09/06/12

1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

Học viên: LÊ ĐĂNG LONG
Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYễN VIếT TRUNG
PHÂN TíCH Sự LàM VIệC CủA Bệ CọC CầU DÂY
TRÊN MóNG CọC KHOAN NHồI THEO SƠ đồ
CHốNG - GIằNG
09/06/12

2
Bố cục luận văn
Bố cục luận văn
Mở đầu
Chương I: Lý thuyết chung về mô hình Chống - Giằng
1.1 Khái quát
1.2 Các bộ phận cấu thành mô hình Chông - Giằng
1.3 Sơ đồ trình bày các mô hình Chống - Giằng
Chương II: áp dụng mô hình Chống - Giằng
trong việc tính toán bệ cọc cầu dây
2.1 Cơ sở hình thành mô hình Chống và Giằng
2.2 Các thanh chịu kéo nén trong sơ đồ Chống và Giằng
2.3 Mô hình hóa bệ trụ cầu Thuận Phước
Chương 3: Tính toán bệ cọc cầu Thuận Phước
theo sơ đồ Chống - Giằng.
3.1 Số liệu tải trọng tính toán
3.2 Phân tích bệ trụ theo phương pháp thông thường
3.3 Tính toán bệ trụ theo phương pháp Chống và Giằng

3.4 Liểm tra khả năng chịu lực của các thanh Chống và Giằng
Chương 4: Kết luận
09/06/12

3
Mở đầu
Mở đầu
Trong thời gian gần đây ở nước ta đã xây dựng các cầu mang tầm cỡ khu
vực, đặc biệt là các cầu treo nhịp lớn như cầu Rạch Miễu, cầu Thuận Phư
ớc, Cầu Kiền... Các công trình này được thiết kế, thi công theo các Quy
trình, Quy phạm và các Tiêu chuẩn của Quốc tế. Trên thực tế cho thấy Bê
tông cốt thép là một loại hình kết cấu được sử dụng chủ yếu và thông
dụng nhất. Đặc biệt là các cấu kiện khối lớn như bệ móng, mố, trụ... Để
đáp ứng được những yêu cầu của thực tế chúng ta phải phân tích sự làm
việc của kết cấu theo những sơ đồ phù hợp với quan điểm tính toán của
Quy phạm mới. Mô hình Chống và Giằng rất cần được xem xét khi
thiết kế các đế móng dày, bệ cọc hoặc các trường hợp khác mà khoảng
cách giữa các điểm đặt lực và các phản lực gối nhỏ.
Xuất phát từ những quan điểm đó, với trong khuôn khổ một luận văn tốt
nghiệp cao học và với sự hướng dẫn tận tình của các Thầy Cô giáo, Học
viên đã mạnh dạng chọn đề tài: Phân tích sự làm việc của Bệ trụ cầu dây
trên móng cọc khoan nhồi theo sơ đồ Chống và Giằng.
09/06/12

4
Các vấn đề nghiên cứu của luận văn này bao gồm:
- Lý thuyết về Mô hình chống và giằng trong kết cấu Bê tông cốt thép.
- Phân tích sự làm việc của kết cấu bệ trụ cầu Thuận Phước theo mô hình
Giằng và Chống.
- Tính toán bệ trụ cầu Thuận Phước theo cách làm thông thường và theo

mô hình Giằng và Chống.
- So sánh sự kết quả tính toán của hai cách tính.
Đề tài chỉ dừng lại ở mức độ phân tích tính toán kết cấu bệ trụ dựa trên
Lý thuyết tính toán theo sơ đồ Giằng và Chống - một lý thuyết tương
đối mới so với hệ thông Quy phạm ở nước ta.
09/06/12

5
Chương I
Lý THUYếT CHung Về MÔ HìNH
CHốNG Và GIằNG
1.1 Khái quát

Lý thuyết chung

Các bước tiến hành

Mô hình hóa vùng D bằng phương pháp
đường tải trọng

Một số nguyên tắc khi lựa chọn hệ thanh

Một số mô hình tiêu biểu
09/06/12

6
Nguyên lý chung
Các ứng suất và nội lực trong kết cấu có thể được vẽ hay hình ảnh hoá
dưới dạng các quỹ đạo. Những sơ đồ quỹ đạo đó gần giống các đường
dòng, do vậy chúng ta có thể gọi là dòng nội lực trong kết cấu. Khái

niệm và các dạng quỹ đạo lực chạy từ biên chịu tải qua kết cấu tới các
gối thực sự là các công cụ hữu hiệu để hiểu đúng quá trình chịu tải của
kết cấu và là sự trợ giúp tiện ích cho người thiết kế.
Tuy vậy các mẫu quỹ đạo tổng quát là khá phức tạp và chỉ có thể xác
định đúng nhất đối với vật liệu làm việc đàn hồi tuyến tính, hơn nữa
trong BTCT các đường chịu kéo chạy dọc theo cốt thép và có thể gây ra
nứt và biến dạng dẻo, do vậy tốt hơn hết là trong các bài toán thực tế,
cần đơn giản hoá hình đồ quỹ đạo và làm cho phù hợp với những đặc
điểm, tính chất riêng biệt của kết cấu bê tông.
09/06/12

