Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đề tài tập trung vào nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật công trình cầu vượt sông Tam Bình, thuộc địa phận thị trấn Tam Bình, tỉnh Vĩnh Long. Khu vực xây dựng thuộc vùng đồng bằng Tây Nam Bộ, địa hình tương đối bằng phẳng, lòng sông rộng khoảng 250 m, mật độ dân cư tập trung đông. Trước khi có dự án, giao thông qua lại khu vực này phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống phà, gây ách tắc và hạn chế năng lực vận chuyển hàng hóa giữa thị trấn Tam Bình với các xã lân cận gồm Nhơn Bình, Hòa Bình và Xuân Hiệp. Việc đầu tư xây dựng công trình cầu vĩnh cửu có ý nghĩa trực tiếp trong việc hoàn thiện mạng lưới giao thông địa phương, đồng thời tạo tuyến kết nối đối ngoại rút ngắn khoảng cách di chuyển đến Quốc lộ 1A hướng đi thành phố Cần Thơ.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu trong đồ án được xác định cụ thể theo các nội dung kỹ thuật sau:
- Thiết kế 100% kết cấu nhịp chính: dầm chủ bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) dạng dầm hộp liên tục và hệ thống bó cáp dự ứng lực trong.
- Thiết kế kết cấu phần dưới: trụ chính cầu và trụ tháp (không bao gồm bệ mố và hệ cọc móng sâu).
- Thiết lập và mô phỏng chi tiết trình tự thi công dầm theo công nghệ đúc hẫng cân bằng.
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở bước thiết kế kỹ thuật (dựa trên phương án đã được phê duyệt ở bước thiết kế cơ sở). Do khối lượng tính toán và thuyết minh bản vẽ chuyên sâu, đồ án không bao gồm các hạng mục nhịp dẫn, kết cấu mố cầu, trụ dẫn và kết cấu móng cọc bệ mố trụ. Đối tượng nghiên cứu trực tiếp là kết cấu dầm hộp BTCT DƯL liên tục 3 nhịp thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng, với tuổi thọ công trình thiết kế trên 100 năm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn pháp lý được áp dụng xuyên suốt trong quá trình tính toán và kiểm toán kết cấu bao gồm:
- TCVN 11823:2017: Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ Việt Nam (biên soạn theo hệ tiêu chuẩn AASHTO LRFD).
- TCVN 4054:2005: Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô.
- AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (phiên bản thứ 6): Quy chuẩn thiết kế cầu của Hoa Kỳ, được tích hợp làm căn cứ kiểm toán tự động trong phần mềm mô phỏng.
- Mô hình CEB-FIP 2010: Khung lý thuyết tính toán biến dạng phụ thuộc thời gian của bê tông, bao gồm hiện tượng co ngót, từ biến và sự phát triển cường độ chịu nén theo tuổi bê tông.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế:
- Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Toàn bộ kết cấu cầu được số hóa không gian trên phần mềm MIDAS Civil 2019. Kết cấu được chia lưới thành các phần tử thanh (Beam Element), xét đến đặc tính hình học thay đổi và điều kiện biên biến đổi theo từng bước thi công phân đoạn.
- Phương pháp giải tích mặt cắt bằng công cụ SPC (Section Property Calculator): Tính toán chính xác các đặc trưng hình học tiết diện dầm hộp vách xiên có chiều cao và chiều dày bản đáy thay đổi theo quy luật phi tuyến.
- Nguyên lý phân tích thi công theo giai đoạn (Stage Analysis): Tính toán tích lũy nội lực, biến dạng và ứng suất tại từng thớ mặt cắt dầm qua từng chu kỳ đúc hẫng, căng kéo cáp, hợp long và dỡ tải hệ thống xe đúc.
Nguồn dữ liệu đầu vào:
- Số liệu khảo sát địa chất công trình gồm 5 địa tầng tại vị trí lòng sông Tam Bình.
