THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP - CHƯƠNG 9 potx

Chương 4 : NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ CẦU DẦM BÊTÔNGCỐTTHÉPTHƯỜNG 4.1 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN : 4.1.1 Phân tích cấu tạo chọn sơ đồ tính toán : Trong kết cấu nhòp cầu ôtô thường có các sơ đồ tính toán mặt cầu là : - Bản hẫng. - Bản hai cạnh ( bản một hướng - bản kiểu dầm ). - Bản bốn cạnh ( bản hai hướng ). - Bản mặt cầu của cầu không dầm ngang. A. Nguyên lý tính toán theo các sơ đồ nói trên : - Bản hẫng được tính theo sơ đồ công xon, lấy 1 mét chiều rộng bản theo phương dọc cầu để xét là chiều rộng của mặt cắt chòu lực, căn cứ vào đó để tính toán và bố trí cốt thép cho tất cả các mét dài khác của bản theo dọc cầu. - Bản hai cạnh thường gặp là các bản chỉ tựa trên 2 dầm dọc ( không có dầm ngang ) hay bản thực tế tựa trên bốn cạnh ( 2 dầm dọc và 2 dầm ngang ) nhưng tỷ số chiều dài của các cạnh lớn hơn 2, có nghóa là bản sẽ chỉ làm việc chòu uốn với nhòp tính toán được lấy song song với cạnh ngắn của bản ( trong cầu dầm giản đơn thông thường, nhòp này đo theo hướng ngang cầu ). Người ta có thể theo sơ đồ tính toán qui ước là dầm giản đơn để tính mômen của bản vào các sườn dầm. Để tính toán lực cắt lớn nhất trong bản thì lại không nhân hệ số hiệu chỉnh, nhằm thiên về an toàn. - Trong một số trường hợp cầu vòm, cầu dây xiên - dầm cứng BTCT, có thể gặp loại bản hai cạnh mà tựa lên dầm ngang chứ không phải tựa lên dầm dọc. Khi đó nhòp tính toán của bản được lấy theo hướng dọc cầu chứ không phải theo hướng ngang cầu. - Bản bốn cạnh thường gặp ở các cầu mặt cắt hình hộp, có thể coi là bản tựa trên hai sườn dầm dọc và hai sườn dầm ngang ( tỷ số chiều dài các cạnh nhỏ hơn 2 ), sẽ dùng các bảng tra được lập sẵn để tính nội lực một cách riêng rẽ theo hai hướng. - Bản của cầu không dầm ngang sẽ được tính theo hai bước, trước hết tính bản chòu lực cục bộ theo sơ đồ bản hai cạnh, sau đó tính nội lực bản khi xét bản làm nhiệm vụ của dầm ngang, các kết quả tính toán sẽ được cộng lại với nhau để làm căn cứ tính duyệt mặt cắt và chọn cốt thép. B. Các yêu cầu về cấu tạo bản mặt cầu : - Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu : Điều 5.13.1 và trong phần 9 của 22 TCN 272-05 chỉ dẫn các yêu cầu về bản mặt cầu. - Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT qui đònh ở điều 9.7.1.1 là 175mm ( không kể lớp hao mòn ). - Khi chọn chiều dày bản, phải thêm lớp hao mòn 15mm. - Đối với bản hẫng của dầm ngoài cùng, do phải thiết kế chòu tải trọng va chạm vào rào chắn nên chiều dày bản phải tăng thêm 25mm ( chiều dày tối thiểu ở mút hẫng bằng 200mm ) ( Điều 13.7.3.5.1 ). - Chiều dày tối thiểu của bản còn chọn theo tỷ lệ với chiều dài nhòp tính toán của bản để đảm bảo yêu cầu về độ cứng qui đònh ở Điều 2.5.2.6.3-1 : (4.1) trong đó S là khẩu độ nhòp của bản. + Riêng đối với các dầm hộp và dầm chữ T, BTCT đúc tại chỗ, yêu cầu chiều dày bản cánh trên ( bản mặt