Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông trong cầu vòm mạng lưới

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA ------------œ•------------- TRAÀN CÖÔØNG BAÙ ÑIEÀN NGHIEÂN CÖÙU ÖÙNG DUÏNG KEÁT CAÁU OÁNG THEÙP NHOÀI BE TOÂNG TRONG CAÀU VOØM MAÏNG LÖÔÙI Chuyeân ngaønh : xaây döïng caàu haàm LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TP. HOÀ CHÍ MINH, thaùng 06 naêm 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. PHÙNG MẠNH TIẾN ............................. Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. VŨ XUÂN HÒA ............................................ Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. BÙI ĐỨC TÂN .............................................. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------- CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: TRẦN CƯỜNG BÁ ĐIỀN Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 30-05-1981 Nơi sinh : Hậu Giang Chuyên ngành : Xây dựng cầu, hầm MSHV : 03806714 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG TRONG CẦU VÒM MẠNG LƯỚI 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu các thông số cơ bản của kết cấu ống thép nhồi bê tông, kết cấu cầu vòm mạng lưới. Nghiên cứu ứng dụng kết cấu ống thép nhồi bê tông trong cầu vòm mạng lưới. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21-02-2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30-06-2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. PHÙNG MẠNH TIẾN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS. PHÙNG MẠNH TIẾN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. LÊ BÁ KHÁNH Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua. Ngày ..….. tháng ….… năm 2008 TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LÔØI CAÙM ÔN Xin traân troïng gôûi lôøi caùm ôn ñeán taát caû quyù thaày coâ, baïn beø, ñoàng nghieäp; nhöõng ngöôøi ñaõ khuyeán khích, hoã trôï, ñoäng vieân vaø taïo ñieàu kieän cho toâi trong suoát thôøi gian qua, ñeå ngaøy hoâm nay toâi coù theå hoaøn thaønh chöông trình hoïc. Baèng taát caû taám loøng, xin gôûi ñeán boá meï loøng bieát ôn vaø nhöõng tình caûm chaân thaønh nhaát. Xin chaân thaønh caûm ôn quyù thaày coâ Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa, Boä Moân Caàu Ñöôøng – Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng ñaõ truyeàn ñaït cho toâi nhieàu kieán thöùc boå ích vaø kinh nghieäm quyù baùu trong suoát quaù trình hoïc taäp taïi tröôøng. Xin gôûi lôøi caûm ôn saâu saéc ñeán Tieán só Phuøng Maïnh Tieán, ngöôøi ñaõ taän tình höôùng daãn toâi trong suoát quaù trình laøm luaän vaên. Xin chaân thaønh caùm ôn! ABSTRACT Bridge structures existing in Vietnam are very plentiful, from conventional structures such as simple bridge, trusses, arch bridge, continuous beam bridge… to modern structures like cable-stayed bridge, suspension bridge… when building a bridge, beside loading capacity aspect, people have to consider the aesthetic point of view. The concrete filled steel tubular and the network arch bridge are new structures with several advantages like good loading capacity, saving of cost and aestheticism. The thesis “Applied research of concrete filled steel tubular for the network arch bridge” study on taking full advantage of the concrete filled steel tubular and the network arch bridge, to find the structure is not only having good loading capacity, but also getting a great efficient in economy. The Master Thesis includes 4 Chapters : Chapter 1: General introduction Chapter 2: The theory of calculation Chapter 3: Applied research of concrete filled steel tubular for the network arch bridge Chapter 4: Conclusion, recommendation and next researching plan TOÙM TAÉT LUAÄN VAÊN Keát caáu caàu hieän höõu ôû Vieät Nam raát ña daïng, töø keát caáu nhòp giaûn ñôn, caàu daøn, caàu voøm, caàu nhòp lieân tuïc… cho ñeán caùc keát caáu hieän ñaïi nhö caàu treo daây vaêng, caàu treo daây voõng… Beân caïnh vaán ñeà veà khaû naêng chòu löïc cuûa keát caáu, ñoä thanh maûnh cuûa caàu raát quan troïng neáu xeùt treân quan ñieåm kieán truùc. Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng vaø keát caáu caàu voøm maïng löôùi thuoäc daïng keát caáu môùi coù nhieàu öu ñieåm veà khaû naêng chòu löïc, kinh teá vaø thaåm myõ. Ñeà taøi “Nghieân cöùu öùng duïng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng trong caàu voøm maïng löôùi” mong muoán taän duïng ñöôïc caùc öu ñieåm cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng cuõng nhö keát caáu caàu voøm maïng löôùi, nhaèm tìm ñöôïc giaûi phaùp keát caáu khoâng nhöõng ñaït yeâu caàu veà khaû naêng chòu löïc maø coøn kinh teá. Luaän vaên goàm 4 chöông : Chöông 1: Giôùi thieäu toång quan Chöông 2: Lyù thuyeát tính toaùn Chöông 3: Nghieân cöùu öùng duïng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng trong caàu voøm maïng löôùi Chöông 4: Keát luaän vaø kieán nghò, höôùng nghieân cöùu tieáp cuûa ñeà taøi -1 - MUÏC LUÏC CHÖÔNG MÔÛ ÑAÀU .............................................................................................. 3 TÍNH CAÁP THIEÁT VAØ MUÏC TIEÂU NGHIEÂN CÖÙU .......................................... 3 CUÛA ÑEÀ TAØI ......................................................................................................... 3 1. TÍNH CAÁP THIEÁT CUÛA ÑEÀ TAØI ................................................................................ 3 2. MUÏC TIEÂU NGHIEÂN CÖÙU CUÛA ÑEÀ TAØI................................................................... 4 3. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU ................................................................................. 4 4. HAÏN CHEÁ CUÛA ÑEÀ TAØI ............................................................................................. 5 CHÖÔNG 1 ............................................................................................................ 6 GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAN ................................................................................. 6 1.1. KEÁT CAÁU OÁNG THEÙP NHOÀI BE TOÂNG ................................................................. 6 1.1.1. Ñònh nghóa .............................................................................................................. 6 1.1.2. Phaân tích öu khuyeát ñieåm ....................................................................................... 7 1.1.3. Vaät lieäu................................................................................................................... 9 1.1.4. Caáu taïo ................................................................................................................. 10 1.1.5. ÖÙng duïng trong thöïc tiễn ...................................................................................... 12 1.2. KEÁT CAÁU CAÀU VOØM MAÏNG LÖÔÙI ..................................................................... 16 1.2.1. Ñònh nghóa ............................................................................................................ 16 1.2.2. Phaân tích öu khuyeát ñieåm ..................................................................................... 17 1.2.3. Vaät lieäu................................................................................................................. 21 1.2.4. Caáu taïo ................................................................................................................. 22 1.2.5. Moät soá caàu voøm maïng löôùi treân theá giôùi............................................................... 31 CHÖÔNG 2 .......................................................................................................... 34 LYÙ THUYEÁT TÍNH TOAÙN................................................................................. 34 2.1. TÍNH TOAÙN KEÁT CAÁU OÁNG THEÙP NHOÀI BE TOÂNG ......................................... 