Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quá trình thi công cầu dây văng nội lực của dây thay đổi khác nhau giữa thi công và khai thác. Phần này sẽ giúp các bạn tìm hiểu cách điều chỉnh nội lực cầu dây văng bằng phần mềm MIdas civilchúc các bạn thành công
632 PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN IU CHNH NI LC CU DÂY VNG ANALYSING AND DETERMINING THE INITIAL FORCE IN CABLES OF CABLE STAYED BRIDGES Lê Vn Nam và V Hng Nghip* i Hc Bách Khoa Tp. H Chí Minh *i Hc Giao Thông Vn Ti Tp. H Chí Minh BN TÓM TT Bài báo này trình bày cách mô hình phn t cáp và cách xác đnh lc cng ban đu trong cáp đ đm bo hình dng trc dc trong cu dây vng. Quá trình tính toán đã đc các tác gi đã lp trình thành mt chng trình tính toán phc v trong vic làm lun vn tt nghip cho các sinh viên chuyên ngành cu đng và phc v cho thit k các công trình thc t. ASTRACT This paper presents a new method of modeling cable elements and determining the initial force in cables to maintain the design profile of cable stayed bridges. The calculating process has been developed to become a program for serving students major in Bridge Engineering and design Engineers. 1. GII THIU CHUNG Do tính thm m cao, vt đc nhp ln và u đim v kinh t, nhiu cu dây vng (CDV) đã đc xây dng trên th gii trong thi gian 50 nm qua. Ti Vit Nam, các CDV ln đã và đang xây dng là cu M Thun có nhp chính L=350m, cu Kin vi L=200m, cu Rch Miu (Bn Tre), cu Phú M Thành ph H Chí Minh, cu Bãi Cháy vi L =435m, sau khi xây dng xong s chim k lc dài nht v loi CDV mt mt phng dây, cu Cn Th có nhp chính L=550m dài nht ông Nam Á. Theo các nghiên cu v giao thông nông thôn thì khu vc BSCL cn đn hn 65.000 cây cu vi chiu dài nhp ≤ 200m bc qua h thng kênh rch chng cht ni lin các huyn th. Do điu kin đa cht, thi công và kinh t, phng án xây dng CDV đc xem là ti u nht. Nhiu cu vt dng CDV đc xây dng ti các thành ph ln Nht Bn, M, Anh, Trung Quc … cho thy chúng không nhng phù hp vi giao thông b hành trong ni thành mà còn có tính thm m cao vàu u đim khác v kinh t. Trong tính toán CDV, mt trong nhng vn đ khó khn nht là xác đnh lc điu chnh ca dây vng đ đm bo hì nh dng trc dc ca cu. Do hn ch v lý thuyt và nht là công c tính toán cho nên đây là mt nguyên nhân gây tr ngi cho vic thit k, áp dng ph bin loi cu này. Da vào các nghiên cu v phn t dây mm [1][2][3][4], PPPTHH [6][8], Matlab, các tác gi đã nghiên cu, xây dng mt chng trình tính xác đnh lc cng trong dây vng đ đm bo trc dc ca cu và chuyn v nh nht trên đnh tháp. Chng trình đã đc các sinh viên Trng HBK s dng trong các đ án, lun vn tt nghip v CDV và tham gia tính toán mt s công trình thc t. Hình 1 . Cu cho ngi đi b Huerfanos (Chilê), L=26m+57m+26m=109m Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 633 2. NGHIÊN CU TÍNH TOÁN 2.1. