu t cao, đ c bi t k t c u
xi m ng l
i thép đã phát tri n m nh trong th i gian qua. Các c u máng xi m ng l
thép có chi u dài nh p t 6-8m đ
c đ t trên các tr đ đ v
i
t sông su i, hay thay
cho các đo n kênh n i có chi u cao so v i m t đ t t nhiên t 2-6m. M t s công trình
đã đ
c thi t k và thi công nh kênh t
chính h
Kênh chính
k Lô (Lâm
i chính H
ng, 2004); Kênh chính H
ông và Tây h
k Loh (Kon Tum, 2002); Kênh
ng Xoài (Bình Ph
c, 2008);
ng Tròn (Phú Yên, 2009), C u máng t i K1+200 trên
kênh 1 , c u máng 16 thu c h th ng kênh chính ông Iam r… S d ng c u máng
xi m ng l
i thép đ d n n
c trong công trình th y l i có nhi u u đi m tích c c
nh : gi m giá thành xây d ng, gi m di n tích đ t đ n bù, công trình đ p, ít t n kém
chi phí qu n lý, v n hành, s a ch a..
8
Tuy nhiên,v i c u máng nh p ng n L≤ 6m, chi phí xây d ng s cao do t n r t nhi u
m tr c u, m t khác đ an toàn c ng th p khi nhi u m tr có chi u cao l n và ph i
thi công
gi a lòng sông, su i. Do đó c u máng xi m ng l
pháp t i u đ gi m giá thành và t ng c
máng xi m ng l
đáp ng đ
i thép v
i thép nh p l n s là gi i
ng đ m b o an toàn cho các công trình c u
t sông, su i…
c yêu c u c a th c t ngày càng cao đ i v i c u máng nh p l n… đòi
h i ph i đi sâu vào nghiên c u các lo i hình th c k t c u c a c u máng xi m ng l
i
thép nh p l n. Qua nghiên c u ban đ u cho th y kh n ng ch u l c c a k t c u máng xi
m ng l
i thép t ng lên khi s d ng c t thép d
ng l c.
Do đó trong lu n v n tác gi s đi sâu vào nghiên c u cho lo i hình k t c u c u máng
xi m ng l
i thép d
ng l c nh p l n. V i k t c u máng xi m ng l
i thép d
ng l c
nh p l n ch c ch n s đem l i hi u qu kinh t cao trong thi t k và thi công c u máng
nh p l n trong các công trình d n n
1.2.
Các ph
c.
ng pháp tính toán n i l c c u máng xi m ng l
i thép
1.2.1. Nguyên lý tính toán c u máng
C u máng lo i nh có b r ng thân máng d
dùng ph
Ph
i 1,2 m, ho c khi thi t k s b có th
ng pháp “Lý thuy t d m” đ tính toán và phân tích n i l c thân máng.
ng pháp tính toán theo không gian thay th cho bài toán ph ng tính theo ph
d c máng và theo ph
ng ngang máng. Theo ph
bài toán d m, theo ph
ng ngang thân máng đ
ph ng) có b r ng b ng m t đ n v đ
tác d ng lên đo n máng đó và đ
ng d c thân máng đ
ng
c tính nh
c tính nh m t h ph ng (khung
c c t ra t thân máng, ch u t t c các t i tr ng
c cân b ng nh các l c t
ng h c a các ph n máng
hai bên.
1.2.2. Tính toán theo ph
1.2.2.1.
a.
ng pháp lý thuy t d m
Tính toán ph ng ngang máng theo s đ k t c u v m ng – tr
m t c t ngang máng hình ch U
ng h p
c đi m và s đ tính toán
Xét m t đ n v chi u dài thân máng có thanh gi ng
v trí đ i x ng, thân máng làm
vi c nh m t h siêu t nh ( Hình 1.8) . M t khác, do hình d ng hình h c c a m t c t
9
ngang và t i tr ng đ u là đ i x ng (khi không xét đ n tr ng t i gió và l c đ ng đ t),
phân b l c c t không cân b ng trên m t c t ngang c ng là đ i x ng. S đ tính toán
k t c u có th ch n theo Hình 1.9
L c tác d ng lên thân máng g m có:
q 1 : Tr ng l
ng b n thân máng
p n : áp l c n
c vuông góc v i thành máng
P: L c t p trung tác d ng t i đ nh máng. (Bao g m tr ng l
ph n tai máng, tr ng l
ng b n thân b
ng b n thân thanh gi ng ngang và t i tr ng c a b n đ
ng
đi,...)
