Cơ chế hình thành và giải pháp hạn chế vết nứt xiên ở góc khấc dầm super-T trong giai đọan sản xuất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
—0A0—

LÊ NGUYỄN PHƯƠNG

CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ GIẢI PHÁP
HẠN CHẾ VẾT NỨT XIÊN
Ở GÓC KHẤC DẦM SUPER-T
TRONG GIAI ĐOẠN SẢN XUẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông
Mã số ngành: 60580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12-2015


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Đùi Đức Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Bá Khánh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Duy Liêm

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 16 tháng
Olnãm 2016
Thành phần Hội đồng đảnh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Vũ Xuân Hòa (Chủ tịch)

2. TS. Đặng Đăng Tùng (Thư ký)
3. TS. Trần Nguyễn Hoàng Hừng (ủy viên)
4. TS. Lê Bá Khánh (ủy viên)
5. TS. Nguyễn Duy Liêm (ủy viên)
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giả LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ
luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ NGUYỄN PHƯƠNG

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 29/12/1984

Nơi sinh: Bến Tre

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dụng công trình giao thông

MSHV: 13011265

TÊN ĐỀ TÀI: Cơ chế hình thành và giải pháp hạn chế vết nứt xiên ở góc khấc dầm

super T trong giai đoạn sản xuất.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Thiết lập các mô hình chịu tải của dầm super T kéo truớc trong giai đoạn sản xuất,
Đua ra các giải pháp nhằm hạn chế hoặc khắc phục sụ xuất hiện vết nút xiên góc khấc
trong giai đoạn sản xuất dầm.
NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/07/2015
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. BÙI ĐỨC VINH

Tp. HCM, ngày .... tháng.... năm 20..

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


Lời cảm ơn
Luận văn này là kết quả của hai năm học tập và nghiên cứu của tác giả tại trường Đại
Học Bách Khoa-ĐHQG Tp HCM, nơi thực sự đã truyền cho tôi cảm hứng về sự sáng

tạo và tinh thần nghiên cứu khoa học nghiêm túc. Thời gian được học tập ở đây chắc
chắn là quãng thời gian quý giá nhất, không bao giờ quên đối với tôi. Xin chân thành gửi
lời cảm ơn sâu sắc đến các Quý thầy, cô những người đã giảng dạy và truyền đạt các tri
thức cho nhiều thế hệ thông qua sự lao động nghiêm túc của mình.
Nghiên cứu này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự hướng dẫn nhiệt tình của
Ts.Bùi Đức Vinh - một người Thầy tôi sẽ luôn ghi nhớ về sự tận tụy và chuyên môn
khoa học sâu rộng. Xin chân thành cảm ơn Thầy về những định hướng , chia sẻ kinh
nghiệm, các gợi ý hợp lý, ... trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Lời cảm ơn sâu nặng xin gỏi đến gia đình những người thương yêu nhất của tôi, bạn bè
và đồng nghiệp, họ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi về thời gian, chia sẻ công việc cũng
như động viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Lê Nguyễn Phương

i


TÓM TẮT
Dầm bê tông cốt thép dự ứng super Tee (BTCT DƯL super-T) được biết đến với ưu điểm
vượt nhịp lớn, khả năng giữ ổn định lật trong mặt phẳng làm việc và chịu xoắn cao, quá
trình thi công lao lắp nhanh và không quá phức tạp. Dầm super-T đang được sử dụng
rộng rãi cho kết cấu phần trên của các cầu dẫn vượt sông lớn, các cầu cạn vượt nút giao
và đường cao tốc... Từ khi được áp dụng lần đầu tiên ở Việt Nam tại dự án cầu Mỹ Thuận
(1998) và cho đến các Dự án gần đây nhất (Cao tốc Long Thành-Dầu giây), tình trạng
vết nứt tại khu vực đầu dầm vẫn tiếp tục xuất hiện đặc biệt là vết nứt xiên ở góc khấc
(xuất hiện sau khi truyền dự ứng lực). Mặc dù đã có nhiều họp bàn thảo luận và đề xuất
hướng giải quyết của nhiều chuyên gia về điều chỉnh thiết kế, bố trí cốt thép và cấu tạo
khu vực đầu dầm. Tuy nhiên vấn đề này vẫn chưa được giải quyết triệt để, các dầm đúc
mới vẫn tiếp tục nứt. Trên thực tế người ta đang ngầm chấp nhận vấn đề này khi chưa
thể giải quyết một cách triệt để.
Việc tìm hiểu và xác định quá trình phát triển ứng suất trong suốt các giai đoạn sản xuấtthi công lắp đặt-khai thác, từ đó dẫn đến việc xác định cơ chế tạo ra vết nứt đang được

