HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ KCN DẦM BTCT LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

2- Mỗi loại tải trọng tác dụng lên kết cấu nhịp theo một sơ đồ tính toán riêng, vì vậy lập sơ đồ tính của kết cấu nhịp căn cứ theo trạng thái tác dụng của từng tải trọng và xác định nội

Hướng dẫn thiết kế kcn dầm btct liên tục đúc hẫng cân bằng

i-chọn kích thước ban đầu :

1.1- Phân chia khẩu độ nhịp :

1.1.1- Chiều dài nhịp chính L :

+Căn cứ để chọn nhịp chính :

- Khẩu độ thông thuyền

- Chiều dài phần cầu chính dự kiến

- Chiều dài nhịp thông dụng là 64, 75, 83, 95, 105,120,130 và 150m Nhịp chính được chia thành các đốt đỉnh trụ Ko , các đốt đúc hẫng cân bằng Ki và đốt hợp long Kc

1.1.2- Chiều dài nhịp biên L 1 :

Chiều dài hợp lý : L1 =(0 6 ữ 0 7)L (1)

Theo điều kiện đúc hẫng cân bằng : 1 0

K L

L = ư c + c + (2)

Trong đó: l0- là chiều dài đoạn dầm đúc tại chỗ trên đà giáo có chiều cao không đổi

đoạn này xác định từ hai công thức trên :

l = L ư (LưK c

2

1 1

0 ) (3)

Kc-chiều dài đốt hợp long chọn 1,5 hoặc 2m

Ví dụ : Chiều dài nhịp chinh L=75m, chiều dài đốt hợp long KC=2m khi đó

1.2- Kích thước hộp dầm :

Nguyên tắc thiết kế là phải chọn kích thước hộp dầm trước sao cho hình dạng mặt cắt hộp nhìn thấy cân đối,hợp lý sau đó mới tiến hành tính toán để kiểm tra và khảng định những điều đã chọn Việc chọn ban đầu dựa vào kinh nghiệm thiết kế, vào thiết kế của những công trình đã xây dựng và vào một số công thức kinh nghiệm.

1.2.1- Chiều cao hộp dầm : Chiều cao hộp dầm thay đổi theo qui luật

tuyến tính hoặc theo đường cong Thông thường mặt đáy dầm cong theo đường cong bậc 2 , với chiều cao hộp dầm tại :

- Mặt cắt gối : H0 = (1/12ữ1/17) L

- Mặt cắt giữa nhịp : H0,5=(1/40 ữ1/60) L ≥ 2,5 m

1

1.2.2-Hình dạng mặt cắt : Tuỳ theo khổ cầu và chiều cao hộp mà chọn

một trong hai dạng mặt cắt thông dụng sau :

a) Hộp dầm với khổ cầu ≤ 10,5 m b) Hộp dầm với khổ cầu >10,5m

Chiều rộng nắp hộp t0 :- Đối với khhổ cầu K ≤ 10,5 m , nên chọn bằng K

- Đối với khổ cầu > 10,5 m nên chọn bằng 10m Chiều dày bản nắp : - tại giữa hộp hb=(1/25ữ1/40)K ≥ 25 cm

-tại vị trí ngàm với sườn hộp : hc = (1/12ữ1/15 ) ìt

= 60ữ80 cm Chiều dày cánh hẫng nắp hộp : 20ữ25cm

Thành hộp : -Với khổ cầu K=7m có thể áp dụng loại sườn

thẳng đứng, với khổ cầu lớn hơn nên áp dụng loại thành nghiêng với độ dốc 1/7ữ1/10 Hộp càng cao

độ dốc càng nhỏ, chiều rộng đáy hộp tại mặt cắt gối B= 5,5ữ6m để đảm bảo ổn định của kết cấu nhịp theo phương ngang Chiều dày sườn W= 35ữ70 cm Bản đáy : - chiều dày tại mặt cắt gối ≥ 50cm , tại mặt cắt giữa

nhịp ≥25cm Chiều dày thay đổi liên tục theo qui luật của mặt đáy

1.2.3-Cách xác định chiều cao dầm tại mỗi mặt cắt :

2

Chiều dài đoạn dầm có chiều cao thay đổi : Lh=(L-bVách-Kc)/2

Chiều dày vách ngăn tại mặt cắt gối lấy bằng chiều rộng trụ

Lấy trục toạ độ như hình vẽ, gốc toạ độ tại điểm giữa nhịp ,trục 0y quay xuống phía , phương trình đường cong đáy dầm có dạng