- Số liệu khí tượng thủy văn khu vực thị trấn Tam Bình: Mực nước cao nhất (MNCN) +3.00 m, mực nước thông thuyền (MNTT) +1.00 m, mực nước thấp nhất (MNTN) -2.00 m; tần suất lũ thiết kế P = 1% (H1%); khổ thông thuyền cấp II sông Mang Thít (BxH = 60 x 9.5 m tính từ mốc nước H5%, yêu cầu mặt cắt luồng Btt = 74 m, Htt = 11 m).
Thiết kế kỹ thuật và mô hình hóa kết cấu
Hệ thống kết cấu nhịp cầu được thiết kế dưới dạng khung dầm hộp liên tục 3 nhịp với sơ đồ bố trí tổng thể 65 m + 100 m + 65 m, chiều dài toàn cầu L = 230 m. Tỷ lệ giữa nhịp biên và nhịp chính đạt Lb/Lg = 65/100 = 0.65, hoàn toàn phù hợp với nguyên lý đúc hẫng cân bằng.
Bố trí hình học và mặt cắt ngang dầm chủ
- Mặt cắt dầm hộp đơn, vách xiên tỷ lệ dốc 1:6 (áp dụng cho bề rộng mặt cầu B > 10.5 m).
- Khổ rộng cầu: B = 16.0 m, bố trí 2 làn xe cơ giới (mỗi làn 3.5 m), phần xe chạy rải lớp phủ dày 15.0 m, 2 dải lan can hai bên rộng 0.5 m x 2 và hệ dải phân cách. Độ dốc ngang mặt cầu in = 2%.
- Chiều cao dầm thay đổi theo đường cong parabol bậc 2: tại đỉnh trụ đạt H = 7.0 m, tại vị trí giữa nhịp và mút cánh hẫng đạt H = 2.0 m.
- Chiều dày bản mặt cầu: ts = 250 mm.
- Chiều dày bản đáy: biến thiên liên tục từ 800 mm tại đỉnh trụ xuống 300 mm tại giữa nhịp.
- Chiều dày sườn dầm (thành hộp): tw = 700 mm (tại mặt cắt sát đỉnh trụ đạt 913 mm, thân nhịp duy trì 600 mm).
Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu
- Bê tông dầm chủ: Bê tông cấp fc' = 45 MPa, mô đun đàn hồi Ec = 32,803 MPa (32,803,000 kN/m2), trọng lượng riêng tính toán γc = 2240 + 2.29 x fc' = 2344 kN/m3, hệ số Poisson ν = 0.2, hệ số giãn nở nhiệt α = 1.08 x 10^-5 /°C.
- Bê tông thân trụ: Cấp fc' = 30 MPa.
- Cáp dự ứng lực trong: Sử dụng cáp cường độ cao dạng bó xoắn 7 sợi của hãng HVM, đường kính danh định 15.2 mm, diện tích danh định As = 140 mm2, giới hạn bền kéo đứt fu = 1860 MPa, giới hạn chảy fy = 0.9fu, mô đun đàn hồi Ep = 197,000 MPa. Ứng suất căng kéo khống chế ban đầu bằng 0.74fu.
- Cốt thép thường: Cốt thép thanh có giới hạn chảy fy = 400 MPa, mô đun đàn hồi Es = 200,000 MPa.
Thiết lập mô hình MIDAS Civil 2019
- Phân chia nút (Node) và phần tử (Element): Sơ đồ dầm từ đầu nhịp biên trái đến đốt hợp long giữa gồm các nút 100 đến 144 (tương ứng phần tử 100 đến 143); nửa dầm bên phải gồm các nút 144 đến 188. Trụ kép T1 mô phỏng qua các nút 301-315 và 316-330; trụ kép T2 gồm các nút 401-415 và 416-430; bệ trụ khai báo tại nút 300 và 400.
- Nhóm điều kiện biên (Boundary Groups):
- BG1: Liên kết ngàm cố định tại chân trụ T1 và T2.