M o : Mô men u n ph thêm t i đ nh máng do d i l c t p trung t v trí th c t
t i đi m.
: l c c t không cân b ng
X 1 : N i l c trong thanh gi ng
p
O
M0
X1
q1
Hình 1. 8. S đ m t c t máng ch U
Hình 1. 9. S đ tính toán máng ch U
b. Tính toán n i l c thân máng
S d ng ph
ng pháp l c c a c h c k t c u đ tìm n i l c X 1
H c b n c a ph
11 .
ng trình chính t c:
X1+
1P
=0
∆1P ∆1P + ∆1M O + ∆1q1 + ∆1Pn + ∆1τ
=
X−1 =
δ11
δ11
10
trong đó:
11 :
H s chính, chuy n v theo ph
1P ,
1Mo ,
∆1q1 ,
1Pn ,
1
ng X 1 , do X 1 =1 gây ra.
: S h ng t do – chuy n v theo ph
ng X 1 , do các
ngo i l c p, M o , q 1 , p n , sinh ra.
( )( )
δ11 = M 1 . M 1
( )( )
∆1P =M 1 . M Po
( )(
∆1M O =
M 1 . M Mo o
)
( )( )
∆1q1 =M 1 . M qo1
( )(
∆1Pn =
M 1 . M Pon
)
( )( )
∆1τ =M 1 . M τo
o
M Po , M Mo o , M qo1 , M Pn
, M τo : Bi u đ mô men do các t i tr ng P, M o , q 1 , p n ,
gây ra
trong h c b n.
Bi u đ l c d c N, l c c t Q đ
1.2.2.2.
a.
Tính toán theo ph
c xác đ nh b ng cách tách nút.
ng d c máng
c đi m và phân lo i d m
C n c vào s khác nhau c a v trí, s phân b các kh p n i c a công trình c u máng,
s l
ng các m đ và khung đ , thân máng đ
c tính toán theo s đ d m đ n ho c
d m liên t c:
- D m công son đ n th
ng áp d ng cho ph n n i ti p gi a c u máng v i đo n c a
vào, c a ra c a công trình d n n
c.
11
- D m công son kép đ
c chia thành các lo i sau: d m công son kép đ u nhau, công
son kép có mô men u n b ng nhau, công son kép không đ u và mô men u n không
b ng nhau.
b. S đ tính toán và bi u đ n i l c
*K tc ud mđ n
u đi m c a lo i d m này là s đ tính toán đ n gi n, thi công thu n l i, có th s
d ng các ph
ng pháp l p ghép. Trong các vùng có tác d ng c a t i tr ng đ ng, lo i
d m này u đi m h n v m t ch u l c so v i d m công son kép.V i các u đi m này
nên trong th c t th
Nh
ng dung c u máng nh p đ n đ tính toán.
c đi m c a nó là mô men u n gi a khoang r t l n, toàn b b n đáy ch u kéo, d n
đ n yêu c u v kh n ng ch ng n t và ch ng th m khó đ m b o h n, đ c bi t là đ i
v i các công trình d n n
ch t, n
c bi n, môi tr
c n m trong vùng nh h
ng c a các y u t xâm th c (hóa
ng b ô nhi m, …).
S đ tính toán và bi u đ n i l c c a c u máng tính toán theo s đ d m đ n có d ng
nh sau (Hình 1.10):
B
A
Q
Qmax=1/2qL
M
2
Mmax=1/8qL
Hình 1.10. S đ tính toán và bi u đ n i l c theo ph
ng d c máng
* K t c u d m liên t c nhi u nh p
u đi m c a lo i k t c u này là c i thi n đ
c đi u ki n ch u l c c a d m, bi u đ mô
men phân b c hai phía, ti t ki m v t li u làm kh p n i và ch ng th m. Nh
c a lo i k t c u này khó thi công, l p ghép.
