Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 1 của tài liệu giáo trình Cầu bê tông cốt thép cung cấp cho học viên những nội dung về: khái niệm ban đầu và số liệu thiết kế; cấu tạo cầu bê tông cốt thép thường; cấu tạo cầu dầm bê tông cốt thép thường; tính toán nội lực;... Mời các bạn cùng tham khảo!
gs ts nguyễn viết trung PGs Lê thị bích thủy Giáo iáo trình cầu bê tông cốt thép (Thiết kế theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05) hà nội TP Hồ chÝ MINH 2007 CHƯƠNG KHÁI NIỆM BAN ĐẦU VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.1.1 KHÁI NIỆM Trên đường ô tô đường sắt cắt qua nhiều sông, suối… Để qua cho đường liên tục ta phải xây dựng cơng trình nhân tạo Các cơng trình gồm cơng trình để vượt qua dịng cầu, hầm, cống… Khi cần thiết có thêm cơng trình hướng dịng cơng trình bảo vệ Các cơng trình nhân tạo cơng trình quan trọng làm cho đường liên tục Trên đường tơ, cơng trình vùng đồng chi phí cho cơng trình nhân tạo chiếm gần 10% giá thành xây dựng đường Tại chỗ giao qua núi, giá thành chi phí cho cơng trình nhân tạo lớn Cầu cơng trình nhân tạo phổ biến Cầu cấu tạo gồm nhịp chịu tải trọng xe cộ người (kết cấu thượng tầng), mố trụ (kết cấu hạ tầng) có nhiệm vụ truyền tải trọng từ kết cấu nhịp qua gối xuống đất Chiều dài cầu khoảng cách từ đầu mố bên qua đuôi mố bên Chiều dài cầu: L 100m : cầu loại lớn Ngoài ra, chiều dài nhịp l > 30m xếp vào loại cầu lớn Cầu Bê tông cốt thép (BTCT) tên gọi chung kết cấu nhịp cầu làm bê tông cốt thép thường bê tơng cốt thép dự ứng lực, xây dựng theo công nghệ đúc bê tông chỗ chế tạo sẵn-lắp ghép khác Nhịp L – chiều dài cầu Nhịp dẫn Mố Trụ Hình 1: Nhịp cầu chiều dài cầu 1.1.2 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN 1.1.2.1 Vật liệu: Khi xây dựng cầu BTCT thường dùng vật liệu địa phương: cát, đá, xi măng chủ yếu, phần cốt thép chiếm tỷ lệ nhỏ so với trọng lượng toàn kết cấu thường loại thép tròn với giá rẻ loại thép hay thép hình dùng làm cầu thép Hơn loại cốt thép tròn sản xuất rộng rãi Việt Nam 1.1.2.2 Độ bền, độ cứng: Kết cấu nhịp cầu BTCT có độ cứng lớn, có độ bền đáp ứng yêu cầu khai thác an toàn, thuận tiện Tuổi thọ cầu BTCT cao 1.1.2.3 Hình dáng, hệ thống: Kết cấu nhịp cầu BTCT có hình dáng kiểu kết cấu hợp lý mặt học, (như dạng cầu dầm, cầu khung, cầu vòm, cầu giàn, cầu dây văng, v.v ), thoả mãn yêu cầu thuận tiện khai thác, vẻ đẹp kiến trúc, ví dụ cầu cong mặt bằng, cầu rẽ nhánh (cầu chữ Y) v.v 1.1.2.4 Tính liền khối: Kết cấu nhịp đúc bê tơng chỗ kết cấu nhịp lắp ghép đại đảm bảo tính liền khối vững 1.1.2.5 Trọng lượng thân: Do có trọng lượng thân lớn nên kết cấu nhịp cầu BTCT không vượt qua chiều dài nhịp kỷ lục cầu thép Nhịp cầu vịm BTCT dài giới có L = 360m, nhịp cầu treo thép dài có L > 1990m Tuy nhiên nặng nề mà cầu BTCT bị ảnh hưởng xung kích hoạt tải qua cầu so với cầu thép, tiếng ồn xe qua cầu nhỏ hơn, dao động Do nhiều cầu thành phố làm BTCT 1.1.2.6 Về áp dụng công nghiệp hóa xây dựng, Các cầu BTCT xây dựng theo phương pháp cơng nghiệp hóa, đảm bảo yêu cầu suất, chất lượng, thời gian thi cơng kinh phí hợp lý 1.1.2.7 Chi phí tu bảo dưỡng: Chi phí cầu BTCT thấp, không đáng kể so với chi phí tu cầu thép Vì vùng nơng thơn, miền núi xa xơi, khó khăn tu bảo dưỡng cầu BTCT nên áp dụng ưu tiên cầu thép 1.1.2.8 Vết nứt: Nói chung khó tránh khỏi vết nứt nhỏ cầu BTCT dù BTCT dự ứng lực Các vết nứt nhỏ 0,3mm vùng khí hậu khơng ăn mịn coi chưa ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ kết cấu Để thiên an toàn, Tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam hạn chế độ rộng vết nứt không 0,2mm kết cấu BTCT thường Khi thiết kế thi cơng cần phải tìm biện pháp công nghệ đại hợp lý để giảm nguy xuất mở rộng vết nứt Trong kết cấu BTCT dự ứng lực tồn phần khơng phép xuất vết nứt Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 27205 cho phép áp dụng kết cấu BTCT dự ứng lực phần, nghĩa chấp nhận có ứng suất kéo bê tông số trường hợp định 1.1.2.9 Về công tác sửa chữa, nâng cấp, mở rộng cầu cần thiết So với cầu thép, công