- Trang Chủ
- Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học
- Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với bê tông cường độ cao cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ
Xem mẫu
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
VÕ VĨNH BẢO
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU DẦM BÊ
TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG
CƯỜNG ĐỘ CAO CHO PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG
KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI - 2022
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
VÕ VĨNH BẢO
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU DẦM BÊ
TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG
CƯỜNG ĐỘ CAO CHO PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG
KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ
Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số: 9580205
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS. Trần Đức Nhiệm
2. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long
HÀ NỘI- 2022
- LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và
kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả
nào hay ở bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2022
Tác giả
Võ Vĩnh Bảo
- LỜI CẢM ƠN
Luận án Tiến sỹ được thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải dưới
sự hướng dẫn khoa học của GS.TS. Trần Đức Nhiệm và PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long.
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về định hướng khoa học,
liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu, có
những lúc nghiên cứu sinh cảm tưởng khó có thể tiếp tục nghiên cứu nhưng nhờ sự
động viên, khích lệ của các thầy cộng với sự nỗ lực không ngừng nghỉ của bản thân,
đến nay luận án đã được hoàn thành. Nghiên cứu sinh cũng xin được chân thành cảm
ơn các nhà khoa học trong và ngoài nước, tác giả của các công trình nghiên cứu đã
được nghiên cứu sinh sử dụng trích dẫn trong luận án về nguồn tư liệu quý báu, những
kết quả liên quan trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại
học, Bộ môn Cầu Hầm, Hội đồng Tiến sỹ Trường Đại học Giao thông Vận tải đã
tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hiện và hoàn thành chương trình nghiên cứu
của mình.
Cuối cùng là sự biết ơn đến gia đình vì đã liên tục động viên để duy trì nghị
lực, sự hy sinh thầm lặng, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian, sức khỏe và các khía
cạnh khác của cuộc sống trong cả quá trình thực hiện luận án.
Tác giả
Võ Vĩnh Bảo
- i
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU vii
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT x
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4
1.1. Nhu cầu phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ.
4
1.1.1 Giới thiệu về vùng Đông Nam Bộ. 4
1.1.2 Tình hình phân bố dân cư và mức độ phát triển đô thị của khu vực Đông
Nam Bộ. 5
1.1.3 Tình hình giao thông ở các khu đô thị hiện hữu trong khu vực. 7
1.1.4 Nhu cầu xây dựng và phát triển giao thông trong khu vực Đông Nam Bộ. 9
1.2. Các loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn đang được ứng dụng
và phát triển trong xây dựng công trình cầu. 11
1.2.1. Hiện trạng về kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn đang được sử dụng
phổ biến trong các dự án xây dựng cầu ở Việt Nam và vùng Đông Nam Bộ. 11
1.2.2 Tình hình ứng dụng và các xu hướng phát triển kết cấu dầm bê tông dự
ứng lực đúc sẵn trên thế giới. 13
1.3. Tình hình ứng dụng và xu thế phát triển bê tông cường độ cao (HSC), bê
tông tính năng cao (HPC) và bê tông siêu tính năng (UHPC) trong xây dựng
và sửa chữa cầu. 18
1.3.1 Tình hình ứng dụng bê tông HSC, HPC và UHPC ở nước ngoài trong xây
dựng giao thông. 18
1.3.2 Thực tiễn ứng dụng bê tông cường độ cao cho kết cấu cầu ở Việt Nam nói
chung và vùng Đông Nam Bộ nói riêng. 20
1.4. Xác lập các chủ đề nghiên cứu để đạt được mục tiêu đề tài. 22
Kết luận chương 1 22
- ii
