LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM LIÊN HỢP GIẢN ĐƠN CHO CẦU VƯỢT NÚT GIAO (SLIDE THUYẾT TRÌNH)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------------***-------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM

LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC HỢP LÝ
CỦA KẾT CẤU NHỊP CẦU DẦM LIÊN HỢP
GIẢN ĐƠN CHO CẦU VƯỢT NÚT GIAO
CBHD:TS. NGUYỄN QUỐC HÙNG
HV: NGUYỄN VỸ


PHẦN
MỞ ĐẦU

Tính
cấp thiết

Nghiên cứu,
ứng dụng và
phân tích đánh
giá các dạng
kết cấu dầm
liên hợp thép –
BTCT cho cầu
vượt nút giao
trong thành
phố

Đối tượng
nghiên cứu

Các dạng kết
cấu nhịp cầu
dầm liên hợp
thép – BTCT
giản đơn.

Phạm vi
nghiên cứu

Mục tiêu
nghiên cứu

Phương pháp
nghiên cứu

Tìm trọng lượng
thép tối ưu trong
kết cấu cầu thép
liên hợp dạng I
giản đơn => Từ
đó, lựa chọn tiết
diện, hợp lý hóa
tiết diện dầm áp
dụng cho công
trình giao thông
cụ thể là cầu vượt
nút giao.

- Tìm hiểu sự
làm việc, tính
toán dầm liên
hợp.
- Nghiên cứu lựa
chọn các thông
số của tiết diện
liên hợp để có
tiết diện hợp lý
nhất theo tiêu chí
giảm trọng lượng
thép nhưng vẫn
đảm bảo khả
năng chịu lực.

- Giới thiệu chi
tiết các dạng cầu
liên hợp thép –
BTCT
- Nguyên lí thiết
kế , tính toán kết
hợp với chuyên
gia nhằm phân
tích ưu nhược
điểm so với cầu
BTCT thông
thường

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP

I. ĐẶC ĐIỂM CỦA CẦU LIÊN HỢP THÉP – BTCT
II. CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU TRONG NHỊP CẦU LIÊN HỢP
III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI NHỊP CẦU LIÊN HỢP


I. ĐẶC ĐIỂM CỦA CẦU LIÊN HỢP THÉP – BTCT

Hình 1.1 - Các dạng tiết diện cầu liên hợp thép - Bê tông cốt thép


a. Dầm thép chữ I bụng đặc.
- Ưu nhược điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo,
thi công, dễ duy tu, sửa chữa.
+ Chiều cao cấu trúc thường nhỏ,
giảm đất đắp sau mố, phù hợp với
cầu đi trên.
+ Khó thỏa mãn yêu cầu về mỹ
quan.
- Phạm vi áp dụng:
Thích hợp cho khẩu độ nhỏ. Với cầu
dầm đặc thường dùng cho khẩu độ
30m đến 40m, cầu liên hợp có thể
tới 40m đến 50m.

Hình 1.2 - Dầm thép chữ I bụng đặc.

b. Dầm thép chữ I bụng rỗng.
Thích hợp cho các cầu có
khẩu độ nhỏ. Thường kết
hợp với các loại dầm khác
như dầm bụng đặc, thường
dùng cho khẩu độ 30m đến
50m, các công trình cầu
vượt nhẹ, các công trình
nông thôn. Được áp dụng
rộng rãi trong các công
trình dân dụng và công
nghiệp.
Hình 1.3- Cầu The Brownrig-bridge.


c. Dầm thép chữ I bụng lượn sóng.
Thích hợp cho các cầu có
khẩu độ nhỏ. Thường kết
hợp với các loại dầm khác
như dầm bụng đặc, thường
dùng cho khẩu độ 30m đến
50m, các công trình cầu
vượt nhẹ, các công trình
nông thôn.

