Phân tích ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến ứng suất và biến dạng của cầu toàn khối một nhịp tại khu vực nam bộ, việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.43 MB, 103 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN VĂN TOẢN
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ
ĐẾN ƯNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CẦU TOÀN KHỐI
MỘT NHỊP TẠI KHU VỰC NAM BỘ, VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình giao thông
Mã ngành: 60 58 02 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thành phố Hồ Chí Minh, 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ BÁ KHÁNH.
Cán hộ chấm phản biện 1: PGS.TS. võ PHÁN
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành
phố Hồ Chí Minh ngày 27 tháng 8 năm 2017.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
Chủ tịch Hội đồng
PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY
2.
Thư ký Hội đồng
TS. NGUYỄN DANH THẮNG
3.
Cán bộ phản biện 1
PGS.TS. võ PHÁN
4.
Cán bộ phản biện 2
TS. PHÙNG MẠNH TIẾN
5.
ủy viên Hội đồng
PGS.TS. TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG
Xác nhận của Chủ tịch Hộỉ đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khỉ
luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
Trưởng khoa
— iii —
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN TOẢN .....................................................MSHV: 7140679
Ngày, tháng, năm sinh: 20/07/1991 ........................................................... Nơi sinh: Hà lĩnh
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình giao thông..................... Mã số : 60 58 02 05
I. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐÔI NHIỆT ĐỘ ĐẾN ÚNG SUẤT
VÀ BIẾN DẠNG CỦA CẦU TOÀN KHỐI MỘT NHỊP TẠI NAM BỘ, VIỆT
NAM
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1) Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, những thuận lợi khó khăn trong xây dụng và hiểu
biết về cầu toàn khối.
2) Nghiên cứu về sụ truyền nhiệt trong kết cấu cầu và sụ thay nhiệt độ ở Nam Bộ, Việt
Nam.
3) Nghiên cứu tổng quan về tuơng tác “cầu toàn khối - đất nền”.
4) Nghiên cứu tổng quan về sụ làm việc mỏi của cọc móng cầu toàn khối.
5) Nghiên cứu ứng dụng chuơng trình ANSYS để phân tích ứng suất, biến dạng của hệ
mố - nền đất đắp quanh mố cầu toàn khối một nhịp trong điều kiện Việt Nam (xây
dụng sơ đồ phần tử hữu hạn, phân tích, nhận xét và kết luận).
III.
NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)
IV.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)
V.
CÁN BỘ HUỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ KHÁNH
TP. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 8 năm 2017
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. Lê Bá Khánh
TS. Lê Bá Khánh
TRƯỞNG KHOA
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- vi-
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên và trước hết em xin cảm ơn sâu sắc đến TS. Lê Bá Khánh, người thầy đã
dành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn, động viên và chỉ bảo tôi trong suốt thời gian thực hiện
Luận văn này. Bên cạnh đó em chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy, cô giáo Trường Đại học
Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy, truyền đạt cho em nhiều kiến thức và kinh
nghiệm quý báu.
Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Thủy Lợi, Bộ môn Công trình Giao
thông; Cơ sở 2 - Đại học Thủy Lợi, Bộ môn Kỹ thuật Công trình nơi tôi đang công tác, đã tạo
điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành chương trình học.
Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn đến cha mẹ, anh chị, em trai, bạn bè đồng nghiệp đã
luôn ủng hộ tôi, kề vai sát cánh trong suốt thời gian qua./.
