CẦU BÊ TÔNG - CHƯƠNG 5 pps

CẦU BÊ TÔNG – HỌC PHẦN Chương V PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TÍNH TỐN NỘI LỰC KẾT CẤU CẦU CHƯƠNG V PHÂN TÍCH KẾT CẤU, XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CẦU Cơ sở tính tốn thiết kế, tiêu chuẩn thiết kế hành Các mơ hình phân tích kết cấu, Xác định nội lực kết cấu nhịp cầu Mơ hình phẳng phương pháp hệ số tải trọng Các phương pháp áp dụng cơng thức có sẵn quy phạm Xác định nội lực dầm chủ Xác định nội lực mặt cầu theo phương pháp kê biên, hẫng, dải tương đương Cầu bê tông – Chương V S2 1 CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ, CÁC TIÊU CHN HIỆN HÀNH Cơ sở tính tốn thiết kế • Nội lực < Khả chịu tải • Chia thành trạng thái giới hạn • Cường độ: Cường độ 1, cường độ 2, cường độ • Sử dụng: Nứt, võng… • Đặc biệt: Động đất, va tàu, va xe cộ • Mỏi • Tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam • • • Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn: 22 TCN 18-79 Tiêu chuẩn thiết kế cầu: 22 TCN 272-05 Các triết lý chung tiêu chuẩn thiết kế • Về triết lý chung thiết kế • Về hiệu ứng tải • Về phân tích khả chịu lực Cơ sở tính tốn thiết kế tiêu chuẩn hành S3 CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU Mơ hình phân tích kết cấu chấp thuận • Phương pháp phân tích kết cấu chấp thuận: Thỏa mãn yêu cầu tương thích biến dạng theo vật liệu xét phương pháp chấp thuận • Các phương pháp chấp thuận: Phương pháp lực phương pháp chuyển vị cổ điển Phương pháp sai phân hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp gập Phương pháp dải hữu hạn Phương pháp phân tích mạng dầm Phương pháp chuỗi hay phương pháp điều hòa khác Phương pháp đường chảy dẻo Các mơ hình phân tích kết cấu S4 2 CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU Các vấn đề sử dụng mơ hình tốn học cho phân tích kết cấu • • • • Tải trọng Đặc trưng hình học Tính vật liệu Đặc trưng ứng xử móng số trường hợp cần thiết Các mơ hình tốn học bao gồm: Các kết cấu cong mặt Nếu góc xiên kết cấu nhỏ trị số bảng coi kết cấu nằm đường thẳng: Số dầm Góc cho nhịp nhịp 20 30 3÷4 30 40 ≥5 Góc cho nhịp 40 50 Các mơ hình phân tích kết cấu S5 2 CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU Các vấn đề sử dụng mơ hình tốn học cho phân tích kết cấu Sự làm việc vật liệu kết cấu Làm việc đàn hồi Làm việc không đàn hồi Đặc trưng hình học kết cấu Lý thuyết biến dạng nhỏ Lý thuyết biến dạng lớn Các phương pháp xấp xỉ Các phương pháp xác Các điều kiện biên mơ hình Các cấu kiện tương đương Các mơ hình phân tích kết cấu S6 3 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Khái niệm chung mơ hình phẳng hệ số phân bố tải trọng Sự làm việc thực tế giai đoạn đàn hồi kết cấu nhịp cầu dầm, Kết cấu nhịp Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S7 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Khái niệm chung mơ hình phẳng hệ số phân bố tải trọng Sự làm việc thực tế giai đoạn đàn hồi kết cấu nhịp cầu dầm, Kết cấu nhịp dầm Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S8 - - MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Tổng quan phương pháp hệ số phân bố tải trọng Là phương pháp tĩnh học xấp xỉ (gần đúng) để đưa mơ hình tính tốn kết cấu từ trạng thái làm việc khơng