- Giải pháp lựa chọn gối cầu: dùng gối cao su được chế tạo bởi các lớp cao su, ở giữa có dán các tấm thép mỏng.. Có thể tham khảo các loại gối do hãng Liểu Châu Trung Quốc chế tạo với qu
Trang 1CHƯƠNG VI
THIẾT KẾ GỐI CẦU
I GIỚI THIỆU CHUNG
- Gối cầu thiết kế đặt tại trụ T1, T2, T7, T8
- Giải pháp lựa chọn gối cầu: dùng gối cao su được chế tạo bởi các lớp cao su, ở giữa có dán các tấm thép mỏng Có thể tham khảo các loại gối do hãng Liểu Châu Trung Quốc chế tạo với quy cách như sau :
Vị trí đặt gối Kích thước Sức chịu nén min(KN)
Khả năng biến vị ngang tối thiểu (mm)
Khả năng biến
vị góc tối thiểu
tgÞ
Trụ T1, T2, T7,
- Ưu điểm của loại gối này là có thể chịu được lực nén thẳng đứng tốt, đảm bảo được chuyển vị dọc và quay của điểm tựa, đồng thời cũng làm cho gối chịu được lực ngang do hãm xe và do kết cấu nhịp đặt nghiêng gây ra
- Loại gối cầu này tốn ít thép, chế tạo và sử dụng đơn giản
II TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN GỐI CẦU
Kết quả được lấy từ phần thiết kế trụ T1
- Trọng lượng tĩnh tãi kết cấu phần trên tác dụng lên một gối:
RD = 840.22kN
- Trọng lượng do hoạt tải truyền xuống một gối:
RL = 628.34 kN
III TÍNH TOÁN GỐI CẦU
- Các giá trị dùng để tính toán gối cầu:
G = 0.95MPa : Mođun đàn hồi do lực cắt
y
f = 270MPa : Cường độ chảy thép.
2
1
=
γ : Hệ số tải trọng do nhiệt độ.
- Xác định chuyển vị của gối cầu:
+ Chuyển vị do nhiệt độ:
L T
Temp =α×∆ ×
∆
Trong đó:
α = 10.8×10-6/0C: hệ số giãn nở nhiệt (Theo điều 5.4.2.2, với bêtông thường)
T
∆ : Chênh lệch nhiệt độ
Biên độ thay đổi nhiệt độ bêtông trong khoảng +100C ÷470C, nhiệt độ tiến hành thi công lắp đặt khảng 250C :
Chênh lệch nhiệt độ: T∆ = 47 – 25 = 220 C
L = 37.63m: Chiều dài nhịp tính toán
Chuyển vị do nhiệt độ:
mm 9 8 37630 22
10 8 10 L
+ Chuyển vị do co ngót:
L
Shink =β×µ×
∆
Trong đó :
Trang 2β = 0.0002: Hệ số co ngót giới hạn sau khi lắp đặt mối nối.
µ= 0.8: Hệ số đối với dầm giản đơn.
=> ∆Shink =β×µ×L=0.0002×0.8×37630=6.02mm.
+ Chuyển vị lớn nhất của gối cầu:
)
=> Thỏa mãn chuyển vị ngang
- Xác định chiều dày của gối cầu:
Chiều dày gối cầu phải lớn hơn 2 lần chuyển vị lớn nhất của gối cầu:
S
rt 2
=> hrt ≥2∆S =17.9x2 = 35.8 mm
Chọn :
hrt = 78mm: Chiều dày của gối
n = 5: Số lớp cao su
hri : Chiều dày của lớp cao su thứ i
hr1 = hr5 = 10mm : Chiều dày của 2 lớp cao su ngoài cùng
hr2 = hr3 = hr4 = 15mm: Chiều dày của các lớp cao su bên trong
Bố trí 4 lớp thép, mỗi lớp dày 3mm
- Kích thước gối cầu:
Chọn kích thước gối: LxWxhrt = 300x600x78 mm
+ Hệ số hình dạng của một lớp gối chất dẻo:
) (
LW S
ri
Trong đó:
L = 300mm: Chiều dài gối cầu (song song với trục dọc của cầu)
W = 600mm: Bề rộng gối theo phương ngang cầu
hri = 15mm : Chiều dày lớp cao su lớn nhất của gối
Si : Hệ số hình dạng gối
=> S 2h (LWL W) 2 15300(300600600) 6.66
ri
+
×
×
×
= +
=
Đối với gối chịu biến dạng cắt, ứùng suất nén trung bình ở trạng thái giới hạn sử dụng phải thỏa mãn điều 14.7.5.3:
MPa 11 GS 66 1
σ
GS 66 0
L ≤
σ
Trong đó:
S
σ : Ứng suất nén trung bình do tổng tải trọng (Mpa).