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CẤP 60MPA
ĐẾN 80MPA SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG KHU VỰC ĐÔNG NAM
BỘ ỨNG DỤNG CHO DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN. 24
2.1. Khái quát về bê tông cường độ cao. 24
2.1.1 Cơ chế tạo thành cường độ của bê tông cường độ cao. 24
2.1.2. Yêu cầu về vật liệu trong sản xuất bê tông cường độ cao. 25
2.2. Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ 60MPa đến
80MPa sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ. 27
2.2.1. Đánh giá sự phù hợp của vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ đối
với việc chế tạo bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa. 27
2.2.2. Thiết kế cấp phối bê tông cường độ từ 60MPa đến 80MPa (HSC) sử dụng
vật liệu khu vực Đông Nam Bộ. 35
2.3. Nghiên cứu xác định các đặc trưng cơ học của bê tông với cấp phối C60,
C70, C80 sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ. 49
2.3.1. Các đặc trưng cần nghiên cứu. 49
2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá và đề xuất các phương trình ước tính
một số đặc trưng cơ học của bê tông với cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật
liệu khu vực Đông Nam Bộ. 51
2.4. Đánh giá năng lực công nghệ chế tạo dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn dùng
bê tông cường độ cao để đáp ứng cho các dự án xây dựng giao thông đô thị khu
vực ĐôngNam Bộ. 73
Kết luận chương 2 75
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ
ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ 60MPA ĐẾN 80MPA
ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC
ĐÔNG NAM BỘ. 76
3.1. Giới thiệu. 76
3.2. Lựa chọn bộ vật liệu cho dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn và bản mặt cầu
đổ tại chỗ. 76
3.3. Phân tích lựa chọn dạng kết cấu dầm và các thông số kích thước mặt cắt
ngang dầm sử dụng bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa. 78
3.3.1. Lựa chọn loại hình dầm bê tông dự ứng lực nhịp giản đơn sử dụng bê
tông cường độ cao ứng dụng cho giao thông khu vực Đông Nam Bộ. 78
- iii
3.3.2. Lựa chọn thông số kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh rộng sử dụng bê
tông cường độ cao. 80
3.4. Một số nội dung thiết kế chủ yếu. 85
3.4.1. Kết quả tính toán kiểm toán dầm WF2300 sử dụng các cấp phối bê tông
C60, C70, C80. 86
3.4.2. Kết quả tính toán kiểm toán dầm WF1200 sử dụng các cấp phối bê tông
C60, C70, C80. 93
3.4.3. Kết quả tính toán kiểm toán dầm WF800 sử dụng các cấp phối bê tông
C60, C70, C80. 100
3.4.4. Kết quả tính toán kiểm toán dầm I cánh rộng với bê tông cấp 50MPa. 106
Kết luận chương 3 107
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT
KẾT CẤU NHỊP CẦU DÙNG DẦM I CÁNH RỘNG VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG
ĐỘ CAO SO VỚI CÁC KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC THÔNG
THƯỜNG HIỆN NAY. 108
4.1. Khái quát. 108
4.2. Các phương án so sánh. 108
4.2.1 Trường hợp 1: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm
bản bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 24m. 108
4.2.2 Trường hợp 2: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án dầm I
bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 33m. 110
4.3. Phân tích so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. 112
4.3.1. Đánh giá khả năng dự trữ sức kháng của các phương án so sánh. 112
4.3.2 So sánh khối lượng vật liệu sử dụng của các phương án. 113
4.3.3. Đánh giá các lợi ích khác khi sử dụng dầm I cánh rộng với bê tông cường
độ cao. 114
Kết luận chương 4 114
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 118
Tài liệu tham khảo 119
- iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Bản đồ vị trí địa lý vùng Đông Nam Bộ. 4
Hình 1-2: Ùn tắc giao thông tại ngã tư Linh Xuân - Linh Trung vào giờ cao
điểm. 8
Hình 1-3: Cầu vượt Hàng Xanh và cầu vược ngã tư Thủ Đức. 11
Hình 1-4: Dầm I của AASHTO kiểu I-IV (trái) và kiểu V-VI (phải). 11
Hình 1-5: Tiết diện mẫu dầm Bulb-Tee 14
Hình 1-6: Tiết diện mẫu dầm I cánh rộng 15