gian mơ hình dầm mặt phẳng làm việc tính tốn dễ dàng Việc tính tốn dựa mơ hình phẳng với tải trọng tính tốn thiết kế có nhân thêm hệ số xét tới tỉ lệ hiệu ứng tải truyền tới dầm xét so với tổng tải trọng chạy kết cấu nhịp trạng thái bất lợi Các phương pháp phổ biến sử dụng Phương pháp đòn bẩy Phương pháp nén lệch tâm Phương pháp dầm liên tục gối đàn hồi Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S9 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp đòn bẩy - Nếu kết cấu nhịp có hai hay ba dầm dọc có nhiều dầm chủ độ cứng liên kết nói chung với nhỏ so với độ cứng dầm dọc chủ, giả thiết kết cấu ngang dầm giản đơn dầm hẫng gối chốt lên dầm dọc chủ bị cắt rời dầm dọc chủ (trừ dầm biên) Giả thiết Ngun tắc tính tốn - - tải trọng từ dầm ngang phân bố xuống cho hai dầm chủ theo theo giá trị tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đặt tải trọng đến dầm chủ theo nguyên tắc phản lực gối dầm giản đơn dầm chủ phía hay dầm mút thừa (đối với dầm chủ biên) Sau vẽ đường ảnh hưởng phản lực cho dầm, ta xếp tải theo chiều ngang cho nội lực vị trí cần xét bất lợi Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 10 3 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp đòn bẩy Nguyên tắc tính tốn a) c) Đ.a.h R1 Đ.a.h R1 Ω1 Ω2 Đ.a.h R2 b) d) B a Đ.a.h R Đ.a.h R 1 B/2 B/2 Đ.a.h MXB Đ.a.h MXB B/2 B/2 Mô hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 11 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp đòn bẩy - Xếp tải trọng xe hay tải trọng khác lên đường ảnh hưởng phản lực gối mặt cắt ngang cho bất lợi Tính tốn tung độ đường ảnh hưởng tương ứng với vị trí tải trọng Xác định cơng thức hệ số phân bố ngang Ngun tắc tính tốn - K= ∑ yi Phạm vi áp dụng - Thích hợp cầu có dầm chủ Tính hệ số phân bố ngang cho kết cấu nhịp hộp Cầu cũ mà dầm ngang có nhiều vết nứt nguy hiểm Bản mặt cầu đặt tựa dầm chủ mà không liên kết cứng với dầm chủ Vị trí mặt cắt gối tất loại kết cấu nhịp Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 12 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp nén lệch tâm - Kết cấu nhịp có độ cứng ngang lớn Tải trọng tác dụng tác dụng mặt cắt ngang kết cấu nhịp có chuyển vị thẳng chuyển vị xoay mà khơng có biến dạng Chuyển vị sẽ tương tự biểu đồ ứng suất mặt cắt cấu kiện chịu nén lệch tâm Tải trọng truyền phân bố cho dầm chủ cách tỷ lệ thuận với độ võng dầm chủ Giả thiết tính tốn - Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 13 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp nén lệch tâm Phương pháp tính tốn P P A = A1 = = A iP = P a) n b) P=1 M M a A + a1A1 + + a n A M = e n A0M A1M AM = = = i a0 a1 A iM = A0M = AiM = c) M=e A0 M A1 M A3 M A5 M A4 M A6 M A0M a0 e.a0 ∑a Kj = i e.a j ∑a e.ai ± n ∑ ai2 i Mô hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 14 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp nén lệch tâm Phương pháp tính tốn Đặt tải trọng lệch tâm tối đa để xác định độ lệch tâm e tải trọng Trường hợp dầm có mơ men qn tính khác nhau: Điều kiện áp dụng 12,8.d a.I d d3 B α= = ≤ 0.005 ' ≤ 6.E.I n Δ p l I n l B a l d Jd J’n dầm dọc chủ Jj ± e.a.J i ∑ J ∑ J a i i i Bề rộng mặt xe chạy Khoảng cánh dầm ngang Khẩu độ tính tốn Khoảng cách hai dầm chủ Mơ men qn tính