34 2.1.1. Khaùi quaùt .............................................................................................................. 34 2.1.2. Khaû naêng chòu löïc cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng theo tieâu chuaån thieát keá caàu – 22TCN 272-05...................................................................................................... 34 2.1.3. Khaû naêng chòu löïc cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng theo tieâu chuaån Trung Quoác - Hoäi tieâu chuaån Trung Quoác CECS 28-90 ........................................................... 36 -2 2.1.4. Khaû naêng chòu löïc cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng theo taøi lieäu cuûa Nga........ 39 2.2. TÍNH TOAÙN KEÁT CAÁU CAÀU VOØM MAÏNG LÖÔÙI ............................................... 42 2.2.1. Giôùi thieäu chung caùc phöông phaùp tính toaùn noäi löïc ............................................ 42 2.2.2. Phöông phaùp phaàn töû hữu haïn .............................................................................. 43 2.2.3. Moät soá phaàn meàm tính toaùn .................................................................................. 49 CHÖÔNG 3 .......................................................................................................... 51 NGHIEÂN CÖÙU ÖÙNG DUÏNG KEÁT CAÁU OÁNG THEÙP ...................................... 51 NHOÀI BE TOÂNG TRONG CAÀU VOØM MAÏNG LÖÔÙI....................................... 51 3.1. CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP NGHIEÂN CÖÙU ..................................................................... 51 3.1.1. Boá trí chung .......................................................................................................... 51 3.1.2. Caùc keát caáu chính ................................................................................................ 52 3.1.3. Taûi troïng vaø caùc toå hôïp taûi troïng .......................................................................... 53 3.2. GIÔÙI THIEÄU MO HÌNH TÍNH TOAÙN.................................................................... 56 3.2.1. Moâ hình tính toaùn cho tröôøng hôïp chieàu daøi nhòp L=100m .................................. 56 3.2.2. Moâ hình tính toaùn cho tröôøng hôïp chieàu daøi nhòp L=150m .................................. 58 3.2.3. Moâ hình tính toaùn cho tröôøng hôïp chieàu daøi nhòp L=200m .................................. 60 3.3. KEÁT QUAÛ TÍNH TOAÙN NOÄI LÖÏC VAØ BIEÁN DAÏNG............................................ 62 3.3.1. Moâ hình tính toaùn cho tröôøng hôïp chieàu daøi nhòp L=100m .................................. 62 3.3.2. Moâ hình tính toaùn cho tröôøng hôïp chieàu daøi nhòp L=150m .................................. 73 3.3.3. Moâ hình tính toaùn cho tröôøng hôïp chieàu daøi nhòp L=200m .................................. 84 3.3.4. Toång hôïp keát quaû cho caùc tröôøng hôïp nghieân cöùu ................................................ 95 CHÖÔNG 4 .........................................................................................................103 KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ............................................................................103 HÖÔÙNG NGHIEÂN CÖÙU TIEÁP CUÛA ÑEÀ TAØI ..................................................103 4.1. KEÁT LUAÄN ........................................................................................................... 103 4.2. KIEÁN NGHÒ........................................................................................................... 104 4.3. HÖÔÙNG NGHIEÂN CÖÙU TIEÁP .............................................................................. 