Bài giảng cầu thép p 2

Bài giảng CẦU THÉP 16 CHƯƠNG III - CẦU DẦM ĐẶC 3.1 Khái niệm chung 1) Đặc điểm cầu dầm đặc: - Cấu tạo đơn giản, dễ tiêu chuẩn hóa điển hình hóa; - Lao lắp đơn giản, nhanh chóng; - Cầu dầm đặc giản đơn nên vượt nhịp đến L30m; - Cầu dầm đặc có kiểu đường xe chạy trên, kiểu đường xe chạy dưới; - Chỉ xét nội lực phát sinh dầm momen lực cắt; - Thường dùng dầm thép đặc có mặt cầu BTCT liên hợp chịu lực, tức BTCT chịu nén phần thép chịu phần lớn lực kéo; sử dụng vật liệu hợp lý tiết kiệm 2) Cấu tạo kích thước bản: a) Đối với cầu dầm đơn giản: - nên chọn 4, 5, dầm chủ thép cán, chữ I, phù hợp với khổ cầu W-6m lớn hơn; - trường hợp khổ W-4,5 tải trọng ô-tô nhẹ 0,65 (HL-93) H-13, chọn dầm chủ; - tỷ lệ chiều cao dầm chủ (h) so với chiều dài nhịp (L) nên chọn h 1 = ÷ ; chiều cao toàn (tối thiểu) dầm I liên hợp giản đơn 0,04L; L 20 25 chiều cao (tối thiểu) phần dầm I dầm I liên hợp giản đơn 0,033L b) Đối với cầu dầm liên tục: - thường chọn liên tục đến nhịp; - nên chọn tỷ lệ h 1 = ÷ ; chiều cao toàn (tối thiểu) dầm I liên hợp liên tục l 20 45 0,032L ; chiều cao (tối thiểu) phần dầm I dầm liên hợp liên tục 0,027L - nên chọn mặt cắt dầm chủ có chiều cao thay đổi; mặt cắt gối cao nhịp 1,3 đến 1,5 lần; - trường hợp liên tục nhịp, nên chọn l1 = 0,75 ÷ 0,8 l2 c) Khoảng cách dầm chủ (B): phụ thuộc khổ đường xe chạy loại hình kết cấu dầm chủ Bài giảng CẦU THÉP 17 Đối với dầm đặc có dầm chủ hơn, khoảng cách tim dầm chủ nên đặt cách thường 1,8m đến 2,1m d) Kích thước bản: qui định kích thước nhỏ mặt cắt phận kết cấu dầm đặc tính mm, cho phép lấy sau: - Bề dày bụng dầm chủ hàn nối, chịu uốn, 10; dầm thép cán I 8;Bề dày nút liên kết: 10 - Bề dày nẹp tăng cường đứng tăng cường dọc:10 - Thép góc hệ liên kết: ∟- 80x80x8 - Bề dày lớn thép cán cấu kiện hàn thép cacbon 50mm; cấu kiện hàn thép hợp kim thấp 40mm - Các vách ngang khung ngang cho dầm thép cán chữ I phải cao nửa chiều cao dầm 3.2 Cấu tạo dầm đặc hàn ghép, liên kết bu lông cường độ cao 1) Đặc điểm: - Vật liệu dùng dầm đặc hàn ghép phải thép chịu hàn; - Liên kết cấu kiện dầm đặc hàn ghép thường dùng bu lông cường độ cao; - Dầm đặc hàn ghép có kết cấu thoáng, góc cạnh, dễ sơn sửa bảo quản 2) Qui định cấu tạo: - Bản bụng: + dùng thép cácbon, δb ≈ (h tính cm) + dùng thép hợp kim thấp, δb ≈ + theo điều kiện ổn định bụng, Bản cánh δc ≥ 12mm h Bản bụng δb ≥ 12mm δ b Bản cánh δc ≥ 12mm b - Bản cánh: Bề rộng phần thò cánh chịu nén dầm hàn có đường xe chạy không vượt 15δ 400mm (trong đó, δ - bề dày cánh) - Nẹp tăng cường: Để tăng cường độ cứng bụng, triệt tiêu biến dạng phình cục bề mặt bụng, phải bố trí nẹp tăng cường theo qui định sau: + vị trí đặt gối dầm thiết phải có nẹp tăng cường đứng; nẹp có cấu tạo đầu mài nhẵn chống khít vào mặt cánh dưới; + phạm vi ¼ chiều dài nhịp đầu dầm, khoảng cách nẹp tăng cường đứng nên bố trí < h 1000mm, cần bố trí cách cánh chịu nén dầm khoảng 0,20 ÷ 0,25h; + nẹp đứng phải bố trí suốt liền chiều cao (h) dầm; nẹp dọc phải cắt đoạn khoảng sườn đứng liền kề 3) Cấu tạo mối nối dầm đặc: - hàn nối bụng: Bản thép nguyên thường không đủ chiều dài cắt đoạn nhịp dầm nên phải hàn nối bụng cho đủ Trước hàn đối đầu, phải gia công mép hàn theo dạng chữ V X A A Hàn nối cánh : A B A Mặt cắt A-A Nhìn theo A-A B Nhìn theo B-B Hàn thép làm nẹp tăng cường - Cấu tạo neo giữ BTCT mặt cầu với cánh dầm chủ: Có hai loại cấu tạo neo giữ tùy thuộc mặt cầu xét đặt tự cánh dầm xét tính liên hợp chịu lực với dầm thép - Cấu tạo hệ liên kết dọc, ngang dầm chủ: Nếu dầm thép liên hợp chịu lực với BTCT mặt cầu, thường cần bố trí hệ liên kết ngang; với dầm thép có h>1000mm, bố trí thêm hệ liên kết dọc Bài giảng CẦU THÉP 19 3.4 Tính toán dầm chủ 1) Lựa chọn số dầm mặt cắt dầm chủ: Thường lựa chọn số lượng dầm chủ gồm 2, 4, phiến nhiều hơn, tùy thuộc khổ cầu loại hình mặt cắt dầm thép h h>1000 h>800 