9- Chuong 4-PBN

Chơng Tính toán phân bố tải trọng cho phận kết cấu nhịp 4.1 Các nhóm phơng pháp tính toán phân bố tải trọng Kết cấu cầu hệ thống kết cấu không gian, phận tham gia chịu tải trọng chung với mức độ khác Do việc tính toán nội lực phải có nội dung tính toán phân bố tải trọng cho phận kết cấu nhịp Các phận kết cấu nhịp cầu dầm thông thờng bao gồm: - Các dầm chủ - Các dầm ngang - Các mặt cầu Theo nguyên tắc chung phân tích kết cấu, tính nội lực phận kết cấu dới tác động tĩnh học động học Ngày với phát triển công nghệ tin học, kỹ s có đủ công cụ tính toán để tính toán kết cấu từ đơn giản đến phức tạp Còn phơng pháp đơn giản để tính tay với mức độ xác đủ thực tế, có giá trị đợc áp dụng rộng rãi nhiều trờng hợp thông thờng Những phơng pháp đơn giản hoá đợc trình bày Chơng này, chúng dựa giả thiết khác sơ đồ tính toán, có chỗ cha chặt chẽ Còn nhiều cách tính dựa giả thiết khác Tuy nhiên phơng pháp dựa vào nguyên tắc chung Cơ học, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 cho phép áp dụng phơng pháp tính toán Cơ học hợp lý Các kỹ s thiết kế cần phải tự xem xét mà định chọn cách tính toán cho phù hợp thực tế, đảm bảo an toàn chất lợng công trình chịu trách nhiệm pháp lý kết tinh toán Hoạt tải xe cầu ô-tô di động theo phơng ngang cầu dọc cầu cách tuỳ thuộc ngời lái xe Vì Luật giao thông đuờng có quy định xe mặt đờng có sơn kẻ vạch xe, nhng tính toán kết cấu cầu phải đề tình xếp xe bất lợi theo phơng dọc ngang cầu, kẻ tình vi phạm luật giao thông CBT - 136 Trong môn học Cơ kết cấu trình bầy ph ơng pháp xếp xe theo dọc cầu dựa đờng ảnh hởng nội lực (momen, lực cắt, lực dọc, phản lực gối) đờng ảnh hởng chuyển vị để tính toán trị số bất lợi (nhỏ lớn nhất) nội lực chuyển vị cần xét Khi đ ã giả thiết sơ đồ toàn kết cấu nhịp sơ đồ dầm chủ đặt theo trục dọc tim cầu, không xét đến di động theo phơng ngang cầu xe số lợng dầm chủ mặt cắt ngang nhịp cầu Một giải pháp tính toán nhằm khắc phục thiếu sót nói đa khái niệm Hệ số phân bố ngang tải trọng (không có đơn vị đo), Giá trị thể phần trị số đại lợng cần tính toán tơng ứng với dầm chủ mặt cắt ngang nhịp cầu Nh dầm chủ có hệ số phân bố ngang riêng (HSPBN) cho loại tải trọng xe ngời, riêng cho đại lợng nội lực (momen, lực cắt) chuyển vị đợc xét Ví dụ dầm biên dầm (bố trí phía bên dầm biên) có riêng hệ số phân bố theo Momen hệ số phân bố theo lực cắt loại hoạt tải Khi áp dụng thực hành tính toán, trớc tiên cần tính HSPBN hoạt tải, nghĩa giải toán xếp tải theo hớng ngang cầu Sau vẽ đờng ảnh hởng nội lực xếp tải theo hớng dọc cầu nhằm tìm tổng nội lực chuyển vị mặt cắt ngang cầu gồm nhiều dầm chủ Tiếp theo, nhân kết với HSPBN hoạt tải tơng ứng với dầm chủ để tìm trị số nội lực (momen, lực cắt) mà dầm chủ phải chịu vị trí mặt cắt xét Để tính toán HSPBN, trớc kỹ s Việt nam thờng dùng phơng pháp tính toán tham khảo từ sách tác giả ngời Nga (theo Quy trình thiết kế cũ 22TCN 18-79, vấn đề không bị bắt buộc) Trong thờng dùng Phơng pháp đòn bẩy, phơng pháp nén lệch tâm, phơng pháp dầm liên tục gối đàn hồi,v.v Các phơng pháp tính toán phần quan trọng lý thuyết tính toán cầu BTCTnói riêng kết cấu nhịp cầu nói chung Có thể vào mô hình tính toán giả định để phân loại phơng pháp tính toán phân bố tải trọng thành nhóm sau : 4.1.1 Nhóm thứ Tất phơng pháp thuộc nhóm giả thiết kết cấu nhịp cầu hệ Do sử