Midas tinh toan_cau_duc_hang

1. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 1
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MIDAS CIVIL TRONG TÍNH TOÁN
CẦU DẦM LIÊN TỤC BTCT DƯL THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ HẪNG
STUDYING TO APPLY MIDAS CIVIL SOFTWARE TO ANALYSIS CONTINUOUS
GIRDER BRIDGES CONTRUCTED BY FREE CANTILEVER METHOD
SVTH: Nguyễn Trí Nam Hưng - 01X3A
GVHD:ThS Lê Văn Lạc
TÓM TẮT
Cầu dầm liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực thi công bằng công nghệ hẫng đã được thiết kế
và thi công phổ biến hiện nay. Tuy nhiên để tính toán chính xác loại cầu này qua từng giai đoạn
thi công không phải là điều đơn giản. Đề tài này nghiên cứu khả năng tính toán và phân tích cầu
dầm liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực qua từng giai đoạn thi công, giai đoạn khai thác sử
dụng của phần mềm Midas Civil .
ABSTRACT
Continuos prestressed concrete bridge constructed by free cantilever method is designed,
contruscted commonly. Together with the development of construction technology, new material,
applying informatics in analyzing bridge becomes common nowadays. This topic applies Midas
Civil software to analyze continuos prestressed concrete bridge throughout contruction process
and in the use stage.
1 . ĐẶT VẤN ĐỀ :
Cầu dầm liên tục thi công theo công nghệ hẫng là loại cầu được hình thành và phát triến dựa
vào công nghệ thi công là chủ yếu. Qua từng giai đoạn thi công, hệ thống kết cấu, tác dụng của
điều kiện biên, tải trọng tác dụng lên cầu sẽ thay đổi liên tục. Cần phải phân tích cầu đúc hẫng
dựa trên sự thay đổi liên tục các điều kiện này. Trong quá trình phân tích có xét đến sự thay đổi
đặc trưng của bê tông theo ngày tuổi, hiệu ứng co ngót, từ biến của bê tông, các mất mát ứng
suất trong cáp như: ma sát, tụt neo, chùng dão...
Ngoài ra trong toán kết cấu siêu tĩnh đối với các tác động như từ biến và dự ứng lực cần
phân biệt hai khái niệm nội lực sơ cấp và nội lực thứ cấp. Nguyên lý chung có thể hiểu nội lực sơ
cấp là nội lực sinh ra ngay trong kết cấu chịu tác động trực tiếp của các yếu tố như từ biến, dự
ứng lực, còn nội lưcû thứ cấp sinh ra trên toàn bộ kết cấu do phản lực trong các liên kết biên sinh
ra chống lại các tác động kể trên. Hay có thể hiểu một cách đơn giản hơn là các tác động sinh ra
nội lực sơ cấp trên phần tử nó đồng thời gây biến dạng cho phần tử đó. Do biến dạng này bị
kiềm chế bởi các liên kết biên nên gây ra nội lực, nó tác động trở lại kết cấu và gây ra nội lực
thứ cấp. Các tác động thứ cấp này cũng được kể đến trong tính toán.
2 . NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:
2.1. Mô hình hóa cầu dầm liên tục thi công hẫng và nội dung tính toán:
2.1.1. Trong giai đoạn thi công hẫng:
- Các đốt dầm được mô hình hóa bằng các phần tử thanh .
- Tải trọng do xe đúc ván khuôn và bê tông ướt quy thành một tải trọng tập trung đặt tại nút
cộng với một momen tập trung.
- Liên kết giữa dầm và trụ trong giai đoạn thi công được mô hình hóa bằng liên kết đàn hồi
2.1.2. Trong giai đoạn khai thác sử dụng:
- Điều kiện biên lúc này thay đổi: liên kết giữa dầm và trụ, mố là liên kết cứng .
- Tải trọng tác dụng lên cầu :hoạt tải xe, bộ hành, lún mố trụ, nhiệt độ, co ngót, từ biến ...
