Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 3 TS. Đào Sỹ Đán

Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 3 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 3 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 3 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 3 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 3 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 3 TS. Đào Sỹ Đán

CHƯƠNG NGUN LÝ TÍNH TỐN KẾT CẤU BTCT 1.Quan điểm 1Q điể chung h ề thiết kế 2.Sự ựp phát triển q trình thiết kế 3.Nguyên tắc Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 Trường Đại học Giao thông Vận tải University of Transport and Communications 3.1 QUAN ĐIỂM CHUNG VỀ THIẾT KẾ 3.1.1 Giới thiệu chung Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (1/2)  TCTK cầu ầ cũ: ũ 22 TCN 18-79 18 79 (Quy (Q t ì h thiết kế cầu trình ầ cống ố th theo TTGH - QT 79) Nguồn gốc từ TCTK cầu Liên Xô 1962 &1967  TCTK cầu mới: 22 TCN 272-05  2011, ban hành thử nghiệm g 22 TCN 272-01 ((dùng g // với QT 79); )  7/2005, thức ban hành 22 TCN 272-05 & bỏ QT 79;  Thực chất 22 TCN 272-05: AASHTO LRFD 98 (Mỹ), (Mỹ) có nguồn gốc từ ACI, ANSI, AISC, AWS & ASTM  AASHTO LRFD 98 = AASHTO LRFD Bridge Specification, 1998 (American Association of State Highway and Transportation officials);  ACI (American Concrete Institute); AISC (American Institute of Steel Construction); Co st uct o ); LRFD ((Load oad a and d Resistance es sta ce Factor acto Design); es g ); sydandao@utc.edu.vn 3.1 QUAN ĐIỂM CHUNG VỀ THIẾT KẾ 3.1.1 Giới thiệu chung Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (2/2)  Một số điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện VN:  Hoạt tải xe e ô tô thiết kế: kế IM = 25% (AASHTO, (AASHTO IM = 33%); 33%)  Gió: TCVN 2737-1995;;  Nhiệt độ: TCVN 4088-1985;  Giao thông thủy: TCVN 5664-1992;  Động đất: 22 TCN 221-1995;  Băng Bă tuyết: t ết Khơ có; Khơng ó sydandao@utc.edu.vn 3.1 QUAN ĐIỂM CHUNG VỀ THIẾT KẾ 3.1.2 Quan điểm chung thiết kế  TK gì? ì? đưa đ phương h kết cấu án ấ thỏa thỏ mãn ã mọii tiêu tiê chuẩn h ẩ tính tí h tốn cấu tạo quy định TCTK;  Mục tiêu TK gì? SK k/c ≥ Hiệu ứng g tác động g tải trọng g Điều kiện phải thỏa mãn tất phận kc tất TTGH;  SK kc gì? khả chịu lực tối đa kết cấu;  TTGH gì? TT kc mà ế vượt qua kc hay phận kc không thỏa mãn mục tiêu TK;  Hiệu ứng tải trọng gì? ứng xử kết cấu tác dụng dụ g tả tải ttrọng ọ g M,, V,, ứ ứng g suất, b biến ế dạng,… g, sydandao@utc.edu.vn 3.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 3.2.1 Thiết kế theo ứng suất cho phép – ASD (Allowable Stress Design)  Công Cô thức thứ ủ phương h pháp: há R fmax   f   F Trong đó: fmax us lớn ấ td lên kc, [f] ưs cho phép kc, R cđ vật liệu F hệ số an tồn PP có nhược điểm sau:  fmax xđ dựa giả sử vật liệu đh tt & đh  khác thực tế;  Hệ số ố an toàn t hỉ xét ét riêng iê cho h cường độ vl,l không khô xét ét tới thay th đổi tt;  F quy định ≥ 1,0?  không rõ ràng, chọn ý kiến chủ quan kỹ sư, sư k có sở tin cậy thống kê & xác suất sydandao@utc.edu.vn 3.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 3.2.2 Thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng – LRFD (1/2)  Công Cô thức thứ ủ phương h pháp: há Sk kết cấu, Rn ≥ Hiệu ứng tải trọng, iQi Trong đó:  Rn = Sk danh định kc = sk kc theo thiết kế (Mn, (Mn Vn, ); Vn );   = hệ số sk, nhằm xét tới thay đổi sk kc thực tế do: Tính chất vật liệu; Phương trình dự tính cường độ; Tay nghề cơng nhân; ĐK kiểm sốt chất lượng; ĐK mơi trường, trường v.v vv sydandao@utc.edu.vn 3.