Hình 1-7: Tiết diện dầm U-Beam 15
Hình 1-8: Tiết diện dầm Bath-Tub 16
Hình 1-9: Tiết diện dầm UHPC pi-girder do FHWA đề xuất. 16
Hình 1-10: Công trình cầu vượt Louetta, Texas 17
Hình 1-11: Công trình cầu San Angelo, Texas 18
Hình 2-1: Đá dăm (Bà Rịa) sử dụng làm cốt liệu chế tạo bê tông cường độ
cao. 28
Hình 2-2: Đường cong cấp phối đá dăm Bà Rịa-Vũng Tàu (TCVN 7572-
2:2006) 28
Hình 2-3: Đường cong cấp phối đá dăm Bà Rịa-Vũng Tàu theo ASTM C136 29
Hình 2-4: Đường cong cấp phối cát sông 31
Hình 2-5: Đường cong cấp phối cát nghiền 32
Hình 2-6: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 50/50 33
Hình 2-7: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 60/40 33
Hình 2-8: Đường cong cấp phối cốt liệu mịn tỉ lệ trộn 70/30 34
Hình 2-9: Độ sụt mẫu thử C60-1 41
Hình 2-10: Độ sụt mẫu thử C70-1 44
Hình 2-11: Hình ảnh mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn fr 53
Hình 2-12: Vị trí điểm nứt gãy giữa dầm. 54
Hình 2-13: Bộ gá thí nghiệm mô đun đàn hồi. 56
- v
Hình 2-14: Biểu đồ phân bố ứng suất trong vùng chịu nén của cấu kiện chịu
uốn. 61
Hình 2-15: Loại strain gauge sử dụng trong thí nghiệm. 62
Hình 2-16: Thiết bị nén mẫu và thiết bị thu thập dữ liệu 62
Hình 2-17: Hình ảnh mẫu thí nghiệm trước khi nén. 63
Hình 2-18: Hình ảnh mẫu thí nghiệm sau khi kết thúc. 63
Hình 2-19: Đường cong biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng khi nén của bê
tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ. 72
Hình 3-1: Ký hiệu các kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh rộng. 84
Hình 3-2. Mặt cắt ngang cầu sử dụng trong tính toán thiết kế dầm. 86
Hình 3-3. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 87
Hình 3-4. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 87
Hình 3-5. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 88
Hình 3-6. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C60 88
Hình 3-7. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 89
Hình 3-8. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 89
Hình 3-9. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 90
Hình 3-10. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C70 90
Hình 3-11. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 91
Hình 3-12. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 91
Hình 3-13. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 92
Hình 3-14. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF2300 sử dụng cấp phối C80 92
Hình 3-15. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 93
Hình 3-16. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 94
Hình 3-17. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 95
Hình 3-18. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C60 95
Hình 3-19. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 95
- vi
Hình 3-20. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 96
Hình 3-21. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 97
Hình 3-22. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C70 97
Hình 3-23. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 97
Hình 3-24. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 98
Hình 3-25. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 99
Hình 3-26. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF1200 sử dụng cấp phối C80 99
Hình 3-27. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 100
Hình 3-28. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 100
Hình 3-29. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 101
Hình 3-30. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C60 101
Hình 3-31. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 102
Hình 3-32. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 102
Hình 3-33. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 103
Hình 3-34. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C70 103
Hình 3-35. Kết quả kiểm toán mô men dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 104
Hình 3-36. Kết quả kiểm toán lực cắt dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 104
