Nội dung

ChưoTig 4 VÍ DỤ TÍNH TOÁN DẨM CẦư BÊ TÔNG CỐT THÉP D ự ÚNG L ự c MẶT CẮT CHỮT LẮP GHÉP S Ố L IỆ U T H IẾ T K Ế Thiết k ế Cầu bê tòng cốt thép D Ư L nhịp giản đơn theo các sô' liệu sau; - Loại dầm: Dầm T BTCr D Ư L kéo trước - Chiều dài toàn dầm L = 25m - K h ố cầu K = 8 + 2 X 1,5m - Tái trọng thiết kế: HL93 - Tao cáp D Ư L 15,2 mm - Bê tỏng grade 40 (MPa) - Quy trình thiết kế: 2 2 1 C N 272-05 - Tải trọng thiết kế: HL93, đoàn người bộ hành 3 kPa N Ô I D Ư N G T ÍN H T O Á N 4.1 C Á C LOẠI VẬT LIỆU 4.1.1. C ố t T h é p Sử dụng tao ihép 15,2inm thép có độ chùng dão thấp theo tiêu chuấn ASTM A416 G radc 270 - CườiiL’ đò kco quy định của thép D D L : fp„= 1860 M Pa (T C N 5 .4 .4 .1 ) - Giới han chay của thép DƯL: = 0,9.fp, = 1670 M Pa - M ôđun đàn hổi của thép DƯ L: Ep = 197000 MPa - ứng suáỉ iroiig thép ứng suất khi kích f p j= 0 ,8 .fp , = ]488 MPa 50 (TCN 5.4.4,1) 4.1.2. V ật liệu bêtóng C ườna độ chịu nén của bêtông ớ tuổi 28 Iigày f! = 40 M Pa Cuờno dộ chịu néii của bẻtông khi tạo ứng suất trước = 0,9 = 36 M Pa M õđun đàn hồi cúa BT dầin: E^, = 0 .0 4 3 . y '; 'ự í ; = 3 3 9 9 4 ,4 8 M P a (TCN 5.4.2.4-1) Cường dộ chịu kéo khi uốn; = 0 , 6 3 = 3,V8 MPa (TCN 5.4.2.6) 4.2. BỐ TRÍ C H U N G M Ậ T CẮT N G A N G CẦU T ổn g chiều dài loàn dđni là 25m. dế hai đẩu dầm mỗi bên 0,3m để kê gối. Như vậy chiều dài nliịp tính loán cúa nhịp cầu là 24.4m. Cẩu gồm 5 dầm có mặl cắl chũ’ T ch ế tạo bằng bêlông có = 40 MPa. Lớp phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lóp chống nước có chiều dày 0,4cm, lớp bêtông atphan trẽn cùng có chiều dàv 7 cm. Lóp phủ được lạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu. 11000 r \ \ 2400 -/■ 2400 \ / 2400 ị 1200 12000 ỉỉiiih 4.1: Mặt cắt ll^ơnii kết ccíu nhịp K hoáng cách giũ'a các dầm chủ s = 2400 mm 4.2.1. C h ọ n m ăt cắt ngaiiịỉ d ầ m ch ủ Đ ién kiện chọn liểí diện (then T C N 5.14.1.2.2) Chiều dày các phần không nhỏ hơn: - Bán cánh Irên; 50mm - Sườn dầm, không kéo sau: 125mm - Sirờn dầm, kéo - p-''n cánh dưới: sau; 165inm 125mm 15 4,2 J , L C h ọn s ơ bộ dầ m chủ có tiết diện hình c h ữ T với các kích thước sau Chiều dày bán 20 cm Chiềư cao dầm H 120 cm Chiéu rộng báu bb 60 cm Chiều cao bầu h .