H H

= (4) Như vậy đường cong đáy dầm có dạng : 2 (5)

.x a

3

.x a

y=với hệ số 0 3 0,5

k

L

H H

= (6) Với dạng hộp thành xiên chiều rộng đáy dầm thay đổi theo chiều cao dầm, tại mặt cắt sát trụ chiều rộng này là bd 0 tại mặt cắt thứ i có chiều cao là Hi chiều rộng

đáy xác định theo công thức : b d,i =b d0 + 2(H0 ưH i)ν (7)

trong đó ν - độ xiên của thành hộp :(1/7ữ1/10)

1.3- Tính các đặc trưng hình học của tiết diện mỗi đốt dầm :

Trong mỗi đốt dầm chiều cao và chiều dày bản đáy thay đổi theo qui luật tuyến tính Trong phạm vi mỗi đốt , ta coi như mặt cắt là không đổi và có tiết diện lấy theo mặt cắt giữa của mỗi đốt

Trong tính toán xác định nội lực , số mặt cắt để xác định tung độ ĐAH lấy theo số lượng đốt đúc và như vậy cách chia phần tử trong sơ đồ tính toán trùng với cách chia đốt đúc

Xác định ĐTHH tiết diện hình hộp có thể bằng những chương trình đã lập sẵn bằng TURBO PASCAL, EXCEL hoặc VISUAL BASIC ,nên dùng EXCEL vì có thể kết nối kết quả tính ĐTHH với các trang tính duyệt sau này Không nên dùng tiện ích tính ĐTHH trong AUTOCAD vì không tự động tính cho hàng loạt các mặt cắt và dễ lẫn về chuyển đổi đơn vị theo tỉ lệ bản vẽ

Có thể tham khảo trang kết quả của chương trình tính toán các ĐTHH của tiết diện dầm hộp bằng EXCEL sau đây Trong ví dụ có 8 đốt chia và tính cả Jy, trong đồ án TKTN không cần tính Jy

3

cm

Chiều dày bản

đáy hb

cm

Chiều rộng bản

đáy b

cm

Diện tích trừ rãnh f o cm2

Diện tích tính đổifbt cm2

vị trí trục trung hoà

y o cm

jx cm4

jy cm4

-trọng lượng xe đúc, ván khuôn ,giàn giáo PXE : tải trọng này tập trung đặt

tại vị trí cách đầu hẫng 1m và có trị số từ 60ữ80T , tuỳ theo thiết kế của xe đúc

Tĩnh tải giai đoạn II :

-1m dài lan can : tính theo thiết kế cụ thể , nếu chưa có số liệu tạm lấy

0,2T/m -1 m dài gờ chắn bánh ( đối với lề người đi cùng mức ) : 0.324 T/m

-1 m dài lề người đi lắp ghép : 0.45 T/m

- lớp phủ mặt cầu : ( )

3 , 2 2

5 0 07 0

B B i

- đối với trọng lượng bản thân dầm, lan can, gờ chắn γ=1.25

- đối với lớp phủ mặt cầu γ= 1.5

4

-đối với hoạt tải và tải trọng thi công lấy theo trạng thái giới hạn tính toán

Hệ số phân phối tải trọng = Số làn xe ì m

m- hệ số làn xe nếu 2 làn lấy bằng 1,0; ba làn m=0,85

Hệ số xung kích ( 1+IM) =1,25

2.2 – Nguyên tắc chung :

Nội lực để tính toán dầm BTCT liên tục đúc hẫng gồm mô men uốn Mi , lực cắt

Qi tại tất cả các mặt cắt cuối đốt đúc

Nguyên tắc tính toán :

1- Sự làm việc của dầm liên tục đúc hẫng phụ thuộc vào biện pháp công nghệ thi công, cụ thể là trình tự hợp long và thời điểm hạ kết cấu nhịp xuống gối chính 2- Mỗi loại tải trọng tác dụng lên kết cấu nhịp theo một sơ đồ tính toán riêng, vì vậy lập sơ đồ tính của kết cấu nhịp căn cứ theo trạng thái tác dụng của từng tải trọng

và xác định nội lực trong từng sơ đồ riêng theo nguyên lý độc lập tương tác, sau đó

tổ hợp các giá trị nội lực theo nguyên lý cộng tác dụng

Phương pháp tính toán :

Đối với sơ đồ tĩnh định, theo sơ đồ tính toán đã xây dựng và lập các công thức tính nội lực và chuyển vị theo phương pháp của cơ học kết cấu