2.1.3.Nội dung tính toán:
- Tính toán nội lực, cốt thép trong giai đoạn thi công
- Tính toán nội lực cốt thép trong giai đoạn khai thác sử dụng
- Kiểm toán trong quá trình thi công : kiểm tra ứng suất , độ võng , cường độ kháng uốn
- Kiểm toán trong quá trình sử dụng: kiểm tra ứng suất, độ võng, cường độ kháng uốn , cắt
2.2. Mô hình hóa cầu dầm đúc hẫng bằng phần mềm Midas:

2. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 2
2.2.1 Sơ đồ phân tích :
2. 2.2 Phân tích giai đoạn thi công trong Midas:
Midas phân chia các giai đoạn thi công thành 3 giaiđoạn: Base Stage: giai đoạn cơ bản,
Contruction Midas phân chia các giai đoạn thi công thành 3 giaiđoạn: Base Stage: giai đoạn cơ
bản, Contruction Nội dung cơ bản của mỗi giai đoạn như sau :
Base Stage: giai đoạn cơ bản
Quá trình phân tích nói chung sẽ được thực hiện tại giai đoạn cơ bản nếu như các giai đoạn
thi công không được định nghĩa. Khi giai đoạn thi công được định nghĩa nhóm kết cấu, nhóm
điều kiện biên, nhóm tải trọng được tạo ra mà không cần phải thực hiện phân tích kết cấu
Contruction Stage : giai đoạn thi công
Là các giai đoạn thi công do người dùng định nghĩa để mô tả quá trình thi công giống hệt
như thực tế. Điều kiện biên và điều kiện tải trọng cho việc kích hoạt nhóm điều kiện biên và
nhóm tải trọng sẽ được gán tương ứng.
Post Contruction Stage : giai đoạn sau khi thi công xong
Là giai đoạn cuối cùng của các giai đoạn thi công, các phân tích về tải trọng di động, động
đất, lún lệch sẽ được thực hiện ở giai đoạn này. Đối với cầu bê tông cốt thép giai đoạn này
thường được lấy trong khoảng 10000 ngày để xét co ngót, từ biến .
2.3. Cách thức thiết lập giai đoạn thi công trong Midas :
1. Chuâín bị kết cấu đã được mô hình hóa, ngoại trừ điều kiện biên và tải trọng .
2. Định nghĩa nhóm kết cấu ( Structure Group ) trong mục: Model > Group > Define
Structure và gán mỗi nhóm kết tương ứng sẽ được xây dựng và gỡ bỏ đồng thời.
3. Định nghĩa nhóm điều kiện biên trong mục Model > Group >Define Boundary group
4. Định nghĩa nhóm điều kiện tải trọng trong mục Model > Group > Define Load group 5.
Xây dựng các giai đoạn thi công bằng cách chọn Add trong mục Load > Contruction Stage
Analyis Data > Define Contruction Stage .
6. Chỉ rõ thời gian mỗi giai đoạn thi công, thời gian các bước tính toán, bước tính toán trong
mỗi giai đoạn thi công được định nghĩa nếu như thời gian tác dụng lên nhóm kết của các loại tải
trọng là khác nhau.
SSơơ đđồồ đđầầyy đđủủ ccủủaa bbààii ttooáánn pphhâânn ttíícchh kkếếtt ccấấuu
Thiết kế, định nghĩa kết cấu theo tiêu
Dựng mô hình phân tích. Điều kiện biên
Định nghĩa hình học ban đầu
Kết quả là các thành phần nội lực, chuyển vị & phản lực
Phân tích các giai đoạn thi công
Định nghĩa các giai đoạn thi
công
Định nghĩa tải trọng thi công
Thực hiện phân tích các giai
đoạn thi công
(Phân tích các quá trình tháo
Phân tích tĩnh
Phân tích tải trọng di động
(Phân tích đường ảnh
hưởng)
Phân tích tải trọng không
đổi
(Nhiệt độ, Gối lún & Dung
Phân tích động
Phân tích động đất
Phân tích tải trọng
gió
(Phân tích trị riêng)
Kiểm tra gió , động
đất
Phân tích ổn định
Kiểm tra lại thay
thế cáp
Phân tích trị riêng
Mất ổn định của
dầm & cột

3. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 3
7. Từ Group List của mục Element chọn nhóm kết cấu sẽ được thêm vào hay loại bỏ của giai
đoạn thi công thông qua chức năng kích hoạt hay không kích hoạt .Age : là số ngay kết cấu được
kích hoạt .