h>1500 h2B (với B - khoảng cách lan can hai bên cầu; L - chiều dài nhịp), hệ số phân phối ngang xác định theo phương pháp nén lệch tâm với giá trị sau: Bài giảng CẦU THÉP 20 -2 a max a max ► dầm biên: y1 = + y'1 = − n Σa i n Σai đó, y1 y'1 - tung độ đường ảnh hưởng P=1 đặt dầm biên bên trái bên phải; n - số dầm chủ; amax - khoảng cách hai dầm biên; - khoảng cách hai dầm thứ (i) bên đối xứng qua tim cầu ► dầm thứ (k) bên trong: yk = y'k = đó, ak - khoảng cách đôi dầm thứ (k) cần tính hệ số phân phối ngang B Cách 1,5m 3,0m Cách 2 3,0m a2 amax Từ giá trị trên, tính hệ số phân phối ngang hoạt tải xe ô-tô ηH=ΣyH,i hoạt tải người ηP=yP vào dầm chủ cần tính Lập bảng tính hệ số phân phối ngang hoạt tải vào dầm chủ 1, 2, 3, … theo hai cách đặt tải trên, sau chọn dầm có hệ số phân phối ngang lớn để tính nội lực phát sinh dầm + L < 2B, tính ηH ηP theo phương pháp nén lệch tâm, chọn kiểm tra trạng thái giới hạn cường độ dầm chủ liên kết, sau kiểm toán lại hệ số phân phối ngang ηH tính theo phương pháp gối tựa đàn hồi 4) Tính nội lực phát sinh mặt cắt dầm chủ: - Vẽ đường ảnh hưởng momen vị trí nhịp (Mmax) tính diện tích, tính l trị số tung độ tương ứng điểm đặt hoạt ĐAH M½ tải HL-93; - Vẽ đường ảnh hưởng lực cắt vị trí ĐAH V0 đầu dầm chủ (Vmax) tính diện tích, tính trị số tung độ tương ứng điểm đặt hoạt tải - Công thức tổng quát tính nội lực momen phát sinh mặt cắt dầm chủ: Mmax = momen tải trọng thường xuyên + momen hoạt tải ô-tô, người = D.AM+1,75[mg(Mta Mtr).(1+IM/100)+mgMln+gnMng] kNm Công thức tổng quát tính nội lực cắt phát sinh vị trí gối dầm chủ: Vmax = D.AV+1,75[mg(Vta Vtr).(1+IM/100)+mgVln+gnVng] kN đó, D - tổng tải trọng thường xuyên với hệ số tải trọng (kN/m) Bài giảng CẦU THÉP 21 A - diện tích đường ảnh hưởng momen (m2) lực cắt (m) 1,75 - hệ số tải trọng γ tính tổ hợp hoạt tải theo trạng thái giới hạn cường độ I m - hệ số xe; g, gn - hệ số phân phối ngang hoạt tải ô-tô, hoạt tải người lên dầm chủ xét tính Mta , Mtr, Mln, Mng: trị số momen xe tải xe hai trục, tải trọng làn, tải trọng người đi, kNm Vta, Vtr, Vln, Vng: trị số lực cắt xe tải xe hai trục, tải trọng làn, tải trọng người đi, kN 5) Kiểm toán mặt cắt dầm chủ: - Từ kết tính nội lực trên, kiểm toán mặt cắt dầm chủ nhịp thỏa mãn trạng thái giới hạn cường độ theo công thức sau: Momen uốn: Mr ≤ φf Mn = Zφf Fy (3.4.5.1) đó, Mr - momen max tính toán (kNm, chuyển thành N.mm cách nhân 106) φf - hệ số cường độ, theo 6.5.4.2, tính dầm chủ chịu uốn túy, chọn φf =1,00 Mn - momen danh định dầm chủ lựa chọn Z - momen chống uốn dầm chủ lựa chọn (mm3) Fy- cường độ giới hạn chảy nhỏ thép (MPa), thép làm dầm chủ A709M, cho Fy = 345MPa, cấp thép cao cho F y = 485MPa (xem 6.4.1 TC) - Đối với cầu dầm đặc liên tục 2, nhịp, phải xét thêm trạng thái giới hạn mỏi phá hoại đoạn bụng dầm phạm vi gối, thỏa mãn qui định Điều 6.10.16 - Thông thường, bụng dầm chủ phải có nẹp tăng cường, nên nội lực cắt tính theo công thức: Vr ≤ φv Vn (3.4.5.2) đó, Vr - lực cắt tính toán (kN) φv - hệ số cường độ, theo 6.5.4.2 cho φv = Vn - nội lực cắt danh định dầm chủ chọn (kN) Tính Vn theo công thức sau: Vn = CVp đó, C - tỷ số ứng suất gây ổn định trị số cường độ chảy dẻo chịu cắt cánh, D Ek ≤ 1,10 tw Fyw , C = khác bất đẳng thức trên, chọn C = 1,25 Vp - khả chịu cắt dẻo qui định theo Điều 6.10.7.3.3a Vp = 0,58 Fyw Dtw (đơn vị tính N) với, D - chiều cao bụng (mm) Fyw - cường độ chảy nhỏ quy định bụng (MPa) tw - chiều dày bụng (mm) E - moduyn đàn hồi thép bản, E=200.000 MPa Bài giảng CẦU THÉP 22 -5 k = +     D - khoảng cách gờ tăng cường (mm) - Sau kiểm toán dầm chủ thỏa mãn bất đẳng thức (3.4.5.1) (3.4.5.2), chứng tỏ qui cách thép hình I chọn đạt yêu cầu giới hạn cường độ 6) Tính độ võng dầm giản đơn: - Cầu dầm đặc giản đơn không bắt buộc phải tính độ võng; cầu dầm đặc liên tục 2, nhịp không cần xét tính độ võng - Tính độ võng theo