Nghiên cứu ứng suất và biến dạng cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỞ ĐẦU

0.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

0.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

0.3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU MÁNG

1.1. Khái quát về cầu máng

1.1.1. Khái niệm cầu máng và các bộ phận cầu máng

1.1.2. Kết cấu cửa vào, cửa ra

1.1.3. Kết cấu thân máng

1.1.4. Kết cấu gối đỡ

1.1.5. Mặt cắt ngang cầu máng

1.1.5.1. Thân máng có mặt cắt hình chữ nhật

1.1.5.2. Thân máng có mặt cắt ngang hình chữ U

1.2. Tính toán cầu máng

1.2.1. Các tải trọng tác dụng lên cầu máng

1.2.2. Phương pháp truyền thống tính toán cầu máng

1.2.3. Tính toán thân máng theo phương dọc

1.2.4. Tính toán thân máng theo phương ngang

1.2.5. Tính toán cầu máng theo bài toán không gian

1.3. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG II: KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

2.1. Khái quát về kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước

2.2. Phương pháp căng trước và căng sau

2.2.1. Phương pháp căng trước

2.2.2. Phương pháp căng sau

2.3. Các tổn thất ứng suất trước

2.3.1. Tổn thất ứng suất trước do biến dạng của thiết bị neo σ h1

2.3.2. Tổn thất ứng suất trước do ma sát giữa lỗ luồn thép và cốt thép σ h 2

2.3.3. Tổn thất ứng suất trước do chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và giá căng σ h3

2.3.4. Tổn thất ứng suất trước do co ngót của bê tông σ h 4

2.3.5. Tổn thất ứng suất trước do từ biến của bê tông σ h5

2.3.6. Tổn thất ứng suất trước do chùng cốt thép σ h 6

2.3.7. Tổn thất ứng suất trước do dầm bê tông bị ép co σ h 7

2.4. Lực căng trước giới hạn

2.5. Tính toán kết cấu cầu máng bê tông cốt thép ứng suất trước

2.5.1. Sự làm việc của cầu máng

2.5.2. Tính toán cường độ trên mặt cắt vuông góc

2.5.3. Công thức cơ bản

2.5.4. Tính toán cường độ trên mặt cắt nghiêng

2.5.5. Tính toán độ võng

2.5.5.1. Xác định độ võng do tải trọng sinh ra

2.5.5.2. Xác định độ vồng sinh ra do ứng suất trước

2.5.5.3. Độ võng toàn phần chịu tác dụng của tải trọng

2.5.6. Ví dụ bằng số

2.5.7. Số liệu cơ bản

2.5.8. Tính toán nội lực

2.5.9. Đặc trưng hình học tiết diện

2.5.10. Khống chế ứng suất kéo của cáp ứng suất trước

2.5.11. Tổn thất ứng suất trước

2.5.12. Tính toán khả năng chịu uốn trên tiết diện vuông góc trong thời gian làm việc

2.5.13. Tính toán khả năng chịu cắt trên tiết diện nghiêng góc trong thời gian làm việc

2.5.14. Tính toán độ võng

2.6. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC BẰNG PHẦN MỀM SAP2000

3.1. Phần mềm SAP2000

3.1.1. Khái quát về phần mềm SAP2000

3.1.2. Các bước tính toán kết cấu bằng SAP2000

3.2. Tính toán kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước bằng SAP2000

3.2.1. Khái quát về dầm bê tông cốt thép ứng suất trước

3.2.2. Xử lí vấn đề ứng suất trước trong SAP2000

3.3. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CẦU MÁNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

4.1. CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SÔNG ÂM – TỈNH THANH HÓA

4.1.1. Giới thiệu công trình

4.1.2. Quy mô công trình

4.1.3. Kết cấu cầu máng

4.1.4. Số liệu tính toán

4.1.5. Trường hợp tính toán

4.1.6. Phân tích kết cấu cầu máng theo bài toán không gian bằng SAP2000

4.1.7. Mô hình hóa kết cấu thân máng bằng phần tử khối (Solid)

4.1.8. Gán các tải trọng tác dụng lên thân máng

4.1.9. Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của thân máng khi nhịp cầu máng thay đổi, còn mặt cắt ngang vẫn giữ nguyên

4.1.10. Kết quả tính toán ứng suất và chuyển vị của cầu máng khi chưa có ứng suất trước, chiều dài nhịp tính toán là L= 15,5 m

4.1.11. Kết quả tính toán ứng suất và chuyển vị của cầu máng khi chưa có ứng suất trước, chiều dài nhịp là 25,5 m

4.1.12. Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của thân máng khi nhịp cầu máng thay đổi, giữ nguyên lực nén trước, mặt cắt ngang