Đối với các sơ đồ siêu tĩnh, thực hiện theo 2 bước :

1-Sử dụng chương trình SAP , tính theo sơ đồ phẳng để được các ĐAH

2-Chất tải các đường ảnh hưởng để xây dựng các đường bao nội lực

Chất tải trực tiếp ngay trong SAP dễ bị nhầm lẫn về hệ số, và không thống nhất

được về nguyên tắc xếp tải đoàn xe di động

2.3- Xác định nội lực trong dầm liên tục 3 nhịp, thi công theo công nghệ: hợp long nhịp biên trước, hợp long nhịp giữa sau khi đ∙ hạ KCN xuống gối chính

2.3.1- Xác định mô men uốn tại các mặt cắt dầm công xon trong quá trình

đúc hẫng cân bằng :

Trong giai đoạn này kết cấu nhịp làm việc theo sơ đồ khung T Sau khi hợp long với đoạn đúc trên đà giáo của nhịp biên và hạ xuống gối chính thì sơ đồ này không tồn tại, trạng thái cân bằng mới của hệ được xác lập lại và kết cấu nhịp làm việc theo sơ đồ giản đơn mút thừa Vì vậy giá trị nội lực tính ở phần này có giá trị để kiểm tra cường độ của các mặt cắt dầm trong giai đoạn thi công và tải trọng tai biến , xác định các mất mát ứng suất trong quá trình căng kéo các bó cốt thép DƯL Sơ đồ này còn để xác định các chuyển vị của đầu hẫng trong mỗi giai đoạn đúc ,căn cứ vào

đó để điều chỉnh cao độ ván khuôn, tạo độ vồng kiến trúc cho nhịp đúc

Sơ đồ tính để xác định mô men uốn của nhịp : công xon một đầu ngàm, khẩu

độ tính toán L i = K +∑i K i

1 0 ,

2

1

(8) Tải trọng tác dụng : PI,i ; PI,tc , PXE

1- Do trọng lượng bản thân các đốt dầm PiI :

+ Tại mặt cắt gối MI,i0-0 :

5

- Do đốt K0 :

2

2 0 0 , 0 0 0 ,

d P

−

2

1 0 1 1 , 0 0 0 , 0 0 1 ,

d d d P M

0 , 0 0 1 , 0 0 ,

n n

i n n I n I n I

d d d P M

K i i i k

k i

d d d P M

21

1 , , (12) 2- Do tải trọng thi công :

2

2 ,

d P

M (13) 3- Do trọng l−ợng xe đúc :

n

k i i XE K K i

M

Nên tính mô men uốn dầm công xon bằng bản tính EXCEL và lập thành hai

bảng để phục vụ cho những nội dung tính duyệt sau này Bảng thứ nhất là các giá

trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ trong quá trình đúc hẫng và Bảng thứ hai tính giá trị

mô men tại các mặt cắt sau khi kết thúc đúc hẫng cân bằng

Giá trị tiêu chuẩn Gíá trị tính toán

Do tĩnh tải dầm

M 0-0 I,p

T.m

Do tải trọng thi công M 0-0

Cộng T.m

Do tĩnh tải dầm

M 0-0 I,p

Do tải trọng thi công

M 0-0 I,p

Do trọng l−ợng xe

đúc

M 0-0 XE

Cộng T.m

mô men tại các mặt cắt trong giai đoạn đúc hẫng cân bằng

Do tĩnh tải dầm M k-k

I,p

T.m

Do tải trọng thi công M k-k

Cộng T.m

2.3.2- Xác định mô men trong các giai đoạn chất tải tiếp theo:

Dầm liên tục 3 nhịp đúc hẫng theo công nghệ hạ xuống gối chính trước khi hợp

long nhịp giữa chịu tải theo các sơ đồ :

+ Đối với tĩnh tải giai đoạn I+tải trọng thi công + 1/2 trọng lượng xe đúc và 1/2

trọng lượng đốt hợp long – kết cấu nhịp làm việc theo sơ đồ dầm giản đơn mút

thừa.(Sơ đồ 1)

