- Đồ án tốt nghiệp - - Thiết kế kỹ thuật -
PHầN II:THIếT Kế Kỹ THUậT
Chơng V
Điều chỉnh nội lực
*
* *
I Mục tiêu của điều chỉnh nội lực và các giả thiết cơ bản
I.1 Mục đích của việc điều chỉnh nội lực
CDV làm việc nh một dầm liên tục tựa trên các gối đàn hồi và gối cứng, khi
chịu tĩnh tải, dây biến dạng, dầm chủ bị võng. Độ võng do tĩnh tải làm sai lệch trắc
dọc và độ dốc thiết kế, ảnh hởng xấu đến hình dạng kiến trúc, các chỉ tiêu khai thác
và mô men uốn lớn trong dầm cứng.Nếu bằng biện pháp căng kéo các dây văng ta đa
độ võng các nút neo dây bằng 0 hoặc bằng một giá trị nào đó (tạo độ vồng triệt tiêu
một phần hoạt tải) thì khi chịu tĩnh tải sơ đồ làm việc sẽ nh dầm liên tục tựa trên các
gối cứng.
Trong các hệ dây nhiều, khoang nhỏ, điều chỉnh nội lực sẽ đạt trạng thái biến
dạng mong muốn với giá trị mô men uốn do tĩnh tải không đáng kể so với hoạt tải.
Nếu lấy mục tiêu là mô men uốn thì điều chỉnh có thể khắc phục một phần mô men
uốn do hoạt tải.
Bản chất của việc điều chỉnh là tạo một trạng thái biến dạng và nội lực ngợc
chiều với trạng thái do tải trọng gây ra, tổng tác động do tải trọng và điều chỉnh sẽ đ-
ợc trạng thái tốt nhất gọi là trạng thái hoàn chỉnh (hay còn gọi là trạng thái B) .Trạng
thái hoàn chỉnh có thể là cao độ tại các nút neo dây ở vị trí hợp lý nhất dới tác dụng
của tĩnh tải, hoặc là Biểu đồ mô men uốn trong dầm chủ có lợi nhất dới tác dụng
của tĩnh tải, hoạt tải và các ảnh hởng thứ cấp .
Nếu chọn mục tiêu chính là nội lực thì độ võng là hệ quả và ngợc lại. Cũng có
thể đạt đợc cả hai mục tiêu trên, khi đó cần chọn hàm mục tiêu chính là nội lực, các
sai lệch của trắc dọc cầu cầu so với thiết kế đợc điều chỉnh bằng các biện pháp cấu
tạo. Tuy nhiên công việc trên sẽ làm phức tạp cho khâu chế tạo dầm.
I.2 Nguyên tắc điều chỉnh nội lực
Đối với CDV có khoang lớn - dây ít việc điều chỉnh nội lực có thể thực hiện

biện pháp sau để điều chỉnh nội lực :
+) Tạo dầm có độ võng ngợc trong quá trình thi công
+) Tạo các hợp tạm biến hệ thàn tĩnh định trong thi công
+) Dung biện pháp căng kéo các dây văng để tạo biểu đồ mô men ngợc dấu với
mô men gây ra do tĩnh tải và một phần do hoạt tải .
- hồ xuân nam - -Lớp Cầu Đờng Bộ A K41-
113
- Đồ án tốt nghiệp - - Thiết kế kỹ thuật -
I.4.1 - Tạo dầm có độ võng ngợc trong quá trình thi công
Biện pháp này vẫn đợc áp dụng trong kết cấu tĩnh định nh vẫn thờng làm trong
các cầu BTCT và trong các cầu dầm hoặc dàn thép . Tạo độ vồng ngợc bằng phơng
pháp chế tạo có thể tạo đợc hình dáng kiến trúc mong muốn nhng không cải thiện đợ
nội lực do tĩnh tải ( kết cấu vẫn chịu 100% nội lực tĩnh tải )
I.4.2 - Điều chỉnh nội lực bằng cách tạo các khớp tạm trong quá trình thi công
Đối với CDV việc bố trí các khớp tạm trong qua trình thi công là biện pháp đơn
gảin và hiệu quả nhất để tạo sự phân bố mô men tốt nhất trong dầm theo sơ đồ tĩnh
định có mô men uốn bằng 0 tại khớp và mô men cục bộ trong phạm vi khoang dầm.
Thay đổi vị trí khớp theo chiều dọc có thể tạo đợc biểu đồ mô men 2 dấu có lọi nhất
cả về mặt chịu lực và thi công . Ví dụ việc bố trí khớp tạm tại các điểm cách nút neo
một đoạn a = 0,125d (d là chiều dài khoan dầm ) sẽ nhận đợc biểu đồ mô men có giá
trị bằng nhau và ngợc dấu tại gối và nhịp tại mỗi khoang . Khớp tạm bố trí ngoài nút
còn tạo thuận lợi cho cấu tạo ở neo trong dầm chủ và việc lắp đặt dây trong quá trình
thi công.
Các khớp tạm trong dầm cứng bằng BTCT của cầu dây văng thờng đợc thực
hiện thuận lợi bằng cách bố trí các chốt thi công , sau này sẽ đợc liên tục hoá bằng
các mối nối ớt.
Khớp tạm đợc thíêt kế để chịu lực cắt và lực nén dọc trục do tải trọng thi công ,
thông thờng các khớp tạm đợc cấu tạo bằng các bản và chốt thép , khi đổ bê tông các
mối nối ớt để liên tục hoá KCN thi các khớp tạm sẽ đợc lại luôn trong dầm.
Sau khi đã lắp các khớp tạm thì việc căng kéo các dây văng để điều chỉnh cao