việc sửa chữa, nâng cấp mở rộng kết cấu nhịp cầu BTCT có khó khăn phức tạp 1.1.3 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.1.3.1 Sơ lược lịch sử phát triển cầu BTCT Việt nam Có thể chia trình phát triển cầu BTCT Việt Nam thành giai đoạn tương ứng với giai đoạn lịch sử đấu tranh giành độc lập, giữ nước xây dựng đất nước Thời kỳ trước cách mạng tháng Vào thời kỳ này, có nhiều cầu thuộc hệ thống nhịp bản, dầm giản đơn, dầm hẫng, vòm BTCT thường với nhịp 2m đến 20m xây dựng tuyến đường sắt đường Ví dụ tuyến đường sắt Hà Nội - TP.Hồ Chí Minh có khoảng 600 cầu BTCT nhịp từ 8m đến 11m xây dựng từ 1927 - 1932, đến tận dụng sau gia cố sửa chữa nhiều đợt Trên tuyến đường ô tơ Nam cịn nhiều cầu dầm hẫng, cầu vòm chạy thuộc loại khai thác, miền Bắc hầu hết cầu BTCT Pháp xây dựng bị phá hoại bom Mỹ Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8-1945 đến năm 1954 Đây thời kỳ kháng chiến chống Pháp nên cầu BTCT xây dựng Thời kỳ từ 1954 đến 1975 Trong thời kỳ nước ta bị chia làm hai miền phát triển cầu BTCT theo hai hướng khác Ở miền Bắc sau 1954 nhiều cầu BTCT thường thuộc hệ bản, dầm giản đơn, dầm hẫng đúc bê tông chỗ xây dựng Các đề tài ứng dụng BTCT dự ứng lực xây dựng cầu lần trường "Đại học Giao thông" tiến hành năm 1961: Một số cầu giản đơn BTCT dự ứng lực xây dựng cầu Phủ Lỗ, cầu Cửa Tiền, cầu Tràng Thưa, cầu Bía (cầu dầm hẫng có chốt giữa), theo đồ án Việt Nam Các đồ án điển hình cầu mố nhẹ, dầm giản đơn lắp ghép mặt cắt chữ T có dầm ngang khơng có dầm ngang với nhịp - - - - 12 - 15 - 21 m "Viện Thiết kế Giao thông" thiết kế áp dụng rộng rãi tuyến đường ô tô Trong trình 10 năm xây dựng cầu Thăng Long, hệ thống cầu dẫn gồm khoảng 4km cầu đường sắt 2km cầu ô tô dầm BTCT dự ứng lực kéo trước kéo sau xây dựng với công nghệ Liên Xô (cũ) Qua ngành cơng nghiệp xây dựng cầu BTCT dự ứng lực nước ta tiến bước Ở miền Nam số loại đồ án định hình cầu BTCT dự ứng lực theo tiêu chuẩn Mỹ AASHTO sản xuất lắp ghép rộng rãi tuyến đường trục độ nhịp dầm xấp xỉ 12 - 18 - 25m Kết cấu dầm BTCT dự ứng lực kéo trước với loại cáp xoắn sợi, d = 12,7mm Các dầm T lắp ghép theo phương ngang cầu cáp thép dự ứng lực kéo sau loại nói Dạng kết cấu lắp ghép nguyên nhịp dài cần cẩu cỡ 40 - 60 tấn, bánh xích Thời kỳ 1975 đến 1992 Đây thời kỳ đất nước thống chưa có kiện Liên Xơ sụp đổ Mỹ cịn phong toả kinh tế nước ta Ở miền Bắc có trung tâm chế tạo dầm dự ứng lực nhịp đến 33m Hà Nội, Vinh Ở miền Nam việc sản xuất dầm dự ứng lực theo mẫu AASHO cũ Mỹ xưởng dầm Châu Thới gần TP Hồ Chí Minh có thiết kế thi cơng thêm dầm I 33 theo tiêu chuẩn Việt Nam Cầu dầm T thiết kế sửa chữa thành dầm T cải tiến để khắc phục tượng đứt cáp ngang lọai cầu Chúng ta tự thiết kế thi công số cầu khung T-dầm đeo thuộc hệ tĩnh định có nhịp dài xấp xỉ 60 - 70m (cầu Rào, cầu Niệm, cầu An Dương v.v ) với cốt thép dự ứng lực dạng bó 24 sợi ∅ 5mm Thời kỳ 1992 đến Đây thời kỳ mà quan hệ đối ngoại rộng mở công nghệ tiên tiến giới chuyển giao vào nước ta Các dự án lớn cải tạo quốc lộ 1, dự án cầu Phú Lương (hệ khung liên tục), cầu Bình, cầu Gianh, cầu Nơng Tiến v.v Miền Bắc, cầu Nguyễn Tri Phương, cầu Chánh Hưng, cầu Bình Lợi, cầu Tơ Châu… TP Hồ Chí Minh khu vực phía Nam khởi cơng hồn thành với cơng nghệ đúc hẫng đại Đến đầu năm 2006 có khoảng 50 cầu thuộc hệ thống nhịp liên tục đúc hẫng thành công Công nghệ đúc đẩy áp dụng thi công cầu Mẹt (Bắc Giang), Hiền Lương, Quán-Hầu, Sảo-Phong, Hà-Nha Công nghệ đúc đà giáo di động áp dụng thành cơng cho cầu Thanh-Trì (Hà nội), cầu Bãi Cháy (Quảng ninh) Công nghệ đúc hẫng dầm cứng cầu dây văng-dầm cứng BTCT áp dụng thành công cầu Mỹ thuận Công nghệ lắp hẫng cầu dây văng-dầm cứng BTCT áp dụng thành cơng cầu Kiền (Hải-Phịng) 1.1.3.2 Phương hướng phát triển Về mặt Phương pháp tính tốn, Tiêu chuẩn thiết kế Tiêu chuẩn thi công, nghiệm thu Phương pháp tính tốn cầu theo Trạng thái giới hạn áp dụng nước ta từ năm 1979 dựa theo Phương pháp tính tốn Liên xơ cũ Ngày phương pháp tính tốn có xét đến tính phi tuyến vật liệu, phi tuyến hình học