- BG2: Liên kết ngàm tạm giữa đỉnh trụ và dầm chủ trong quá trình đúc hẫng.
- BG3: Liên kết gối di động tại hai đầu dầm trên mố.
- BG4: Liên kết gối tạm đỡ đoạn đúc trên đà giáo nhịp biên trước khi hợp long.
- Khai báo tải trọng thi công:
- Xe đúc dầm: Lực thẳng đứng Fz = -1300 kN (tải trọng xe đúc 130 tấn), độ lệch tâm e = 2.0 m tạo mô men uốn My = -2600 kNm.
- Tải trọng bê tông ướt đặt tại nút đầu đốt đang đúc; tải trọng thi công rải đều CLL tác dụng trên mặt các đốt đã hoàn thành.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật
Chương này xác định các căn cứ kỹ thuật nền tảng cho dự án:
- Tiêu chuẩn đường ô tô TCVN 4054:2005, tiêu chuẩn cầu TCVN 11823:2017.
- Quy mô công trình vĩnh cửu, tuổi thọ trên 100 năm.
- Cấp đường thiết kế: Đường cấp II đồng bằng (chương 5 ghi chú cấp III đồng bằng), vận tốc thiết kế v = 60 km/h.
- Hoạt tải thiết kế: Đoàn xe HL93 kết hợp tải trọng làn 9.3 kN/m; tải trọng người đi bộ rải đều 3 kN/m2.
- Hệ số tải trọng: Tĩnh tải kết cấu γDC = 1.25, tĩnh tải lớp phủ γDW = 1.5, hoạt tải γLL = 1.75. Hệ số xung kích của xe cơ giới IM = 1 + 33/100 = 1.33. Khổ thông thuyền cấp II đảm bảo tĩnh không BxH = 60 x 9.5 m.
Chương II: Đặc điểm tự nhiên khu vực xây dựng
Tài liệu khảo sát hiện trường phân chia địa tầng lòng sông thành 5 lớp đất đá cơ bản:
| Tầng địa chất |
Thành phần và trạng thái |
Chiều dày (m) |
Độ ẩm W (%) |
Dung trọng γ (g/cm3) |
Hệ số rỗng e |
Sức kháng cắt Cu (kN/m2) |
Chỉ số SPT N (búa/30cm) |
| Lớp 1 |
Bùn, xà bần đáy sông |
0.x |
- |
- |
- |
- |
- |
| Lớp 2 |
Sét nâu đỏ, nâu vàng, nửa cứng |
2.0 - 8.0 |
31.6 |
1.91 |
0.888 |
39.1 |
16 - 27 |
| Lớp 3 |
Sét pha xám, dẻo mềm |
3.0 - 10.0 |
34.8 |
1.85 |
0.975 |
15.1 |
7 - 8 |
| Lớp 4 |
Cát hạt nhỏ, màu xám, chặt |
5.0 - 12.0 |
- |
- |
- |
- |
- |
| Lớp 5 |
Cát nhỏ lẫn sỏi sạn đỏ, rất cứng |
Vô hạn |
18.7 |
1.98 |
0.612 |
2.0 |
35 - 50 |
Đặc điểm khí hậu mang tính nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình năm 26 - 27 °C, biên độ nhiệt giữa các tháng từ 4 - 5 °C. Độ ẩm trung bình năm đạt 80% (thời kỳ ẩm cực đại 85%, khô nhất 70%).
Chương III: Phương án thiết kế
Tác giả tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa 2 phương án vượt sông:
- Phương án 1: Dầm bản rỗng giản đơn 4 nhịp x 50 m kết hợp 2 nhịp dẫn x 15 m (sơ đồ 2x15 + 4x50 = 230 m), bề rộng 16 m. Chi phí xây lắp dự toán khoảng 165 tỷ VNĐ.