cả các dây sau đến lực căng của dây đang chỉnh và độ võng của nút.
+) Khi căng dây nào thì loại dây đó ra khỏi kết cấu và thay bằng 1 ngoại lực
+) Mỗi dây sau khi lắp đặt sẽ tham gia làm việc nh một phần tử của kết cấu
+) Trình tự căng kéo cần gắn liền với các bớc thi công , tránh gây quá tải cho
công trình dới tác dụng của tĩnh tải , lực điều chỉnh và hoạt tải thi công .
I.5 Nội dung tính toán cầu dây văng khi điều chỉnh nội lực
+)Xác định trạng thái cuối cùng (biến dạng hoặc nội lực ) mục tiêu cần đạt
(trạng thái B).
+) Căn cứ vào công nghệ thi công và trình tự lắp đặt dây, xác định trạng thái
xuất phát (trạng thái A).
+) Xác định nội lực và biến dạng do tĩnh tải I, tĩnh tải II, do các ảnh hởng thứ
cấp (từ biến , co ngót và biến dạng d của dây theo thời gian) . Xác định biểu đồ bao
mômen uốn của các tải trọng tác dụng lên hệ hoàn chỉnh (nếu muốn triệt tiêu cả một
phần ảnh hởng do hoạt tải).
- hồ xuân nam - -Lớp Cầu Đờng Bộ A K41-
115
- Đồ án tốt nghiệp - - Thiết kế kỹ thuật -
+) Chọn phơng pháp tính (phơng pháp lực hoặc phơng pháp chuyển vị), chỉ
định trình tự căng chỉnh , định véc tơ ẩn số trong hệ.
+) Lập phơng trình trên cơ sở mục tiêu đã chọn.
+) Xác định các ẩn lực thoả mãn các mục tiêu trên.
+) Xác định lực cang trong dây , độ cao cần chỉnh của các nút theo đúng trình
tự căng đã chọn.
+) Xác định nội lực và biến dạng ở trạng thái cuối cùng (B) do tĩnh tải (I,II),
các ảnh hởng thứ cấp và lực điều chỉnh.
+) Kiểm tra kết quả theo các số liệu của mục tiêu.
II Lý thuyết điều chỉnh nội lực
II.1 Trạng thái xuất phát
- Điều chỉnh nội lực có thể đợc thực hiện trong quá trình lắp dầm và dây, hoặc trớc
khi đa công trình vào khai thác. Trạng thái công trình trớc khi căng kéo gọi là trạng

một lần.
+) Chỉ định lực căng trong từng dây.
+) Xác định đợc chuyển vị của từng nút khi căng.
+) Xác định kết quả nội lực sau khi căng.
+) Xác định chuyển vị của toàn kết cấu sau khi căng.
II.4 Nội dung tính toán cầu dây văng khi điều chỉnh nội lực
+)Xác định trạng thái cuối cùng (biến dạng hoặc nội lực ) mục tiêu cần đạt
(trạng thái B).
+) Căn cứ vào công nghệ thi công và trình tự lắp đặt dây, xác định trạng thái
xuất phát (trạng thái A).
+) Xác định nội lực và biến dạng do tĩnh tải I, tĩnh tải II, do các ảnh hởng thứ
cấp (từ biến , co ngót và biến dạng d của dây theo thời gian) . Xác định biểu đồ bao
mômen uốn của các tải trọng tác dụng lên hệ hoàn chỉnh (nếu muốn triệt tiêu cả một
phần ảnh hởng do hoạt tải).
+) Chọn phơng pháp tính (phơng pháp lực hoặc phơng pháp chuyển vị), chỉ
định trình tự căng chỉnh , định véc tơ ẩn số trong hệ.
+) Lập phơng trình trên cơ sở mục tiêu đã chọn.
+) Xác định các ẩn lực thoả mãn các mục tiêu trên.
+) Xác định lực cang trong dây , độ cao cần chỉnh của các nút theo đúng trình
tự căng đã chọn.
+) Xác định nội lực và biến dạng ở trạng thái cuối cùng (B) do tĩnh tải (I,II),
các ảnh hởng thứ cấp và lực điều chỉnh.
- hồ xuân nam - -Lớp Cầu Đờng Bộ A K41-
117
- Đồ án tốt nghiệp - - Thiết kế kỹ thuật -
+) Kiểm tra kết quả theo các số liệu của mục tiêu.
II.5 Hệ phơng trình chính tắc của bài toán điều chỉnh nội lực
II.5.1 - Nguyên tắc xây dựng hệ phơng trình chính tắc
- Để xác định các ẩn lực thẳng đứng X
i

