Báo Cáo Phân tích và so sánh các phương pháp tính nội lực Bản mặt cầu theo tiêu chuẩn

A. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Việc áp dụng tiêu chuẩn mới 22TCN 272-05, có tham khảo tiêu chuẩn
AASHTO LRFD 1998 , AASHTO LRFD 2002 trong tính toán thiết kế kết cầu
nói chung và bản mặt cầu nói riêng, còn gặp nhiều bỡ ngỡ, khó khăn đối với sinh
viên ngành Xây Dựng Cầu Đường .
Trong tiêu chuẩn cho phép tính nội lực bản mặt cầu bằng nhiều phương pháp,
nhưng lại chưa đưa ra được nhân xét chính xác về các biện pháp trên. Do đó là
một kỹ sư thiết kế cầu thì việc lựa chọn và đưa ra một phương pháp hiệu quả tối
ưu mang ý nghĩa quan trọng không chỉ mang lại hiệu quả về mặt kinh tế, mà còn
nâng cao sự ổn định của kết cấu thượng tầng.
Hiện nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đã góp
phần lớn trong việc sử dụng phương pháp tính để tính toán kết cấu công trình.
Trong đó phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) là một
trong những phương pháp được áp dụng rộng rãi nhất trong việc xây dựng các
chương trình phân tích kết cấu, chẳng hạn như : SAP2000, RM2000, Midas civil
Và các chương trình này ngày càng được hoàn thiện và phát triển .
Do đó trong đề tài này chúng em có đề cập đến nội dung tính nội lực Bản mặt
cầu theo phương pháp chính xác (phương pháp phần tử hữu hạn) bằng phần mềm
Midas civil, để so sánh với các phương pháp tính nội lực khác trong 22TCN 272-
05 . Qua đó áp dụng để mô hình kết cấu trên phần mềm này mà tiêu biểu là “
Cầu Đồng Nai đang xây mới” .
B. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 có tất cả 5 phương pháp để tính
toán nội lực bản mặt cầu :
¾ Phương pháp tính chính xác (phương pháp phần tử hữu hạn).
¾ Phương pháp tính gần đúng ( phương pháp dải tương đương ).
¾ Phương pháp tính kinh nghiệm.

¾ Phương pháp tính truyền thống .
Riêng hai phương pháp tính kinh nghiệm (9.7.2 22TCN 272-05) và tính
truyền thống (9.7.3 22TCN 272-05) theo PGS.TS Nguyễn Viết Trung (Đại Học
Giao Thông Vận Tải Hà Nội ) thì nội dung chính là quy định chi tiết về kích
thước cấu tạo, số lớp cốt thép, số lượng cốt thép tối thiểu, cấp cốt thép Sau khi
các yêu cầu cấu tạo thỏa mãn có thể không cần tính toán .Do những nguyên nhân
trên nên trong nội dụng đề tài bản than em không đưa vào đề tài của mình.
Còn hai phương pháp còn lại đều có những ưu điểm, khuyết điểm riêng.
Từ những ưu, khuyết đó em có thể đưa ra một cái nhìn tổng quát về hai phương
pháp này. Từ đó có thể tùy trường hợp thực tế mà có thể áp dụng thích hợp cho
từng phương pháp .
C. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Mặt cầu là bộ phận chịu tải trọng và chủ yếu quyết định chất lượng giao
thông, chất lượng khai thác của cầu. Do đó trong thiết kế bản mặt cầu là bộ phận
được tính toán đầu tiên.
Hình 1.1 : Bản mặt cầu và các ảnh hưởng
Trong công tác thiết kế ngày nay, đặc biệt là những công trình mang tầm
cỡ quốc gia như : Cầu Đồng Nai mới, Cầu Rạch Miểu, Cầu Mỹ Thuận với
nhiều kết cấu, bộ phận phức tạp thì việc tính nội lực cho từng kết cấu đòi hỏi phải
nhanh, hiệu quả cao. Do đó không cho phép ta cùng một lúc có thể áp dụng nhiều

