THIẾT KẾ THÁP, MÔ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU

2-9-4

Thiết kế tháp

2-9-4-1 Mô hình phân tích kết cấu
(1)

Khái quát

- Phân tích phải được thực hiện đối với những phần neo cáp của hệ dây
75H15 và 61H15 do có sự khác nhau về độ dày của cấu kiện. T=120cm cho
75H15, t = 100 cm cho 61H15, 48H15 và 37H15
- Mô hình phân tích kết cấu phải được tiến hành tại đỉnh của mỗi neo cáp của
hệ dây văng.
- Mô hình được xem xét là một nửa phần mặt cắt ngang của tháp và chiều
cao của mô hình là giá trị trung bình của phần đỉnh và đáy. H=5.304m cho
75H15, h= 5.442 cho 61H15
- Điều kiện đỡ tại đáy mô hình được giả định là cố định.
Với mục đích đào tạo, tài liệu này chỉ mô tả mô hình phân tích cho cáp
75H15 làm ví dụ.
(2)

Mô hình phân tích kết cấu

Mô hình phân tích phần tử hữu hạn FEM cho cáp 75H15 được nêu như trong
Hình 2-64

Hình 2-64a

Mặt cắt ngang của mô hình cho cáp 75H15

104
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


2-9-4-2 Tải trọng
(1) Trọng lượng riêng được áp dụng như tải trọng phân bố đồng đều theo
chiều thẳng đứng lên mỗi phần tử.
(2) Các lực kéo của dây văng nêu trong Bảng 2-64 được áp dụng như tải
trọng phân bố đồng đều lên các phần tử ụ cho mỗi neo cáp dây văng.
(3) Dự ứng lực được coi là ngoại lực. Hình 2 65 thể hiện sự đánh giá dự
ứng lực như là ngoại lực này

Hình 2-64b

Các phần tử hữu hạn theo phương dọc của mô hình cho cáp
75H15

Hình 2-64c

Mô hình phân tích FEM cho cáp 75H15 (bên trong)
105

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


Hình 2-64d

L1
L2
L3

R1
R2
R3

Mô hình phân tích FEM cho cáp 75H15 (bên ngoài)

Bảng 2-64 Lực kéo của dây văng
Lực kéo
Diện tích chất tải
Tải trọng
2
D(tf) D+L(tf) a(m)
b(m)
A(m ) D(tf/m2) D+L(tf/m2)
684.000 772.000 0.790 0.740
0.584 1170.431 1321.013
696.000 783.000 0.794 0.740
0.587 1190.965 1339.835
758.000 844.000 0.798 0.740
0.591 1297.056 1444.216
671.000 742.000 0.775 0.740
0.574 1148.186 1269.678
703.000 778.000 0.781 0.740
0.578 1202.943 1331.279
736.000 813.000 0.786 0.740
0.582 1259.411 1391.170

Hình 2-65

Phương pháp đánh giá dự ứng lực như là ngoại lực

106

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


Sự phân bố của ứng suất căng kéo trước được nêu trong Hình 2-66. Trong
tính toán này, giả định sự mất mát dự ứng lực do trượt ở neo là 4mm.
(4) Xem xét về dự ứng lực
(a) Sự giảm dự ứng lực là kết quả của độ tự chùng trong các bó cáp dự
ứng lực
pr = . pt = 0.015 x 13300 = 199.5 (kgf/cm 2)
trong đó,
pr: Độ giảm dự ứng lực do độ tự ch ùng của bó cáp dự ứng lực
(kgf/cm2)
:
Tỷ lệ tự chùng biểu kiến của các bó cáp dự ứng lực 0.015
(loại có độ tự chùng thấp)
pt: ứng suất kéo trong các bó cáp dự ứng lực ngay sau khi
căng kéo = 13300.0 (kgf/cm 2)

Hình 2-66 Phân bố ứng suất căng kéo dự ứng lực (Mô hình 75H)

107
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


(b) Sự giảm dự ứng lực do từ biến và co ngót khô của bê tông


p

=

n . .

cp


1 + n.