7
Các vùng không liên tục:
Trạng thái làm việc của các bộ phận trong cấu kiện Bê tông cốt thép khi
xét ở giới hạn cực hạn sẽ có sự thay đổi lớn, nó được phân chia hai loại:
- Vùng B là Vùng chịu tải trọng tác dụng theo kiểu dầm: Vùng này được
khảo sát dựa trên cơ sở giả thuyết Becnuli, lý thuyết dầm.
- Vùng D là Vùng chịu tải trọng tác dụng theo kiểu vòm: Đây là những
vùng không liên tục, tiếp giáp với vùng gián đoạn hoặc đứt gãy. Vùng này
không thể áp dụng các phương pháp tính toán thông thường.
Trong vùng B trạng thái ứng suất tại một mặt cắt bất kỳ dễ dàng tính toán từ
các tác động tại một mặt cắt bằng các phương pháp thông thường, với điều
kiện là vùng này không bị nứt và thỏa mãn định luật Húc, các ứng suất sẽ
được tính toán theo lý thuyết uốn sử dụng các đặc trưng mặt cắt
Trong vùng D trạng thái ứng suất bị thay đổi đột gột, bị gián đoạn về hình
học (những chổ bị lồi lõm, các góc khung...), hoặc bị gián đoạn về tỉnh học
(những nơi có lực tập trung). Gían đoạn tỉnh học phát sinh từ các lực tập
trung hoặc các phản lực gối và các neo cốt thép dự ứng lực.
09/06/12


8
Phương pháp cơ bản để giải quyết vùng D
Từ trước đến nay phần lớn việc tính toán kết cấu bê tông cốt thép chỉ
quan tâm nhiều đến vùng B, việc tính toán thiết kế vùng D thường dựa
trên kinh nghiệm hoặc quan sát thực nghiệm. Trong thời gian gần đây
việc nghiên cứu tính toán vùng D đã được các tổ chức: Hiệp hội Bê
tông dự ứng lực, Viện bê tông Hoa kỳ, và Uỷ ban bê tông Châu Âu
nghiên cứu đưa ra những quy định tiêu chuẩn thiết kế đối với vùng D
khá chi tiết. Theo các tổ chức này thì trạng thái làm việc của bê tông
trong giai đoạn giới hạn cực hạn được tính theo mô hình toán cơ và mô
hình tốt nhất được sử dụng là mô hình chống và giằng.
Việc tính toán, thiết kế bê tông theo trạng thái ứng suất tới hạn bằng
mô hình chống và giằng là việc xem xét các điều kiện làm việc của hai
vùng B và D trong kết cấu.
Vùng không liên tục có thể giả định kéo dài xấp xỉ bằng khoảng cách
d từ điểm gián đoạn.
09/06/12

9
Giới thiệu mô hình một vùng D trong cấu kiện dầm
đơn giản và dầm công xôn
VùngB
(b)
Vùng B
Vùng D

Lỗ
VùngD
(a)
Vùng D

Vùng B
Vùng B
09/06/12

10
1.2 C¸c bé phËn cÊu thµnh
m« h×nh Chèng - Gi»ng

C¸c thanh chÞu nÐn

C¸c thanh chÞu kÐo

C¸c vïng nót

C¸c qu¹t chÞu nÐn

C¸c vïng chÞu nÐn

C¸c vßng xo¸y lùc, vßng l­în ch÷ U

TÝnh hiÖu lùc cña m« h×nh Chèng - Gi»ng
09/06/12

11
M« h×nh thanh chèng vµ thanh gi»ng chÞu kÐo cña mét dÇm cao bao
gåm c¸c thanh chèng chÞu nÐn b»ng bª t«ng, c¸c thanh cèt thÐp xem
nh­ thanh gi»ng chÞu kÐo.
Nót giµn (phÇn tö thñy tÜnh)
V1
Lùc thanh gi»ng T

θ
Ws
θ
2
P
V2
Thanh chèng xiªn
chÞu nÐn chÝnh
M« h×nh Chèng vµ Gi»ng cña mét dÇm cao
09/06/12

12
Các thanh chống chịu nén
Trong mô hình thanh chống và thanh giằng, các thanh chống tương ứng với
các trường ứng suất nén của bê tông theo hướng của thanh chống. Các
thanh chống được lý tưởng hóa có dạng như lăng trụ hoặc các cấu kiện
thon đều nhưng thường thay đổi mặt cắt ngang dọc theo chiều dài của nó,
vì bê tông ở đoạn giữa chiều dài thanh chống rộng hơn so với ở hai đầu.
Đôi khi là thành dạng hình chai hoặc các mô hình giàn cục bộ. Việc trải
rộng các lực nén làm tăng lực kéo ngang, có thể là nguyên nhân làm cho
thanh chịu kéo bị nứt theo chiều dọc. Nếu thanh chống không có cốt thép
ngang, nó có thể bị hư hỏng sau khi sự hình thành vết nứt này xảy ra.
Trong các mô hình chống và giằng, các thanh chống được thể hiện bằng
các đường đứt dọc theo trục của các thanh chống.
G
C
C
C
(a)
H

