Nghiên cứu sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cột công trình cầu

Nghiên cứu sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cột công trình cầu

1. Lý do chọn đề tài

Việc tính toán, phân tích ứng suất cục bộ tại các vị trí phức tạp như: kết cấu trụ cột, kết cấu mố trụ công trình cầu… Luôn luôn là bài toán phức tạp và khó khăn, đối với các kỹ sư thiết kế kết cấu Cầu. Đã có nhiều nghiên cứu và thực tế chỉ ra rằng tại vị trí trụ cột thường xuất hiện nhiều vết nứt và hư hỏng khác. Những hư hỏng này làm giảm sự làm việc an toàn, ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác cũng như tuổi thọ của công trình.

Để giúp cho các kỹ sư thiết kế có cái nhìn sâu sắc hơn, giải quyết triệt để các vấn đề về sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cột công trình cầu nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cột công trình cầu” là cần thiết.

2. Đối tượng nghiên cứu

Kết cấu trụ cột Công trình cầu

Ứng suất cục bộ hay ứng suất tập trung trong trụ cầu

3. Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ứng suất tập trung tại những nơi thay đổi hình dáng kích thước đột ngột của kết cấu trụ cột công trình cầu và đưa ra các khuyến nghị.

4. Đối tượng khảo sát

– Trụ cột trong công trình cầu.

– Ứng suất tập trung

5. Mục tiêu nghiên cứu

a. Mục tiêu tổng quát:

Nghiên cứu sự làm việc cục bộ của kết cấu Trụ cột cầu, từ đó đưa ra các giải pháp hạn chế sự làm việc bất lợi của kết cấu.

Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.

b. Mục tiêu cụ thể:

Ứng dụng phần mềm Midas civil để phân tích ứng xử của trụ cầu:

Phân tích các ứng suất tập trung tại những nơi thay đổi về mặt cắt, hoặc vật liệu của trụ cầu.

Đề xuất quan hệ các bổ sung cho thiết kế tổng thể trụ cầu.

6. Phương pháp nghiên cứu

Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài. Các thông số về các bộ phận của Cầu

Dùng phần mềm phần tử hữu hạn.

Sử dụng các phương pháp lý thuyết tính toán để đánh giá các kết quả phân tích.

7. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài

Xác định được sự làm việc cục bộ của kết cấu trụ cầu.

Sớm đưa ra các cảnh báo để phòng ngừa những rủi ro ngoài ý muốn.

Đề xuất được các giải pháp hạn chế các ứng suất tập trung trong kết cấu trụ cầu.

8. Dự kiến nội dung của luận văn.

Nội dung đề tài nghiên cứu gồm phần mở đầu và 3 chương.

Phần mở đầu

– Lý do chọn đề tài (Sự cần thiết phải nghiên cứu).

– Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

+ Mục đích nghiên cứu.

+ Đối tượng nghiên cứu.

+ Phạm vi nghiên cứu.

– Phương pháp nghiên cứu.

Bố cục luận văn:

Phần mở đầu: Giới thiệu chung

1.1. Đặt vấn đề nghiên cứu

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

1.3. Những vấn đề cần giải quyết

1.4. Nhiệm vụ

1.5. Hướng nghiên cứu của đề tài

Chương 1: Tổng quan về sự làm việc của trụ cầu và các sự cố liên quan

1.1 Giới thiệu về sự làm việc của trụ cầu

1.2 Các hư hỏng và sự cố liên quan đến trụ cầu

1.3 Tình hình nghiên cứu phân tích cục bộ

1.4 Tầm quan trọng của phân tích cục bộ trụ cầu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của phân tích cục bộ cầu

2.1 Giới thiệu lý thuyết về mô hình hóa phân tích cục bộ

2.2 Cơ sở xây dựng mô hình

2.3 Mô hình hóa và phân tích cục bộ theo phương pháp phần tử hữu hạn

2.4 Cơ sở phân tích bằng phần tử hữu hạn

Chương 3: Phân tích ứng xử cục bộ của kết cấu trụ cầu

3.1 Mô hình hóa

3.2 Phân tích sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cầu

3.3 Đưa ra các khuyến nghị

Kết luận và kiến nghị

Kết luận

Kiến nghị

Hướng phát triển của đề tài

Nghiên cứu sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cột công trình cầu

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA TRỤ CẦU VÀ

CÁC SỰ CỐ LIÊN QUAN

1.1. Giới thiệu về sự làm việc của trụ cầu

1.1.1. Giới thiệu chung

Bộ phận giữa hai mố cầu để cho kết cấu nhịp tựa lên gọi là trụ cầu. Do nhiều yêu cầu về kinh tế kĩ thuật chiều dài kết cấu nhịp không thể quá dài. Để vượt được khoảng cách lớn yêu cầu phải có cọc chống đỡ trung gian đó là trụ cầu. Trụ cầu truyền tải từ kết cấu nhịp xuống móng công trình.

