Luận án tiến sĩ: Phân tích ứng xử cơ học dầm hộp BTCT cầu dây văng một mặt phẳng dây - Bùi Ngọc Tình (ĐH GTVT HN)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÙI NGỌC TÌNH PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA PHÂN ĐOẠN DẦM HỘP BTCT TRONG CẦU DÂY VĂNG MỘT MẶT PHẲNG DÂY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÙI NGỌC TÌNH PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA PHÂN ĐOẠN DẦM HỘP BTCT TRONG CẦU DÂY VĂNG MỘT MẶT PHẲNG DÂY Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số: 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Ngọc Long 2. Nguyễn Viết Trung HÀ NỘI- 2020 luan an i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2020 Tác giả Bùi Ngọc Tình luan an ii LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sỹ được thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Ngọc Long và cố GS.TS Nguyễn Viết Trung. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về định hướng khoa học, liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu, có những lúc nghiên cứu sinh cảm tưởng khó có thể tiếp tục nghiên cứu nhưng nhờ sự động viên, khích lệ của các thầy cộng với sự nỗ lực không ngừng nghỉ của bản thân, đến nay luận án đã được hoàn thành. Nghiên cứu sinh cũng xin được chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài nước, tác giả của các công trình nghiên cứu đã được nghiên cứu sinh sử dụng trích dẫn trong luận án về nguồn tư liệu quý báu, những kết quả liên quan trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Hội đồng Tiến sỹ Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hiện và hoàn thành chương trình nghiên cứu của mình.

Cuối cùng là sự biết ơn đến gia đình vì đã liên tục động viên để duy trì nghị lực, sự hy sinh thầm lặng, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian, sức khỏe và các khía cạnh khác của cuộc sống trong cả quá trình thực hiện luận án. Tác giả luan an iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC HÌNH VẼ. vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .xii MỞ ĐẦU.

Tổng quát về quá trình thiết kế các cầu dây văng. Vấn đề neo cáp dây văng với dầm mặt cầu trong cầu dây văng (xem (Gimsing and Georgakis 2011)). Kết luận chương 1. ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA PHÂN ĐOẠN MẶT CẮT HÌNH HỘP CẦU DÂY VĂNG MỘT MẶT PHẲNG DÂY CHỊU LỰC CĂNG DÂY.

Mô hình được sử dụng trong các cầu hiện nay. Đề xuất mô hình “nứt theo tổng biên dạng” để phân tích ứng xử của mặt cầu dầm hộp BTCT chịu lực căng dây trong cầu dây văng một mặt phẳng dây. Tổng quan về các mô hình phân tích ứng xử của bản BTCT chịu lực kéo, nén ngoài mặt phẳng bản. Mô hình nứt theo tổng biến dạng.

Thông số đầu vào của vật liệu bê tông trong mô hình “Nứt theo tổng biến dạng”. Kết luận chương 2. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM ÁP DỤNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH “NỨT THEO TỔNG BIẾN DẠNG” CHO BÀI TOÁN BẢN MẶT CẦU CHỊU LỰC KÉO/NÉN XIÊN NGOÀI MẶT PHẲNG BẢN. Mục đích thí nghiệm.

Thiết kế thí nghiệm. 47 luan an iv 3. Mẫu thí nghiệm. Bố trí điểm đo.

Vật liệu bê tông của bản thí nghiệm. Phân tích - tính toán ứng xử của mẫu thí nghiệm theo mô hình tính toán đề xuất. Mô hình kết cấu. Mô hình vật liệu.

Mô hình vật liệu cốt thép thường. Mô hình tải trọng. Kết quả mô hình phân tích bằng mô hình “nứt theo tổng biến dạng” 56 3. Chế tạo mẫu thí nghiệm bê tông.

Thiết bị và trình tự thí nghiệm:. Quy trình thí nghiệm:. Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông. So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả mô hình.

Kết quả phân tích và kết quả thực đo. Kết luận chương 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH “TỔNG BIẾN DẠNG NỨT” PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA MẶT CẮT HÌNH HỘP BÊ TÔNG CỐT THÉP CẦU DÂY MỘT MẶT PHẲNG DÂY ĐIỂN HÌNH VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỰC TẾ. Lựa chọn kết cấu phân tích - tính toán.

Mô hình hóa kết cấu một phân đoạn mặt cắt hình hộp cầu dây văng một mặt phẳng dây chịu lực. Vật liệu sử dụng. Mô hình hóa điều kiện biên. Tải trọng tác dụng.

Kết quả tính toán, phân tích. Trường hợp không tăng cường ống thép tại vị trí ụ neo cáp dây văng. Trường hợp tăng cường ống thép tại vị trí ụ neo cáp dây văng. Kết luận chương 4.