dụng kết môn "Cơ học xây dựng hệ thanh" để tính toán phân bố tải trọng Giả thiết sờn dọc vòm, dầm dọc kết cấu nhịp cong hay thẳng đợc coi dọc Giả thiết sờn ngang hay sờn chéo ngang hay chéo Các phần CBT - 137 đợc coi nh chịu lực cục truyền lên giả định đỡ Trong nhóm có phơng pháp đại diện là: - Phơng pháp đòn bẩy - Phơng pháp nén lệch tâm - Phơng pháp dầm liên tục gối đàn hồi - Các phơng pháp mạng dầm 4.1.2 Nhóm thứ hai Đặc điểm phơng pháp thuộc nhóm giả thuyết: coi kết cấu nhịp nh hệ thống thành mỏng có mặt cắt kín mặt cắt hở Do ngời ta áp dụng kết nghiên cứu lý thuyết thành mỏng để đa công thức tính toán nội lực 4.1.3 Nhóm thứ ba Nhóm gồm phơng pháp dựa giả thiết coi kết cấu nhịp dạng hay hệ thống (bản phẳng, chéo, có sờn v.v ) Các công thức tính toán rút từ lý thuyết tính toán loại vỏ Điển hình nhóm là: - Phơng pháp có sờn trực giao - Phơng pháp chéo thẳng, sờn 4.1.4 Nhóm thứ t Trong nhóm này, kết cấu nhịp đợc mô hình hóa với giả thiết nghĩa mô hình gần giống kết cấu thực Đó phơng pháp phần tử hữu hạn, phơng pháp dài hữu hạn, phơng pháp phần tử biên v.v dùng để tính toán nội lực chuyển vị kết cấu Các phơng pháp phức tạp xác cao, có khả xét đợc tính chất phi tuyến vật liệu có mặt củạ cốt thép bê tông Để sử dụng phơng pháp phải có máy tính điện tử 4.1.5 Các phơng pháp phân tích kết cấu đợc chấp nhận Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 đợc Bộ GTVT ban hành năm 2005 khuyến cáo áp dụng ph ơng pháp phân tích kết cấu sở tính đàn hồi Tuy nhiên, cho phép phân tích không đàn hồi phân bố lại hiệu ứng lực số kết cấu nhịp dầm liên tục Có thể sử dụng phơng pháp phân tích kết cấu thoả mãn yêu cầu điều kiện cân tính tơng hợp sử dụng đợc mối liên hệ ứng suất - biến dạng cho loại vật liệu xét, chúng bao gồm phơng pháp CBT - 138 sau danh sách mở rộng nữa: Phơng pháp chuyển vị phơng pháp lực cổ điển Phơng pháp sai phân hữu hạn Phơng pháp phần tử hữu hạn Phơng pháp gập Phơng pháp dải băng hữu hạn Phơng pháp tơng tự mạng dầm Phơng pháp chuỗi phơng pháp điều hoà khác Phơng pháp đờng chảy dẻo Ngời thiết kế có trách nhiệm sử dụng chơng trình máy tính để dễ phân tích kết cấu giải trình nh sử dụng kết Trong tài liệu tính toán báo cáo thiết kế cần rõ tên, phiên ngày phần mềm đợc đa vào sử dụng Cũng sử dụng phơng pháp phân tích khác dựa tính chất vật liệu đợc đa tài liệu thoả mãn điều kiện cân tính t ơng hợp Trong thực tế thiết kế cầu Việt Nam, phơng pháp thuộc Nhóm l nêu thờng đợc sử dụng rộng rãi nơi nhiều tr ờng hợp đảm bảo đủ mức độ xác thực tế Các nhóm ph ơng pháp khác nói chung xác nhng muốn áp dụng phải có máy tính điện tử thích hợp bảng tra đặc biệt Trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 cho sẵn nhiều công thức để tính toán phân bố ngang hoạt tải tuỳ theo cấu tạo cụ thể mặt cắt ngang nhịp cầu 4.2 Bố trí hoạt tải HL-93 theo phơng ngang cầu 4.2.1 Số xe thiết kế Số xe thiết kế đợc coi phần nguyên tỷ số W/ 3500 mm Trong W khổ cầu tính mm (điều 3.6.1.1.1) Nh khổ cầu 10 m tơng đơng với xe 10.5 m tơng đơng với xe Tuy trị số chiều rộng 3500 mm để xác định số xe chuẩn mặt cắt ngang mà chiều rộng xe không thiết 3500 mm Cũng điều 3.6.1.1.1 qui định thêm lòng đờng rộng từ 6000 mm (6.0 m) đến 7200 mm (7.20 m) phải bố trí xe, nửa lòng đờng Nh chiều rộng xe biến thiên từ 3000 mm (3.0m) đến 3600 mm (3.6m) CBT - 139 Số xe thiết kế cho