1.1.2. Phân loại trụ cầu

Trụ cầu được xây dựng trong phạm vi dòng chảy nên tiết diện ngang có dạng hợp lý về thủy động học để thoát nước tốt. Bên ngoài trụ có lớp vỏ đặt biệt để chống xâm thực. Hình dạng trụ trong cầu vượt và cầu cạn phải đảm bảo mỹ quan và không cản trở sự đi lại dưới cầu.

– Theo sơ đồ tĩnh học

– Theo độ cứng dọc cầu

– Theo vật liệu

– Theo phương pháp xây dựng

1.2. Các hư hỏng và sự cố liên quan đến trụ cầu

1.2.1. Các Hư hỏng do nứt

Hư hỏng do nứt thường xuất hiện trên bề mặt của kết cấu trụ. Dựa trên các biểu hiện bề ngoài có thể xác định nguyên nhân xuất hiện và phát triển của nó

1.2.2. Hư hỏng do một số nguyên nhân khác

– Do mưa lũ, thiên tai

– Do động đất, sạt lở

– Do ăn mòn, xâm thực

– Do va chạm

1.2.3. Hư hỏng do sai sót trong quá trình thiết kế

Khi tính toán thiết kế các đơn vị tư vấn chưa dự báo hết được sự phát triển của ứng suất, tải trọng trong quá trình thi công và khai thác

1.2.4. Hư hỏng do sai sót trong quá trình thi công

1.2.5. Hư hỏng trong quá trình sử dụng

1.3. Tình hình nghiên cứu phân tích cục bộ

Trước đây, rất nhiều các nhà khoa học và chuyên gia đã nghiên cứu về sự làm việc cục bộ tại khu vực dầm trên đỉnh trụ, tại vì trong quá trình thiết kế và khai thác công trình, tại các khu vực này xuất hiện nhiều vết nứt và các hư hỏng khác. Những hư hỏng này làm giảm sự làm việc an toàn và hiệu quả khai thác của công trình. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, cùng với việc áp dụng các kết cấu dầm bản với chiều cao kiến trúc nhỏ, xuất hiện một số hư hỏng. Do vậy, cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất cục bộ, gây ra bởi phản lực của trụ cầu.

1.4. Tầm quan trọng của phân tích cục bộ trụ cầu

Việc tính toán, phân tích ứng suất cục bộ tại các vị trí phức tạp như kết cấu trụ cột, kết cấu mố trụ công trình cầu… Luôn luôn là bài toán phức tạp và khó khăn, đối với các kỹ sư thiết kế kết cấu Cầu. Đã có nhiều nghiên cứu và thực tế chỉ ra rằng tại vị trí trụ cột thường xuất hiện nhiều vết nứt và hư hỏng khác. Những hư hỏng này làm giảm sự làm việc an toàn, ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác cũng như tuổi thọ của công trình.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

2.1. Giới thiệu lý thuyết về mô hình hóa phân tích cục bộ

Mô hình là một sự mô tả khái quát một đối tượng. Mô hình được xây dựng nhằm mục đích nghiên cứu sự làm việc của đối tượng trước khi xây dựng hoặc sửa đổi đối tượng đó. Về bản chất, mô hình là một cách thể hiện đã được đơn giản hóa của đối tượng thực. Sự đơn giản hóa ở đây là rất cần thiết bởi vì đối tượng thực thường rất phức tạp hay quá lớn và nhiều phần trong sự phức hợp đó là không quan trọng đối với vấn đề đang được xem xét. Ý nghĩa của mô hình là mô hình cung cấp một công cụ để xây dựng và biểu đạt đó là rất khó đạt được trong thế giới thực vì chúng thường mâu thuẫn với nhau. Cùng một đối tượng có thể có nhiều mô hình khác nhau tùy thuộc vào mục tiêu và phương pháp xem xét. Việc đơn giản hóa khi xây dựng mô hình thường được dựa trên các giả thiết nhất định. Các giả thiết được đưa ra để loại bỏ các ảnh hưởng không cần thiết đến vấn đề đang được xem xét hoặc giản đơn hóa các quan hệ đến mức có thể xử lý được bằng các công cụ sẵn có

