Kt Bien Dang Of Ket Cau Nhip

kiÓm tra biÕn d¹ng cña kÕt cÊu nhÞp lín DEFLECTION CHECKING OF A LONG-SPAN STRUTURE Ths. NguyÔn Hång H¶i TS. NguyÔn ViÖt Hïng TS. NguyÔn TiÕn Ch­¬ng -ViÖn KHCN X©y dùng TS. NguyÔn Ngäc Dòng - Cty t­ vÊn VNCC ABSTRACT: Deflection of a long-span structure is sometimes significant compared to

that of ordinary and small-span structure. The significant (or large) deflection, in some cases, can effect the the normal use of the structure. The powerful structural analysis sofwares which cover the material and geometrical nonlinerility needs to be used to model and calculate the internal forces and streses as well as deflection of the structure. In addition, it is necessary to use the relevant methods and techniques to control the errors occured during the construction process which may exceed the limitation specified by the designers or the building codes. Therefore, the total deflections result from the structural analysis (or from loading) and from construction errors are always considerabale and effect the working condition of the structures. For long-span structure, it is recomended that site-measurement of deflections and displacements need to be compared to those obtained from the structural analysis. 1. Më ®Çu ë n­íc ta hiÖn nay, viÖc øng dông kÕt cÊu kh«ng gian nhÞp lín ®ang ®­îc ph¸t triÓn m¹nh. C¸c c«ng tr×nh sö dông kÕt cÊu nhÞp lín hiÖn nay chñ yÕu lµ c¸c c«ng tr×nh : s©n vËn ®éng, nhµ thi ®Êu, héi chî, triÓn l·m ...§èi víi hÖ kÕt cÊu nµy sù biÕn d¹ng cã ý nghi· lín ¶nh h­ëng ®Õn ®iÒu kiÖn sö dông cña c«ng tr×nh, do vËy viÖc kiÓm tra biÕn d¹ng ®èi víi chóng lµ mét c«ng viÖc quan träng. Trong b¸o c¸o nµy sÏ ®Ò cËp ®Õn vÊn ®Ò kiÓm tra biÕn d¹ng cña lo¹i kÕt cÊu nhÞp lín th«ng qua mét c«ng tr×nh cô thÓ : S©n VËn ®éng Quèc gia Mü §×nh.

H×nh 1. HÖ giµn m¸i – cét ®Ìn S©n vËn ®éng Quèc gia Mü §×nh

HÖ giµn m¸i- cét ®Ìn cña c«ng tr×nh S©n vËn ®éng Quèc gia Mü §×nh thuéc Khu liªn hîp thÓ thao Quèc gia lµ hÖ kÕt cÊu thÐp kh«ng gian cã chiÒu réng 80m, chiÒu dµi 180m , chiÒu cao lín nhÊt gÇn 40m (tÝnh cho mét bªn kh¸n ®µi) dïng ®Ó che cho hai bªn kh¸n ®µi. HÖ kÕt cÊu nµy bao gåm 589 nót, 1143 phÇn tö ®­îc liªn kÕt víi nhau b»ng liªn kÕt hµn. C¸c cÊu kiÖn sö dông trong hÖ giµn chñ yÕu lµ thÐp nhËp ngo¹i cã ®­êng kÝnh lín. §ì hÖ giµn b»ng 8 liªn kÕt ngµm t¹i ch©n cét, 18 liªn kÕt khíp vµ 2 cét ®Ìn ë hai ®Çu giµn. Hai cét ®Ìn cao 62m ®­îc ®Æt ë hai ®Çu giµn dïng ®Ó ®ì hÖ giµn ®Ìn chiÕu s¸ng S©n vËn ®éng. Hai cét ®Ìn nµy ®­îc ngµm d­íi ch©n vµ liªn kÕt víi hÖ giµn m¸i t¹i cèt +30m. T¹i cèt +50m trªn cét ®Ìn cã hÖ 6 d©y c¸p c¨ng liªn kÕt cét ®Ìn víi m¸i vµ víi ch©n cét. C«ng t¸c kiÓm tra ®­îc thùc hiÖn khi hÖ kÕt cÊu giµn m¸i – cét ®Ìn cña S©n vËn ®éng Quèc gia Mü §×nh ®· ®­îc l ¾p dùng xong vµ ®· ®­îc lîp m¸i. 2. Quan tr¾c c«ng tr×nh ViÖn Khoa häc C«ng nghÖ X©y dùng ®· tiÕn hµnh quan tr¾c theo dâi c«ng tr×nh, trong ®ã cã tiÕn hµnh quan tr¾c hÖ m¸i che – cét ®Ìn cña c¸c kh¸n ®µi A vµ B. Mét sè kÕt qu¶ quan tr¾c ®­îc ®­a d­íi ®©y lµ do ViÖn ViÖn KHCN X©y dùng vµ Ban Qu¶n lý Dù ¸n cung cÊp. B¶ng 1. Tæng hîp kÕt qña quan tr¾c ®é nghiªng c¸c cét ®Ìn VÞ trÝ quan s¸t