4.1.13. Xác định lực nén trước

4.1.14. Ứng suất khống chế của thép ứng suất trước σk

4.1.15. Tổn hao ứng suất

4.1.16. Kết quả tính toán ứng suất và chuyển vị của cầu máng khi có ứng suất trước, chiều dài nhịp là 25,5 m

4.1.17. Kết quả tính toán ứng suất và chuyển vị của cầu máng khi có ứng suất trước, chiều dài nhịp là 30,5 m

4.1.18. Tổng hợp kết quả tính toán của cầu máng

4.1.19. Bố trí cốt thép ứng suất trước

4.2. Kết luận chương 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về cầu máng

Cầu máng là một kết cấu quan trọng trong công trình thủy lợi, thường được sử dụng để dẫn nước qua các thung lũng, sông suối. Cầu máng bê tông cốt thép thông thường có nhịp từ 15m đến 20m. Tuy nhiên, để giảm số lượng gối đỡ và vượt qua các khe sâu, cầu máng nhịp lớn được thiết kế với kết cấu bê tông ứng suất trước. Cầu máng bao gồm các bộ phận chính như cửa vào, cửa ra, thân máng, và gối đỡ. Thân máng có thể có mặt cắt ngang hình chữ nhật, chữ U, hoặc bán nguyệt, tùy thuộc vào yêu cầu thủy lực và vật liệu xây dựng.

1.1. Kết cấu thân máng

Thân máng là bộ phận chính chịu trách nhiệm dẫn nước. Mặt cắt ngang của thân máng có thể là hình chữ nhật, chữ U, hoặc bán nguyệt. Vật liệu xây dựng thường là bê tông cốt thép, gỗ, hoặc gạch đá. Để tăng độ cứng và ổn định, thân máng thường được gia cường bằng các thanh giằng ngang và sườn dọc. Đối với cầu máng nhịp lớn, việc bố trí các thanh giằng ngang là cần thiết để giảm ứng suất và biến dạng.

1.2. Kết cấu gối đỡ

Gối đỡ của cầu máng có thể được thiết kế theo nhiều hình thức, tùy thuộc vào địa hình và tải trọng. Các loại gối đỡ phổ biến bao gồm gối tự do, dầm liên tục, và dầm công xôn kép. Đối với cầu máng nhịp lớn, việc sử dụng gối đỡ kiểu vòm hoặc vòm treo có thể giảm lực truyền lên hai bờ, đặc biệt khi địa chất yếu.

II. Kết cấu bê tông ứng suất trước

Kết cấu bê tông ứng suất trước là một phương pháp hiệu quả để tăng khả năng chịu lực của cầu máng nhịp lớn. Phương pháp này bao gồm căng trước và căng sau, giúp giảm ứng suất kéo trong bê tông. Các tổn thất ứng suất trước như co ngót, từ biến, và ma sát cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả của kết cấu.

2.1. Phương pháp căng trước và căng sau

Phương pháp căng trước được thực hiện trước khi đổ bê tông, trong khi phương pháp căng sau được thực hiện sau khi bê tông đã đạt cường độ nhất định. Cả hai phương pháp đều nhằm mục đích tạo ra ứng suất nén trong bê tông, giúp tăng khả năng chịu lực và giảm biến dạng của cầu máng.

2.2. Tổn thất ứng suất trước

Các tổn thất ứng suất trước bao gồm ma sát giữa cốt thép và lỗ luồn, co ngót của bê tông, và từ biến của bê tông. Những tổn thất này cần được tính toán chính xác để đảm bảo hiệu quả của kết cấu bê tông ứng suất trước.

III. Phân tích ứng suất và biến dạng

Việc phân tích ứng suất và biến dạng của cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả của công trình. Sử dụng phần mềm SAP2000, các nhà nghiên cứu có thể mô hình hóa và phân tích kết cấu bê tông ứng suất trước theo bài toán không gian.

3.1. Sử dụng phần mềm SAP2000

Phần mềm SAP2000 là công cụ mạnh mẽ để phân tích kết cấu bê tông ứng suất trước. Phần mềm này cho phép mô hình hóa cầu máng bằng các phần tử khối (Solid) và tính toán ứng suất, biến dạng dưới tác dụng của các tải trọng khác nhau.

3.2. Kết quả phân tích

Kết quả phân tích cho thấy ứng suất và biến dạng của cầu máng thay đổi đáng kể khi nhịp cầu máng tăng lên. Việc áp dụng ứng suất trước giúp giảm đáng kể biến dạng và tăng khả năng chịu lực của cầu máng.

IV. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc thiết kế và xây dựng cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn. Kết quả nghiên cứu giúp tối ưu hóa kết cấu bê tông ứng suất trước, giảm chi phí xây dựng và tăng tuổi thọ công trình.

4.1. Giảm chi phí xây dựng

Việc sử dụng kết cấu bê tông ứng suất trước giúp giảm số lượng gối đỡ và vật liệu xây dựng, từ đó giảm chi phí đầu tư cho công trình thủy lợi.

4.2. Tăng tuổi thọ công trình

Nhờ khả năng chịu lực tốt hơn và giảm biến dạng, cầu máng bê tông cốt thép nhịp lớn có tuổi thọ cao hơn, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng.

Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Ứng Suất Và Biến Dạng Cầu Máng Bê Tông Cốt Thép Nhịp Lớn