Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép liên hợp trong quá trình thi công

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỒ DUY LONG

PHÂN TÍCH SỰ MẤT ỔN ĐỊNH DẦM HỘP THÉP LIÊN HỢP
TRONG Q TRÌNH THI CƠNG
ANALYSIS STABILITY OF COMPOSITE STEEL BOX GIRDER
BRIDGE DURING CONSTRUCTION

Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số:

60580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2019


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: HỒ DUY LONG

MSHV: 1770397

Ngày, tháng, năm sinh: 14/11/1994

Nơi sinh: Bến Tre

Chun ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Giao Thơng

Mã số : 60580205

I.

TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH SỰ MẤT ỔN ĐỊNH DẦM HỘP THÉP LIÊN HỢP TRONG
QUÁ TRÌNH THI CÔNG.

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nội dụng thực hiện nhiệm vụ cụ thể của luận văn như sau :
1. Khảo sát khoảng cách của hệ giằng trong và các sườn tăng cường đến việc mất ổn định
của dầm hộp thép vách đứng chịu tải trọng đứng.
2. Sử dụng kết cấu nhịp chính cầu Chà Là để tiến hành phân tích bằng cách thay đổi khoảng
cách hệ giằng và các sườn tăng cường. Tiến hành mơ phỏng và phân tích phi tuyến bằng
phần mềm ABAQUS/CAE để tìm ra tải trọng phá hoại dầm theo đường cong Arch lengthLoad proportionality factor.
3. So sánh với tải trọng trong q trình thi cơng để khảo sát khoảng cách hệ giằng ảnh hưởng
đến việc mất ổn định dầm, cũng như phân tích chi tiết ứng suất, biến dạng phát triển trong
từng trường hợp bao gồm hình dạng chuyển vị (mất ổn định tổng thể, ứng suất tại gối,
ứng suất hệ giằng, các vị trí mất ổn định cục bộ).

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 11 tháng 02 năm 2019

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 02 tháng 06 năm 2019

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Tp. HCM, ngày………tháng 05 năm 2020
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TS. Nguyễn Cảnh Tuấn
PGS.TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)

TS. Lê Anh Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin cảm ơn Ban lãnh đạo trường ĐH Bách Khoa cùng các Thầy giáo, Cô
giáo trong bộ môn Cầu – Đường đã tạo điều kiện tốt nhất cho em có thể hồn thành Luận
văn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Cảnh Tuấn đã tận tình hướng dẫn và giúp
đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn.

Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Anh Thắng và thầy Huỳnh Ngọc Thi đã dành thời gian
chấm phản biện cho luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô tại hội đồng đã nhận xét, đánh giá giúp em hoàn thiện
luận văn.
Mặc dù rất cố gắng trong quá trình thực hiện luận văn nhưng vì kinh nghiệm và quỹ thời
gian hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót. Em kính mong được sự chỉ dẫn thêm rất nhiều
từ quý thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2020
Học viên

Hồ Duy Long


LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên Hồ Duy Long, tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài “PHÂN TÍCH SỰ MẤT
ỔN ĐỊNH DẦM HỘP THÉP LIÊN HỢP TRONG QUÁ TRÌNH THI CƠNG” là cơng trình
nghiên cứu của cá nhân tơi, các số liệu dùng trong luận văn là hồn tồn trung thực. Các
trích dẫn trong luận văn từ các nguồn tài liệu sách, báo mạng, tiêu chuẩn hiện hành đều
được tơi ghi chép chi tiết nguồn trích dẫn và tên tác giả.
Nếu có điều gì gian dối, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2020
Tác giả luận văn

Hồ Duy Long
Học viên cao học khóa 2017
Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN
………………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ ANH THẮNG
………………………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. HUỲNH NGỌC THI
………………………………………………………………………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 24
tháng 08 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN
2. TS. LÊ BÁ KHÁNH
3. TS. LÊ VĂN PHÚC
4. TS. LÊ ANH THẮNG
5. TS. HUỲNH NGỌC THI
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sao khi luận văn được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

TĨM TẮT
Một phần quan trọng khi thiết kế cầu dầm thép – BTCT liên hợp là kiểm tốn độ ổn
định của kết cầu dầm trong q trình thi cơng. Đây là một phần tính tốn qua trọng
do dầm dễ bị oằn do xoắn ngang khi các hệ giằng hay sườn tăng cường không đảm

bảo cũng như bề dày của bản cánh dầm là những yếu tố cần được kiểm tra.
Nghiên cứu tập trung khảo sát khoảng cách của hệ giằng trong và các sườn tăng cường
đến việc mất ổn định của dầm hộp thép vách đứng chịu tải trọng đứng.
Trong phạm vi đề tài, tác giả chỉ khảo sát khoảng cách hệ giằng và các sườn tăng
cường xem như là biến thay đổi theo tải trọng đứng. Các biến số còn lại như độ mảnh
bản bụng, loại hệ giằng, tải trọng ngang…cũng ảnh hưởng đến sự mất ổn định của
dầm. Tuy nhiên, để xác đinh các biến số khác và mối quan hệ của chúng không nằm
trong đề tài do thời gian và giới hạn đối với đề tài luận văn.
Nghiên cứu sử dụng kết cấu nhịp chính cầu Chà Là để tiến hành phân tích bằng cách
thay đổi khoảng cách hệ giằng và các sườn tăng cường. Tiến hành mơ phỏng và phân
tích phi tuyến bằng phần mềm ABAQUS/CAE để tìm ra tải trọng phá hoại dầm theo
đường cong Arch length-Load proportionality factor. Sau đó sẽ so sánh với tải trọng
trong q trình thi cơng để khảo sát khoảng cách hệ giằng ảnh hưởng đến việc mất
ổn định dầm cũng như phân tích chi tiết ứng suất, biến dạng phát triển trong từng
trường hợp bao gồm hình dạng chuyển vị (mất ổn định tổng thể, ứng suất tại gối, ứng
suất hệ giằng, các vị trí mất ổn định cục bộ).
Các trường hợp bố trí hệ giằng được mơ phỏng với ba mơ hình dầm đơn và một mơ
hình dầm đơi. So sánh kết quả và quan sát ứng suất-biến dạng của dầm khi mất ổn
định xoắn ngang khi dầm chịu tải trọng thẳng đứng cũng như so sánh với kết quả tính
tốn lý thuyết để đưa ra kết luận và đề xuất.