Cét ®Ìn trªn Cét ®Ìn trªn Cét ®Ìn trªn Cét ®Ìn trªn trôc 10 trôc 33 trôc 52 trôc 75 Ngµy 15/1/2003 t = 16° , giã nhÑ, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 5 25 12 17 §Çu d©y v¨ng 133 181 170 157 Ngµy 23 /1/2003 t=12° , giã nhÑ, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 7 27 11 15 D©y nÐo 136 186 173 161 Ngµy 4 /2/2003 t=16° , giã nhÑ, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 5 25 12 17 §Çu d©y v¨ng 133 181 170 157 Ngµy 20 /2/2003 t=29° , giã m¹nh, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 23 27 14 21 §Çu d©y v¨ng 133 171 170 117 Ngµy 12 /3/2003 t=25° , giã nhÑ, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 8 1 14 20 §Çu d©y v¨ng 115 162 161 153 Ngµy 24 /3/2003 t=23° , giã nhÑ, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 16 25 10 23 §Çu d©y v¨ng 115 176 153 168 Ngµy 31 /3/2003 t=32° , giã nhÑ, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 22 29 13 24 §Çu d©y v¨ng 108 182 170 144 Ngµy 6 /5/2003 t=38° , giã nhÑ, ®é lÖch tÝnh b»ng mm Tang trèng 22 29 22 26 §Çu d©y v¨ng 118 158 153 159 §é nghiªng cña cét ®­îc ®o theo ph­¬ng ph¸p ®o h­íng. ThiÕt bÞ sö dông lµ m¸y toµn ®¹c ®iÖn tö TCR- 300. §©y lµ lo¹i m¸y hiÖn ®¹i cã ®é chÝnh x¸c cao do h·ng LEICA cña Thôy Sü chÕ t¹o.