nhiều kỹ sư và các nhà nghiên cứu quan tâm. Tuy nhiên thực tế là một thách thức rất lớn
về phương diện triển khai thực hiện.
Nội dung chính của luận này thực hiện các công việc làm rõ các quy trình sản xuất, phân
tích sự hình thành và tác dụng lực trong mỗi giai đoạn sản xuất. Từ đó xây dựng mô hình
phân tích gần đúng nhất cho bài toán mô phỏng cơ học.
Bằng cách sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn Atena ([1]), mô hình kết cấu 3D được
xây dựng và mô phỏng toàn bộ các bước xuất hiện lực tác dụng lên kết cấu dầm. Các
phân tích được so sánh kiểm chứng giữa mô phỏng với thực nghiệm, cũng như các tính
toán theo tiêu chuẩn thiết kế để hiệu chỉnh và tìm được mô hình phù hợp nhất.

ii


Kết quả mô phỏng được giới thiệu trong nghiên cứu đã thiết lập được quá trình phát
triển ứng suất theo trình tự các bước sản xuất dầm. ứng suất đầu dầm lần đầu tiên được
phân tích chi tiết, kết quả đã chỉ ra những nguyên nhân có thể dẫn đến sự hình thành
của vết nứt tại khu vực góc khấc.
Từ khóa: super-T, vết nứt xiên góc khấc, mô phỏng, phần tử hữu hạn.

iii


ABSTRACT
Prestressed reinforced concrete girder super Tee (PRC super-T) is known as ability of
over to large span, stability in working plane, high torsion resistance, construction and
installation are fast and not too complicated. Reinforced prestressed concrete girder
(PRC) super-T is widely used for superstructure of river bridge, flyover, highway bridge
... Since it was first used for My Thuan Bridge (1998) in Vietnam until the most recent
project (Hoa An bridge, the bridges of Long Thanh - Dau Giay highway), cracks at beam
girder head position have continued to appearing, especially diagonal cracks (appear

after cutting strand). Although a lot of meetings are celebrated to disscuss and propose
solutions of many experts, include adjusting the design, change steel bar arrangement
and dimension of girder head. But this problem has not been solved completely, new
girders still be continue cracking. In fact they are implicitly accept this problem as
unsolved thoroughly.
To understand and identify the development of stress during production construction
installation working stage, it is lead to identify mechanisms to create cracks which many
engineers and researchers interest. But the reality is a huge challenge in terms of
implementation.
The main contents of this thesis will carried out the works to clarify the production
process, analyze the force formation and affection in every stage of production. Then
anlytical model will be built closet to the problem of mechanical simulation.

4


By using finite element software Atena ([1]), 3D structure models are built and
simulated all the steps appear the forces on the girder. The comparative analysis
between simulation verified with empirical, as well as the standard calculation
designed to adjust and find the most suitable model.
The simulation results presented in the study have established development process
stresses sequential production steps girder. Stresses at girder head are first beginning a
detailed analysis, the results showed the causes that can lead to the formation of cracks
in areas notch corner.
Keywords: super-T, diagonal cracks, simulate, finite element method.

V


Lời cam đoan

Tôi tác giả của luận văn này cam đoan rằng.
■ Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới
sự hướng dẫn của Ts. Bùi Đức Vinh.
■ Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng
được công bố dưới bất kỳ hình thức nào.
■ Các giá trị tham khảo là chính xác, không có chỉnh sửa.
■ Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 01/12/2015
Học viên

Lê Nguyễn Phương

vi


Mục lục
•«

Trang Danh sách hình vẽ

ix

Danh sách bảng

xiii

Chữ viết tắt và Kí hiệu

xiv

1 Giới thiệu

1.1
1.2
1.3
1.4

1

Lịch sử phát triển của kết cấu dầm super-T ................................................... 1
Động lực cho sự phát triển ............................................................................. 2
Các nội dung nghiên cứu và tiếp cận mới của đề tài ...................................... 3
Mục tiêu, giới hạn và cấu trúc của đề tài ........................................................ 6
1.4.1 Mục tiêu .............................................................................................. 6
1.4.2 Phạm vi và giới hạn của đề tài ........................................................... 6
1.4.3 Bố cục của đề tài ................................................................................. 7

2 Tổng quan

8

2.1 Cấu tạo cơ bản dầm super-T ........................................................................... 8
2.2 Các vết nứt dầm super-T .............................................................................. 11
2.2.1 Dạng (1) Nứt ngang bầu dưới dầm ................................................... 12
2.2.2 Dạng (2) Nứt tiếp giáp giữa cánh và phần đặc đầu dầm ................ 13
2.2.3 Dạng (3) Nứt xiên, dọc tiếp giáp giữa cánh vàsườn dầm ....
13
2.2.4 Dạng (4) Nứt xiên ở góc khấc........................................................... 13
2.3 Hướng tiếp cận xử lý vết nứt ........................................................................ 14
2.4 Phương pháp phân tích ứng suất dầm super-T ............................................. 15