= 32 cm Chiều dày bụng bw = 20 cm Chiều rộng bán cánh 180 cin Rộng vái cánh 20 cm Cao vál cánh 10 cm 20 cm Chiều rộng vút báu 20 cm Chiều cao 20 cm 120 cm Bán kính cong vLÌt R, bầu Phần hảng Các kí :h thước khác như hình vẽ 180 20 60 I l ỉ n h 4.2: M ậ ĩ cắí ỉĩgciìì^ cliiiìì M ặl cắt dầm chủ m ặt cắt lại gối (m ớ rộng sườn dầm ) Kiônì Ira điều kiện về chiều cao kết cấu nhịp lối thiểu (TCN 2 .5 .2 .6 3 -1 ) Yêu cẩu hiiìui” 0,045L trong dó L - chicLi dài nhịp tính toán L = 24400nim - chiểu cao lối thiếu của kết cấu nhịp kế cả bán mặi cáu, h^ị^-1200mm 0,045L = 0,045-24400 = 1098 mm < l'hỏa inãn 4 .2 .1 .2 . X á c đ ịn h c h iề u r ộ n g h ả n cá n h h ữ u h iệ u (T C N 4 . 6 2 .ố) 4 . 2 .L 2 .Ỉ . Đ ổ i r ớ / dầm ^iữa Bề rộng bán cánh hũ’u hiệu có ihể lấy giá trị nhỏ nhất cúa: 52 24400 + 1/4 chiều dài nhịp = 6100 mm 4 + 12 lần độ d à y trung bình c ủ a bán cộng với số lón nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh tiên cúa dẩin 12 = X 200 + max '200 = 3300m m 8 0 0 /2 + K hoáns cách trung bình giữa các dầm kề nhau (= 2400) b, = 2 4 0 0 m m 4.2.1.2.2. Đ ói với dầm biên Bể rộng cánh dầm hữu hiệu có thể được lấy băng 1/2 bề rộng hữu hiệu cúa dầm kề trong (= 2400/2 = 1200) cộng trị số nhỏ nhất cúa: 24400 + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiêu = .- ■ ' = 3050 8 + 6 lần chiểu dày trung bình của bán cộng với sò lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề dàv bán cánh trên cúa dầm chính ' 6 X 200 + max 200/2 [1 8 0 0 /4 = 1650 m m + Bề rộng phẩn hảng = 1200 mm -> b^, = 1200 + 1200 = 2400 mm Kết luận: Bc rộng bán cánh dầin hữu hiệư Dám giữa (b.) 2400 in m Dàm biên (b^,) 2400 in m 4.3. TÍNH TO Á N BÁN MẢT CẦU 11000 600 / \ \ /: \ 1200 2400 — \ 2400 1200 ------------- T--------- 12000 c lỉiỉih 4 3 : S( / í!ổ líỉìlì bciỉi Dỉặí câu 153 4 .3.1. Phương pháp tính toán nội !ực bản m ặt cầu Áp dụng phương pháp tính toán gần đúng theo TCN 4.6.2 (điều 4.6.2 của 22TCN 272-05). M ặt cầu có thể phân tích như m ột dầm liên tục trên các dầm 4 .3.2. X ác định nội lực bản m ặt cầu do tĩnh tải S ơ đ ồ tính và vị trí tính nội lực: Theo TC N 4.6.2.1: Khi áp dụng theo phương pháp giải phải lấy m ô m en dương cực trị để đặt tải cho tất cả các vùng có m ô m en dương, tưcmg tự đối với m ô m en âm do đó ta chỉ cần xác định nội lực lớn nhất của sơ đồ. Trong d ầm liên tục nội lực lớn nhất tại gối và giữa nhịp. D o sơ đồ tính là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e như hình 4.3. T heo TCN 4.6.2.1.6: "Các dải phải được coi như các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn, chiều dài nhịp phải được lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ. N hằm xác định hiệu ứng lực trong các dải, các cấu kiện đ ỡ phải được giả thiết là cứng vô hạn. Các tải trọng bánh xe có thể được mô hình hoá n h ư tải trọng tập trung hoặc như tải trọng vệt m à chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc được chỉ trong T C N 3.6.1.2.5 cộng với chiều cao của bản m ặt cầu". T rong bản lính này coi các tải trọng bánh xe như tải trọng tập trung. Xác định nội lực do tĩnh tái: T ỷ trọng của các cấu kiện lấy theo Bảng 3.5.1.1 của Tiêu chuẩn T ĩnh tải tác dụng lên bản m ặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều d o TTBT của bản m ặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụn g lên phần hẫng. Đ ối với tĩnh tải, ta tính cho 1 m ét dài bản m ặt cầu Bản mặt cầu dày 200m m , tĩnh tải rải đều do TT B T bản m ặt cầu: gDCíbmcr 2 0 0 X 1 8 0 0 X 2 4 X 10 " = 8 ,6 4 k N /m Thiết k ế lớp phủ dày 74m m , tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ: gDw = 74.2250.10 ''= 1,665 kN /m Tải trọng do lan can cho phần hẫng; Thực chất lực tập trung quy đổi của lan can không đặt ớ m ép bản m ặt cầu nhưng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép. P D C íL an can) = 4 ,5 6 4 kN /m + Đ ể tính nội lực cho các m ặt cắt b, c, d, e ta vẽ đường ảnh hưởng của các m ặt cắt rối xếp tải lên đường ảnh hưởng. Do sơ đồ tính toán bản m ặt cầu là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chương trình Sap2000 để vẽ và tính toán. 154 + Công thức xác định nội lực tínii toán; My = T] (Yp-M [3CI + Ỵp M + Yp M pw) r| - hệ số liên quan dến tính dẻo, tính dư, và sự quan trọng trong khai thác xác địiứi theo TCN 1.3.2 n = n,-nDTiR^0-95 Hệ sô' liên quan đến tính déo rìi) = 0,95 (theo TCN 1.3.3) Hệ số liên quan dến tính dư r|[^ = 0,95 (theo TCN 1.3.4) Hê số liên quan dến tầm quan trọng trong khai thác r|| = 1,05 (theo TCN 1.3.5) 1 1 = 0 ,9 5 Ỵp- hệ sô' tĩnh tái (22TCN 272-05, Bảng 3.4.1-2) Loại tải trọng IT G H Cường dộ 1 TTGH Sử dụng DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1 DW: Lớp phù mạl cầu và các tiẹn ích 1,5/0,65 1 4.3,2.1. N ộ i lực m ặ t cắt a M ỏm en tại mặt cắl a là mômen phần hẫng. Sơ đổ tính dạng c ông xôn chịu uốn Lớp phủ 1,665 kN/m Lan can ............. ................... ' ' . T♦ T ị w V ■ w w / / r w V - Bản mặt cáu 4,8 kN/m i l : : : J 900mm I200mm Hình 4.4: Sơ (tồ ííỉìli hưiì hang „ M, = n 1200x1200 yn 2x10" x 9 0 0 x 9 0 0 x 1.5 _ . n . . . ,n-3 - + yp --------------- + Y p g 2x 10 ' Trong TH G H Cường đ ộl 4.8x1200x1200x1,25 1,665x900x900x1,5 M = - 0.95 ---------------- — ^-------------+ ------------- — — 7--------------+ 4 , 664 X 1200 X 1, 25 X 10 2x 10 " 2x10"' . =-l 1,711 kNm T ro n ” TH G H sử dụng M =-0,95 4,8 X 1200 X 1200 X 1 1,665 X 900 X 900 X + -- + 4 ,6 6 4 x 1 2 0 0 x 1 x 1 0 ' 2x10 2x10' =-9,24 kNm 155 4.3.2.2. Nội lực mặt cắt b 5 s ° 1 0 0 0 0 0 0 0 0 --0 r j t ^ =ẫ| s § sR s ? « « V ® S «® j€/ o o r> *i* ^ ^ / ĩ 111 M S55ỉ5£Sr^ s s s s S ộ s s Ị Ị so lo i o o S S ÍÍS « > 5 ÌS Ỉ o a o o i o cn ƠI — — — o 8888 o ó ó o ó o o o o ^ o ?i 5 ỏ o o o s? ■ -S " H ỉnh 4.5: Đường ảnh hưởng niôm cn tại Iiỉặi cắt b Đ ế tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đ áh dương ta xếp tĩnh tải với hệ số > trên phần Đảh âm ta xếp tĩnh tải với hệ số < 1. Cụ thể xếp như sau: Bản mặt cáu 2 A xép tải lén phán Đảh dương Bản mặt cáu / 1 1 1 Phù 1 1 1 /1 1 1 r ri 1 Âh E33I* m ỵ \ỵ Xếp tải lén phắn Đảh âm H ỉn h 4,6: Xếp ỉái lén đườỉì^ chìlì lỉiừhìíỊ ỉỉìômen Mu = TI (Ỵp.M ,X'| + Yp M „C2 + Yp M ,)w) - Trên phần Đảh dương: Với bán mạt cầu lấy hệ số Ỵp= 1,25 tronc T H G H Cường độ 1, bằng 1 trong T H G H SD Với lóp phú lây liệ số Y p= 1,3 trong TH G H Cường độ 1, bằng 1 trong T H G H SD - Trẽn phần Đảh âm: Với bán inặl cầu lấy liệ số Y |,= 0,9 Iroiig TH GH Cườiiíỉ độ 1, Y |,= : 1 Irong TH G H sử dụng. Với lóp phú lấv hệ sỏ' Ỵ|,= 0,65 trong THGH Cuừna độ 1, bằng 1 irong TH G H sử duiia. 156 Sau khi giái sơ đồ bằni> Sap 2000 kết quá môm en M ị, trong bảng dưới đây Phẩn Đảh THGH sử dụng 'niG I 1 cường độ 1 Bán mặt cầu Lớp phù Bản mặt cẩu Lớp phủ Dư^ng 3,621 1,484 2,880 0,992 ÂlT N' -0,441 -0,222 -1,526 -0,334 1.992 1,2243 1,2334 0,3658 Tổng nội lưi 1,92435 (kN.m) 3.1075 (kN.m) 4 3.2.3. N ộ i lực m ặ t cắt c ru ró ỉỉin h 4 J . Dicờiì^ áỉilì hưòiì^ ÌÌÌÔÌÌỈCÌỊ ỉại tỉỉặỉ cát c Làm tươn^ tư Iihư Irên, ta có báng kếl quá sau: Âm Dương 1 1 Ting nội lưc THGH Sử dụng THCỈI [ Cưímí; độ 1 ^hần Đáh 1 Bán niậi cầu Lớp phù Bán mặl cáu Lớp phủ -4.123 -1, 1813 -3,329 -1,16 0 ,6 1 3 0 .2 0 3 5 0,913 0,1742 -3 .3 5 -1,5 2 7 6 -2.422Í -0,990 -4,8772 (kN.m) ! -3,4212 (kN.m) ^.3.2.4. N ó i lưc m ặt cất cl l i 05 ẽẽ (f ỡ' 5 õ gSggpssos °oo” Soooo„ ỉỉìn h 4.8: Diiờiì^ íliilì liư()'íì^ nìỏỉììCỉì ỈỢỈ ỉììặi cắt d 57 THGH Cường độ 1 THGH Sử dụng Phần Đảh Bản mặt cầu Lớp phủ Bản mặt cẩu Lớp phủ Dương 3,137 1,5014 2,5101 0,853 Âm -1,20 -0,2901 -1,3253 -0,443 I 1,95 0,923 1,1823 0,4012 Tổng nội lực 1,5864 (kN.m) 2,8723 (kN.m) 4.3.2.5. N ộ i lực m ặ t c ắ t e . í 15 >0 s Ì s õ' •• ễ 1 I ós ềé loo «. i «“ S ạ ■» 0« ?; ĩ« O - sÓ s® ẽÓ ặ s “ £ ĩo o% ĩ rJa o ó ^ *» o íi''* sO ® » '«® óóóóòóóó^o ĩ\. S |5 s ii|i pỊẫ??' '^ \ ĩ t l ■ - !s“rụs"^ ~ s " \ § \ l \ / , \ ? .