Chương 2, Phương pháp thiết kế, cầu Bãi Cháy,Cầu dây văng, một mặt phẳng
Chương Phương pháp thiết kế cầu Bãi Cháy Cầu dây văng mặt phẳng 2-1 Giới thiệu: Cầu Bãi Cháy cầu lớn quan trọng quốc lộ số 18 Nó xây dựng vịnh Cái Lân vịnh Hạ Long, di sản giới Công việc thiết kế tiến hành với ý tưởng trình tự hợp lý Sau lựa chọn phương án cầu tối ưu (trong giai đoạn nghiên cứu khả thi), toàn trình thiết kế thi công, thiết kế kỹ thuật nghiên cứu hầm gió cho dầm cầu tháp tiến hành Thiết kế cầu phải đạt mục đích kết cấu cầu khoẻ, bền giảm tối thiểu việc tu bảo dưỡng, đạt mặt mỹ quan giá thành thi công phù hợp Thiết kế cầu dây văng Bãi Cháy mặt phẳng dây đáp ứng tất yêu cầu Trong chương phương pháp thiết kế áp dụng cho cầu cầu Bãi Cháy mô tả theo tài liệu Tư vấn thiết kế Nhà thầu giai đoạn thiết kế thi công 2-1-1 Khái niệm thiết kế: Để lựa chọn phương án tối ưu nhiều phương án thiết kế cầu Bãi Cháy lựa chọn ý tưởng sở thiết kế trình bày bảng 2-1 Khái niệm theo nội dung F/S (Nghiên cứu khả thi) Tư vấn thiết kế - Viện Cầu Kết cấu Nhật Bản (JBSI) đặt việc xây dựng tài sản nước Việt Nam lên hàng đầu mà dường nhiều dự án không ý đến mục tiêu hiển nhiên với dự án cầu Bãi Cháy mục tiêu xem xét tới Lý việc thiết kế hệ thống thi công cầu coi thứ yếu JBSI có xem xét việc thiết kế cầu Nhật Bản chia thành nhiều phần kết cấu phần trên, kết cấu phần móng Vì vậy, ý tưởng thiết lập cầu hệ thống PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Đặc điểm xây dựng Việt Nam Thiết kế thi công hệ thống cầu Bảo dưỡng tối thiểu Khai thác tốt Giảm thiểu chi phí Độ tin cậy cao Giảm thiểu tác động môi trường - Tối thiểu gối cấu khe co giãn Vật liệu đạt chất lượng cao Kết cấu liên tục Đồng hoá kết cấu kích thước Tính thẩm mỹ cao mà không tăng chi phí Chi phí thi công ban đầu Chi phí tuổi thọ cầu Loại móng Phương pháp thi công Móng nhỏ gọn Bảng 2-1 Khái niệm thiết kế cho cầu Bãi Cháy 2-1-2 Các phương án lựa chọn cầu đánh giá (Nghiên cứu cầu giai đoạn F/S) Khổ thông thuyền thiết lập với chiều rộng 300m chiều cao 50m, dự kiến loại cầu thích hợp cho cầu Bãi Cháy loại cầu Extradosed tổ hợp thép BTDƯL cầu dây văng BTDƯL phương án sau nghiên cứu [16b] Phương án I: Cầu Extradosed BTDƯL chiều dài nhịp (L = 320m), thoả mãn tĩnh không thông thuyền theo phương ngang với số lượng nhịp nhất, nhịp kỷ lục giới loại cầu nµy PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Phương án II: Cầu dây văng BTDƯL với chiều dài nhịp (L = 400m), phương án có số lượng nhịp để tránh va đập tầu thuyền Phương án III: Cầu dây văng BTDƯL với chiều dài nhịp ( L=435m) phương án có chiều dài nhip lớn toàn móng đặt bờ, lạp kỷ lục giới cầu treo dây văng mặt phẳng dây Phương án IV: Cầu dây văng BTDƯL với chiều dài nhịp (L = 455m), chiều dài nhịp lớn với trụ thi công bờ Đây c ũng phương án dùng để so sánh ưu nhược điểm cầu mặt phẳng dây hai mặt phẳng dây PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Phương án V: Cầu dây văng BTDƯL với chiều dài nhịp (L = 455m), phương án cải tiến phương án IV Nhịp dầm