2


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

ABSTRACT
An important part when designing composite steel girder is to check the stability of
the girder bridge during construction. This is an important calculation because the
beams are easily twisted due to horizontal twisting when the bracing or stiffener are

not guaranteed as well as the thickness of the beam plate is the factor to be checked.
The study focused on surveying the distance of internal bracing and reinforced ribs
to the instability of vertical steel box beams with vertical load.
Within the scope of the topic, the author only surveyed the distance between bracing
and reinforcing slopes as a variable changing according to the vertical load. The
remaining variables such as the slender of web, the type of bracing, the horizontal
load ... also affect the instability of the beam. However, to determine other variables
and their relationship is not in the topic due to time and limitations on the thesis topic.
Study using the main span structure of Cha La bridge to analyze by changing the
distance between bracing and stiffener. Conducting simulation and nonlinear analysis
using ABAQUS / CAE software to find destructive load beams Arch length-Load
proportionality factor. It will then be compared with the load during construction to
examine the bracing system affecting the instability of beams as well as detailed
analysis of stresses and deformed developments in each case including transfer shape.
taste (overall instability, knee stress, bracing stress, local instability positions).
Cases of bracing are modeled with three single beam models and a double beam
model. Comparing results and observing stress-deformation of beams when
horizontal stability is unstable when beams are subjected to vertical load as well as
compared with theoretical calculation results to make conclusions and suggestions.

3


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

MỤC LỤC
TĨM TẮT ..................................................................................................................2
ABSTRACT ...............................................................................................................3
MỤC LỤC ..................................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................7

DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................10
Giới thiệu ..........................................................................................................11
1.1 Tổng quan .................................................................................................... 11
1.1.1 Thống kê các cầu bị sập do mất ổn định trong q trình thi cơng ........11
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu về mất ổn định dầm thép ................................14
1.2 Đề tài nghiên cứu ......................................................................................... 15
1.2.1 Mục đích nghiên cứu ............................................................................15
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................15
1.2.3 Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................16
Cơ sở lý thuyết..................................................................................................17
2.1 Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại ................................................................ 17
2.1.1 Khái quát về quá trình biến dạng ..........................................................17
2.1.2 Phân loại các phương pháp biến dạng ..................................................19
2.1.3 Những vấn đề cần xem xét khi nghiên cứu quá trình biến dạng ..........20
2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng trong biến dạng dẻo .................................... 21
2.3 Tiêu chuẩn chảy dẻo Von-Mises ................................................................. 24
2.4 Tính chất cơ lý của thép............................................................................... 25
2.4.1 Tính chất chịu kéo của thép ..................................................................25
2.4.2 Các miền biến dạng...............................................................................26
2.4.3 Điểm chảy, cường độ chảy và cường độ chịu kéo ................................26
2.4.4 Tính dẻo ................................................................................................27
2.4.5 Tỷ số Poisson ........................................................................................27
2.4.6 Tính chất chịu cắt của thép ...................................................................27
2.4.7 Ứng suất dư ...........................................................................................28
2.5 Lý thuyết tính tốn ổn định dầm thép .......................................................... 28
2.5.1 Ổn định tổng thể ...................................................................................28
2.5.2 Ổn định cục bộ ......................................................................................29
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................32
3.1 Cầu Chà Là .................................................................................................. 32
3.1.1 Kết cấu nhịp chính ................................................................................32

3.1.2 Bản mặt cầu ..........................................................................................33
3.1.3 Vách tại gối ...........................................................................................33
3.1.4 Hệ giằng trong ......................................................................................33
4


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

3.1.5 Hệ giằng ngồi ......................................................................................33
3.1.6 Sườn tăng cường đứng ..........................................................................33
3.1.7 Sườn tăng cường dọc ............................................................................33
3.2 Tải trọng thi công ........................................................................................ 34
3.2.1 Tải trọng bê tông ướt bản mặt cầu ........................................................34
3.2.2 Tải trọng ván khuôn bản mặt cầu .........................................................34
3.2.3 Tải trọng đổ và đầm rung bê tông ướt ..................................................34
3.2.4 Tải trọng người và thiết bị thi công ......................................................34
3.3 Cấu tạo hình học mặt cắt dầm hộp vách đứng ............................................. 35
3.3.1 Moment chảy và moment dẻo ...............................................................35
3.3.2 Sức kháng mất ổn định uốn ngang và xoắn ..........................................36
3.4 Mơ hình phân tích phần tử hữu hạn ............................................................. 37
3.4.1 Mơ hình kết cấu thép ............................................................................38
3.4.2 Định nghĩa vật liệu ................................................................................39
3.4.3 Định nghĩa thuộc tính mặt cắt ...............................................................39
3.4.4 Chia lưới phần tử ..................................................................................40
3.4.5 Thiết lập bước phân tích .......................................................................40
3.4.6 Điều kiện biên và tải trọng ....................................................................40
3.4.7 Cơng tác phân tích ................................................................................41
3.4.8 Mơ hình 1 ..............................................................................................42
3.4.9 Mơ hình 2 ..............................................................................................42
3.4.10

Mơ hình 3 ..........................................................................................43
3.4.11
Mơ hình 4 ..........................................................................................43
Kết quả phân tích .............................................................................................46
4.1 Mơ hình 1 ..................................................................................................... 46
4.1.1 Mơ hình tham chiếu ..............................................................................46
4.1.2 Mơ hình phi tuyến .................................................................................47
4.1.3 Tính tốn tải trọng phá hoại ..................................................................56
4.1.4 Tổng hợp nhận xét ................................................................................58
4.2 Mơ hình 2 ..................................................................................................... 59
4.2.1 Mơ hình tham chiếu ..............................................................................59
4.2.2 Mơ hình phi tuyến .................................................................................60
4.2.3 Tính toán tải trọng phá hoại ..................................................................69
4.2.4 Tổng hợp nhận xét ................................................................................71
4.3 Mơ hình 3 ..................................................................................................... 72
4.3.1 Mơ hình tham chiếu ..............................................................................72
4.3.2 Mơ hình phi tuyến .................................................................................73
4.3.3 Tính tốn tải trọng phá hoại ..................................................................82
4.3.4 Tổng hợp nhận xét ................................................................................84
4.4 Mơ hình 4 ..................................................................................................... 85
4.4.1 Mơ hình tham chiếu ..............................................................................85
4.4.2 Mơ hình phi tuyến .................................................................................87
4.4.3 Tính tốn tải trọng phá hoại ..................................................................95
4.4.4 Tổng hợp nhận xét ................................................................................97
4.5 So sánh các trường hợp phân tích ................................................................ 98