105 -3 - CHÖÔNG MÔÛ ÑAÀU TÍNH CAÁP THIEÁT VAØ MUÏC TIEÂU NGHIEÂN CÖÙU CUÛA ÑEÀ TAØI 1. TÍNH CAÁP THIEÁT CUÛA ÑEÀ TAØI Lòch söû phaùt trieån cuûa ngaønh xaây döïng caàu treân theá giôùi ñaõ traûi qua nhieàu giai ñoaïn. Baét ñaàu töø vieäc chaët nhöõng caønh caây baéc qua caùc soâng raïch nhoû phuïc vuï nhu caàu ñi laïi, cho ñeán ngaøy nay ñaõ coù nhöõng chieác caàu ñi vaøo lòch söû vôùi chieàu daøi nhòp leân ñeán 2 km vôùi moät keát caáu raát thanh maûnh. Keát caáu caàu hieän höõu ôû Vieät Nam raát ña daïng, töø keát caáu nhòp giaûn ñôn, caàu daøn, caàu voøm, caàu nhòp lieân tuïc… cho ñeán caùc keát caáu hieän ñaïi nhö caàu treo daây vaêng, caàu treo daây voõng…. Vaät lieäu töø goã, ñaù, BTCT, theùp ñeán beâ toâng cöôøng ñoä cao vaø theùp cöôøng ñoä cao. Beân caïnh vaán ñeà veà khaû naêng chòu löïc cuûa keát caáu, ñoä thanh maûnh cuûa caàu raát quan troïng neáu xeùt treân quan ñieåm kieán truùc. Vôùi nhieäm vuï ñaùp öùng ngaøy caøng cao nhu caàu cuûa giao thoâng vaän taûi, nhieàu ñeà taøi ñaõ nghieân cöùu caùc vaät lieäu môùi vaø keát caáu môùi nhaèm xaây döïng ñöôïc nhöõng coâng trình khoâng nhöõng ñaït yeâu caàu kyõ thuaät maø coøn hieäu quaû veà kinh teá vaø myõ thuaät. Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng vaø keát caáu caàu voøm maïng löôùi thuoäc daïng keát caáu môùi. Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng coù nhieàu öu ñieåm nhö: giaûm giaù thaønh ñöôïc 2 – 3 laàn so vôùi keát caáu beâ toâng coát theùp. So vôùi keát caáu theùp, giaù thaønh haï ñeán khoaûng 40%, giaûm löôïng theùp tieâu hao ñöôïc 2 – 3 laàn. Loõi beâ toâng trong oáng laøm taêng cöôøng ñoä cuûa keát caáu chòu neùn gaáp 1.5 – 2 laàn, löôïng theùp ñeå laøm oáng cuõng chæ baèng troïng löôïng coát theùp trong keát caáu beâ toâng coát theùp. Vieâïc nhoài beâtoâng vaøo oáng theùp ñaõ naâng cao ñöôïc ñoä beàn choáng aên moøn, choáng ræ maët trong, khoâng -4 caàn phaûi sôn maï maët trong cuûa oáng theùp; laøm giaûm ñoä maûnh cuûa caáu kieän, laøm taêng ñoä oån ñònh cuïc boä cuûa thaønh oáng. Keát caáu caàu voøm maïng löôùi coù khaû naêng chòu löïc toát hôn nhieàu so vôùi moät soá daïng keát caáu khaùc coù cuøng khaåu ñoä nhòp. Ñaëc bieät ñoä thanh maûnh cuûa keát caáu giuùp cho caàu voøm maïng löôùi vöôït troäi hôn so vôùi nhöõng caàu khaùc veà maët kinh teá vaø thaåm myõ. Do ñoù, nghieân cöùu öùng duïng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng trong caàu voøm maïng löôùi caàn phaûi ñöôïc quan taâm nhaèm muïc ñích ña daïng hoùa keát caáu coâng trình caàu, phaùt huy ñöôïc caùc öu ñieåm cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng cuõng nhö keát caáu caàu voøm maïng löôùi, tìm ñöôïc giaûi phaùp keát caáu khoâng nhöõng ñaït yeâu caàu veà khaû naêng chòu löïc maø coøn kinh teá. 2. MUÏC TIEÂU NGHIEÂN CÖÙU CUÛA ÑEÀ TAØI Noäi dung luaän vaên taäp trung giaûi quyeát hai muïc tieâu chính sau: - Phaân tích caùc thoâng soá kyõ thuaät cô baûn vaø caùc öu ñieåm cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng, keát caáu caàu voøm maïng löôùi. - Nghieân cöùu öùng duïng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng trong caàu voøm maïng löôùi. 3. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU Noäi dung nghieân cöùu cuûa luaän vaên ñöôïc giaûi quyeát thoâng qua moät soá phöông phaùp nghieân cöùu chính sau: - Thu thaäp, toång hôïp vaø phaân tích taøi lieäu tham khaûo coù lieân quan ñeán keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng vaø caàu voøm maïng löôùi. - Phaân tích lyù thuyeát tính toaùn keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng vaø caàu voøm maïng löôùi, ñaëc bieät nghieân cöùu saâu veà phöông phaùp phaàn töû höõu haïn. -5 - - Löïa choïn moät soá tröôøng hôïp nghieân cöùu, tieán haønh xaây döïng moâ hình keát caáu caùc tröôøng hôïp nghieân cöùu, tính toaùn phaân tích caùc moâ hình theo phöông phaùp phaàn töû höõu haïn nhôø phaàn meàm Midas/Civil. - Toång hôïp, phaân tích, so saùnh keát quaû noäi löïc vaø bieán daïng trong caùc tröôøng hôïp nghieân cöùu döôùi daïng bieåu ñoà vaø ñoà thò. 4. HAÏN CHEÁ CUÛA ÑEÀ TAØI Trong phaïm vi cuûa luaän vaên thaïc só, ñeà taøi chöa thöïc hieän kieåm toaùn khaû naêng chòu taûi cuûa tieát dieän, khoâng nghieân cöùu veà baøi toaùn oån ñònh vaø baøi toaùn ñoäng löïc hoïc