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN Trong CDV, lc cng trong cáp gây ra các chuyn v bên (cho các v trí neo khác), lc nén trong tháp và dm. Do bi lc cng trong dây rt nhy vi s thay đi nh v hình hc nên chuyn v ca dm và tháp phi đc xem xét. Hn na nh hng ca lc nén lên kh nang nén un dc trc ca dm và tháp cng phi đc tính toán. Do đó toàn b k t cu cu gm dây vng, dm, tháp cn phi đc phân tích đng thi [5][7][9]. Dm và tháp cu đc mô hình nh phn t khung. Các dây vng đc xem nh phn t dây mm liên kt vi h dm, tháp ti các v trí neo và tác dng lên h lc nút nh hình 2. Da vào phng pháp phn t hu hn, phng trình tính toán ca h nh sau : [K][q] = [P] + [P c ] (1) Trong đó : [K] : Ma trn đ cng gm ch ca phn t dm và tháp. [q] : Chuyn v nút ca h. [P] : Vect ti trng tng đng. [P c ] : Vect lc nút ti các v trí đu cáp. Vic tính toán ma trn đ cng [K] và vect ti trng tng đng [P] ch là quá trình lp ghép các ma trn con, vect con có th tham kho trong các tài liu v phng pháp phn t hu hn [6][8]. Khó khn còn li là xác đnh vect lc [P c ] theo các trng thái làm vic ca cáp [1][2][3]. Trình t tính toán lc điu chnh ca dây vng nh sau : Bc 1 : Các dây vng đc treo trng thái ban đu vi mi tên võng f o (gi thit duy nht ca phng pháp) và ch chu lc cng do trng lng bn thân dây. T đó ta có th xác đnh chiu dài dây L o và lc cng ban đu ti các nút. o oo o o o EFH D EF lH H D l L −−+= θ θ α 22 3 cos2 cos cos (2) 3 0 2 0 0 01 8 P f ql f M HP d −==== (3) θθ tg f qlql tgH ql RP A 0 2 02 822 −=−== (4) θθ tg f qlql tgH ql RP B 0 2 04 822 +=+== (5) Tính [P c ], thay th vào (1) gii tìm chuyn v ca h. Bc 2 : iu chnh lc cng dây theo các chuyn v đã tìm đc (6). Do ta ch quan tâm đn cao đ ca dm cu nên ta ch hiu chnh thành phn chuyn v đng : () θθθ 25 2 1 cossincos 2 v l EF lH EFD HH o o o −−= (6) Tính li [P c ], thay th vào (1) gii tìm chuyn v ca h. Bc 3 : iu chnh lc cng dây theo các chuyn v đã tìm đc theo công thc (7) : Hình 2. Mô hình tính toán lc điu chnh dây vng. Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 634 () θθ 2 12 cossinv l EF HH −= (7) Tính li [P c ], thay th vào (1) gii tìm chuyn v ca h. Kim tra điu kin. S đ tính toán nh sau : BC 1 - Gia thiêt f o - Tinh [K], [P], [P c ] o - Giai (1) tim [q] BC 2 - Tinh [P c ] 1 theo (6) - Giai (1) tim [q] BC 3 (i) - Tinh [P c ] 2 theo (7) - Giai (1) tim [q] KIÊM TRA IÊU KIÊN Kiêm tra v max ≤ ∆ (*) ( ∆ : Gii han chuyên vi ln nhât cua dâm) KÊT QUA TINH TOAN - Xuât file kêt qua - Ve s đô chuyên vi - Ve biêu đô lc M, N Thoa (*) Không thoa (*) Hình 3: S đ tính toán điu chnh CDV Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 635 3. VÍ D TÍNH TOÁN Sau đây xin trình bày mt ví d c th đc tính toán bng chng trình. a. S đ tính toán - S đ nhp : L = 65m + 145m + 65m = 275m, i = 5%, R = 1000m. - Chiu cao tháp H = 50m, khong cách các đim neo trên đnh tháp là 1m. Các loi ti trng : - Tnh ti giai đon 1 : Trng lng bn thân kt cu (CT t đng tính toán). - Tnh ti giai đon 2 : 1.20 T/m - Hot ti thi công : 1.50 T/m b. Các đc trng vt liu, hình