5


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

4.5.1
4.5.2

Tổng hợp kết quả các mơ hình ..............................................................98
So sánh kết quả PTHH với kết quả lý thuyết ......................................100

Kết luận ...........................................................................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................103
PHỤ LỤC A ...........................................................................................................104
PHỤ LỤC B ...........................................................................................................116
PHỤ LỤC C ...........................................................................................................129
PHỤ LỤC D ...........................................................................................................131

6


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 - Khơng gian ứng suất chính von Mises và Tresca ....................................24
Hình 2.2 - Ứng suất phẳng von Mises và Tresca ......................................................25
Hình 2.3 - Quan hệ ứng suất và biến dạng điển hình của thép .................................26
Hình 2.4 - Hình dạng mất ổn định tổng thế dầm hộp thép ........................................29
Hình 3.1 – Biều đồ quan hệ sức kháng mất ổng định xoắn ngang và khoảng cách
khơng giằng ...............................................................................................................37
Hình 3.2 - Bước phân tích mất ổn định phi tuyến bằng phần mếm ABAQUS/CAE38
Hình 3.3 - Mơ hình 1 .................................................................................................42
Hình 3.4 - Mơ hình 2 .................................................................................................43
Hình 3.5 - Mơ hình 3 .................................................................................................43

Hình 3.6 – Sơ đồ bố trí gối hệ hai dầm .....................................................................44
Hình 3.7 - Mơ hình 4 .................................................................................................45
Hình 4.1 - Ứng suất mơ hình tham chiếu 1 ...............................................................46
Hình 4.2 - Chuyển vị tổng thể mơ hình tham chiếu 1 ...............................................46
Hình 4.3 - Chuyển vị ngang mơ hình tham chiếu 1 ..................................................47
Hình 4.4 – Chuyển vị tổng thể lớn nhất ....................................................................48
Hình 4.5 – Chuyển vị ngang lớn nhất .......................................................................48
Hình 4.6 – Ứng suất lớn nhất ....................................................................................49
Hình 4.7 – Chi tiết vị trí phá hoại..............................................................................49
Hình 4.8 - Ứng suất khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 1 ........................50
Hình 4.9 - Chuyển vị tổng thể khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 1 ........50
Hình 4.10 - Chuyển vị ngang khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 1..........51
Hình 4.11 - Ứng suất tại vị trí gối cố định mơ hình 1 ...............................................52
Hình 4.12 - Ứng suất tại vị trí gối di động mơ hình 1 ...............................................52
Hình 4.13 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối cố định mơ hình 1 .............................53
Hình 4.14 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối di động mơ hình 1 .............................54
Hình 4.15 - Ứng suất hệ giằng mơ hình 1 .................................................................55
Hình 4.16 - Ứng suất sườn tăng cường đứng mơ hình 1 ...........................................55
Hình 4.17 - Ứng suất sườn tăng cường dọc mơ hình 1 .............................................56
Hình 4.18 – Biểu đồ quan hệ tải trọng-chuyển vị mơ hình 1 ....................................57
Hình 4.19 – Biểu đồ quan hệ moment-chuyển vị mơ hình 1 ....................................58
Hình 4.20 - Ứng suất mơ hình tham chiếu 2 .............................................................59
7


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

Hình 4.21 - Chuyển vị tổng thể mơ hình tham chiếu 2 .............................................60
Hình 4.22 - Chuyển vị ngang mơ hình tham chiếu 2 ................................................60
Hình 4.23 – Chuyển vị tổng thể lớn nhất ..................................................................61

Hình 4.24 – Chuyển vị ngang lớn nhất .....................................................................61
Hình 4.25 – Ứng suất lớn nhất ..................................................................................62
Hình 4.26 – Chi tiết vị trí phá hoại............................................................................62
Hình 4.27 - Ứng suất khi đạt tải trọng phá hoại mô hình phi tuyến 2 ......................63
Hình 4.28 - Chuyển vị tổng thể khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 2 ......63
Hình 4.29 - Chuyển vị ngang khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 2..........64
Hình 4.30 - Ứng suất tại vị trí gối cố định mơ hình 2 ...............................................65
Hình 4.31 - Ứng suất tại vị trí gối di động mơ hình 2 ...............................................65
Hình 4.32 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối cố định mơ hình 2 .............................66
Hình 4.33 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối di động mơ hình 2 .............................67
Hình 4.34 - Ứng suất hệ giằng mơ hình 2 .................................................................68
Hình 4.35 - Ứng suất sườn tăng cường đứng mơ hình 2 ...........................................68
Hình 4.36 - Ứng suất sườn tăng cường dọc mơ hình 2 .............................................69
Hình 4.37 – Biểu đồ quan hệ tải trọng-chuyển vị mơ hình 2 ....................................70
Hình 4.38 – Biểu đồ quan hệ moment-chuyển vị mơ hình 2 ....................................71
Hình 4.39 - Ứng suất mơ hình tham chiếu 3 .............................................................72
Hình 4.40 - Chuyển vị tổng thể mơ hình tham chiếu 3 .............................................73
Hình 4.41 - Chuyển vị ngang mơ hình tham chiếu 3 ................................................73
Hình 4.42 – Chuyển vị tổng thể lớn nhất ..................................................................74
Hình 4.43 – Chuyển vị ngang lớn nhất .....................................................................74
Hình 4.44 – Ứng suất lớn nhất ..................................................................................75
Hình 4.45 – Chi tiết vị trí phá hoại............................................................................75
Hình 4.46 - Ứng suất khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 3 ......................76
Hình 4.47 - Chuyển vị tổng thể khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 3 ......76
Hình 4.48 - Chuyển vị ngang khi đạt tải trọng phá hoại mơ hình phi tuyến 3..........77
Hình 4.49 - Ứng suất tại vị trí gối cố định mơ hình 3 ...............................................78
Hình 4.50 - Ứng suất tại vị trí gối di động mơ hình 3 ...............................................78
Hình 4.51 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối cố định mơ hình 3 .............................79
Hình 4.52 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối di động mơ hình 3 .............................80
Hình 4.53 - Ứng suất hệ giằng mơ hình 3 .................................................................81