cầu ) phải lớn hơn 1/20 lần khoảng cách giữa các nách dầm hoặc các sườn dầm. + = 3000 30    S h mm C. Sơ đồ tính toán : - Xét các dải bản kê trên các cấu kiện đỡ. Các cấu kiện đỡ là dầm chủ hay các dầm ngang. Nhòp của dải bản được coi là song song với hướng chính ( hướng có khoảng cách các gối đỡ ngắn hơn ). Các bản hẫng, chiều dài hẫng được tính từ tim sườn dầm biên đến mút hẫng. - Các dải bản có thể tính theo hai sơ đồ : sơ đồ bản hẫng, sơ đồ bản kiểu dầm liên tục kê trên các dầm chủ. - Trong thực tế, bản mặt cầu được kê trên cả dầm chủ và các dầm ngang. Khi khoảng cách giữa các dầm ngang lớn hơn 1,5 lần khoảng cách giữa các dầm chủ thì hướng chòu lực chính của bản sẽ theo phương ngang cầu. Dải bản tương đương sẽ được coi ngàm tại hai dầm chủ và chòu toàn bộ lực. Nếu tỷ lệ trên nhỏ hơn 1,5 thì phải xét mô hình bản giao nhau. - Lực tác dụng lên các sơ đồ tuỳ thuộc vào cấu tạo. Hỡnh 4.1 Caực sụ ủo tớnh toaựn baỷn maởt cau 4.1.2 Nguyên tắc tính toán : A. Phương pháp phân tích về nội lực : - Phương pháp kinh nghiệm theo Điều 9.7.2 nội dung chính qui đònh chi tiết về kích thước cấu tạo, số lớp cốt thép, số lượng cốt thép tối thiểu, cấp cốt thép Sau khi các yêu cầu cấu tạo thỏa mãn có thể không cần tính toán. - Phương pháp truyền thống ( Điều 9.7.3) : qui đònh chiều dày, lớp cốt thép tính lượng cốt thép chính để chòu mômen sau đó quy đònh phân bố cốt thép theo hướng phụ vuông góc với hướng chính. - Phương pháp chính xác : Có thể áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính bản mặt cầu. Ngày nay cách tính toán này càng thông dụng vì có sẵn các chương trình máy tính như SAP, MIDAS, STAAD PRO - Phương pháp gần đúng ( các kỹ sư thường dùng, có thể dễ dàng áp dụng ). Trong nội dung sách này, sau đây sẽ chỉ nói về phương pháp này. B. Thiết kế bản theo phương pháp gần đúng : Có thể sử dụng phương pháp phân tích gần đúng để thiết kế bản mặt cầu BTCT đúc bêtông tại chỗ và đúc liền khối ( Điều 4.6.2.1.6 ). Mô hình tính : coi mặt cầu như các dải bản vuông góc với các cấu kiện kê đỡ. Khi tính toán hiệu ứng lực trong bản, phân tích một dải rộng 1m theo chiều ngang cầu. Các cấu kiện kê được giả thiết là cứng tuyệt đối. Có hai sơ đồ tính : phần cánh hẫng ở dầm biên được tính theo sơ đồ công son, các bản mặt cầu phía trong tính theo sơ đồ dầm liên tục kê trên các gối cứng tại vò trí các dầm chủ. Cũng có thể sử dụng sơ đồ bản ngàm tại hai sườn dầm chủ với đường lối phân tích gần đúng như sơ đồ bản giản đơn kê hai cạnh được tính như dầm giản đơn, sau đó xét hệ số điều chỉnh cho ngàm. Chiều rộng của dải bản chòu ảnh hưởng của bánh xe được gọi là chiều rộng dải bản tương đương, được lấy như trong bảng TCN 4.6.2.1.3-1. Đối với cầu BTCT : + Đối với phần hẫng : E = 1140 + 0,833x (mm) (4.2) + Đối với vò trí có mômen dương : E+ = 660 + 0,55S (mm) (4.3) + Đối với vò trí có mômen âm : E- = 1220 + 0,25S (mm) (4.4) trong đó : x - khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải. S - khoảng