phương pháp tính cho cùng một kết cấu. Vì nó đòi hỏi rất nhiều thời gian và công
sức, mà yêu cầu công việc không cho phép điều đó. Ta chỉ có thể lựa chọn một
phương pháp để thiết kế nhưng phải đảm bảo tính chính xác cao .
Dường như để đáp ứng được các yêu cầu trên thì việc tự động hóa trong
thiết kế cầu được cho là phù hợp. Trong thiết kế kết cấu xây dựng nói chung và
Bản mặt cầu nói riêng thì Midas civil là phần mềm được đề cập đến. Tuy nhiên
việc áp dụng như thế nào để phù hợp với tiêu chuẩn cho phép thì dường như
chưa được đề cập đến. Đó chính là yêu cầu đặt ra trong đề tài này cần xem xét .
Bản mặt cầu hay còn gọi là kết cấu thượng tầng của cầu có những tác động
ảnh hưởng đến sự ổn định :
™ Tác động bên trong
¾ Tải trọng Bản mặt cầu Bê Tông Cốt Thép.
¾ Tải trọng Lan can.
¾ Tải trọng Lớp phủ bê tông át phan .
¾ Tải trọng giải phân cách (nếu có).
™ Tác động ngoài :
¾ Trọng lượng xe cộ qua lại.
¾ Trọng lượng người đi (nếu có).
D. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU :
Từng bước xác định nội lực Bản mặt cầu theo hai phương pháp :
+ Dải tương đương quy định theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05
(phương pháp gần đúng).
+ Phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm midas civil (phương pháp
tính chính xác).
Xác định độ chệnh lệch của kết quả bằng tỷ lệ %,và đưa ra nhận xét cụ thể
về hai phương pháp. Từ đó đưa ra kiến nghị cho đề tài.


E. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng tiêu chuẩn 22TCN 272-05 (kèm theo phần giải thích tiêu chuẩn
của Bộ Giao Thông Vận Tải) có tham khao thêm tiêu chuẩn AASHTO LRFD
1998 , AASHTO LRFD 2002 để tính nội lực Bản mặt cầu theo phương pháp dải
tương đương.
Sử dụng Phần mềm Midas để tính nội lực bản mặt cầu theo phương pháp
tính chính xác.
Tìm được sự tương quan từ hai phương pháp dựa vào kết quả tìm được (
Nội lực Max, Min).
Từ đó đưa ra được tính thực tiễn của từng phương pháp.
F. ĐỘ TIN CÂY CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài được dựa trên những quy đinh xây dựng trong tiêu chuẩn thiết kế cầu
22TCN 272-05 của Bộ Giao Thông Vận tải thay thế cho bộ tiêu chuẩn cũ 22TCN
18-79. Đồng thời có tham khảo tham một số ý kiến của các Giáo Sư Tiến Sĩ đầu
ngành về cách vận dụng tiêu chuẩn trong tính toán thiết kế như : GS. TS Nguyễn
Viết Trung (Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội), GS.TS Lê Đình Tâm
(Bộ môn Cầu - Hầm trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội), TS Lê Bá Khánh
(Trưởng Bộ môn Cầu - Đường trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí
Minh) .
Áp dụng nguyên tắc thiết kế trong phần mềm Midas phiên bản 7.01 của
môn “Tin học Cầu - Đường” để mô hình kết cấu Bản mặt cầu và tính nội lực
phần kết cấu thượng tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam.
Một số công trình cầu điển hình đã được thiết kế, tính toán với Midas
/cilvil :
+ Cầu SooTong : là cầu dây văng lớn thứ 2 trên thế giới với nhịp chính dài
1088 m, bắc qua sông Dương Tử Trung quốc.Được midas Civil phân tích với
1253 nút cùng 1532 phần tử, trong đó có 272 phần tử cáp và 1260 phần tử thanh
dầm tổng quát
SVTH: Cáp Trọng Biên 5