Tác giả
Nguyễn Văn Toản
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- vii —
TÓM TẮT LUẬN VĂN
cầu toàn khối (CTK) là một kiểu cầu hiện đại đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới, tuy
nhiên, còn tồn tại một số vấn đề kỹ thuật cần được nghiên cứu làm rõ. Mục đích của luận văn
này là phân tích ứng suất - biến dạng của kết cấu CTK một nhịp giản đơn dạng liên hợp dưới
ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ trong điều kiện Nam Bộ, Việt Nam bằng sơ đồ tính phần tử
hữu hạn (PTHH) 3D trên chương trình ANSYS. Tương tác giữa đất nền và móng mố CTK được
xây dựng từ PTHH trong mô hình Drucker-Prager. Vật liệu kết cấu được xem xét trong mô hình
đàn dẻo lý tưởng. Nghiên cứu chỉ ra rằng, dưới tác động của nhiệt độ thay đổi, tương tác giữa
đất-kết cấu và ứng suất trong kết cấu cũng thay đổi theo. Vào thời điểm nhiệt độ cao, cọc và mố
xu thế chuyển vị về phía đất nền sau mố và ngược lại vào đêm mùa đông khi nhiệt độ xuống
thấp nhất. Đặc biệt, ứng suất trong cọc móng HP thay đổi theo tính chất trùng phục của nhiệt
độ, là một trong các nguyên nhân có thể làm cọc bị phá hoại mỏi. Bằng việc tiếp cận phương
pháp phân tích mỏi ứng suất theo thời gian có thể thấy tuổi thọ của cọc HP trong CTK có xu thế
giảm khi chiều dài kết cấu nhịp tăng và phạm vi nhiệt độ thay đổi rộng.
Từ khóa: cầu toàn khối, tương tác đất kết cấu, phần tử hữu hạn, phân tích mỏi, ANSYS.
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- viii -
Impact of Temperature Change on Strain-stress of Integral Abutment
Bridges in the South of Vietnam
ABSTRACT:
Integral Abutment Bridges (IABs) is a modem type of bridge which have been applied
commonly in the world, however, there are still technical engineering problems remained that
need to solve completely. The objective of this thesis is to numerically simulate and analyze the
stress-strain of structure of the single span IABs under thermal loading in Southern part of
Vietnam, by using finite element method on ANSYS programme. The interaction between soils
and substructure of IABs was also simulated based on Drucker-Prager model. In addition, the
study takes into consideration the perfectly of elastic-plasticity of materials. Various thermal
loading were investigated, the result demonstrates that changes of soilstructure interaction and
stress depend on thermal fluctuation. Bridge displacements are affected by both daily and
seasonal temperature changes. Especialy, stress in H- pile steel changed due to thermal
fluctuated cycle loading. Approaching stress-life method in fatigue analysis, it can be in said
that the trend of life of H-pile is decrease if length of superstructure is increase or the variation
of temperature is larger.
Keywords: Integral Abutment Bridges, soil structure interaction, finite element, fatigue
analysis, ANSYS.
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
-ix-
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu trong
luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả của luận văn chưa từng được công
bố trong bất cứ công trình khoa học nào. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và
nguyên bản của luận văn.
Tác giả
Nguyễn Văn Toản
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
-X-
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .......................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................... vi
TÓM TẮT LUẬN VĂN ......................................................................................................... vii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................... ix
MỞ ĐẦU................................................................................................................................... 1
CHUƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ CẦU TOÀN KHỐI .............................................................. 4
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................4
1.2 CẦU MỐ TOÀN KHỐI .....................................................................................6
1.2.1 Thuận lợi và khó khăn của cầu mố toàn khối...........................................7
1.2.2 Vật liệu của cọc trong cầu toàn khối.......................................................... 8
1.3 TUƠNG TÁC GIỮA ĐẤT VÀ MÔ, CỌC CẦU TOÀN KHỐI ..............9