trạng thái giới hạn sử dụng qui định sau: + Khi nghiên cứu độ võng tuyệt đối lớn nhất, tất xe thiết kế phải đặt tải tất dầm chủ coi có độ võng nhau, tức toàn tải trọng cầu phân bố cho dầm chủ; + Khi nghiên cứu độ võng tương đối lớn cho số dầm chủ, số lượng vị trí đặt tải phải chọn cho có độ võng tương đối lớn nhất; + Trị số độ võng giới hạn cầu dầm đặc gây nên hoạt tải xe ô-tô, nói chung L/800 tải trọng xe người L/1000 đó, L-chiều dài nhịp dầm + Hoạt tải xe phải bao gồm tổ hợp tải trọng (có hệ số tải trọng 1,3) với lực xung kích, hệ số xe hệ số phân phối ngang + Công thức chung tính độ võng dầm đặc giản đơn: δL = QL4 384 EI x (mm) đó, Q - hoạt tải xe phân bố đều, gồm tải trọng tải trọng xe qui đổi tải trọng phân bố (N/mm) Ix - momen quán tính dầm chịu uốn mặt phẳng đứng E = 200.000 MPa (tức N/mm2) 7) Tính ổn định chung cục bụng dầm: - Dưới tác động đồng thời ứng suất pháp (f), ứng suất tiếp (v) tải trọng cục bánh xe tải tựa cánh dầm gây nên ổn định cục bụng cánh chịu nén dầm chủ - Khi thiết kế dầm đặc, việc bố trí nẹp tăng cường đứng dọc bụng dầm nên theo qui định cấu tạo bố trí nẹp tính ổn định kết cấu theo trạng thái giới hạn sử dụng a) Một số qui định cấu tạo kết cấu nhịp dầm đặc: QL h Đường ứng suất Đường ứng suất Bài giảng CẦU THÉP 23 - Đối với dầm đặc có liên kết trên, mặt cầu không liên hợp chịu lực với dầm, nên đặt khoảng cách nút hệ liên kết dọc không vượt 15 lần chiều rộng cánh chịu nén thép cácbon 13 lần thép hợp kim thấp; vượt quá, phải kiểm toán ổn định toàn dầm uốn mặt phẳng thẳng đứng, đó, phần cánh chịu nén không vượt giới hạn cường độ - Nẹp tăng cường đứng dầm đặc chịu uốn phải đặt gối tựa truyền tải trọng tập trung - Khi chiều cao tính toán (h) bụng dầm đặc chịu uốn lớn 50 lần bề dày bụng, cần xét đặt nẹp tăng cường đứng nẹp tăng cường dọc dầm - Nẹp tăng cường nên dùng đôi đối xứng thò hai bên bụng; bề dày nẹp tăng cường không nhỏ 1/15 bề rộng cánh thò dầm không nhỏ 10mm - Nếu δ 1 ≥ (đối với dầm thép bon) ≥ (đối với dầm thép hợp kim h 80 65 thấp), nên bố trí nẹp tăng cường đứng cách không 2h (h-chiều cao tính toán bụng; δ-chiều dày bụng) không 2000mm - Khi cần bố trí nẹp tăng cường dọc nên đặt chúng theo cự ly kể từ cánh chịu nén: dùng nẹp cho khoang dầm - 0,20 đến 0,25 h dùng nẹp cho hai ba khoang dầm - khoang đầu, cự ly 0,15÷0,20 h; khoang thứ hai, cự ly 0,40÷0,50 h; khoang thứ ba, thường đặt khu vực chịu kéo bụng - Trong dầm hàn ghép chữ I, nên dùng nẹp tăng cường đứng; không đạt ổn định cục bộ, nên bố trí khoang hẹp hơn, tăng chiều dày bụng, phải xét đặt nẹp tăng cường dọc - Nẹp tăng cường phải hàn đối xứng hai bên bụng; nẹp tăng cường đứng hàn liên tục theo chiều cao bụng ; nẹp tăng cường dọc, hàn liên tục khoang b) Tính ổn định dầm chủ : - Khi dầm chịu uốn, xuất sức kháng momen dẻo M P ; ổn định tổng thể hay cục bộ, xuất sức kháng momen vượt momen dẻo - Mất ổn định tổng thể dầm cánh chịu nén dầm xuất sức kháng vượt giới hạn dẻo cánh đoạn khoảng cách tim đến tim nút hệ liên kết dọc ; dầm chủ liên hợp chịu lực với bê tông mặt cầu thông qua hệ neo đinh chống cắt trượt kiểm tra ổn định tổng thể dầm Công thức kiểm tra sức kháng nén cánh : Pr ≤ φc Pn Mr đó, Pr - nội lực tính toán cánh chịu nén, Pr = h (Mr momen c tính toán vị trí khoang tính ổn định cánh ; hc - khoảng cách trọng tâm mặt cắt cánh dầm chủ) φc - hệ số sức kháng chịu nén, φc = 0,90 Bài giảng CẦU THÉP 24 Nếu Pn - sức kháng nén danh định (N) λ ≤ 2,25, Pn = 0,66λ FyAs Nếu λ > 2,25, Pn =  Kl  rsπ đó, λ =  0,88 Fy As λ  Fy   E As - diện tích mặt cắt nguyên cánh chịu nén (mm2) Fy - cường độ chảy dẻo thép cánh (MPa) E - moduyn đàn hồi (MPa) K - hệ số chiều dài có hiệu, K = 0,75 l - khoảng cách tim đến tim nút liên kết dọc (hoặc liên kết ngang) rs - bán kính hồi chuyển theo mặt phẳng uốn ngang mặt phẳng dầm - Mất ổn định cục bụng dầm chủ : Xét trường hợp dầm chủ không liên