8


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

Hình 4.54 - Ứng suất sườn tăng cường đứng mơ hình 3 ...........................................81
Hình 4.55 - Ứng suất sườn tăng cường dọc mơ hình 3 .............................................82
Hình 4.56 – Biều đồ quan hệ tải trọng-chuyển vị mơ hình 3 ....................................83
Hình 4.57 – Biểu đồ quan hệ moment-chuyển vị mơ hình 3 ....................................84
Hình 4.58 - Ứng suất mơ hình tham chiếu 4 .............................................................85
Hình 4.59 - Chuyển vị tổng thể mơ hình tham chiếu 4 .............................................86
Hình 4.60 - Chuyển vị ngang mơ hình tham chiếu 4 ................................................86
Hình 4.61 – Chuyển vị tổng thể lớn nhất ..................................................................87
Hình 4.62 – Chuyển vị ngang lớn nhất .....................................................................88
Hình 4.63 – Ứng suất lớn nhất ..................................................................................88
Hình 4.64 - Ứng suất tại vị trí gối cố định mơ hình 3 ...............................................89
Hình 4.65 - Ứng suất tại vị trí gối di động song hướng mơ hình 3 ...........................90
Hình 4.66 - Ứng suất tại vị trí gối di động đơn hướng (phương ngang cầu) mơ hình
4 .................................................................................................................................90
Hình 4.67 - Ứng suất tại vị trí gối di động song hướng (phương dọc cầu) mơ hình 4
...................................................................................................................................91
Hình 4.68 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối cố định mơ hình 4 .............................92
Hình 4.69 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối di động song hướng mơ hình 4 .........92
Hình 4.70 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối di động song hướng (phương ngang
cầu) mơ hình 4 ...........................................................................................................93
Hình 4.71 - Ứng suất vách ngăn tại vị trí gối di động song hướng (phương dọc cầu)
mơ hình 4 ...................................................................................................................93
Hình 4.72 - Ứng suất hệ giằng mơ hình 4 .................................................................94
Hình 4.73 - Ứng suất sườn tăng cường đứng mơ hình 4 ...........................................95

Hình 4.74 - Ứng suất sườn tăng cường dọc mơ hình 4 .............................................95
Hình 4.75 – Biểu đồ quan hệ tải trọng-chuyển vị mơ hình 4 ....................................96
Hình 4.76 – Biểu đồ quan hệ moment-chuyển vị mơ hình 4 ....................................97
Hình 4.77- Biểu đồ tổng hợp đường cong quan hệ tải trọng phá hoại-chuyển vị của
ba mơ hình giằng .......................................................................................................99
Hình 4.78 - Biểu đồ tổng hợp đường cong quan hệ tải trọng phá hoại-chuyển vị của
ba mơ hình giằng .......................................................................................................99
Hình 4.79 – So sánh kết quả PTHH và lý thuyết tính theo AASTHO ....................100

9


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1 – Đặc trưng hình học tiết diện dầm hộp vách đứng ..................................36
Bảng 3-2 – Sức kháng mất ổn định xoắn ngang theo AASHTO ..............................37
Bảng 3-3 – Thông số vật liệu thép ............................................................................39
Bảng 4-1 – Tổng hợp kết quả các mơ hình phân tích ...............................................98
Bảng 4-2 – Quan hệ moment phá hoại và chiều dài không giằng ..........................100

10


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

Giới thiệu
Thép là loại vật liệu với nhiều ưu điểm được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng kết
cấu hạ tầng giao thông. Thép cung cấp nhiều lợi thế trong việc xây dựng cầu bởi
những tính năng ưu việt như cường độ cao, thời gian thi cơng nhanh, tính linh động

cao, dễ duy tu bảo dưỡng, có thể tái sử dụng và tuổi thọ dài[1].
Kết cấu cầu thép – BTCT liên hợp ngày càng được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam
cho nhiều loại cơng trình giao thông trong đô thị, nông thôn và các công trình cầu
vượt nhịp lớn do phát huy tối đa độ bền kéo của thép và cường độ nén của bê tông.
Bên cạnh những ưu điểm, cầu thép – bê tông cốt thép liên hợp vẫn còn một số hạn
chế cần nghiên cứu và cải tiến.
Phân tích kết cầu cầu thép hiện tại trong những năm gần đây nsổi bật các phương
hướng chính sau:
-

Phương hướng thứ nhất là sử dụng các loại thép chất lượng cao nhằm giảm giá

thành công tác duy tu bão dưỡng cầu trong quá trình khai thác;
-

Phương hướng thứ hai là tiếp tục nghiên cứu các loại kết cấu liên hợp vượt nhịp

lớn và tính thẩm mỹ cao;
-

Phương hướng thứ ba là giảm chi phí chế tạo và xây dựng;

-

Phương hướng thứ tư là phân tích các nguyên nhân hư hỏng của cầu thép nhằm

đưa ra các giải pháp cải tiến thiết kế cầu thép.
Một phần quan trọng khi thiết kế cầu dầm thép – BTCT liên hợp là kiểm toán độ ổn
định của kết cầu dầm trong q trình thi cơng. Đây là một phần tính toán qua trọng
do dầm dễ bị oằn do xoắn ngang khi các hệ giằng hay sườn tăng cường không đảm

bảo cũng như bề dày của bản cánh dầm là những yếu tố cần được kiểm tra[2].
1.1

Tổng quan

1.1.1

Thống kê các cầu bị sập do mất ổn định trong quá trình thi cơng

Sự cố trong q trình thi cơng cầu thường liên quan đến nhiều vấn đề, có thể kể đến
như việc mất ổn định tổng thể kết cấu, hệ ván khuôn, đà giáo thi công… đều dẫn đến
các hậu quả nghiêm trọng. Trong nhiều thập niên gần đây, nhiều cầu thép bị sập dẫn
đến thương vong lớn. Chi phí xây dựng lớn và số lượng nhân lực thi công một cây
cầu địi hỏi sự an tồn phải đặt lên hàng đầu. Các vụ sập cầu trong lịch sử là một sự
11