8. Từ Group List của mục Boundary, chọn nhóm điều kiện biên thêm vào hay loại bỏ trong
giai đoạn thi công thông qua chức năng kích hoạt hay không kích hoạt .
9. Từ Group List của mục Load, chọn các nhóm tải trọng thêm vào hay loại bỏ thông qua
chức năng kích hoạt hay không kích hoạt, Active Day và Inactive Day là ngày mà tải trọng tác
dụng hay được gỡ bỏ .
10. Sau khi tạo ra một giai đoạn thi công như trên, ta có thể chuyển đổi qua lại giữa các giai
đoạn thi công bằng cách sử dụng thanh công cụ các giai đọan thi công và gán điều kiện biên và
tải trọng vào các nhóm điều kiện biên và tải trọng, tương ứng mỗi giai đoạn thi công .
2.4.Ứng dụng FCM Wizard (mẫu cầu đúc hẫng) tính toán cụ thể cầu liên tục đồ án tốt
nghiệp:
Sử dụng bằng các phương pháp thông thường để tạo sơ đồ tính cầu liên tục qua các giai
đoạn thi công là một việc làm hết sức phức tạp, dễ dẫn đến sai sót. Một cách chính xác hơn là sử
dụng FCM Wizard. Cách này vừa cho kết quả chính xác và rút ngắn được nhiều thời gian thực
hiện .
Áp dụng cụ thể vào đồ án tốt nghiệp như sau :
2.4.1 Sơ đồ cầu như sau :
4500 6800 4500
Trô cÇuTrô cÇu
Hình 1: Sơ đồ cầu
2.4.2 .Vật liệu :
Bê tông dầm có cường độ chịu nén ngày 28 là 50 Mpa
Bê tông trụ có cường độ chịu nén ngày 28 là 30 Mpa
Bê tông thay đổi đặc trưng theo thời gian
Độ ẩm môi trường là 70%
Thép dự ứng lực có fu =1860Mpa , fy =1670 Mpa
2.4.3. Các giai đoạn thi công như sau :
Giai đoạn 1 (CS1) : 14 ngày
- Kích hoạt nhóm kết cấu gồm : Trụ cầu và đốt Ko
- Kích hoạt nhóm điều kiện biên cho trụ và đốt Ko, liên kết giữa trụ và đốt Ko là liên kết
đàn hồi, kiểu nút cứng (Rigid Link).
- Ngày thứ 1: kích hoạt tải trọng xe đúc để đúc K1, kích hoạt dự ứng lực, tải trọng bản thân
( của đốt Ko).
- Ngày thứ 7: kích hoạt tải trọng bê tông ướt của đốt K1
Giai đoạn 2 (CS2) : 14 ngày
- Kích hoạt nhóm kết cấu đối với đốt K1.
- Ngày thứ 1: dỡ tải xe đúc, trọng lượng bê tông ướt của giai đoạn 1 ( đối với đốt K1), kích
hoạt tải trọng xe đúc đối với đốt K2, kích hoạt tải trọng dự ứng lực đối với K1.
- Ngày thứ 7: kích hoạt tải trọng bê tông ướt của đốt K2.
Giai đoạn 3 đến 9 : tương tự như các giai đoạn trên, sau giai đoạn 9 các đốt từ K1 đến
K9 đã được thi công xong .
Giai đoạn 10 (CS10) : 30 ngày
- Kích hoạt nhóm kết cấu với đốt K9.
- Ngày thứ 1 : dỡ tải xe đúc và bê tông ướt của giai đoạn 9, kích hoạt tải trọng xe đúc cho
đốt hợp long 1 và 3 (đốt hợp long biên trái và biên phải) và dự ứng lực cho K9.
- Ngày thứ 20 : kích hoạt tải trọng bê tông ướt của đốt hợp long 1 và 3.