hợp chịu lực với bê tông mặt cầu nên cánh chịu nén phát sinh momen uốn ngang cục bụng ; momen uốn tải trọng tác động vượt trạng thái đàn hồi dẻo, gây nên ổn định cục bụng Chiều cao bụng momen dẻo phải xác định đây: Nếu Fyw Aw ≥ Fyc Ac - Fyt At , (3.4.7.b) Thì D Dcp = A F (FytAt + FywAw - FycAc) w w Ngược lại bất đẳng thức (3.4.7.b) trên, Dcp = D đó, Dcp - chiều cao bụng chịu nén phát sinh momen dẻo (mm) D - chiều cao bụng (mm) At - diện tích cánh chịu kéo (mm2) Ac - diện tích cánh chịu nén (mm2) Aw - diện tích bụng (mm2) Fyc - cường độ chảy nhỏ qui định thép cánh chịu nén (MPa) Fyt - cường độ chảy nhỏ qui định cánh chịu kéo (MPa) Fyw - cường độ chảy nhỏ qui định bụng (MPa) Tính momen dẻo Mp = Fyc Ac Dcp (N.mm) Bản bụng dầm chủ đạt độ ổn định M r ≤ Mp , Mr momen tính toán dầm chủ truyền vào bụng gây nên tác động tải trọng thường xuyên hoạt tải xe 8) Tính sức kháng nén dọc trục nẹp tăng cường đứng gối cầu : Toàn tải trọng truyền vào phần bụng nẹp tăng cường đứng xuống gối dầm, phải kiểm toán sức kháng nén dọc trục kết cấu phạm vi gối cầu : P r = φ c Pn đó, Pn - sức kháng nén danh định phận kết cấu chịu nén (N) φc - hệ số sức kháng nén, φc = 0,9 (6.5.4.2) Bài giảng CẦU THÉP 25 Phần kết cấu chịu nén truyền từ dầm xuống gối qui định gồm phần diện tích mặt cắt nẹp tăng cường đứng đoạn bụng dài 15δ gối cầu Sức kháng nén danh định Pn phải tính sau: λ ≤ 2,25 Pn = 0,66λ Fy As λ > 2,25 Pn =  Kl λ =   rsπ với V δ 15δ  Fy   E đó, As - diện tích mặt cắt nguyên kết cấu chịu nén (mm2) Fy - cường độ chảy qui định thép (MPa) E - moduyn đàn hồi thép (MPa) K - hệ số chiều dài chịu nén có hiệu kết cấu có hàn hai đầu, K = 0,750 l - chiều dài chịu nén (mm), khoảng cách hai cánh dầm rs - bán kính hồi chuyển theo trục tim bụng dầm (mm) Điều kiện đủ ổn định chịu lực cho nẹp tăng cường đứng gối cầu là: V ≤ Pr đó, V - tổng phản lực gối dầm gây nên tĩnh tải hoạt tải xe 9) Tính mối nối dầm chủ : a) Về cấu tạo mối nối : Đối với dầm đặc L≤12m, nói chung mối nối dầm trường mà chế tạo gia công dầm hoàn chỉnh công xưởng sau vận chuyển đến công trình Đối với dầm cầu dài 12m, phải thiết kế mối nối dầm để lắp ráp công trường ; mối nối dầm chủ cần bố trí so le cho không trùng mặt cắt vuông góc đường tim cầu Dầm giản đơn dài 24m, nên bố trí mối nối : - tránh vị trí nhịp ; - cắt thép phù hợp chiều dài nguyên nhập mua ; - nên bố trí so le mối nối dầm chủ ; - nên thiết kế mối nối đồng thời với tạo vồng dầm cầu, bên quản lý khai thác yêu cầu 5998 12000 12000 5998 23400 24000 5998 5998 Bài giảng CẦU THÉP 26 b) Về cấu tạo liên kết : - Các liên kết cần bố trí đối xứng theo trục tim phận; - Trừ đứng lan can, liên kết phải bố trí không hai bu lông ; - Đường tim hệ liên kết phải hội tụ vào điểm nút liên kết hệ ; - Cần tránh liên kết lệch tâm ; không tránh được, cần bố trí phận liên kết tạo nên cân xứng chịu tổ hợp lực cắt momen c) Tính liên kết : - Tính mối nối bụng : Từ giả thiết nội lực momen phát sinh vị trí nối bụng dầm hoàn toàn bụng chịu nên đinh hàng chịu nội lực theo công thức có nội lực momen Pmax = có momen đồng thời lực cắt Pmax = emax e i M V đó, emax, ei - khoảng cách hàng đinh hàng đinh liên kết đối xứng qua tâm n - tổng số đinh bên liên kết k - số hàng đinh theo chiều đứng bên liên kết Kiểm tra cường độ bu lông liên kết φ v Rn ≥ Pmax , giá trị φv Rn tính theo mục 2.5.