coâng trình cuõng nhö coâng ngheä vaø trình töï thi coâng. -6 - CHÖÔNG 1 GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAN Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng vaø keát caáu caàu voøm maïng löôùi ñaõ ñöôïc öùng duïng nhieàu treân theá giôùi. Phaàn giôùi thieäu toång quan nhaèm muïc ñích trình baøy nhöõng khaùi nieäm, ñònh nghóa, öu khuyeát ñieåm, öùng duïng trong thöïc teá, chi tieát caáu taïo oáng theùp nhoài beâ toâng vaø keát caáu caàu voøm maïng löôùi, nhaèm muïc ñích laøm roõ hôn veà phöông dieän caáu taïo giuùp xaùc ñònh ñöôïc kích thöôùc cuûa caùc haïng muïc keát caáu chính phuïc vuï cho ñeà taøi nghieân cöùu. 1.1. KEÁT CAÁU OÁNG THEÙP NHOÀI BE TOÂNG 1.1.1. Ñònh nghóa OÁng theùp nhoài beâ toâng laø daïng keát caáu hoãn hôïp goàm oáng theùp vaø loõi beâ toâng cuøng laøm vieäc. Thoâng thöôøng duøng oáng troøn, nhöng caùc oáng vuoâng cuõng coù theå ñöôïc aùp duïng. Keát caáu nhö vaäy coù nhöõng öu ñieåm veà ñoä cöùng, cöôøng ñoä, khaû naêng choáng bieán daïng vaø khaû naêng choáng chaùy. Noùi chung, loaïi keát caáu naøy coù theå nghieân cöùu aùp duïng cho raát nhieàu loaïi coâng trình xaây döïng nhaø, xöôûng vaø caùc coâng trình caàu ñöôøng. Moät soá daïng maët caét oáng theùp nhoài beâ toâng cô baûn ñöôïc theå hieän treân hình 1.1. Hình 1.1 - Moät soá daïng maët caét oáng theùp nhoài beâ toâng -7 1.1.2. Phaân tích öu khuyeát ñieåm Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng coù nhieàu öu ñieåm nhö cöôøng ñoä cao, tính meàm deûo, khaû naêng chòu nhieät lôùn, giaûm thôøi gian xaây döïng, taêng ñoä an toaøn vaø söû duïng caùc kieåu lieân keát ñôn giaûn ñöôïc tieâu chuaån hoùa. Khi so saùnh vôùi keát caáu theùp, beâ toâng coát theùp… keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng coù nhieàu öu ñieåm cuï theå nhö sau: ü So saùnh vôùi keát caáu beâtoâng coát theùp coù beà maët tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi [9]: - Ñoä beàn cuûa loõi beâ toâng coù lôùp voû theùp laøm aùo boïc chaët taêng leân khoaûng 2 laàn so vôùi loõi beâ toâng thoâng thöôøng. - Beâ toâng trong oáng theùp khoâng bò co ngoùt maø xaûy ra söï tröông nôû vì khoâng coù söï trao ñoåi ñoä aåm giöõa beâtoâng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi. Söï tröông nôû cuûa beâ toâng ñöôïc duy trì trong nhieàu naêm neân taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho söï laøm vieäc cuûa beâ toâng. - Söï caùch li cuûa beâ toâng vôùi moâi tröôøng xung quanh taïo ra nhöõng ñieàu kieän toát hôn cho söï laøm vieäc cuûa beâ toâng chòu taûi troïng. Trong beâ toâng khoâng bò caùch li, caùc veát nöùt raát nhoû ngaøy caøng nhieàu, coøn trong beâ toâng bò caùch li khi chòu cuøng moät öùng suaát nhö beâ toâng khoâng ñöôïc caùch li thì hoaøn toaøn khoâng nöùt theâm nöõa sau 2-3 ngaøy tuoåi. - Trong maãu beâ toâng khoâng bò caùch li, tính phi tuyeán cuûa bieán daïng töø bieán coù theå quan saùt ñöôïc trong 20-30 ngaøy, coøn trong beâ toâng ñöôïc caùch li tính phi tuyeán cuûa bieán daïng töø bieán seõ maát ñi sau 2-7 ngaøy tuoåi khi chuùng chòu öùng suaát nhö nhau. - OÁng theùp nhoài beâ toâng kinh teá hôn beâtoâng coát theùp vì khoâng caàn vaùn khuoân khi thi coâng, giaù voøm, ñai keïp vaø caùc chi tieát ñaët saün. -8 - Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng coù söùc chòu taûi toát hôn, ít bò hö hoûng do va ñaäp. - Giaûm khoái löôïng theùp so vôùi keát caáu BTCT thöôøng coù cuøng khaû naêng chòu taûi. - Khoái löôïng cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng nhoû hôn so vôùi keát caáu beâ toâng coát theùp do ñoù vieäc vaän chuyeån vaø laép raùp deã daøng hôn. - Khaû naêng vöôït nhòp lôùn hôn nhieàu so vôùi keát caáu BTCT thöôøng, nhôø vaøo tính deûo cuûa keát caáu vaø khaû naêng giaûm troïng löôïng baûn thaân. - Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng khoâng coù coát theùp doïc vaø coát theùp ñai do ñoù tieát kieäm ñöôïc thôøi gian thi coâng vaø quaù trình ñaàm neùn beâ toâng cuõng