+ Sau khi căng cốt thép thớ dưới chịu mô men dương, hạ đà giáo kết cấu nhịp

làm việc theo sơ dầm đồ liên tục chịu hiệu ứng do cất xe đúc và tải trọng thi

công,biến dạng đàn hồi của dầm vồng ngược trở lại ,xuất hiện mô men dỡ tải tương

tự như tác dụng lên dầm tải trọng ngược dấu với chiều tác dụng của tải trọng thi công

và trọng lượng xe đúc

+ Đối với tĩnh tải giai đoạn II gồm trọng lượng các lớp phủ mặt cầu,trọng lượng

lan can,lề người đi và dải phân cách cứng, hoạt tải – kết cấu nhịp làm việc theo sơ đồ

dầm liên tục

Đặc điểm của dầm thi công theo công nghệ này là tải trọng thi công được xét

như tổ hợp chính và còn tác dụng đến kết cấu cả trong giai đoạn khai thác

Đối với tĩnh tải và tải trọng thi công lập biểu đồ nội lực

Đối với hoạt tải phải xây dựng đường bao

Gia trị nội lực dùng cho tính toán là đường bao tổng hợp cộng đại số theo từng

mặt cắt từ đường bao nội lực do hoạt tải và từ các biểu đồ nội lực do tĩnh tải và tải

trọng thi công

Trình tự tính toán như sau :

7

a- Trên nhịp L 1 của dầm giản đơn mút thừa :

1-Giá trị mô men tại các mặt cắt do trọng l−ợng bản thân PI

i: Phản lực gối đầu nhịp :

1

0 1 0 0

1

c c c

l l L p l l L

Mômen tại mặt cắt giữa đốt l0 :

8 2

0 0

l P Al

Mô men tại mặt cắt cuối đốt thứ n(kể từ đốt K0) :

( ) ( )

2

2 0 0 0

c c

n

l l p l l A

− +

0 1

n n n c n

n

d p d l l p A M

( ( ) )

2

2 1 1 1 0

0 1

n

d P d d P l l p A M

M

( )

2

2 2 2 1

0 0 2

n n

d P d d P l

l p A M

8

Ko K1

K2 K3 K4

p4 MC5

a) sơ đồ công nghệ

a) sơ đồ tính toán

P

P Pkích

l1 l/2

l/2 l1

c) Biểu đồ mô men uốn

mntc

Pxe Gc

A

28

2

, 1

(20) Tại mặt cắt cách đầu nhịp khoảng cách x1 :

2

2 1 , 1

x p x A

Kết quả tính thể hiện trong các bảng :

mô men tại các mặt cắt nhịp 1 tính theo sơ đồ 1 Bảng 4

Tĩnh tải dầm P I,i

(T/m)

Mô men

do tĩnh tải dầm

Mô men

do tải trọng thi công

Cộng giá

trị tiêu chuẩn

Cộng giá trị tính toán

Mô men tại cuối đốt thứ n ( kể từ đốt K0): M n =0

Mô men tại mặt cắt cuối đốt thứ n-1 :

2 2

1

n n n c n

n

d p d G M

2 2

2 1 1 1 1

n

d P d d P

G M

2 2

2 2 2 1

2 3

n n

d P d P

G M

k tc k tc

x P

9

=∑nưk

n i

Tĩnh tải dầm P I,i

(T/m)

Mô men

do tĩnh tải dầm

Mô men

do tải trọng thi công và

xe đúc

Cộng giá

trị tiêu chuẩn

Cộng giá trị tính toán

l0-chiều dài đoạn nhịp đúc trên đà giáo

lc-chiều dài đốt hợp long

P0-tĩnh tải phân bố của đoạn l0

L1-khẩu độ của nhịp biên

L- khẩu độ nhịp chính

Gc-trọng lượng đốt hợp long và đà giáo ván khuôn treo để đúc đốt này

PI,tc-tải trọng thi công 0.2T/m

Sau khi hợp long, chưa tháo dỡ ván khuôn ngoài tiến hành căng kéo cốt thép thớ dưới của nhịp giữa và di chuyển xe đúc ra khỏi cầu, tháo dỡ các tải trọng thi công khác Các tải trọng này vốn đã nằm ở trên nhịp gây nên biến dạng cho dầm, khi dỡ tải ra khỏi nhịp dầm đàn hồi trở lại nhưng do lúc này dầm đã là liên tục, chuyển vị bị khống chế và sẽ gây ra nội lực trong dầm Chúng ta gọi hiện tượng này

là hiệu ứng dỡ tải

10

Trong giai đoạn hợp long nhịp giữa trọng lượng đốt hợp long cùng với ván khuôn truyền lên hai đầu hẫng của sơ đồ mút thừa dưới dạng lực tập trung bằng (PHlong+Ptreo)/2 Sau khi tháo dỡ ván khuôn treo, đoạn hợp long đã liên kết vào với nhịp chủ, kết cấu nhịp làm việc theo sơ đồ dầm liên tục hoàn chỉnh Hai lực tập trung được giải phóng và thay thế bằng trọng luợng của đốt hợp long dưới dạng tải trọng phân bố trên chiều dài đốt hợp long