12
c đi m
i v i các c u máng dài, d m d c th
ng đ
c tính toán nh d m liên t c nhi u nh p
có g i t a là các m và khung đ , ch u t i tr ng phân b đ u c a n
tr ng l
c trong máng và
ng b n thân d m. S đ tính toán và bi u đ n i l c (mô men, l c c t) c a
d m đ 4 nh p có d ng nh Hình 1.11. Tính toán k t c u d m d c đ
c ti n hành nh
c u ki n ch u u n.
A
B
E
D
C
Q2
Q
M
Hình 1.11. S đ tính toán và bi u đ n i l c c a d m 4 nh p
* K t c u d m công son kép đ u nhau
i v i d m công son kép có chi u dài đo n công son L s =L/2, d
i tác d ng c a t i
tr ng phân b đ u, bi u đ mô men u n s gây c ng phía trên toàn b chi u dài d m.
B n đáy s
tr ng thái luôn luôn ch u nén và đi u ki n này r t có l i đ i v i yêu c u
ch ng n t và ch ng th m cho b n đáy c a công trình d n n
c nói chung và đ c bi t
là c u máng.
S đ tính toán và bi u đ n i l c c a k t c u trong tr
ng h p này có d ng nh Hình
1.12
B
A
Q
2
M
Mmin=1/8qL
2
Hình 1.12. S đ tính toán và bi u đ n i l c d m công son kép đ u nhau
* K t c u d m công son kép có mô men u n b ng nhau
Chi u dài đo n công son trong tr
ng h p này L s =0,354L. D
i tác d ng c a t i tr ng
phân b đ u, mô men u n gây c ng trên l n nh t t i g i đ và mô men u n gây c ng
13
d
i l n nh t t i gi a nh p d m có giá tr b ng nhau, k t c u h p lý v m t ch u l c, d
dàng b trí v t li u.
Nh ng do ph i b trí thép ch u l c c ph n trên và ph n d
i c a thân máng nên có
th t ng thêm chi phí xây d ng.
S đ tính toán và bi u đ n i l c c a ph
ng d c máng trong tr
ng h p này có d ng
nh Hình 1.13
B
A
Q
2
M
2
Mmax=Mmin=0,0625qL
Hình 1.13. S đ tính toán d m công son kép có mô men u n b ng nhau
* K t c u d m công son kép không đ u
K t c u d m lo i này có chi u dài đo n công son L s =(0,4÷0,45)L. trong tr
này, mô men u n c ng d
i l n nh t
gi a nh p th
ng h p
ng nh h n mô men gây c ng
trên t i g i đ , b n đáy t i v trí g i đ ch u nén, có l i đ i v i tính toán kh n ng ch u
l c và yêu c u ch ng th m cho c u máng.
V kh n ng ch ng n t, do chi u dài công son L s <0,5L, mô men u n c ng trên t i g i
đ nh h n so v i d m công son kép đ u nhau nên có l i h n. Mô men u n c ng d
l n nh t
gi a nh p có giá tr nh h n so v i các tr
i
ng h p nêu trên, nên có th tho
mãn c 2 yêu c u v kh n ng ch u l c và ch ng n t.
S đ tính toán và bi u đ n i l c c a ph
ng d c máng theo s đ d m công son kép
không đ u có d ng nh Hình 1.14
14
B
A
Ls=(0,4-0,45)L
Q
2
M
Hình 1.14. S đ tính toán d m công son kép không đ u
c. Tính toán k t c u bê tông c t thép thân máng theo ph
N i l c theo ph
b ng các ph
tìm đ
c, ph
ng d c c u máng đ
ng d c
c xác đ nh theo các s đ ch u l c đã nêu và
ng pháp thông th
ng c a c h c k t c u. C n c vào n i l c M và Q
ng d c máng đ
c tính toán nh c u ki n ch u u n v i các d ng m t
c t khác nhau.
Thông th
ng c u máng bê tông c t thép có ti t di n ch T, ch I, ch U, hình h p.
ti t di n ngang dùng trong tính toán đ
c tính đ i v ti t di n t
ch T ho c ch I tùy thu c vào hình dáng, kích th
ng đ
ng có d ng
c các b ph n c a m t c t ngang
c u máng.
.K t lu n ch
Trong ch
ng 1:
ng này tác gi khái quát t ng quan v c u máng: v c u t o, v kích th
v tình hình nghiên c u và ng d ng k t c u xi m ng l
i thép d
ng l c
c,
Vi t Nam
và trên Th gi i.