c
+ S
i
II
= 0
Trong đó:
+) S
i
o
: Lực dọc trong thanh thứ i ở trạng thái ban đầu (A).
+) S
i
c
: Lực dọc uốn chuẩn tại thanh thứ i cần đạt ( hàm mục tiêu )
+) S
i
x
: Lực dọc trong thanh thứ i do lực điều chỉnh X
i

gây ra
+) S
i
II
: Lực dọc trong thanh thứ i do ảnh hởng của tĩnh tải phần II và các ảnh h-
ởng thứ cấp (nhiệt độ, co ngót, từ biến của bê tông) trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh
- Mở rộng cho các nút phơng trình chính tắc dới dạng ma trận có dạng
S.X + S
o
+ S

i
o
+ Y
i
x
+ Y
i
c
+ Y
i
II
= 0
Trong đó:
+) Y
i
o
: Độ võng uốn tại nút thứ i ở trạng thái ban đầu (A).
+) Y
i
c
: Độ võng uốn chuẩn tại nút thứ i cần đạt ( hàm mục tiêu )
+) Y
i
x
: Độ võng uốn tại nút thứ i do lực điều chỉnh X
i

gây ra
+) Y
i

1n
s
21
s
22
. . . . . . . . . . . . s
2n
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
S = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
s
n1
s
n2
. . . . . . . . . . . . s
nn
- Đồ án tốt nghiệp - - Thiết kế kỹ thuật -
+) M
II
: Vec tơ độ võng do tĩnh tải phần II và các ảnh hơng thứ cấp gây ra
trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh.
3 Khi mục tiêu điểu chỉnh là mô men uốn trong dầm cứng.
Từ điều kiện là tổng mô men tại các nút do tĩnh tải và lực điều chỉnh gây ra
phải bằng giá trị mô men chuẩn ta có :
- Phơng trình chính tắc có dạng tổng quát là:
M
i
o
+ M
i

M.X + M
o
+ M
c
+ M
II
= 0 (*)
Trong đó ma trận M đợc xác định nh sau:
+) m
ij
: trị số mô men tại i do P = 1 đặt tại j gây ra trong hệ (tơng ứng với sơ đồ
căng dây tại nút j )
+) X : véc tơ ẩn lực trong các dây văng.
+) M
O
: Véc tơ mô men của hệ xuất phát (A).
+) M
c
: Véc tơ mô men chuẩn , là mục tiêu cần đạt.
+) M
II
: Vec tơ mô men do tĩnh tải phần II và các ảnh hơng thứ cấp gây ra
trong hệ ở trạng thái hoàn chỉnh.
Sau khi giải phơng trình (*) trên ta xác định đợc các ẩn X
i
và tìm ra lực điều chỉnh
trong các dây.
- hồ xuân nam - -Lớp Cầu Đờng Bộ A K41-
120
m

phía. Khi đúc xong đợi bê tông đạt cờng độ tiến hành lắp dây và căng với trị số lực N
i
đã tính trớc theo bài toán điều chỉnh nội lực.
Xét CDV thi công hẫng từ trụ ra 2 phía, khi một lực N
i
tác dụng sẽ gây ra trong
hệ kết cấu nội lực m
ij
, r
ij
, f
ij
: tơng ứng là mô men uốn, phản lực và độ võng tại các
nút dây. Lần lợt căng tất cả các dây, ta sẽ có các N
1
, N
2
. . . . N
n
là các lực căng cần
thiết trong dây.
Tác động của lực căng kéo dây văng trong quá trình ĐCNL đợc xác định trong
sơ đồ của hệ ở các thời điểm tơng ứng. Trong tính toán chấp nhận giả thiết tuyến
tính , biến dạng nhỏ của cơ học kết cấu , đông thời khi căng căng dây nào thì bỏ dây
đó ra khỏi hệ và thay bằng ẩn lực X
i
, nh vậy lực căng kéo các dây văng đợc xem nh
ngoại lực tác dụng lên hệ.
III.3 Các số liệu tính toán ban đầu
II.5.2 Tĩnh tải