Như vậy với sơ đồ 2 là sơ đồ dầm liên tục, chịu tác dụng của các tải trọng: 1- Trọnglượng xe đúc ( không có quang treo và ván khuôn) – lực tập trung tác dụng tại nhịp giữa, cách mặt cắt giữa nhịp khoảng cách là dxe theo hướng ngược với trọng lực, hệ số tải trọng 1,0

2- Tải trọng thi công- lực phân bố 0,2T/m tác dụng trên suốt nhịp biên bất

kỳ và nhịp giữa theo hướng ngược với hướng của trọng lực, hệ số 1,0 3- Tải trọng do dỡ ván khuôn treo đốt hợp long – lực tập trung bằng 1/2Gc

đặt tại hai đầu mút thừa theo hướng ngược với hướng của trọng lực

4- Tĩnh tải đốt hợp long – tải trọng phân bố bằng P0 tác dụng trong phạm vi chiều dài đốt theo hướng trọng lực

Sử dụng SAP2000 Nonlinear để tính nội lực , sơ đồ là dầm liên tục , các

phần tử là các đốt không giải phóng liên kết ở hai đầu ( Release no ), trong mỗi phần tử độ cứng coi như không đổi và lấy theo độ cứng của mặt cắt giữa đốt

Điều kiện nối đất ( Restrains) ở hai mố và một trụ giải phóng R2 và U1, một trụ chỉ giải phóng R2 , tải trọng gồm tải trọng phân bố -PI,tc được mô tả là Uniform load tác dụng trên tất cả các phần tử của nhịp 1 và nhịp 2, các tải trọng tập trung ( concentrated load) là -Pxe đặt tại vị trí cách mặt cắt giữa nhịp một khoảng là dxe

về phía nhịp 1, -Gc/2 đặt ở hai điểm cách mặt cắt giữa nhịp 2 một khoảng lc/2, tải trọng phân bố +P0 tác dụng trên phần tử đốt hợp long (Trục toạ độ trong SAP không trùng với trục toạ độ phương trình đường cong đáy dầm)

Kết quả tính toán theo sơ đồ này cho ta biểu đồ nội lực

Sử dụng sơ đồ tính như sơ đồ 2 nhưng thêm những tải trọng sau :

1- Tĩnh tải giai đoạn 2

2- Đăng ký làn Li theo những cách xếp tải bất lợi cho mỗi mặt cắt tính toán 3- Xe tải thiết kế ba trục đăng ký dưới dạng xe Vehicle

4- Xếp tải trọng làn theo làn đã đăng ký như là tải trọng pân bố xếp tĩnh

5- Tải trọng đoàn người

Lập các tổ hợp tải trọng để lấy ra các đường bao mô men của các tổ hợp theo sơ đồ 3

Kết quả tính toán tập hợp theo bảng Tổng hợp nội lực Giá trị tổng hợp là kết quả cộng đại số các giá trị nội lực ở mỗi mặt cắt tính theo 3 sơ đồ xếp tải đã nêu ở trên

11

Khi xác định nội lực trong dầm liên tục

đúc hẫng theo công nghệ này cần phải lưu ý hiện tượng xuất hiện mô men âm tại mặt cắt giữa nhịp, mô men này xuất hiện do hai nguyên nhân : 1- hiệu ứng dỡ tải 2- khi hoạt tải xếp lên hai nhịp biên Nguyên nhân 1 có thể khắc phục bằng biện pháp giảm trọng lượng của xe đúc hoặc có thể

bỏ hẳn xe đúc trong giai

đoạn hợp long Đối với nguyên nhân thứ hai cần xem xét lại việc phân phối tỉ lệ giữa nhịp biên và nhịp giữa, nhịp biên càng lớn thì mô men này càng lớn Có thể triệt tiêu giá trị mô men âm giữa nhịp bằng tăng tĩnh tải giai đoạn II , lớp tạo dốc ngang được thi công sau khi đã hợp long ,không đổ cùng với nắp hộp như vẫn thường làm Nếu các giải pháp trên không khắc phục được phải bố trí thêm cốt thép ƯST ở nắp hộp trong phạm vi lC + hai đốt cuối, hoặc thay đổi công nghệ

Giá trị M tính toán trong giai

Giá trị

M tính theo sơ đồ

12