kết cấu đặc biệt, dùng vật liệu đặc biệt phát triển Việc sử dụng máy tính chương trình phân tích Phần tử hữu hạn trở nên phổ biến Quy trình 22TCN 18-79, thường gọi tắt Quy trình 1979 để thiết kế cầu Bộ Giao thông ban hành năm 1979 dựa vào nội dung Quy trình năm 1962, 1967 Liên Xơ (cũ) Quy trình cầu đường sắt 1958 Trung Quốc Nội dung Quy trình 1979 so với điều kiện nước ta có nhiều chỗ cần phải sửa đổi nhiều Tháng năm 2005, Bộ GTVT ban hành thức Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 cầu đường để thay cho Quy trình 22TCN 18-79 Đây Tiêu chuẩn đại, đạt trình độ quốc tế cao, biên soạn dựa nội dung Tiêu chuẩn AASHTO - LRFD năm 1998 chỉnh sửa để xét điều kiện tự nhiên Việt nam Vì góp phần đẩy nhanh trình hội nhập kinh tế Việt nam với nước ASEAN khu vưc Trong Giáo trình trình bầy nội dung Tiêu chuẩn Mặt khác thiết kế cầu đường sắt, chưa có Tiêu chuẩn nên áp dụng Tiêu chuẩn cũ 22TCN 18-79 Đối với dự án cầu lớn, ví dụ cầu dây văng, cầu có nhịp dài 150 m, cần phải tham khảo thêm Tiêu chuẩn nước Mỹ, Nhật, Austrailia , Pháp, Trung Quốc, v.v Tiêu chuẩn hành thi công nghiệm thu cầu cống Tiêu chuẩn 22TCN 256-2000 Bộ GTVT ban hành năm 2001, có phần chưa theo kịp mức độ đại Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05, vậy, dự án cầu cụ thể, cần biên soạn khung Tiêu chuẩn riêng dự án nhằm làm tiêu chí cho cơng tác thi cơng nghiệm thu cho cơng trình Về mặt cơng nghệ đại Nói chung xu hướng áp dụng công nghệ đại giới vào điều kiện Việt Nam thông qua việc chuyển giao công nghệ với dự án có vốn nước ngồi Có thể liệt kê số hướng sau: - Đồng thời phát triển công nghệ đúc bê tông chỗ công nghệ chế tạo sẵn-lắp ghép (đúc đẩy, đúc hẫng, đúc đà giáo di động, lắp hẫng, lắp đà giáo di động, v.v ) - Phát triển áp dụng kết cấu BTCT dự ứng lực cho đủ dạng kết cấu từ nhịp dài từ 12m trở lên (các công nghệ dự ứng lực trong, dự ứng lực kết hợp hai) loại dầm rỗng, đặc, dầm I, dầm T, dầm Super-T, dầm hộp - Phát triển áp dụng vật liệu cốt thép cường độ cao, bê tông cường độ cao (cấp BT đến 60-80 MPa), bê tơng tính cao (BT chống ăn mòn, BT tự đầm, BT chảy), BT polyme, BT pha cốt sợi thép cốt sợi polyme phân tán Vật liệu chất dẻo pha sợi carbon bó sợi carbon nghiên cứu áp dụng bước đầu - Phát triển dạng kết cấu nhịp phức tạp đáp ứng yêu cầu khai thác thuận tiện vẻ đẹp kiến trúc cầu cong, cầu dây văng-dầm cứng BTCT, cầu liên tục, cầu Extradosed, v.v Các kết cấu liên hợp mặt vật liệu cầu vịm ống thép nhồi bê tơng, cầu giàn thép-mặt BTCT,v.v, phát triển áp dụng 1.2 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN VÀ PHÂN LOẠI CƠNG TRÌNH 1.2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN Các tham số kích thước cơng trình cầu nói chung bao gồm: - Các cao độ mặt đất thiên nhiên, cao độ mực nước tần suất thiết kế, mực nước lũ cao nhất, mực nước kiệt, mực nước thông thuyền tính tốn, thể vẽ mặt cắt ngang sông qua tim dọc cầu - Các cao độ mặt xe chạy cầu, bán kính đường cong đứng, thể vẽ trắc dọc cơng trình cầu (bao gồm phần cầu chính, phần cầu dẫn đường dẫn vào cầu phạm vi dự án) - Các kích thước mặt phận kết cấu nhịp cầu phải thể vẽ bố trí chung mặt - Các kích thước mặt cắt ngang đại diện kết cấu nhịp bề rộng phần xe chạy, vỉa hè, lan can, rào chắn, mặt cắt ngang kết cấu chịu lực dầm I, dầm T, dầm hộp,v.v, phải thể mặt cắt ngang kết cấu nhịp cầu Các kích thước cần đảm bảo thỏa mãn yêu cầu khổ giới hạn thơng xe an tồn thuận tiện, u cầu chịu lực, v,v, 1.2.2 PHÂN LOẠI CƠNG TRÌNH CẦU Các cầu BTCT phân loại theo tiêu chí khác Sau số phân loại thơng dụng: 1.2.2.1 Phân loại theo vị trí cầu: Tuỳ theo loại chướng ngại cần phải vượt qua mà gọi là: - Cầu qua sơng, suối - Cầu vượt đường - Cầu cạn, cầu dẫn - Cầu có trụ cao để vượt qua thung lũng, hẻm núi 1.2.2.2 Phân loại theo tải trọng qua cầu: - Cầu đường ô tô - Cầu đường sắt - Cầu thành phố - Cầu - Cầu chung đường sắt-đường ô tô - Cầu máng dẫn nước - Cầu dành cho đường ống dẫn nước, hay dẫn dầu, dẫn khí đốt 1.2.2.3 Phân loại theo cao độ tương đối bề mặt xe chạy: - Cầu chạy - Cầu chạy - Cầu chạy 1.2.2.4 Phân loại theo sơ đồ tĩnh học giai đoạn khai thác kết cấu chịu lực chính: - Cầu dầm: dầm giản đơn, dầm liên tục, dầm hẫng (hình 1) Hình 1: Các sơ đồ tĩnh học dầm giản đơn, dầm liên tục, dầm hẫng có dầm đeo biểu đồ M tương ứng tĩnh tải - Cầu khung: khung T có dầm đeo, khung T có chốt, khung T liên tục nhiều nhịp, khung chân xiên khung kiểu cống v.v (hình 2) - Cầu vịm (hình 3) - Cầu dàn - Cầu có kết cấu liên hợp: + Cầu dầm - vòm + Cầu dàn - vòm + Cầu dầm - dây (cầu treo dây xiên - dầm cứng BTCT) (hình 4) 1.2.2.5 Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang kết cấu chịu lực chính: - Kết cấu nhịp - Kết cấu nhịp có sườn - Kết cấu nhịp mặt cắt hình hộp 1.2.2.6 Phân loại theo phương pháp thi công kết cấu nhịp: - Với nhịp nhỏ trung bình (L < 25m với cầu nhịp Lcầu < 100m với cầu nhiều nhịp) + Cầu đúc chỗ + Cầu lắp ghép toàn nhịp + Cầu nửa lắp ghép (phần sườn dầm lắp ghép, phần đúc chỗ) Hình 2: Một số sơ đồ cầu khung a) Cầu khung liên tục, b) Khung T: dầm đeo; c,d,e,g) Một số dạng mặt cắt ngang nhịp Hình 3: Một số sơ đồ cầu vòm Cột vòm Vòm Phần xe chạy Thanh treo Vịm cứng Dầm mềm Vòm mềm Dầm cứng a) Thanh treo xiên b) Cầu vòm chạy c) Vòm cứng - dầm mềm d) Vòm mềm - dầm cứng e) Cầu vịm chạy có treo xiên Hình 4: Một số sơ đồ cầu dây xiên - dầm cứng Dây xiên; Cột tháp; Dầm cứng; Dầm ngang khung cột tháp để giữ dầm cứng - Với cầu BTCT có nhịp lớn: + Cầu đúc chỗ đà giáo cố định + Cầu đúc chỗ với đà giáo di động + Cầu thi công theo phương pháp hẫng + Cầu thi công theo phương pháp đẩy + Cầu thi công theo phương pháp đặc biệt (quay chở nổi) 1.2.3 PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA KẾT CẤU NHỊP BÊ TÔNG CỐT THÉP Trong cầu BTCT đường sắt thường áp dụng loại dầm giản đơn có nhịp dài L = -33m Nếu muốn vượt nhịp dài nên dùng dầm thép Trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh cịn số cầu vịm cũ BTCT xây dựng từ năm 1930 Thông thường cầu phạm vi ga, phạm vi khu dân cư, thành phố, cầu đoạn tuyến đường sắt cong nên dùng kết cấu nhịp BTCT Trong cầu BTCT đường ô tô, thường dùng nhiều dầm giản đơn nhịp - 33m, đặc biệt đến 42m-50m Nếu nhịp lớn thường dùng sơ đồ kết cấu nhịp siêu tĩnh dầm liên tục, dầm hẫng, cầu khung BTCT dự ứnglực, cầu vòm Nói chung thường chọn loại kết cấu sau: - Dạng cầu giản đơn BTCT thường: Các nhịp từ - 6m cầu ô tô Các nhịp từ - 3m cầu đường sắt - Dạng cầu đường giản đơn BTCT thường: Các nhịp từ - 24m cầu ô tô Các nhịp từ - 15m cầu đường sắt - Dạng cầu giản đơn BTCT dự ứng lực: Các nhịp từ 12 đến 42m cầu ô tô Các nhịp từ 12 đến 30m cầu đường sắt - Dạng cầu dầm liên tục cầu khung BTCT dự ứng lực: Các nhịp từ 33m đến 200m cầu tơ, áp dụng cho cầu đường sắt - Dạng cầu vịm BTCT thường: trước có dùng cho cầu nhịp 15 đến 70m Việt Nam Trên giới có cầu vịm BTCT nhịp đến 360m cho đường ô tô Trung Quốc xây dựng cầu vịm ống thép nhồi bê tơng với nhịp xấp xỉ 500m Ngày nước ta xây dựng cầu vịm khó cơng nghiệp hố xây dựng thường áp dụng có yêu cầu đặc biệt kiến trúc Cầu vòm BTCT nước ta cầu dẫn Dự án cầu Bãi Cháy (tỉnh Quảng-Ninh) có nhịp vịm 65m, xây dựng xong cuối năm 2006 - Dạng cầu treo dây xiên - dầm cứng BTCT có ưu điểm hình dáng đẹp, vượt nhịp dài, đến 400m nữa, thường xây dựng theo yêu cầu đặc biệt - Dạng cầu giàn BTCT dự ứng lực xây dựng nhiều đường sắt Liên Xô cũ, không phổ biến nước khác Việt Nam cấu tạo phức tạp, khó thi cơng khơng ưu việt cầu giàn thép 1.3 CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1.3.1 MẶT CẮT DỌC CẦU Mặt cắt dọc cầu thể vẽ bố trí chung trắc dọc cầu Trên nêu rõ kích thước bản, điều kiện lỗ khoan địa chất, mức nước quan trọng, hình dáng sơ đồ tổng thể cơng trình cầu 1.3.2 MẶT CẮT ĐỊA CHẤT Việc khảo sát tầng phủ, bao gồm cơng tác khoan thí nghiệm đất phải đảm bảo cung cấp thơng tin thích hợp đầy đủ cho thiết kế kết cấu phần Loại hình giá thành móng phải xem xét nghiên cứu kinh tế mỹ quan định vị chọn phương án cầu Phải lập đồ cầu đồ địa hình ảnh Nghiên cứu bao gồm lịch sử vị trí trình di chuyển khối đất, xói lở đất đá uốn khúc