+
cpt
pt

E .
p

s



1 +
2


(2-16)

trong đó, p : Độ giảm dự ứng lực do từ biến và co ngót khô của bê tông
(kgf/cm2)

:
Hệ số từ biến của bê tông = 2.6
s:
Biến dạng do co ngót của bê tông = 2.0 x 10 -4
n:
Tỷ lệ mô đun Young
n = Ep/Ec = 2.0 x 106/3.2 x 105 = 6.25
Ep : Mô đun Young của các bó cáp dự ứng lực (kgf/cm 2)
Ec : Mô đun Young của bê tông (kgf/cm 2)
cp: ứng suất trong mặt cắt ngang của bê tông tại trọng tâm của
bó cáp dự ứng lực gây ra do các tải trọng duy trì liên tục
(kgf/cm2)
Các tải trọng duy trì liên tục trong trường hợp này liên
quan đến dự ứng lực ngay sau khi căng kéo trước và t ĩnh
tải.
pt:
ứng suất kéo của các bó cáp dự ứng lực ngay sau khi căng
kéo (kgf/cm2)
cpt:
Dự ứng lực tại trọng tâm của bó cáp dự ứng lực ngay sau
khi căng kéo (kgf/cm 2)
Giá trị của cp, cpt, p được nêu trong bảng 2-65
Bảng 2-65
Hệ thống dây văng
S1
75H
S2
75H
S3
75H

S4
75H
S5
75H
S6
75H

cp(kgf/cm2)
18.9
16.9
14.9
14.9
11.2
12.4

cpt(kgf/cm2)
62.3
62.3
62.3
62.3
62.3
62.3

p(kgf/cm2)
663
632
602
602
545
564

108
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


(c) Độ giảm của dự ứng lực p(+)
Bảng 2-66
Hệ thống dây văng
S1
75H
S2
75H
S3
75H
S4
75H
S5
75H
S6
75H

p(kgf/cm2)
199.5
199.5
199.5
199.5
199.5
199.5

p(kgf/cm2)

663
632
602
602
545
564

p(+)(kgf/cm2)
862.5
831.5
801.5
801.5
744.5
763.5

(d) Xem xét về dự ứng lực
Dự ứng lực trong phân tích FEM: p1 = 13300 kgf/cm2
Dự ứng lực có xét hậu quả tự chùng của bó cáp dự ứng lực, và dự ứng lực
gây ra bởi sự từ biến và co ngót khô của bê tông; p2
p2 = pa p(+)
= 14400 801 = 13600 (kgf/cm 2)
trong đó

pa ;

trong khi tạo dự ứng lực = 14400 kgf/cm 2

2-9-4-3 Kết quả phân tích phần tử hữu hạn FEM
1) Kết quả trên mô hình cho hệ dây văng 75H15
Kết quả được nêu trong Hình 2-67 và Bảng 2-67 (chỉ thể hiện kết quả ở

một số trạng thái làm việc của tải trọng làm ví dụ)

109
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


H×nh 2-67a

Ph©n bè øng suÊt däc ë tr¹ng th¸i DLWS trªn ®o¹n neo S2
Y
Z

X

H×nh 2-67b Ph©n bè øng suÊt ngang ë tr¹ng th¸i DLWS trªn ®o¹n neo
S2

110
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


H×nh 2-67c

Ph©n bè øng suÊt ngang ë tr¹ng th¸i SLWS
Y

Z

X

H×nh 2-67d Ph©n bè øng suÊt theo ph­¬ng th¼ng ®øng ë tr¹ng th¸i
SLWS

111
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


2-9-4-4

Thiết kế mặt cắt ngang

(1) Thiết kế sườn
1) Kiểm tra ứng suất kéo
Dự ứng lực phải được xét để kiểm soát ứng suất kéo gây ra do lực kéo của
dây văng.
Các kết quả tính toán ứng suất trên mặt cắt ngang được nêu trong Bảng 2-67
(chỉ cho hệ thống dây văng 75H và ở trạng thái DLWS làm ví dụ)
Tổ hợp ứng suất tại trạng thái DL WS (và trạng thái SLWS) chỉ được thể hiện
là ứng suất nén. Do đó mặt cắt tháp có đủ độ an toàn kháng nứt. ứng suất
c1 và c2 như được nêu trong bảng xuất hiện tại vị trí như được thể hiện
trong Hình 2-68

c1 : ứng suất gần
vị trí neo cáp.
c2 : ứng suất của
sườn tại tâm mặt
cắt

Hình 2-68
Bảng 2-67

Thành phần
Hệ dây
lực kéo
văng
ngang
S1
S2
S3
S4
S5
S6
-

75H
75H
75H
75H
75H
75H

624.055
652.380
681.547
681.748
734.345
716.772

ứng suất kéo xuất hiện trong mặt cắt

Tổ hợp ứng suất tại trạng thái DLWS (kgf/cm2)

ứng suất kéo
Dự ứng lực
thiết kế
Dự ứng lực thiết kế
Hệ thống n
c1
c2
c1 c2
c1
c2
-53.3
-55.7
-58.2
-58.2
-62.7
-61.2