dầm chủ Mơ men qn tính kết cấu ngang tính chia cho mét dài Dùng công thức xác định hệ số phân bố ngang: Kj = K= ∑ yi Mô hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 15 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp nén lệch tâm Ưu khuyết điểm phương pháp tính hệ số phân bố ngang trực tiếp dạng công thức mà vẽ đường ảnh hưởng Chỉ cần tính cho dầm chủ ngồi phía lực đặt lệch tâm dầm giống hệt Với tổ hợp tải trọng số xe sử dụng chung công thức, cần thay đổi độ lệch tâm e tổng hợp lực Giả thiết EJn = ∞ nhiều trường hợp không phù hợp với thực tế Phạm vi áp dụng Sử dụng rộng rãi thiết kế sơ Nên dùng cho cầu hẹp dài Trường hợp cầu có nhiều dầm chủ liên kết nhiều dầm ngang cứng phương pháp cho kết tương đối phù hợp với thực tế Thích hợp cho cầu dầm liên hợp dầm thép bê tơng cốt thép Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 16 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp dầm liên tục gối đàn hồi Ngun tắc tính tốn Giả thiết hệ liên kết ngang dầm liên tục đặt hệ gối đàn hồi Vị trí gối đàn hồi vị trí dầm dọc chủ Độ cứng gối đàn hồi hay độ võng gối tỉ lệ với tải trọng tác dụng lên thơng qua độ cứng dầm chủ vị trí Phương pháp giải tính tốn sẵn lập thành bảng x1 Co1 1,1m dk Co2 nxd dk Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 17 MÔ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp dầm liên tục gối đàn hồi Phương pháp tính tốn Tính hệ số độ mềm tương đối α: α = 12, J doc d a J ng L4 Căn vào hệ số này, tra bảng xác định tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối vị trí gối đàn hồi Rpni Tính tốn phản lực gối vị trí cánh hẫng RPnk=RPn0+dk/d(dRMn0) Trong đó: RPnk: Phản lực gối dầm thứ n có P=1 đặt đầu hẫng RPn0: Phản lực gối dầm thứ n có tải trọng P=1 đặt dầm biên (tra bảng) RMn0: Phản lực gối dầm thứ n có tải trọng M=1 đặt dầm biên (tra bảng) d: dk : Khoảng cách dầm chủ chiều dài cánh hẫng Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 18 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG Phương pháp dầm liên tục gối đàn hồi Tính tốn hệ số phân bố ngang Phương pháp xếp tải tương tự phương pháp đòn bẩy phương pháp nén lệch tâm Tính hệ số phân bố ngang: K = ∑ yi Ưu nhược điểm phương pháp Áp dung phù hợp với kết cấu nhịp dầm không nằm hai giả thiết Có kết tương đối hợp lý sử dụng thiết kế chi tiết Có bảng tra thuận tiện lập thành chương trình sử dụng tính tốn Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 19 2.8 05 0.8 0.000 0.200 0.800 1.000 6.8 8.8 9.6 - 03 0.600 4.8 08 0.400 - 0 0 -0.200 - 2 Đường ảnh hưởng R0 -0.400 - Phương pháp dầm liên tục gối đàn hồi Ví dụ tính tốn: 01 MƠ HÌNH PHẲNG VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG 0.8 2.8 4.8 6.8 0.000 0.100 0.400 9.6 0.300 5 0.200 8.8 0 1 0 0 Đường ảnh hưởng R1 -0.100 2.8 4.8 6.8 8.8 9.6 0 3 Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng 1 0.8 1 0 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0 Đường ảnh hưởng R2 S 20 10 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CÔNG THỨC CÓ SẴN TRONG QUY PHẠM Khái niệm chung - Các cơng thức lập bảng tính sẵn phụ thuộc vào điều kiện áp dụng - Loại kết cấu nhịp cầu tương ứng - Hoạt tải thiết kế HL93 - Một số quy định khác - Đối với tải trọng người