KÕt qu¶ ®o ®¹c trªn cho thÊy, ®é lÖch cña c¸c bé phËn kÕt cÊu cã gi¸ trÞ lín. §é lÖch nµy cã thÓ nhËn thÊy b»ng m¾t th­êng. VÊn ®Ò ®Æt ra lµ ®é lÖch cña kÕt cÊu hiÖn t¹i lµ kÕt qu¶ cña biÕn d¹ng hay lµ do sai sè khi l¾p dùng. §Ó gi¶i ®¸p vÊn ®Ò nµy cÇn ph¶i cã sè liÖu tÝnh to¸n. 3. TÝnh to¸n chuyÓn vÞ cña hÖ giµn m¸i - cét ®Ìn 3.1. M« h×nh tÝnh to¸n M« h×nh tÝnh to¸n hÖ kÕt cÊu giµn m¸i cét ®Ìn ®­îc lùa chän lµ m« h×nh thanh kh«ng gian kÕt hîp víi d©y c¨ng cã kÓ ®Õn phi tuyÕn h×nh häc. 3.2. T¶i träng tÝnh to¸n T¶i träng t¸c dông lªn hÖ giµn m¸i cét ®Ìn bao gåm: TÜnh t¶i: Träng l­îng b¶n th©n kÕt cÊu, chÊt lîp ; Ho¹t t¶i m¸i: 30kG/m2; T¶i träng giã: Theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm thæi khÝ ®éng trªn m« h×nh; NhiÖt ®é: lÊy +/- 300c; øng lùc tr­íc: Theo kÕt qu¶ thi c«ng t¹i hiÖn tr­êng 3.3. TÝnh to¸n chuyÓn vÞ cho tr­êng hîp tÜnh t¶i Do kÕt cÊu giµn m¸i cã nhÞp lín (156m) vµ cã chuyÓn vÞ lín (kÕt qu¶ ®o ®¹c t¹i hiÖn tr­êng cã ®é vâng lín nhÊt cã gi¸ trÞ xÊp xØ 400mm, chuyÓn vÞ ngang t¹i ®Ønh cét ®Ìn cã gi¸ trÞ xÊp xØ 200mm) nªn viÖc tÝnh to¸n cÇn thùc hiÖn theo m« h×nh phi tuyÕn h×nh häc. §Ó tÝnh to¸n theo m« h×nh phi tuyÕn, phÇn mÒm ANSYS ®· ®­îc sö dông. ViÖc sö dông phÇn mÒm ANSYS lµ v× c¸c lý do sau: • §©y lµ phÇn mÒm m¹nh, ®Æc biÖt lµ ®èi víi c¸c bµi to¸n phi tuyÕn; • PhÇn mÒm ANSYS lµ phÇn mÒm cã b¶n quyÒn sö dông. C«ng t¸c tÝnh to¸n ®Çu tiªn ®­îc thùc hiÖn lµ tÝnh to¸n chuyÓn vÞ cña kÕt cÊu d­íi t¸c dông cña t¶i träng hiÖn t¹i (tÜnh t¶i tiªu chuÈn). Mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña mét sè vÞ trÝ cho trong b¶ng 2 vµ b¶ng 3. KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®­îc so s¸nh víi kÕt qu¶ ®o ®¹c t¹i hiÖn tr­êng vµo ngµy 12 th¸ng 03 n¨m 2003 (Gi¸ trÞ trong ngoÆc ®¬n lµ gi¸ trÞ chuyÓn vÞ ®o ®­îc t¹i hiÖn tr­êng, gi¸ trÞ ngoµi ngoÆc lµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo ANSYS). Trªn h×nh 2 vµ h×nh 3 lµ s¬ ®å biÕn d¹ng cña hÖ kÕt cÊu giµn m¸i nh×n tõ mÆt tr­íc vµ sau cña c«ng tr×nh ®­îc tÝnh to¸n heo ANSYS. B¶ng 2. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n chuyÓn vÞ cét ®Ìn vµ sè liÖu ®o ®¹c t¹i hiÖn tr­êng Cét ®Ìn

VÞ trÝ nót

X (mm)

Y(mm)

ChuyÓn vÞ ngang (mm)

Cét ®Ìn trªn trôc 10

§Çu d©y v¨ng

-90 (-118)

+75(+67)

117(115)

Cét ®Ìn trªn trôc 33

§Çu d©y v¨ng

-90(-162)

+75(+40)

117(167)

Cét ®Ìn trªn trôc 52

§Çu d©y v¨ng

+90(+157)

+75(+35)

117(161)

Cét ®Ìn trªn trôc 75

§Çu d©y v¨ng

+90(+105)

+75(+111)

117(153)

H×nh 2. S¬ ®å biÕn d¹ng cña kÕt cÊu giµn m¸i – cét ®Ìn (nh×n tõ phÝa tr­íc)

H×nh 3. S¬ ®å biÕn d¹ng cña kÕt cÊu giµn m¸i–cét ®Ìn (nh×n tõ phÝa sau)

Gi¸ trÞ tÝnh to¸n vÒ chuyÓn vÞ theo ph­¬ng ®øng t¹i ®iÓm gi÷a giµn chÝnh theo ph­¬ng th¼ng ®øng lín h¬n so víi gi¸ trÞ ®o ®¹c t¹i hiÖn tr­êng xÊp xØ 6%. B¶ng 3. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®é vâng giµn m¸i vµ sè liÖu ®o ®¹c t¹i hiÖn tr­êng Giµn kÌo chÝnh

