Nghiên cứu chuyển vị và ứng suất của cầu máng vỏ mỏng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn

NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ VÀ ỨNG SUẤT CỦA CẦU MÁNG VỎ MỎNG XI MĂNG LƯỚI THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC NHỊP LỚN

Phạm Cao Tuyến , Vũ Hoàng Hưng

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Khi cầu máng cần vượt qua các nhịp lớn, giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng chịu lực theo phương dọc của máng là sử dụng ƯST. Do thân máng XMLT có dạng vỏ trụ và chiều dày của thân máng rất mỏng, nên chỉ thích hợp với cốt thép ƯST đặt thẳng tại đáy máng và dùng phương pháp căng sau. Với phương pháp căng sau dễ dàng khống chế được lực căng cáp trong từng giai đoạn, nên cũng thuận tiện trong việc khống chế biến dạng và nứt, vấn đề được xem là nhạy cảm với kết cấu vỏ mỏng XMLT.

Đối với các cầu máng lớn và trung bình thì thiết kế đòi hỏi nội lực có độ chính xác cao, cần phân tích nội lực thân máng theo bài toán vỏ mỏng không gian. Tốt nhất là dùng phương pháp phần tử hữu hạn và giải theo chuyển vị. Hiện nay có những phần mềm mạnh cho phép ta phân tích các kết cấu vỏ có dạng bất kỳ và chịu tải trọng tuỳ ý như SAP2000 hay ANSYS, song đòi hỏi người sử dụng phải có hiểu biết nhất định về lý thuyết vỏ mỏng và phương pháp phần tử hữu hạn.

Đối với cầu máng nhỏ có thể dùng phương pháp gần đúng để phân tích nội lực thân máng, một trong các phương pháp thường dùng là thay bài toán tính vỏ mỏng không gian bằng hai bài toán phẳng riêng biệt theo phương dọc và phương ngang máng, được gọi là phương pháp tính theo “lý thuyết dầm”. Theo lý thuyết tính toán này, phương dọc thân máng được tính như bài toán dầm, phương ngang máng được tính như một hệ phẳng (khung phẳng) có bề rộng đơn vị được cắt ra từ thân máng chịu tất cả các tải trọng tác dụng lên đoạn máng đó và được cân bằng nhờ các lực tương hỗ của các phần máng hai bên, được gọi là “phương pháp lực cắt không cân bằng” (Vũ Thành Hải, 2001).

Trong các giáo trình “Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước” đều trình bày dưới dạng bài toán dầm (Nguyễn Tiến Chương, 2010), cho nên với CM-XMLT-ƯST vỏ mỏng nhịp lớn, phân tích nội lực theo phương dọc dùng lý thuyết dầm có nhiều thuận lợi và cũng đủ độ chính xác cần thiết khi chiều dài nhịp đủ lớn, còn theo phương ngang tính theo sơ đồ khung giống như CM-XMLT thông thường (14-TCN 181:2006).

2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN NỘI LỰC CMXMLT-ƯST

2.1. Tải trọng tính toán Tải trọng tác dụng lên cầu máng gồm có:
- Trọng lượng bản thân cầu máng.
- Áp lực nước ứng với mực nước thiết kế.
- Tải trọng người qua lại trên cầu máng.
- Các tải trọng khác như áp lực gió, lực ma sát ở gối đỡ, áp lực thủy động, động đất, tải trọng cẩu lắp, lực va chạm của vật nổi... được bỏ qua trong tính toán.
2.2. Tổ hợp tải trọng
Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng thân máng XMLT được tiến hành với tổ hợp tải trọng