ngang thép composit để giảm bớt chiều dài nhịp biên (L : chiều dài nhịp chính) Mỗi phương án đánh giá theo mặt đề cập (hệ số đánh giá) so sánh phương án tiến hành để tìm ưu nhược điểm - Hệ số kinh tế Tính dễ thi công Tác động đến môi trường An toàn cho va chạm tàu thuyền Chất lượng thẩm mỹ Tính dễ bảo dưỡng Mỗi hệ số đánh giá có điểm số Mỗi phương án xác định phạm vi cho hệ số chấm điểm Xem xét đánh giá phương pháp kết quả, phương án III đánh giá phương án tối ưu cho cầu Bãi Cháy Nó đạt mức độ thứ mặt kinh tế, ảnh hưởng môi trường, an toàn cho va chạm tàu thuyền thứ hai tính dễ thi công, chất lượng thẩm mỹ tính dễ bảo dưỡng 2-2 Tiêu chuẩn thiết kế cầu Những tiêu chuẩn thiết kế cho cầu Bãi Cháy lựa chọn t tiêu chuẩn sau : [15b] - Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD-1994 AASHTO LRFD-1994 - Tiêu chuẩn kỹ thuật cho cầu ®êng bé AASHTO -1996 Tiªu chuÈn AASHTO -1996 - Tiªu chuẩn kỹ thuật Nhật Bản cho Cầu đường JSHB-1996 JSHB-1996 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-1-1 Nguyên lý phần tiêu chuẩn thiết kế cầu Bãi Cháy [15b], [4b] - Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho dễ hiểu, dễ ứng dụng cho cµng nhiỊu kü s ViƯt Nam cµng tèt - Thực tế thi công phải phản ánh qua tiêu chuẩn kỹ thuật - Tiêu chuẩn kỹ thuật Nhật Bản phần để thực nhanh chóng việc phục hồi xây dựng mạng lưới đường Nhật B¶n sau chiÕn tranh thÕ giíi thø II HiƯn hoàn cảnh Việt Nam gần giống với Nhật Bản trước Vì tiêu chuẩn kỹ thuật đề xuất phải đặc biệt dựa theo Tiêu chuẩn kỹ thuật Thiết kế đường Nhật Bản - Sự thay đổi chắn xem xét điểm không hợp lý, điều kiện tự nhiên điều kiện xã hội Việt Nam - Phương pháp thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn đề xuất cần thiết 2-2-2 Các điều kiện thiết kế [ 4b] , [15b] 2-2-2-1 Mặt cắt ngang cầu chính: x [ 0.4 + 2.5 (ln xe thô sơ hay cho người bộ) + 0.25 + 0.5 + 3.5x2 (làn xe giới) + 0.5 + 1.5 ] H×nh -1 25,3 0,5 0,5 Hình 2-1 Mặt cắt ngang cầu 10 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-2-2-2 Tĩnh không thông thuyền: Hình 2-2 mô tĩnh không thông thuyền Cầu Bãi Cháy với kích thước 130x50 m MNTT +2,5 2-2-2-3 Tĩnh tải: Tải trọng vật liệu theo tiêu chuẩn JSHB - 96 nêu Bảng 2-2 MNTT +2,5 50m 505 130m Hình 2-2 Tĩnh không thông thuyền Bảng 2-2 Thép hay thép đúc Sắt đúc Các hợp kim Alluminum Gỗ (đã xử lý chưa xử lý) Mặt phẳng bê tông RC (cốt thép thường) PC (DƯL) Vữa xi măng Màng chống thấm nước Mặt bê tông Asphalt ( Kgf/m3) 7850 7209 2800 800 2350 2500 2500 2150 1100 2300 2-2-2-4 Hoạt tải [15b] Tải trọng xe lực tác xung kích: Đối với thiết kế Cầu Bãi Cháy, hoạt tải A ®ỵc ®iỊu chØnh cïng víi viƯc xem xÐt kü Qut định số 634/PD-TTg, Hà Nội ngày 20 tháng năm 1998 Thủ tướng Chính phủ Hoạt tải điều chỉnh mô tả Hình 2- Tải trọng khách hành [9b] : 11 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Đối với phương ngang 300Kgf/m2 Đối với phương thẳng đứng 500 Kgf/m2 Hệ số xung kích với cầu dự ứng lực: Đối với dầm cầu cáp dây văng: I = 10/ ( 25 + L ) Đối với mặt cầu = 25/ ( 50 + L ) P1 (Kgf /m2) §èi với mô men uốn 1,000 P2 (Kgf/m2) Đối với lực c 1,200 Hình 2-3 Tải trọng Tải trọng Trục lực xung kích [4b]: áp dụng điều khoản JSHB-96 Hệ số lực xung kích Cầu dù øng lùc: I = 20/ ( 50+ L ) L (m) : Chiều dài nhịp để xác định hệ số xung kích Đối với Cáp Dây văng, xác định chiều dài nhịp tải đường ảnh hưởng mô tả hình 2-4, [9b] đây: L Hình 2-2 Xác định L đường ảnh hưởng cáp dây văng Đối với dầm, áp dùng điều kho¶n cđa JSHB –96 sư dơng b¶ng 2-3 12 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-2-2-5 T¶i trọng gió [15b] (1) Vận tốc gió sở Để xác định vận tốc gió thiết kế, cần kiểm tra liệu/ghi chép Bảng 2-3 Chiều dài nhịp lực tác động trường dự án ®Ĩ thu thËp sè liƯu thùc tÕ giai ®o¹n triển khai dự án Do đó, số liệu ghi chép thu thập : - Vận tốc gió hướng gió vòng 10 năm - Vận tốc gió tối đa hàng tháng hướng gió v òng 20 năm - Các kết theo dâi giã thùc tÕ (2) T¶i träng giã [14a] Biện pháp thiết kế trạng thái giới hạn thông qua Tải trọng gió cho trạng thái giới hạn cực hạn trạng thái giới hạn khai thác tính b ằng phương trình (2-1) đây, sau ®iỊu chØnh theo u tè giã giËt ®èi víi tèc 13 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com độ gió trung bình xảy 10 phút mà vận tốc cần quy đổi theo độ cao cña møc giã W = 0,5 ρ v2 C d G ( 2-1 ) Trong ®ã : [17b] ρ : Mật độ không khí có giá trị 1.17 kg/cm C d : HƯ sè kÐo cã gi¸ trị bảng đây: Bộ phận Cd Dầm 1.2 Tháp 1.4 Trụ 1.4 Cáp dây văng 0.7 G : Hệ số đáp ứng gió giật 1.65 v : vËn tèc giã thiÕt kÕ tiªu chuÈn m/s Do liệu vận tốc gió thu Trạm Bãi Cháy vận tốc gió trung bình phút, đổi thành vận tốc trung bình 10 phót, sư dơng hƯ sè chun ®ỉi lÊy từ hình 2-5 (Tiêu chuẩn ASCE) Hình 2-5 Tỷ lệ vận tốc gió cực đại đạt giây so với vận tốc trung bình Tỷ lệ trung bình phút trung bình 10 phút sau: T = 600 giây T = 120 giây Do v600/v120 = vt/v3600 = 1.07 = 1.17 1.07 / 1.17 = 0.91 Kh«ng cã b·o 14 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com VËn tèc giã trung b×nh thêi gian theo hệ số chuyển đổi chấp thuận cho thiết kế Cầu Bãi Cháy sau: Vận tốc gió v= 50m/s, chu kỳ lặp lại 512 năm [14a] 2-2-2-6 ảnh hưởng nhiệt độ[15b] (1) Nhiệt độ tham khảo thiết kế cấp nhiệt độ Số liệu trung bình hàng tháng Trạm Bãi Cháy 30 năm qua (1968 1997) thu thập từ Trung tâm liệu Khí tượng Thuỷ Văn bao gồm số liệu sau đây: - Nhiệt độ không khí trung bình hàng tháng (cả năm : 22.9oC) - Nhiệt độ không khí trung bình ngày cao c¸c th¸ng (Th¸ng : 31.4 o C) - NhiƯt độ không khí trung bình ngày nh ỏ tháng (Tháng 1: 14.0 o C) - Độ ẩm trung bình hàng tháng (trong năm : 82%) Sau xem xét số liệu trên, nhiệt độ tham khảo thiết kế cấp nhiệt độ cho thiết kế xác định sau: Bảng 2-4 Phần thiết kế Lùc nhiƯt cho c¸c kÕt cÊu Khe co gi·n, gối, vv Nhiệt độ xác định Nhiệt độ tham khảo thiết kế: 22.913oC Nhiệt độ tăng :+8.5 7oC Nhiệt độ hạ :+8.9 -7oC Cấp nhiệt độ : 30oC(15oC) Trọng lực kiềm chế thay đổi nhiệt độ kết cấu bê tông, giảm 80% giá trị đàn hồi ảnh hưởng từ biến bê tông Do đó, thay đổi nhiệt độ thiết kế cho kÕt cÊu íc