Giai đoạn 11 (CS14) :14 ngày
- Kích hoạt đốt hợp long 1 và 3, đoạn đúc trên đà giáo biên trái và biên phải.

4. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 4
- Kích hoạt nhóm điều kiện biên cho đoạn đà giáo trái và phải .
- Ngày thứ 1 : dỡ tải xe đúc, tải trọng bê tông ướt của đốt hợp long 1 và 3, kích hoạt tải
trọng dự ứng lực đối với hợp long 1 và 3.
- Ngày thứ 10: kích hoạt đốt hợp long 1 và 3, đoạn đúc trên đà giáo.
Giai đoạn 12 (CS12) : 30 ngày
-Ngày thứ 20 : kích hoạt tải trọng bê tông ướt của đốt hợp long giữa .
Giai đoạn 13(CS13) :14 ngày
- Ngày thứ 1 : dỡ tải xe đúc, tải trọng bê tông ướt của đốt hợp long 2, kích hoạt tải trọng dự
ứng lực đối với đốt hợp long 2.
Giai đoạn14 (CS14) :10000 ngày để xét tải trọng co ngót từ biến
- Ngày thứ 1 : chịu thêm tĩnh tải phần 2, các liên kết đàn hồi bây giờ thay bằng các gối cầu
cứng giống thực tế, cầu trở thành cầu liên tục 3 nhịp làm việc theo sơ đồ hệ siêu tĩnh
- Sau đó cầu chịu thêm hoạt tải và các tác động thứ cấp
2.4.4. Mô hình hóa cầu và các giai đoạn thi công bằng FCM Wizard :
Các bước thực hiện như sau :
1. Nhập các thông tin tổng quát về : chiều dài cầu, chiều dài đoạn đúc trên đà giáo, chiều dài
đoạn đúc hẫng, kích thước đốt Ko, số trụ, số nhịp, kích thước hình học các phân đoạn, thời gian
thi công các đốt, vật liệu làm dầm chủ , trụ trong Tab Model.
Hình2: Tab Model Hình 3: Tab Section
2. Nhập kích thước hình học mặt cắt ngang các vị trí khác nhau của cầu, nhập tải trọng xe
đúc trong Tab Section .
3. Nhập số liệu về cáp dự ứng lực: vật liệu, số lượng bó cáp, tọa độ cáp, lực căng cáp trong
Tab Tendon.

5. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 5
Hình 4 : Tab Tendon
Sau đó sẽ thu được mô hình cầu đúc hẫng qua các giai đoạn thi công hoàn chỉnh .
Hình 5 : Mô hình cầu liên tục trong Midas
4. Định nghĩa thêm các nhóm tải trọng, điều kiện biên phù hợp giai đoạn khai thác sử dụng.
Khai báo các loại tải trọng tác dụng trong giai đoạn khai thác sử dụng :
Tỉnh tải phần 2: tải trọng phân bố đều khai từ Load >Element Beam Load
HL 93+ tải trọng làn : Load > Moving Load Analyis Data... .Chọn tiêu chuẩn AASHTO
LRFD, tiêu chuẩn này phù hợp với TCN 2720-05. Midas có chức năng tự động tổ hợp bất
lợi theo đúng yêu cầu của qui trình TCN 272-05 .
Tải trọng đoàn người ta phải định nghĩa thêm dưới dạng một tải trọng làn .
Lún mố trụ (SE) : trước hết khai báo 1 nhóm các trường hợp mố trụ sẽ lún từ Load
>Settlement Analysis Data ... , sau đó khai báo trường hợp tải trọng gối lún từ Load >
Settlement Load Case .... Một tổ hợp bất lợi nhất trong các trường hợp lún mố trụ sẽ được
tự động tính toán .
Tải trọng do nhiệt độ khai báo 2 trường hợp : Gradient nhiệt và nhiệt độ phân bố đều từ
Load >Temperature Load ...
Tính toán co ngót và từ biến theo tiêu chuẩn CEB -FIP 90.

6. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 6
Trong giai đoạn thi công liên kết giữa dầm và trụ là liên kết đàn hồi, đến giai đoạn khai
thác sử dụng ta thay bằng liên kết cứng không gây momen ở trụ (gối cố định và gối di động).