hc h Phn t E (T/m2) γ (T/m3) H s Poisson A (m2) I (m4) Cáp D100 (1) 20389018 7.85 0.3 0.00785 0 Cáp D80 (2,8) 20389018 7.85 0.3 0.00503 0 Cáp D60 (3,6,7) 20389018 7.85 0.3 0.00283 0 Cáp D50 (4,5) 20389018 7.85 0.3 0.00196 0 Tháp 20389018 7.85 0.3 0.96000 0.94985 Dm 20389018 7.85 0.3 1.02000 0.92320 c. Tính toán lc cng trong dây vng S đ tính ban đu Hình 5. S đ tính ban đu Hình 4. S đ cu ví d tính toán Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 636 Ti trng tác dng File kt qu tính toán KET QUA CHUYEN VI NUT NUT Ux Uy Rz 1 0.004601 0.000000 -0.000102 2 0.004360 -0.000030 0.000047 3 0.003992 0.000079 -0.000013 4 0.003550 -0.000100 0.000001 5 0.003052 0.000000 0.000003 6 0.002561 -0.000080 0.000002 7 0.002105 0.000029 0.000004 8 0.001749 0.000036 0.000010 9 0.001499 -0.000025 -0.000053 10 0.001499 -0.000024 0.000053 11 0.001253 0.000039 -0.000011 12 0.000906 0.000023 -0.000004 13 0.000469 -0.000072 -0.000002 14 0.000000 0.000000 -0.000003 15 -0.000476 -0.000092 -0.000001 16 -0.000901 0.000073 0.000013 17 -0.001259 -0.000028 -0.000046 18 -0.001509 0.000000 0.000102 19 0.000000 0.000000 0.000000 20 0.004839 -0.003115 -0.000206 21 0.005047 -0.003160 -0.000210 22 0.005260 -0.003191 -0.000215 23 0.005476 -0.003208 -0.000217 24 0.000000 0.000000 0.000000 25 -0.004000 -0.002958 0.000170 26 -0.004172 -0.003001 0.000174 27 -0.004347 -0.003031 0.000178 28 -0.004526 -0.003048 0.000180 KET QUA NOI LUC PHAN TU PT Pi Pj Mi Mij Mj 1 -241.4469 -232.7109 0.0000 140.2926 -301.8148 2 -474.4303 -467.8783 -301.8148 -75.7752 -177.3356 3 -589.9438 -583.3918 -177.3356 18.2948 -113.6748 4 -645.9467 -639.3947 -113.6748 1.9922 -209.9408 5 -646.5685 -640.0165 -209.9408 -0.8881 -119.4354 6 -590.2534 -583.9635 -119.4354 3.0150 -202.1345 7 -466.3227 -461.6926 -202.1345 7.4289 -110.6076 8 -329.0884 -326.4676 -110.6076 -79.3275 -375.6475 9 0.0000 0.0000 -375.6475 79.8804 -374.5918 10 -321.4766 -324.0974 -374.5918 -80.2425 -113.4933 11 -448.5320 -453.1620 -113.4933 8.4420 -197.2227 12 -560.5175 -566.8075 -197.2227 2.9276 -124.5221 13 -611.3936 -617.9456 -124.5221 -1.1431 -205.3641 14 -610.8363 -617.3883 -205.3641 1.7250 -118.7859 15 -560.0264 -566.5784 -118.7859 18.0112 -172.7917 16 -456.8330 -463.3850 -172.7917 -74.5498 -303.9079 17 -240.2163 -248.9523 -303.9079 139.2460 -0.0000 18 -1566.6352 -1190.3062 -84.8534 -84.8534 -84.8534 19 -938.1243 -930.1173 -84.8534 -84.3669 -83.8803 20 -653.1389 -645.1319 -83.8803 -87.2051 -90.5299 21 -345.7347 -337.7277 -90.5299 -45.2650 0.0000 22 -1497.0570 -1120.7280 70.1297 70.1297 70.1297 23 -891.8522 -883.8452 70.1297 69.7165 69.3033 24 -633.1142 -625.1072 69.3033 73.6684 78.0334 25 -347.4828 -339.4758 78.0334 39.0167 0.0000 26 277.8648 279.9650 0.0000 0.0000 0.0000 27 303.8884 305.0340 0.0000 0.0000 0.0000 28 181.0131 181.5260 0.0000 0.0000 0.0000 29 141.5070 141.7190 0.0000 0.0000 0.0000 30 133.9964 