2.2. Cơ sở xây dựng mô hình

Mô hình hóa và phân tích kết cấu đều dựa trên các cơ sở lý thuyết của cơ học môi trường liên tục cũng như các lý thuyết và phương pháp tính được phát triển dựa trên đó, như phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên, v.v. Các nguyên tắc chính ở đây là sự cân bằng về lực, liên tục (tương thích) về chuyển vị hay biến dạng và đặc trưng cơ học của vật liệu thể hiện qua quan hệ giữa ứng suất và biến dạng. Cả ba nguyên tắc này đều được áp dụng nhất quán bất kể sự phức tạp của kết cấu. Sự cân bằng ở đây là sự cân bằng tĩnh học giữa nội lực và ngoại lực ở toàn bộ kết cấu cũng như ở các bộ phận kết cấu bất kỳ. Sự tương thích hay liên tục về biến dạng phản ánh điều kiện liên tục về biến dạng và chuyển vị trong toàn bộ kết cấu. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng phản ánh tính chất cơ học của vật liệu. Các tính chất cơ học của vật liệu có thể thay đổi phụ thuộc vào trạng thái ứng suất-biến dạng cụ thể.

Cơ sở xây dựng mô hình là dựa vào đặc điểm làm việc của vật liệu, kết cấu và sự tương thích của các phần mềm phân tích theo phương pháp PTHH hiện nay.

Khi mô hình và phân tích trụ cột công trình trong giai đoạn thi công dựa theo phương pháp mô hình hóa ngược và được bắt đầu bằng trạng thái hoàn thành cầu. Các bước chính để thực hiện như sau:

Xác định các giai đoạn thi công cùng các thông số kết cấu, điều kiện biên và tải trọng tương ứng.
Mô hình hóa các giai đoạn thi công tương ứng theo trình tự ngược.
Thực hiện phân tích và xử lý kết quả.

2.3. Mô hình hóa và phân tích cục bộ theo phương pháp phần tử hữu hạn

2.3.1. Quá trình mô hình hóa kết cấu cục bộ

Quá trình mô hình hóa kết cấu cục bộ phục vụ việc phân tích ứng suất tập trung có thể được thực hiện như sau:

• Nghiên cứu kỹ cấu tạo của cấu kiện về đặc tính vật liệu, mối nối hay liên kết, đặc điểm và sự phân bố tải trọng.

• Dự đoán trạng thái ứng suất cục bộ (trạng thái ứng suất phẳng, không gian).

• Lựa chọn mô hình phần tử hữu hạn thích hợp để mô hình hóa các phàn của kết cấu cục bộ.

• Xác định sơ bộ kích thước vùng cục bộ.

• Xây dựng mô hình và tính toán kết cấu tổng thể có chứa bộ phận kết cấu cần phân tích cục bộ. Xác định nội lực và chuyển vị tại các mặt cắt biên của khu vực cần phân tích ứng suất cục bộ.

• Xây dựng mô hình kết cấu cục bộ.

• Đưa các điều kiện biên, bao gồm lực và chuyển vị có từ phân tích tổng thể, vào kết cấu cục bộ.

• Thực hiện tính toán và hiệu chỉnh lại mô hình lưới phần tử hữu hạn trên cơ sở phân tích kết quả tính toán.

2.3.2. Một số loại phần tử hữu hạn hay được sử dụng để mô hình hóa kết cấu cục bộ

2.3.2.1. Phần tử thanh

2.3.2.2. Phần tử phẳng

2.3.2.3. Phần tử tấm, vỏ

2.3.2.4. Phần tử khối

2.3.2.5. Phần tử liên kết

2.3.3. Một số chỉ dẫn về việc xây dựng mô hình phân tích

Khi phân tích ứng suất cục bộ, cần phải chú ý đến đặc điểm phá hoại của từng loại vật liệu. Ví dụ, vật liệu thép thường phá hoại dẻo trong đó vật liệu bê tông thường phá hoại giòn. Như vậy, các ứng suất tương ứng cần xem xét kỹ là các ứng suất tiếp lớn nhất và ứng suất pháp cực trị.