2.5 Mô hình vật liệu cho bê tông ........................................................................ 17
2.6 Công cụ phân tích kết cấu dầm super-T ...................................................... 18
2.6.1 Giới thiệu chung về Atena ................................................................ 18
2.6.2 Mô hình vật liệu trong Atena ............................................................ 19
2.6.3 Mô hình Microplane M4L ............................................................... 19
2.6.3.1 Các thành phần biến dạng vi mô [2] ................................. 20
2.6.3.2 Quan hệ ứng suất-biến dạng trong mô hình Microplane
[2] • • • • ....................... ' ............................................... 21
2.7 Kết luận ........................................................................................................ 22
3 Mô phỏng và Phân tích kết cấu dầm super-T

23

3.1 Các giai đoạn sản xuất dầm .......................................................................... 23
3.1.1 Giai đoạn sản xuất thứ 1 ............................................................... 24
3.1.2 Giai đoạn sản xuất thứ 2 ............................................................... 24

7


3.2
3.3

3.4
3.5
4

Kết

3.1.3 Giai đoạn sản xuất thứ 3 ............................................................... 25

3.1.4 Giai đoạn sản xuất thứ 4 ............................................................... 27
Mô hình các giai đoạn sản xuất dầm ............................................................ 27
Mô phỏng và phân tích kết cấu dầm ............................................................ 30
3.3.1 Kích thước hình học ......................................................................... 30
3.3.2 Mô hình lưới phần tử hữu hạn .......................................................... 31
3.3.3 Mô hình vật liệu cho bê tông ........................................................... 33
3.3.4 Cốt thép thường ................................................................................ 36
3.3.5 Cốt thép dự ứng lực (cáp dự ứng lực) ............................................... 37
3.3.6 Tải trọng và Giai đoạn thi công choTrường hợp gối 2..................... 38
3.3.6.1
Các....................................................loại tải trọng tác dụng
38
3.3.6.2
Giai ......................................................... đoạn tải trọng 1.1
40
3.3.6.3
Giai ......................................................... đoạn tải trọng 1.2
42
3.3.6.4
Giai ............................................................ đoạn tải trọng 2
42
3.3.7 Điều kiện biên ................................................................................... 43
Hiệu chỉnh mô hình ...................................................................................... 44
Kết luận ........................................................................................................ 45
quả phân tích dầm super-T

46

4.1 Kết quả phân tích tổng thể dầm .................................................................... 46
4.1.1 Độ chuyển vị - Độ vồng dầm ............................................................ 47

4.1.2 ứng suất trước trong cáp dự ứng lực ................................................. 48
4.1.3 ứng suất thớ trên và thớ dưới dầm khi truyền ứng lực .................... 50
4.1.4 ứng suất và biến dạng tổng thể dầm trong giai đoạn sản xuất .
54
4.1.5 Nhận xét ........................................................................................... 59
4.2 Kết quả phân tích cục bộ khu vực đầu dầm ................................................ 59
4.3 Kiểm chứng thực nghiệm ............................................................................. 66
4.4 Kết luận ........................................................................................................ 67
Kết luận

68

Kết luận

69

Tài liệu tham khảo

72

Phụ lục

75

Lý lịch trích ngang

75

8

Danh sách hình vẽ
Bố trí chung dầm super T cầu Hóa An ........................................................... 2
Kết cấu dầm super T Hóa An (2013).............................................................. 2
Cấu tạo ván khuôn dầm theo phương dọc và Các sơ đồ đặt gối......... 4
Cấu tạo ván khuôn đầu khấc: Hình (a) - cầu Hóa An.
Hình (b)- cầu
tuyến cao tốc LT-DG ...................................................................................... 5
1.5 Cắt cáp truyền ứng lực theo Trường hợp gối (2) tại Nhà máy Beton 6 .
5
1.1
1.2
1.3
1.4

Bố trí cốt thép khu vực đầu dầm Hóa An .............................................. 8
Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm Hóa An [3] ............................................ 10
Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm cao tốc LT-DG [4] ............................ 10
Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm cao tốc SG-TL [5] ............................. 11
Các dạng vết nứt đầu dầm super-T xuất hiện gần đây ................................. 11
Các dạng vết nứt khu vực đầu dầm super-T ................................................. 12
Mô hình chống - giằng phân tích ứng suất cục bộ khu vực đầu dầm [6]
15
Phần mềm Atena - Giao diện module Static 3D........................................... 19
Nguyên lý tính toán ứng suất vĩ mô từ biến dạng vi mô của mô hình
Microplane [2] .............................................................................................. 20
2.10 Các thành phần biến dạng trên mặt Microplane [7] .................................... 20
2.11 Phân tích tenxơ biến dạng trên một Microplane ......................................... 21
2.1
2.2