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

nhắc nhở người kỹ sư thiết kế phải thận trọng trong cả quá trình thiết kế và thi công.
Sau đây là thống kê các cầu đã sập khi bị mất ổn định trong q trình thi cơng:
-

Cầu giàn thép ở Thụy Điển kết nối Rykon và Zell, tổng chiều dài cầu là 21m

xảy ra năm 1883, nguyên nhân do mất ổn định bản cánh trên khi không đủ độ cứng
khi chịu uốn ngang, một người chết;
-

Cầu Mountain Bridge ở Áo xảy ra năm 1891, tổng chiều dài cầu là 28m, nguyên

nhân do sự mất ổn định các cấu kiện chịu nén khi chịu uốn ngang;
-

Cầu Cannich ở Scotland xảy ra năm 1892, tổng chiều dài cầu là 40m, nguyên

nhân do mất ổn định cánh trên khi chịu uốn ngang;
-

Cầu giàn thép bắt qua song Morava gần Ljubicevo ở Serbia xảy ra năm 1892,

tổng chiều dài cầu là 85m, nguyên nhân do mất ổn định cánh trên chịu nén;
-

Cầu qua sông St. Lawrence gần Quebec ở Canada xảy ra năm 1907, tổng chiều

dài cầu 853m, nhịp chính dài 550m, nguyên nhân do mất ổn định bản cánh dưới ở
giữa nhịp, 74 người chết;
-

Cầu giàn thép 6 nhịp gần Ohio Falls ở Mississippi, Mỹ, tổng chiuề dài cầu là

554m xảy ra năm 1927, nguyên nhân do mất ổn định hệ giằng, 1 người chết;
-

Cầu 5 nhịp dầm I-twins gần Kaiserslautern bắt qua thung lụng Lauterbach ở

Đức xảy ra năm 1954, tổng chiều dài cầu là 272m, nguyên nhân do tải lệch tâm trong
q trình thi cơng gây mất ổn định ngang bản cánh dưới và do tải trọng khi căng cáp
dự ứng lực bản mặt cầu sau. Thiết kế khơng bố trí giằng bản cánh dưới tại vị trí gối;

-

Cầu The Fourth Danube ở Vienna xảy ra tháng 11 năm 1969, cầu dập hộp 3

nhịp, gồm 2 dầm với tổng chiều dài 412m, bề rộng cầu 32m, cao 5m. Nguyên nhân
được xác định do thiết kế bề dày bản cánh trên 15mm không đảm bảo ổn định khi
chịu nén;
-

Cầu Cleddau ở Wales, Anh xả ra tháng 6 năm 1970, cầu 7 nhịp dầm họp thép

vách xiên, tổng chiều dài cầu 819m, nguyên nhân do mất ổn định tại vị trí gối, 4 người
chết;

12


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

-

Cầu The West Gate qua song Yarra ở Melbourne, Úc xảy ra tháng 10 năm 1970,

tổng chiều dài cầu 848m với 5 nhịp sử dụng dầm hộp thép 3 vách, nguyên nhân do
mất ổn định tại giữa dầm. 55 công nhân chết khi đang làm việc bên trong dầm;
-

Cầu Storm qua sông Rhine xảy ra năm 1971 ở Đức, tổng chiều dài cầu 442m,

nguyên nhân do mất ổn định bản cánh dưới do thiếu sườn tăng cường nhằm tăng độ

cứng khi chịu nén, 13 người chết;
-

Cầu Zeulenroda qua Weida Reservoir ở Đức xảy ra năm 1973, tổng chiuề dài

cầu 362m gồm 6 nhịp với dầm thép hộp vách xiên, nguyên nhân do đoạn hẫng nhịp
thứ 2 dài 31.5m bị mất ổn định bản cánh dưới, 4 người chết;
-

Cầu Bramsche qua Mittelland Canal ở Đức năm 1974, cầu dầm hộp thép với

tổng chiều dài cầu 60m, nguyên nhân do bản cánh trên chuyển vị ngang lớn khi đang
đổ bê tông bản mặt cầu. 1 người chết;
-

Cầu Syracuse ở New York, Mỹ xảy ra năm 1982, tổng chiều dài cầu 670m với

nhịp thép dài 97m bị sập khi chịu tải lệch tâm khi thi công do hệ giằng không đủ độ
cứng, 1 người chết;
-

Cầu Dedensen qua Mittelland Canal ở Đức năm 1982 sập do mất ổn định xoắn

ngang;
-

Cầu Astram trên đường sắt đô thị ở Hiroshima, Nhật Bản nam9 1991, cầu nhịp

giản đơn chịu tổng tải khi thi công là 43 tấn sập do vấn đề ổn định, 14 người chết.
-

Cầu The State Route 69 qua sông Tennessee, Mỹ xảy ra tháng 5 năm 1995, cầu

3 dầm I tổng chiều dài 367m gồm 3 nhịp, nguyên nhân do mất ổn định không thiết kế
hệ giằng ngang cho bản cánh trên, 1 người chết;
-

Cầu Harrisburg ở Pennsylvania, Mỹ xảy ra năm 1996, cầu dầm thép chịu tổng

tải thi công 50 tấn bị đổ sập do việc giảm hệ giằng ngang trong thiết kế;
-

Cầu Y1504 ở Thụy Điển xả ra tháng 6 năm 2002, cầu dầm hộp thép với tổng

chiều dài 65m bị mất ổn định xoắn ngang khi đang thi công đổ bê tông mặt cầu;