Phương pháp phân tích hay được áp dụng trong ứng suất cục bộ là phân tích đàn hồi. Trong hầu hết các trường hợp, nếu kết cấu đảm bảo khả năng chịu lực theo phân tích đàn hồi thì cũng sẽ đảm bảo khả năng chịu lực trong các trạng thái khác, như dẻo hay nứt chẳng hạn.

2.4. Cơ sở phân tích bằng phần tử hữu hạn

Cơ sở của phương pháp này là làm rời rạc hóa miền xác định của bài toán, bằng cách chia nó thành nhiều miền con (phần tử). Các phần tử này được liên kết với nhau tại các điểm nút chung. Trong phạm vi của mỗi phần tử nghiệm được chọn là một hàm số nào đó được xác định thông qua các giá trị chưa biết tại các điểm nút của phần tử gọi là hàm xấp xỉ thoả mãn điều kiện cân bằng của phần tử. Tập tất cả các phần tử có chú ý đến điều kiện liên tục của sự biến dạng và chuyển vị tại các điểm nút liên kết giữa các phần tử. Kết quả dẫn đến một hệ phương trình đại số tuyến tính mà ẩn số chính là các giá trị của hàm xấp xỉ tại các điểm nút. giải hệ phương trình này sẽ tìm được các giá trị của hàm xấp xỉ tại các điểm nút của mỗi phần tử, nhờ đó hàm xấp xỉ hoàn toàn được xác định trên mỗi một phần tử.

Bước 1: Rời rạc hóa kết cấu:

Bước 2: Chọn một hàm nội suy hay một mô hình chuyển vị thích hợp.

Bước 3: Tập hợp các phương trình phần tử để được hệ phương trình cần bằng tổng thể cho hệ:

Bước 4: Dựa vào bài toán các điều kiện biên:

Bước 5: Tính toán ứng suất và biến mode của phần tử

CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỤC BỘ CỦAKẾT CẤU TRỤ CẦU

3.1. Mô hình hóa kết cấu

3.1.1. Giới thiệu về các thông số mô hình trụ cột công trình cầu

3.1.1.1. Các thông số và tính toán dùng trong mô hình

Trụ cột được dùng làm mô hình là trụ toàn khối thân cột cấu tạo bằng BTCT, thân trụ theo phương ngang cầu gồm 2 cột tròn đặc, được thiết kế với đường kính 1,6m, và chiều cao trụ là 6,0m (từ đáy xà mũ đến đỉnh bể trụ). Bệ trụ được cấu tạo hình chữ nhật đơn giản với chiều rộng bệ là 7,0m, chiều dài bệ trụ 16,0m, chiều cao bệ trụ 2,0m.Xà mũ nằm trên 2 trụ với kích thước chiều dài xà mũ theo phương dọc cầu 16,0m, chiều rộng xà mũ theo phương ngang cầu 2,0m, chiều cao xà mã thay đổi từ 1,5m ÷ 2,5m. Kích thước và cấu tạo trụ được xem ở Hình 3.1 và Hình 3.2.

Kích thước và cấu tạo trụ mô hình

Mặt cắt ngang cầu mô hình

Hệ dầm gồm 8 dầm chữ I cao H=1.8m

Chiều dài toàn dầm : L_nhịp = 36m.

Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a = 0.3 m.

Khẩu độ tính toán : L = L_nhịp– 2a = 36 – 2×0.3 = 35.4 m.

Tải trọng thiết kế : + Hoạt tải HL 93

+ Tải trọng ngưới đi : 3.0 kN/m²

Khổ cầu : B₁ = 16 – 2×1.0m – 2×0.5(lan can) – 2×0.25 = 12.5m

Dạng kết cấu nhịp : Cầu dầm nhịp giản đơn.

Dạng mặt cắt : Chữ I.

Vật liệu kết cấu : Bêtông cốt thép dự ứng lực.

Công nghệ chế tạo : Căng sau.

Cấp bêtông dầm chủ : = 45 Mpa.

Tỷ trọng bêtông : = 2500 kg/m³.

Loại cốt thép ứng suất trước : Tao thép 7 sợi xoắn đường kính : D_ps = 15.2mm.

Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : = 1860 Mpa.

Thép thường : G60 có = 620 Mpa, =400 Mpa.

Quy trình thiết kế : 22TCN 272 – 05.

*Đối với dầm biên:

Bảng tổ hợp nội lực xét tại mặt cắt xà mũ.