2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14

Giai đoạn sản xuất thứ 1 - Căng cáp, lắp đặtcốt thép ............................... 24
Cấu tạo ván khuôn của dầm super-T ......................................................... 25
Giai đoạn sản xuất thứ 2 - Đổ bê tông dầm ........................................... 25
Giai đoạn sản xuất thứ 3 - cắt cáp truyền ứnglực vào dầm ...................... 26
Biểu đồ quan hệ cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi vói các cấp phối
bê tông khác nhau ......................................................................................... 26
Giai đoạn sản xuất thứ 4 - cẩu dầm ra khỏi ván khuôn và hoàn thiện .

27
Mô hình các giai đoạn sản xuất dầm ............................................................ 29
Kích thưóc cơ bản dầm super-T Hóa An ...................................................... 30
Mô phỏng phần tử bê tông và cốt thép dầm ................................................. 31
Mô phỏng cốt thép khu vực đầu dầm .......................................................... 32
Phần tử hexahedra, quadractic và tetrahedra ............................................... 32
Chia lưới dầm super-T: 2139 thanh thép, 1260 phần tử hexahedra, 5425
nút ................................................................................................................. 33
Mô hình lưói phần tử ................................................................................... 33
Phân lưới khu vực đầu dầm ......................................................................... 33

9


3.15 (a) Kết quả mô phỏng thí nghiệm nén đơn (b) Mẫu mô phỏng thí nghiệm 34
3.16 (a) Quan hệ ứng suất - biến dạng của cốt thép thường (b) Quan hệ ứng
suất - biến dạng của cốt thép dự ứng lực ...................................................... 36
3.17 Mô hình cốt thép thường ............................................................................. 37
3.18 Bố trí cốt thép dự ứng lực dầm super-T Hóa An ........................................ 38
3.19 Khai báo tải trọng bản thân dầm ................................................................. 40
3.20 Khai báo tải trọng dự ứng lực 60% ........................................................... 41
3.21 Khai báo tải trọng ma sát ván khuôn ........................................................ 41
3.22 Khai báo tải trọng dự ứng lực 40% ........................................................... 42
3.23 Khai báo tải trọng lực cẩu dầm .................................................................. 43
3.24 Khai báo điều kiện biên ............................................................................. 44
4.1 Chuyển vị dầm trong giai đoạn 1 (m)........................................................... 47
4.2 Chuyển vị dầm trong giai đoạn 2 (m)........................................................... 47
4.3 Hình (a) - Quan hệ Lực dự ứng lực - Độ vồng dầm. Hình (b) - Quan hệ
Phản lực tại gối - Độ vồng dầm .................................................................... 48
4.4 Biến dạng các tao cáp trong giai đoạn 1

49
4.5 Biến dạng các tao cáp trong giai đoạn 2
49
4.6 ứng suất trước các tao cáp trong giai đoạn 1 (MPa) ................................. 50
4.7 ứng suất trước các tao cáp trong giai đoạn 2 (MPa) ................................. 50
4.8 Các mặt cắt kiểm toán ứng suất .................................................................... 51
4.9 Atena: ứng suất thớ trên và thớ dưới dầm khi truyền ứng lực .................... 51
4.10 Hình (a) - Quan hệ ứng suất thớ dưới tại Mặt cắt 0.5h. Hình (b) - Quan
hệ ứng suất thớ trên tại Mặt cắt 0.5h ............................................................ 51
4.11 Atena: Phân bố ứng suất Mặt cắt 0.5h khi truyền ứng lực ......................... 51
4.12 Hình (a) - Quan hệ ứng suất thớ dưới tại Mặt cắt 0.25L. Hình (b) Quan hệ ứng suất thớ trên tại Mặt cắt 0.25L ............................................... 52
4.13 Atena: Phân bố ứng suất Mặt cắt 0.25L khi truyền ứng lực ....................... 52
4.14 Hình (a) - Quan hệ ứng suất thó dưói tại Mặt cắt 0.5L. Hình (b) - Quan
hệ ứng suất thó trên tại Mặt cắt 0.5L
................................................. 52
4.15 Atena: Phân bố ứng suất Mặt cắt 0.5L khi truyền ứng lực) ............ 53
4.16 Atena: ứng suất pháp ơx của dầm khi cẩu ra khỏi ván khuôn ........ 54
4.17 Atena: Biến dạng ex của dầm khi cẩu ra khỏi ván khuôn............................ 54
4.18 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất
thó trên, dưói .
Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng thó trên, dưói tại mặt cắt
0.5h theo phương dọc trục dầm x-x .............................................................. 55
4.19 Atena : Hình (a) - Phân bố ứng suất khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) .
Hình (b) - Phân bố ứng suất khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.5h 55
4.20 Atena : Hình (a) - Phân bố biến dạng khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) .
Hình (b) - Phân bố biến dạng khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.5h 55
4.21 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất thó trên, dưói .
Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng thó trên, dưói tại mặt cắt
0.25L theo phương dọc trục dầm x-x ........................................................... 56

