CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỂ CHUNG 1. ANH HUGNG CUA SU THAY DOI DO CONG CUA DAY DEN BIEN DANG CUA HE Trong cầu dây văng, các dây văng thường được làm bằng các bó dây gồm các sợi thép cường độ cao. Bó dây thường nho và đài, nên mềm, chịu kéo tốt nhưng không có khả năng chịu uốn, nén. Các dây văng được neo vào dầm chủ và tháp cầu với các góc nghiêng khác nhau theo phương ngang, dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, dây bị võng theo đường cong dây xích mà trong lý thuyết tính dây mềm vẫn được giả thiết là đường cong parabol.
Trước đây, trong tính toán CDV người ta chấp nhận dây văng thẳng tuyệt đối, hệ được xem như không biến dạng hình học. Điều này có thể chấp nhận được với các cầu nhịp nhỏ, dây ngắn. Hiện nay, giới hạn nhịp của CDV đã được đẩy cao lên, chiều dài dây văng có thể lên tới hàng trăm mét, vì vậy quan niệm dây thẳng tuyệt đối sẽ không còn phù hợp nữa. Thực tế, khi một dây cáp căng xiên, dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tĩnh tải kết cấu nhịp P, (hình 1.1) dây có độ võng là ƒ,.
Khi chịu thêm hoạt tải, giá trị lực tại nút dây đạt tới ? = 4 + AP, độ cong của dây thay đổi và độ võng mới là ƒ,. Nếu APĂÄ0—= ƒ#> ƒ dây sẽ bị cong thêm và ngược lại khi A7> Ö -> f <f, dây duỗi thẳng hơn. Như vậy khi chịu hoạt tải, tại các nút dây bên cạnh độ võng do biến dạng đàn hồi còn có độ võng phụ Ay phát sinh do sự thay đổi độ cong của dây. Trị số biến dạng do dây duỗi thắng chịu hoạt tải tác dụng vào nút có tính đàn hồi phi tuyến và phụ thuộc vào các yếu tố sau: - cường độ sử dụng của đây; - chiều đài và góc nghiêng của dây so với phương ngang; - tỉ lệ giữa hoạt tải và tĩnh tải.
Đường biểu diễn quan hệ giữa 4 và P; có dạng như trên hình 1.2- Quan hệ giữa A và †, Qua biểu đồ nhận thấy rằng: - Độ võng phụ tăng theo P” nhưng giảm dần và tiệm cận với đường nằm ngang khi ->œ - Khi P.<?, biến dạng phụ tăng rất nhanh. Như vậy độ võng phụ tại các nút dây do thay đổi độ cong rất có ý nghĩa với các dây giảm lực căng khi chịu hoạt tải. MÔĐUN ĐÀN HỔI TƯƠNG ĐƯƠNG Trong cầu dây văng, các dây văng làm bằng cáp được treo cố định tại hai đầu (dầm chủ và tháp câu). Dưới tác dụng của tải trọng ban đầu, bao gồm trọng lượng bản thân dây và tĩnh tải kết cấu nhịp, dây văng bị võng.
Khi chịu hoạt tải, các dây văng không những bị co, dân đàn hồi mà còn thay đổi dạng hình học (bị cong hơn hoặc duỗi thẳng). Như vậy, quan hệ giữa biến dạng và ứng suất (nội lực) trong dây không phải thông qua giá trị môđun đàn hồi của vật liệu dây mà phải là đại lượng môđun đàn hồi tương đương, trong đó chứa đựng yếu tố thay đổi độ cong của day. A Trong các chuyên đề 1 và chuyên đề 2 đã xây dựng được biểu thức xác định môđun đàn hồi tương đương E,, cla một dây căng xiên có các điểm tựa không cùng cao độ chịu tải trọng thay đổi: E Ea = .3- THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CDV KHI XÉT ĐẾN SỰ THAY DOI MODUN DAN HOI TUGNG DUGNG CUA DAY 1.1- THUAT TOAN Cầu dây văng là một hệ siêu tĩnh nên để tính được hệ cần phải đưa vào độ cứng của từng phần tử. Tuy nhiên độ cứng của các dây văng phụ thuộc vào môđun đàn hồi tương đương, trong khi đó giá trị của đại lượng này với mỗi dây lại thay đổi theo nội lực.