- Phương án 2: Cầu khung dầm liên tục BTCT DƯL đúc hẫng cân bằng 3 nhịp (65 m + 100 m + 65 m = 230 m), bề rộng 16 m. Chi phí xây lắp dự toán khoảng 250 tỷ VNĐ.
Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu của phương án 1 thấp hơn, công trình nằm trên tuyến luồng sông Mang Thít có mật độ thông thuyền cao và khu vực lân cận tập trung các khu công nghiệp. Việc thi công hệ đà giáo cố định dưới lòng sông sẽ cản trở hoàn toàn luồng hàng hải và gây rủi ro lún lệch lớn do địa tầng mặt là bùn sét yếu. Do đó, phương án 2 thi công đúc hẫng cân bằng được lựa chọn nhằm giải phóng tĩnh không thông thuyền, rút ngắn tiến độ và tạo cảnh quan kiến trúc.
Chương IV: Thiết kế kết cấu nhịp
Nội dung chương trình bày chi tiết các kích thước cấu tạo dầm hộp và thuật toán hình học:
- Phân chia khối đốt: Đốt đỉnh trụ K0 có chiều dài 14.0 m; các đốt đúc hẫng Ki gồm K1 và K2 dài 3.0 m; tiếp theo phân nhóm 2-4-4 với chiều dài tăng dần (3 m, 4 m, 5 m); đoạn dầm đúc trên đà giáo cố định dài 14.0 m; đốt hợp long biên và hợp long giữa dài 2.0 m. Trọng lượng mỗi khối đúc kiểm soát dưới 60 tấn.
- Phương trình đường cong đáy dầm: Dạng parabol bậc 2 có dạng $y = ax^2 + bx + c$. Gốc tọa độ đặt cách tim trụ 4 m theo phương ngang thuộc đốt K0. Thiết lập hệ phương trình qua 3 điểm khống chế A(0;0), B(25000; 4500), C(50000; 0) thu được phương trình mặt cắt đáy dầm:
$$y = -8 \times 10^{-6}x^2 + 0.36x$$
- Chiều cao dầm tại từng vị trí tính theo công thức: $h_i = 7000 - y_{li}$ (mm).
- Kích thước tiết diện điển hình:
- Mặt cắt 1-1 (đỉnh trụ): h = 7000 mm, hd (chiều dày đáy) = 800 mm, tw = 913 mm, b (rộng đáy) = 7480 mm, diện tích F = 56.84 m2.
- Mặt cắt 9-9 (giữa nhịp): h = 2000 mm, hd = 300 mm, tw = 600 mm, b = 9480 mm.
Chương V: Mô hình hóa kết cấu và tổ hợp tải trọng
Chương này xác định các nhóm tải trọng tĩnh, hoạt tải và cấu trúc tổ hợp:
- Tĩnh tải giai đoạn 1 (DC1): Trọng lượng bản thân các đốt dầm bê tông.
- Tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2 & DW): Lớp bê tông Asphalt dày 0.05 m ($\gamma = 22.5$ kN/m3), lớp chống thấm dày 0.004 m, dải phân cách ($q_{pc} = 0.31$ kN/m), lan can tay vịn ($q_{lc} = 0.1$ kN/m), gờ chắn chân lan can ($q_{clc} = 2 \times 0.375$ kN/m). Giá trị tiêu chuẩn $DC2_{tc} = 43$ kN/m, giá trị tính toán $DC2_{tt} = 60$ kN/m.
- Phân bố cốt thép dự ứng lực:
- Nhóm 1 (chịu mô men âm đỉnh trụ): Gồm 32 bó cáp (16 cặp) loại 19T15.2 mm ($A_s = 2660$ mm2/bó) bố trí tại bản nắp hộp.
- Nhóm 2 (chịu mô men dương nhịp biên): Bố trí tại bản đáy đoạn đúc trên đà giáo và đốt hợp long biên, dùng cáp 19T15.2 mm.