V


4.22 Atena : Hình (a) - Phân bố ứng suất khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) .
Hình (b) - Phân bố ứng suất khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.25L 56
4.23 Atena : Hình (a) - Phân bố biến dạng khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1)
. Hình (b) - Phân bố biến dạng khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.25L
.../... ....................................................................................................... 56
4.24 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất thớ trên, dưới .
Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng thớ trên, dưới tại mặt cắt
0.5L theo phương dọc trục dầm x-x ............................................................. 57
4.25 Atena : Hình (a) - Phân bố ứng suất khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) .
Hình (b) - Phân bố ứng suất khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.5L 57
4.26 Atena : Hình (a) - Phân bố biến dạng khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1)
. Hình (b) - Phân bố biến dạng khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt
0.5L................................................................................................ ........ 57
4.27 Các điểm kiểm tra ứng suất (check point) đầu dầm: P1 cho vết nứt xiên,
P2 cho vết nứt dưới nách dầm, P3 cho vết nứt bụng đầu dầm ..................... 60
4.28 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất chính I-I. Hình
(b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng theo phương chính I-I tại điểm
Pl-Khấc ......................................................................................................... 60
4.29 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất chính I-I. Hình
(b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng theo phương chính I-I tại điểm
P2-Cánh ........................................................................................................ 61
4.30 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất chính I-I. Hình
(b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng theo phương chính I-I tại điểm
P2-Bụng ...................................................................................................... 61
4.31 Biểu đồ ứng suất - biến dạng song tuyến tính của kéo đơn trục [8] . . .
62
4.32 Atena : Hình (a) - ứng suất chính I-I. Hình (b) - Biến dạng theo phương

chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.1................................ 63
4.33 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I. Hình (b) - Phương biến
dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.1 ....................... 63
4.34 Atena : Hình (a) - ứng suất chính I-I. Hình (b) - Biến dạng theo phương
chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.2................................ 63
4.35 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I. Hình (b) - Phương biến
dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.2 ....................... 64
4.36 Atena : Hình (a) - ứng suất chính I-I. Hình (b) - Biến dạng theo phương
chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.3................................ 64
4.37 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I. Hình (b) - Phương biến
dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.3 ....................... 65
4.38 Atena : Hình (a) - ứng suất chính I-I. Hình (b) - Biến dạng theo phương
chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 2................................... 65
4.39 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I. Hình (b) - Phương biến
dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 2 .......................... 65
4.40 Atena : Hình (a) - ứng suất cốt thép thường. Hình (b) - Biến dạng cốt
thép thường khu vực đầu dầm ...................................................................... 66
4.41 Atena : Hình (a) - ứng suất cốt thép thường . Hình (b) - Biến dạng cốt thép
thường của 02 lưói cốt thép xiên D28 ngoài cùng.................................... 66

xi


Danh sách bảng
2.1 Bảng tổng hợp thiết kế dầm super-T khu vực đầu dầm ................................. 9
3.1 Bảng thông số cơ bản dầm super-T (cầu Hóa An) ....................................... 30
3.2 Thông số cơ bản của Mô hình Microplane sử dụng cho bê tông dầm . .
36
3.3 Bảng thông số kỹ thuật cốt thép .................................................................. 37
4.1 Bảng so sánh kết quả ứng suất dầm khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1)

giữa Lý thuyết và Atena ...............................................................................
4.2 Atena: Bảng kết quả ứng suất dầm trong giai đoạn sản xuất .......................
4.3 Atena: Bảng kết quả biến dạng dầm trong giai đoạn sản xuất ....................
4.4 Bảng số liệu phân tích ứng suất tại các điểm check point bằng Atena .
4.5 Bảng số liệu phân tích biến dạng tại các điểm check point bằng Atena .
4.6 Bảng kết quả phản lực gối ............................................................................