Hình 3-37. Kết quả kiểm toán ứng suất dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 105
Hình 3-38. Kết quả kiểm toán độ võng dầm WF800 sử dụng cấp phối C80 105
Hình 4-1. Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm bản. 109
Hình 4-2. Mặt cắt ngang kết cấu nhịp phương án dầm I33. 110
- vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Thống kê các dạng dầm dự ứng lực sử dụng phổ biến tại Việt Nam 12
Bảng 1-2: Một số công trình cầu sử dụng bê tông cường độ cao trên thế giới 18
Bảng 2-1: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát sông theo TCVN 7572-
2:2006 30
Bảng 2-2: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát sông theo ASTM C136 30
Bảng 2-3: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát nghiền theo TCVN 7572-
2:2006 31
Bảng 2-4: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cát nghiền theo ASTM
C136/C136M 31
Bảng 2-5: Bảng tính cấp phối trộn cốt liệu mịn (TCVN 7572-2:2006) 32
Bảng 2-6: Bảng tính cấp phối trộn cốt liệu mịn (ASTM C33/C33M) 34
Bảng 2-7: Qui định độ sụt cho bê tông trong tiêu chuẩn ACI211.4R 38
Bảng 2-8: Qui định cỡ hạt lớp nhất của cấp phối trong tiêu chuẩn ACI211.4R 38
Bảng 2-9: Qui định thể tích cấp phối thô trong tiêu chuẩn ACI211.4R 38
Bảng 2-10: Hàm lượng nước ban đầu của hỗn hợp và độ rỗng bê tông tươi. 39
Bảng 2-11: Tỷ lệ nước và chất kết dính 40
Bảng 2-12: Kết quả tính sơ bộ cấp phối C60 41
Bảng 2-13: Cấp phối C60 được chọn sau thử nghiệm 41
Bảng 2-14: Kết quả tính sơ bộ cấp phối C70 44
Bảng 2-15: Cấp phối C70 được chọn sau thử nghiệm 45
Bảng 2-16: Kết quả tính cấp phối theo các tỉ lệ N/X (C80) 47
Bảng 2-17: Cấp phối C80 được chọn sau thử nghiệm 47
Bảng 2-18: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu trụ. 48
Bảng 2-19: Kết quả xác định cường độ thiết kế đối với 3 cấp phối C60, C70,
C80. 48
Bảng 2-20: Kết quả xác định khối lượng thể tích đối với 3 cấp phối C60, C70,
C80. 52
- viii
Bảng 2-21: Số lượng mẫu đề xuất thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn. 53
Bảng 2-22: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn mẫu dầm. 54
Bảng 2-23: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi mẫu trụ. 57
Bảng 2-24: So sánh công thức đề xuất với ước tính theo một số công thức
khác. 58
Bảng 2-25: Số lượng mẫu đề xuất thí nghiệm cường độ theo thời gian. 59
Bảng 2-26: Cường độ nén 1 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 59
Bảng 2-27: Cường độ nén 3 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 59
Bảng 2-28: Cường độ nén 5 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 59
Bảng 2-29: Cường độ nén 7 ngày tuổi 3 cấp phối C60, C70, C80. 60
Bảng 2-30: Số lượng mẫu đề xuất thí nghiệm quan hệ ứng suất - biến dạng. 62
Bảng 2-31: Sơ bộ sàng lọc kết quả thí nghiệm mẫu. 64
Bảng 2-32: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C60-M3, C60-M4 và C60-
M5. 65
Bảng 2-33: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C60-M6, C70-M2 và C70-
M3. 66
Bảng 2-34: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C70-M4, C70-M5 và C70-
M6. 66
Bảng 2-35: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C80-M1, C80-M2 và C80-
M3. 67
Bảng 2-36: Dữ liệu về ứng suất và biến dạng mẫu C80-M4, C80-M5 và C80-
M6. 68
Bảng 2-37: Kết quả xác định tham số dựa vào dữ liệu thí nghiệm. 69
Bảng 2-38: Tổng hợp giá trị biến dạng tương đối o và max 70
Bảng 3-1: Tổng hợp phân tích các loại hình dầm đúc sẵn. 79
Bảng 3-2: Đặc trưng hình học của dầm cánh rộng định hình tại bang
California 81
Bảng 3-3: Đặc trưng hình học của dầm cánh rộng định hình tại bang
Washington 81
Bảng 3-4: Đặc trưng hình học của dầm cánh rộng định hình tại bang Nebraska 82
- ix
Bảng 3-5: Tính toán giá trị tối thiểu của bề rộng sườn dầm theo cấu tạo. 83
Bảng 3-6: Số liệu kích thước dầm WF2300 đề xuất 84
Bảng 3-7: Số liệu kích thước dầm WF800 và WF1200 85
Bảng 3-8: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF2300 93
Bảng 3-9: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF1200 99
Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF800 105
Bảng 3-11: Tổng hợp kết quả tính toán dầm WF800 và WF1200 106
Bảng 4-1: So sánh dự trữ sức kháng của 2 phương án dầm trường hợp 1. 112
Bảng 4-2: So sánh dự trữ sức kháng của 2 phương án dầm trường hợp 2. 112
Bảng 4-3: Tổng hợp kết quả tính toán so sánh nhịp 24m. 113
Bảng 4-4: Tổng hợp kết quả tính toán so sánh nhịp 33m. 113
- x
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
HSC High-Strength Concrete
HPC High-Performance Concrete
UHPC Ultrahigh-Performance Concrete
AAHSTO American Association of State Highway and Transportation
Officials
ACI American concrete institute
PCA Porland Cement Associtation
DOE British Department of the Environment
ASCE American Society of Civil Engineers
BDM Bridge design manual
CEB-FIP Comité européen du béton - Fédération Internationale de la
Précontrainte
LRFD Load resistance factor design
NCHRP National cooperative highway research program
PCI Precast/Prestressed concrete institute
- 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của đề tài
Phát triển giao thông là yêu cầu cấp thiết hiện nay đối với các đô thị lớn tại
Việt Nam, nhu cầu này gắn liền với định hướng phát triển kinh tế - xã hội của từng
khu vực. Đối với miền nam Việt Nam, khu vực kinh tế trọng điểm mà hạt nhân là khu
vực Đông Nam Bộ đang có tiềm năng và nguồn lực để phát triển mạnh mẽ, nhiều khu
đô thị mới nhanh chóng hình thành, tốc độ phát triển của vùng Đông Nam Bộ thuộc
mức cao nhất trong cả nước, từ đó nhu cầu xây dựng hệ thống hạ tầng kỹ thuật cũng
đòi hỏi tương ứng.
Trong xây dựng công trình giao thông ở các nước tiên tiến, các loại hình đường
trên cao và nút giao thông khác mức rất phát triển, nhiều nghiên cứu về quy hoạch
giao thông cũng đã đặt ra phương hướng phát triển tất yếu của các loại hình này đối
với các đô thị lớn tại Việt Nam. Để đáp ứng nhu cầu xây dựng hệ thống giao thông
khu vực Đông Nam Bộ với nhiều đô thị phát triển, cần có nhiều giải pháp kết cấu
dầm phục vụ cho các dự án xây dựng cầu vượt và đường trên cao.
Loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực với bê tông cường độ cao đã được
nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng vào xây dựng công trình giao thông, ưu điểm
của bê tông cường độ cao là có thể tăng khả năng chịu lực của kết cấu từ đó giúp thiết
kế các kết cấu có kích thước nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn, vượt nhịp xa hơn và độ
bền cũng gia tăng do chất lượng bê tông tốt hơn. Tuy nhiên, hiện tại trong khu vực
Đông Nam Bộ, các dự án xây dựng công trình cầu chỉ sử dụng bê tông có cường độ
từ 50MPa trở xuống. Đây là một vấn đề còn bỏ ngỏ và cần được xem xét giải quyết.
Với tiềm năng có sẵn của khu vực Đông Nam Bộ về vật liệu để sản xuất bê
tông cường độ cao, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao vào xây dựng
công trình cầu giao thông trong khu vực Đông Nam Bộ là một hướng đi đúng đắn và
cần thiết.
- 2
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông
Nam Bộ và thực nghiệm đánh giá một số đặc tính cơ học quan trọng của vật liệu như
mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo khi uốn, phát triển cường độ theo thời gian,... để
phục vụ cho công tác thiết kế và chế tạo kết cấu dầm bê tông dự ứng lực.
- Phân tích và lựa chọn loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn có
khả năng ứng dụng với bê tông cường độ cao trong thiết kế chế tạo dầm bê tông dự
ứng lực đúc sẵn sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ.
- Ứng dụng tính toán thiết kế kết cấu dầm điển hình đối với loại hình dầm đã
lựa chọn ở bước 2 sử dụng bê tông cấp phối bê tông ở bước 1 để ứng dụng trong các
dự án giao thông trong khu vực Đông Nam Bộ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
1. Về vật liệu: nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam
Bộ để chế tạo cấp phối bê tông cường độ cao có các đặc tính phù hợp cho công tác
thi công dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn.