13


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

-

Cầu Interstate 70 ở Denver xảy ra năm 2004, cầu dầm thép I nhịp giản đơn chiều

dài 30m chịu tải 40 tấn, nguyên nhân do liên kết bu long liên kết dầm thép và bản mặt
cầu không đảm bảo, 3 người chết;
-

Cầu Minneapolis I-35W qua sông Mississippi ở Minnesota, Mỹ xảy ra ngày 1

tháng 8 năm 2007, cầu vòm thép với tổng chiều dài 580m đổ sập do việc tăng cường
thiết bị thi công cũng như tải trọng bê tông ướt khi đổ bê tông mặt cầu, 3 người chết;
-

Cầu 102nd Avenue qua đường Groat ở Canada xảy ra năm 2015, cầu gồm 7 dầm

thép I, nguyên nhân hệ giằng của hệ ván khuôn thi công không đảm bảo ổn đĩnh cho
q trình đổ bê tơng mặt cầu;
-

Cầu Sigiri qua sông Nzoia, Budalangi, Busia ở Kenya sập ngày 26 tháng 6 năm

2017, cầu dầm thép I liên hợp gồm 3 nhịp , sự cố xảy ra khi thi công đổ bê tông bản
mặt cầu đến nhịp thứ giữa.
1.1.2
-

Các kết quả nghiên cứu về mất ổn định dầm thép
Ứng xử mất ổn định dầm thép U[4]:

+ Độ cứng chống xoắn của hệ giằng phụ thuộc vào bề dày và bề rộng của bản cánh
dưới dầm. Phân tích phi tuyến khi tăng độ cứng hệ giằng thì vị trí đầu tiên mất ổn
định của dầm U có dạng đa sóng.
+ Sức kháng mất ổn định bị giảm đáng kể do biến dạng xoắn của bản bụng. Sức
kháng được tăng lên đáng kể khi tăng độ cứng theo phương ngang. Việc tăng độ
cứng theo phương ngang dẫn đến sức kháng mất ổn định tăng 100%.
+ Dầm hộp vách xiên có sức kháng mất ổn định kém hơn dầm hộp vách đứng cùng
kích thước khoảng 8.5%.
+Việc phân tích biến dạng lớn cho thấy dầm U có các vị trí mất ổn định lớn hơn tại

các vị trí có chuyển vị ngang lớn.
-

Hệ giằng dầm hộp thép liên hợp trong quá trình thi công bản mặt cầu[5]:

+ Cường độ chịu uốn của dầm tăng lên khi bổ sung thêm hệ giằng trên ở khoảng 1020% chiều dài nhịp gần gối. Hệ giằng X với tiết diện nhỏ giúp tăng sức kháng uốn
lên 28% đủ để dầm ổn định khi chịu xoắn ngang trong khi đổ bê tông mặt cầu.

14


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

+ Việc phân tích tuyến tính mặt cắt ngang dầm khơng thể dự đốn được sự mất ổn
định của dầm, sự thay đổi tính chất của mặt cắt ngang cần được phân tích một cách
chính xác để kết luận.
+ Độ cứng của dầm cầu Marcy bị sập vẫn đủ khả năng chịu xoắn khi tiến hành phân
tích tuyến tính, do đó cần phân tích phi tuyến để có kết quả chính xác.
-

Hệ giằng bản cánh chịu nén dầm thép[6]:

+ Chiều dài mất ổn định của cánh chịu nén là khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm
có giằng
+ Cần xem xét quan hệ giữa độ cứng của hệ giằng đến ảnh hưởng sự mất ổn định
của dầm chịu nén.
-

Ảnh hưởng mất ổn định dầm ngang trong quá trình thi công dầm thép liên

hợp[7]:
+ Các thiết kế hiện tại khơng an tồn và khơng dự đốn chính xác nội lực phát triển
trong hệ giằng.
+ Tỷ số độ mảnh của dầm có ảnh hưởng đáng kể đến việc tính tốn giá trị lực phá
hoại hơn là lý thuyết tính tồn lực phá hoại phụ thuộc vào hệ giằng.
+ Uốn ngang và xoắn phát triển trong dầm ngang phụ thuộc vào hình dạng mất ổn
định ban đầu.
1.2

Đề tài nghiên cứu

1.2.1

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung khảo sát khoảng cách của hệ giằng trong và các sườn tăng cường
đến việc mất ổn định của dầm hộp thép vách đứng chịu tải trọng đứng.
1.2.2

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết cấu nhịp chính cầu Chà Là để tiến hành phân tích bằng cách
thay đổi khoảng cách hệ giằng và các sườn tăng cường. Tiến hành mơ phỏng và phân
tích phi tuyến bằng phần mềm ABAQUS/CAE để tìm ra tải trọng phá hoại dầm theo
đường cong Arch Length-Load factor. Sau đó sẽ so sánh với tải trọng trong q trình
thi cơng để tìm ra khoảng cách hệ giằng tối ưu cũng như phân tích chi tiết ứng suất,
biến dạng phát triển trong từng trường hợp bao gồm hình dạng chuyển vị (mất ổn
định tổng thể, ứng suất tại gối, ứng suất hệ giằng, các vị trí mất ổn định cục bộ).

15

Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

1.2.3

Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi đề tài, tác giả chỉ khảo sát khoảng cách hệ giằng và các sườn tăng
cường xem như là biến thay đổi theo tải trọng đứng. Các biến số còn lại như độ mảnh
bản bụng, loại hệ giằng, tải trọng ngang…cũng ảnh hưởng đến sự mất ổn định của
dầm. Tuy nhiên, để xác đinh các biến số khác và mối quan hệ của chúng không nằm
trong đề tài do thời gian và giới hạn đối với đề tài luận văn.

