Trình tự cầu chữ I theo tiêu chuẩn mới 22tcn 272-05

Trình tự cầu chữ I theo tiêu chuẩn mới 22tcn 272-05

trình tự tính dầm btct dưl dạng chữ i theo tiêu chuẩn mới 22tcn 272-05

Dầm BTCT DƯL kéo sau mặt cắt dạng chữ I là một kết cấu dầm giản đơn đã và đang được dùng rất phổ biến trên thế giới cũng như trong nước ta hiện nay Ưu điểm của dạng dầm này là thi công đơn giản, là một giải pháp tốt đối với các dạng cầu trên đường cong hay cầu chéo Ngoài ra kết cấu dầm này có thể liên tục hoá bằng bản mặt cầu một cách đơn giản

Hà Nội, tháng 12 năm 2005

I trình tự tính toán

Số liệu

đầu

Xử

lý

số liệu

Kiểm toán

Kiểm tra dầm

ở TTGH cường độ

Kiểm tra dầm

ở TTGH sử dụng

Tổ hợp tải trọng tại các mặt cắt

Tính nội lực tại các mặt cắt do từng tải trọng

Tính hệ số phân bố ngang

Tính mất mát DƯL ở các GĐ

Tính đặc trưng HH tại các mặt cắt trong từng giai đoạn

Xác định tải trọng tác dụng lên dầm

Xác định đường chạy bó cáp DƯL

Xác định kích thước mặt cắt ngang dầm

Xác định đặc trưng vật liệu

Xác định kích thước mặt cắt ngang cầu Tính toán dầm I BTCT DƯL

ii tóm tắt cơ sở lý thuyết

Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, (được biên soạn trên cơ sở AASHTO-98) , các bộ phận kết cấu được tính toán thiết kế theo phương pháp trạng thái giới hạn Theo phương pháp này, các trị số hiệu ứng tải do tác động tính toán gây ra không được vượt quá trị số giới hạn được qui định trong qui trình

Theo qui phạm này, yêu cầu tính toán theo 4 trạng thái giới hạn:

Bảng 1 : Các tổ hợp tải trọng

Tổ hợp tải trọng Mục đích của Tổ hợp tải trọng Các hệ số tải trọng chủ yếu

Cường độ I Xét xe bình thường trên cầu không có gió Hoạt tải γL = 1.75

Cường độ II Càu chịu gió tốc độ quá 25 m/s Tải trọng gió γL = 1.40

Cường độ III Xét xe bình thường trên cầu có gió tốc độ

25m/s

Hoạt tải γ L = 1.35

Tải trọng gió γ L = 0.40

Đặc biệt Kiểm tra về động đất, va xe, va xô tầu

thuyền và dòng nước

Hoạt tải γ L = 0.50

tải trọng đặc biệt γ L = 1.00 Khai thác Kiểm tra tính khai thác,nghĩa là độ võng và

bề rộng vết nứt bê tông

Hoạt tải γ L = 1.00

Tải trọng gió γ L = 0.30 Mỏi Kiểm tra mỏi đối với mặt cắt thép Hoạt tải γL = 0.75

Như vậy

+ Về TTGH cường độ: Có 3 TTGH cường độ

( khác với AASHTO-98 có 5 TTGH cường độ)

+ Về TTGH đặc biệt: Có 1 TTGH đặc biệt

( khác với AASHTO-98 có 2 TTGH đặc biệt)

+ Về TTGH khai thác: Có 1 TTGH khai thác

( khác với AASHTO-98 có 3 TTGH khai thác)

+ TTGH mỏi: Có 1 TTGH mỏi (giống như AASHTO-98)

2.1 Đặc trưng vật liệu

2.1.1 Bê tông

• Cường độ chịu nén

Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-5, việc đánh giá cường độ bê tông dựa trên các mẫu thí nghiệm bê tông hình lăng trụ Cường độ đặc trưng (ký hiệu f'c) được xác

định ở tuổi 28 ngày sau khi đổ bê tông.tương ứng xác xuất P=0,95; (tương tự như khái niệm về cường độ tiêu chuẩn được dùng trong Tiêu chuẩn cũ 22 TCN 18-79

• Cường độ chịu kéo khi uốn

Nếu không có số liệu xác định bằng thí nghiệm thì cường độ chịu kéo khi uốn có thể xác định như sau:

Đối với bê tông tỷ trọng thông thường

c

• Mô đun đàn hồi

Khi không có các số liệu chính xác hơn, môđun đàn hồi Ec của các loại bê tông

có tỷ trọng trong khoảng 1440ữ2500kg/m3 có thể xác định như sau:

c c

trong đó γc là tỷ trọng của bê tông (kg/m3)

2.1.2 Cốt thép

• Cốt thép thường

Đối với cốt thép dọc chủ, chỉ được dùng thép thanh có giới hạn chảy nhỏ hơn

400 MPa khi có sự chấp thuận của chủ công trình Môđun đàn hồi Es của các loại cốt thép thường lấy bằng 200 000 MPa

• Cốt thép dự ứng lực

Loại cáp hay sử dụng nhất là tao thép xoắn 7 sợi đường kính 12.7mm có độ tự chùng thấp theo Tiêu chuẩn ASTM A416 với các chỉ tiêu cơ lý như sau:

Cường độ cực hạn: fpu = 1860 MPa

Giới hạn chảy: fpy = 1670 MPa

Môđun đàn hồi: Ep = 197000 MPa

Ngòai ra cũng có loại cáp có cường độ thấp hơn

2.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật

• Chỉ tiêu độ võng

Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-01, với các cấu kiện có nhịp đơn hoặc liên tục, độ võng do tải trọng sử dụng (bao gồm cả lực xung kích) không được vượt quá 1/800 khẩu độ tính toán Với các cầu có cả tải trọng đường người đi bộ thì không được vượt quá 1/1000 khẩu độ tính toán

- với Tải trọng xe tải thiết kế và người đi bộ: s ≤ 1/1000 L (2-2b)

2.2 Mặt cắt ngang dầm

Dạng mặt cắt ngang cầu có các dạng như sau:

Các phiến dầm có dạng:

hạm vi áp dụng:

n@S

w B

b4 b3

b1

b2 b6

b5

b6

b5

P

lý: 20m ≤ L ≤ 35m

≤ 2 m

- Khẩu độ nhịp hợp

- Khoảng cách giữa các phiến dầm 2.0m ≤ S .7

.3 Các trường hợp tải trọng

e ôtô thiết kế

ược đặt tên là HL-93 sẽ gồm tổ iết kế hoặc xe 2 trục thiết kế và

y và lấy giá trị bất lợi nhất

•

2

2.3.1 Hoạt tải xe

• Hoạt tải x

Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ đ

hợp của:

- Xe tải th

- Tải trọng làn thiết kế

So sánh giữa 2 tổ hợp nà

Xe tải thiết kế

145kN

1.8m

0.6m nói chung 0.3m khi thiết kế mút thừa mặt cầu 3.6m

Cự ly giữa 2 trục 145kN phải thay đổi giữa 4300 và 9000mm để gây ra hiệu ứng

t cặp trục 110kN cách nhau 1200mm Cự ly chiều ngang của

lực lớn nhất

Xe hai trục th

Xe hai trục gồm mộ

các bánh lấy bằng 1800mm

110 kN

1.2 m

110kN

gồm tải trọng 9.3kN/m phân bố đều theo chiều dọc Theo

Tải trọng làn thiế

Tải trọng làn thiết kế

chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm

Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không chịu tải trọng động cho phép

w =9.3 kN/m

của hoạt tải phải xác định bằng cách coi mỗi tổ hợp có thể

Hiệu ứng

Hiệu ứng lực cực hạn

của số làn chịu tải nhân với hệ số tương ứng trong bảng sau:

nhiều lần m

1 1.20

2 1.00

3 0.85

>3 0.65

.3.2 Tải trọng động cho phép

e tải hay xe hai trục không kể lực ly tâm và lực hãm phải

2

Tác động tĩnh học của x

tăng thêm một tỷ lệ phần trăm cho tải trọng động cho phép được qui định trong bảng sau:

Tất cả

cấu kiện khác

♦ Trạng thái giới hạn

.3.3 Hệ số phân bố hoạt tải cho dầm

à lực cắt cho dầm trong

(CT-1)

ới trường hợp nhiều làn xe:

(CT-2)

(CT-3)

2

• Hệ số phân bố về mômen uốn v

Với trường hợp 1 làn xe:

1 0

3 s g 3 0

Lt

K L 4300 06

0 FMi= +⎜⎝ ⎟⎠ ⎜⎝ ⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

4 0 S

S ⎞ ⎛

⎛

V

1 0

3 s

g Lt

K L 2900 075

0

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎜

⎝

⎟

⎠

⎜

⎝ +

=

7600

S 36 0 FSi= +

• Hệ số phân bố về mômen uốn và lực cắt cho dầm ngoài

Với trường hợp 1 làn xe: dùng phương pháp đòn bảy

Với trường hợp nhiều làn xe:

2 0 6 0 S

S ⎞ ⎛ ⎞

10700

S 3600

S 2 0

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ư +

=

2800

de 77 0 e

FMi e FMe=

+

=

3000

d 6 0

e= + e eFSi FSe=

2.3.4 Cá g thái giới hạn

suất trước phải được kiểm tra ứng suất và biến dạng cho

iên kết sẽ phải thoả mãn công thức sau ứng với mỗi

Tron

- Hệ số điều chỉnh tải trọng

h

Rn

•

.3.5 Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng

uất, biến dạng và bề rộng vết nứt

Tổ hợp tải trọng và hệ số tả

i giới hạn sử dụng được đề cập tới trong

n sử dụng:

c trạn

Các cấu kiện bê tông ứng

từng giai đoạn có thể là tới hạn trong quá trình thi công, vận chuyển và lắp ráp cũng như trong quá trình khai thác

Cụ thể, mỗi thành phần hoặc l

η ∑ γi Qi ≤

g đó:

η

γi - Hệ số tải trọng

Qi - Tải trọng qui địn

Rr - Sức kháng tính toán = φ

điề ỉnh tải trọng

η = ηD ηR ηI ≥ 0.95 (LRFD

1.3.2.1-ηD = Hệ số xét đến tính dẻo của kết cấu

ηR = Hệ số xét đến tính dư của kết cấu

ηI = Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khi khai thác

Hệ số sức kháng

φ = 0.90 Khi tính khả năng chịu uốn

φ = 1.00 Khi tính khả năng chịu uốn kết cấu BTCT DƯL

φ = 0.90 Khi tính khả năng chịu cắt, xoắn

2

Trạng thái giới hạn sử dụng chỉ giới hạn về ứng s

Các hệ số điều chỉnh tải trọng có thể áp dụng (TCN 1.3) (CT-5)

η = ηD ηR ηI = 0.95

i trọng Khi tính cầu dầm bản BTCT, có hai trạng thá

chương trình bày:

Trạng thái giới hạ Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường

.4.1-1)

(CT-6)

của cầu với gió có vận tốc 25m/s và với tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định và cũng liên quan đến kiểm tra độ võng trong kết cấu thép, vỏ hầm và bề rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép

Hệ số tải trọng : (Bảng 3

γD = 1.0 L p h mặt cầu ( Asphalt

γD = 1.0 Các cấu kiện và bộ phận liên quan

γL = 1.0 Hoạt tải

Sử dụng 1.0 {1.0 DC + 1.0 LL}

• Giới hạn ứng suất kéo (LRFD 5.9.4.2.2)

Với tải trọng sử dụng bao gồm cả tải trọng xe, ứng suất kéo trong các bộ phận có tao

thép ứng suất trước dính bám sẽ được khảo sát đánh giá theo tổ hợp tải trọng

ứng suất kéo trong vùng nén trước không xuất hiện vết nứt:

- Với các cấu kiện có các bó thép ứng suất trước dính bám

ft=0.50 √ f'c (Mpa) (CT-8)

- Cấu kiện trong điều kiện ăn mòn nghiêm trọng

ft=0.25 √ f'c (Mpa) (CT-9)

• Giới hạn ứng suất nén sau khi mất mát (LRFD 5.9.4.2.1)

ứng suất nén được khảo sát đánh giá với tổ hợp tải trọng

- Dưới tác dụng tải trọng thường xuyên:

fc= 0.45 f'c (Mpa) (CT-10)

- Dưới tác dụng tải trọng thường xuyên và nhất thời trong vận chuyển cẩu lắp:

fc= 0.60 f'c (Mpa) (CT-11)

• ứng suất giới hạn tao thép ứng suất trước (Bảng 5.9.3-1)

Thép tự chùng thấp đã được sử dụng:

