Điều chỉnh nội lực

PHầN II:THIếT Kế Kỹ THUậT Chương V Điều chỉnh nội lực * * * I – Mục tiêu của điều chỉnh nội lực và các giả thiết cơ bản I.1 – Mục đích của việc điều chỉnh nội lực CDV làm việc như một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi và gối cứng, khi chịu tĩnh tải, dây biến dạng, dầm chủ bị võng. Độ võng do tĩnh tải làm sai lệch trắc dọc và độ dốc thiết kế, ảnh hưởng xấu đến hình dạng kiến trúc, các chỉ tiêu khai thác và mô men uốn lớn trong dầm cứng.Nếu bằng biện pháp căng kéo các dây văng ta đưa độ võng các nút neo dây bằng 0 hoặc bằng một giá trị nào đó (tạo độ vồng triệt tiêu một phần hoạt tải) thì khi chịu tĩnh tải sơ đồ làm việc sẽ như dầm liên tục tựa trên các gối cứng. Trong các hệ dây nhiều, khoang nhỏ, điều chỉnh nội lực sẽ đạt trạng thái biến dạng mong muốn với giá trị mô men uốn do tĩnh tải không đáng kể so với hoạt tải. Nếu lấy mục tiêu là mô men uốn thì điều chỉnh có thể khắc phục một phần mô men uốn do hoạt tải. Bản chất của việc điều chỉnh là tạo một trạng thái biến dạng và nội lực ngược chiều với trạng thái do tải trọng gây ra, tổng tác động do tải trọng và điều chỉnh sẽ được trạng thái tốt nhất gọi là trạng thái hoàn chỉnh (hay còn gọi là trạng thái B) .Trạng thái hoàn chỉnh có thể là “cao độ” tại các nút neo dây ở vị trí hợp lý nhất dưới tác dụng của tĩnh tải, hoặc là “Biểu đồ mô men uốn” trong dầm chủ có lợi nhất dưới tác dụng của tĩnh tải, hoạt tải và các ảnh hưởng thứ cấp . Nếu chọn mục tiêu chính là nội lực thì độ võng là hệ quả và ngược lại. Cũng có thể đạt được cả hai mục tiêu trên, khi đó cần chọn hàm mục tiêu chính là nội lực, các sai lệch của trắc dọc cầu cầu so với thiết kế được điều chỉnh bằng các biện pháp cấu tạo. Tuy nhiên công việc trên sẽ làm phức tạp cho khâu chế tạo dầm. I.2 – Nguyên tắc điều chỉnh nội lực Đối với CDV có khoang lớn - dây ít việc điều chỉnh nội lực có thể thực hiện theo phương pháp lặp và chỉnh dần cao độ các nút cho dến khi đạt được độ chính xác mong muốn. Đối với CDV khoang nhỏ – dây nhiều , điều chỉnh theo phương pháp lặp sẽ vô cùng phức tạp do phải tháo lắp kích nhiều lần cho mỗi dây, đồng thời khó đảm bảo sự hội tụ trong quá trình lặp. Để đảm bảo độ tin cậy trong quá trình căng kéo các dây, giảm tối đa công lao động và thiết bị, các biện pháp điều chỉnh cần thoả mãn các mục tiêu sau : +) Mỗi dây văng chỉ căng chỉnh 1 lần. +) Kết quả tính toán cần đạt trị số mong muốn về biến dạng của hệ chịu tĩnh tải hoặc về mômen uống trong dầm chủ dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải. +) Tính toán cần chỉ ra được hệ xuất phát (trạng thái A) ,trình tự căng kéo các dây , nội lực và biến dạng trong hệ xuất phát và diễn biến trong quá trình thi công. Đảm bảo công trình đủ bền và ổn định dưới tác dụng của lực căng chỉnh và hoạt tải thi công tương ứng với từng giai đoạn căng chỉnh. +) Khi căng mỗi dây cần chỉ định lực căng của bó cáp , cao độ nút neo dây ở trạng thái hoàn chỉnh (trạng thái B) để tiện theo dõi và điều chỉnh khi cần thiết. I.3 – Các giả thiết khi điều chỉnh nội lực Để thuận tiện trong tính toán, ngoài các giả thiết cơ bản của hệ thanh, trong cơ học kết cấu cần thống nhất thêm các giả thiết: +) Trục của dầm chủ được coi như thẳng và nằm ngang, trắc dọc của dầm khi chế tạo coi như có độ võng bằng 0. ảnh hưởng của độ cong hay độ dốc của dầm khi chế tạo sẽ được bổ sung và trắc dọc thực tế độc lập với quá trình điều chỉnh. +) Dây văng tuyệt đối thẳng, có khả năng chịu kéo và chịu nén, liên kết khớp với dầm và tháp. I.4 – Các biện pháp điều chỉnh nội lực Có rất nhiều biện pháp và công nghệ điều chỉnh khác nhau để đạt được hoặc biểu đồ biến dạng hoặnc biểu đồ nội lực hợp lý , hoặc là đạt cả hai . Mỗi biện pháp đều có những đặc điểm và phạm vi áp dụng riêng. Ta có thể áp dụng một trong các biện