sử dụng phương pháp đòn bẩy • Phạm vi áp dụng Chỉ áp dụng công thức cho sẵn yêu cầu khoảng cách dầm chủ thỏa mãn Không tính thêm hệ số xe Nếu khơng thỏa mãn yêu cầu cần phải sử dụng phương pháp phân tích chấp thuận • • Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 21 • • • • • • PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CƠNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Phạm vi áp dụng Bề rộng mặt cầu số Số dầm không nhỏ 4, quy định khác Các dầm song song với có độ cứng xấp xỉ Phần đường xe chạy phần hẫng, de’ không vượt 910mm Độ cong mặt nhỏ giới hạn quy định Mắt cắt ngang phù hợp với mặt cắt bảng quy định tương ứng Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 22 11 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CƠNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Các dạng cấu kiện áp dụng Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 23 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CÔNG THỨC CÓ SẴN TRONG QUY PHẠM Các dạng cấu kiện áp dụng Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 24 12 4 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CƠNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Tính tốn hệ số phân bố ngang hoạt tải (Mô men) Dạng kết cấu nhịp Mô men dầm Mô men dầm biên Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 25 4 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CƠNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Tính tốn hệ số phân bố ngang hoạt tải (mô men) Dạng kết cấu nhịp Mô men dầm Mô men dầm biên Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 26 13 4 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CƠNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Tính tốn hệ số phân bố ngang hoạt tải (Mô men) Dạng kết cấu nhịp Mô men dầm Mô men dầm biên Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 27 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CƠNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Tính tốn hệ số phân bố ngang hoạt tải (Lực cắt) Dạng kết cấu nhịp Lực cắt dầm Lực cắt dầm biên Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 28 14 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CƠNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Tính tốn hệ số phân bố ngang hoạt tải (lực cắt) Dạng kết cấu nhịp Lực cắt dầm Lực cắt dầm biên Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 29 PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG CÁC CÔNG THỨC CĨ SẴN TRONG QUY PHẠM Tính tốn hệ số phân bố ngang hoạt tải (Lực cắt) Dạng kết cấu nhịp Lực cắt dầm Lực cắt dầm biên Phương pháp áp dụng công thức quy phạm S 30 15 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG DẦM CHỦ Các tải trọng tác động lên kết cấu nhịp cầu Tĩnh tải DC Tải trọng thân kết cấu thiết bị phụ phi kết cấu DW Tải trọng thân lớp phủ mặt cầu CR Từ biến bê tông CT Va tàu xe EQ Động đất IM Xung kích LL Hoạt tải xe PL Tải trọng người hành SH Co ngót bê tơng TG, TU WL, WS Nhiệt độ thay đổi ko thay đổi Gió lên hoạt tải gió lên kết cấu Xác định nội lực dầm chủ S 31 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG DẦM CHỦ Các trạng thái giới hạn, tổ hợp tải trọng tương ứng Xác định nội lực dầm chủ S 32 16 