cách giữa các cấu kiện đỡ. Trong các cầu dầm thường là khoảng cách giữa các dầm chủ. E - chiều rộng của dải tương đương. Có thể hiểu là chiều rộng ảnh hưởng của tải trọng ( làm phát sinh nội lực ). Đường lối phân tích mô hình là xác đònh lực tác động lên dải bản tương đương sau đó qui về các lực tác động lên dải bản có chiều rộng 1m theo phương xác đònh E. Như vậy, đưa bài toán về mô hình phẳng để tính toán nội lực và bố trí vật liệu. 4.1.3 Bản hẫng : 1- Tính toán nội lực bản hẫng : Xét cấu tạo thực tế, có thể xảy ra ba trường hợp : + Bản hẫng chỉ chòu tónh tải và người đi bộ. + Bản chỉ có tónh tải và tải trọng ôtô. + Bản chòu cả tónh tải, bánh xe ôtô và người đi bộ. Sau đây, trình bày trường hợp tổng quát cho trường hợp bản hẫng chòu cả tónh tải, bánh xe ôtô và người đi bộ. a) Tónh tải tác dụng : Các bộ phận kết cấu được tính cho 1m chiều rộng bản (phương dọc cầu). Hệ số vượt tải tónh tra theo bảng 3.4.1.2 : 0,651,50Phân bốDWLớp phủ mặt cầu4 0,901,25Tập trungDC 3 Gờ chắn bánh xe3 0,901,25Tập trungDC 2 Lan can2 0,901,25Phân bốDC 1 Tải trọng bản thân1 ≤ 1≥ 1 Hệ số vượt tải Dạng tác độngKý hiệuLoại tải trọngTT [...]... bản thân kết cấu = 1,25 γp2 - hệ số tải trọng của tónh tải bản thân kết cấu = 1,5 γn - hệ số tải trọng của hoạt tải = 1,75 m - hệ số làn chất tải Ω Q - diện tích phần đường ảnh hưởng lực cắt dưới D tác dụng của tónh tải ΩQ P - diện tích phần đường ảnh hưởng lực cắt dưới tác dụng của bánh xe tải thiết kế ΩQ L - diện tích phần đường ảnh hưởng lực cắt dưới tác dụng của tải trọng làn thiết kế LLl - cường... cầu Đồng thời chỉ dẫn hai điểm đáng chú ý như sau : - Chiều rộng làn xe thiết kế có thể nhỏ hơn 3500mm - Cầu có chiều rộng từ 6000÷ 7000mm, phải thiết kế với hai làn xe, mỗi làn bằng một nửa cầu Như vậy, có các trường hợp bố trí số làn xe theo phương ngang cầu như sau : * Chiều rộng cầu W < 6000mm : chỉ có một làn xe, chiều rộng chuẩn của làn xe thiết kế là 3500mm Tuy nhiên, vò trí làn xe trên mặt cắt... nhiều làn xe : W E = 2100 + 0,12 L1W1 ≤ Nt (4.12) trong đó : W - chiều rộng cầu ( mép tới mép ); Nt - số làn xe thiết kế L1 - chiều dài nhòp qui ước, lấy trò số nhỏ hơn giữa chiều dài nhòp tính toán của bản và 18000mm W1 - chiều rộng qui ước của cầu, lấy trò số nhỏ giữa chiều rộng thực tế của cầu (W) và 90 00mm - Đối với các dải bản ở biên ( khi cầu không có lề người đi hay có lề người đi nhưng không có... 100 ∑  LLl Ω M  L  trong đó : γp1 - hệ số tải trọng của tónh tải bản thân kết cấu = 1,25 γp2 - hệ số tải trọng của tónh tải bản thân kết cấu = 1,5 γn - hệ số tải trọng của hoạt tải = 1,75 m - hệ số làn chất tải Ω M- diện tích phần đường ảnh hưởng mômen dưới D tác dụng của tónh tải Ω M- diện tích phần đường ảnh hưởng mômen dưới P tác dụng của bánh xe tải thiết Ω M - diện tích phần đường ảnh hưởng mômen... theo phương ngang cầu để tính toán mômen dương tại mặt cắt giữa nhòp, khi bản có chiều dài nhòp lớn hơn 4600mm Việc xếp vò trí xe bất lợi theo phương ngang