(6) chương II 10) Cấu tạo hệ liên kết dọc ngang dầm chủ Hệ liên kết dọc ngang cầu dầm đặc có tác dụng truyền tải trọng ngang (gió, động đất, ) đến gối dầm chủ bảo đảm dầm không bị biến dạng trình chế tạo, lắp đặt vào vị trí - Nếu dầm chủ thấp (h800mm, nên bố trí hệ liên kết dọc trên, liên kết ngang ; dùng thép hình đúc sẵn tổ hợp hàn tạo thành giàn Bài giảng CẦU THÉP 27 Hệ liên kết Hệ liên kết ngang b Hệ liên kết l 3.5 Cầu dầm thép liên hợp với bê tông cốt thép 1) Đặc điểm chung: Mặt cắt cầu gồm phần mặt bê tông cốt thép liên hợp chịu lực với dầm thép chữ I dầm thép hộp kết cấu chống cắt, có tác dụng vừa liên kết vừa chống uốn ngang cầu dầm Cầu dầm thép liên hợp có đặc điểm sau: - Kết cấu sử dụng vật liệu hợp lý, đặc biệt cầu dầm giản đơn; - Giảm nhỏ mặt cắt dầm thép so với dầm không liên hợp; - Tăng cường độ ổn định độ cứng dầm; - Giảm bớt phần vật liệu làm liên kết dọc trên, 2) Nguyên lý làm việc cầu dầm thép liên hợp BTCT: a) Kết cấu liên hợp chịu lực theo hai giai đoạn: ► giai đoạn I, dầm thép hoàn toàn chịu tĩnh tải gồm dầm thép, hệ dàn giáo ván khuôn đổ bê tông tươi (hoặc bê tông mặt cầu chế tạo sẵn) bê tông chưa đủ 75% fc (fc - ứng suất chịu nén tính toán bê tông) ► giai đoạn II, bê tông đạt 75% fc, dầm thép liên hợp chịu lực với BTCT, có liên kết chắn dầm, dầm cầu thép liên hợp với BTCT để chịu tiếp phần tĩnh tải lại (lớp mặt cầu, lan can hành …) hoạt tải loại fc 1 ff Giai đoạn I: Tĩnh tải I Giai đoạn II: Tĩnh tải II + Hoạt tải Ứng suất tổng cộng Bài giảng CẦU THÉP 28 b) Cần lựa chọn điều chỉnh mặt cắt kết cấu cho mặt cầu BTCT hoàn toàn chịu nén chịu tải trọng dầm giản đơn; dầm chủ chịu kéo gần hết chiều cao bụng c) Mặt cắt cầu dầm thép liên hợp BTCT kiểm tra chủ yếu theo trạng thái giới hạn cường độ, độ võng dầm kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng, dầm liên tục phải kiểm tra bụng liên kết hàn theo trạng thái giới hạn phá hoại mỏi d) Khi tính dầm chủ giai đoạn I, dùng độ cứng EI thép làm dầm Khi tính giai đoạn II, dùng diện tích chuyển đổi bê tông để tính độ cứng, dựa tỷ số moduyn đàn hồi (n) cho tải trọng tức thời (3n) cho tải trọng thường xuyên Tỷ số moduyn đàn hồi (n) theo bảng sau (điều 6.10.3.1 TC) : Cường độ bê tông f c' (MPa) Tỷ số moduyn đàn hồi (n) 16 ≤ f 'c < 20 10 20 ≤ f 'c < 25 25 ≤ f 'c < 32 32 ≤ f 'c < 41 41 ≤ f 'c Ghi : - f 'c cường độ chịu nén nhỏ bê tông qui định qua mẫu thí nghiệm 28 ngày tuổi (MPa); - chọn tỷ số (3n) tính độ cứng cho tải trọng thường xuyên xét đến điều kiện từ biến co ngót bê tông giai đoạn khai thác 3) Cấu tạo dầm thép liên hợp BTCT a) Về dầm chủ : 200 ÷ 400 - Chiều cao dầm thép liên hợp thấp khoảng 20% so với chiều cao dầm không liên hợp: - Cánh dầm thép liên hợp chọn mắt cắt rộng dầy cánh dầm b) Về mặt cầu BTCT : - Thường chọn bê tông cấp A có cường độ mẫu chịu nén 28 ngày f ' c = 30MPa, không thấp 28MPa; - Cốt thép mặt cầu phải dùng thép có gờ với giới hạn chảy danh dịnh thường 420MPa cao Bài giảng CẦU THÉP 29 c) Các loại mấu neo BTCT vào cánh dầm thép : Mấu neo cứng Tạo liên hợp bu lông CĐC Lỗ chừa sẵn bắt bu lông CĐC Mấu neo mềm 4) Tính toán dầm thép liên hợp BTCT a) Lựa chọn mặt cắt ngang tính toán dầm liên hợp: b2 tc bc a ts B Mặt cắt ngang cầu ts b1 2 h 00 1 B Mặt cắt ngang tính toán ► Đối với dầm biên : bề rộng BTCT tính nửa khoảng cách tim dầm chủ liền kề cộng với trị số nhỏ : - 1/8 chiều dài nhịp tính toán; - lần độ dày trung bình bản, cộng với số lớn 1/2 độ dày bụng dầm 1/4 bề rộng cánh dầm chủ; - bề rộng phần hẫng (a) ► Đối với dầm : bề rộng BTCT tính trị số nhỏ của: - 1/4 chiều dài nhịp tính toán; - 12 lần độ dày trung bình cộng với số lớn bề dày bụng dầm 1/2 bề rộng cánh dầm chủ; - khoảng cách trung bình dầm chủ liền kề b) Tính đặc trưng hình học dầm liên hợp : - Đặc trưng hình học dầm chủ xác định tùy thuộc giai đoạn liên hợp sau: Giai đoạn I - ban đầu dầm thép chịu hoàn toàn trọng lượng khối BTCT chưa ninh kết (chưa đạt 75% cường độ tính toán), trọng lượng đà giáo ván khuôn đỡ bê tông (nều đổ chỗ), trọng lượng thân ; đặc trưng hình học giai đoạn I đặc Bài giảng CẦU THÉP 30 trưng mặt cắt dầm chủ thép trục trung hòa 0-0, gồm : Diện tích mặt cắt thép dầm chủ (An), momen quán tính (Ix), momen chống uốn (Zxt , Zxd ) Giai đoạn II – Bản BTCT đạt cường độ chịu lực liên hợp với dầm thép ; trục trung hòa mặt cắt thép liên hợp BTCT chuyển dịch lên trục 0-0, phải thiết lập mặt cắt tính