Tối ưu hóa kết cấu nhịp dầm giản đơn bê tông cốt thép với cốt thường

 

 

Số Bản tin:Số 1 và số 2 năm 2013

Tác giả:TS. Lê Mạnh Hân

Trung tâm Đào tạo & Thông Tin
Viện KH&CN GTVT

 

 

Tóm tắt:

Bài viết trình bày những kết quả chính của quá trình nghiên cứu đề tài được phát triển bởi chương trình tự động hóa thiết kế nhịp dầm giản đơn bê tông cốt thép với cốt thép thường.

Nhiệm vụ chính của đề tài là nghiên cứu và đưa ra những khuyến nghị áp dụng với điều kiện Việt Nam về việc chỉ định các thông số tối ưu hóa cho nhịp dầm giản đơn theo tiêu chí giá thành  đối với những nhịp dầm và khổ cầu khác nhau tùy thuộc vào đặc trưng  vật liệu được sử dụng và các loại hoạt tải khác nhau.

Để giải quyết vấn đề này phù hợp với các khái niệm của Giáo sư Salamahin P.M .[1] tác giả đã phát triển một chương trình tự động hóa thiết kế nhịp dầm giản đơn với cốt thép thường.

Chương trình này cho phép nhập các dữ liệu đầu vào dựa trên các thông số chung của kết cấu nhịp ( chiều dài nhịp và khổ cầu ), hoạt tải yêu cầu, dữ liệu về các đặc tính cơ lý và giá thành của vật liệu bê tông và cốt thép được sử dụng để nhận được tất cả các kích thước của kết cấu nhịp đảm bảo được độ bền, độ cứng, độ mở rộng vết nứt, những yêu cầu về kết cấu theo tiêu chuẩn Snip và tối ưu hóa theo chỉ tiêu giá trị nhỏ nhất của giá thành vật liệu để chế tạo kết cấu nhịp.

Ngoài ra chương trình còn được thiết kế để sử dụng như một công cụ hỗ trợ cho kỹ sư thiết kế để nghiên cứu tác động của các thông số đầu vào khác nhau của kết cấu nhịp (kích thước, tính chất cơ lý và giá thành của vật liệu, các dạng hoạt tải) đến các đặc tính đầu ra của nhịp được thiết kế: khối lượng nguyên vật liệu và giá thành của chúng.

Tính năng này của chương trình trong đề tài được sử dụng để giải quyết những nhiệm vụ sau đây:

·                     Nghiên cứu và đề xuất những khuyến nghị về giá trị tối ưu của số lượng và chiều cao dầm chủ với chiều dài nhịp từ  9 đến 21m cho cầu được thông qua bởi  2 và 4 làn xe.

      Trên hình vẽ 1 thể hiện sự phụ thuộc giá thành của  nhịp L = 18m trong khoảng chiều cao dầm thay đổi từ  H = 80 đến 100cm với bước 5cm và số lượng dầm chủ trong mặt cắt ngang thay đổi từ N = 4 – 7 dầm với khổ cầu Г- 8+2x1.5m. Phân tích đồ thị cho thấy rằng cầu đạt giá trị tối ưu nhỏ nhất về giá thành (C­­min) đảm bảo những yêu cầu về kết cấu tại điểm có chiều cao dầm là H = 85cm với N= 4 dầm chủ được thiết kế với tải trọng hoạt tải là xe AK-11, những phương án về kết cấu trong trường hợp 6 dầm chủ (N=6) trong khoảng chiều cao dầm từ 80 đến 90cm không được hiện trên đồ thị chứng tỏ chúng không đảm bảo điều kiện về độ cứng dầm. Tiếp theo là đồ thị hình vẽ 2 thể hiện sự phụ thuộc giữa giá thành của toàn bộ nhịp (bao gồm giá thành của bê tông và cốt thép) vào chiều cao ứng với số lượng dầm chủ đã tối ưu trong trường hợp N= 4, ta nhận thấy ngay rằng, sự gia tăng chiều cao của dầm dẫn đến chi phí bê tông tăng và chi phí cốt thép giảm nhưng chi phí của bê tông vẫn đóng vai trò quyết định đến giá thành của toàn nhịp. Tương tự như vậy thông tin thu được về chiều cao dầm tối ưu và số lượng dầm chủ trong mặt cắt ngang cũng như những số liệu tối ưu của bản mặt cầu được thể hiện trong bảng 1.

 

Hình 1. Tối ưu hóa chiều cao và số lượng dầm chủ của nhịp dầm L = 18m với khổ cầu Г- 8+2x1.5.

Hình 2. Sự phụ thuộc giá thành của bê tông và cốt thép vào chiều cao dầm đối với nhịp L = 18m.                                                                                                                                                  

                                                                                                                                                           Bảng 1

 

L

Chiều dài nhịp (m)

Г-8.5+2х1.5

Г-14.5+2х0.75

H

Chiều cao dầm chủ (cm)

nбал

Số lượng dầm chủ

Nst

Số thanh cốt thép dầm chủ

 

d

ɸ thép dầm (cm)

hpl

Chiều dày bản mặt cầu (cm)

 

*

Npl

Số thanh cốt thép 1m rộng bản *

d

thép bản (cm) *

H

Chiều cao dầm (cm)

nбал

Số lượng dầm

Nst

Số thanh cốt thép chủ

 

D ɸ

thép dầm (cm)

hpl

Chiều dày bản mặt cầu (cm)

*

Npl

Số thanh cốt thép 1m rộng bản *

d

thép bản (cm)

*

1

9

35

6

4

3.2

12

10

1

35

9

4

3.2

13

10

1

2

12

50

5

6

3.2

13

11

1.2

50

8

5

3.2

13.5

11

1

3

15

65

5

7

3.2

13.5

11

1.2

70

7

7

3.2

14

11

1.2

4

18

85

4

9

3.2

13.5

13

1.4

95

6

8

3.2

14

13

1.4

5

21

95

4

10

3.2

13.75

14

1.4

105

6

11

3.2

14

13

1.4

Hình 3. Sự phụ thuộc giá thành cầu vào chiều dài nhịp với giá trị tối ưu hóa chiều cao và số lượng dầm với khổ cầu Г- 8+2x1.5.