sông 1.3.3 CÁC SỐ LIỆU THỦY VĂN 1.3.3.1 Tổng quát Các nghiên cứu thuỷ văn thuỷ lực đánh giá vị trí vượt sơng phải hồn thành phần thiết kế sơ Chi tiết nghiên cứu cần tương xứng với tầm quan trọng rủi ro liên quan kết cấu Các kết cấu tạm cho Nhà thầu dùng phục vụ giao thơng q trình xây dựng phải thiết kế có xét đến an tồn người qua lại chủ sở hữu liên đới, giảm thiểu tác động lên tài nguyên thiên nhiên vùng ngập lũ Chủ đầu tư cho phép sửa lại yêu cầu thiết kế phù hợp với thời gian phục vụ định rủi ro lũ kết cấu tạm Hồ sơ hợp đồng kết cấu phụ phải mô tả trách nhiệm rủi ro tương ứng thừa nhận Chủ đầu tư Nhà thầu Khi đánh giá phương án cầu phải xét đến ổn định dòng chảy, nước dềnh, phân bố dòng chảy, tốc độ chảy, khả xói lở, rủi ro lũ, động lực triều (nếu có) 1.3.3.2 Số liệu trường Kế hoạch thu thập số liệu cụ thể trường phải bao gồm xem xét về: Thu thập số liệu khảo sát hàng khơng mặt đất với cự ly thích hợp thượng lưu hạ lưu cầu cho dòng chủ bãi sông − M gèi = −0.8 M 0+ 3.2.4.3 Lực cắt ngàm Lực cắt xác định theo nguyên lý học thông thường Điểm cần lưu ý đặt tải theo phương ngang cầu để tạo hiệu ứng bất lợi cần thoả mãn qui định vị trí tải trọng tới mép đá vỉa mép xe thiết kế Công thức tính tốn lực cắt: [ Q = η γ p1 DC1 Ω QD + γ p DW Ω QD + mγ n ∑ ( LL + IM ) Ω QP + mγ p ∑ LLl Ω QL ] c om đó: γ p1 - hệ số tải trọng tĩnh tải thân kết cấu γ p1 =1.25 an m - hệ số chất tải co γ n - hệ số tải trọng hoạt tải γ n =1.75 ng γ p - hệ số tải trọng tĩnh tải thân kết cấu γ p =1.5 th Ω QD - diện tích phần đường ảnh hưởng lực cắt tác dụng tĩnh tải ng Ω QP - diện tích phần đường ảnh hưởng lực cắt tác dụng bánh xe tải thiết kế du o Ω QL - diện tích phần đường ảnh hưởng lực cắt tác dụng tải trọng thiết kế u LLl - cường độ tải trọng theo phương ngang cầu (9.3/3) KN /m cu Các tham số khác trình bày phần 3.2.4.3 Tính tốn mặt cầu đầu nhịp Các mặt cầu đầu nhịp khơng có nâng đỡ dầm ngang nên phạm vi ảnh hưởng tải trọng bánh xe bị thu hẹp dẫn đến chiều rộng dải tương đương giảm Chiều rộng dải tương đương lấy theo dẫn mục 4.6.2.1.4c mơ tả Hình 3-30 : Bản đầu nhịp 53 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt hình 3-30 tính theo cơng thức: Eb = a + E / 3.2.4.4 Tính tốn mặt cầu có chiều dài làm việc theo phương dọc cầu Căn tính tốn qui định điều 6.2.1.2 : Đối với cầu bê tông cốt thép có nhịp lớn 4600 mm có hướng nhịp tính tốn song song với hướng xe chạy, phải áp dụng điều 4.6.2.3 + Khi xếp tải xe: E = 250 + 0.42 L1W1 (4.6.2.3-1) co ng + Khi xếp tải nhiều xe: c om Chiều rộng dải tương đương tính tốn sau: W Nt (4.6.2.3-2) an E = 2100 + 0.12 L1W1 ≤ th đó: du o Nt - số xe thiết kế ng W - chiều rộng cầu ( mép tới mép) L1 - chiều dài nhịp qui ước, lấy trị số nhỏ chiều dài nhịp tính tốn 18 000 u mm mm cu W1 - chiều rộng qui ước cầu, lấy trị số nhỏ chiều rộng thực tế cầu (W) 000 Đối với dải biên (khi cầu khơng có lề người hay có lề người khơng có gờ chắn bánh xe phía trong), chiều rộng dải tương đương xét dẫn điều 4.6.2.1.4b E b = chiỊu réng gê ch¾n + 300 + E/2 ≤ 1800 mm 54 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DẦM 3.3.1 NỘI LỰC TRONG DẦM CHÍNH Nội lực dầm chủ nhịp đơn giản tính tốn có xét phân bố ngang tải trọng cho dầm chủ Ngồi cịn phải xét đến qui định Tiêu chuẩn thiết kế tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn tổ hợp tải trọng tính tốn, hệ số xe, hệ số xung kích, hệ số tải trọng Các mặt cắt chọn để tính tốn nội lực thường vị trí: L/2 (giữa nhịp), L/3, L/4 ,và mặt cắt gối Tương ứng với mặt cắt phải vẽ đường ảnh hưởng mô men uốn, lực cắt xếp hoạt tải tĩnh tải lên để tính mô men hay lực cắt tương ứng S = n K (1 + µ) β ∑ Pi yi S - Mơ men hay lực cắt cần tính tốn ng Trong đó: c om Cơng thức tổng qt tính nội lực loại hoạt tải gây mặt cắt dầm chủ là: co n - Hệ số tải trọng an K - Hệ số phân bố ngang hoạt tải xét dầm xét th + µ - Hệ số xung kích riêng hoạt tải ôtô ng β - Hệ số xe S=n.g.F u du o Cơng thức tổng qt tính nội lực loại tĩnh tải gây mặt cắt dầm chủ là: cu Trong đó: g - Tĩnh tải rải xét n - Hệ số tải trọng