tính toán dầm I căng trước dài 36.6 m , từ công việc mô hình , khai báo điều kiện biên , khai báo tĩnh tải dầm chủ , lan can , lớp phủ , cáp DUL , hoạt tải và các biểu đồ nội lực , tính toán thủ công so sánh kết quả
SỐ LIỆU THIẾT KẾ
Bê tông bản mặt cầu
- Mô đun đàn hồi: E = 29440000 kN/𝑚 2
- Cường độ bê tông ở 28 ngày tuổi: 𝑓’𝑐 = 30 MPa
Bê tông dầm chủ
- Mô đun đàn hồi: E = 37500000 kN/𝑚 2
- Cường độ bê tông ở 28 ngày tuổi: 𝑓’𝑐 = 45 MPa
Cáp DƯL
- Đường kinh tao cáp: 15.2 mm
- Mô đun đàn hồi: E = 196500000 kN/𝑚 2
- Giới hạn bền: fu = 1860 MPa
- Giới hạn chảy: fy = 1675 Mpa
Lớp phủ: Bê tông Aspalt
- Chiều dày lớp phủ: 75mm
- Trọng lượng riêng bê tông: 22.5 kN/𝑚 3
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỘT DẦM CHỦ:
Tĩnh tải
Tĩnh tải do lan can:
Tĩnh tải do trọng lượng lớp phủ:
SỐ LIỆU THIẾT KẾ
Khai báo vật liệu
− Định nghĩa các loại vật liệu:
- Bê tông dầm ngang ảo (Dummy)
Tới tab Properties > Click chọn Material Properties > Tiến hành khai báo
Khai báo tính chất vật liệu thay đổi
− Yêu cầu các công đoạn:
- Khai báo co ngót, từ biến của bê tông
- Khai báo sự thay đổi cường độ bê tông theo thời gian
- Gán thuộc tính cho vật liệu
− Khai báo co ngót, từ biến cho bê tông:
Vào tab Properties > thẻ Time Dependent Material > Click chọn
− Khai báo sự thay đổi cường độ bê tông:
Vào tab Properties > thẻ Time Dependent Materi al > Click chọn Comp,
− Gán thuộc tính cho vật liệu:
Vào tab Properties > thẻ Time Dependent Material > Click chọn Material Link
KHAI BÁO MẶT CẮT ( DEFINE SECTION PROPERTIES)
Khai báo tiết diện dầm chủ
Vào tab Properties > Chọn Section > Click chọn PSC > Chọn PSC value > Chọn Define by Coordinates Tiến hành nhập tọa độ các điểm của tiết diện
Khai báo tiết diện liên hợp
− Vào tab Properties > Chọn Section > Click chọn Compostie > Chọn Compostie PSC > Tiến hành Import tiết diện dầm chủ và khai báo thông số của bản liên hợp
2.2.3 Khai báo dầm ngang ảo
- Vào tab Properties > Thẻ Section > Click chọn Sections Properties > thẻ
MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU (BRIGE STRUCTURE MODELING)
− Tạo dãy nút ban đầu:
Vào tab Node/Element > Click chọn Create Nodes > Khai báo các nút
− Tạo phần tử dầm chủ:
Vào tab Node/Element > Click chọn Extrude > Chọn tất cả các Node trên màn hình > Tiến hành thiết lập thông số > Apply > Close
− Tạo phần tử dầm ngang ảo:
Giữ nguyên cửa sổ Extrude Element > Chọn lại các thông số phù hợp với dầm ngang > Lựa chọn tất cả các Node của dầm chủ ngoài cùng > Apply > Close
KHAI BÁO ĐIỀU KIỆN BIÊN (DEFINE BOUNDARY CONDITIONS)
- Gối di động theo phương y
- Gối di động theo phương x
- Gối di động theo phương x và y
Vào tab Boundary > Define Supports > Lựa chọn Node cần gán > Tích chọn vào những ô cần ràng buộc chuyển vị> Apply > Close
KHAI BÁO TẢI TRỌNG ( DEFINE LOADS)
- Khai báo nhóm tải trọng
- Tải trọng do ứng suất nén trước
Nhóm các tải trọng
− Bao gồm các nhóm tải trọng:
- Lực căng trước Để tạo nhóm cho tải trọng ta thực hiện:
Trên Tree Menu chọn thẻ Group > Click chọn Load Group > New > Tiến hành khai báo các nhóm tải trọng > Close
Khai báo trường hợp tải trọng tĩnh
− Gồm các loại tải trọng:
- Tĩnh tải dầm chủ: loại tải trọng Dead Load
- Lan can: loại tải trọng Dead Load
- Lớp phủ: loại tải trọng Dead Load
- Lực căng trước: loại tải trọng Dead Load
− Để khai báo tải trọng tĩnh ta thực hiện theo các bước:
− Gán tải trọng cho các phần tử:
- Đối với tải trọng dầm chủ, tiến hành gán theo dạng Seft weight để chương trình tự động tính toán
Đối với các tải trọng còn lại, cần thực hiện quy đổi tải trọng phân bố trên toàn bộ các dầm và gán chúng vào các dầm chủ tương ứng.