1.4 KẾT LUẬN CHUÔNG ...................................................................................... 12
CHUÔNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH CẦU TOÀN KHỐI ...................................13
2.1 TRUYỀN NHIỆT TRONG KẾT CẤU CẦU .................................................... 13
2.2 TUƠNG TÁC GIỮA KẾT CẤU PHẦN TRÊN VÀ MÔ MÓNG .........15
2.2.1 Phuơng pháp Winkler .............................................................................. 16
2.2.2
Phuong pháp đuờng cong p - y ................................................................ 17
2.2.3
Mô hình đàn hồi tuyến tính ..................................................................... 18
2.2.4
Mô hình Mohr - Coulomb và Drucker - Prager.......................................18
2.3 PHÂN TÍCH MỎI CỦA CỌC CẦU TOÀN KHỐI .......................................... 21
2.3.1 Mỏi của kết cấu........................................................................................ 21
2.4
2.3.2
Phương pháp phân tích mỏi .....................................................................22
2.3.3
Nghiên cứu về mỏi của cọc cầu toàn khối ...............................................28
2.3.4
Phương pháp phân tích phi tuyến vật liệu ...............................................30
ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...................................... 33
2.4.1 Khu vực nghiên cứu................................................................................. 33
2.4.2
Dữ liệu nhiệt độ thu được ........................................................................ 34
2.4.3
Mô hình toán của biến số nhiệt độ ..........................................................37
2.4.3.1
HV: Nguyễn Văn Toản
Nhiệt độ thay đổi theo ngày ....................................................... 38
MSHV: 7140679
-xi2.4.3.2
Nhiệt độ thay đổi theo mùa ...................................................... 38
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG ..................................................................................... 38
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ÚNG SUẤT BIẾN DẠNG CẦU TOÀN KHỐI DƯỚI ẢNH
HƯỞNG CỦA THAY ĐÔI NHIỆT ĐỘ ................................................................................. 40
3.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 40
3.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN cứu .............................................................................. 41
3.2.1 Thông số kết cấu ...................................................................................... 41
3.2.2
3.2.3
Thông số đất nền ..................................................................................... 45
Tải trọng tác dụng .................................................................................... 46
3.3 Sơ ĐỒ PHẦN TỬ HỮU HẠN........................................................................... 48
3.3.1 Phần tử kết cấu và điều kiện biên ............................................................ 48
3.3.2
Vật liệu và thuộc tính............................................................................... 50
3.3.3
Mô hình đất ........................................................................................... 53
3.3.4
Bài toán kiểm tra sụ vận hành của chuơng trình ................................... 53
3.4 KẾT QUẢ ÚNG SUẤT, BIẾN DẠNG VÀ CHUYÊN VỊ .............................. 56
3.4.1 ứng suất, biến dạng, chuyển vị của mố và cọc trong sơ đồ tĩnh....56
3.4.1.1
Chuyển vị của đất xung quanh cọc ............................................. 56
3.4.1.2
ứng suất trong cọc ...................................................................... 57
3.4.1.3 .......................................................................................... Chuyển vị của cọc
.................................................................................................................. 62
3.4.1.4 .......................................................................................... ứng suất trên mố 66
3.4.1.5
3.4.2
3.4.3
Chuyển vị của mố....................................................................... 70
ứng suất, biến dạng của dầm chủ trong sơ đồ tĩnh .................................. 71
Phân tích mỏi của cọc theo thời gian ....................................................... 75