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG DẦM CHỦ Các vị trí cần phải lập tổ hợp tải trọng Thông thường thiết kế cầu theo phương pháp quy mơ hình phẳng phương pháp gần đúng, thường tính tốn vị trí sau • L/2 • 5L/8 • L/4 • 3L/8 • L/8 • Gối Để thuận tiện tính tốn thường quy tải trọng rải Xác định nội lực dầm chủ S 33 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG BẢN MẶT CẦU Ứng xử kết cấu tác dụng tải trọng - Tác dụng đàn hồi - Tác dụng phi tuyến - Đặc điểm tải trọng - Đặc điểm sơ đồ làm việc thực tế - Các sơ đồ tính tốn mặt cầu theo phương pháp thực hành - Phương pháp hẫng - Phương pháp kê hai cạnh, bốn cạnh - Phương pháp dải tương đương Đặc điểm chung phương pháp lập trình đơn giản tính tốn dễ dàng - Xác định nội lực mặt cầu theo phương pháp kê biên hẫng dải tương đương S 34 17 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG BẢN MẶT CẦU Các phương pháp tính tốn trước Phương pháp hẫng Bản hẫng tính theo sơ đồ công xon, lấy mét chiều rộng theo phương dọc cầu để xét chiều rộng mặt cắt chịu lực vào để tính tốn bố trí cốt thép cho tất mét dài khác mặt cầu - Phương pháp kê hai cạnh Bản hai cạnh thường gặp tựa lên hai dầm dọc (khơng có dầm ngang), hay thực tế tựa cạnh (hai dầm dọc hai dầm ngang) tỷ số chiều dài cạnh lớn 2, có nghĩa làm việc chịu uốn với nhịp tính tốn lấy song song với cạnh ngắn (trong cầu dàm giản đơn thông thường, nhịp đo theo hướng ngang cầu) người ta theo sơ đồ tính tốn quy ước dầm giản đơn để tính mơ men vào sườn dầm để tính tốn lực cắt lớn lại khơng nhân hệ số điều chỉnh nhằm thiên an toàn - Xác định nội lực mặt cầu theo phương pháp S 35 kê biên hẫng dải tương đương XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG BẢN MẶT CẦU Các phương pháp tính tốn trước BẢNG 4.6.2.1.3-1-CÁC DẢI TƯƠNG ĐƯƠNG Loại kết cấu nhịp cầu Phương pháp Dải tương đương Bề rộng dải Phần hẫng 1140+0.833*X Hoặc song song vng góc +M=660+0.55*S Bê tơng Quy mơ hình phẳng với tải trọng áp lực lốp bánh xe tác dụng dải có bề rộng cho nội lực tác dụng lực lên dải xấp xỉ tác dụng lên kết cấu thực tế gọi dải tương đương - Hướng dải liên quan tới giao thông Đúc chỗ -M=1220+0.25*S Đúc sẵn, căng sau Hoặc song song vng góc +M=660+0.55*S Hệ mạng dầm hở Các dầm chủ chịu lực 0.007*P+4.0*Sb Các dầm chủ chịu lực Hệ mạng dầm không lấp, liên hợp Hoặc song song vng góc Hệ mạng dầm lấp đầy phần lấp đầy toàn phần Xác định bề rộng dải tương đương Đúc chỗ có ván khn bê tơng để lại vĩnh viễn +M=660+0.55*S Các dầm chủ chịu lực -M=1220+0.25*S -M=1220+0.25*S Thép [4.6.2.1.8] [9.8.2.4] Xác định nội lực mặt cầu theo phương pháp kê biên hẫng dải tương đương S 36 18 ... tương đương Đúc chỗ có ván khn bê tông để lại vĩnh viễn +M=660+0 .55 *S Các dầm chủ chịu lực -M=1220+0. 25* S -M=1220+0. 25* S Thép [4.6.2.1.8] [9.8.2.4] Xác định nội lực mặt cầu theo phương pháp kê biên... CẦU Ứng xử kết cấu tác dụng tải trọng - Tác dụng đàn hồi - Tác dụng phi tuyến - Đặc điểm tải trọng - Đặc điểm sơ đồ làm việc thực tế - Các sơ đồ tính toán mặt cầu theo phương pháp thực hành -. .. thành chương trình sử dụng tính tốn Mơ hình phẳng phương pháp phân bố tải trọng S 19 2.8 05 0.8 0.000 0.200 0.800 1.000 6.8 8.8 9.6 - 03 0.600 4.8 08 0.400 - 0 0 -0 .200 - 2 Đường ảnh hưởng R0 -0 .400