- Tải trọng do lực căng trước sẽ tiến hành gán sau khi khai báo cáp DUL
− Đối với loại tải trọng phân bố đều:
Vào tab Load > ở thẻ Beam Load Section > Click chọn Element > Thiết lập các thông số ứng với từng loại tải trọng > Lựa chọn phần tử cần gán > Apply >
− Đối với tải trọng dầm chủ:
Vào tab Load > ở thẻ Beam
Load Case Name : Dam chu
Load Section > Click chọn Seft Weight > Mục Load Group Name : Dam chu > Seft weight
Khai báo cáp dữ ứng lực
− Tạo Group cáp DUL: mỗi group đại diện cho 1 loại cáp và 1 dầm riêng
− Ở bài này chúng ta có 4 dầm I, mỗi dầm I có 2 loại cáp là cáp thẳng và cáp xiên
Vào Tree Menu > Mục Group > Tendon Group > Tiến hành tạo 8 group cáp tương ứng với 8 loại vừa nêu > Close
− Khai báo thuộc tính cáp, chia cáp DUL thành 2 loại:
- Loại 1: Cáp xiên, 9 tao 15.2mm
- Loại 2: Cáp thẳng 15 tao 15.2mm
Vào tab Load > Click chọn Temp./Prestress trong thẻ Load Type > Click chọn Tendon Property > Tiến hành khai báo các loại cáp và thuộc tính cáp
− Gán cáp DUL cho dầm 1:
Vào tab Load > Click chọn Temp./Prestress trong thẻ Load Type > Click chọn Tendon Profile > Tiến hành khai báo cáp DUL
Group: lựa chọn đúng loại group ứng với cáp thẳng hoặc xiên với dầm số 1,2,3,4 Tendon Property: tương tự như Group
Assign Element: đánh số phần tử dầm đã biết từ trước
Profile Insert Point: Lấy theo tọa độ điểm bắt đầu hành trình cáp
− Tương tự gán cáp DUL cho dầm 2,3,4: sử dụng copy/move để copy khai báo
( Mặt bằng bố trí cáp DUL )
− Gán lực căng cho cáp:
Vào tab Load > Click chọn Temp./Prestress trong thẻ Load Type > trong thẻ
Prestress Load chọn Tendon Prestress > tiến hành gán lực căng cáp với các thông số tương ứng
Khai báo hoạt tải
- Khai báo loại hoạt tải
- Khai báo trường hợp tải trọng
In the Tree Menu, navigate to Group and select Structure Group Right-click and choose New to create a group for the virtual beam, naming it "Dummy." Then, click Add to define a group for all structures, labeling it "All," and click Add again before closing the dialog.
To set up a moving load analysis, navigate to the Load tab and select Moving Load under Load Type Choose AASHTO LRFD from the Moving Load Code section, then click on Traffic Line Lanes within the Moving Load Analysis Data Finally, proceed to define the corresponding vehicle lanes for the edge beams (buttons 1 to 14).
− Khai báo loại hoạt tải:
Tiếp theo bước khai báo làn, click chọn Vehicles > tiến hành khai báo hoạt tải HL-93 theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD
− Khai báo trường hợp tải trọng:
Tiếp tục bước trước, click chọn Moving Load Cases > tiến hành khai báo các trường hợp tải trọng hoạt tải trên các làn
Chương trình tự động tính toán trường hợp bất lợi nhất bằng cách gán hoạt tải cho tất cả các làn xe, dao động từ 0 đến 2 Cả xe 3 trục và xe 2 trục đều có khả năng di chuyển trên tất cả các làn đường.