16


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

Cơ sở lý thuyết
2.1 Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại
Khái quát về quá trình biến dạng

2.1.1

Sự dịch chuyển tương đối giữa các chất điểm, các phần tử của vật thể rắn dưới tác
dụng của ngoại lực, nhiệt độ hoặc của một nguyên nhân nào đó dẫn đến sự thay đổi
về hình dạng, kích thước của nó gọi là biến dạng.
Tất cả mọi phương pháp trong gia công áp lực (GCAL) đều dựa trên một tiền đề
chung là thực hiện một quá trình biến dẻo. Vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực sẽ

thay đổi hình dạng và kích thước mà khơng mất đi sự liên kết bền chặt của nó. Khả
năng cho phép thực hiện một quá trình biến dạng dẻo được coi là một đặc tính quan
trọng của kim loại. Để làm sang tỏ quá trình biến dạng của kim loại ta hãy theo dõi
thí nghiệm kéo giãn đơn. Dưới tác dụng của lực kéo, mẫu kéo liên tục bị kéo dài
cho đến khi bị kéo đứt. Trong thí nghiệm kéo với các thiết bị phù hợp ta có thể đo
được lực kéo và độ dãn dài tương ứng, từ đó xác định ứng suất và biến dạng theo
các mới quan hệ sau:




F
A0

l l1  l0

l0
l0

Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và độ dãn dài tương đối  gọi là
đường cong ứng suất-biến dạng làm hai vùng.
-

Vùng biến dạng đàn hồi

Khi lực kéo còn nhỏ mẫu chỉ biến dạng đàn hồi, đặc trưng của giai đoạn này là khi
dỡ bỏ tải trọng, mẫu lại hồi phục trở lại chiều dài ban đầu. Trong vùng này tồn tại
mối quan hệ tuyến tính giữa ứng sất và biến dạng theo định luật Hooke:

  E

Module đàn hồi E đặc trung cho thuộc tính đàn hồi của vật liệu dưới tác dụng của
ứng suất pháp. Vùng biến dạng đàn hồi được giới hạn bởi giới hạn đàn hồi Re. Việc
xác định chính xác giới hạn đàn hồi Re nhiều khi rất khó khan nên người ta thường

17


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

quy định lấy Rp0.01 làm giới hạn đàn hồi, đó là ứng suất tương ứng với mức độ
biến dạng dư   0.01% .
-

Vùng biến dạng đàn hối-dẻo

Nếu tải trọng tăng lên với ứng suất trong mẫu vượt quá giới hạn đàn hồi thì vật liệu
bắt đầu quá trình chảy dẻo. Trong vùng này nếu dỡ bỏ tải trọng thì mẫu khơng phục
hồi được chiều dài ban đầu mà vẫn bị dãn dài ra một đoạn và trên đường cong ứng
suất biến dạng được thể hiện bằng mức độ biến dạng dư  p . Ứng suất làm cho vật
liuệ bất đầu chả là ứng suất gây nên một lượng biến dạng dư bằng 0.2% ký kiệu là
Rp0.2 đối với những vật liuệ có đường cong ứng suất – biến dạng khơng có vùng
chảy rõ rệt, cịn đối với những vật liệu có đường cong ứng suất - biến dạng có vùng
chảy rõ rệt thì việc xác định Rp0,2 là dễ dàng.
Trong tất cả các phương pháp GCAL thì quá trình biến dạng thực hiện trong vùng
đàn hồi – dẻo. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là quan hệ phi tuyến, Kèm
theo biến dnag5 dẻo bao giờ cũng có biến dạng đàn hồi. Nói chung, biến dạng đàn
hồi sao với biến dạng dẻo được thực hiện trong các phương pháp GCAL là không
đáng kể có thể bỏ qua, song trong một số trường hợp nhất thiết phải để ú đến ảnh
hưởng của nó (ví dụ biến dạng đàn hồi khi uốn).
Ứng suất ứng với lực kéo lớn nhật trong thí nghiệm kéo là giới hạn bền kéo:

Rm 

Fmax
A0

Kể từ khi đặt tải cho đến khi lực kéo đạt giá trị lớn nhất, mẫu bị kéo dài ra nhưng
tiết diện của mẫu như giảm đồng đều trên suốt chiều dài của mẫu, giai đoạn này gọi
là giai đoạn dãn đồng đều. Qua giai đoạn dãn đồng đều mẫu bị co thắt cục bộ và do
vậy lực kéo giảm đi, theo đó ứng suất  

F
cũng giảm.
A0

Trong vùng dẻo, do mẫu bị kéo dài ra nên tiết diện tức thời A của mẫu tại bất cứ
thời điểm nào của qua trình kéo cũng nhỏ hơn tiết diện ban đầu A0, vì thế ứng suất
thực tế tồn tại trong mẫu  
'

F
F
luôn luôn lớn hơn ứng suất danh nghĩa  
và
A
A0

bởi vậy đường cong ứng suất – biến dạng  '  f ' ( ) luôn luôn nằm trên đường

18

Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

cong   f ( ) . Trong giai đoạn dãn đồng đều ở thí nghiệm kéo thì trong mẫu tồn
tại trạng thái ứng suất đơn và ở giai đoạn này ứng suất thực  
'

F
chính là ứng
A

suất chảy kf (phân biệt với giới hạn chảy Rp).
Như vậy, đường cong ứng suất – biến dạng là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc
của ứng suất chảy vào mức độ biến dạng. Mức độ biến dạng càng lớn thì ứng suất
cần thiết để duy trì biến dạng càng tăng (ứng suất  ' tăng cho đến khi mẫu bị phá
hủy). Ta nói vật liệu bị hóa bền. Đây là một đặc điểm hết sức quan trọng của vật
liệu kim loại mà bất cứ quá trình biến dạng nào cũng phải chú ý đến.
Trong thí nghiệm kéo, kể từ khi mẫu ban đầu co thắt cục bộ thì trạng thái ứng suất
trong mẫu đã chuyển từ trạng thái ứng suất đơn sang trạng thái ứng suất khối và bởi
vậy đường cong ứng suất – biến dạng trong giai đoạn này cũng mất đi ý nghĩa thực
tiễn của nó.
Phân loại các phương pháp biến dạng

2.1.2

Trên thực tế có tới hang mấy tram phương pháp biến dạng khác nhau và trong mỗi
phương pháp đồng thời xuất hiện nhiều trạng thái ứng suất khác nhau, chúng biến
đổi trong quá trình biến dạng. Bởi vậy chỉ có thể căn cứ vào những ứng suất có tác
dụng chủ yếu đối với q trình biến dạng. Bởi vậy chỉ có thể căn cứ vào những ứng

suất có tác dụng chủ yếu đối với q trình biến dạng, lấy đó làm tiêu chuẩn để phân
loại các phương pháp biến dạng. Dựa trên quan điểm này có thể phân chia các
phương pháp biến dạng thành 5 nhóm lớn sau đây:
-