Hình 4. Sự phụ thuộc giá thành cầu vào chiều dài nhịp với giá trị tối ưu hóa chiều cao và số lượng dầm với khổ cầu Г- 14+2x0.75.

Kết quả của chương trình tự động hóa thiết kế thể hiện sự phụ thuộc giữa giá thành và chiều dài nhịp (L = 9 – 21m)  với hai khổ cầu khác nhau được thể trong hình 3 và 4, ta thấy sự chênh lệch kích thước giữa hai khổ cầu Г – 14+2x0.75 và   Г – 8+2x1.5 là 40% và giá thành của chúng chênh 90%, điều đó cho ta thấy rằng: với số lượng dầm chủ ít hơn trong mặt cắt ngang đối với khổ cầu Г – 14+2x0.75 làm tăng chiều dày bản mặt cầu và  trọng lượng trên một m2 chiều dài nhịp dẫn tới tăng số lượng cốt thép yêu cầu.

Hình 5: Sự phụ thuộc giá thành cầu vào cuờng độ mác bê tông được sử dụng.

·                     Tiếp nhận sự phụ thuộc giữa giá thành toàn bộ nhịp vào cường độ của mác bê tông được sử dụng đối với khổ cầu Г – 8+2x1.5.

Qua phân tích hình vẽ 5 rút ra kết luận rằng: đối với tất cả các nhịp dầm được khảo sát theo chỉ tiêu giá thành nhỏ nhất thì giá trị tối ưu của mác bê tông được sử dụng là bê tông mác B40 có cường độ chịu nén dọc trục là 205 kgN/cm2.

·                     Tiếp nhận sự phụ thuộc giữa giá thành toàn bộ nhịp vào cường độ của mác cốt thép được sử dụng đối với khổ cầu Г – 8+2x1.5.

Hình 6: Sự phụ thuộc giá thành của cầu vào cuờng độ mác cốt thép được sử dụng.

Tương tự với mác cốt thép được thể hiện trên hình 6 ta nhận được giá trị tối ưu của của mác cốt thép được sử dụng là cốt thép loại AII.

·                     Tiếp nhận sự phụ thuộc giữa giá thành toàn bộ nhịp vào các loại hoạt tải được sử dụng đối với khổ cầu  Г – 8+2x1.5.

Phân tích số liệu biểu đồ hình 7 với sự gia tăng tải trọng hoạt tải từ AK – 8 đến AK – 14 thì giá thành toàn nhịp tăng tương ứng theo tỉ lệ % và được thể hiện theo bảng 2 dưới đây.

Hình 7. Sự phụ thuộc giá thành của cầu vào lớp tải trọng hoạt tải

                                                                                                                                          Bảng 2.

 

Chiều dài nhịp

(L-m)

Giá thành toàn cầu

 

AK8

AK10

AK11

AK12

AK14

(АК14/АК8)

(%)

9

571195

827418.8

1138271

1522951

1819415

7.2%

12

583241

843521

1146329

1534213

1823451

6.5%

15

596581.3

863012

1152018

1543981

1851312

6.32%

18

600121

872120

1173021

1553219

1893451

5.14%

21

612321

881201

1210210

1601231

1910932

5.03%

Ta thấy rằng đối với việc tăng tải trọng hoạt tải từ AK - 8 đến AK – 14 thì giá thành của cầu sẽ tăng từ 5 – 7,2% đối với nhịp dầm, việc tải trọng hoạt tải tăng lớn mà giá thành cầu BTCT tăng nhỏ chứng tỏ rằng trong việc thiết kế cầu với nhịp định sẵn thì kích thước của mặt cắt ngang chỉ được tính toán dựa trên cơ sở kết cấu và yêu cầu về công nghệ■

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Саламахин, П.М. Проблемы и концепция автоматизации проектирования и оптимизации конструкции мостов // Транспортное строительство. Москва, 2004. –  № 4. – С.20 – 23.

[2]. Саламахин, П.М.  Инженерные сооружения в транспортных строительстве/  П.М Саламахин, Л.В. Маковский, В.И. Попов – М: Издательский центр “Академия”, 2007. - 272 с.

[3]. Саламахин П.М. Метод обобщения закономерностей веса несущих конструкций.М.1970.

[4]. СниП 2.05.03.84. Мосты и трубы. Госстрой СССР.1985. 

____________________________________________________________________________________________

Bình luận(0):

____________________________________________________________________________________________

Gửi bình luận:

Họ và tên.

Email.

Nội dung.


các tin liên quan:


Tính toán hàm lượng khí thải khi xây dựng mặt đường đường ô tô có sử dụng xi măng

Tro bay và ứng dụng trong xây dựng đường ôtô và sân bay trong điều kiện Việt Nam

Những vấn đề cơ bản trong thiết kế tổ chức thi công đường ô tô

Giải pháp điện thông minh cho ổn định đường đắp

Tấm đúc sẵn trên đường i-710 California tăng tốc độ xây dựng

Cầu thép: sức mạnh, kinh tế và sự đổi mới

Ấn Độ xây dựng đường cao tốc để phục vụ du lịch

Hai đường cao tốc đức được hưởng lợi từ công nghệ ván khuôn trượt bê tông mới của Wirtgen

Cầu dây văng mới Halic (Thổ Nhĩ Kỳ)

Không khe nối ứng suất