pháp sau để điều chỉnh nội lực : +) Tạo dầm có độ võng ngược trong quá trình thi công +) Tạo các hợp tạm biến hệ thàn tĩnh định trong thi công +) Dung biện pháp căng kéo các dây văng để tạo biểu đồ mô men ngược dấu với mô men gây ra do tĩnh tải và một phần do hoạt tải . I.4.1 - Tạo dầm có độ võng ngược trong quá trình thi công Biện pháp này vẫn được áp dụng trong kết cấu tĩnh định như vẫn thường làm trong các cầu BTCT và trong các cầu dầm hoặc dàn thép . Tạo độ vồng ngược bằng phương pháp chế tạo có thể tạo được hình dáng kiến trúc mong muốn nhưng không cải thiện đượ nội lực do tĩnh tải ( kết cấu vẫn chịu 100% nội lực tĩnh tải ) I.4.2 - Điều chỉnh nội lực bằng cách tạo các khớp tạm trong quá trình thi công Đối với CDV việc bố trí các khớp tạm trong qua trình thi công là biện pháp đơn gảin và hiệu quả nhất để tạo sự phân bố mô men tốt nhất trong dầm theo sơ đồ tĩnh định có mô men uốn bằng 0 tại khớp và mô men cục bộ trong phạm vi khoang dầm. Thay đổi vị trí khớp theo chiều dọc có thể tạo được biểu đồ mô men 2 dấu có lưọi nhất cả về mặt chịu lực và thi công . Ví dụ việc bố trí khớp tạm tại các điểm cách nút neo một đoạn a = 0,125d (d là chiều dài khoan dầm ) sẽ nhận được biểu đồ mô men có giá trị bằng nhau và ngược dấu tại gối và nhịp tại mỗi khoang . Khớp tạm bố trí ngoài nút còn tạo thuận lợi cho cấu tạo ở neo trong dầm chủ và việc lắp đặt dây trong quá trình thi công. Các khớp tạm trong dầm cứng bằng BTCT của cầu dây văng thường được thực hiện thuận lợi bằng cách bố trí các chốt thi công , sau này sẽ được liên tục hoá bằng các mối nối ướt. Khớp tạm được thíêt kế để chịu lực cắt và lực nén dọc trục do tải trọng thi công , thông thường các khớp tạm được cấu tạo bằng các bản và chốt thép , khi đổ bê tông các mối nối ướt để liên tục hoá KCN thi các khớp tạm sẽ được lại luôn trong dầm. Sau khi đã lắp các khớp tạm thì việc căng kéo các dây văng để điều chỉnh cao độ mặt cầu hoàn toàn không làm thay đổi nội lực do tĩnh tải . Tuy nhiên việc bố trí khớp tạm để điều chỉnh nội lực trong thi công có một nhược điểm lớn đó là việc cấu tạo các khớp và liên tục hoá lại rất phức tạp nhất là đối với cầu có nhiều dây . Do đó giải pháp này thường chỉ được áp dụng đối với những cầu có khoang lớn , số lượng dây ít , còn các cầu có dây nhiều thì đa số áp dụng biện pháp điều chỉnh nội lực trên dầm liên tục. I.4.3 - Điều chỉnh nội lực bằng cách căng kéo các dây văng trên dầm liên tục Để tránh phải cấu tạo các khớp tạm trong thi công và thực hiện mối nối ướt trên công trường , đặc biệt là áp dụng công nghệ đucs hẫng dầm BTCT , có thể điều chỉnh nội lực bằng cách căng kéo các dây văng trong quá trình thi công hẫng , nhằm tạo ra các chuyển vị và nội lực cưỡng bức trong toàn hệ theo hướng có lợi nhất trong kết cấu cầu . Nội lực hoặc biến dạng cần điều chỉnh được xác định từ biểu đồ bao mô men do tĩnh tải và hoạt tải hoặc biểu đồ độ võng của hệ làm chuẩn. *) Điều chỉnh nội lực bằng căng kéo các dây văng dựa trên nguyên tắc sau +) CDV làm việc như một dầm liên tục trên các gối đàn hồi , khi chịu tĩnh tải dầm cứng bị võng , gây mô men uốn , nếu bằng biện pháp căng kéo các dây để tạo được các phản lực thẳng đứng có giá trị bằng phản lực khi các điểm neo dây được coi như kê trên các gối cứng hoặc triệt tiêu được độ võng các nút do tĩnh tải thì mô men uốn của dầm trở thành mô men uốn của dầm liên tục tựa trên các gối cứng. +) Việc triệt tiêu độ võng hoặc tạo biểu đồ mô men uốn tốt nhất trong đầm cứng thực hiện bằng căng kéo các dây làm thay đổi nội lực và biến dạng trong hệ +) Để giảm số lượng các thiết bị căng kéo và tập trung chỉ đạo , công tác điều chỉnh nên thực hiện làm nhiều đợt , trong mỗ đợt số dây cần căng nên chọn thích hợp với số thiết bị và sơ đồ chịu lực , ví dụ khi sơ đồ đối xứng thì ta có thể căng từng