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 3.2.2 Thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng – LRFD (2/2)  Qi = Hiệu Hiệ ứng ứ d tác tá động độ ủ tt thứ i (Mi, (Mi Vi, ); Vi )  i = hệ số tải trọng tương ứng với tt thứ i, nhằm xét tới thay đổi tt thứ i thực tế về: Độ lớn tt; Sự xếp tt; Tổ hợp tải trọng, trọng v.v vv  Vì có nhiều tải trọng tác dụng vào kc, nên hiệu ứng tt tổng ổ hiệu ứng tt  PP sử dụng đồng thời hệ số đắt tiền  &   LRFD  Ưu điểm: khắc phục nhược điểm ASD;  Nhược ược đ điểm: ể Phải ả tthay ay đổ đổi tư ttk;; p phải ả có kiến ế tthức ức ề xstk st sydandao@utc.edu.vn 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.1 Nguyên tắc TCTK cầu 22 TCN 272-05 (1/5) a) Công thức tổng quát  Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 dựa pp LRFD  cttq sau: Rr Rn iQi (*) Công thức phải thỏa mãn phận kc TTGH; Trong đó:  Rn = Sk danh định kc = sk kết cấu theo thiết kế (Mn, Vn,…);   = hệ số sk, nhằm xét tới thay đổi sk kc thực tế về: Tính chất vật ậ liệu; ệ điều kiện ệ chịu ị lực; ự Phương trình dự tính cường độ; Tay nghề cơng nhân; ĐK kiểm sốt chất lượng; ĐK mơi trường, v.v Thơng thường hệ số  25 m/s khơng có xe qua cầu;  TTGHCĐ III: TTGHCĐ liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn qua cầu cầu có gió với v = 25 m/s m/s sydandao@utc.edu.vn 13 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.2 Các trạng thái giới hạn (2/3) b) TTGH đặc biệt TTGHĐB TTGH phải xem xét để đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại tác dụng ủ tải ả trọng đặc biệt? động đất, ấ va xơ (tàu bè xe cộ) xói lở c) TTGH sử dụng TTGHSD TTGH phải xem xét để đảm bảo cho kết cấu sử dụng bình thường (hạn chế biến dạng, bề rộng vết nứt ứng suất g bt ct)) tác dụng ụ g tải trọng ọ g g điều kiện ệ tiêu chuẩn ( = 1,0, gió có v = 25 m/s) d) TTGH mỏi TTGHM TTGH phải xem xét để đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại tác dụng tải trọng mỏi (xe cộ chạy cầu) cầu) sydandao@utc.edu.vn 14 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.2 Các trạng thái giới hạn (3/3) Một số ố hình hì h ảnh ả h ề TTGH đặc đặ biệt sydandao@utc.edu.vn 15 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.3 Tải trọng tổ hợp tải trọng (1/6) a) Phân loại tải trọng Theo tính chất tác dụng tt, tt chia thành loại:  Tt thường xuyên (dài hạn): tt tác dụng dài hạn vào kc, trọng lượng thân kc, lớp phủ mc, tiện ích cầu, v.v  Tt tức thời (ngắn hạn): tt tác dụng ngắn hạn vào kc, thay đổi độ lớn, vị trí hướng theo tg, hoạt tải xe tơ, gió, đđ, v.v Ví dụ tải trọng thường xuyên: DC = tải trọng thân phận kc thiết ế bị phụ phi kc; DD = tải trọng kéo xuống (xét tượng ma sát âm); DW = tải trọng t bả thân thâ ủ lớp lớ phủ hủ mặt ặt tiện tiệ ích í h t ê cầu; ầ EH = tải trọng áp lực đất nằm ngang; EL = hiệu ứng bị hãm tích luỹ phương pháp thi công công, ES = tải trọng đất chất thêm; EV = áp lực thẳng đứng tự trọng đất đắp đắp sydandao@utc.edu.vn 16 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.3 Tải trọng tổ hợp tải trọng (2/6) Ví dụ tải trọng tức thời: BR = lực hãm xe, LS = hoạt tải chất thêm, CE = lực ly tâm, PL = tải trọng người đi, CR = từ biến, SE = lún, CT = lực va xe, SH = co ngót, CV = lực va tầu, tầu TG = gradien nhiệt, nhiệt EQ = động đất, TU = nhiệt độ đều, FR = ma sát, WA = tải trọng nước áp lực IM g kích ((lực động) g) dòng g chảy, y = lực xung xe, LL = hoạt tải xe, xe sydandao@utc.edu.vn WL = gió hoạt tải, WS = tải trọng gió kết cấu cấu 17 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.3 Tải trọng tổ hợp tải trọng (3/6) b) Tổ hợp tải trọng hệ số tải trọng  THTT? Một kc thường chịu td nhiều tải trọng khác tt y khơng g xh đồng g thời với  Khi tính hiệu ệ ứng g td tt, ta cộng hiệu ứng tất tt k?  