tĩnh tải xét Mỗi loại tĩnh tải loại hoạt tải phải tính tốn riêng rẽ, sau tuỳ theo nội dung tổ hợp tải trọng cần xét bao gồm loại tải trọng mà xét cộng tác dụng chúng lại Vấn đề tính tốn mơ men xoắn dầm chủ trình bày tài liệu chun đề riêng, khơng giới thiệu giáo trình 3.3.2 TÍNH TỐN DẦM NGANG 3.3.2.1 Giả thuyết tính tốn 55 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Dầm ngang chịu lực phức tạp Mối nối dầm dọc dầm ngang có tính ngàm chặt, tính chất cịn phụ thuộc vào độ cứng chống xoắn dầm dọc Dầm ngang làm việc dầm hai đầu ngàm chịu uốn tác dụng lực thẳng đứng - Để tính dầm ngang ta xác định lực từ mặt cầu truyền xuống - độ tính tốn dầm ngang khoảng cách tim hai dầm dọc 3.3.2.2 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang A/-.Xác định phản lực từ mặt cầu truyền xuống dầm ngang .c om a Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu: Để thiên an toàn ta giả thiết dầm ngang chịu tĩnh tải mặt cầu lớp phủ mặt cầu khoang dầm ngang (khoảng cách hai dầm ngang L1 = 4,5 m) ng DCbản = 2,4.0,3.4,5 = 3,24 T/m an => DW=2,3.0,1.4,5 =1,035T/m co Lớp phủ lấy trung bình = 10 cm có γ = 2,3 T/m3 th Tĩnh tải thân dầm ngang: DCd = Ad.γ = 1.0,3.2,4 =0,72T/m ng b.Phản lực truyền xuống dầm ngang hoạt tải: du o Vẽ đường ảnh hưởng phản lực truyền xuống dầm ngang: 145/2 cu u 35/2 xe truck 145/2 xe tandem 110/2 110/2 T¶i trọng 0,73 0,04 Đờng ảnh hởng phản lực lên dầm ngang + Phn lc ti trng ln :Rlàn = 9,3/9,81.ω =9,3/9,81.4,5 = 4,266T + Phản lực dãy bánh xe tải thiết kế : RK = 145.( + ,04 ) + 35.0 ,04 = ,757T 2.9 ,81 56 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt + Phản lực dãy bánh xe trục thiết kế : Rm = 110.( + ,73 ) = ,7T 2.9 ,81 B/- Xác định nội lực dầm ngang Dầm ngang coi dầm hai đầu ngàm,vẽ đường ảnh hưởng nội lực dầm ta xác định mô men lực cắt dầm .c om a Đối với mặt cắt nhịp T ¶i träng xe R R R R ng co 0,94 T ¶i träng an Đ ờng ảnh hởng m ô m en m ặt cắt nhịp dầm ngang + Mụ men tĩnh tải: MDW = 1,035.2,475 = 2,562 T.m du o - Lớp phủ: ng th + Diện tích đường ảnh hưởng :ω = 2,475 - Bản mặt cầu : MDCb = 3,24.2,475 = 8,019 T.m cu u - Dầm ngang : MDCd = 0,72.2,475 = 1,782 T.m + Mô men hoạt tải: - Xe tải : tung độ đường ảnh hưởng bánh xe: y1 = 0,13 ; y2 = 0,69 ; y3 = 0,69 ; y4 = 0,13 Mk = Rk.Σyi = 7,757.(0,13+0,69).2 = 12,72T.m - Xe trục : tung độ đường ảnh hưởng bánh xe: y1 = 0,13 ; y2 = 0,69 ; y3 = 0,69 ; y4 = 0,13 Mm = 9,7.2.(0,13+0,69) = 15,9 T.m 57 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Tải trọng : tung độ đường ảnh hưởng mép làn: y1 = 0,03 ; y2 = 0,77 ; y3 = 0,94 ; y4 = 0,06 => M L = R1 ∑y i = ,266 ,03 + ,77 + ,94 + ,06 = ,839T m Tổ hợp mô men mặt cắt nhịp theo trạng thái giới hạn cường độ I: Mgữa= 1,75.(LL+IM)+1,5DW+1,25DC c om Mgữa= 87,12T.m b.Đối với mặt cắt ngàm: ng Tính mơ men: T¶i träng xe R R co R 0,94 ng th 1,107 an Tải trọng R du o Đờng ảnh hởng mô men mặt cắt ngàm + Din tớch đường ảnh hưởng :ω = 4,5562m2 cu u + Mô men tĩnh tải: - Lớp phủ: MDW = 1,035.4,5562 = 4,72 T.m - Bản mặt cầu : MDCb = 3,24.4,5562 = 14,76 T.m - Dầm ngang : MDCd = 0,72.4,5562 = 3,28 T.m + Mô men hoạt tải: - Xe tải : tung độ đường ảnh hưởng bánh xe: y1 = 0,88 ; y2 = 1,02 ; y3 = 0,76 ; y4 = 0,21 Mk = Rk.Σyi = 7,757.(0,88+1,02+,076+0,21) = 22,26T.m 58 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Xe trục : tung độ đường ảnh hưởng bánh xe: y1 = 0,88 ; y2 = 1,02 ; y3 = 0,76 ; y4 = 0,21 Mm = 9,7.(0,88+1,02+,076+0,21) = 27,84 T.m - Tải trọng : tung độ đường ảnh hưởng mép làn: y1 = 0,24 ; y2 = 0,99 ; y3 = 0,76 ; y4 = 0,21 ∑y i = ,266 ,24 + ,99 + ,76 + ,21 = ,69T m , c om => M L = R1 Tổ hợp mô men mặt cắt nhịp theo trạng thái giới hạn cường độ I: ng Mngàm= 1,75.(LL+IM)+1,5DW+1,25DC co Mngàm= 149,5 T.m an Tính lực cắt: R th T¶i träng xe R R R 0,5 0,74 0,925 0,26 0,0753 Đờng ảnh hởng lực cắt mặt cắt ngàm cu u du o ng Tải trọng + Din tớch ng nh hưởng :ω = 3,75m2 + Lực cắt tĩnh tải: - Lớp phủ: QDW = 1,035.3,75 = 3,88 T - Bản mặt cầu : QDCb = 3,24.3,75 = 14,76 T - Dầm ngang : QDCd = 0,72.3,75 = 2,7 T + Lực cắt hoạt tải: - Xe tải : tung độ đường ảnh hưởng bánh xe: 59 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt y1 = 0,98 ; y2 = 0,79 ; y3 = 0,4 ; y4 = 0,09 Qk = Rk.