12

53
58
58
59
59
60


Chữ viết tắt và Kí hiệu
Chữ viết tắt
BTCT

Bê tông cốt thép

BTCT

Bê tông cốt thép dự ứng lực

DƯL
GTVT
PRC

Giao thông vận tải
Prestressed reinforced concrete

FEM

Finite element method

PTHH Phần tử hữu hạn
LT-DG Long Thành - Dầu Giây
SG-TL Sài Gòn - Trung Lương

Kí hiệu
fc

Cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ tròn
(ự>150mm X HSOOmrn) tại 28 ngày tuổi
Cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ tròn
(ự>150mm X HSŨŨmrn) tại thời điểm truyền ứng suất
trước (cắt cáp)

Ec

Eci
Es
E ■L-Jps

A

Mô đun đàn hồi bê tông tương ứng với

Mô đun đàn hồi bê tông tương ứng với fcị
Mô đun đàn hồi cốt thép thường
Mô đun đàn hồi cốt thép dự ứng lực
Diện tích cốt thép thường
xiv


Aps

Diện tích cốt thép dự ứng lực

fy

Giới hạn chảy cốt thép thường

fpy

Giới hạn chảy cốt thép dự ứng lực

fu

Giới hạn bền cốt thép thường

fpu

Giới hạn bền cốt thép dự ứng lực

fpj

ứng suất căng kéo ban đầu (chưa kể mất mát) của

cốt thép dự ứng lực


Chương 1
Giới thiệu
1.1

Lịch sử phát triển của kết cấu dầm super-T

Dầm BTCT DƯL đúc sẵn super-T được các kỹ sư thiết kế ở VicRoads (úc) phát triển từ
năm 1993 và báo cáo lần đầu tiên tại Hội thảo về cầu ở Ausroads năm 1994. Dầm superT được xây dựng từ nguyên mẫu T-Slab với nhịp khởi đầu 19m và sau đó được phát triển
dần, nó đã được sử dụng phần lớn cho các cầu thuộc Dự án M2 Motorway, Tây Bắc úc
với khẩu độ từ 16 đến 38 m, chiều cao dầm từ 0.75 m đến 1.50 m [9].
Tại Việt Nam, dầm super-T được áp dụng lần đầu tiên cho công trình cầu Mỹ Thuận
(1998). Từ đó đến nay, rất nhiều dự án đã sử dụng loại kết cấu này với chiều dài nhịp
phổ biến là 38.2 m, hai đầu dầm có dạng cắt khấc và không cắt khấc. Dầm được thi công
theo phương pháp đúc sẵn và cáp dự ứng lực được căng kéo trước. Hình 1.1 và 1.2 minh
họa thiết kế hình học và sản phẩm sau khi hoàn thành của dầm super T đã được sử dụng
cho dự án cầu Hoá an, tỉnh Đồng Nai [3].
Kể từ lần đầu tiên được áp dụng cho đến các dự án gần đây, hiện tượng vết nứt tại khu
vực đầu dầm super-T vẫn tiếp tục xuất hiện trong giai đoạn sản xuất dầm, chưa thể khắc
phục triệt để mặc dù đã có sự điều chỉnh thiết kế về cấu tạo, bố trí thép chống nứt.

1


HÌNH 1.2: Kết cấu dầm super T Hóa An (2013)

1.2

Động lực cho sự phát triển

Kết cấu dầm super-T trong tương lai vẫn được tiếp tục sử dụng phổ biến tại các dự án trọng
điểm giao thông, tuy nhiên cấc vết nứt đầu dầm xuất hiện trong giai đoạn sản xuất bao gồm:
Nứt ngang bầu dưói dầm (1); Nứt xiên tiếp giáp giữa cánh và phần đặc đầu dầm (2); Nứt
xiên, dọc tiếp giáp giữa cánh và sưòn dầm (3); Nứt xiên ỏ góc khấc (4) vẫn chưa được khắc
phục triệt để. Các vết nứt (1), (2), (3) đã được đánh giá là không gây ảnh hưởng đến khả
năng chịu lực cũng như chất lượng công trình.
Vết nứt số (4) xuất hiện sau khi khi truyền dự ứng lực, mặc dù đã có điều chỉnh thiết kế về
cấu tạo, bố trí thép chống nứt khu vực đầu dầm nhưng vẫn chưa khắc phục triệt để. Sau khi
xuất hiện, các vết nứt xiên tại vùng góc khấc của dầm super-T tiếp tục được ghi nhận và
theo dõi. Đến thời điểm hiện nay chưa có các báo cáo hay cảnh báo cụ thể ghi nhận ảnh
hưởng tác động trực tiếp của vết nứt đến khả năng chịu lực tổng thể của dầm khi khai thác.