3.5 NHẬN XÉT CỦA CHƯƠNG ........................................................................... 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................................. 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 83
PHỤ LỤC ................................................................................................................................ 85
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- xii -
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1 Gradient nhiệt theo phưong thẳng đứng trong kết cấu nhịp thép và bê tông
(22TCN272, 2005) .................................................................................................................. 15
Bảng 2. 2 So sánh phương pháp gia tăng từng bước (Incremental) và Newton Raphson... 31
Bảng 2. 3 So sánh phương pháp Full Newton - Raphson và Newton - Raphson .................... 32
Bảng 2. 4 Vùng nhiệt độ thiết kế của Việt Nam trong 22TCN272-05 .................................... 34
Bảng 2. 5 Vùng nhiệt độ thiết kế của Việt Nam (Nguyễn Phúc Trí, 2006) ............................ 34
Bảng 2. 6 Nhiệt độ không khí tại trạm Tân Sơn Hòa, Tp. Hồ Chí Minh ................................ 35
Bảng 2. 7 Nhiệt độ không khí tại trạm Mỹ Tho, Tiền Giang .................................................. 35
Bảng 3. 1 Đặc trưng hình học của các bộ phận kết cấu phần trên........................................... 43
Bảng 3. 2 Đặc trưng hình học của cọc thép HP-410-210 (skylinesteel.NUCOR) .................. 45
Bảng 3. 3 Thông số đất nền..................................................................................................... 45
Bảng 3. 4 Các tham số cơ bản của mô hình đất (DP hoặc MC) .............................................. 45
Bảng 3. 6 Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng theo AASHTO LRFD ...................................... 47
Bảng 3. 7 Thuộc tính vật liệu thép tấm .................................................................................. 50
Bảng 3. 8 Thuộc tính vật liệu bê tông ..................................................................................... 50
Bảng 3. 9 Tham số mô hình đàn dẻo của vật liệu thép tấm và bê tông ................................... 51
Bảng 3.10 Tham số vật lý của đất trong mô hình DP ............................................................. 53
Bảng 3.13 Tổng hợp kết quả phân tích qua các trường hợp tính toán.................................... 55
Bảng 3. 14 ứng suất thay đổi phụ thuộc phạm vi biên độ nhiệt độ thay đổi và chiều dài nhịp
đối với phần tử phân tích......................................................................................................... 77
Bảng 3. 15 Số chu kỳ mỏi phụ thuộc biên độ nhiệt độ thay đổi và chiều dài nhịp ................. 77
Bảng 3. 16 Tuổi thọ mỏi của cọc trong các trường họp nghiên cứu giả thiết biên độ nhiệt độ
thay đổi theo ngày ................................................................................................................... 78
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- xiii -
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1 CTK được xây dựng tại Nova Scotia, Canada ......................................................... 4
Hình 1.2 Dạng CTK một nhịp trên hệ móng cọc một hàng học............................................... 5
Hình 1.3 Dạng CTK một nhịp không sử dụng móng cọc.......................................................... 5
Hình 1. 4 Bố trí kết cấu của cầu truyền thống và CTK .......................................................... 6
Hình 1. 5 Xu thế biến dạng của CTK một nhịp do nhiệt độ thay đổi ..................................... 6
Hình 1. 6 Sơ đồ hình học và sơ đồ tính của cầu truyền thống và CTK một nhịp ................... 7
Hình 1. 7 Kết quả thí nghiêm tải trọng/biến dạng cho cọc thép và bê tông (Kamel) ............. 9
Hình 1. 8 Chuyển vị của mố do tác động của gradient nhiệt và độ lệch tâm giữa áp lực đất
và lực dọc trục trong kết cấu nhịp ........................................................................................... 10
Hình 1. 9 So sánh mức độ biến dạng của cọc CTK trong trường hợp đất có độ chặt khác nhau
................................................................................................................................................. 11