Tải trọng	Kí hiệu	N_x(kN)
Phản lực gối do tĩnh tải kết cấu trên	DC_kcn	1470.97
Phản lực gối do hoạt tải+ TTL	LL_biên	1601.628
Phản lực gối do tải trọng người	PL_biên	117.78
Phản lực gối do tải trọng lớp phủ	DW_biên	253.89
Đá kê gối	DC_{Đá kê}	5.76
Trọng lượng bản thân	DC_xm	141.48
Tổng áp lực từ dầm biên truyền xuống		*3591.508*	KN

*Đối với dầm trong:

Kết quả được thể hiện ở bảng dưới:

*Bảng tổ hợp nội lực xét tại mặt cắt xà mũ.*
Tải trọng	Kí hiệu	N_x(kN)
Phản lực gối do tĩnh tải kết cấu trên	DC_kcn	1470.97
Phản lực gối do hoạt tải+ TTL	LL_trong	1405.85
Phản lực gối do tải trọng người	PL_trong	13.8
Phản lực gối do tải trọng lớp phủ	DW	253.89
Đá kê gối	DC_{Đá kê}	5.76
Trọng lượng bản thân	DC_xm	141.48
Tổng áp lực từ dầm trong truyền xuống		*3291.75*	KN

3.1.4 Mô hình hóa trên Midas Civil:

Thông qua các tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm MiDAS/Cilvil 2011, mô hình mố trụ được tiến hành theo các bước sau:

Bước 1: Khai báo đơn vị

Bước 2: Khai báo đặc trưng vật liệu

Bước 3: Khai báo đặc trưng mặt cắt ngang của từng cấu kiện

Bước 4: Xây dựng mô hình nút và phần tử

Bước 5: Khai báo điều kiện biên

Bước 6: Khai báo tải trọng

Bước 7: Phân tích kết quả và nhận xét

3.1.5. Các trạng thái nghiên cứu

Phạm vi của đề tài này chỉ nghiên cứu ứng xử của trụ cầu khi chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng và các vị trí khác nhau ở trụ cầu. Việc mô hình hóa sẽ được tiến hành bằng việc mô hình hoàn thiện và sau đó gán tải trọng vào để xem xét ứng xử của mô hình.

3.2. Phân tích sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cầu

3.2.1. Phân tích sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cầu khi chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng

Như vậy, trụ cầu sẽ mô hình hóa ở trạng thái chịu tác dụng lực theo phương thẳng đứng và xem xét ứng xử của trụ tại các vị trí khác nhau trên trụ.

3.2.2 Phân tích sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cầu theo Max-shear

Biểu đồ sự phân bố ứng suất tại trụ xét ở TH Max-shear

Ta nhận thấy rằng khi trụ chịu tác động của tải trọng thì ứng suất tập trung tại vị trí màu đỏ là lớn nhất, tại vị trí này sẽ có lực cắt lớn nhất lên tới 11.416kN/m2, và giảm dần tại các vị trí như bệ trụ được thể hiện bằng màu xanh như trên biểu đồ.

3.2.2.1 Phân tích sự làm việc cục bộ tại một số vị trí trên trụ cầu Max-shear

* TH1: Xét tại vị trí tiếp giáp với bệ trụ

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất tại vị trí này đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt 9.441,610kN/m2 <11.416 kN/m2, nhưng ứng suất nhỏ nhất tại vị trí này lại lớn hơn so với khi ta xét toàn bộ trụ, cụ thể lúc này lực cắt nhỏ nhất có giá trị lên tới 3.890,3 kN/m2 >7,730 kN/m2.

* TH2: Xét tại vị trí cách bệ trụ 2m

Khi xét tại vị trí này ta nhận thấy rằng ứng suất lớn nhất tại đây đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ và nhỏ hơn so với vị trí ta xét ở TH1 cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt 7.702,22 kN/m2 <TH1 (9.441,61 kN/m2 ) <11.416 kN/m2, nhưng ứng suất nhỏ nhất tại vị trí này lại lớn hơn so với khi ta xét toàn bộ trụ và TH1, cụ thể lúc này lực cắt nhỏ nhất có giá trị lên tới TH2(7.055,08 kN/m2) > TH1(3.890,3 kN/m2) >7,73 kN/m2.