2


Tuy nhiên điều đó không có nghĩa tính nghiêm trọng của các vết nứt này được giảm nhẹ.
So với các loại dầm BTCT DƯL khác như dầm chữ I, T, T ngược hay dầm bản rỗng thì vết
nứt này luôn là một chỉ tiêu được nêu ra khi so sánh giải pháp kỹ thuật để lựa chọn phương
án kết cấu. Do đó, nghiên cứu khắc phục hiện tượng nứt xiên cần thiết được thực hiện nhằm
hoàn thiện hơn chất lượng của dầm, tạo ra cơ sở vững chắc cho các quyết định lựa chọn giải
pháp kết cấu trong từng dự án cụ thể.
Từ những phân tích nêu trên đây là vấn đề kỹ thuật hình thành từ thực tiễn, do vậy tác giả
quyết định chọn đề tài “ Cơ chế hình thành và giải pháp hạn chế vết nứt xiên ở góc khấc
dầm super-T trong giai đoạn sản xuất” cho nghiên cứu của mình. Mục đích đưa ra được
quá trình phát triển ứng suất trong giai đoạn sản xuất, từ đó góp phần xác định cơ chế hình
thành vết nứt và tìm ra hướng giải quyết hợp lý.

1.3

Các nội dung nghiên cứu và tiếp cận mới của đề tài

Sau khi có hiện tượng nứt ỏ khu vực đầu dầm, dầm super-T đã được xem xét tính toán thiết
kế và kiểm tra lại khả năng chịu lực tổng thể và cục bộ khu vực đầu dầm bỏi Viện Khoa
học và Công nghệ GTVT, một cơ quan nghiên cứu và thiết kế đầu ngành của Bộ Giao thông
vận tải. Đồng thời các dự án sau này cũng được các cơ quan Tư vấn thiết kế tính toán điều
chỉnh thiết kế so với các dầm lần đầu sử dụng ỏ cầu Mỹ Thuận và cao tốc Sài Gòn-Trung
Lương. Tựu trung các thiết kế này đều có điểm chung là đặt kết cấu dầm trên 02 gối đỡ, vị
trí gối đỡ trùng với vị trí gối cầu của dầm.

3


Luận văn này sẽ trình bày các trường hợp chịu lực của dầm dựa trên sự thay đổi cách thức
và vị trí của 02 gối đỡ như Hình 1.3, sự thay đổi này phù hợp với cấu tạo ván khuôn đầu
đang được sử dụng để sản xuất dầm (Hình 1.4(a) và 1.4(b)). Trên cơ sở sẽ tiến hành giải
quyết các nội dung sau:
sd Đố DAT GỐI DỂ TÍNH TCẢN DẮM T^ưac DẪY

CẦC Ãổ võ aà I DỰA VÁƠ 011:11 KI h N '.'ÁN K-ILÓN

eẠĩ GỐI TWtms HOP 1,1
- Vin kWh dỉu dim cế định khi dl tip Dá TI bĩ
cân trử chuyỉn V lại C'l diem nhu ninh ah
DẠT BÔI TRUOHB HỌP 11
-

Vảr

cản 1iù chi.yín ¥| cùn ddĩi
-

vịt 261 t»i TẶ1 đáy lfín

DẠT GÕI TRUQllG HOP 1.3
-

Thin tcdn tin ụi-1 knủn I1.Ị..1 dim
Đặt jú'i Ui mịt đáy dưdi Ù3 dỉn

ẸI-ỊI ail 'Kjj'.ij 11 Jr :J

■ Nrlc dám ít Khỉin Ítíp rik- ktưtn
- ÚUI 38:13 mít CIĨL

HÌNH 1.3: cấu tạo ván khuôn dầm
theo phương dọc và Các sơ đồ đặt
gối

• Nội dung 1: phân tích cơ chế ứng xử của dầm ngay sau khi cắt cáp truyền ứng
suất trước vào tiết diện nguyên của dầm. Dầm sẽ chịu tải trọng bản thân, lực dự ứng
lực, lực ma sát giữa vấn khuôn và dầm.

4


• Nội dung 2: như nội dung 1 nhưng bổ sung thêm giai đoạn mô phỏng nhấc dầm
ra khỏi khuôn sau khi truyền ứng lực cho riêng Trường hợp gối (2).
• Nội dung 3: trình bày kết quả mô phỏng và phân tích khả năng chịu lực tổng thể

của dầm trong Trường hợp gối (2) trong giai đoạn sản xuất; so sánh ứng xử cục
bộ khu vực vực đầu dầm của 04 trường hợp đặt gối.