- Nhóm 3 (chịu mô men dương giữa nhịp): Gồm 28 bó cáp loại 15T15.2 mm bố trí tại bản đáy khu vực giữa nhịp chính.
- Trình tự thi công được số hóa thành 16 bước: từ đúc đốt K0 (12 ngày), đúc chu kỳ các đốt K1-K11 (7 ngày/đốt), hợp long nhịp biên (7 ngày), tháo đà giáo (1 ngày), hợp long nhịp giữa (7 ngày), căng cáp liên tục và hoàn thiện mặt cầu (10,000 ngày khai thác).
Chương VI: Kiểm toán dầm chủ giai đoạn thi công
Quá trình thi công đúc hẫng biến đổi sơ đồ kết cấu liên tục từ hệ công-xôn sang dầm liên tục. Mô men uốn tại đỉnh trụ tăng lũy tiến qua các bước đúc đốt:
- Bước 1 (đúc K1): Mô men tại mặt cắt đỉnh trụ ĐT-ĐT là -218 kNm, tại mép trụ MTG là -22,482 kNm.
- Bước 6 (đúc K6): Mô men tại ĐT-ĐT đạt -3,783 kNm, tại MTG đạt -65,062 kNm.
- Bước 11 (đúc K11): Mô men âm công-xôn lớn nhất tại MTG đạt -172,244 kNm, tại mặt cắt 1-1 đạt -149,856 kNm.
- Bước 14 (nối liền kết cấu nhịp sau hợp long giữa): Sơ đồ chuyển sang hệ siêu tĩnh, mô men tại MTG giảm về -126,132 kNm.
Kiểm toán ứng suất thi công tuân thủ điều 14.2 phần 5 TCVN 11823:2017 và AASHTO LRFD 12:
- Ứng suất nén giới hạn cho phép: $\sigma_c \le 0.45 f'_c$.
- Ứng suất kéo giới hạn cho phép: $\sigma_t \le 0.68\sqrt{f'_c}$ (hoặc theo quy chuẩn dầm phân đoạn).
- Kết quả kiểm toán tự động trên MIDAS Civil tại bước nguy hiểm nhất (Bước 14 - Nối liền kết cấu nhịp):
| Vị trí mặt cắt |
Phần tử (Element) |
Mặt cắt kiểm toán |
Trạng thái ứng suất |
Ứng suất thớ trên FT (kN/m2) |
Đánh giá (CHECK) |
| Gối |
101 |
I |
Nén / Kéo |
-1054.00 |
OK |
| Đỉnh trụ |
124 |
I |
Nén / Kéo |
Theo biểu đồ ứng suất |
OK |
| Giữa nhịp |
144 |
I |
Nén / Kéo |
Theo biểu đồ ứng suất |
OK |
Toàn bộ các mặt cắt kiểm tra đều thỏa mãn điều kiện cường độ và giới hạn nứt trong suốt quá trình đúc hẫng.
Chương VII: Kiểm toán dầm chủ giai đoạn khai thác
Nội lực được tính toán tổng hợp từ tĩnh tải giai đoạn 2 và các mô hình hoạt tải xe theo đường ảnh hưởng:
- Tĩnh tải giai đoạn 2: Mô men tại mặt cắt mép trụ MTG đạt $M_{tc} = -37,981$ kNm, $M_{tt} = -56,972$ kNm; tại giữa nhịp đạt $M_{tc} = 7,561$ kNm, $M_{tt} = 11,342$ kNm. Lực cắt tại gối nhịp biên $Q_{tt} = 1,247$ kN, tại mép trụ MTG $Q_{tt} = -2,967$ kN.
- Hoạt tải xe 3 trục (HL93K): Mô men tính toán lớn nhất tại MTG đạt $M_{tt} = -18,086$ kNm; tại giữa nhịp đạt $M_{tt} = 7,726$ kNm. Lực cắt lớn nhất tại gối đạt $Q_{tt} = -2,007$ kN, tại MTG đạt $Q_{tt} = -2,954$ kN.