Điều này gây khó khăn rất lớn cho việc tính toán. Để giải quyết vấn đề này, trong chuyên đề xây dựng một cách tính cầu dây vãng có xét tới sự thay đổi của môđun đàn hồi tương đương của dây khi chịu hoạt tải. Tính toán thực hiện bằng phương pháp lặp, cụ thể: Đưa vào các giá trị môđun đàn hồi xuất phát của các dây văng (tương ứng với nội lực trong dây khi chịu tĩnh tải bản thân và tĩnh tải kết cấu nhịp) để tính nội lực trong hệ khi chịu hoạt tải, từ nội lực trong đây tính được môđun đàn hồi tương đương của từng dây và so sánh với giá trị môđun đàn hồi xuất phát. Quá trình tính toán sẽ tiếp tục với môđun đàn hồi của dây bằng trị số vừa tính được cho đến khi kết quả tính của hai chu trình liên tiếp xấp xỉ nhau.2- CHƯƠNG TRÌNH Theo thuật toán trên đã xây dựng chương trình tính cầu dây văng trong đó có xét đến sự thay đổi của môđun đàn hồi tương đương của dây.
Chương trình gồm hai phần chính: + Phần tính toán kết cấu: Sử dụng SAP- 2000, là một chương trình viết bằng phương pháp phần tử hữu hạn dùng để phân tích và tính toán kết cấu. + Phần điều khiến: Phân điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Visual sau: Basic, version 6. Phần chương trình này thực hiện những nhiệm vụ - - Nhập các số liệu đầu vào (thông số hình học của kết cấu, tải trọng) - - Xác định môđdun đàn hồi tương đương của dây khi chịu tính tải - - Điều khiến SAP-2000 chạy. - Lay lực dọc trong các dây theo kết quả tính toán của SAP-2000 va tính lại môđun đàn hồi tương đương của dây văng.
- So sánh giá trị môđun đàn hồi tương đương của các dây trong hai chu trình liên tiếp. - Nếu điều kiện xấp xỉ chưa thoả mãn, gan trở lại SAP các gia tn môđun đàn hồi của dây văng bằng môđun đàn hồi tương đương của chu trình vừa tính và điều khiển SAP-2000 chạy chu trình tiếp theo. - _ Các bước tính kết cấu lặp lại cho đến khi điều kiện xấp xi thoả mãn. - - Xuất kết quả của chương trình (mômen uốn, độ võng dầm cứng, lực đọc trong dây, môđun đàn hồi tương đương của các dây văng.) dưới dang file Text, Biéu d6 (file AutoCAD).
Sơ đồ khối tổng quát của chương trình thể hiện trên hình 1.3 SO DO KHOI TINH CAU DAY VANG : BẮT piu) NHAP SO LIEU XÁC ĐỊNH Eo (DO TINH TAD KHOI TINH TOAN (SAP 2000) —= NOI LUC TRONG DAY E tda(t) "| | TINH MODUN DAN HOI TUGNG DUONG KIEM TRA DIEU KIEN + Eid (1) E ai-t)< e NOI LUC VA BIEN DANG TRONG HE xếrmức ) Hình 1.3 10 CHƯƠNG2 ANH HUGNG CUA DO CONG DAY DEN NOI LUC VA BIEN DANG TRONG CAU DAY VANG Qua biểu thức xác định môđun đàn hồi tương đương cua day cho thấy, trị số của môđun đàn hồi tương đương phụ thuộc vào các yếu tố: - Độ võng ban đầu của các đây (liên quan đến chiều dài dây, tiết diện “đây và nội lực ban đầu trong dây); - Tỉ số giữa nội lực do hoạt tải và nội lực do nh tải trong dây. Trong chương này, sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nói trên đến môđun đàn hồi tương đương của dây và do đó ảnh hưởng đến nội lực và biến dạng trong cầu dây văng. Sử dụng thuật toán và chương trình tính đã giới thiệu trong chương Ì tiến hành khảo sát các sơ đồ CDV có các thông số thường dùng trong thực tế.1- CẦU DÂY VĂNG KHÔNG CÓ TRỤ PHỤ 2. Sơ đồ 1- Cầu dây văng 3 nhịp 175 + 360 +175m "_ Các kích thước hình học, vật liệu kết cấu thể hiện trên hình 2.