toán dầm liên hợp bao gồm phần bê tông tương ứng với dầm chủ biên dầm chủ - Đối với dầm chủ biên, bề rộng tính toán BTCT lấy ½ khoảng cách tim dầm chủ biên đến tim dầm chủ liền kề, cộng thêm trị số nhỏ : • 1/8 lần chiều dài nhịp tính toán • lần chiều dày trung bình bản, cộng với số lớn ½ chiều dày bụng dầm ¼ chiều rộng cánh dầm chủ • chiều rộng phần hẫng BTCT (phần mặt cầu) - Đối với dầm chủ trong, bề rộng tính toán BTCT tính trị số nhỏ : • ¼ chiều dài nhịp tính toán •12 lần chiều dày trung bình cộng với số lớn chiều dày bụng dầm ½ chiều rộng cánh dầm thép • khoảng cách trung bình tim đến tim dầm chủ liền kề - Để tính đặc trưng hình học dầm liên hợp theo mặt cắt tính toán, cần xác định trục trung hòa dầm liên hợp dịch chuyển dịch lên trị số (y) kể từ trục trung hòa 0-0 : y= S 0−0 S XC = (vì S0-0 dầm thép Atđ Atđ chủ bị triệt tiêu) đó, S0-0 – momen tĩnh mặt cắt liên hợp trục 0-0 (mm3) SXC – momen tĩnh mặt cầu BTCT trục 0-0 (mm3) SXC = mặt 2 y a mặt Ac a, với Ac diện tích phần mặt cầu (mm2) n n – tỷ số moduyn đàn hồi (xem 3.5.2.d) Atđ – diện tích mặt cắt dầm liên hợp, bao gồm diện tích mặt cắt thép dầm chủ At diện tích mặt cắt mặt cầu chuyển đổi, Atđ = At + Ac n Từ trị số chuyển trục trung hòa y, tính đặc trưng hình học dầm liên hợp trục 1-1, tính chuyển từ trục 0-0, theo công thức tổng quát sau : Momen quán tính tương đương trục 1-1 Itđ = (It0-0 + At y2) + 2-2 [Ic + Ac (a – y)2] (mm4) n Bài giảng CẦU THÉP 31 đó, It0-0 – momen quán tính dầm thép chủ trục 0-0 Ic2-2 – momen quán tính mặt cầu trục trung hòa 2-2 Momen chống uốn tương đương trục 1-1 : mặt Z ct , mặt Zcd , mặt cánh dầm chủ Ztt , mặt cánh dầm chủ Ztd c) Tính nội lực momen, lực cắt phát sinh tĩnh tải hoạt tải tác dụng theo giai đoạn liên hợp I, II tương tự tính dầm chủ (xem 3.5) d) Kiểm tra sức kháng uốn, sức kháng cắt dầm theo trạng thái giới hạn cường độ (xem 3.5) với giả thiết : toàn mặt cắt liên hợp chịu sức kháng uốn ; mặt cắt thép dầm chủ chịu sức kháng cắt tính theo 3-5 e) Tính neo liên hợp: - Để đảm bảo tính liên hợp chịu lực dầm thép mặt cầu BTCT, phải làm neo nghiêng neo đinh chống cắt mặt tiếp xúc mặt cầu cánh dầm thép - Ở dầm cầu thép liên hợp nhịp giản đơn, phải đặt neo chống cắt suốt chiều dài nhịp ; dầm cầu thép liên hợp nhịp liên tục, không cần phải đặt neo vùng uốn âm, phải đặt neo bổ sung vùng điểm uốn tĩnh tải rải - Ở nơi mà neo chống cắt sử dụng vùng uốn âm, cốt thép dọc mặt cầu phải kéo dài vào vùng uốn dương tĩnh tải rải - Neo liên hợp chịu tác động : lực trượt dầm chịu uốn tác động tải trọng thẳng đứng ; lực trượt cục tải trọng thẳng đứng nơi mặt cắt dầm thay đổi ; lực trượt kéo bóc phát sinh đầu đoạn dầm co ngót nhiệt độ chênh lệch - Neo liên hợp thường dùng có hai loại : neo cứng (dạng thép góc, dạng đinh) neo mềm (dạng thép tròn có gờ, đặt nghiêng) Neo mềm Neo cứng Neo phải làm kiểu loại cho dầm Tỷ lệ chiều cao với đường kính neo đinh không nhỏ 4,0 Neo mềm uốn chữ U phải có đường hàn không nhỏ 5mm, hàn dọc theo chân tiếp giáp với cánh dầm thép Khoảng cách neo đặt cách không Các neo đinh không đặt gần lần đường kính từ tim đến tim neo liền kề Cự ly tĩnh mép cánh với chân neo không nhỏ 25mm Chiều cao tĩnh lớp bê tông phủ mặt đính neo không nhỏ 50mm Các neo cần chôn sâu 50mm vào mặt cầu Bước neo liên hợp không nhỏ : nZ r I p≤ V Q sr đó, p – bước neo theo chiều dọc tim dầm (mm) Bài giảng CẦU THÉP 32 n – số lượng neo liên hợp bố trí mặt cắt ngang I – momen quán tính mặt cắt liên hợp vị trí tính bước neo (mm4) Q – momen chống uốn mặt cắt tính đổi trục trung hòa dầm liên hợp vị trí tính bước neo (mm3) Vsr – lực cắt phát sinh tác động hoạt tải LL xung kích IM xét theo trạng thái giới hạn mỏi (N) Zr – lực chống cắt neo, xét theo trạng thái giới hạn mỏi Lực chống cắt neo xét theo giới hạn mỏi tính sau: 38,0d Zr = αd ≥ với α = 238 – 29,5 logN 2 Trong đó, d – đường kính