cặp dây , còn trong trường hợp chung thì nên căng từng dây một +) Mỗi dây chỉ nên căng 1 lần , việc vi chỉnh hoặc căng chỉnh lại các dây nên hạn chế tối thiểu , do đó phải dự liệu sợ ảnh hưởng của sự điều chỉnh nội lực trong tất cả các dây sau đến lực căng của dây đang chỉnh và độ võng của nút. +) Khi căng dây nào thì loại dây đó ra khỏi kết cấu và thay bằng 1 ngoại lực +) Mỗi dây sau khi lắp đặt sẽ tham gia làm việc như một phần tử của kết cấu +) Trình tự căng kéo cần gắn liền với các bước thi công , tránh gây quá tải cho công trình dưới tác dụng của tĩnh tải , lực điều chỉnh và hoạt tải thi công . I.5 – Nội dung tính toán cầu dây văng khi điều chỉnh nội lực +)Xác định trạng thái cuối cùng (biến dạng hoặc nội lực ) – mục tiêu cần đạt (trạng thái B). +) Căn cứ vào công nghệ thi công và trình tự lắp đặt dây, xác định trạng thái xuất phát (trạng thái A). +) Xác định nội lực và biến dạng do tĩnh tải I, tĩnh tải II, do các ảnh hưởng thứ cấp (từ biến , co ngót và biến dạng dư của dây theo thời gian) . Xác định biểu đồ bao mômen uốn của các tải trọng tác dụng lên hệ hoàn chỉnh (nếu muốn triệt tiêu cả một phần ảnh hưởng do hoạt tải). +) Chọn phương pháp tính (phương pháp lực hoặc phương pháp chuyển vị), chỉ định trình tự căng chỉnh , định véc tơ ẩn số trong hệ. +) Lập phương trình trên cơ sở mục tiêu đã chọn. +) Xác định các ẩn lực thoả mãn các mục tiêu trên. +) Xác định lực cang trong dây , độ cao cần chỉnh của các nút theo đúng trình tự căng đã chọn. +) Xác định nội lực và biến dạng ở trạng thái cuối cùng (B) do tĩnh tải (I,II), các ảnh hưởng thứ cấp và lực điều chỉnh. +) Kiểm tra kết quả theo các số liệu của mục tiêu. II – Lý thuyết điều chỉnh nội lực II.1 – Trạng thái xuất phát - Điều chỉnh nội lực có thể được thực hiện trong quá trình lắp dầm và dây, hoặc trước khi đưa công trình vào khai thác. Trạng thái công trình trước khi căng kéo gọi là trạng thái xuất phát (trạng thái A). - Trạng thái xuất phát tuỳ thuộc vào công nghệ thi công : +) Nếu thi công theo phương pháp đúc dầm trên đà giáo thì trạng thái xuất phát là sơ đồ cầu sau khi đã thi công xong dầm cứng. +) Nếu thi công theo phương pháp hẫng thì trạng thái xuất phát là sơ đồ cầu gồm có tháp cầu , 2 đốt đã đúc trên đà giáo và 2 dây đã lắp nhưng chưa căng chỉnh. II.2 – Trạng thái cuối cùng Trạng thái cuối dùng là trạng thái công trình hoàn chỉnh về kết cấu hợp lý về phân bố nội lực hoặc biến dạng . Xác định trạng thái cuối cùng là xác định hàm mục tiêu cần đạt . Hàm mục tiêu có thể là độ võng tốt nhất của công trình hoàn chỉnh khi chịu tĩnh tải và một phần hoạt tải , hoặc phân bố mô men hợp lý nhất. Trong 3 mục tiêu trên nếu chọn độ võng thì mô men là hệ quả và ngược lại. Như vây ta có thể chọn 1 trong 3 mục tiêu : +) Nếu dùng hàm lực dọc làm chuẩn thì sẽ khống chế lực dọc sau điều chỉnh tại các nút có giá trị cân bằng phản lực gối cứng của dầm liên tục +) Nếu dùng độ võng là hệ tiêu chuẩn thì độ võng sau khi điều chỉnh bằng o hoặc có độ vồng ngược theo yêu cầu thíêt kế , để khắc phục độ võng do tĩnh tải ,do ảnh hưởng của các hiệu ứng thứ cấp và có thể là một phần do hoạt tải . +) Nếu dùng hàm mô men làm chuẩn thì sẽ khống chế mô men âm sau điều chỉnh tại các nút có giá trị bằng mô men trên gối cứng của dầm liên tục hoặc chuyển đường không tải mô men trong biểu đồ bao để có mô men dương giữa nhịp các khoang bằng mô men tại các nút neo dây. II.3 – Mục đích của bài toán điều chỉnh nội lực - Dựa trên trạng thái ban đầu và trạng thái cuối dùng , khi thi công căng chỉnh mỗi dây văng cần đạt được các mục tiêu sau : +) Đảm bảo độ bền và ổn định cho công trình trong quá trình thi công. +) Chỉ định được trình tự căng kéo các dây trên cơ sơ mỗi dây chỉ căng chỉnh một lần. +) Chỉ định lực căng trong từng dây. +) Xác định được chuyển vị của