2 3
L D
600 300
34 628 22
840 LW
R
×
+
=
+
=
L
σ : Ứng suất nén trung bình do hoạt tải (Mpa).
MPa 49 3 mm / kN 10 49 3 600 300
34
628 LW
×
=
=
G = 0.95 Mpa: Module kháng cắt của chất dẻo (Mpa)
S = 6.66: Hệ số hình dạng của lớp dày nhất của gối
=> 1.66×G×S=1.66×0.95×6.66=10.5MPa
MPa 18 4 66 6 95 0 66 0 GS
66
Trang 3
Kiểm tra: σS =8.15MPa<1.66GS=10.5MPa<11MPa.=> Thỏa mãn.
MPa 18 4 GS 66 0 MPa 49 3
- Biến dạng nén tức thời:
∑ε
=
δ ihri
Trong đó:
i
ε : Ứng biến nén tức thời trong lớp chất dẻo thứ i của gối cán mỏng.
Với σS = 8.15MPa và S = 6.66 => Tra biểu đồ quan hệ biến dạng tương đối
với ứng suất do nén: εi = 0.018.
hri : Chiều dày của lớp chất dẻo thứ i trong gối cán mỏng
Biến dạng nén tức thời của gối:
∑ε
=
- Góc xoay lớn nhất của gối:
Khả năng xoay của gối có thể tính toán như sau:
rad 009 0 300
35 1 2 L
2
s = δ = × =
=> Thỏa mãn chuyển vị xoay
- Kiểm tra biến dạng nén và xoay kết hợp của gối:
Đối với các gối hình chữ nhật, để thỏa mãn các yêu cầu không bị nhổ lên, có thể được dùng nếu như chúng thỏa mãn:
+ Điều kiện chịu tải trọng đứng :
2 , 1.0 ( )( )
ri
S uplift
S
h
B n
GS θ
=
∂ < σs (14.7.5.3.5-1)
+ Biến dạng cắt :
∂ , =1.875 1−0.2( )( )2
ri
S shear
S
h
B n
GS θ
Trong đó:
n = 5: Số lượng các lớp cao su
hri = 15mm: Chiều cao của lớp chất dẻo thứ i
σ =i Ứng suất trong lớp chất dẻo thứ i
B : Chiều dài của tấm gối nếu quay xung quanh trục ngang của nó, hoặc chiều
rộng của tấm gối nếu xoay xung quanh trục dọc của nó
B = 300mm
θ =s 0.009rad: Độ quay xung quanh bất kì trục nào của tấm gối.
Kết quả tính toán:
2 uplift
,
15
300 ( ) 5
009 0 ( 66 6 95 0 0
=
=> Thỏa mãn điều kiện chịu tải trọng đứng
15 10 ] ) 15
300 )(
5
009 0 2 0 ( 1 [ 66 6 95 0 875
shear
,
Mpa
=> Thỏa mãn biến dạng cắt
- Kiểm tra ổn định của gối chất dẻo:
Trang 4Gối cầu được thiết kế để bảo đảm ổn định với các tổ hợp tải trọng ở giới hạn khai thác
Ứng suất nén trung bình trên gối được gới hạn bằng một nửa ứng suất tới hạn
B A
G
σ
Trong đó:
600
300 2 1 66 6
300
78 92 1 W
L 2 1 S
L
h 92
1
A
rt
× +
×
×
= +
600 4
300 1
) 2 66 6 ( 66 6
67 2 W
4
L 1 ) 0 2 S (
S
67 2 B
× +
× +
×
= +
+
=
= 0.044 (14.7.5.3.6-3)
=> 2AG B= 2×0.0530.95−0.044
=> Thỏa mãn điều kiện ổn định của gối
- Thép gia cường gối cầu:
Thép gia cường gối cầu phải được thiết kế để chịu được ứng suất kéo tạo ra khi bị nén Bề dày nén tấm thép hs phải thoả mãn:
+ Tại trạng thái giới hạn khai thác:
mm 906 0 270
15 8 15
2 f
h 3
h
y
S max
+ Tại trạng thái giới hạn mỏi:
165
15 8 15 2 F
h h
TH
S max
∆
σ
Trong đó:
TH
F
hmax = 15mm: Chiều dày lớn nhất của lớp cao su trong gối
2 Kết luận:
- Kích thước gối cao su 300×600×78 mm (Gối do hãng Liểu Châu Trung Quốc chế tạo).
- Hai lớp cao su ngoài dày 10 mm
- Ba lớp cao su trong dày 15 mm
- Bốn bản thép, mỗi bản dày 3 mm