cầu được phân tích tương tự như trong chương I : + Điều 3.6.1.2.2 qui đònh về xe tải thiết kế có ghi rõ chiều rộng làn xe thiết kế là 3500mm + Điều 3.6.1.1.1 chỉ dẫn cách xác đònh số làn xe thiết kế là W/ 3500mm với W là chiều rộng cầu Đồng thời chỉ... tính toán thiết kế - Tác dụng của tải trọng làn : Điều 3.6.1.3.3 qui đònh : + Khi các dải cơ bản là ngang ( chòu lực chủ yếu theo phương ngang cầu ) có chiều dài nhòp tính toán không vượt quá 4600mm - các dải bản ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục nặng xe tải 145kN + Khi các dải cơ bản là ngang có chiều dài nhòp tính toán vượt quá 4600mm - các dải bản ngang phải được thiết kế theo các... bản mặt cầu ( Điều 4.6.2.1.6 ) Các dải được thiết kế theo lý thuyết dầm cổ điển Để đơn giản tính toán, nên chọn tải trọng bánh xe được mô hình hoá như tải trọng tập trung Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường : - Chiều rộng ( ngang cầu ) : b = 510mm - Chiều dài ( dọ3 cầu ) : IM  c  l = 2, 28 × 10 γ n +  1 + P 100   trong đó : γ n hệ số tải trọng của ôtô lấy theo bảng 3.4.1.1 M - lực xung... + mγ pl PL   trong đó : γp1 - hệ số tải trọng của tónh tải bản thân kết cấu, γp1 = 1,25 γp2 - hệ số tải trọng của tónh tải lớp phủ mặt cầu, γp2 = 1,5 γn - hệ số tải trọng của hoạt tải xe, γn = 1,75 4.1.4 Bản kiểu dầm : 1- Tính toán mômen dương : Hình 4.5 • Đối với bản của cầu dầm, có thể phân tích như mô hình dải bản liên tục kê trên các dầm chủ • Đối với bản mặt cầu của các dầm có mặt cắt hình... bản chòu lực theo phương ngang cầu, chiều rộng của dải bản tương đương theo phương dọc cầu tính theo bảng 4.6.2.1. 3-1 : + - Tác dụng của bánh xe tải thiết kế : Theo mô hình tính toán theo sơ đồ phẳng, tác dụng của tải trọng bánh xe có thể qui về một băng tải dài (b + hf) theo phương ngang cầu có cường độ phân bố cho 1m chiều rộng bản : Ptr LL = (b + hf )E với E ≥ 1000mm - Tác dụng của bánh xe hai trục... tương đương lấy theo chỉ dẫn ở mục 4.6.2.1.4c và mô tả trên hình 4.8 tính theo công thức : E Eb = a + (4.10) 2 5- Tính toán bản mặt cầu khi có chiều dài làm việc theo phương dọc cầu : Căn cứ tính toán được qui đònh ở điều 6.2.1.2 : Đối với các cầu bản và bản b tông cốt thép có nhòp lớn hơn 4600mm và có hướng nhòp tính toán song song với hướng xe chạy, phải áp dụng điều 4.6.2.3 Chiều rộng của dải bản . Chương 4 : NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ CẦU DẦM BÊTÔNGCỐTTHÉPTHƯỜNG 4.1 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN : 4.1.1 Phân tích cấu tạo chọn sơ đồ tính toán : Trong kết cấu nhòp cầu ôtô thường có. nội lực : - Phương pháp kinh nghiệm theo Điều 9. 7.2 nội dung chính qui đònh chi tiết về kích thước cấu tạo, số lớp cốt thép, số lượng cốt thép tối thiểu, cấp cốt thép Sau khi các yêu cầu cấu. và trong phần 9 của 22 TCN 27 2-0 5 chỉ dẫn các yêu cầu về bản mặt cầu. - Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT qui đònh ở điều 9. 7.1.1 là 175mm ( không kể lớp hao mòn ). - Khi chọn chiều