-43.4
-45.4
-47.4
-47.4
-51.1
-49.9

12V13
12V13
12V13
12V13
12V13
12V13

4
4
4
4
4
4

70.7
70.7
70.7
70.7
70.7
70.7

62.3
62.3
62.3
62.3
62.3
62.3

17.4
15.0
12.5
12.5
8.0
9.5

18.9

16.9
14.9
14.9
11.2
12.4

112
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


2) Tính toán khối lượng cốt thép tối thiểu yêu cầu
Tính toán không cho thấy ứng suất kéo, do đó, khối lượng cốt thép tối thiểu
yêu cầu (min As ) được tính bằng công thức sau
Min As =0.002.bw.a.sin
trong đó,
Min As : cốt thép sườn dầm tối thiểu được đặt với khoảng cách a và góc
(cm2)
bw
: Tổng chiều dày sườn dầm (cm), 240 cm đối với 75H15 và 200 đối
với các hệ thống khác
a
: khoảng cách cốt thép sườn dầm, 30 cm

: góc cốt thép sườn dầm đến trục cấu kiện
Khối lượng cốt thép tối thiểu yêu cầu được nêu trong Bảng 2-68
Bảng 2-68 Khối lượng cốt thép tối thiểu yêu cầu
Tên dây văng bw (m) Khối lượng cốt thép yêu cầu Cốt thép được đặt
As min (cm2)
S1 ~ S28
1.500

2.250
D18 @ 300
(2) Cốt thép cho vùng chịu kéo của khối neo
Một ứng suất kéo xuất hiện tại khu vực chịu kéo của khối neo như thể hiện
trọng Hình 2-69. ứng suất kéo này vượt quá cường độ chịu kéo của bê tông,
do đó cốt thép chịu kéo phải được đặt để chịu lực kéo này và để khống chế
vết nứt nếu có xuất hiện.
Một khối lượng cốt thép chịu kéo yêu cầu được tính toán theo quy trình sau
và kết quả tính toán được nêu trong Bảng 2-69
ST = ct,i.Ac,i
As = T/ s,lim
Trong đó,

ct,i
Ac,i
T
As

ứng suất kéo trong phần tử i (kgf/cm 2)
diện tích của phần tử i (cm 2 )
Tổng lực kéo trong vùng chịu kéo của khối neo (kgf)
Khối lượng cốt thép yêu cầu phải được đặt trong vùng
chịu kéo của khối neo
s,lim : ứng suất giới hạn của cốt thép (kgf/cm 2)
:
:
:
:

113

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


Bảng 2-69
Đơn vị
T
s,lim
As

kgf
Kgf/cm2
cm2

Khối lượng cốt thép yêu cầu cơ bản
75H15
DLWS
SLWS
98,527
116,878
1,400
2,300
70.376
50.817

61H15
DLWS
SLWS
101,763
117,753
1,400

2,300
72.688
51.197

Khối lượng cốt thép yêu cầu (As,r) và khối lượng cốt thép thực tế (As,d)
được nêu trong Bảng 2-70 (chỉ cho hệ thống dây văng 75H và trong trạng
thái DLWS làm ví dụ)

vùng chịu kéo của khối neo

Hình 2-69 Phần tử trong đó xuất hiện ứng suất kéo

114
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


øng suÊt t¹i DLWS

H×nh 2-70

øng suÊt t¹i DLWS

H×nh 2-71

115
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version


Bảng 2-70 Khối lượng cốt thép yêu cầu và được đặt thực tế
Thành

Tên dây văng
Asr (cm2)
Asd (cm2)
phần
Số
Loại
Asr
Asr
Asd
ngang của
tuyến
khoảng
bằng
yêu
lực kéo
cách
F.E.M
cầu
D28ctc150
67.320
82.107
S1
75H 624.055
2
70.376
70.376
82.107
2

S2

75H 652.380
73.522
82.107
S3
75H 681.547
2

73.544
82.107
S4
75H 681.748
2

79.218
82.107
S5
75H 734.345
2

77.322
82.107
S6
75H 716.772
2

-

s

(kgf/cm2)

1148
1200
1254
1254
1351
1318

Ghi chú: Thành phần ngang của lực kéo là một giá trị của trạng thái DLWS.
Cốt thép phải được đặt trong khoảng cách 3.0m bên dưới vị trí neo của cáp S28

2-9-4-5 Bố trí cốt thép trong tháp

Hình 2-72 Bố trí cốt thép

116
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version