deã daøng. ü So saùnh vôùi keát caáu theùp daïng oáng roãng [9]: - Taêng khaû naêng choáng bieán daïng cuûa oáng theùp, nhôø vaøo loõi beâ toâng. - Ñoä beàn choáng aên moøn vaø choáng ræ cuûa maët trong oáng theùp cao hôn. - Giaûm ñoä maûnh cuûa caáu kieän. - Taêng ñoä oån ñònh cuïc boä cuûa thaønh oáng, laøm taêng söùc choáng moùp cuûa voû ôû caùc choã noái khi bò va ñaäp trong quaù trình vaän chuyeån vaø laép raùp. ü So saùnh vôùi keát caáu theùp hình coù maët caét hôû [9]: - Maët ngoaøi cuûa keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng nhoû hôn do ñoù chi phí sôn phuû vaø baûo döôõng thaáp hôn. - Ñoä beàn choáng gæ cao hôn. Khi söû duïng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng khoâng caàn phaûi sôn phuû, maï kim loaïi hoaëc bít kín maët trong cuûa oáng. - Caùc thanh tieát dieän troøn coù tính oån ñònh ñeàu khi chieàu daøi tính toaùn nhö nhau. - Giaûm ñöôïc aûnh höôûng cuûa taûi troïng gioù nhôø caûi thieän ñöôïc caùc tính chaát khí ñoäng hoïc. -9 - Taêng ñoä cöùng choáng xoaén. Trôû ngaïi lôùn ñoái vôùi vieäc söû duïng phoå bieán keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng laø söï hieåu bieát haïn cheá veà söï laøm vieäc cuûa loaïi keát caáu naøy. Khaùc vôùi oáng theùp thöôøng, oáng theùp nhoài beâ toâng chæ laøm vieäc hieäu quaû khi chòu neùn. Khi chòu keùo khaû naêng chòu löïc cuûa noù nhoû hôn nhieàu. Veà maët naøy keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng töông töï keát caáu beâ toâng coát theùp. Do ñoù trong moät heä thoáng keát caáu chòu löïc neân duøng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng chæ cho caùc caáu kieän chòu neùn. Veà nguyeân taéc khoâng neân duøng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng laøm caáu kieän chòu keùo. Tuy nhieân trong moät soá tröôøng hôïp cuõng coù theå duøng oáng theùp nhoài beâ toâng laøm caáu kieän chòu keùo vì caùc lyù do ñaëc bieät nhö: ñeå choáng gæ cho beà maët trong oáng, ñeå taêng ñoä cöùng choáng uoán hay taêng troïng löôïng baûn thaân. Cô cheá phaù hoaïi keát caáu phuï thuoäc ñaùng keå vaøo hình daïng, chieàu daøi, ñöôøng kính, beà daøy oáng theùp, cöôøng ñoä beâ toâng vaø theùp. Caùc thoâng soá nhö: ñoä dính baùm, söï caøi xen laãn nhau ôû maët phaân caùch, ma saùt, öùng suaát dö, töø bieán, co ngoùt vaø caùc daïng taûi troïng cuõng aûnh höôûng ñeán söï laøm vieäc cuûa oáng theùp nhoài beâ toâng. 1.1.3. Vaät lieäu Noùi chung yeâu caàu veà vaät lieäu cho keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng cuõng raát phoå thoâng vaø phuø hôïp vôùi ñieàu kieän Vieät Nam. Caùc yeâu caàu cuï theå ñoái vôùi oáng theùp vaø beâ toâng nhoài trong oáng theùp nhö sau: Ñoái vôùi oáng theùp: vaät lieäu theùp coù theå laø theùp cacbon hoaëc theùp hôïp kim trong xaây döïng, thoâng thöôøng söû duïng theùp coù giôùi haïn chaûy fy= 225 ¸ 450 MPa. Theùp cheá taïo oáng phaûi phaúng, khoâng bò ræ seùt hay ñaõ bò va ñaäp maïnh ñoàng thôøi phaûi coù giaáy xuaát xöôûng hoaëc baùo caùo thí nghieäm caùc thoâng soá vaø chæ tieâu kyõ thuaät theo yeâu caàu. OÁng theùp ñöôïc cheá taïo phaûi tuaân thuû qui phaïm thi coâng vaø nghieäm thu keát caáu theùp. Thaønh trong cuûa oáng khoâng ñöôïc dính daàu môõ ñeå ñaûm baûo loõi beâ toâng lieân keát chaët vôùi oáng theùp.[11] -10 Ñoái vôùi beâ toâng nhoài trong oáng theùp: nhieàu taøi lieäu khuyeân duøng beâtoâng coù cöôøng ñoä neùn tieâu chuaån 28 ngaøy ñaït f’c ³ 30 MPa. Trong caùc coâng trình chòu taûi troïng lôùn neân duøng beâtoâng coù f’c=40, 50, 60, 70 MPa. Trong ñieàu kieän Vieät Nam hieän nay vieäc saûn xuaát beâtoâng thöông phaåm coù f’c= 30, 40 MPa thaäm chí tôùi 50 MPa laø ñieàu coù theå thöïc hieän ñöôïc [11]. Noùi chung ñeå choïn caáp beâ toâng laøm loõi beâ toâng trong keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng thì caàn tuaân theo giaù trò neân trong hôïp ñoàng cuûa döï aùn cuï theå vaø caàn coù thí nghieäm kieåm chöùng cuï theå cho moãi coâng trình. Ngoaøi yeâu caàu veà cöôøng ñoä chòu neùn, beâ toâng trong oáng theùp caàn ñaït ñöôïc caùc yeâu caàu veà ñoä suït, thaønh phaàn caáp phoái haït, tyû leä nöôùc treân xi maêng… phuø hôïp vôùi caùc phöông phaùp nhoài beâ toâng vaøo trong oáng theùp. 