Bên c nh đó tác gi c ng đã nêu ra các ph
m ng l
ph
i thép thông th
ng pháp tính toán n i l c c u máng xi
ng: tính toán theo ph
ng ngang máng.
15
ng d c máng và tính toán theo
CH
NG 2. C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN C U MÁNG XI M NG
L
I THÉP D
NG L C
2.1.
Tính toán c u máng theo ph
ng pháp ph n t h u h n
Nh m gi i quy t nh ng t n t i và h n ch c a các ph
máng tr
ng pháp tính toán k t c u c u
c đây, trong ph n này xét s làm vi c ch nh th c a c u máng theo bài toán
không gian. Trong ph m vi c a lu n v n này, ch gi i h n nghiên c u
ph
ng pháp ph n t h u h n đ tính toán các c u máng
ng d ng
d ng v g p (c u máng h )
ho c v g p kín (c u máng hình h p) có các m t là t m ph ng ho c có th phân chia
g n đúng thành các t m ph ng.
2.1.1. T ng quan v v g p
Hình 2. 1. M t s d ng k t c u v g p trong xây d ng th y l i
T m và v là các d ng k t c u đ
c s d ng nhi u trong k thu t và chúng th
ch u bi n d ng ch u u n. Ph n t v đ
c xem là t h p c a ph n t t m ch u u n và
ph n t ch u tr ng thái ng su t ph ng. K t c u v t
đ cong không đ i ho c thay đ i theo các ph
s h u h n các ph n t có kích th
m i ph n t này l i có ph
ng t nh k t c u t m nh ng có
ng x và y. Khi v đ
c chia thành m t
c đ nh , thì m i ph n t có th đ
ph n t t m ph ng ch u u n v i m t ph
ng
c xem nh là
ng xác đ nh trong không gian. Tuy nhiên,
ng khác nhau, vì v y bi n d ng u n trong ph n t này l i
có th gây ra bi n d ng trong m t ph ng cho ph n t k ti p.
16
V g p là k t c u v trong đó m t v là m t ph ng g p khúc. Giao tuy n gi a các m t
ph ng là liên k t gi a các t m. Liên k t này đ
c coi là liên k t c ng n u nh có kh
n ng truy n toàn b các thành ph n n i l c trong t m ph ng t t m này sang t m kia.
Liên k t này đ
c coi là kh p n u nh không có kh n ng truy n mô men t t m này
sang t m kia. Do mô men ch ng u n c a m t c t v nói chung và v g p nói riêng có
giá tr mô đun ch ng u n c a m t c t c a các k t c u khác có cùng di n tích, nên trong
xây d ng k t c u v g p đ
l i th
c s d ng khá ph bi n. Trong xây d ng giao thông th y
ng s d ng nhi u lo i k t c u này nh : k t c u c u h p trong giao thông, k t
c u c ng l thiên, c ng ng m, c u máng, xi phông…..
V i các lo i c u máng có m t c t ngang hình ch U, parabol có th coi là k t c u v
g p (v m ng đ
c coi nh t p h p b i các ph n t ph ng).
Nói chung, k t c u v g p th
v có ph
th
ng g p là k t c u v trong đó giao tuy n c a các m t
ng song song v i nhau. V i k t c u c u máng liên k t gi a các m t v
ng là liên k t c ng vì thành máng th
ng đ
c đ li n kh i v i b n đáy ho c đ nh
máng, còn liên k t kh p gi a các m t v ch g p
đ nh máng làm
các c u máng có thành máng và
d ng tách r i.
T i tr ng tác d ng lên k t c u v g p thông th
ng là t i tr ng tr c ti p có ph
ng
n m trong m t ph ng c a v hay vuông góc v i m t ph ng c a v , ho c có các t i
tr ng có th đ a v hai lo i đó.
Hình 2. 2.T i tr ng tác d ng lên m t c t ngang máng
Do đ c tính c a c u t o và ch u l c, m t m t ph ng c a v g p có th coi nh t h p
b i hai lo i k t c u c b n là k t c u d m t
g i m t ph ng c a v g p là t m v .
17
ng và k t c u t m ch u u n, d
i đây s