Khơng Việc xem xét tính tổng hiệu ứng tt xh đồng thời gọi THTT  AASHTO LRFD 98 qđịnh phải xem xét 11 THTT Tuy nhiên, TC 05 đơn giản hóa THTT sau: sydandao@utc.edu.vn 18 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.3 Tải trọng tổ hợp tải trọng (4/6) Các THTT hệ số tải trọng tương ứng (A3.4.1-1) (A3 1-1) DC Tổ hợp tải  Tổ hợp tải DD trọng hay  DW Trạng thái  EH giới hạn giới hạn EV ES C độ I Cường độ I p LL IM CE BR PL LS EL 1,75 Cường độ II p ‐ 1,00 1,40 C độ III Cường độ III p 1,35 1,00 0.4 Đặc biệt p 0,50 1,00 ‐ Sử dụng ửd 1.0 1,00 1,00 Mỏi chỉ có LL,  IM & CE IM & CE ‐ 0,75 sydandao@utc.edu.vn WA WS WL TG SE EQ CT CV 1,00 0,5/1.2 TG SE ‐ ‐ ‐ 1,00 0,5/1.2 TG SE ‐ ‐ ‐ 1,00 1,00 0,5/1.2 TG SE ‐ ‐ ‐ 1,00 ‐ ‐ ‐ ‐ FR TU CR SH Cùng một lúc chỉ  dùng dùng một trong  các tải trọng ‐ 1,00 ‐ ‐ ‐ 0,30 1,00 1,00 1,0/1,2 TG SE ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 1,00 1,00 1,00 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 19 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.3 Tải trọng tổ hợp tải trọng (5/6) (A3 1-2) Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên (A3.4.1-2) sydandao@utc.edu.vn 20 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.3 Tải trọng tổ hợp tải trọng (6/6) Khối lượng riêng (tỷ trọng) tham khảo số vật liệu (A3 (A3.5.1-1) 1-1) Vật liệu Hợp kim nhôm Lớp phủ bê tông at-phan Xỉ than Cát chặt, phù sa hay đất sét Nhẹ Bê tông Cát nhẹ Thường Cát rời, phù sa sỏi Đất ấ sét mền ề Sỏi cuội, macadam balat Thép Đá xây Nước Ngọt Mặ Mặn sydandao@utc.edu.vn Tỷ trọng (kg/m3) 2800 2250 960 1925 1775 1925 2400 1600 1600 2250 7850 2725 1000 1025 21 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.4 Hệ số sức kháng (1/2)  Hệ số sức kháng với TTGH cường độ cho kết cấu BTCT thi công theo phương pháp thông thường quy định sau (A5.5.4.2.1): Trạng thái giới hạn cường độ Đối với uốn kéo: Bê tông cốt thép Bê tông cốt ố thép dự ứng lực Đối với cắt xoắn: g có tỷ ỷ trọng g thơng g thường g Bê tơng Bê tơng có tỷ trọng thấp Đối với nén dọc trục có cốt thép xoắn giằng, trừ trường hợp động đất vùng Đối với phận đỡ tựa bê tông Đối với nén mơ hình chống giằng Đối với nén vùng neo: Bê tơng có tỷ trọng thơng thường Bê tơng có tỷ trọng thấp Đối với ới ké kéo ttrong cốt ốt thé thép ttạii vùng ù neo sydandao@utc.edu.vn Hệ số  0,90 1,00 0,90 0,70 0,75 0,70 0,70 0,80 0,65 00 1,00 22 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.4 Hệ số sức kháng (2/2)  Đối với cấu kiện chịu nén uốn kết hợp,  nội suy sau:  = 0,75 75 + (0,9 (0 – 0,75).0,75Pn/(0,1f 75) 75Pn/(0 1f’cc.Ag) Ag) 3 0,65 24 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.5 Hoạt tải xe ô tô thiết kế (2/4) b) Hoạt H t tải xe ô tô thiết kế  Hoạt tải xe ô tô thiết kế chạy cầu ký hiệu HL-93, tổ hợp lớn của:  Xe tải thiết kế + Tải trọng thiết kế;  Xe hai trục thiết kế + Tải trọng thiết kế  Xe tải thiết kế 35 kN 145 kN 145 kN 1800 mm 4300 mm ((4300  9000)) mm sydandao@utc.edu.vn 25 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.5 Hoạt tải xe ô tô thiết kế (3/4)  Xe X hai h i trục t thiết kế 110 kN 110 kN 1200 mm 1800 mm  Tải trọng thiết kế: tải trọng phân bố xe, có trị số ố = 9,3 N/mm N/ Th chiều Theo hiề ngang ó đ giả iả thiết phân hâ bố đề tê chiều rộng = 3000 mm sydandao@utc.edu.vn 26 3.3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO 22 TCN 272-05 3.3.5 Hoạt tải xe ô tô thiết kế (4/4)  Chú ý: ý Trừ xác định mô men âm phản lực gối, xe thiết kế phải xem xét bố trí xe tải tk xe hai trục tk + tt tk cho bất lợi nhất Theo chiều ngang, tim bánh xe khơng gần 300 mm tính từ mép đá vỉa lan can tk hẫng, 600 mm cho phận khác tính từ mép xe thiết kế kế  Lực xung kích: Tác động tĩnh xe tải tk xe hai trục tk phải tăng thêm tỷ lệ phần trăm để xét đến tác dụng động chúng, ký hiệu IM, sau (A3.6.2.1-1): Cấu kiện Mối nối mặt cầu (đối với tất trạng g thái g giới hạn) ) Tất cấu kiện khác:  Trạng thái giới hạn mỏi  Các trạng thái giới hạn khác sydandao@utc.edu.vn IM 75% 15% 25% 27