KHAI BÁO CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG
- Vào Load / Construction Stage / Define construction Stage / Tiến hành khai báo
Giai đoạn 1
- căng kéo cáp DUL , lắp đặt dầm chủ
Giai đoạn 2
Giai đoạn 3
- thi công bản mặt cầu, lan can và lớp phủ
- khai báo tiết diện mặt cắt thay đổi qua từng giai đoạn :
KẾT QUẢ TỔ HỢP NỘI LỰC
Tổ hợp nội lực theo TTGH CĐI , và TTGHSD
− Thực hiện tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn AASHTO 2002 từ chương trình cho sẵn
− Theo đó các tải trọng tổ hợp bao gồm:
In the Results tab, select Load Combination within the Combination section Then, in the Load Combinations dialog box, click on Auto Generation to set up the standards and combination factors according to AASHTO LRFD02, which closely aligns with 22TCN272-05, translated from AASHTO 98.
Phân tích và xuất kết quả nội lực
− Kết quả cần xem xét:
- Chuyển vị và biến dạng
− Tương ứng với mỗi kết quả ta vào các thẻ trên Tree Menu:
− Một số kết quả hiển thị tính toán:
Biểu đồ momen do bản thân dầm
Biểu đồ momen do cáp DUL
Biểu đồ momen do hoạt tải HL-93
Chuyển vị do bản thân dầm chủ
Chuyển vị do cáp DUL
SO SÁNH KẾT QUẢ
Hệ số phân phối momen đối với dầm trong
S300mm, độ cứng dọc K g =9.5 × 10 10 mm 4 , L = 35979mm, t s = 200 mm
Với một làn xe chất tải, phân phối hoạt tải khi momen dầm trong là : mg M SI = 0.06 + ( S
35979× 200 3 ) 0.1 = 0.45 Với 2 hoặc nhiều làn xe chất tải, phân phối hoại tải tính mômen dầm trong là : mg M MI = 0.075 + ( S
Hệ số phân phối momen dầm biên
Với một làn chất tải, hệ số phân thối hoạt tải đối với momen dầm biên thường dùng phương pháp đòn bẩy :
Tung độ đường ảnh hưởng dưới các bánh xe :
Với một làn xe, hệ số làn xe được tính là m = 1.2, và công thức tính mômen cho dầm biên là mg M SE = 0.5 × (y1 + y2 + y3) × m Cụ thể, mg M SE = 0.5 × (0.98 + 0.44 + 0.075) × 1.2 = 0.897 Đối với hai làn xe chất tải, hệ số phân phối hoạt tải tính mômen cho dầm biên được xác định qua công thức mg M ME = e × mg M MI, trong đó e = 0.77 + d e.
Bảng tổng hợp hệ số phân phối momen( đã gồm hệ số làn xe )
=> Hệ số phân phối lấy trường hợp bất lợi nhất : => mg = 0.6
TỔ HỢP TẢI TRỌNG DẦM CHỦ - TTGH CĐI
MLL = mg × [ ( 1+0.33) × max ( M2T; M3T) + Mlàn ) ] = 0.6 × [ ( 1+0.33) × 2455.5 + 1674) ] = 2963.89 KNm
MTTGH-I = 1.05 × ( γDC × MDC + γDW × MDW + γLL× MLL ) = 1.05 ×( 1.25 × 6058.8 + 1.5 × 835.2 + 1.75 × 2963.89 ) = 17713.7 KNm
- Biểu đồ momen ở trạng thái CD I :
Kết quả tính toán bằng phần mềm Midas và phương pháp tính tay theo hệ số phân phối ngang cho thấy sự chênh lệch đáng kể Nguyên nhân của sự khác biệt này có thể bao gồm nhiều yếu tố khác nhau.
- Hệ số phân phối ngang là phương pháp tính lý thuyết nên kết quả tính luôn luôn thiên về an toàn
- Trong lúc tính toán bằng tay, người tính thường xuyên làm tròn kết quả tính
- Tải trọng xe trong Midas theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD có tải trọng trục và khoảng cách bánh xe khác so với TCN272-05 (có sự làm tròn số)
Việc khai báo dầm ngang không ảnh hưởng đến tải trọng do trọng lượng riêng được gán bằng 0, nhưng vẫn tác động đến đặc trưng hình học của tiết diện.
Kết luận: Mặc dù có sự chênh lệch giữa 2 phương pháp tính nhưng kết quả tính toán là có thể chấp nhận được.