- Hoạt tải xe 2 trục (HL93M): Mô men tính toán tại MTG đạt $M_{tt} = -12,544$ kNm; tại giữa nhịp đạt $M_{tt} = 5,842$ kNm. Lực cắt tại MTG đạt $Q_{tt} = -1,523$ kN.
- Hoạt tải 2 xe cách nhau 15 m (HL93S): Gây mô men âm nguy hiểm nhất tại đỉnh trụ MTG với $M_{tt} = -27,857$ kNm ($M_{tc} = -17,687$ kNm); tại giữa nhịp $M_{tt} = 7,899$ kNm. Lực cắt tại MTG đạt $Q_{tt} = -3,073$ kN.
- Tải trọng làn (Lane load): Mô men tính toán tại MTG đạt $M_{tt} = -27,130$ kNm; tại giữa nhịp đạt $M_{tt} = 5,646$ kNm.
Chương này cũng hoàn thiện tính toán mất mát ứng suất dài hạn của cáp DƯL (do ma sát, tụt neo, co ngắn đàn hồi, từ biến, co ngót bê tông và chùng nhão thép), đồng thời kiểm toán sức kháng uốn và sức kháng cắt theo Trạng thái giới hạn cường độ (TTGH Cường độ I) và Trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH Sử dụng I).
Chương VIII: Thiết kế bản mặt cầu
Tính toán bản mặt cầu theo sơ đồ bản công-xôn và bản hai chiều liên kết tựa trên các vách hộp:
- Phân tích nội lực cục bộ do vệt bánh xe của xe tải thiết kế truyền qua lớp bê tông nhựa Asphalt và lớp phòng nước xuống bản BTCT dày 250 mm.
- Sử dụng mô hình phần mềm MIDAS Civil trích xuất mô men uốn cục bộ để tính toán diện tích cốt thép thường chịu mô men âm tại ngàm cánh hẫng và mô men dương giữa hai sườn hộp.
Chương IX: Thiết kế trụ
Trụ cầu chính dạng thân rỗng kết hợp trụ kép:
- Xác định tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang tác dụng lên đỉnh trụ trong các giai đoạn thi công mất cân đối: lực lệch tâm do xe đúc một bên bị kẹt, chênh lệch tải trọng bê tông ướt giữa hai đầu cánh hẫng, tĩnh tải mất đối xứng và áp lực gió thổi ngược hai bên cánh hẫng.
- Kiểm toán ứng suất kéo - nén thân trụ và kiểm tra độ mảnh, độ ổn định tổng thể của trụ theo trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt.
Kết quả tính toán và giải pháp kỹ thuật
Đồ án đã hoàn thành toàn bộ các mục tiêu thiết kế kỹ thuật công trình cầu vượt sông Tam Bình với các kết quả cụ thể:
- Xác lập thông số hình học tối ưu: Lựa chọn thành công sơ đồ liên tục 65 m + 100 m + 65 m với tỷ lệ chiều cao dầm biến thiên $H_{tru}/L_g = 7/100 = 1/14.3$ và $H_{nhip}/L_g = 2/100 = 1/50$, nằm hoàn toàn trong phạm vi kinh nghiệm cấu tạo hợp lý đối với cầu đúc hẫng ($1/12 \div 1/17$ tại đỉnh trụ và $1/40 \div 1/60$ tại giữa nhịp).
- Kiểm soát nội lực thi công: Mô phỏng 16 bước thi công chỉ ra giai đoạn bất lợi nhất xuất hiện tại Bước 11 (mô men công-xôn cực đại tại mép trụ đạt -172,244 kNm) và Bước 14 (nối liền hệ kết cấu, chuyển đổi từ hệ công-xôn sang dầm liên tục). Toàn bộ ứng suất kéo và nén tại các mặt cắt nhạy cảm (gối, đỉnh trụ, giữa nhịp) đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 11823:2017 và tiêu chuẩn AASHTO LRFD (kết quả kiểm toán CHECK: OK).