-: (VI A \ / _ 9 9 ?o ' ỉ ioeó tá0^ / \ _ ẽ o / -V « ; w ỉ ọrvoio »■ g " lọ / . is ■ ■'?Ịị ị Ị í I H inh 4.9: Đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt e THGH Sử dụng THGH Cường độ 1 Phần Đảh Bản mặt cầu Lớp phủ Bản mặt cầu Lớp phủ Âm -4,056 -1,5902 -3,2451 -1,0625 Dương 0,7823 0,2007 0,8722 0,3235 I -3,2703 -1,4025 -2,3725 -0,7812 Tổng nội lực -3,1452 (kN.m) -4,3724 (kN.m) 4.3.3. Xác định nội lực do hoạt tải và người đi bộ T ả i trọng thiết k ế dùng cho bản m ặ t cầu và quy tắc x ế p tải Á p dụng quy định của T C N 3.6.1.3.3 (22TCN 272-05): D o nhịp của bản s = 2400 < 46 0 0 m m phải (lược thiết k ế theo các bánh xe của trục 145RN. Xe tải thiết k ế hoặc xe hai bánh thiết k ế phải b ố trí trên chiều ngang sao cho lim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn (TCN 3.6.1.3.1): + 300m m tính từ mép đá vỉa hay lan can: Khi thiết k ế bản m út thừa + 600m in tính từ m ép làn xe thiết kế: Khi thiết k ế các bộ phận khác Do cầu khống có dải phân cách xe thiết k ế có tliể đi vào phần bộ hành Khi xếp xe lên đường ảnh hưởng sao cho gây ra hiệu ứng lực cực hạn cả âm và dương 158 Be rông dải tương đương: áp dụng TC N 4.6.2.1.3. M ỏ m e n dương s w = 660 + 0,55S = 660 4-0,55 X 240 0 = 1980 m m M ô m en âm M' s w = 1220 + 0,25S = 1220 + 0,25 X 2400 = 1820 mm Phần hẫng: s w = 1140 + 0,833X X = 1 0 0 0 - 5 0 0 - 2 0 0 = 300mm ^ S W = 1140 + 0 ,8 3 3 X 2 0 0 = 1 3 8 9 ,9 m m trong đó X - khoảng cách tìr tái trọng đến điểm gối tựa (mm), X = 300 mm s - khoảng cách của trục cấu kiện đỡ S^V - bề rộng dải tương đương p - tải trọng trục xe (N) T à i trọ n ^ hộ ìiành T heo TC N 3.6.1.5 lấy tải trọng người đi bộ 3 X 10 ’ MPa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. 4 3 .3 .1 . N ộ i lực do xe tải HL-93 Do xe tải và xe 2 trục có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang cầu như nhau (ISOOinm) nhimg xe tải HL-93 có trục sau (145 kN) nặng hcm xe 2 trục (110 kN) nên ta chỉ tính nội lực trong bản mặt cầu do xe tải HL-93. V ẽ àư ờ n^ ảnh hưởng và xếp tải 1800 72,5 kN 72,5 kN c ĩír có 'L H ình 4.10: Xếp xe tải thiết kê lẻn dường ánh hưởng Mb 600 1800 600 1800 --- ■■■/ ----------- 72.6 72,5 72.5 ^•fflTĩTĩĩĩĩìỉlỊ|ICi)ilìỉl[ĨỈỈỈÌĨĨÌTTTìTm^. !ll co Ỡ) CD o Ó H ình 4.11: Xép xe ĩảì íìỉiếỉ k ế lên diiờng ảỉìlì lìuàíỉg Mc 159