Biến dạng nén: Trạng tháo dẻo trong vật thể biến dạng chủ yếu gây nên bởi
ứng suất nén một hoặc hai chiều. Thuộc nhóm này có các phương pháp
cán, rèn tự do, rèn khuôn, ép chảy,…

-

Biến dạng kéo-nén: Trạng thái dẻo trong vật thể biến dạng chủ yếu được
gây ra bởi ứng ứng suất kéo và nén. Thuộc nhóm này có các phương pháp
kéo, dập vuốt, uốn vành, miết,…

-

Biến dạng kéo: Trạng thái dẻo trong vật thể biến dạng chủ yếu được gây ra
bởi ứng suất kéo một hoặc nhiều chiều. Thuộc nhóm này có các phương
pháp kéo dãn, dập phình, dập định hình,…

19


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

-

Biến dạng uốn: Trạng thái dẻo trong vật thể biến dạng chủ yếu được gây ra
bởi trọng tải uốn. Thuộc nhóm này có các phươnh pháp uốn với dụng cụ

chuyển độn thẳng hoặc chuyển động quay.

-

Biến dạng cắt: Trạng thái dẻo trong vật thể biến dạng chủ yếu được gây ra
bởi tải trọng cắt. Thuộc nhóm này có các phương pháp trượt, xoắn.

Ngồi ra người ta cịn phân chia các phương pháp biế dạng thành:
-

Biến dạng nóng;

-

Biến dạng nguội;

-

Biến dạng nửa nóng.

Căn cứ vào dạng sản phẩm người ta còn chia thành các phương pháp biến dạng khối
và biến dạng tấm. Một cách phân loại nữa là chia thành các q trình biến dạng ổn
định và khơng ổn định tùy theo trường tốc độ biến dạng ở trong vùng biến dạng có
biến đổi theo thời gian hay không.
Những vấn đề cần xem xét khi nghiên cứu quá trình biến dạng

2.1.3

Tuy có nhiều phương pháp biến dạng khác nhau nhưng bất cứ quá trình biến dạng
nào cũng cần xem xét 6 khu vực sau đây:

-

Khu vực 1 là vùng biến dạng. Ở đây nghiên cứu ứng xử của vật liệu trong
trạng thái dẻo, xác định ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng, dòng chảy
kim loại, sự phân bố nhiệt độ, các quá trình tế vi xảy ra trong vật liệu biến
dạng (chuyển động của lệch, hồi phục, kết tinh lại, chuyển biến pha,
khuếch tán,…);

-

Khu vực 2 bao gồm những vấn đề thuộc về vật liệu phôi trước khi biến
dạng, ví dụ thành phần hóa học, cấu trúc tinh thể, tổ chức, các tính chất cơ
học, chất lượng bề mặt phơi… Những vấn đề này có ảnh hưởng rất lớn đến
ứng xử của vật liệu trong vùng biến dạng và tính chất của sản phẩm;

-

Khu vực 3 bao gồm những vấn đề về tính chất của sản phẩm sau khi biến
dạng, ví dụ tổ chức và các tính chất cơ học, , chất lượng bề mặt và độ chính
xác của sản phẩm. Những vấn đề này sẽ quyết định chất lượng sản phẩm
khi sử dụng;

20


Phân tích sự mất ổn định dầm hộp thép trong q trình thi cơng

-

Khu vực 4 là vùng ranh giới giữa vật thể biến dạng và dụng cụ biến dạng

bởi vậy những vấn đề cần giải quyết là ma sát bơi trơn, mài mịn trong đó
cặp vật liệu phơi và dụng cụ đóng vai trị nhất định;

-

Khu vực 5 để thực hiện một q trình biến dạng khơng thể khơng có dụng
cụ biến dạng, bởi vậy những vấn đề về kết cấu, vật liệu, chất lượng gia
cơng và độ chính xác của dụng cụ là những vấn đề được đặt ra ở đây bởi lẽ
ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, tuổi thọ của dụng cụ, chất
lượng bề mặt và độ chính xác của sản phẩm,…

-

Khu vực 6 là khu vực có thể xảy ra những phản ứng bề mặt giữa vật thể
biến dạng và môi trường xung quanh, ví dụ oxy hóa tạo thành vẩy oxit
trong biến dạng nóng, xâm nhập của chất khí biến dạng những kim loại đặc
biệt,… Những phản ứng này đều gây ra ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề
mặt cũng như tính chất của khu vực 3;
Quan hệ ứng suất – biến dạng trong biến dạng dẻo

2.2

Dựa vào những kết quả đã được xác định bằng thực nghiệm người ta đã rút ra mối
quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong biến dạng dẻo. Điều đó dựa trên những
tiên đề sau đây (trong điều kiện tải trọng giản đơn):
-

Phương của biến dạng dài chính ln trùng với phương của ứng suất chính.

-

Vịng trịn Mohr biến dạng (vẽ trên hệ trục ε và γ) đồng dạng với vòng tròn
Mohr ứng suất (vẽ trên hệ trục σ và τ).

Ngồi ra cịn phải thỏa mãn điều kiện thể tích khơng đổi:

1   2   3   x   y   z  0
Qúa trình đặt tải lên vật thể được coi là giản đơn nếu ngoại lực ngay từ đầu tăng lên
theo tỷ lệ với một thông số chung. Ta hãy vẽ vòng tròn Mohr ứng suất và vòng tròn
Mohr biến dạng dối với một điểm bất kỳ nằm trong trạng thái ứng suất.
Cần chú ý rằng đối với vịng trịn Mohr ứng suất thì tùy thuộc vào dấu của ứng suất
pháp σ mà trục τ có thể nằm bên phải hoặc nằm bên trái hoặc cắt các vòng tròn.
Ngược lại trục γ đối với vòng tròn Mohr biến dạng thì phải ln ln cắt các vịng
trịng bởi vì các biến dạng dài khơng thể có cùng dấu, chúng phải thảo mãn điều

21