(a)

(b)

HÌNH 1.4: cấu tạo ván khuôn đầu khấc: Hình (a) - cầu Hóa An. Hình (b) - cầu tuyến cao tốc
LT-DG

(a)

(b)

HÌNH 1.5: Cắt cáp truyền ứng lực theo Trường hợp gối (2) tại Nhà mậy Beton 6

Trường hợp gối (2) căn cứ vào tìm hiểu thực tế giải pháp thi công khi cắt cáp truyền
ứng lực trước dầm super-T (Hình 1.5(a) và 1.5(b)): Cắt cáp khoảng 50 đến 60% tổng số
tao cáp để cân bằng với trọng lượng bản thân, nhấc dầm đủ không tiếp xúc với ván
khuôn đáy, sau đó cắt toàn bộ các tao cáp còn lại và nhấc dầm ra khỏi ván khuôn.

5


1.4

Mục tiêu, giới hạn và cấu trúc của đề tài

1.4.1 Mục tiêu
Trên cơ sở hình thành đề tài nêu trên, thông qua việc nghiên cứu các đặc điểm làm việc

tổng thể dầm và cục bộ khu vực đầu dầm, mục tiêu đề tài nghiên cứu tập trung giải quyết
các vấn đề sau:
• Thiết lập các mô hình chịu tải của dầm super-T kéo trước trong giai đoạn sản xuất
dầm: cắt cáp truyền dự ứng lực và cẩu lắp dầm ra khỏi ván khuôn mô phỏng bằng
phần mềm Atena để xác định cơ chế hình thành vết nứt xiên ở góc khấc.
• Trên cơ sở các nguyên nhân hình thành vết nứt xiên ở góc khấc, đưa ra các giải
pháp nhằm hạn chế sự xuất hiện vết nứt trong giai đoạn sản xuất dầm.

1.4.2 Phạm vi và giới hạn của đề tài
Đối tượng nghiên cứu: dầm super-T sử dụng cho nhịp dẫn cầu Hóa An với các thông số
cơ bản sau
• Phương pháp tạo dự ứng lực: theo phương pháp căng kéo trước.
• Ván khuôn thành ngoài cố định, ván khuôn thành trong di động.
• Chiều dài dầm: 38.0 m, chiều cao dầm: 1.75m.
• Phần khấc: cao 0.80m, rộng 0.89m, dài 0.85m.
Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài: đề tài được giới hạn trong giai đoạn sản xuất
dầm (từ thời điểm cắt cáp truyền ứng lực trước cho đến khi dầm được cẩu ra khỏi ván
khuôn), không xét ảnh hưởng các yếu tố nhiệt độ, co ngót và từ biến.

6


1.4.3

Bố cục của đề tài

• Chương 1 giới thiệu sơ lược về đề tài, mục tiêu và động lực nghiên cứu cũng như
các hướng tiếp cận mới của đề tài.
• Chương 2 sẽ trình bày tổng quan về dầm super-T và các vết nứt của nó, các hướng
xử lý vết nứt trước đó và sử dụng công cụ Atena để mô phỏng phân tích bài toán.

• Chương 3 trình bày về các giai đoạn sản xuất dầm từ đó xây dựng các dữ liệu phù
hợp để mô hình hóa kết cấu, vật liệu, tải trọng,... đồng thời với từng giai đoạn sản
xuất sẽ được mô phỏng tương ứng thành các giai đoạn thi công trong phần mềm
Atena.
• Chương 4 các kết quả nghiên cứu, quan hệ lực - ứng suất, lực - biến dạng,... sẽ
được trình bày để xác định cơ chế làm việc của dầm, nguyên nhân gây ra hiện
tượng nứt xiên ở góc khấc đầu dầm.
• Cuối cùng là phần kết luận và các kiến nghị cho những nghiên cứu tiếp theo sẽ
được nêu ra ỏ chương 5.

7


Chương 2
Tổng quan
2.1

Cấu tạo cơ bản dầm super-T

Ngoại trừ chiều cao (H=1.75m) được giữ nguyên thì còn lại theo Bảng 2.1 dầm super-T
được thiết kế thay đổi khác nhau khá nhiều từ cấu tạo khu vực đầu dầm cho đến bố trí cốt
thép thường, cốt thép dự ứng lực cũng như cưòng độ và cấp phối sử dụng cho bê tông dầm.
Đặc biệt theo Hình 2.2, 2.3 và 2.4 có thể thấy cấu tạo góc khấc và số lượng, đường kính cốt
thép xiên đã điều chỉnh thiết kế theo hướng tăng dần để đảm bảo

HÌNH 2.1: Bố trí cốt thép khu vực đầu dầm Hóa An

8