KÕt qu¶ ®o ®¹c

KÕt qu¶ tÝnh to¸n

Kh¸n ®µi ®«ng

361,7

389

Kh¸n ®µi t©y

375,5

389

So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n víi ®o ®¹c t¹i hiÖn tr­êng cho thÊy: ChiÒu chuyÓn vÞ theo tÝnh to¸n phï hîp víi kÕt qu¶ ®o ®¹c t¹i hiÖn tr­êng ; Gi¸ trÞ chuyÓn vÞ ngang theo tÝnh to¸n nhá h¬n gi¸ trÞ ®o ®­îc t¹i hiÖn tr­êng xÊp xØ 20%. Nguyªn nh©n cña sù sai kh¸c nµy cã thÓ lµ do thi c«ng l¾p dùng. KÕt qu¶ so s¸nh trªn ®©y còng cho thÊy r»ng ¶nh h­ëng cña sai sè do l¾p dùng chiÕm tû lÖ kh«ng nhiÒu trong tæng sè ®é lÖch cña kÕt cÊu. 3.4. TÝnh to¸n chuyÓn vÞ cho c¸c tr­êng hîp t¶i träng Trong b¶ng 4 lµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n chuyÓn vÞ cña cét ®Ìn vµ giµn chÝnh theo c¸c t æ hîp t¶i träng. So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo c¸c tr­êng hîp t¶i träng cho thÊy chuyÓn vÞ theo ph­¬ng ngang cña cét ®Ìn t¹i vÞ trÝ ®Çu d©y v¨ng cã gi¸ trÞ lín nhÊt lµ 140mm, chuyÓn vÞ lín nhÊt theo ph­¬ng ®øng t¹i ®iÓm gi÷a giµn chÝnh lµ 453mm. C¨n cø theo quy ®Þnh cña TCVN 5575 – 1991, ta cã: §é vâng cña giµn chÝnh: δ = 453mm < [δ ] =

L 156000 = = 624mm → 250 250

§¹t.

ChuyÓn vÞ ngang t­¬ng ®èi cña phÇn cét ®Ìn d­íi giµn m¸i: δ = 26mm < [δ ] =

H 30000 = = 100mm → 300 300

§¹t.

ChuyÓn vÞ ngang t­¬ng ®èi cña phÇn cét ®Ìn phÝa trªn giµn m¸i: δ = 136mm > [δ ] =

H 20000 = = 67 mm → 300 300

Kh«ng ®¹t.

Trªn c¬ së kÕt qu¶ tÝnh to¸n cã thÓ rót ra c¸c nhËn xÐt sau: §é vâng cña hÖ giµn m¸i cã gi¸ trÞ lín, cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn c«ng n¨ng sö dông cña c«ng tr×nh. Tuy vËy, theo yªu cÇu cña Tiªu chuÈn TCVN 5575 – 1991 th× ®é vâng nµy vÉn ®¶m b¶o. ChuyÓn vÞ ngang t­¬ng ®èi cña phÇn cét ®Ìn phÝa trªn giµn m¸i so víi TCVN 5575 – 1991 lµ qu¸ lín. MÆc dÇu vËy, gi¸ trÞ nµy vÉn ®­îc bªn nhµ thÇu kh¼ng ®Þnh lµ n»m trong giíi h¹n cho phÐp cña c¸c tiªu chuÈn quèc tÕ.

B¶ng 4. KÕt qu¶ tÝnh to¸n chuyÓn vÞ cña cét ®Ìn vµ giµn m¸i Tæ hîp t¶i träng Tæ hîp TC1 = TÜnh t¶i

Tæ hîp TC2 = TT + HT

Tæ hîp TC3 = TT+ HT+ GX

Tæ hîp TC4 = TT+ HT+ GL

Tæ hîp TC5 = TT+ HT+T0

Tæ hîp TC6 =TT+ HT+GX+T0 Tæ hîp TC7 =TT+ HT+GL+T0 Tæ hîp TT1 =1,1TT+ 1,3(HT+GX) (Tham kh¶o)

ChuyÓnv ChuyÓnv ChuyÓn ChuyÓn vÞ Cao ®é vÞ-Z Þ-Y Tªn nót VÞ trÝ nót Þ -X ngang (m) (mm) (mm) (mm) (mm) §Çu d©y 90 -75 117 50 616 v¨ng Liªn kÕt -8 -21 23 614 cét– giµn 905 Gi÷a giµn -389 31.9 §Çu d©y 616 103 -83 132 50 v¨ng Liªn kÕt -10 -22 24 614 giµn– cét 905 Gi÷a giµn -446 31.9 §Çu d©y 105 -93 140 50 616 v¨ng Liªn kÕt 614 -10 -24 26 giµn– cét 905 Gi÷a giµn -453 31.9 §Çu d©y 616 8 39 40 50 v¨ng Liªn kÕt 614 1 7 7 giµn– cét 905 Gi÷a giµn 55 31.9 §Çu d©y 616 82 -70 108 50 v¨ng Liªn kÕt -38 -28 47 614 giµn– cét 905 Gi÷a giµn -422 31.9 §Çu d©y 616 85 -80 117 50 v¨ng Liªn kÕt 614 -38 -30 48 giµn– cét 905 Gi÷a giµn -430 31.9 §Çu d©y 616 -28 41 50 50 v¨ng Liªn kÕt 614 -26 1 26 giµn– cét 905 Gi÷a giµn 77 31.9 §Çu d©y 616 110 -98 147 50 v¨ng Liªn kÕt 614 -11 -25 27 giµn– cét 905 Gi÷a giµn -472 31.9