1.1.4. Caáu taïo Keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng thöôøng ñöôïc aùp duïng cho caùc caáu kieän chòu löïc neùn raát lôùn, yeâu caàu cöôøng ñoä cao. Caáu taïo keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng trong caàu voøm vaø trong caùc coâng trình khaùc nhö sau: Caáu taïo trong caàu voøm: keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng thöôøng ñöôïc caáu taïo laøm söôøn voøm. Tuyø theo cöôøng ñoä taûi troïng taùc duïng, söôøn voøm coù caáu taïo töø moät oáng theùp hay nhieàu oáng theùp troøn lieân keát vôùi nhau thoâng qua baûn theùp taêng cöôøng. Caùc oáng theùp thöôøng duøng coù ñöôøng kính ngoaøi töø 30-120cm, chieàu daøy thaønh oáng töø 5-20mm. OÁng theùp ñöôïc cheá taïo töø theùp taám cuoán troøn coù ñöôøng kính tuyø thuoäc vaøo coâng trình thieát keá. Coù 2 caùch cuoán oáng theùp: cuoán troøn haøn doïc vaø cuoán daïng loø xo. Loaïi cuoán troøn haøn doïc phaûi coù thieát bò chuyeân duïng môùi cuoán ñöôïc, vieäc haøn vaø cuoán phaûi thöïc hieän trong nhaø maùy vaø laøm töøng ñoát, sau khi mang ra coâng tröôøng seõ noái baèng ñöôøng haøn ñoái ñaàu cöôøng ñoä cao hay haøn maët bích. Loaïi oáng naøy coù nhöôïc ñieåm laø naêng löïc chòu taûi cuûa ñöôøng haøn coù theå keùm hôn neân keát caáu bò phaù hoaïi thöôøng xaûy ra ôû nhöõng ñöôøng haøn, caùc ñoát oáng thöôøng laøm thaúng neân vieäc uoán cong cho ñuùng ñöôøng truïc voøm laø khoù khaên. Loaïi -11 oáng haøn baèng caùc daûi baûn cuoán theo hình xoaén oác thì vieäc cheá taïo coù theå laøm ôû coâng tröôøng, vieäc cuoán oáng theo caùc ñöôøng kính khaùc nhau coù theå laáy baát kyø theo thieát keá vaø coù theå haøn oáng cong theo ñöôøng cong truïc voøm, coù theå laøm nhöõng ñoát daøi tuyø yù, thaäm chí coù theå daøi baèng caû nhòp, haøn theo ñöôøng xoaén oác thì moái haøn chòu löïc caét laø chính neân khaû naêng chòu taûi cuûa oáng seõ toát hôn. Hình 1.2 theå hieän moät soá daïng maët caét ngang söôøn voøm. Hình 1.2 - Caùc daïng maët caét ngang söôøn voøm phoå bieán Trong tröôøng hôïp voøm chòu taûi troïng lôùn, ngöôøi ta coù theå toå hôïp nhieàu oáng theùp ñôn taïo neân maët caét ngang söôøn voøm. Treân baûn lieân keát söôøn voøm coù boá trí caùc cöûa soå ñeå haøn maët trong khi noái caùc ñoaïn oáng thaønh voøm lieân tuïc, kích thöôùc cöûa soå daïng hình vuoâng hoaëc hình chöõ nhaät vôùi chieàu daøi caïnh 1.0-1.5m. Sau khi noái xong caùc ñoaïn voøm seõ haøn ñaäy caùc vò trí cöûa soå vaø hoaøn thieän söôøn voøm. Caáu taïo trong caùc coâng trình khaùc: keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng ñöôïc öùng duïng hieäu quaû trong caùc coâng trình khaùc nhö : coät ñieän, caáu taïo coät cuûa nhaø cao taàng, heä giaèng cho keát caáu nhaø cao taàng… Ñoái vôùi caáu kieän chòu neùn leäch taâm thì coù theå söû duïng taám theùp thöôøng, theùp goùc hoaëc theùp chöõ I laøm chöùc naêng phaàn chòu keùo cuûa tieát dieän, oáng nhoài beâ toâng ôû ñaây chòu neùn laø chuû yeáu. Trong caùc keát caáu daøn caàu, keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng thöôøng ñöôïc öùng duïng laøm caùc thanh chòu neùn thì löôïng theùp giaûm ñaùng keå so vôùi khi duøng theùp thoâng thöôøng. -12 Do naâng cao ñöôïc ñoä cöùng choáng uoán cuûa caùc oáng theùp nhoài beâ toâng neân caùc coâng trình coù theå cheá taïo töø moät soá ít caùc caáu kieän coù ñoä daøi lôùn. Khi ñoù sô ñoà boá trí caùc thanh giaøn vaø keát caáu gheùp nuùt seõ ñôn giaûn hôn. Ngöôøi ta thöôøng duøng caùc oáng truï troøn hoaëc caùc oáng laêng truï (tieát dieän hình vuoâng hoaëc hình chöõ nhaät) ñeå cheá taïo oáng nhoài beâ toâng. Trong moät soá tröôøng hôïp, trong loõi beâ toâng coù ñaët coát theùp: coát meàm döôùi daïng thanh hoaëc coát cöùng baèng theùp goùc, theùp chöõ I… Keát caáu daïng naøy thöôøng