- Bố trí cáp dự ứng lực hợp lý: Phân bổ hệ cáp thành 3 nhóm độc lập (32 bó cáp đỉnh trụ 19T15.2, nhóm cáp nhịp biên 19T15.2 và 28 bó cáp giữa nhịp 15T15.2) đảm bảo triệt tiêu hoàn toàn ứng suất kéo phát sinh do tĩnh tải và hoạt tải HL93 trong suốt quá trình khai thác.
- Giải pháp công nghệ thi công: Ứng dụng hệ xe đúc 130 tấn thi công nhịp nhàng các đốt dầm từ 3 m đến 5 m đối xứng qua đỉnh trụ, loại bỏ hoàn toàn yêu cầu lắp đặt hệ đà giáo cố định dưới lòng sông Mang Thít, qua đó bảo đảm tuyệt đối tĩnh không thông thuyền cấp II cho tuyến vận tải thủy.
Hạn chế và phạm vi nghiên cứu
Dựa trên giới hạn khối lượng được tác giả xác định trong bản thuyết minh:
- Phạm vi kết cấu: Đồ án chỉ dừng lại ở việc tính toán dầm chủ nhịp chính và thân trụ chính; chưa triển khai thiết kế kết cấu mố cầu, các nhịp dẫn dầm bản rỗng hoặc dầm Super T, và toàn bộ hệ thống móng cọc khoan nhồi dưới đáy bệ trụ.
- Mô hình tính toán: Phân tích nội lực dầm chủ chủ yếu dựa trên mô hình phần tử thanh 1D tương đương trong MIDAS Civil kết hợp công cụ SPC; chưa thực hiện mô hình hóa chi tiết bằng phần tử vỏ (Plate/Shell Element) để khảo sát độ tập trung ứng suất cục bộ tại các vị trí đổi chiều dày vách và góc lượn bản nắp hộp.
- Tác động động lực học: Nghiên cứu chưa đi sâu khảo sát phân tích động lực học kết cấu dưới tác động của động đất cấp cao hoặc dao động gió bão phức tạp trong giai đoạn cánh hẫng vươn dài nhất trước khi hợp long.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho các nhóm đối tượng:
- Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Cầu - Hầm, Công trình Giao thông: Nguồn tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình lập thuyết minh thiết kế kỹ thuật cầu BTCT DƯL nhịp lớn đúc hẫng cân bằng tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 11823:2017.
- Kỹ sư thiết kế công trình giao thông: Cung cấp phương pháp mẫu trong việc ứng dụng phần mềm MIDAS Civil 2019 để mô hình hóa bài toán thi công phân đoạn (Construction Stage Analysis), bao gồm thuật toán gán điều kiện biên thay đổi, khai báo co ngót - từ biến theo CEB-FIP 2010 và kỹ thuật xử lý mặt cắt bằng SPC.
- Cán bộ quản lý và chỉ huy công trường: Cung cấp các số liệu định lượng về chu kỳ thi công đốt đúc (chu kỳ 7 ngày/đốt), tải trọng xe đúc (130 tấn), độ lệch tâm và các kịch bản kiểm soát tải trọng lệch trong thi công đúc hẫng.
Câu hỏi thường gặp
1. Vì sao đồ án chọn phương án cầu đúc hẫng cân bằng 250 tỷ VNĐ thay vì cầu dầm giản đơn 165 tỷ VNĐ?
Mặc dù phương án cầu dầm giản đơn có chi phí sơ bộ thấp hơn, vị trí vượt sông Tam Bình (sông Mang Thít) đòi hỏi luồng thông thuyền cấp II hoạt động liên tục phục vụ giao thông thủy và các khu công nghiệp. Nền đất lòng sông có lớp bùn sét yếu dày đến 10 m, nếu thi công dầm giản đơn bằng đà giáo cố định sẽ làm đình trệ giao thông thủy và tốn kém chi phí xử lý móng đà giáo. Phương án đúc hẫng cân bằng nhịp lớn (100 m) không cản trở thông thuyền và đảm bảo tuổi thọ trên 100 năm.