từng nút khi căng. +) Xác định kết quả nội lực sau khi căng. +) Xác định chuyển vị của toàn kết cấu sau khi căng. II.4 – Nội dung tính toán cầu dây văng khi điều chỉnh nội lực +)Xác định trạng thái cuối cùng (biến dạng hoặc nội lực ) – mục tiêu cần đạt (trạng thái B). +) Căn cứ vào công nghệ thi công và trình tự lắp đặt dây, xác định trạng thái xuất phát (trạng thái A). +) Xác định nội lực và biến dạng do tĩnh tải I, tĩnh tải II, do các ảnh hưởng thứ cấp (từ biến , co ngót và biến dạng dư của dây theo thời gian) . Xác định biểu đồ bao mômen uốn của các tải trọng tác dụng lên hệ hoàn chỉnh (nếu muốn triệt tiêu cả một phần ảnh hưởng do hoạt tải). +) Chọn phương pháp tính (phương pháp lực hoặc phương pháp chuyển vị), chỉ định trình tự căng chỉnh , định véc tơ ẩn số trong hệ. +) Lập phương trình trên cơ sở mục tiêu đã chọn. +) Xác định các ẩn lực thoả mãn các mục tiêu trên. +) Xác định lực cang trong dây , độ cao cần chỉnh của các nút theo đúng trình tự căng đã chọn. +) Xác định nội lực và biến dạng ở trạng thái cuối cùng (B) do tĩnh tải (I,II), các ảnh hưởng thứ cấp và lực điều chỉnh. +) Kiểm tra kết quả theo các số liệu của mục tiêu. II.5 – Hệ phương trình chính tắc của bài toán điều chỉnh nội lực II.5.1 - Nguyên tắc xây dựng hệ phương trình chính tắc - Để xác định các ẩn lực thẳng đứng Xi ( Xi = Ni . sin ai ) cần căn cứ vào mục tiêu cần đạt của quá trình ĐCNL. Mục tiêu có thể là: trị số mô men uốn của đàm cứng hoặc độ võng tại các nút. Các giá trị mong muốn cần đạt cho mục tiêu gọi là “chuẩn”. Ví dụ nếu chọn mục tiêu là hàm mô men uốn thì trị số mô men chuẩn sẽ có giá trị = gd2 / 11 tại các nút,hay nói cách khác là giá trị mô men trong dầm cứng treo bởi các dây văng và các gối tại tháp và mố sẽ như là của dầm kê trên các gối cứng tại các nút dây, tháp và mố. II.5.2 - Hệ phương tình chính tắc của bài toán điều chỉnh nội lực 1 – Khi mục tiêu điểu chỉnh là phản lực gối trong dầm cứng. Từ điều kiện là tổng mô men tại các nút do tĩnh tải và lực điều chỉnh gây ra phải bằng giá trị mô men “chuẩn” ta có : - Phương trình chính tắc có dạng tổng quát là: Sio + Six + Sic + SiII = 0 Trong đó: +) Sio : Lực dọc trong thanh thứ i ở trạng thái ban đầu (A). +) Sic : Lực dọc uốn chuẩn tại thanh thứ i cần đạt ( hàm mục tiêu ) +) Six : Lực dọc trong thanh thứ i do lực điều chỉnh Xi gây ra +) SiII : Lực dọc trong thanh thứ i do ảnh hưởng của tĩnh tải phần II và các ảnh hưởng thứ cấp (nhiệt độ, co ngót, từ biến của bê tông) trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh - Mở rộng cho các nút phương trình chính tắc dưới dạng ma trận có dạng S.X + So + Sc + SII = 0 (*) Trong đó ma trận M được xác định như sau: s11 s12 . . . . . . . . . . . s1n s21 s22 . . . . . . . . . . . . s2n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sn1 sn2 . . . . . . . . . . . . snn +) sij : trị số lực dọc tại i do P = 1 đặt tại j gây ra trong hệ (tương ứng với sơ đồ căng dây tại nút j ) +) X : véc tơ ẩn lực trong các dây văng. +) SO : Véc tơ lực dọc của hệ xuất phát (A). +) Sc : Véc tơ lực dọc chuẩn , là mục tiêu cần đạt. +) SII : Vec tơ lực dọc do tĩnh tải phần II và các ảnh hương thứ cấp gây ra trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh. Sau khi giải phương trình (*) trên ta xác định được các ẩn Xi và tìm ra lực điều chỉnh trong các dây. 2 – Khi mục tiêu điểu chỉnh là độ võng các nút trong dầm cứng. - Phương trình chính tắc có dạng tổng quát là: Yio + Yix + Yic + YiII = 0 Trong đó: +) Yio : Độ võng uốn tại nút thứ i ở trạng thái ban đầu (A). +) Yic : Độ võng uốn chuẩn tại nút thứ i cần đạt ( hàm mục tiêu ) +) Yix : Độ võng uốn tại nút thứ i do lực điều chỉnh Xi gây ra +) YiII : Độ võng uốn tại nút thứ i do ảnh hưởng của tĩnh tải phần II và các ảnh hưởng thứ cấp (nhiệt độ, co ngót, từ biến của bê