ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM MINH ĐỨC “NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ GIẰNG VÀ ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CẦU THÉP DẦM GIẢN ĐƠN VỚI HỆ GIẰNG KIỂU MỚI” LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG MÃ SỐ: 8580205 TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Huỳnh Ngọc Thi Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.
Đặng Đăng Tùng Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Duy Liêm Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 11 tháng 01 năm 2020. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.TS Lê Thị Bích Thủy – Chủ tịch 2.
Hồ Thu Hiền – Thư ký 3. Đặng Đăng Tùng – Phản biện 1 4. Nguyễn Duy Liêm – Phản biện 2 5. Mai Lựu Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS. TS Lê Thi Bích Thủy PGS. TS Lê Anh Tuấn ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Minh Đức MSHV: 1870020 Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1995 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông Mã số: 8580205 I. TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ GIẰNG VÀ ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CẦU THÉP DẦM GIẢN ĐƠN VỚI HỆ GIẰNG KIỂU MỚI”.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Nghiên cứu tổng quan về hệ giằng liên kết ngang trong nước và ngoài nước. Nguyên cứu tổng quan về cơ sở lý thuyết mất ổn định, lý thuyết quy trình thiết kế hệ giằng liên kết ngang và lý thuyết kết cấu cầu thép không hệ giằng trung gian. Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế hệ giằng liên kết ngang và kiểm tra bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM).
Nghiên cứu ứng xử của kết cấu cầu thép không hệ giằng trung gian. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/08/2019. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.
Huỳnh Ngọc Thi Tp. HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS. Huỳnh Ngọc Thi PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS Lê Anh Tuấn -i- LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Đại học Bách khoa, tôi đã đƣợc tập thể thầy cô của Bộ môn Cầu đƣờng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng giảng dạy và hƣớng dẫn rất nhiệt tình. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô.
Bên cạnh đó, xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn và bảo vệ đúng thời hạn. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn đến Thầy Huỳnh Ngọc Thi, Giảng viên Bộ môn Cầu đƣờng. Những kinh nghiệm và kiến thức đƣợc chia sẻ từ Thầy trong quá trình hƣớng dẫn luận văn sẽ là hành trang quý giá cho tôi trên con đƣờng nghiên cứu sắp tới. Xin cảm ơn đến những ngƣời thân trong gia đình.
Sự động viên, chia sẻ và giúp đỡ của mọi ngƣời là niềm động lực lớn lao đối với tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Quá trình làm nghiên cứu, tôi tiếp thu đƣợc nhiều kiến thức mới. Bên cạnh đó, tôi cũng không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện đề tài mà bản thân chƣa nhận ra đƣợc. Do vậy, những ý kiến đóng góp của Quý thầy cô, đồng nghiệp sẽ giúp cho luận văn của tôi đƣợc hoàn chỉnh hơn.
Cuối cùng, xin kính chúc toàn thể Quý thầy cô, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp thật nhiều sức khỏe. Trân trọng! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 12 năm 2019 Học viên Phạm Minh Đức -ii- TÓM TẮT Ngày nay, kết cấu cầu thép đang trở thành xu hƣớng của ngành xây dựng cầu đƣờng bộ không chỉ về đặc tính vật liệu mà còn khả năng sản xuất dễ dàng và giảm thời gian thi công. Tuy nhiên, kết cấu này vẫn có nhƣợc điểm.
Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng lớn đến khả năng chịu lực của toàn bộ kết cấu sự mất ổn định của dầm chính, đặc biệt là trong giai đoạn thi công. Giải pháp phổ biến nhất để tăng độ ổn định của kết cấu là cung cấp cho hệ giằng liên kết ngang dọc theo chiều dài dầm. Việc thiết kế giằng cho cầu thép đòi hỏi độ chính xác cao. Mặt khác, nếu thiết kế hệ giằng liên kết ngang không đáp ứng đƣợc độ cứng cần thiết, độ cứng toàn bộ kết cấu sẽ giảm đáng kể.
Hiện nay, nhiều dự án đƣợc thiết kế quá đủ dẫn đến lãng phí rất lớn về chi phí và thời gian. Do đó, kết quả của nghiên cứu này là đề xuất một quy trình thiết kế tối ƣu cho thiết kế hệ thống giằng liên kết ngang cho cầu thép dầm giản đơn và mô hình phần tử hữu hạn của cầu thép thực tế để xác nhận độ tin cậy của thông số kỹ thuật đƣợc đề xuất. Ngoài ra, Nghiên cứu còn để cập đến hệ kết cấu lƣợc bỏ các hệ giằng trung gian, sƣờn tăng cƣờng,. thay thế bằng hệ kết cấu mới đủ khả năng chịu lực và không bị mất ổn định tổng thể thì việc xây dựng, duy tu bảo dƣỡng sẽ đơn giản hơn nhiều.