Hình 2. 1 Ảnh hưởng của nhiệt độ thay đổi lên CTK ............................................................. 13
Hình 2. 2 Dãn nở vì nhiệt của CTK theo các phương ............................................................. 13
Hình 2. 3 Sự phân bố nhiệt độ rải đều theo chiều cao kết cấu (Emerson, 1976) .................... 14
Hình 2. 4 Phân bố gradient nhiệt trên mặt cắt ngang kết cấu nhịp (22TCN272, 2005) .......... 15
Hình 2. 5 Mô hình đường cong p-y ......................................................................................... 18
Hình 2. 6 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất trong mô hình Mohr - Coulomb đàn
dẻo lý tưởng (PLAXIS Manual) .............................................................................................. 19
Hình 2. 7 ứng xử dẻo của phần tử trong quá trình cắt (The Engineering of Foundations). 20
Hình 2. 8 Mặt ứng suất chảy dẻo trong mô hình MC và DP ................................................... 20
Hình 2. 9 Sự biến thiên ứng suất trong kết cấu chịu tải trọng thay đổi tuần hoàn theo thời
gian và mối quan hệ ứng suất biến dạng khi phá hoại mỏi xảy ra .......................................... 21
Hình 2. 10 Biểu đồ đường quan hệ giữa cường độ phá hoại mỏi và số chu kỳ tác động (kết
quả thực nghiệm của thép UNS G41300, NACA Tech., 1966) .............................................. 22
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- xiv
Hình 2. 11 Biểu đồ đường quan hệ giữa biên độ biến dạng và số chu kỳ tác động (kết quả
thực nghiệm của thép hình cán nóng SAE 1020, SAE J1099 200208) ................................... 24
Hình 2. 12 Chu trình ứng suất biến dạng của vật liệu sau 5 chu kỳ (Shigley’s Mechanical
Engineering Design, 10th edition) ........................................................................................... 24
Hình 2. 13 Một số mối quan hệ ứng suất - thời gian: (a) ứng suất thay đổi dao động với tần suất
gợn cao; (b) (c) ứng suất dao động gần hình sin; (d) ứng suất dao động điều hòa; (e)
ứng suất lặp lại; (f) ứng suất điều hòa đối xứng (Richard G. Budynas & J. Keith Nisbett, 2014)
................................................................................................................................................. 25
Hình 2. 14 Biểu đồ Goodman cho các đuờng ứng suất (Richard G. Budynas & J. Keith
Nisbett, 2014) ......................................................................................................................... 26
Hình 2. 15 Sơ đồ cây trình tự tính toán về mỏi của kết cấu (ANSYS) ................................. 26
Hình 2. 16 Sơ đồ cây phân tích mỏi với mô hình biến dạng theo thời gian (ANSYS)......... 27
Hình 2. 17 Sơ đồ cây phân tích mỏi với mô hình ứng suất theo thời gian (ANSYS)........... 27
Hình 2. 18 Chuyển vị của mố và cọc của CTK trong một chu kỳ nhiệt ............................... 28
Hình 2. 19 Dạng chuyển vị xoay và uốn của tuờng mố (Steve Rhodes, Julian Moses) ......... 28
Hình 2. 20 Phá hoại mỏi trong cọc thép HP duới tải trọng lặp ............................................... 29
Hình 2. 21 Khái niệm phân tích tuyến tính (a) và phi tuyến (b) ............................................. 30
Hình 2. 22 Phuơng pháp luận phân tích số của phân tích phi tuyến ...................................... 30
Hình 2. 23 Sụ hội tụ của phuơng pháp phân tích phi tuyến ................................................... 31
Hình 2. 24 Phuơng pháp phân tích số của phân tích phi tuyến Full Newton - Raphson và
Modified Newton - Raphson .................................................................................................. 31
Hình 2. 25 Quá trình phân tích phi tuyến trong ANSYs ........................................................ 32
Hình 2. 26 Thiết lập dung sai cho tiêu chuẩn hội tụ............................................................... 33
Hình 2. 27 Biểu đồ nhiệt độ trung bình theo tháng qua nhiều năm tại trạm Mỹ Tho, TG ..36
Hình 2. 28 Biểu đồ nhiệt độ lớn nhất theo tháng qua nhiều năm tại trạm Mỹ Tho, TG ........ 36
Hình 2. 29 Biểu đồ nhiệt độ thấp nhất theo tháng qua nhiều năm tại trạm Mỹ Tho, TG.... 37
Hình 3. 1 Sơ đồ khối phân tích tham số bằng ANSYS dụ kiến ............................................. 41
Hình 3. 2 Một nửa mặt cắt dọc cầu nghiên cứu ..................................................................... 42