tông) trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh - Mở rộng cho các nút phương trình chính tắc dưới dạng ma trận có dạng Y.X + Yo + Yc + YMII = 0 (*) Trong đó : +) yij : trị số độ võng tại i do P = 1 đặt tại j gây ra trong hệ (tương ứng với sơ đồ căng dây tại nút j ) +) X : véc tơ ẩn lực trong các dây văng. +) YO : Véc tơ độ võng của hệ xuất phát (A). +) Mc : Véc tơ độ võng chuẩn , là mục tiêu cần đạt. +) MII : Vec tơ độ võng do tĩnh tải phần II và các ảnh hương thứ cấp gây ra trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh. 3 – Khi mục tiêu điểu chỉnh là mô men uốn trong dầm cứng. Từ điều kiện là tổng mô men tại các nút do tĩnh tải và lực điều chỉnh gây ra phải bằng giá trị mô men “chuẩn” ta có : - Phương trình chính tắc có dạng tổng quát là: Mio + Mix + Mic + MiII = 0 Trong đó: +) Mio : Mô men uốn tại nút thứ i ở trạng thái ban đầu (A). +) Mic : Mô men uốn chuẩn tại nút thứ i cần đạt ( hàm mục tiêu ) +) Mix : Mô men uốn tại nút thứ i do lực điều chỉnh Xi gây ra +) MiII : Mô men uốn tại nút thứ i do ảnh hưởng của tĩnh tải phần II và các ảnh hưởng thứ cấp (nhiệt độ, co ngót, từ biến của bê tông) trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh - Mở rộng cho các nút phương trình chính tắc dưới dạng ma trận có dạng m11 m12 . . . . . . . . . . . m1n m21 m22 . . . . . . . . . . . . m2n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . mn1 mn2 . . . . . . . . . . . . mnn M.X + Mo + Mc + MII = 0 (*) Trong đó ma trận M được xác định như sau: +) mij : trị số mô men tại i do P = 1 đặt tại j gây ra trong hệ (tương ứng với sơ đồ căng dây tại nút j ) +) X : véc tơ ẩn lực trong các dây văng. +) MO : Véc tơ mô men của hệ xuất phát (A). +) Mc : Véc tơ mô men chuẩn , là mục tiêu cần đạt. +) MII : Vec tơ mô men do tĩnh tải phần II và các ảnh hương thứ cấp gây ra trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh. Sau khi giải phương trình (*) trên ta xác định được các ẩn Xi và tìm ra lực điều chỉnh trong các dây. III – Tính toán sơ chỉnh nội lực III.1 – TRạng thái xuất phát Kết cấu nhịp được thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng , 2 đốt đầu tiên được đúc trên dà giáo mở rộng gắn vào trụ tháp , căng kéo các dây và đúc dần từ trụ tháp ra 2 phía , sau đó hợp long tại giữa nhịp . Sơ đồ trạng thái xuất phát pphátphát Như vây do cầu được thi công theo phương pháp đúc hẫng nên trạng thái A được chọn bao gồm tháp cầu , 2 đốt đầu tiên đã đúc và 2 dây đầu tiên. III.2 – Nội lực và bíên dạng CDV theo sơ đồ thi công đúc hẫng Các đốt dầm lần lượt được thi công đúc hẫng trên hệ đà giáo treo từ tháp sang 2 phía. Khi đúc xong đợi bê tông đạt cường độ tiến hành lắp dây và căng với trị số lực Ni đã tính trước theo bài toán điều chỉnh nội lực. Xét CDV thi công hẫng từ trụ ra 2 phía, khi một lực Ni tác dụng sẽ gây ra trong hệ kết cấu nội lực mij , rij , fij : tương ứng là mô men uốn, phản lực và độ võng tại các nút dây. Lần lượt căng tất cả các dây, ta sẽ có các N1, N2 . . . . Nn là các lực căng cần thiết trong dây. Tác động của lực căng kéo dây văng trong quá trình ĐCNL được xác định trong sơ đồ của hệ ở các thời điểm tương ứng. Trong tính toán chấp nhận giả thiết tuyến tính , biến dạng nhỏ của cơ học kết cấu , đông thời khi căng căng dây nào thì bỏ dây đó ra khỏi hệ và thay bằng ẩn lực Xi , như vậy lực căng kéo các dây văng được xem như ngoại lực tác dụng lên hệ. III.3 – Các số liệu tính toán ban đầu II.5.2 – Tĩnh tải - Tĩnh tải giai đoạn I : ( Trọng lượng dầm dọc, dầm ngang, bản mặt cầu ) gITT = 154,57 KN/m - Tĩnh tải giai đoạn II : (Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, lan can, gờ chắn bánh, đèn chiếu sáng) gIITT = 36,24 KN/m II.5.3 – Hoạt tải - Tải trọng tiêu chuẩn HL93 - Tải trọng Người đi - Chiều rộng cầu: 10,5 + 2.1,5 m II.5.3 – Kết cấu