122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 125 luan an vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Cầu Millau - Pháp (nhịp chính dài 342m) .6 Hình 1-2 Cầu Tsurumi tsubasa - Nhật Bản .6 Hình 1-3 Cầu Yiling - Trung Quốc .7 Hình 1-4 Cầu Skyway Sunshine .8 Hình 1-5 Cầu Bãi Cháy - Việt Nam .10 Hình 1-6 Cầu Trần Thị Lý - Việt Nam .10 Hình 1-7 Các loại thanh cứng và mặt cắt dầm cho phép điều chỉnh hướng của cáp .11 Hình 1-8 Các loại bản liên kết không trực tiểp với cáp văng .11 Hình 1-9 Liên kết giữa bó cáp lớn với bản mặt cầu một hộp .12 Hình 1-10 Liên kết giữa bó cáp đơn và dầm hộp đơn.12 Hình 1-11 Liên kết đơn giản giữa bó cáp đơn và dầm với tấm vách .13 Hình 1-12 Liên kết néo dầm truyền lực từ bản bụng của dầm cầu đến dây cáp .14 Hình 1-13 Neo cáp vào dầm trong cầu Maracaibo .14 Hình 1-14 Liên kết giữa hộp dầm và các cáp đơn được neo tại các cạnh của bản mặt cầu .14 Hình 1-15 Thành phần cáp thẳng đứng xuyên ngang dầm từ các cạnh neo đến giữa hộp dầm (cầu Tjorn) .15 Hình 1-16 Neo cáp dây văng hình tam giác bên ngoài hệ giàn chủ trong cầu Oresund .15 Hình 1-17 Phân bố ứng suất trong bản do lực tập trung ΔN ở khu vực giữa bản cho bản thép .16 Hình 1-18 Sự thay đổi ứng suất dọc trục giả sử rằng phân bố theo 2 cách.17 luan an vii Hình 1-19 Lí tưởng hóa sự thay đổi của ứng suất dọc trục trong bản đến 2 lực tập trung ΔN/2 gần các cạnh dầm .17 Hình 2-1 Mô hình dầm chủ bằng các phần tử tấm, vỏ .21 Hình 2-2 Biểu đồ bao ứng suất của bản mặt cầu dầm chủ .21 Hình 2-3 Mô hình nứt bê tông.25 Hình 2-4 Trạng thái ứng suất - biến dạng cho một phân tố bê tông cốt thép .26 Hình 2-5 Tăng tải - dỡ tải .30 Hình 2-6 Mô hình nén .40 Hình 2-7 Đường cong nén Erik Thorenfeldt .40 Hình 2-8 Mô hình kéo .44 Hình 2-9 Ứng xử nứt giòn Brittle. Góc nghiêng cáp dây văng.

Kích thước mẫu. Mẫu thí nghiệm. Sơ đồ bố trí điểm đo LVDT dưới đáy dầm. Bố trí điểm đo biến dạng.

Bố trí điểm đo biến dạng trong cốt thép. Mô hình tấm bản bê tông với các góc nghiêng khác nhau. Mô hình cốt thép thường trong bản. Mô hình hình điều kiện biên.

Mô hình vật liệu của bê tông. Mô hình thí nghiệm 3 mẫu bê tông. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 0. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 1.

Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 2. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 3 .57 luan an viii Hình 3-16. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 4. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 5.

Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 6. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 7. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 8. Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 9.

Kết quả chuyển vị thẳng đứng và ứng suất cốt thép Cấp tải 10. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ võng. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và ứng suất bê tông. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và ứng suất cốt thép.

Mẫu ván khuôn để đúc mẫu thí nghiệm. Gán lá điện trở để đo ứng suất cốt thép và đổ bê tông mẫu. Mẫu thí nghiệm các góc 250, 450, 700. Thiết bị gia tải.

Thiết lập thí nghiệm. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ võng thực đo trên tấm 250. Kết quả chung của 3 mẫu nén tấm góc 250. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ võng thực đo trên tấm 450.

Kết quả chung của 3 mẫu nén tấm góc 450. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ võng thực đo trên tấm 700. Kết quả chung của 3 mẫu nén tấm góc 700. Vùng phát triển vết nứt trên mẫu thí nghiệm điển hình.

Dạng phá hoại dưới tấm bản bê tông. Các vết nứt xuất hiện trên mặt trên bản bê tông. Biểu đồ lực - độ võng giữa lý thuyết và thực tế trong thí nghiệm lần 1. Biểu đồ lực - độ võng giữa lý thuyết và thực tế trong thí nghiệm lần 2 .73 luan an ix Hình 3-42.

Biểu đồ lực - độ võng giữa lý thuyết và thực tế trong thí nghiệm lần 3. Biểu đồ lực - ứng suất trong cốt thép. Biểu đồ lực - ứng suất bê tông .75 Hình 4-1 Mô hình đốt dầm hộp .79 Hình 4-2 Mô hình điều kiện biên .80 Hình 4-3 Chi tiết vị trí neo cáp.81 Hình 4-4 Kết quả chuyển vị theo phương Z.83 Hình 4-5 Kết quả ứng suất kéo và nén theo phương X .83 Hình 4-6 Kết quả ứng suất kéo và nén theo phương Y .84 Hình 4-7 Kết quả ứng suất kéo và nén .84 Hình 4-8 Kết quả nứt .85 Hình 4-9 Kết quả chuyển vị theo phương Z.85 Hình 4-10 Kết quả ứng suất kéo và nén theo phương X .86 Hình 4-11 Kết quả ứng suất kéo và nén theo phương Y .86 Hình 4-12 Kết quả ứng suất kéo và nén .87 Hình 4-13 Kết quả nứt.