ñöôïc duøng cho coïc laø nhöõng voû theùp hình truï ñöôøng kính 1.6m coù loõi beâ toâng coát theùp. Coát theùp cuûa loõi cho pheùp giaûm ñöôøng kính cuûa voû vaø do ñoù giaûm ñöôïc kích thöôùc ngang cuûa keát caáu, ñoù laø ñieàu coù yù nghóa lôùn. Moät soá daïng maët caét ngang cô baûn ñöôïc theå hieän treân hình 1.3 Hình 1.3 - Caùc daïng maët caét ngang oáng theùp nhoài beâ toâng keát hôïp vôùi taám theùp 1.1.5. ÖÙng duïng trong thöïc tiễn Nhieàu nöôùc treân theá giôùi ñang söû duïng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng cho nhieàu keát caáu coâng trình khaùc nhau nhö : caáu taïo coät cuûa nhaø cao taàng, heä giaèng cho keát caáu nhaø cao taàng, moùng coïc caàu, keát caáu thöôïng boä caàu. Ngoaøi ra coøn coù theå cheá taïo nhöõng coät coù ñoä cöùng lôùn trong vuøng ñoäng ñaát. Trong caùc coâng trình ñaàu tieân coù söû duïng oáng theùp nhoài beâ toâng ngöôøi ta ñaõ thieát keá caáu kieän chòu löïc laø moät boù caùc thanh oáng nhoû nhoài beâ toâng. Chieác caàu -13 voøm nhòp 9m ôû vuøng ngoaïi oâ phía Ñoâng Paris ñöôïc xaây döïng naêm 1931 laø moät ví duï veà vieäc söû duïng caùc boù nhieàu oáng theùp nhoài beâtoâng. Maët caét ngang caàu coù 2 voøm, moãi voøm goàm 6 oáng ñöôøng kính 60x 3,5mm nhoài beâtoâng. Nhöõng naêm gaàn ñaây Phaùp, Canaña, Italia, Myõ, Nga, Bæ vaø nhieàu nöôùc khaùc ñaõ quan taâm ñeán loaïi keát caáu naøy. ÔÛ Phaùp ngöôøi ta ñaõ duøng oáng theùp nhoài beâ toâng laøm coät cuûa khung nhaø ôû vaø nhaø coâng coäng nhieàu taàng. ÔÛ thaønh phoá Roâma (Italia) ngöôøi ta ñaõ xaây döïng moät khaùch saïn 8 taàng vôùi coät khung chòu löïc baèng oáng theùp nhoài beâ toâng coù tieát dieän thay ñoåi, nhoû daàn veà phía treân. ÔÛ Bæ, khi xaây döïng uï taøu ngöôøi ta ñaõ söû duïng oáng theùp nhoài beâ toâng laøm caùnh treân vaø caùc coät cuûa keát caáu giaøn chòu löïc. Trong thaäp nieân cuoái cuûa theá kyû 20 vaø ñaàu theá kyû 21, ôû Trung Quoác phaùt trieån raát maïnh veà loaïi caàu voøm oáng theùp nhoài beâ toâng. Baûng 1-1 thoáng keâ moät soá keát caáu caàu voøm oáng theùp nhoài beâ toâng ñaõ ñöôïc xaây döïng taïi Trung Quoác. Baûng 1-1. Moät soá caàu voøm oáng theùp nhoài beâ toâng ôû Trung Quoác STT 1 2 3 Teân caàu Caàu Yiwu Yuanhuang Naêm xaây döïng Tieát dieän keát caáu söôøn voøm 1990 Moät oáng ñôn Þ=800mm, daøy 18mm Caàu Yilan Mundanjiang tænh Heilongjiang Toå hôïp tam giaùc goàm 3 oáng theùp (ñöôøng kính 600mm, daøy 12mm) Caàu vöôït soâng Huangbai vaø soâng Sialao tænh Hubei Toå hôïp 2 oáng theùp (ñöôøng kính 1000mm, daøy 12mm) Ñöôøng xe Chieàu daøi chaïy vöôït nhòp 80m 100m 160m -14 - 4 Caàu Yajisha baéc qua soâng Zhujiang tænh Guangzhou. 2000 2000 5 Caàu Wuhan thöù 3 vöôït soâng Hanjiang 6 Caàu Wuzhu thöù 3 baéc qua soâng Gujiang 7 Caàu Fengije Meixi ôû tænh Sichuan 8 Caàu baéc qua soâng 2001 Beipanjiang gaàn thaønh phoá Luipanshui Vôùi 6 oáng, oáng giöõa Þ750mm, daøy 20mm; hai oáng beân Þ750mm, daøy18mm Maët caàu chaïy giöõa Nhòp chính 360m Moãi söôøn voøm 2 oáng theo coâng ngheä oáng theùp nhoài beâ toâng Maët caàu chaïy döôùi Nhòp chính 280m Moãi söôøn voøm 4 oáng theo coâng ngheä oáng theùp nhoài beâ toâng Maët caàu chaïy giöõa Nhòp chính 175m Maët caàu chaïy treân Nhòp chính 288m Moãi voøm caáu taïo töø 4 oáng theùp Þ1000mm daøy 16mm, 2 voøm nghieâng vaøo nhau Nhòp chính 236m Taïi Vieät Nam, trong nhöõng naêm gaàn ñaây moät soá caàu voøm vôùi coâng ngheä oáng theùp nhoài beâ toâng ñaõ ñöôïc xaây döïng nhö : caàu OÂng Lôùn, caàu Xoùm Cuûi, caàu Caàn Giuoäc – Quaän 7 – Tp. HCM. Chieàu cao voøm theùp 20.29m, chieàu daøi nhòp tính toaùn 97.6m vôùi baûn maët caàu xe chaïy döôùi (hình 1.4). Treân cô sôû öùng duïng thaønh coâng treân ñöôøng Nguyeãn Vaên Linh, nhieàu ñôn vò tö vaán taïi Vieät Nam ñaõ maïnh daïn kieán nghò aùp duïng keát caáu oáng theùp nhoài beâ toâng cho moät soá coâng trình khaùc nhö caàu Huøng Vöông – Phuù Yeân (hình 1.5), caàu Ñoâng Truø – Haø Noäi, caàu Haøn – Haûi Döông, caàu Ñoàng Ñieàn – Tp. HCM (hình 1.6)…