nhịp - Cầu có tổng chiều dài nhịp là 434 m với sơ đồ : 2x33 + 90 + 187 + 90 +3x33m - Các khoang dầm có chiều dài = 8 m;2 khoang kề tháp có chiều dài = 10 m khoang giữa có chiều dài 7 m II.5.4 – Kết cấu dầm chủ và hệ mặt cầu. - Kích thước thíêt kế của dầm chủ +) Dầm chủ là dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ T có chiều cao 1,83 m +) Chiều rộng cánh dầm bc = 6,2m +) Chiều dày bản cánh hc = 0,25m +) Chiều rộng bụng dầm b = 1m - Khoảng cách 2 dầm chủ là 8,12 m được liên kết bằng các dầm ngang bằng bê tông cốt thép có chiều cao = 1,58 m đặt cách nhau 4m - Bản mặt cầu bằng BTCT có chiều dày = 25 cm - Lớp phủ mặt cầu có chiều dày trung bình bằng 10 cm II.5.5 – Cấu tạo neo và dây văng: - Cầu gồm 2 mặt phẳng dây. Dây làm bằng các tao cáp 7 sợi, đường kính danh định = 15,2 mm có bọc nhựa mật độ cao. Kết cấu bó dây văng được trình bày ở phần chọn tiết diện dây. - Các tao cáp được bó lại thành từng bó và được neo hai đàu trên đỉnh tháp và dưới dầm chủ. Các bó cáp được đạt trong ống nhựa PEHD bên trong bơm mỡ chống gỉ - Các hệ neo bố trí động trên dầm chủ và tháp cầu tạo khả năng vi chỉnh lớn hơn. Các neo cấu tạo theo nguyên lý kẹp 3 mảnh có thể căng kéo từng tao trong quá trình lắp đặt và keó cả cụm bằng kích vòng khi cần vi chỉnh trong quá trình sử dụnh và cân cầu. III.4 – Trình tự các bước thi công và sơ chỉnh nội lực Bước 1 : Thi công hai đốt dầm đầu tiên V1 và V1’ trên đà giáo mở rộng trụ, lắp hai dây D1 và D1’. Biểu đồ nội lực và biến dạng như hình vẽ 1. Bước 2 : Căng dây D1 có thành phần lực thẳng đứng là X1 và thành phần nằm ngang trên tháp là X1 . cotga1 Bước 3 : Căng dây D1’ có thành phần lực thẳng đứng là X1’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X1’ . cotga1’ Bước 4 : Lắp xe đúc và các thiết bị thi công trên đoạn dầm đã thi công , đúc 2 đốt V2 và V2’ , sau đó lắp 2 dây D2 và D2’. Bước 5 : Căng dây D2 có thành phần lực thẳng đứng là X2 và thành phần nằm ngang trên tháp là X2 . cotga2 Bước 6 : Căng dây D2’ có thành phần lực thẳng đứng là X2’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X2’ . cotga2’ Bước 7 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V3 và V3’ , sau đó lắp 2 dây D3 và D3’. Bước 8 : Căng dây D3 có thành phần lực thẳng đứng là X3 và thành phần nằm ngang trên tháp là X3 . cotga3 Bước 9 : Căng dây D3’ có thành phần lực thẳng đứng là X3’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X3’ . cotga3’ Bước 10 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V4 và V4’ , sau đó lắp 2 dây D4 và D4’. Bước 11 : Căng dây D4 có thành phần lực thẳng đứng là X4 và thành phần nằm ngang trên tháp là X4 . cotga4 Bước 12 : Căng dây D4’ có thành phần lực thẳng đứng là X4’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X4’ . cotga4’ Bước 13 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V5 và V5’ , sau đó lắp 2 dây D5 và D5’. Bước 14 : Căng dây D4 có thành phần lực thẳng đứng là X5 và thành phần nằm ngang trên tháp là X5 . cotga5 Bước 15 : Căng dây D5’ có thành phần lực thẳng đứng là X5’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X5’ . cotga5’ Bước 16 : Di chuyển xe đúc vàván khuôn , đúc 2 đốt V4 và V4’ , sau đó lắp 2 dây D6 và D6’. Bước 17 : Căng dây D6 có thành phần lực thẳng đứng là X6 và thành phần nằm ngang trên tháp là X6 . cotga6 Bước 18 : Căng dây D6’ có thành phần lực thẳng đứng là X6’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X6’ . cotga6’ Bước 19 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V7 và V7’ , sau đó lắp 2 dây D7 và D7’. Bước 20 : Căng dây D7 có thành phần lực thẳng đứng là X7 và thành phần nằm ngang trên tháp là X7 . cotga7 Bước 21 : Căng dây D7’ có thành phần lực thẳng đứng là X7’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X7’ . cotga7’ Bước 22 