Hình 1.4 - Dầm thép chữ I bụng lượn sóng


d. Dầm thép hộp đơn (1 hộp)

Thích hợp cho việc thi công cầu vượt cạn. Áp dụng cho cầu dầm liên
hợp, cầu vượt đi bộ…

Hình 1.5 - Dầm thép hộp đơn


e. Dầm thép hộp đôi (2 hộp)
Có thể áp dụng cho cầu vượt sông, cầu cạn với chiều dài nhịp lớn hơn 100m.

Hình 1.6 - Dầm thép hộp đôi


f. Dầm thép hộp bản trực hướng
Có thể áp dụng cho
cầu vượt sông, cầu
dầm bản khẩu độ lớn.
Thích hợp cho các
nhịp dài khi tỷ số mô
men do tĩnh tải và
hoạt tải tương đối cao.

Hình 1.7 - Dầm thép hộp bản trực hướng


II. CÁC BỘ PHẬN CHỦ YÊU TRONG NHỊP CẦU LIÊN HỢP
Gồm các bộ phận chủ yếu sau:
1. Bản mặt cầu

2. Dầm thép

3. Neo liên kết (Neo cứng, neo mềm)
4. Hệ liên kết (dọc, ngang)


III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU NHỊP LIÊN HỢP
1. Yêu cầu về vật liệu:
- Kết cấu thép (thép dầm);
- Bê tông;
- Cốt thép;
- Bu lông , đai ốc, vòng đệm;
- Liên kết hàn;
- Sơn phủ kim loại;
- Các chi tiết khác như: Gối cầu, lan can, khe co giãn, mạ kẽm,…
2. Yêu cầu về cấu tạo:
- Độ mảnh
- Tiết diện đặc chắc
- Mối nối liên kết (ngoài công trường và trong xưởng)
3. Yêu cầu về thi công:
- Giai đoạn I
- Giai đoạn II
- Điều chỉnh nội lực trong dầm thép liên hợp (đà giáo liên tục, trụ tạm)


CHƯƠNG II
CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
CẦU DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG

1. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA MẶT CẮT CẦU DẦM LIÊN HỢP
2. SỰ LÀM VIỆC CHUNG GIỮA HAI LOẠI VẬT LIỆU TRONG CẦU LIÊN HỢP
3. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ CO NGÓT ĐỐI VỚI NỘI LỰC TRONG DẦM

4. CÁC NỘI DUNG TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI TIẾT DIỆN LIÊN HỢP


1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của mặt cắt cầu dầm liên hợp thép – BTCT:
a. Cấu tạo dầm thép liên hợp dạng I

Hình 2.1 - Mặt cắt ngang dầm thép liên hợp dạng I


1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của mặt cắt cầu dầm liên hợp thép – BTCT:
b. Bố trí dầm thép liên hợp dạng I
- Dầm chủ:

Hình 2.2- Mặt cắt dầm chủ


1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của mặt cắt cầu dầm liên hợp thép – BTCT:
b. Bố trí dầm thép liên hợp dạng I
- Dầm ngang:

Hình 2.3- Bố trí dầm ngang của cầu thép liên hợp BTCT


1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của mặt cắt cầu dầm liên hợp thép – BTCT:
b. Bố trí dầm thép liên hợp dạng I
- Bản mặt cầu liên hợp:

Hình 2.4- Mặt cắt thể hiện bản mặt cầu liên hợp

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và co ngót đối với nội lực trong cầu dầm liên hợp
Ảnh
hưởng
của các
yếu tố
với nội
lực
dầm

Do sự thay đổi
nhiệt độ
Do co ngót của bê
tông

Sự chênh lệch nhiệt độ dương và co ngót
Tổ hợp ứng suất

Sự chênh lệch nhiệt độ âm thì không kể co
ngót vì nó không thể xuất hiện.