* TH3: Xét tại vị trí cách bệ trụ 4m

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất tại vị trí này giảm so với khi ta xét toàn bộ trụ và ở TH1, nhưng lại tăng lên so với khi ta xét ở TH2 cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất đạt 8.625,47kN/m2, TH2(7.702,22kN/m2) <TH3(8.625,47kN/m2) < TH1(9.441,61kN/m2) < 11.416kN/m2, nhưng ứng suất nhỏ nhất tại vị trí này lại lớn hơn so với khi ta xét toàn bộ trụ và ở TH1, nhưng lại nhỏ hơn ở TH2 cụ thể lúc này lực cắt nhỏ nhất có giá trị TH2(7.055,08kN/m2) > TH3(5.969,41kN/m2)> TH1(3.890,30kN/m2) > 7,73kN/m2.

* TH4: Xét tại vị trí tiếp giáp với xà mũ

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất tại vị trí này bằng với khi ta xét toàn bộ trụ, cụ thể tại vị trí này lực cắt lớn nhất đạt 11.416kN/m2, nhưng ứng suất nhỏ nhất tại vị trí này lại lớn hơn so với khi ta xét toàn bộ trụ, nhưng lại nhỏ hơn ở các TH1, TH2, TH3 cụ thể lúc này lực cắt nhỏ nhất có giá trị TH2(7.055,08kN/m2) > TH3(5.969,41kN/m2) >TH1(3.890,30kN/m2) > TH4(3.693,56 kN/m2) > 7,73 kN/m2.

3.2.2.2 So sánh sự làm việc cục bộ tại các vị trí khác nhau ở trụ cột cầu Max-shear

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi ƯS, ứng với 4 vị trí xét trên trụ cột

3.2.2. Phân tích sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương X

Biểu đồ phân bố ứng suất tại trụ xét theo phương X

Ta nhận thấy rằng tại vị trí tập trung trụ (phía thớt trên của trụ) ứng với màu xanh trên biểu đồ thì ứng suất kéo là lớn nhất lên đến 5.531,94 kN/m2. Tại vị trí dưới nách trụ ứng với màu đỏ trên biểu đồ thì xuất hiện ứng suất nén là lớn nhất lên đến 6.096,48kN/m2 và giảm dần theo các vị trí cách xa trụ.

3.2.3.1 Phân tích sự làm việc cục bộ tại một số vị trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương X

* TH1: Xét tại vị trí tiếp giáp với bệ trụ

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất tại vị trí này đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ cụ thể, tại vị trí này ứng suất cắt lớn nhất chỉ đạt 393,252kN/m2 < 5.531,94kN/m2, và ứng suất nén lúc này chỉ có giá trị 2.530,01kN/m2< 6.096,48 kN/m2.

* TH2: Xét tại vị trí cách bệ trụ 2m

Khi xét tại vị trí này ta nhận thấy rằng ứng suất lớn nhất tại đây đã giảm nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ và nhỏ hơn so với vị trí ta xét ở TH1 cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt TH2(32,499 kN/m2) < TH1(393,252kN/m2) < 5.531,94kN/m2 và ứng suất nén lúc này chỉ có giá trị TH2(13,405 kN/m2) < TH1(2.530,01 kN/m2) < 6.096,48 kN/m2.

* TH3: Xét tại vị trí cách bệ trụ 4m

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất tại vị trí này giảm rất nhiều so với khi ta xét toàn bộ trụ và với TH1, nhưng lại tăng lên so với khi ta xét ở TH2 cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất đạt TH2(32,499 kN/m2) < TH3(54,454kN/m2) < TH1(393,252 kN/m2) < 5.531,94 kN/m2 và ứng suất nén lúc này chỉ có giá trị TH2(13,405 kN/m2) < TH3(20,77 kN/m2) < TH1(2.530,01 kN/m2) < 6.096,48 kN/m2.

* TH4: Xét tại vị trí tiếp giáp với xà mũ

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì ứng suất lớn nhất tại vị trí này giảm so với khi ta xét toàn bộ trụ, nhưng lại tăng lên so với các trường hợp khác ta đã xét cụ thể, tại vị trí này lực cắt lớn nhất đạt TH2(32,499 kN/m2) <TH3(54,454 kN/m2) < TH1(393,252 kN/m2) < TH4(820,230 kN/m2) < 5.531,940 kN/m2 nhưng ứng suất nén lúc này lại lớn hơn tất cả các TH đã xét và bằng ưng suất tổng với giá trị bằng 6.096,480 kN/m2.