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V8 và V8’ , sau đó lắp 2 dây D8 và D8’. Bước 23 : Căng dây D8 có thành phần lực thẳng đứng là X8 và thành phần nằm ngang trên tháp là X8 . cotga8 Bước 24 : Căng dây D8’ có thành phần lực thẳng đứng là X8’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X8’ . cotga8’ Bước 25 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V9 và V9’ , sau đó lắp 2 dây D9 và D9’. Bước 26 : Căng dây D9 có thành phần lực thẳng đứng là X9 và thành phần nằm ngang trên tháp là X9 . cotga4 Bước 27 : Căng dây D9’ có thành phần lực thẳng đứng là X9’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X9’ . cotga9’ Bước 28 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V10 và V10’ , sau đó lắp 2 dây D10 và D10’. Bước 29 : Căng dây D10 có thành phần lực thẳng đứng là X10 và thành phần nằm ngang trên tháp là X10 . cotga10 Bước 30 : Căng dây D10’ có thành phần lực thẳng đứng là X10’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X10’. cotga10’ Bước 31 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn , đúc 2 đốt V11 và V11’ , sau đó lắp 2 dây D11 và D11’. Bước 32 : Căng dây D11 có thành phần lực thẳng đứng là X11 và thành phần nằm ngang trên tháp là X11.cotga11 Bước 33 : Căng dây D11’ có thành phần lực thẳng đứng là X11’ và thành phần nằm ngang trên tháp là X11’. cotga11’ Bước 34 : Hạ nhịp biên xuống gối,hạ gối trên tháp Bước 35 : Di chuyển xe đúc và ván khuôn thi công đốt hợp long nối liền nửa bên trái và bên phải cầu. Bước 36 : Thi công lớp phủ mặt cầu , gờ chắn bánh , lan can , lắp hệ thống chiếu sáng và ống thoát nước trên cầu. Xác định nội lực và biến dạng do tĩnh tải giai đoạn II gây ra trên sơ đồ cầu hoàn chỉnh. III.5 – Sơ đồ Các bước sơ chỉnh nội lực - Bước 1 : Đúc 2 đốt 1 và 1’ trên đà giáo Sơ đồ tính - Bước 2 : Căng dây số 1 . Sơ đồ tính - Bước 3 : Căng dây số 1’ . Sơ đồ tính - Bước 4 : Đúc 2 đốt số 2 và 2’ Sơ đồ tính - Bước 5 : Căng dây số 2. Sơ đồ tính - Bước 6 : Căng dây số 2’. Sơ đồ tính - Bước 7 : Đúc 2 đốt số 3 và 3’ Sơ đồ tính - Bước 8 : Căng dây số 3. Sơ đồ tính - Bước 9 : Căng dây số 3’ Sơ đồ tính - Bước 10 : Đúc 2 đốt số 4 và 4’ Sơ đồ tính - Bước 11 : Căng dây số 4. Sơ đồ tính - Bước 12 : Căng dây số 4’ Sơ đồ tính - Bước 13 : Đúc 2 đốt số 5 và 5’ Sơ đồ tính - Bước 14 : Căng dây số 5. Sơ đồ tính - Bước 15 : Căng dây số 5’. Sơ đồ tính - Bước 16 : Đúc 2 đốt số 6 và 6’ Sơ đồ tính - Bước 17 : Căng dây số 6. Sơ đồ tính - Bước 18 : Căng dây số 6’. Sơ đồ tính - Bước 19 : Đúc 2 đốt số 7 và 7’ Sơ đồ tính - Bước 20 : Căng dây số 7. Sơ đồ tính - Bước 21 : Căng dây số 7’. Sơ đồ tính - Bước 22 : Đúc 2 đốt số 8 và 8’ Sơ đồ tính - Bước 23 : Căng dây số 8. Sơ đồ tính - Bước 24 : Căng dây số 8’. Sơ đồ tính - Bước 25 : Đúc 2 đốt số 9 và 9’ Sơ đồ tính - Bước 26 : Căng dây số 9. Sơ đồ tính - Bước 27 : Căng dây số 9’. Sơ đồ tính - Bước 28 : Đúc 2 đốt số 10 và 10’ Sơ đồ tính - Bước 29 : Căng dây số 10. Sơ đồ tính - Bước 30 : Căng dây số 10’. Sơ đồ tính - Bước 31 : Đúc 2 đốt số 11 và 11’ Sơ đồ tính - Bước 32 : Căng dây số 11. Sơ đồ tính - Bước 33 : Căng dây số 11’. Sơ đồ tính -Bước 34 : Hợp long nhịp giữa Sơ đồ tính - Bước 35: Hoàn thiện lớp phủ mặt cầu , hệ thống lan can , đèn chiếu sáng Sơ đồ tính III.6 – Kết quả sơ chỉnh nội lực III.6.1 – Giá trị lực căng trong dây sau khi sơ chỉnh nội lực - Dùng EXCEL ta tính được lực căng trong các dây sau khi sơ chỉnh nội lực như sau : Dây Sc (KN) So (KN) Xi (KN) 1 1171.14 504.25 1590.78 1' 1171.14 547.78 3070.56 2 1490.51 1512.37 1630.71 2' 1490.51 1114.67 2155.84 3 1680.70 1512.37 1386.54 3' 1680.70 1480.56 1509.94 4 1877.68 2035.41 1096.89 4' 1877.68 2001.77 2635.81 5 2071.55 2138.62 2420.49 5' 2071.55 2133.55 2491.84 6 2257.09 2161.65 2342.60 6' 2257.09 2209.33 2398.88 7 2432.06 2473.44 2233.84 7' 2432.06 2616.16 2300.15 