2. Về kết cấu: nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm I cánh rộng bằng bê tông dự
ứng lực đúc sẵn nhịp giản đơn cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ.
3. Về tải trọng: Giới hạn tải trọng nghiên cứu là bài toán tải trọng tĩnh.
4. Cấu trúc của luận án: Luận án được cấu trúc thành năm phần bao gồm:
- Phần Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Nghiên cứu bê tông cường độ cao cấp 60MPa đến 80MPa sử
dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ ứng dụng cho dầm bê tông dự ứng
lực đúc sẵn.
- 3
- Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn
với bê tông cường độ 60MPa đến 80MPa ứng dụng cho xây dựng công trình giao
thông khu vực Đông Nam Bộ.
- Chương 4: Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật kết cấu nhịp cầu
dùng dầm I cánh rộng với bê tông cường độ cao so với các kết cấu dầm bê tông dự
ứng lực thông thường hiện nay
- Kết luận và Kiến nghị.
Ngoài ra là các phần Tài liệu tham khảo, danh mục công bố của Tác giả và phần
phụ lục các bảng tính toán kiểm toán kết cấu.
- 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nhu cầu phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ.
1.1.1 Giới thiệu về vùng Đông Nam Bộ.
Vùng Đông Nam Bộ bao gồm Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh Đồng Nai,
Bình Dương, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Phước, Tây Ninh là một trong hai phần của
miền nam Việt Nam. Trong đó Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế - xã hội
lớn của miền nam, Đồng Nai và Bình Dương là hai tỉnh rất phát triển về công nghiệp,
Bà Rịa-Vũng Tàu là tỉnh phát triển về du lịch, dầu khí và cả công nghiệp. Riêng hai
tỉnh Tây Ninh và Bình Phước tình hình phát triển kinh tế - xã hội chưa cao.
Hình 1-1: Bản đồ vị trí địa lý vùng Đông Nam Bộ.
Đông Nam Bộ là vùng có tốc độ phát triển kinh tế nhất Việt Nam, dân số đông
và dẫn đầu cả nước về xuất khẩu, đầu tư trực tiếp nước ngoài, GDP, cũng như nhiều
yếu tố kinh tế - xã hội khác. Đầu tư trực tiếp nước ngoài FDI của khu vực này dẫn
dầu cả nước, nổi bật ở các tỉnh: Đồng Nai, Bình Dương, Thành phố Hồ Chí Minh
- 5
và Bà Rịa - Vũng Tàu, bốn tỉnh thành này còn gọi là tứ giác kinh tế trọng điểm, chiếm
1/3 GDP cả nước, đóng góp trên 50% ngân sách. [3]
Đông Nam Bộ có diện tích tự nhiên 23.597,9 km2 , Đông Nam Bộ là vùng đất
mới trong lịch sử phát triển của đất nước, khu vực tập trung nhiều đô thị nằm giữa
các tỉnh Nam Trung Bộ và Nam Tây Nguyên là những vùng giàu tài nguyên đất đai,
rừng và khoáng sản. Phía Tây và Tây - Nam giáp đồng bằng sông Cửu Long nơi có
tiềm năng lớn về nông nghhiệp, là vựa lúa lớn nhất nước ta; phía Đông và Đông Nam
giáp biển Đông, giàu tài nguyên hải sản, dầu mỏ và khí đốt và thuận lợi xây dựng các
cảng biển tạo ra đầu mối liên hệ kinh tế thương mại với các nước trong khu vực và
quốc tế; phía Tây Bắc giáp với Campuchia có cửa khẩu Tây Ninh tạo mối giao lưu
rộng rãi với Campuchia, Thái Lan, Lào, Mianma. Với vị trí này Đông Nam Bộ là đầu
mối giao lưu quan trọng của các tỉnh phía Nam với cả nước và quốc tế.
1.1.2 Tình hình phân bố dân cư và mức độ phát triển đô thị của khu vực Đông
Nam Bộ.