Cường độ phá hoại fpu =1860 Mpa

giới hạn chảy fy = 0.9 fpu =1674 Mpa

Tại đầu kích fpj =0.78 fpu =1451 Mpa

Sau khi truyền ứng suất fpt = 0.74 fpu =1376 Mpa

Trạng thái giới hạn sử dụng fpe = 0.80 fpy =1339 Mpa

2.3.6 Tính mất mát ứng suất

• Mất mát do tụt neo

• Tính mất mát do co ngắn đàn hồi

fps

Distance to Cable End

Ls li

p

Stress Loss due to Slip

fps1 fpj

p

E

* Set

Lslip = p

cgp ci

p

E

E N

1 N

=

∆

• Tính mất mát do co ngót của bê tông (5.9.5.4.2)

• Tính mất mát do từ biến của bê tông (5.9.5.4.2)

• Tính mất mát chùng ứng suất (5.9.5.4.2)

2.3.6 Thiết kế theo trạng thái giới hạn cường độ:

Trạng thái giới hạn cường độ xem xét đảm bảo yêu cầu độ bền và độ ổn định

• Các hệ số điều chỉnh tải trọng có thể áp dụng (LRFD 1.3)

η = ηD ηR ηI = 0.948 < 0.95 ẻ η = 0.950 (CT-15)

• Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng (LRFD 3.4.1)

Trạng thái giới hạn cường độ I: Tổ hợp tải trọng cơ bản của xe sử dụng thông thường

của cầu không xét đến gió

Hệ số tải trọng : (Bảng 3.4.1-1)

γAS = 1.5 Lớp phủ mặt cầu ( Asphalt)

γDC = 1.25 Các cấu kiện và bộ phận liên quan

γLL = 1.75 Hoạt tải (TTGH cường độ-I )

Tổ hợp tải trọng: φ {γAS AS + γDC DC + 1.75 LL} (2-29)

Hệ số sức kháng φ: Lấy theo mục 2.4.4.1

Đối với kết cấu ứng suất trước một phần chịu uốn và kéo hoặc không kéo, giá trị

φ có thể lấy theo:

φ = 0.90 + 0.1(PPR) (2-30) Với:

Y S PY PS

PY PS

f A f A

f A PPR

+

As - Diện tích cốt thép thường (mm2) Aps - Diện tích cốt thép ứng suất trước (mm2)

fy - Giới hạn chảy cốt thép (MPa) fpy - Giới hạn chảy thép ứng suất trước (MPa)

2.3.7 Thiết kế chống uốn

Khả năng chịu tải của kết cấu dầm BTCT ƯST theo cường độ chịu uốn sẽ được xác

định theo công thức:

Trong đó: Mr - Mô men tính toán tại tiết diện đang xét

Mn - Cường độ mômen danh định tại tiết diện

φ - Hệ số cường độ chịu uốn

Quan hệ tự nhiên giữa ứng suất bê tông chịu nén và ứng biến có thể coi như một

khối hình chữ nhật tương đương, cạnh bằng 0.85f'c phân bố trên một vùng giới hạn

bởi mặt ngoài cùng chịu nén của mặt cắt và đường thẳng song song với trục trung

hoà, cách thớ chịu nén ngoài cùng một khoảng a = β1 c Khoảng cách c phảI tính vuông góc với trục trung hoà

Hệ số β1 có thể lấy bằng 0.85 khi cường độ bê tông không vượt quá f'c = 28Mpa, ngược lại β1 có thể giảm ở mức 0.05 cho mỗi 7Mpa vượt quá 28Mpa nhưng không nhỏ hơn 0.65

• Cường độ mômen tính toán (Theo TCN 5.7.3.2.2-1)

⎭

⎬

⎫

⎩

⎨

⎧

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

ư

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ ư +

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

=

2 ' ' 2

2

d f A

a d f A

a d f A

Với cốt thép DƯL dính bám với bê tông (TCN 5.7.3.1.1-4):

p

pu ps c

y s y s pu ps

d

f kA b f

f A f A f A c

+

ư +

=

' 1

'

85 0

'

β

(2-34)