3.2.3.2 So sánh sự làm việc cục bộ tại một số vị trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương X

Biểu đồ ƯS pháp theo phương X, ứng với 4 vị trí xét trên trụ cột

3.2.3. Phân tích sự làm việc cục bộ kết cấu trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương Z

Biểu đồ thể hiện sự phân bố ứng suất tại trụ xét theo phương Z

Ta nhận thấy rằng tại vị trí giữa các gối (phía thớt trên của trụ) ứng với màu xanh trên biểu đồ thì ứng suất kéo là lớn nhất lên đến 1.797,22kN/m2. Tại vị trí dưới trụ ứng với màu đỏ trên biểu đồ thì xuất hiện ứng suất nén là lớn nhất lên đến 11.160,80 kN/m2và giảm dần theo các vị trí cách xa trụ.

3.2.3.1 Phân tích sự làm việc cục bộ tại một số vị trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương Z

* TH1: Xét tại vị trí tiếp giáp với bệ trụ

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì không thấy xuất hiện ứng suất kéo mà chỉ xuất hiện ứng suất nén, tại vị trí này ứng suất nén nhỏ nhất đạt 5211,25kN/m2, và ứng suất nén lớn nhất lúc này nhỏ hơn ứng suất nén khi ta xét toàn bộ trụ, có giá trị như sau 9426,23kN/m2 < 11160,80kN/m2.

* TH2: Xét tại vị trí cách bệ trụ 2m

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì không thấy xuất hiện ứng suất kéo mà chỉ xuất hiện ứng suất nén và tăng hơn so với khi ta xét ở TH1, có giá trị như sau 7065,37 kN/m2> TH1(5211,25 kN/m2), và ứng suất nén lớn nhất lúc này nhỏ hơn ứng suất nén khi ta xét toàn bộ trụ nhưng lớn hơn ứng suất nén khi ta xét ở TH1, có giá trị như sau TH2(7711,62 kN/m2) < TH1(9426,23 kN/m2) < 11160,80 kN/m2.

* TH3: Xét tại vị trí cách bệ trụ 4m

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này thì không thấy xuất hiện ứng suất kéo mà chỉ xuất hiện ứng suất nén và có tăng ít hơn so với khi ta xét ở TH1 nhưng lại giảm so với khi ta xét ở TH2, có giá trị như sau TH2(7065,37kN/m2)> TH3(5946,89 kN/m2) > TH1(5211,25 kN/m2), và ứng suất nén lớn nhất lúc này nhỏ hơn ứng suất nén khi ta xét toàn bộ trụ, và xét ở TH1 nhưng lớn hơn ứng suất nén khi ta xét ở TH2, có giá trị như sau TH2(7711,62 kN/m2)< TH3(8597,52 kN/m2) < TH1(9426,23 kN/m2) < 11160,80 kN/m2.

* TH4: Xét tại vị trí tiếp giáp với xà mũ

Ta nhận thấy rằng khi xét tại vị trí này xuất hiện ứng suất nén giảm so với khi ta xét ở các TH khác cụ thể có giá trị như sau TH2(7065,37 kN/m2)> TH3(5946,89 kN/m2) > TH1(5211,25 kN/m2)> TH4(4753,11 kN/m2), và ứng suất nén lớn nhất lúc này bằng ứng suất nén khi ta xét toàn bộ trụ, nhưng lớn hơn ứng suất nén khi ta xét ở các TH khác, có giá trị như sau TH2(7711,62 kN/m2)< TH3(8597,52 kN/m2) < TH1(9426,23 kN/m2) < TH4(11160,80 kN/m2).

3.2.3.2 So sánh sự làm việc cục bộ tại một số vị trí trên trụ cầu theo ứng suất pháp theo phương Z

Biểu đồ ƯS pháp theo phương Z, ứng với 4 vị trí xét trên trụ cột

3.2.4. Phân tích chuyển vị của trụ cột công trình cầu theo các phương khi chịu tải trọng theo phương thẳng đứng

Chuyển vị của trụ cột khi chịu tác dụng của tải trọng

Dựa vào biểu đồ ta nhận thấy rằng khi chịu tác dụng của tải trọng thì kết cấu trụ cột chuyển vị lớn nhất ở vùng 2 biên của xà mũ có giá trị 4,7mm và giảm dần về phía trụ, rồi xuống bệ trụ có giá trị bằng không

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận:

Qua phân tích và thảo luận ở chương 3, luận văn đi đến một số kết luận cụ thể như sau:

Phân tích cục bộ cho chỉ rõ các vị trí làm việc bất lợi của kết cấu trụ cột công trình cầu. Rõ ràng ứng suất cục bộ là một vấn đề cần được chú ý cao trong quá trình thiết kế và xây dựng. Đây là thông tin bổ sung rất tốt cho phân tích tổng thể.
Qua phân tích cục bộ thấy rõ, đối với trụ cột công trình cầu khi chịu tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải) thì ứng suất cục bộ tập trung tại hai cột là khá lớn, cụ thể tại vị trí tiếp giáp với xà mũ có lực cắt lớn nhất lên tới 11.416 kN/m2. Tại vị trí tiếp giáp với bệ trụ có ứng suất cắt lớn nhất không lớn, tại vị trí này lực cắt lớn nhất chỉ đạt 9.441,610 kN/m2. Còn tại vị trí cách bệ 2m và 4m thì lực cắt lớn nhất lần lượt là 7.702,22 kN/m2 và 8.625,47kN/m2. Đặc biệt tại vị trí tiếp giáp với xà mũ trụ. Như vậy có thể khẳng định ứng suất cắt phân bố không tuyết tính theo chiều cao trụ mà tập trung ở tiếp giáp với xà mũ và bệ trụ.
Về ứng suất pháp theo phương X, tập trung lớn nhất ở vị trí tiếp giáp giữa cột (thân trụ) với xà mũ, ứng suất pháp lớn nhất là 5.531,94 kN/m2.
Khi so sánh ứng suất pháp theo phương X dọc theo hai cột ( thân trụ), ta nhận thấy rằng ứng suất này cũng phân bố phi tuyến, lớn nhất ở tại tiếp giáp cột và xà mũ. Các vị trí giữa thân cột ứng suất pháp không lớn và không nguy hiểm.
Khi xét ứng suất pháp theo phương Z ( thẳng đứng ) cũng có sự phân bố tương tự, các ứng suất nén lớn nhất tập trung tại các vị trí tiếp nối giữa trụ, bệ và xà mũ. Tại vị trí tiếp giáp với bệ trụ đạt giá trị 9.426,23 kN/m² còn ví trí cách bệ 2m thì ứng suất khá lớn đạt 7.711,62 kN/m² và tại vị trí cách bệ trụ 4m đạt giá trị 8.597,52 kN/m². Còn tại vị trí tiếp giáp với xà mũ trụ đạt giá trị 11.160,80 kN/m².
Việc phân tích cục bộ trụ cột cũng đưa ra cái nhìn tổng quan về sự làm việc cục bộ của kết cấu trụ cột công trình cầu. Có nhiều thông tin có thể ứng bổ sung vào thiết kế tổng thể.

Kiến nghị:

Và Qua việc phân tích làm rõ các ở chương 3, luận văn đi đến một số kiến nghị như sau:

Qua tổng kết phân tích cục bộ thấy rõ, ứng suất tập trung phân bố phi tuyến theo chiều cao trụ, và các vị trí nguy hiểm nằm ở các vị trí tiếp giáp. Do đó cần xem xét đến phân tích cục bộ trong phân tích kết cấu cầu.
Các vị trí ứng suất tập trung lớn như các vị trí tiếp giáp cần có biện pháp gia cường thêm để tăng cường độ cứng cho kết cấu trụ cột.
Việc phân tích cục bộ trụ cột công trình cầu cũng chỉ rõ, ứng suất phân bố phi tuyến trong kết cấu trụ cột do đó cần chú ý khi lựa chọn bố trí thép trong kết cấu trụ cột.
Khi có điều kiện nên tiến hành phân tích cục bộ khi thiết kế tổng thể công trình cầu để tránh các sự phá hoại cục bộ.

Hướng phát triển của đề tài

Trong nghiên cứu hiện tại thì chưa xét đến sự làm việc của cốt thép, do đó kết quả ứng suất cục bộ vẫn còn khá lớn, hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài là nghiên cứu có xét đến sự làm việc đồng thời của bê tông và cốt thép.
Nghiên cứu phân tích cục bộ cho các kết cấu khác như mố cầu, tháp cầu cũng như các kết cấu tương tự để có những cái nhìn chính xác hơn về sự làm việc cục bộ công trình cầu.
Nghiên cứu sự làm việc cục bộ có xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và kết cấu.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\CONG TRINH GIAO THONG\DANG HOANG LONG\SAU BAO VE\TOM TAT