Các nội lực sơ cấp và thứ cấp sinh ra trong kết cấu phải được xem xét thích đáng
Vật liệu bê tông có đặc tính thay đổi theo thời gian , cần phải phân tích dựa trên ngày tuổi
Các nội dung tính toán và kiểm tra:
Kiểm toán trong quá trình thi công :
Kiểm toán ứng suất : ứng suất nén bê tông ≤ 0,45 f’c ; ứng suất kéo bê tông ≤0,5 ,
cf
Tính độ võng, vồng và kiểm tra trong quá trình thi công
Kiểm toán trong giai đoạn sử dụng :
Kiểm toán ứng suất: ứng suất nén bê tông ≤ 0,6f’c, ứng suất kéo bê tông ≤0,5 ,
cf với
TTGHSD.
Kiểm toán ứng suất trong cốt thép UST trong giai đoạn khai thác : f ≤ 0,8 fy
Kiểm toán sức kháng uốn : Mu ≤ fMn = Mr
Kiểm toán sức kháng cắt : Vn ≤ fVn = Vr
Tính toán dầm theo phương ngang
Tất cả nội dung tính toán tuân theo qui trình TCN 272 -05 .
5. Chạy chương trình thu được kết quả và nhận xét kết quả .
Các kết quả tính toán thu được tỏ ra khá phù hợp ( so sánh với các đồ án và các file
Midas khác).
2.4.5 . Kết quả thu được như sau :
- Biểu đồ lực dọc, lực cắt, momen uốn, xoắn, ứng suất qua từng giai đoạn thi công của các
loại tải trọng và hiệu ứng co ngót, từ biến .
- Bảng dãn dài của bó cáp qua từng giai đoạn thi công .
- Biểu đồ độ vồng do căng cáp.
- Bảng tính toán các mất mát ứng suất trong cáp
Một vài kết quả bằng hình ảnh :
Hình 6: Biểu đồ ứng suất giai đoạn 13 Hình 7: Diễn biến Momen do các loại tải
trọng do tổ hợp thi công khác nhau qua các giai đoạn thi công

7. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 7
H 8 : Biểu đồ độ vồng H 9: Diễn biến chuyển vị qua các giai đoạn thi công
Hình 10 : Ứng suất trong dầm trong giai đoạn khai thác sử dụng
Hình 11:Ứng suất trên mặt cắt ngang dầm tại đầu đốt K1

8. Thư viện tài liệu CauduongBKDN - www.cauduongbkdn.com
Hội nghị SV NCKH 2006 Khoa Xây dựng Cầu Đường - trường ĐHBKĐN 8
Hình 12: Lực căng cáp có hiệu sau các mất mát ứng suất
3.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ :
3.1.Kết luận:
Việc ứng dụng phần mềm Midas trong tính toán cầu liên tục thi công bằng công nghệ hẫng
đem lại các kết quả sau :
Nâng cao độ chính xác trong tính toán cầu .
Theo dõi được ứng suất, biến dạng qua từng giai đoạn thi công do nhiều yếu tố khác
nhau từ đó có những điều chỉnh thích hợp về công nghệ thi công .
Giảm bớt được thời gian tính toán , thiết kế .
3.2.Kiến nghị:
Cần tiếp tục nghiên cứu sâu thêm về Midas.Nghiên cứu lập các chương trình tự động hóa
việc nhập liệu trên cơ sở các file MCT của Midas
Sử dụng Midas rộng rãi trong tính toán, thiết kế cầu
4.TÀI LIỆU THAM KHẢO :
1. Bộ Giao Thông Vận Tải. Qui trình thiết kế cầu 22TCN 272-05, NXB GTVT, Hà Nội,
2005.
2. Midas Civil - Getting Started.
3. Tạp chí cầu đường .
4. Nguyễn Viết Trung , Nguyễn Hữu Hưng , Nguyễn Đức Vương - Tính toán cầu đúc hẫng
trên phần mềm Midas , NXB XâyDựng, Hà Nội,7-2005 .