Trong đó:

fy - Cường độ chảy của cốt thép thường khi chịu kéo

fPS - ứng suất trung bình trong thép ứng suất trước thời

điểm đạt sức kháng danh định

c - Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm

của tiết diện

dp - Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm

cốt thép ứng suất trước

ds - Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm

cốt thép thường chịu kéo d's - Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm

cốt thép thường chịu nén

hf - Chiều cao cánh chịu nén a- Chiều cao khối ứng suất tương đương

• ứng suất trung bình trong tao cáp ứng suất trước fps

Đối với mặt cắt hình chữ nhật, ứng suất do tạo ứng suất trước sau mất mát fpe không nhỏ hơn 0.5fpu, ứng suất trung bình trong thép ứng suất trước fps có thể lấy như sau (LRFD 5.7.3.1.1-1):

fps = fpu (1-k c/dp) < fpu = 1860 Mpa (2-35) trong đó: k = 2 ( 1.04 - fpy/fpu ) (2-36)

• Lượng cốt thép tối đa

Lượng thép ứng suất trước và không ứng suất trước tối đa phải được giới hạn sao cho:

trong đó:

Y S PY PS

S Y S P PY PS e

f A f A

d f A d f A d

+

+

ở đây: de -Chiều cao làm việc tương ứng từ thớ chịu nén xa nhất tới trọng tâm lực kéo trong cốt thép chịu kéo (mm)

Sức kháng uốn danh định cho mặt cắt quá nhiều cốt thép với tỷ lệ ứng suất trước một phần lớn hơn 50% có thể tính theo:

Mn = (0.36 β1 - 0.08 β12 ) f'c b de2 (2-39)

• Lượng cốt thép tối thiểu

Bất kỳ một mặt cắt nào của cấu kiện chịu uốn, lượng thép ứng suất trước và cốt thép thường phải đủ để phát triển sức kháng uốn tính toán Mr, ít nhất bằng 1.2 lần cường

độ nứt, được xác định trên cơ sở sự phân bố đàn hồi của ứng suất và cường độ chịu kéo khi uốn fr của bê tông

Mcr = (fr + fpe) Sc - MDL (Sc/Sb - 1) (2-41)

Mcr - Cường độ nứt

Sc - Mômen tĩnh mặt cắt liên hợp đối với thớ xa nhất của mặt

cắt

Sb - Mômen tĩnh mặt cắt không liên hợp đối với thớ xa nhất

của mặt cắt

MDL - Mômen do tĩnh tải mặt cắt không liên hợp

fr - Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông

Đối với các cấu kiện không có thép ứng suất trước, lượng thép tối thiểu qui định

được coi là thoả mãn nếu:

ρmin ≥ 0.03 f'c / fy (2-42) Trong đó: ρmin là tỷ lệ giữa thép chịu kéo với mặt cắt nguyên

2.3.8 Thiết kế chống cắt và xoắn

• Phương pháp thiết kế

Các vùng của một cấu kiện có thể phù hợp với giả thiết tiết diện vẫn phẳng sau khi

đặt tải phải được thiết kế chịu cắt và xoắn theo một trong hai mô hình là mô hình chống và giằng hoặc theo mô hình cắt phẳng

Theo điều 5.8.1.1, Các cấu kiện mà trong đó nơi mà khoảng cách từ điểm lực cắt bằng 0 đến mặt gối nhỏ hơn 2d, hoặc là các cấu kiện trong đó tải trọng tập trung gây

ra lớn hơn 1/2 lực cắt ở gối gần hơn 2d tính từ mặt gối thì có thể coi chúng là loại dầm cao và mô hình tính toán chống-giằng sẽ được áp dụng

Với kết cấu dầm bản giản đơn, tại vị trí L/2 luôn lớn hơn hai lần chiều cao dầm mà tại đó giá trị lực cắt bằng 0, vì vậy mô hình cắt phẳng sẽ được áp dụng Theo mô hình này, sức kháng của bộ phận chịu cắt hoặc cắt-xoắn có thể được xác định dựa trên các điều kiện cân bằng và tương thích biến dạng, bằng cách dùng các quan hệ ứng suất - ứng biến được hiệu chỉnh bằng thí nghiệm cho cốt thép và cho bê tông bị nứt chéo

• Các yêu cầu chung

Sức kháng xoắn tính toán Tr và kháng cắt tính toán Vr phải được xác định theo biểu thức:

Với bê tông tỷ trọng thông thường, hiệu ứng xoắn phải được xem xét khi:

Trong đó:

c pc

c

cp c cr

f

f p

A f T

' 328 0 1 '

328 0

2 +