Hình 3. 3 Mặt cắt ngang cầu (mặt cắt 1-1) ........................................................................... 42
Hình 3. 4 Bố trí cốt thép dầm chủ và cốt thép bản mặt cầu .................................................. 42
Hình 3. 5 Mặt cắt ngang của các bộ phận kết cấu phần trên ................................................ 44
Hình 3. 6 Mặt cắt ngang của các bộ phận kết cấu phần duới ............................................... 44
Hình 3. 7 Lý tuởng hóa tuơng quan góc dãn nở từ thí nghiệm 3 trục (Vermeer & de Borst,
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
-xv1984) ....................................................................................................................................... 46
Hình 3. 8 Cấu trúc phần tử SOLID187 (ANSYS) ................................................................ 48
Hình 3. 9 Cấu trúc phần tử BEAM 188 (ANSYS) ............................................................... 49
Hình 3. 10 Sơ đồ tính !4 cầu gồm bản mặt cầu, dầm thép, mố, cọc thép ............................. 49
Hình 3.11 Luới phần tử hữu hạn (FEM) của sơ đồ
HV: Nguyễn Văn Toản
!4 cầu ................................................... 49
MSHV: 7140679
-XV-
Hình 3.12 Các dạng đường quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông và thép ......................... 51
Hình 3. 13 Quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông (BKIN, ANSYS) ............................... 52
Hình 3. 14 Quan hệ ứng suất biến dạng của thép (BKIN, ANSYS) .................................... 52
Hình 3. 15 Sơ đồ 1, nhiệt độ đều tác dụng lên dầm giản đơn............................................... 53
Hình 3. 16 Sơ đồ 2, nhiệt độ đều tác dụng lên dầm hai đầu gối cố định .............................. 53
Hình 3.17 Dầm mảnh bị uốn và mất ổn định khi nhiệt độ tăng cao ........................................ 54
Hình 3. 18 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng thu được từ kết quả phân tích ........ 55
Hình 3. 19 Chuyển vị ux của đất quanh cọc, nhịp nghiên cứu L30m,
TU10°C .............. 56
Hình 3. 20 Chuyển vị ux của đất quanh cọc, nhịp nghiên cứu L30m,
TU30°C .............. 57
Hình 3. 21 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L24m, TU10°C ............................ 58
Hình 3. 22 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L24m, TU20°C ............................ 58
Hình 3. 23 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L24m, TU30°C ............................ 59
Hình 3. 24 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L30m, TU10°C ............................ 59
Hình 3. 25 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L30m, TU20°C ............................ 60
Hình 3. 26 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L30m, TU30°C ............................ 60
Hình 3. 27 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L36m, TU10°C ............................ 61
Hình 3. 28 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L36m, TU20°C ............................ 61
Hình 3. 29 ứng suất von Mises đầu cọc, nhịp nghiên cứu L36m, TU30°C ............................ 62
Hình 3. 30 Biểu đồ chyển vị của cọc dưới nhiệt độ thay đổi, nhịp L24m............................... 63
Hình 3.31 Biểu đồ chyển vị của cọc dưới nhiệt độ thay đổi, nhịp L30m ................................ 63
Hình 3. 32 Biểu đồ chyển vị của cọc dưới nhiệt độ thay đổi, nhịp L36m............................... 63
Hình 3. 33 Biểu đồ chyển vị của cọc khi chiều dài nhịp thay đổi, nhiệt độ TU-15°C ........ 64
Hình 3. 34 Biểu đồ chyển vị của cọc khi chiều dài nhịp thay đổi, nhiệt độ TU+10°C ........ 64
Hình 3. 35 Biểu đồ chyển vị của cọc khi chiều dài nhịp thay đổi, nhiệt độ TU+20°C ........ 65
Hình 3. 36 Biểu đồ chyển vị của cọc khi chiều dài nhịp thay đổi, nhiệt độ TU+30°C ........ 65
Hình 3. 37 Chyển vị của đầu cọc phụ thuộc chiều dài nhịp và nhiệt độ thay đổi ................... 66
Hình 3. 38 ứng suất von Mises trên mố trường họp nhịp nghiên cứu L30m, TU10°C ........... 67
Hình 3. 39 ứng suất von Mises trên mố trường họp nhịp nghiên cứu L30m, TU20°C ........... 68
Hình 3. 40 ứng suất von Mises trên mố trường họp nhịp nghiên cứu L30m, TU30°C ........... 69
Hình 3.41 Biểu đồ chyển vị ux của mố dưới nhiệt độ thay đổi, nhịp L24m ........................... 70
Hình 3. 42 Biểu đồ chyển vị ux của mố dưới nhiệt độ thay đổi, nhịp L30m .......................... 70