Σyi = 7,757.(0,98+0,79+0,4+0,09) = 17,53T - Xe trục : tung độ đường ảnh hưởng bánh xe: y1 = 0,98 ; y2 = 0,79 ; y3 = 0,4 ; y4 = 0,09 Qm = 9,7.(0,98+0,79+0,4+0,09) = 21,92 T - Tải trọng : tung độ đường ảnh hưởng mép làn: ∑y i = ,266 ,98 + ,58 + ,5 + ,01 = ,42T ng => M L = R1 c om y1 = 0,98 ; y2 = 0,58 ; y3 = 0,5 ; y4 = 0,01 Qgữa= 1,75.(LL+IM)+1,5DW+1,25DC an Qgữa= 123,6 T co Tổ hợp lực cắt mặt cắt nhịp theo trạng thái giới hạn cường độ I: th 3.3.2.3 Bố trí cốt thép kiểm toán dầm ngang ng - Sau nêu ví dụ tính tốn cho tiết diện gối nhịp du o - Chọn 10 thép Φ 24 để bố trí thớ u - Chọn 10 thép Φ 20 để bố trí thớ cu - Cốt thép CT5 có fy = 4000Kg/cm2 - Mác bê tơng M400, có fc’ = 400Kg/cm2 - Chọn lớp bê tơng bảo vệ phía :50mm - Chọn lớp bê tơng bảo vệ phía :50mm A/- Xét mặt cắt nhịp a Kiểm toán mặt cắt theo điều kiện mô men kháng uốn + M=87,12Tm 60 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt + Chọn 10 thép Φ 20 để bố trí mặt cắt này=>AS = 31,4cm2 + Chọn 10 thép Φ 24 để bố trí vùng nén =>AS’ = 45,2cm2 Bố trí cốt thép nhằm thoả mãn kiểm tốn mơ men âm mặt cắt ngàm As f y − As′ f y′ 0,85 f c′ β b w = −2 ,12 cm Trong : diện tích cốt thép thường chịu kéo (mm2) A's = diện tích cốt thép thường chịu nén (mm2) ng As = c om c= co fy = 4000Kg/cm2 = giới hạn chảy cốt thép chịu kéo an fy′ = 4000Kg/cm2 = giới hạn chảy cốt thép chịu nén th c khoảng cách từ trục trung hoà đến mép chịu nén ng β1 hệ số qui đổi hình khối ứng suất theo điều 5.7.2.2 ta có du o β1 = 0,85-0,05.(40-28)/7 = 0,764 => c = -2,12 cm cu u + Mô men kháng uốn danh định mặt cắt Trong : a a M n = As f y ( d s − ) − As' f y' ( d s' − ) 2 dS : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo dS = 100-10 = 90cm dS’ : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén dS’ =100 - 90 =10cm a =β1 c =-1,625cm = chiều dày khối ứng suất tương đương 61 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các kí hiệu khác tương tự Vậy Mn = 94,5 T.m + Mô men kháng uốn thực tế mặt cắt : M = φxMn =94,5T.m φ : hệ số sức kháng :φ = Vậy M = 94,5 >87,12 T.m => Đạt .c om b Kiểm toán mặt cắt theo giới hạn cốt thép b.1.Lượng cốt thép tối đa: de ≤ 0,42 th A ps f ps d p + A s f y d s (5.7.3.3.1-2) A ps f ps + A s f y ng de = du o Ở : khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà (mm) cu c= -2,12cm u c = (5.7.3.3.1-1) an Trong : co c ng Hàm lượng thép dự ứng lực thép không dự ứng lực tối đa phải giới hạn cho : de = khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo cốt thép chịu kéo (mm) de = ds = 90cm Vậy ta có c/de = -0,0235 Thoả mãn b.2 Lượng cốt thép tối thiểu Đối với cấu kiện khơng có thép dự ứng lực lượng cốt thép tối thiểu quy định coi thoả mãn nếu: 62 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Pmin ≥ 0,03 fc′ fy (5.7.3.3.2-1) đó: Pmin = tỷ lệ thép chịu kéo diện tích nguyên = cường độ quy định bê tông (MPa) fy = cường độ chảy dẻo thép chịu kéo (MPa) Pmin = c om fc′ As 31,4 = = ,0105 Ag 30.100 =0,03 40 = ,003 400 co fc′ fy fc′ fy => Thoả mãn an Vậy Pmin >0,03 ng 0,03 th B/- Xét mặt cắt ngàm du o +M=-149,5Tm ng a Kiểm tốn mặt cắt theo điều kiện mơ men kháng uốn + Chọn 10 thép Φ 24 để bố trí mặt cắt này=>AS = 45,2cm2 cu u + Chọn 10 thép Φ 20 để bố trí vùng nén =>AS’ = 31,4cm2 As f y − As′ f y′ c= = ,12 0,85 f c′ β b w + Mô men kháng uốn danh định mặt cắt a a M n = As f y ( d s − ) − As' f y' ( d s' − ) 2 Trong : dS : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo dS = 100-10 = 90cm 63 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dS’ : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén dS’ =100 - 90 =10cm a =β1 c =1,625cm = chiều dày khối ứng suất tương đương Các kí hiệu khác tương tự Vậy Mn = 150 T.m + Mô men kháng uốn thực tế mặt cắt : c om M = φxMn =150T.m φ : hệ số sức kháng :φ = co b Kiểm toán mặt cắt theo giới hạn cốt thép ng Vậy M = 150 >149,5 T.m => Đạt