F
C
B
A
E
(b)
09/06/12

13
Sự hình thành vết nứt của các thanh chống chịu nén
1.5bef
a/4
bef/2
b
ef
b
ef
/4
(a) Vùng có dạng hình chai
(b) Mô hình chống và giằng
(c) Lực nén và lực kéo ngang
Lực kéo









=









=
ef
ef
ef
b
aC
T
b
ab
C
T
1
2
2/
4/4/
2

Độ bền nén vỡ của bê tông trong một thanh chống được nói tới như là độ
bền hiệu quả.
'

21 cce
fvvf
=
Trong đó tích 1, 2 là hệ số hiệu quả trong khoảng 0 và 1,0.
Các yếu tố chính tác động đến độ bền nén hiệu quả là:
- Độ bền của bê tông: Bê tông trở nên dễ vỡ hơn khi độ bền tăng lên: 2.
09/06/12

14
Giới thiệu các giá trị độ bền chịu nén hiệu quả dùng để tham khảo:
Cấu kiện kết cấu v1
Các nút giàn:
Các mối nối giới hạn bởi các thanh chống và các tấm đỡ 1,0
Các mối nối neo bằng một thanh giằng chịu kéo 0,85
Các mối nối neo bằng nhiều thanh giằng chịu kéo 0,75
Các thanh chống:
Các thanh chống có ứng suất dọc trục không bị nứt: 1,00
Các thanh chống bị nứt theo chiều dọc do trường ứng suất
có dạng hình chai: 0,80
Các thanh chống bị nứt theo chiều dọc do các trường ứng
suất có dạng hình chai mà không có cốt thép ngang: 0,65
Các thanh chống trong vùng bị nứt có lực kéo ngang từ cốt
thép ngang: 0,60
Các thân dầm mảnh bị nứt nghiêm trọng: = 300: 0,30
= 450: 0,55
09/06/12

15
Các thanh giằng chịu kéo
Bộ phận cấu thành chính thứ hai của một mô hình chống và giằng là

thanh chịu kéo. Thanh chống này tương đương với một hoặc một vài lớp
cốt thép đặt cùng hướng được thiết kế với Asfy Tn trong đó Tn = Tu
là lực do thanh kéo kháng lại.
Các thanh giằng chịu kéo có thể bị phá hỏng do không có neo giằng ở
đầu. Sự neo giằng của các thanh chịu kéo trong các vùng nút là một phần
quan trọng của việt tính toán thiết kế vùng D sử dụng mô hình chống và
giằng. Các thanh chịu kéo thể hiện bằng các đường liền nét trong các mô
hình chống và giằng.
Các vùng nút
Các mối nối trong mô hình thanh chịu kéo và thanh chống còn được hiểu
như là các vùng nút. Ba hoặc nhiều lực gặp nhau tại một nút. Các lực gặp
nhau tại một nút phải cân bằng. Có nghĩa là Fx=0, Fy = 0 và M = 0
đối với điểm nút. Điều kiện thứ 3 ngụ ý rằng các đường tác dụng lực
phải đi qua một điểm chung hoặc có thể phân tích được thành các lực mà
chúng tác dụng qua một điểm chung.
09/06/12

16
C¸c vïng nót
a
2
(a) Nót d¹ng CCC
a1
C1
C3
a3
(b) Nót d¹ng CCT
C2
C2
T

C1
σ1
L
d
σ2
σ3
R
R1
R2
C1
T
C2
C¸c vïng nót trong phÇn giao nhau cña cÊu kiÖn
09/06/12

17
1.3 Sơ đồ trình bày các mô hình
Chống - Giằng

Các mô hình Chống và Giằng

Các quỹ đạo ứng suất đàn hồi

Lượng cốt thép tối thiểu

Các hệ số giảm độ bền

Các phân tích trạng thái làm việc của dầm cao

Các mô hình Chống và Giằng đối với dầm cao

09/06/12

18
Các mô hình chống và giằng
Các mô hình chống và giằng được vẽ theo hai mức. Trong nhiều
trường hợp biểu diễn các thanh chống và thanh chịu kéo bằng các
đường dọc theo đường tâm của chúng cũng đủ chính xác. Tuy
nhiên trong các vùng chật cứng, hướng của các thanh chống, độ
dốc và các chỗ giao nhau của chúng bị ảnh hưởng rất lớn bởi
chiều rộng của chúng. Trong các trường hợp như vậy cần phải
xem xét kỹ chiều rộng của các thanh chống và vẽ lại toàn bộ hoặc
một phần nào đó của mô hình chống và giằng theo tỷ lệ.
Một mô hình chống và giằng cần phải cân bằng với các lực tác
dụng trên các ranh giới của vùng D. Nếu một vài trường hợp tải
trọng phải được xem xét kỹ thì cần phải vẽ mô hình chống và
giằng riêng rẽ cho mỗi trường hợp tải trọng. Mô hình chống và
giằng cần một lượng cốt thép lớn nhất trong một vị trí đã cho nào
đó sẽ điều chỉnh sự lựa chọn cốt thép tại điểm đó trong kết cấu.