Hình 3. 43 Biểu đồ chyển vị ux của mố dưới nhiệt độ thay đổi, nhịp L36m .......................... 71
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
-xviHình 3. 44 ứng suất von Mises trên dầm, nhịp nghiên cứu L30m,TU10°C ...................... 72
Hình 3. 45 ứng suất von Mises trên dầm, nhịp nghiên cứu L30m,TU20°C ...................... 73
Hình 3. 46 ứng suất von Mises trên dầm, nhịp nghiên cứu L30m,TU30°C ...................... 74
Hình 3. 47 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và số chu kỳ của vật liệu thép cọc ................... 76
Hình 3. 48 Vị trí phần tử phân tích mỏi đối với truờng họp nhịp L30m ................................. 76
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
-xvii-
BTCT
Bê tông côt thép
CTK
Cầu toàn khối
DƯL
Dự ứng lực
Phần tử hữu hạn
PTHH
TCVN
Tiêu chuẩn ngành
Tiêu chuẩn Việt Nam
TTGH
Trạng thái giới hạn
TCN
VĨÉT TẮT TIẾNG ANH;
AASHTO
: American Association of State Highway and Transportation Officials
ANSYS
ASTM
: Analysis Systems (on computer), ANSYS Inc, USA
: American Society for Testing and Materials
DP
: Drucker-Prager model
DPE
: Drucker-Prager Extend model
DC
: Dead Load
E-N
EPS
: Strain-Life (Low cycle fatigue)
: Expanded Polystiren geofoam
EPSB
: Expanded Polystiren geofoam Blocks
FEM
: Finite Element Method
FIIWA
JIS
: Federal Highway Administration, US
: Japan Industry Standard
HP
: H-Piles steel
LRFD
: Load Resistance Factor Design
MSE
MC
: Mechanically Stabilized Earth
: Mohr-Coulomb model
NACA
: National Advisory Committee for Aeronautics, US
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- xviii S-N
Stress-Life (High cycle fatigue)
SAE
SSI
Society of Automotive Engineers, US
Soil-Structure Interaction
TG
TM
Gradient Temperature
Mean bridge Temperature
TU
Uniform Temperature
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
-xix-
DANH MUC KÝ HIẼU
••
Ký hiệu
Giải thích
Ps
Hợp lực áp lực đất
Pa
Lực dọc trục trong kết cấu phần trên
w
4
Phản lực đất đơn vị lên cọc hoặc mố
Độ dịch chuyển đỉnh mố
Ha
Chiều cao mố bề dày mố
Ta
Hệ số áp lực đất bị động
Kp
Tổng chuyển vị thiết kế do nhiệt
AL
^concrete
Hệ số dãn nở vì nhiệt
Hệ số dãn nở vì nhiệt của bê tong
®steel
Hệ số dãn nở vì nhiệt của cốt thép Nhiệt độ thiết kế tối đa
TmaxTK
Nhiệt độ thiết kế tối thiểu Module đàn hồi của cọc tải tác dụng lên cọc mô
TminTK.
men quán tính tiết diện cọc đường kính cọc
a
Ep
Q
Ip
d
p
áp lực đất tác dụng lên cọc hệ số nền theo phương ngang của đất
Kh
u
Pult Y50 E
chuyển vị ngang của cọc tại điểm X dọc theo chiều dài của cọc
Sức kháng cực hạn của đất trên đơn vị chiều dài cọc Biến dạng ở 50% sức
kháng cực hạn của đất Module đàn hồi
V
hệ so Poisson
c
lực dính của đất
góc ma sát trong
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
- xx V
góc nở của đất
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
— XX —
2*biên độ biến dạng
Ăơ
2*biên độ ứng suất
Nf
số chu chu kỳ đến phá hoại
2Nf
số chu kỳ nghịch đến phá hoại
hệ số cường độ mỏi
s'f
hệ số mềm mỏi
K’
hệ số cường độ tải lặp
n’
số mũ chu kỳ biến dạng cứng nguội
Kt
hệ số ứng suất đàn hồi tập trung
e
biến dạng đàn hồi
ứng suất đàn hồi bé
s
Td,amp
biên độ nhiệt theo ngày
Td,m
nhiệt độ trung bình hàng ngày
HR
giờ đồng hồ tại thời điểm trong ngày từ 1 đến 24 giờ
T
biên độ nhiệt theo mùa
A
s,apm
Ts,m td
L
nhiệt độ trung bình mùa
giờ ngày tại thời điểm trong ngày từ 1 đến 365 ngày trong năm Chiều dài nhịp
tính toán
Lc
Chiều dài cọc thép bề dày bản BTCT mặt cầu bề rộng bản BTCT mặt cầu
tbmc
Chiều cao dầm chủ
t^bmc
D
Dw
Chiều cao bản bụng dầm thép Bề dày bản bụng dầm thép
tw
btop
Bề rộng bản cánh trên dầm thép Bề dày bản cánh trên dầm thép Bề rộng bản
ttop
cánh dưới dầm thép
bbot
tbot
Bề dày bản cánh dưới dầm thép
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
— XX —
1
c
Cường độ nén mẫu bê tông 28 ngày tuổi
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
-xxiEc
Modulus đàn hồi của bê tông
Yc
Hệ số poisson của bê tông
Fy
Giới hạn chảy của thép
Es
Modulus đàn hồi của thép
Ys
Trọng lượng riêng riêng của thép
Ysat
Dung trong tự nhiên bão hòa của đất
Eref
Modulus biến dạng của đất
V
Góc nở của đất
O1
ứng suất trục trong thí nghiệm 3 trục
03
Áp lực buồng trong thí nghiệm 3 trục
rx,ry
Bán kính quán tính của tiết diện
Per
Lực nén tới hạn Euler
ATcr
Nhiệt độ tới hạn
HV: Nguyễn Văn Toản
MSHV: 7140679