8 2596.52 2389.67 2202.26 8' 2596.52 2640.83 2224.17 9 2750.17 2273.24 2137.01 9' 2750.17 2645.07 2155.06 10 2894.57 2735.80 1949.23 10' 2894.57 2630.49 2086.27 11 3028.33 2567.64 2462.04 11' 3028.33 2601.52 2599.03 11'' 1171.14 504.25 1590.78 III.6.2 – Kết quả chuyển vị sau khi sơ chỉnh nội lực Biểu đồ chuyển vị IV – Tính toán vi chỉnh nội lực IV.1 – Nguyên tắc khi vi chỉnh Sau khi hợp long và khi có tác dụng của tĩnh tải phần 2 thì cao độ của các nút treo dây chưa đạt như trắc dọc thiết kế, mômen uốn trong dầm chưa hợp lý (mômen âm lớn ở khoang tại vị trí tháp và mômen dương lớn ở giữa nhịp giữa).Việc vi chỉnh được tính toán sao cho số dây căng chỉnh là ít nhất, đạt yêu cầu về độ võng và có thể khắc phục một phần mômen do hoạt tải. IV.2 – ma trận ảnh hưởng mô men và chuyển vị của dầm cứng Matrận ảnh hưởng mômen và chuyển vị của dầm cứng là ma trận mômen và chuyển vị của dầm cứng khi các lực căng chỉnh dây bằng đơn vị. Để xác định matrận ảnh hưởng mômen và chuyển vị của dầm cứng ta giải các sơ đồ kết cấu ứng với từng lực căng đơn vị. Khi căng dây nào thì ta loại dây đó ra khỏi kết cấu và thay vào đó lực căng tương ứng. Việc tính toán thực hiện bằng chương trình Sap2000. Sơ đồ tính là sơ đồ phẳng , tính toán với một mặt phẳng dây và tương ứng là một nửa độ cứng của dầm chủ,tháp. Do tính đối xứng của cầu nên việc căng chỉnh tiến hành căng từng cặp dây đối xứng nhau. Nội lực và biến dạng do lực căng có thành phần thẳng đứng Xi=1 gây ra . IV.3 – Hệ phương trình Tính toán lực căng vi chỉnh - Do lấy độ võng các nút làm chuẩn nên HPT xác định lực căng như sau: (1) Trong đó: +):Matrận ảnh hưởng độ võng,phần tử yij là độ võng tại nút i do lực căng dây bằng đơn vị tại nút j gây ra. +) :véc tơ độ võng do tĩnh tải 1 và lực căng sơ chỉnh. +) :véc tơ độ võng do tĩnh tải phần 2. +) :véctơ độ võng chuẩn ,tức là độ võng cần đạt tới. - Mômen trong dầm chỉ cần tính tại vị trí nút treo dây văng còn các vị trí khác suy ra từ tung độ treo. Mômen uốn trong dầm cứng xác định bằng công thức sau: Trong đó: +) mij :mômen tại vị trí i do Xj =1 gây ra. +):mômen do tĩnh tải 1 và lực căng sơ chỉnh gây ra tại vị trí i. +):mômen do tĩnh tải phần 2 gây ra tại vị trí i1. Viết dưới dạng matrận: Trong đó: +) :véc tơ mômen cần tính. +) :véc tơ mônen do tĩnh tải 1 và lực căng sơ chỉnh gây ra . +) :véc tơ mômen do tĩnh tải phần 2 gây ra. +) X:véc tơ lực căng chỉnh. +) matrận ảnh hưởng mômen do lực căng vi chỉnh gây ra. - Lực căng trong dây văng sau khi căng chỉnh tất cả các dây văng xác định bằng công thức sau: Trong đó: +) nij : lực căng trong dây văng i do Xj =1 gây ra. +):lực căng dây i do tĩnh tải 1 và lực căng sơ chỉnh gây đến thời điểm sau khi hợp long. +):lực căng trong dây văng i do tĩnh tải phần 2 gây ra. - Khi căng dây i thì nii= trong đó là góc nghiên của dây văng i so với phương ngang. Viết dưới dạng matrận: Trong đó: +) :véc tơ lực căng trong dây văng. +) : véc tơ lực căng do tĩnh tải 1 và lực căng sơ chỉnh gây ra. +) : véc tơ lực căng do tĩnh tải phần 2 gây ra . +) X:véc tơ lực căng chỉnh. +) matrận ảnh hưởng lực căng trong dây văng do lực căng vi chỉnh gây ra, ma trận này kích thước 22x22. - Có 22 dây nên ma trận ảnh hưởng độ võng có 22 cột.Có 22 dây văng nhưng có 1 dây neo (neo vào trụ neo, độ võng ~ 0) do đó chỉ có 21 nút treo dây văng có thể võng xuống nên Matrận ảnh hưởng độ võng chỉ có 21 hàng. IV.4 – Kết quả sau khi vi chỉnh nội lực trong dây văng - Trên cơ sở vi chỉnh theo độ võng của dầm nhiều lần để đạt được độ võng theo mong muốn ta tính được các giá trị lực căng trong các dây văng như sau : Dây i Xi (KN) Dây i Xi (KN) 1 577.5 1' 507.8 2 708.8 2' 607.5 3 918.8 3' 777.8 4 1099 4' 937.5 5 942.8 5' 798.8 6 1013 6' 882.8 7 1103 7' 927.8 8 937.5 8' 768.8 9 957.8 9' 798.8 10 982.5 10' 1013 11 11' 1313