chiều rộng cầu thờng gặp thực tế là: Khổ xe chạy (m) W < 6.0 Số xe thiết kế Chiều rộng 3.5 m 6.0< W 600 sử dụng = 600 Dầm hộp bê tông mặt cắt T kép sử dụng kết cấu nhiều nhịp Bảng 4.6.2.2.2e-1- Phân bố tải trọng theo mô men lực cắt cho dầm ngang Loại mặt cầu Bê tông Lới thép Phân số tải trọng bánh xe cho dầm sàn S 1800 S 1400 Phạm vi áp dụng S # 1800 tg # 100 S # 1500 Lới thép S 1800 tg # 100 S # 1800 Tấm mặt cầu thép lợn sóng S 1700 tg # 50 Bảng 4.6.2.2.3a.1- Phân bố hoạt tải theo lực cắt dầm CBT - 176 Các hệ số phân bố (g) Dạng mặt Loại dầm Mặt bê tông mặt cầu kiểu mạng dầm lấp đầy; kiểu mạng dầm lấp đầy phần Phần hộp bê tông nhiều ngăn, dầm hộp cắt thích hợp lấy từ Cho a, e, k Một xe thiết kế S 0.36 + 7600 S S 0.20 + 7600 10700 2.0 Cũng cho i,j đợc liên kết 6000L 73000 Nb Quy bẩy d 1100 S 4900 110 ts 300 tắc đòn 0.6 0.1 S d 3050 L Quy tắc đòn bẩy S 2200 0.8 d L Nb = 0.1 1800 S 4000 890 d 2800 6000 L 73000 0.6 Mặt cầu bê tông dầm hộp bê tông mở rộng Hai hai xe thiết kế Phạm vi áp dụng b, c S d 3050 L 0.1 Nb 0.8 S d 2250 L 0.1 1800 S 3500 450 d 1700 6000L 43000 Nb Quy bẩy CBT - 177 tắc đòn Quy tắc đòn bẩy S >3500 Dầm hộp bê tông kết cấu nhịp nhiều dầm b 0.70 + L 0.15 0.05 I b J 4000 b L I J 0.05 f,g 900 # b # 1500 6000#L # 37000 # Nb # 20 1.0 x 1010 # J # 2.5 x 1011 1.7 x 1010 # I # 2.5 x 1011 Dầm bê tông, trừ dầm Mặt cầu dạng lới dầm thép Mặt cầu bê tông dầm thép nhiều hộp h i, j liên kết đủ để ngăn chặn chuyển vị thẳng đứng tơng đối mặt tiếp xúc Quy bẩy tắc đòn Quy tắc đòn bẩy Quy tắc đòn bẩy Quy tắc đòn bẩy Không dụng Không áp dụng a b,c Nh bảng 4.6.2.2.2a-1 Bảng 4.6.2.2.3b-1 - Sự phân bố hoạt tải theo lực cắt dầm biên Dạng kết cấu nhịp Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1-1 thiết kế chịu tải thiết kế chịu tải áp Phạm vi áp dụng CBT - 178 Mặt cầu Cho a, e, Quy tắc bê tông, mặt k đòn bẩy cầu dạng lới cho i, j e = 0,6 = + Quy bẩy hộp bê tông nhiều ngăn, dầm hộp d Mặt cắt bê tông dầm hộp bê b, c Dầm f, g Dầm bê tông trừ dầm h i, j de 3000 tắc đòn Quy tắc đòn bẩy G=e.g bên Quy tắc đòn bẩy G=e.g bên e = 0,64 = + e = 0,8 = + Quy bẩy Dầm bê tông đợc sử dụng kết cấu cầu nhiều dầm Quy tắc đòn bẩy -300de1700 G=e.g bên de 3800 Nb=3 -600de 1500 0de 1400 de 3050 tắc đòn 300de 600 G=e.g bên e = 1,02 = + S >3500 de 15000 Quy tắc Quy đòn bẩy bẩy tắc đòn Không dụng áp Quy tắc Quy đòn bẩy bẩy tắc đòn Không dụng áp Nếu liên kết đủ để ngăn chặn chuyển vị tơng đối thẳng đứng mặt tiếp xúc Mặt cầu lới thép dầm thép Mặt CBT - 179 cầu a b,c Nh bảng 4.6.2.2.2a-1 bê tông dầm thép nhiều hộp Bảng 4.6.2.2.3c-1 Hệ số điều chỉnh cho hệ số phân bố tải trọng lực cắt góc tù Dạng cấu nhịp kết Mặt cầu bê tông mặt cầu dạng lới lấp đầy phần dầm bê tông thép; dầm bê tông dạng chữ T, mặt cắt T T kép Dầm hộp bê tông nhiều ngăn, dầm hộp Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1-1 Cho a, e, k dùng cho i,j liên kết đủ chặt chẽ để làm việc nh khối Hệ chỉnh số LI 1.0 + 0,20 s Ks điều Phạm vi áp dụng 0.3 tan 00 600 1800 4900 S 6000 73000 L NB # d L 1.0 + 0.25 + tan 70d 00 600 1800 4000 S 900 d 2700 6000 73000 L NB # Dầm hộp bê tông dầm hộp bê tông mở rộng b,c + Ld tan 6S 00 600 1800 S 3500 450 d 1700 6000L 43000 CBT - 180 NB # Dầm hộp bê tông sử dụng kết cấu nhịp nhiều dầm f,g 1.0 + L tan 90d 00 600 900 b 1500 430 d 1500 6000L 37000 # NB # 20 CBT - 181