134.2069 0.0000 0.0000 0.0000 31 183.7469 184.2415 0.0000 0.0000 0.0000 32 168.9974 169.5967 0.0000 0.0000 0.0000 33 377.7085 378.8873 0.0000 0.0000 0.0000 Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 637 34 371.9484 373.1273 0.0000 0.0000 0.0000 35 158.8239 159.4231 0.0000 0.0000 0.0000 36 168.3384 168.8330 0.0000 0.0000 0.0000 37 121.6618 121.8723 0.0000 0.0000 0.0000 38 128.3379 128.5499 0.0000 0.0000 0.0000 39 161.7987 162.3117 0.0000 0.0000 0.0000 40 279.6028 280.7484 0.0000 0.0000 0.0000 41 286.6725 288.7727 0.0000 0.0000 0.0000 S đ chuyn v Hình 8. S đ chuyn v h (t l 1/913) Biu đ ni lc Hình 9. Biu đ lc dc Hình 10. Biu đ momen 4. KT LUN - Nghiên cu đã đc s dng trong các đ án, lun vn tt nghip ca sinh viên Trng HBK v CDV. Khi so sánh vi các phng pháp tính khác, chng trình có tc đ tính nhanh hn, kt qu th hin đy đ gm file kt qu, các biu đ ni lc, chuyn v (chuyn đc sang ACAD). - Trong điu kin hin nay các chng trình tính kt cu đu kh ông có bn quyn nên kt qu tính không đm bo. Vic t xây dng chng trình là cn thit, có ý ngha v nghiên cu, ng dng trong thc tin. - Chng trình là nn tng ban đu cho các sinh viên có các nghiên cu tip theo nh các nghiên cu v nh hng nhit đ, mô hình không gian, t đng thit k, phân tích đng lc hc - Chng trình cng có th s dng trong tính toán các công trình thc t. Góp phn ph bin loi kt cu này phc v cho giao thông nông thôn cng nh thành ph. TÀI LIU THAM KHO 1. Cách tính h treo theo s đ bin dng. Lu Th Trình. NXB Khoa Hc và K Thut, 1985. 2. Lê Vn Nam. Nghiên cu các trng thái làm vic ca phn t dây mm ng dng cho mô hình phn t cáp trong cu dây vng. Tp chí Giao thông vn ti tháng 03/2005. 3. Lê Vn Nam, V Hng Nghip. ng dng mô hình dây vng bng phn t dây mm trong phân tích, tính toán cu dây vng. Tp chí Giao thông vn ti tháng 04/2005. 4. Lê Vn Nam, V Hng Nghip. Mô hình phn t cáp trong phân tích điu chnh trc dc Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn 638 cu dây vng. Tp chí phát trin khoa hc & công ngh tháng 02/2005. 5. Lê Vn Nam, V Hng Nghip. Tính toán cu dây vng theo Phng pháp lc và theo S đ bin dng đ kim chng kt qu theo SAP2000 –– Hi ngh sinh viên nghiên cu khoa hc, Trng i hc Bách khoa Tp. H Chí Minh nm 2001, Gii khuyn khích gii thng sinh viên nghiên cu khoa hc 2001, B Giáo dc và ào to. 6. Phng pháp phn t h u hn. Chu Quc Thng. NXB Khoa Hc và K Thut, 1997 7. P.K.K.Lee.D.W.Chen, F.T.K.Au, L.G.Tham. Determination of initial cable forces in prestressed concrete cable stayed bridges for given design deck profiles using the force equilibrium method. Computers and Structures 74. 2000. 8. S.S Rao. The Finite Element Method in Engineering. Pergamon Press 9. Ki Seok Kim, Hae Sung Lee. Analysis of target configuration under dead load for cable stayed bridges. Computers and Structures 79. 2001. Ngun: Tuyn Tp Hi Ngh Khoa Hc & Công Ngh Ln th 9, Trng i Hc Bách Khoa Tp. HCM www.cauduongonline.com.vn