an b.1.Lượng cốt thép tối đa: c c = cu u du o : : ≤ 0,42 (5.7.3.3.1-1) ng de th Hàm lượng thép dự ứng lực thép không dự ứng lực tối đa phải giới hạn cho : de = A ps f ps d p + A s f y d s (5.7.3.3.1-2) A ps f ps + A s f y khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà (mm) c= 2,12cm de = khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo cốt thép chịu kéo (mm) de = ds = 90cm Vậy ta có c/de = 0,0235 Thoả mãn 64 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b.2 Lượng cốt thép tối thiểu Đối với cấu kiện khơng có thép dự ứng lực lượng cốt thép tối thiểu quy định coi thoả mãn nếu: Pmin ≥ 0,03 fc′ fy (5.7.3.3.2-1) đó: tỷ lệ thép chịu kéo diện tích nguyên c om Pmin = = cường độ quy định bê tông (MPa) fy = cường độ chảy dẻo thép chịu kéo (MPa) As 45 ,2 = = ,015 Ag 30.100 co Pmin = ng fc′ fc′ fy =0,03 40 = ,003 400 => Thoả mãn ng Vậy Pmin >0,03 fc′ fy th an 0,03 du o c Kiểm toán mặt cắt theo điều kiện kháng cắt u Kiểm tốn theo cơng thức: Vu ≤ φ.Vn cu Trong : Vu :lực cắt tính tốnVu = 123,6T φ :hệ số sức kháng cắt lấy theo bảng 5.5.4.2-1;φ = 0,9 Vn :sức kháng cắt danh định tính theo điều 5.8.3.3 Sức kháng cắt danh định Vn phải xác định trị số nhỏ : : Vn = Vc + Vs + Vp (5.8.3.3-1) Vn = 0,25 fc′ bv dv+ Vp (5.8.3.3-2) Vc = 0,083 β f c′ bv dv (5.8.3.3-3) 65 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vs = Av f y d v (cotgθ + cotgα )sinα s (5.8.3.3-4) : = bề rộng bụng hữu hiệu lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv xác định Điều 5.8.2.7 (mm) dv = chiều cao chịu cắt hữu hiệu xác định Điều 5.8.2.7 (mm) s = cự ly cốt thép đai (mm) β = hệ số khả bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo quy định điều 5.8.3.4 θ = góc nghiêng ứng suất nén chéo xác định Điều 5.8.3.4 (độ) α = góc nghiêng cốt thép ngang trục dọc (độ) Av = diện tích cốt thép chịu cắt cự ly s (mm2) Vp = thành phần lực dự ứng lực hữu hiệu hướng lực cắt tác dụng, dương ngược chiều lực cắt (N) th an co ng c om bv = chiều cao chịu cắt hữu hiệu, lấy cự ly đo thẳng góc với trục trung hồ hợp lực kéo lực nén uốn, khơng cần lấy trị số lớn 0,9 de 0.72h (mm) cu u + dv du o + Có bv = 300 mm ng Vì khơng bố trí cốt thép dự ứng lực nên ta bỏ qua thành phần VP Chọn dv max từ giá trị sau: 0,9.de = 0,9.(1000-100) =810mm 0,72.h = 0,72.1000 =720 mm 1000 -100 -100 = 800 mm Vậy dv = 810 mm Ta có Vn xác định theo 5.8.3.3-3 là: Vn1 = 0,25 fc′ bv dv = 0,25.40.300.810= 2430000N =243T + Xác định β θ 66 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phương pháp chung Đối với mặt cắt có cốt thép ngang, giá trị β θ phải lấy theo quy định Hình Bảng 1, cịn với mặt cắt khơng có cốt thép ngang lấy theo quy định Hình Bảng Khi dùng bảng hình : ứng suất cắt bê tông phải xác định theo : Vu (5.8.3.4.2-1) ϕbv d v c om v= ng ứng biến cốt thép phía chịu kéo uốn cấu kiện phải xác định theo : Mu + ,5Vu cot θ dv εx = ≤ ,002 (5.8.3.4.2-2) E s As an ε x = ,000205 co v = 0,56 Mpa => v/fc’ = 0,1412 ng th Tra biểu đồ ta có : θ = 28,8o ; β =2,45 s α =0 ; θ = 28,8o ; dv = 810mm; fy = 4000Kg/cm2 Chọn bước cốt đai s = 200mm => AV = 31,4+45,2 = 76,6cm2 cu - Av f y d v (cotgθ + cotgα )sinα u Vs = du o Vc = ,083.2 ,45 40 300.810 = 312521,9 N = 31,25T => VS = 2257,7T => Vn2 = Vc + VS = 2288,95 T Vậy Vn = (Vn1,Vn2) = 243T => Vr = 0,9.243 = 218,7T >143,6T => Đạt sức kháng cắt 67 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... kÕt 90, L = 300 10 5 90 10 5 du o 300 50 15 0 200 13 0 a u cèt thÐp trªn mè N1 *- 13 50 250 250 15 0 8N 1- 13 N 3- 13 -2 50 N 2- 13 -2 50 27 12 3 50 50 600 50 250 50 200 50 13 0. 311 9.7 N2 *- 13 -2 50 600 50 cèt... nước (m) 10 1, 09 20 1, 14 30 1, 17 40 1, 20 50 1, 21 Khu vực có rừng hay có nhà cửa với cối, nhà cao tối đa khoảng 10 m 1, 00 1, 06 1, 10 1, 13 1, 16 Khu vực có nhà cửa với đa số nhà cao 10 m 0, 81 0,89 0,94... Cường 1, 00 0,5/ γTG γSE γ p 1, 75 1, 00 độ I 1. 20 Cường 1, 00 1, 40 1, 00 0,5/ γTG γSE γp độ II 1. 20 23 Cường độ III Đặc biệt Sử dụng γp 1, 35 1, 00 0.4 γp 1. 0 0,50 1, 00 - 1, 00 1, 00 0,30 1, 0 - 1, 00 1, 0 -