Hệ kết cấu cầu với đặc điểm nhƣ trên gọi là kết cấu cầu thép với hệ giằng kiểu mới (kết cấu không hệ giằng trung gian). Để thuận tiện cho việc thi công, tránh nứt bản mặt cầu tại các vị trí mômen âm, kết cấu không hệ giằng trung gian đƣợc đề xuất áp dụng cho cầu thép nhịp giản đơn. Bài nghiên cứu trình bày kết quả so sánh độ ổn định của hệ kêt cấu không hệ giằng trung gian với hệ dầm truyền thống và xác định những yếu ảnh hƣởng đến độ ổn định trong giai đoạn thi công và kiểm tra ứng xử, khả năng chịu lực hệ kết cấu mới trong giai đoạn thi công và khai thác. Từ đó đƣa ra ứng dụng thực tế của kết cấu cầu thép dầm giản đơn với hệ giằng kiểu mới trong điều kiện tại Việt Nam.
-iii- ABSTRACT Nowadays, Steel structure has become a trend of bridge engineering, not only due to its material mechanism but the ability of manufacture and reduce time of construction also. However this kind of structure has its drawbacks. One of the most crucial elements affecting the bearing capacity of the whole structure is the instability of the main girder in construction stage. The most common solution to improve the stability of the structure is providing the intermediate bracing system (IBS) along the girder.
The design of the IBS requires high accuracy. In the other hand, if the IBS does not have enough stiffness, the global stiffness will reduce considerably. At present, many projects are over designed lead to huge wasting in cost and time. So that, this reasearch aims to propose an optimal design process for IBS for simple supported steel bridge and finite element model of a real steel bridge to confirm the reliability of the proposed technical specifications.
Besides, the research also mentions bridge structures eliminating IBS, stiffening ribs,. replaced by new structural system that have enough bearing capacity and does not cause global instability. Therefore, the maintenance will be a lot more easier. The bridge structure with above behaviours called steel bridge structure with non-intermediate bracing system (non-IBS).
For convenience in construction stage, avoiding deck failure at negative moment position, the non-IBS structrure is applied for simple supported steel bridge. The paper compare between the stability of the non-IBS structrure and the traditional structure, moreover, factors which relevant to the stability in construction stage and the behaviours and bearing capacity of the new structural systems in construction stage and exploitation stage are also mentioned. From above information, realistic application of the simple supported steel bridge with new bracing system with Vietnam's condition is proposed. -iv- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ GIẰNG VÀ ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU CẦU THÉP DẦM GIẢN ĐƠN VỚI HỆ GIẰNG KIỂU MỚI” là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi và đƣợc hƣớng dẫn bởi thầy TS.
Huỳnh Ngọc Thi. Các số liệu thu đƣợc là trung thực, khách quan. Việc tham khảo tài liệu (nếu có) đều đƣợc trích dẫn phù hợp. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đƣợc thể thiện trong luận văn này.
Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 12 năm 2019 Phạm Minh Đức -v- MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU. Giới thiệu chung. Nghiên cứu tổng quan. Các nghiên cứu ngoài nƣớc.
Các nghiên cứu trong nƣớc. Mục tiêu nghiên cứu. 4 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Cơ sở lý thuyết về mất ổn định.
Ổn định tổng thể. Ổn định cục bộ. Lý thuyết quy trình thiết kế hệ giằng liên kết ngang. Phƣơng pháp luận.
Sơ đồ thực hiện quy trình thiết kế hệ giằng liên kết ngang. Lý thuyết kết cấu cầu thép không hệ giằng trung gian. 21 CHƢƠNG 3: QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ GIẰNG LIÊN KẾT NGANG. Phạm vi nghiên cứu.
Đối tƣợng nghiên cứu. Tải trọng thiết kế. Thông số đầu vào. Cấu tạo hình học.
Đặc trƣng hình học mặt cắt dầm chủ. Xây dựng tính toán theo lý thuyết hệ giằng liên kết ngang. Tối ƣu hóa số hệ liện kết ngang. Cấu tạo hình học mặt cắt hệ liên kết ngang đƣợc sử dụng.
Độ cứng tổng thể của các hệ liên kết ngang và giá trị momen tới hạn dầm theo phƣơng pháp lý thuyết. Phân tích mô hình các hệ dầm có hệ giằng trung gian bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Định nghĩa vật liệu. Định nghĩa thuộc tính mặt cắt.
Mô hình hóa điều kiện biên. Mô hình số kết cấu chính các hệ liên kết ngang. Tải trọng tính toán. Công tác phân tích.
Kết quả phân tích. Tổng hợp kết quả mô hình. Kiểm tra phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Phân tích khả năng chịu lực mô hình kết cấu giai đoạn khai thác.
Mô hình hóa kết cấu. Kiểm toán ứng suất của hệ giằng liên kết ngang cả 2 giai đoạn thi công và khai thác. Đánh giá khả năng chịu lực hệ kết cấu trong cả 2 giai đoạn thi công và khai thác. 54 CHƢƠNG 4: KẾT CẤU CẦU THÉP KHÔNG HỆ GIẰNG TRUNG GIAN.
Giới hạn nghiên cứu. Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM). Các trƣờng hợp phân tích. Đối tƣợng phân tích.
Mô hình số hệ kết cấu không hệ giằng trung gian (KHGTG) .