3.5. TÝnh to¸n kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc theo c­êng ®é KÕt qu¶ kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc theo c­êng ®é cña kÕt cÊu ®­îc thùc hiÖn ®èi víi c¸c tæ hîp t¶i träng tÝnh to¸n. øng suÊt Vol-Mizet lín nhÊt trong giµn chÝnh cã gi¸ trÞ σvol = 220 MPa. øng suÊt kÐo däc trôc lín nhÊt trong dÇm cã gi¸ trÞ σmax = 145 MPa. øng suÊt nÐn lín nhÊt trong dÇm cã gi¸ trÞ σmin = 124 MPa. KÕt qu¶ kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc theo c­êng ®é cho thÊy c¸c cÊu kiÖn ®¶m b¶o yªu cÇu. 4. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ KÕt qu¶ kiÓm tra mét c«ng tr×nh cô thÓ cho thÊy r»ng chuyÓn vÞ cña kÕt cÊu kh«ng gian nhÞp lín cã thÓ ®¹t gi¸ trÞ rÊt lín. Sù chuyÓn vÞ lín cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn c«ng n¨ng sö dông cña c«ng tr×nh.VÒ tÝnh to¸n cÇn sö dông c¸c c«ng cô tÝnh to¸n hiÖn ®¹i trªn c¬ së m« h×nh phi tuyÕn ®Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n. Trong thi c«ng còng cÇn cã c¸c biÖn ph¸p thÝch ®¸ng ®Ó kiÓm so¸t ®é sai lÖch, tr¸nh kh«ng ®Ó xÈy ra hiÖn t­îng sai lÖch do thi c«ng qu¸ lín céng víi biÕn d¹ng cña kÕt cÊu cã thÓ dÉn ®Õn sai lÖch qu¸ nhiÒu, ¶nh h­ëng ®Õn ®iÒu kiÖn sö dông c«ng tr×nh. Chóng ta ch­a cã nhiÒu kinh nghiÖm vÒ x©y dùng c¸c c«ng tr×nh nhÞp lín, viÖc kiÓm tra c«ng tr×nh cô thÓ trªn ®©y cho thÊy r»ng quy ®Þnh vÒ biÕn d¹ng kÕt cÊu theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ cña ViÖt Nam khi ¸p dông cho c«ng tr×nh nhÞp lín cßn cã vÊn ®Ò cÇn ®­îc xem xÐt. Theo ý kiÕn cña chóng t«i th× giíi h¹n chuyÓn vÞ cho c¸c kÕt cÊu nhÞp lín cÇn ®­îc quy ®Þnh riªng. Gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña chuyÓn vÞ cña kÕt cÊu nhÞp lín cÇn ®­îc quy ®Þnh. Tµi liÖu tham kh¶o 1. NguyÔn TiÕn Ch­¬ng, NguyÔn Hång H¶i, NguyÔn Xu©n Long, Bïi H¶i Lª. B¸o c¸o kÕt qu¶ tÝnh to¸n kiÓm tra kÕt cÊu giµn m¸i – cét ®Ìn S©n vËn ®éng Quèc gia, ViÖn Khoa häc C«ng nghÖ X©y dùng lËp th¸ng 03/2003; 2. TCVN 5575-1991 - KÕt cÊu thÐp – Tiªu chuÈn thiÕt kÕ. Nhµ xuÊt b¶n x©y dùng, Hµ Néi, 1993; 3. TCVN 2737-1995 - T¶i träng vµ t¸c ®éng – Tiªu chuÈn thiÕt kÕ. Nhµ xuÊt b¶n x©y dùng, Hµ Néi, 1999; 4. VNCC. B¸o c¸o kÕt qu¶ thÈm tra hå s¬ thiÕt kÕ kü thuËt, C«ng ty T­ vÊn X©y dùng d©n dông ViÖt Nam, th¸ng 6 n¨m 2002; 5. B¸o c¸o kÕt qu¶ thö nghiÖm khÝ ®éng m« h×nh S©n vËn ®éng (do Ban qu¶n lý dù ¸n khu thÓ thao Quèc gia Mü ®×nh cung cÊp).