Theo kết quả điều tra dân số ngày 1/4/2010, dân số vùng Đông Nam Bộ là
14,566.5 nghìn người, chiếm 16,34% dân số Việt Nam , là vùng có tốc độ tăng dân
số cao nhất nước, do thu hút nhiều dân nhập cư từ các vùng khác đến sinh sống. Trong
đó, Bình Phước có 894.3 nghìn người, Tây Ninh có 1,075.3 nghìn người, Bình Dương
có 1619.9 nghìn người, Đồng Nai có 2,569.4 nghìn người, Bà Rịa-Vũng Tàu có
1,012.0 nghìn người và Thành Phố Hồ Chí Minh có 7,396.5 nghìn người.
Dân số Đông Nam Bộ có cơ cấu trẻ, tỉ lệ nữ là 51.41%, cao hơn mức trung
bình của toàn quốc ( 50.8%), tỉ lệ biết chữ của dân số Đông Nam Bộ là 98%, mật độ
dân số của Đông Nam Bộ là 617 người / km2, song dân cư phân bố không đều giữa
các tỉnh và thành phố. Có thể thấy rằng dân số tập trung chủ yếu ở thành phố lớn, các
tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm như Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình
Dương, Bà Rịa - Vũng Tàu. Nguồn nhân lực dồi dào có truyền thống và kinh nghiệm
sản xuất, có lực lượng lao động chuyên môn cao, công nhân tay nghề cao.
Đông Nam Bộ là vùng có mức độ đô thị hóa cao và phát triển nhanh chóng.
- 6
Dân thành thị là 25% trong khi các vùng khác con số này dao động ở mức trên dưới
20 %. Tài nguyên văn hóa, lịch sử với các di tích ở Đông nam Bộ khá tập trung và có
mật độ cao nhất so với các vùng phía Nam.
Đây là nơi có nền kinh tế hàng hóa phát triển sớm nên người dân năng động
và thích ứng nhanh với sự đổi mới kinh tế, đồng thời đây cũng là thị trường tiêu thụ
lớn của cả nước. Đây cũng là vùng có cơ sở vật chất kĩ thuật và cơ sở hạ tầng phát
triển mạnh kết họp với sự phát triển của mạng lưới đô thị đã hình thành nhiều khu
công nghiệp và khu chế xuất lớn, từ đó cũng thu hút lượng công nhân lớn và kéo theo
đó là đội ngũ phục vụ đông đảo. Mật độ dân số tập trung cao ở các khu công nghiệp
và vùng lân cận gây khó khăn không nhỏ cho hệ thống giao thông và tình hình an
ninh trật tự khu vực.
Tỷ suất nhập cư cả khu vực Đông Nam Bộ là 10.3% tính vào năm 2005 và
tăng đều đến năm 2010 đạt 24.8% cao nhất cả nước.
Tuy nguồn nhân lực dồi dào, nhưng lực lượng lao động vẫn chưa đáp ứng đủ
nhu cầu phát triển kinh tế của cả vùng về lượng và về chất. Do đó, sẽ có sự di chuyển
lao động trong nội bộ vùng và từ ngoài vào; mặt khác do sự chênh lệch thu nhập dẫn
đến làn sóng di dân tới các đô thị trong vùng, từ đó nảy sinh nhiều vấn đề cấp bách
cần giải quyết như:
- Di dân quá nhanh vào các đô thị hiện có như thành phố Hồ Chí Minh,
Biên Hoà, Vũng Tàu, Thủ Dầu Một... làm quá tải so với khả năng đáp ứng về
các điều kiện kết cấu hạ tầng đô thị, gây hậu quả nghiêm trọng về môi trường.
- Nhiều điểm dân cư tập trung đang có xu hướng trở thành đô thị, song
chưa có đủ điều kiện về kết cấu hạ tầng kỹ thuật và xã hội.
- Nhiều khu công nghiệp tập trung đang trong quá trình hình thành và phát
triển cũng có nhu cầu tạo lập thêm các điểm dân cư đô thị mới.
Khu vực Đông Nam Bộ tập trung nhiều đô thị lớn, có thể điểm qua một số khu vực
điển hình sau:
nguon tai.lieu . vn