2. Chiều cao dầm hộp và quy luật đường cong đáy dầm được xác định như thế nào?
Chiều cao dầm hộp biến thiên từ 7.0 m tại đỉnh trụ xuống 2.0 m tại giữa nhịp theo đường cong parabol bậc 2. Tọa độ đường cong đáy dầm tuân theo phương trình $y = -8 \times 10^{-6}x^2 + 0.36x$, với gốc tọa độ đặt cách tim trụ 4 m thuộc đốt K0. Tỷ lệ chiều cao tại đỉnh trụ đạt $H/L_g = 1/14.3$ và giữa nhịp đạt $1/50$, đáp ứng đúng các công thức kinh nghiệm thiết kế cầu đúc hẫng.
3. Tải trọng xe đúc được khai báo trong phần mềm MIDAS Civil với thông số ra sao?
Đồ án lựa chọn loại xe đúc có khối lượng 130 tấn. Tác động của xe đúc lên đầu mút cánh hẫng được quy đổi thành lực tập trung thẳng đứng $F_z = -1300$ kN kết hợp với cánh tay đòn lệch tâm $e = 2.0$ m, tạo ra mô men uốn tập trung $M_y = -2600$ kNm đặt tại nút cuối của khối dầm đã hoàn thiện trước đó.
4. Bước thi công nào xuất hiện nội lực và ứng suất nguy hiểm nhất đối với dầm chủ?
Mô men âm lớn nhất tại mặt cắt ngàm đỉnh trụ xuất hiện ở Bước 11 (khi đúc xong đốt K11, cánh hẫng vươn dài 43 m) với giá trị đạt -172,244 kNm. Tuy nhiên, bước xuất hiện tổ hợp ứng suất phức tạp nhất cần kiểm toán chuyên sâu là Bước 14 (nối liền kết cấu nhịp sau khi hợp long giữa và chuyển đổi sơ đồ hệ sang dầm liên tục). Toàn bộ ứng suất nén và kéo tại bước này đều đạt yêu cầu an toàn theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD (CHECK: OK).
5. Hệ thống cáp dự ứng lực trong dầm chủ được cấu tạo và phân bổ như thế nào?
Toàn bộ cáp trong sử dụng loại 7 sợi xoắn 15.2 mm ($A_s = 140$ mm2/sợi, $f_u = 1860$ MPa) của hãng HVM, chia làm 3 nhóm: Nhóm 1 gồm 32 bó (16 cặp) loại 19T15.2 mm bố trí ở bản nắp để chịu mô men âm đỉnh trụ; Nhóm 2 bố trí ở bản đáy phần đúc trên đà giáo và đốt hợp long biên loại 19T15.2 mm; Nhóm 3 gồm 28 bó loại 15T15.2 mm bố trí ở bản đáy để chịu mô men dương tại khu vực giữa nhịp.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật kết cấu nhịp chính và trụ cầu vượt sông Tam Bình bằng giải pháp dầm hộp BTCT DƯL liên tục thi công đúc hẫng cân bằng (65 m + 100 m + 65 m). Dựa trên tiêu chuẩn TCVN 11823:2017 kết hợp công cụ mô phỏng số MIDAS Civil 2019, đồ án đã kiểm chứng đầy đủ khả năng chịu lực của công trình qua 16 giai đoạn thi công phân đoạn và trong suốt thời gian khai thác vĩnh cửu. Kết quả tính toán cung cấp căn cứ kỹ thuật chuẩn xác, bảo đảm an toàn kết cấu và duy trì thông suốt tuyến vận tải thủy huyết mạch tại tỉnh Vĩnh Long.