neo định (mm) N – số chu kỳ qui định giới hạn mỏi - Lực chống cắt tính toán neo tính : Qr = φscQn đó, φsc = 0,85 (hệ số sức kháng neo chịu cắt) Qn – lực cắt danh định (N) tính theo qui định sau : ● neo đinh đặt bê tông mặt cầu Qn = 0,5Asc f ' c E c ≤ AscFu đó, Asc – diện tích mặt cắt ngang neo đinh (mm2) f ‘c – cường độ nén bê tông qui định 28 ngày (MPa) Ec - môduyn đàn hồi bê tông Ec = 0,043 yc1,5 f c′ , chọn tỷ trọng bê tông mặt cầu yc = 2500 kg/m3 cường độ qui định bê tông tuổi 28 ngày f ‘c = 30 Mpa, tính Ec = 29500 Mpa Fu – cường độ chịu kéo nhỏ qui định neo đinh,Fu=400 Mpa ● neo mềm đặt bê tông mặt cầu Qn = 24 ly dy f c′ ly / dy < 4,2 Qn = 100 dy f c′ ly / dy > 4,2 đó, ly – chiều dài nghiêng thép tròn neo mềm (mm) dy – đường kính thép neo mềm (mm) 5) Kiểm toán dầm thép liên hợp chịu ảnh hưởng biến dạng cưỡng Nội lực cấu kiện thép liên hợp BTCT có thay đổi biến dạng cưỡng tính từ biến co ngót bê tông, biến dạng cưỡng hiệu ứng gradien nhiệt a) Tính ảnh hưởng từ biến co ngót phần bê tông dầm liên hợp: • Hiện tượng từ biến co ngót bê tông xảy theo thời gian chịu tác động tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) dầm liên hợp, gây phân phối lại ứng suất dầm thép • Để đơn giản thuận tiện tính toán, xét ảnh hưởng qua moduyn đàn hồi có hiệu bê tông chuyển đổi tương đương, cách chọn tỷ số moduyn n1=3n, trị số n lấy theo mục 3.5.2.d Bài giảng CẦU THÉP 33 • Trước xét ảnh hưởng từ biến-co ngót dầm liên hợp, phải xét điều kiện : ứng suất thớ mặt BT tác động tải trọng thường xuyên nhỏ 20% cường độ nén qui định bê tông f ‘ c xét ảnh hưởng từ biến • Công thức tính ứng suất phát sinh tác động từ biến-co ngót sau : Ứng suất mép mặt cầu :  Aa  S − a d cp  (MPa)  Atđ ∗ I tđ ∗  fcp = εc Ec’  (chịu kéo) đó, εc – hệ số co ngót bê tông sau năm khai thác, εc = 5×10-4 Ec’ – moduyn đàn hồi bê tông ảnh hưởng co ngót chịu tải trọng thường xuyên, Ec’ = Ec/3 (MPa) Aa – diện tích mặt cắt dầm thép (mm2) Atđ* - diện tích tương đương mặt cắt dầm liên hợp xét co ngót (mm2) Sa – momen tĩnh mặt cắt dầm thép trục trung hòa dầm liên hợp xét co ngót, Sa = Aa C* (mm3) Itđ* - momen quán tính tương đương dầm liên hợp (mm4) dcp – khoảng cách từ trục trung hòa dầm liên hợp xét từ biến đến mặt bê tông mặt cầu (mm) Ứng suất mép (tiếp giáp với mặt cánh dầm thép) mặt cầu :  Aa  S − a d cn   Atđ ∗ I tđ ∗  fcn = ε Ec’  (MPa) (chịu kéo) đó, dcn – khoảng cách từ trục trung hòa dầm liên hợp xét từ biến đến mặt bê tông (mm) Ứng suất mặt cánh dầm thép :  fap = - ε Ea 1 −   Aa S + a d ap  (MPa) Atđ ∗ I tđ ∗  (chịu nén) đó, Ea – moduyn đàn hồi thép, Es = 200.000MPa dap – khoảng cách từ trục trung hòa dầm liên hợp (khi xét từ biến) đến mặt thép cánh (mm) Ứng suất mặt cánh dầm thép :  Aa  S + a d an − 1 (MPa)  Atđ ∗ I tđ ∗  fan = + ε Ea  (chịu kéo) đó, dan – khoảng cách từ trục trung hòa dầm liên hợp (khi xét từ biến) đến mặt thép cánh (mm) ● Đối với dầm thép liên hợp BTCT dạng siêu tĩnh, xét ảnh hưởng co ngót bê tông tác động tải trọng thường xuyên, phải tính thêm tác động phụ khác biến dạng b) Tính ảnh hưởng nhiệt độ thay đổi dầm thép liên hợp BTCT : ● Ý nghĩa : Bài giảng CẦU THÉP 34 100mm - Hệ số giãn nở nhiệt (α) thép bê tông xấp xỉ nhau, hệ số dẫn nhiệt (λ) thép lớn nhiều lần so với bê tông (thép, λ = 45,4 ; bê tông xi măng, λ =1,28) - Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, ảnh hưởng xạ mặt trời tạo nên chênh lệch nhiệt độ dầm thép bê tông lớn, dẫn đến biến dạng khác phát sinh nội lực vùng tiếp giáp - Sự biến dạng gây chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ dầm thép cao bê tông ngược lại - Khi tính kết cấu liên hợp chịu tác dụng thay đổi nhiệt độ, phải giả định bê tông làm việc đàn hồi ; yếu tố lực gây thay đổi nhiệt độ phải xét tính tổ hợp tải trọng tác động ● Tính ảnh hưởng nhiệt độ thay đổi dầm liên hợp : - Căn điều kiện khí hậu Việt Nam, điều 3.12.3 (TCN) gradien nhiệt qui định sau : T1 1 T2 h Thông số Gradien nhiệt dương (°C)Gradien nhiệt âm (°C) T1 +23 -7 T2 +6 -1 T3 +3 c Gradien nhiệt TG T3 Gradien nhiệt theo phương thẳng đứng kết cấu nhịp thép Biểu đồ biến đổi nhiệt độ theo chiều cao dầm thép bê tông - Để xác định nội lực ứng suất nhiệt độ thay đổi, giả thiết biểu đồ biến đổi nhiệt độ theo chiều cao dầm thép có dạng ellíp - Ứng suất bê tông gây nhiệt độ thay đổi chênh lệch kết cấu bê tông thép mặt cắt liên hợp : A S 1 fc = α TG Ec ( A − I y ) tđ tđ - Ứng suất dầm thép gây nhiệt độ thay đổi chênh lệch kết cấu thép bê tông dầm liên hợp :  A1 S1  − y − Ψ   Atđ I tđ  fa = α TG Ea  đó, α - hệ số dãn nở nhiệt dầm thép liên hợp bê tông, α = 10-5 TG - gradien nhiệt T1 (oC) Ec , Ea - moduyn đàn hồi bê tông, thép (MPa) A1 - diện tích truyền nhiệt có hiệu, A1 = δ (0,8h + 0,3md) (mm2) với δ - chiều dày bụng dầm chủ ; h - chiều cao bụng ; m - tỷ số bề rộng cánh chiều dày bụng, m=b/δ d - chiều dày cánh dầm chủ (mm) S1 - δ [0,4h2 + 0,8h.c + 0,3 md (h - c + d )] với c - khoảng cách từ Bài giảng CẦU THÉP 35 trục trung hòa 1-1 đến mặt cánh dầm thép y - tung độ điểm cần xác định ứng suất trục trọng tâm 1-1, điểm xét nằm phía lấy dấu (+) phía lấy dấu (-) Ψ - hệ số điều chỉnh, phụ thuộc biểu đồ biến đổi nhiệt độ, tính theo bảng sau : Tung độ y Hệ số Ψ h 10 0,60 c- 3h 10 0,91 c- 5h 10 1,0 c- 7h 10 0,93 c- 9h 10 0,64 c- 6) Kiểm tra ứng suất dầm liên hợp tổ hợp tải trọng : Ứng suất tổng cộng tính toán cho dầm liên hợp phải lấy từ tải trọng tổ hợp sau : Q = Σ ηi γi Qi đó, ηi - hệ số điều chỉnh tải trọng, thông thường trạng thái giới hạn cường độ thông thường, ηi = γi - hệ số tải trọng Qi - loại tải trọng thường xuyên, tức thời tác động khác Vậy, xét dầm liên hợp theo trạng thái giới hạn cường độ I (không xét tác động gió vào dầm) Q = 1,25 DC + 1,5 DW + 1,75 (LL+IM) +0,5 (TU+SH) đó, DC - tải trọng thân phận kết cấu thiết bị khác, tải trọng tác động vào dầm thép gây nên ứng suất phát sinh giai đoạn (cường độ bê tông chưa đạt 75% cường độ tính toán) DW - tải trọng lớp phủ mặt cầu hệ thống tiện ích khác, lan can, cột đèn, phần người đi, đá vỉa , tải trọng thường xuyên gây nên ứng suất phát sinh mặt cắt dầm liên hợp LL+IM - hoạt tải tính toán có xung kích, gây nên ứng suất phát sinh mặt cắt dầm liên hợp TU - nội lực chênh lệch nhiệt độ dầm liên hợp SH - nội lực co ngót bê tông mặt cầu Kiểm tra ứng suất phát sinh mặt trên, mặt mặt cầu, cánh cánh dầm thép gây tác động tải trọng phụ cho có trị số lớn nhất, dựa theo biểu đồ ứng suất sau : Bài giảng CẦU THÉP 36 Mặt cắt tính dầm thép liên hợp bê tông + Biểu đồ ứng suất tĩnh tải GĐ1 Biểu đồ ứng suất tĩnh tải GĐ2 hoạt tải Biểu đồ ứng suất ảnh hưởng bê tông co ngót Biểu đồ ứng suất ảnhhưởng chênh lệch nhiệt (khi tổ hợp, chọn giá trị dấu để có ứng suất lớn nhất) 7) Giới thiệu số giải pháp tạo dự ứng lực dầm thép liên hợp BTCT : - Tạo BTCT dự ứng lực cánh dầm thép chịu nén (như phạm vi chịu momen âm dầm đặc liên tục) - Tạo ứng suất trước BTCT mặt cầu Tạo BTCTDƯL Bệ tỳ Kích ép ngang - Tạo vồng dàm thép trước đổ mặt cầu BTCT - Tạo ứng suất trước phần mặt cầu phạm vi gần gối dầm liên tục (phạm vi chịu momen âm) Đổ phần BTCT liên hợp với dầm thép Sau BT đạt cường độ, hạ gối, đổ tiếp phần BTCT lại ♣♣♣♣♣♣♣♣♣♣ ... cầu cánh dầm th p - Ở dầm cầu th p liên h p nh p giản đơn, phải đặt neo chống cắt suốt chiều dài nh p ; dầm cầu th p liên h p nh p liên tục, không cần phải đặt neo vùng uốn âm, phải đặt neo bổ... mặt cầu BTCT : - Thường chọn bê tông c p A có cường độ mẫu chịu nén 28 ngày f ' c = 30MPa, không th p 28 MPa; - Cốt th p mặt cầu phải dùng th p có gờ với giới hạn chảy danh dịnh thường 420 MPa cao... kiện sau: + L>2B (với B - khoảng cách lan can hai bên cầu; L - chiều dài nh p) , hệ số phân phối ngang xác định theo phương ph p nén lệch tâm với giá trị sau: Bài giảng CẦU TH P 20