Hình 2.5: Biểu đồ ứng suất pháp do nhiệt độ phân bố theo đường cong


4. Các nội dung tính toán đối với tiết diện liên hợp
Các nội dung tính toán gồm

Phương pháp
thiết kế cầu liên
hợp thép –
BTCT theo tiêu

chuẩn
22TCN272-05

PP và
Tiêu
Chuẩn
tính
toán

PP
thi
công
dầm
liên
hợp
thép
- bê
tông

N.tắc
thiết
kế
dầm
liên
hợp

PP
thi
công
dầm

liên
hợp
thép
- bê
tông

Kiểm toán cầu
dầm thép liên
hợp BTCT

Tính
toán
cường
độ

Tính
toán
biến
dạng
và ổn
định

Kiểm
toán
về dao
động
kết
cấu
nhịp

Kiểm
toán
dầm
chủ
theo
TTG
H mỏi

Điều chỉnh
nội lực

Tính
toán
về
neo
liên
kết

Mục
đích
của
điều
chỉnh
nội
lực

Điều
chỉnh
nội lực
dầm

liên tục,
giản
đơn:

Các
phương
pháp
điều
chỉnh
nội lực


CHƯƠNG III

LÝ THUYẾT TỐI ƯU VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THIẾT
KẾ CẦU DẦM LIÊN HỢP
1. KHÁI NIỆM CHUNG
2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THUẬT TOÁN PSO
3. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CỦA THUẬT TOÁN PSO

4. THUẬT TOÁN TỐI ƯU BẦY ĐÀN (PSO)TRÊN MATLAB
5. KỸ THUẬT XỬ LÝ CÁC BÀI TOÁN CÓ RÀNG BUỘC


2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THUẬT TOÁN PSO

Đồ thị ba chiều

Dạng bình đồ của hàm số
xsin(4x)+1.1ysin(2y)

minimun: f(0.9039,0.8668)= –18.5547
for 0≤x,y≤10
Hình 3.2: Đồ thị hàm số với nhiều cực trị địa phương (khi lấy n=2)


3. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN CỦA THUẬT TOÁN PSO
-

-

-

PSO có hai mô hình:
Mô hình tối ưu toàn cục và mô
hình tối ưu địa phương.
Trong mô hình toàn cục, một cá
thể có thông tin từ chính nó và
từ toàn bộ quần thể
Ngược lại trong mô hình địa
phương, một cá thể có thông tin
từ chính nó và từ nhóm các cá
thể lân cận.
Mô hình toàn cục, cho kết quả
nhanh hơn mô hình địa phương,
được mô tả trong giải thuật cho
bài toán cực tiểu hóa như hình
3.5

Hình 3.5: Sơ đồ khối thuật toán PSO theo
mô hình toàn cục của luận văn

4. KỸ THUẬT XỬ LÝ CÁC BÀI TOÁN CÓ RÀNG BUỘC
Có các phương pháp sau:

- Phương pháp cho trước lời
giải khả nghiệm
- Phương pháp sử dụng hàm
phạt
- Phương pháp loại bỏ dần lời
giải không khả nghiệm

Hình 3.6: Minh họa vùng khả nghiệm trong
không gian hai chiều


CHƯƠNG IV

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ MCN CẦU DẦM LIÊN
HỢP THEO LÝ THUYẾT TỐI ƯU
1. XÁC ĐỊNH HÀM MỤC TIÊU
2. XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG THÉP THEO KHOẢNG CÁCH DẦM CHỦ,
THEO CHIỀU DÀY BẢN MẶT CẦU, THEO CHIỀU CAO DẦM CHỦ
3. KẾT QUẢ BÀI TOÁN VÍ DỤ


1. XÁC ĐỊNH HÀM MỤC TIÊU ( NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN)
a. Hàm mục tiêu:
Tìm {X} để:
G = f(xi) = f(x1, x2, x3,…,xn) => min

Xét bài toán tối ưu dầm thép liên hợp bê tông cốt thép tổng thể như hình vẽ:
Trong đó:
X1 – Chiều rộng bản cánh bê tông
X2 – Chiều dày bản cánh bê tông
X3 – Chiều rộng cánh trên
X4 – Chiều dày cánh trên
X5 – Chiều cao sườn
X6 – Chiều dày sườn
X7 – Chiều rộng cánh dưới
X8 – Chiều dày bản cánh dưới

Hình 4.1: Cầu liên hợp đơn giản và các tham
số giả định