= Tai trong: + Hoạt tải: Hoạt tải phân bố đều q=75KN/m, xét 2 trường hợp : - Trường hợp 1: Hoạt tải đứng trên nhịp biên - Trường hợp 2: Hoạt tải đứng trên nhịp giữa + Tĩnh tải: Xét 3 trường hợp: - Trường hợp I1: Tỉ lệ giữa hoạt tải và tính tải: q/øg= 0,40 - Trường hợp 2: Tỉ lệ giữa hoạt tải va tinh tải: q/g= 0,35 - Trường hợp 3: Tỉ lệ giữa hoạt tải và tinh tai: q/g= 0,30 11 2. Sơ đồ 2- Cầu dây văng 3 nhịp 260 + 540 +260m “_ Các kích thước hình học, vật liệu kết cấu thể hiện trên hình 2. = Tai trong: + Hoạt tải: Hoạt tải phân bố déu q=75KN/m, xét 2 trudng hop : - Trường hợp 1: Hoạt tải đứng trên nhịp biên - Trường hợp 2: Hoạt tải đứng trên nhịp giữa + Tĩnh tải: Xét 3 trường hợp: - Trường hợp 1: Tỉ lệ giữa hoat tai va tinh tai: q/g= 0,40 - Trường hợp 2: TỈ lệ giữa hoạt tải và tinh tai: q/g= 0,35 - Trường hợp 3: TỈ lệ giữa hoạt tải và tinh tai: q/g= 0,30 2. Sơ đồ 3- Cầu dây văng 3 nhip 388 + 800 +388m =_ Các kích thước hình học, vật liệu kết cấu thể hiện trên hình 2.
= Tai trong: + Hoạt tải: Hoạt tải phân bố déu q=75KN/m, xét 2 trường hợp : - Trường hợp 1: Hoạt tải đứng trên nhịp biên - Trường hợp 2: Hoạt tải đứng trên nhịp giữa + Tĩnh tải: Xét 3 trường hợp: - Trường hợp 1: Tỉ lệ giữa hoạt tải và tĩnh tải: q/g= 0,40 - Trường hợp 2: TỈ lệ giữa hoạt tai va tinh tai: q/g= 0,35 - Trường hợp 3: TỈ lệ giữa hoạt tải va tinh tai: q/g= 0,30 2.2- CAU DAY VANG CO TRU PHU 2. Sơ đồ I- Cầu dây văng 3 nhịp 175 + 360 +175m “_ Các kích thước hình học, vật liệu kết cấu thể hiện trên hình 2. 12 = Tai trong: + Hoạt tải: Hoạt tải phân bố đều q=75KN/m, xét 2 trường hợp : - Trường hợp 1: Hoạt tải đứng trên nhịp biên - Trường hợp 2: Hoạt tải đứng trên nhịp giữa + Tĩnh tải: Xét 3 trường hợp: - Trường hợp I: TỈ lệ giữa hoạt tải và tinh tai: q/g= 0,40 - Trường hợp 2: TỈ lệ giữa hoạt tải và tĩnh tải: q/g= 0,35 - Trường hợp 3: TỈ lệ giữa hoạt tải và tĩnh tải: q/g= 0,30 2. Sơ đồ 2- Cầu day văng 3 nhịp 260 + 540 +260m “_ Các kích thước hình học, vật liệu kết cấu thể hiện trên hình 2.
= Tai trong: + Hoạt tải: Hoạt tải phân bố đều q=75KN/m, xét 2 trường hợp : - Trường hợp 1: Hoạt tải đứng trên nhịp biên - Trường hợp 2: Hoạt tải đứng trên nhịp giữa + Tĩnh tải: Xét 3 trường hợp: - Trường hợp 1: Tỉ lệ giữa hoạt tai va tinh tai: q/g= 0,40 - Trường hợp 2: TỈ lệ giữa hoạt tai và tinh tải: q/g= 0,35 - Trường hợp 3: TỈ lệ giữa hoạt tải và tính tải: q/g= 0,30 2. Sơ đồ 3- Cầu dây văng 3 nhịp 388 + 800 +388m =_ Các kích thước hình học, vật liệu kết cấu thể hiện trên hình 2.