tÝnh lµ 80% sè liƯu thùc tế thu Nếu chiều cao nhỏ kết cấu có giá trị lớn 70cm, thay đổi nhiệt độ tăng giảm tới 5oC Cấp nhiệt độ cho việc tính toán dịch chuyển gối cầu, khe co giãn v.v, giả thiết số liệu tính toán dựa 50% số liệu quan sát thực tế kết hợp với tham khảo JSHB-1996 (2) Sự chênh lệch nhiệt độ tương đối Ngoài điểm nêu trên, chênh lệch nhiệt độ tương đối mặt cầu phận khác coi 5oC Sự phân bố phần mặt cầu giả thiết đồng 15 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com (4) TÜnh tải chất bao gồm dải phân cách, ray thép, hệ thống chiếu sáng Nền đường bê tông cho công trình thoát nước w = 5.844 t/m Tĩnh tải chất Hình 2-17 2-4-4-2 Tải trọng lắp xe đúc w = 130 tf 2-4-4-3 Hoạt tải (1) Hoạt tải - A Hình 2-18 Hình 2-18 32 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com (2) Lùc xung kích I = 10/ ( L+25) Bảng 2-13 Nhịp tải träng A1 ~ P1 P1 P1 ~ P2 P2 P2 ~ P3 P3 P3 ~ P4 P4 P4 ~ P5 P5 P5 ~ P6A L (m) 35.0 (35.0+86.0)/2 86.0 86.0+129.5)/2 129.5 129.5+435)/2 435 35.0+129.5)/2 129.5 (129.5+86.0) 86.0 I 0.167 0.117 0.090 0.075 0.065 0.033 0.022 0.033 0.065 0.075 0.090 (3) Tải trọng phần đường người (vỉa hè) wso = 0.300 tf/m2 ws = 0.300 x 2.500 x = 1.500 tf/m (4) Tải trọng xoắn Hình 2.19 Tải trọng xoắn trọng tải p2 ML = 0.300 x 5.5 x 6.75 + 0.150 x 2.5 x 2.75 = 12.169 tm/m MR = 0.150 x 8.0 x 5.5 = 6.600 tm/m ML – MR = 12.169 – 6.600 = 5.569 tm/m 33 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-4-4-4 NhiƯt ®é NhiƯt ®é thay ®ỉi định dựa [14b] Nhiệt độ phân bố Biến thiên nhiệtđộ Hình 2-20 Đối với mặt cầu (3) Cáp dây văng T = 10o C Các lực khác Lực động đất, lực căng kéo, v.v định theo Tiêu Chuẩn Thiết kế trình bày bên 34 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-4-5 Các phần tử kết cấu mô hình tổng thể Bảng 2-14 Cấu tạo cầu Số phần tử Tên phần tử Diện tích mặt cắt (m2) Mômen quán tính (m4) Môđun đàn hồi (tf/m2) Trọng lượng riêng Tf/m3 Dầm 275 1~ 275 12.89476~ 16.86787 17099.750 21.83736~ 34.05463 34444.721 3200000 2.500 Th¸p P3 33 276 ~ 308 58757~ 10.97422 11000.000 2114093~ 40.47015 38000.000 3200000 2.500 2.500 Trô P3 309 ~ 313 21000.000 19.08820~ 21.04315 166000.000 132.38220~ 142.44943 3200000~ 2800000 2800000 2.500 2.500 Mãng trô P3 314 ~ 317 144.00000 6576.0000 2500000 Th¸p P4 33 318 ~ 350 9.58757~ 10.97422 11000.000 2114093~ 40.47015 38000.000 3200000 2.500 2.500 Trô P4 351 ~ 355 21000.000 19.08820~ 21.04315 166000.000 132.38220~ 142.44943 3200000~ 2800000 2800000 2.500 2.500 Mãng trô P4 356 ~ 360 128.00000 5033.00000 2500000 Mè vµ Mãng A1 361 362 363 10000.000 10000.000~ 1.53300 10000.0000 10000.0000 5.94000 3200000 2500000 2500000 108.400 Trơ vµ mãng P1 364 365 366 367 10000.0000 20.75000 10000.0000 1.415 10000.0000 10.47396 10000.0000 24300 3200000 2500000 2500000 2500000 0.000 2.500 212.300 0.000 Trơ vµ mãng P2 368 369 370~372 10000.0000 20.75000 38.70000 10000.0000 10.47396 178.00000 3200000 2500000 2500000 0.000 2.500 0.000 Trơ vµ mãng P5 373 374 375 376 10000.0000 20.75000 10000.0000 1.38900 1000.0000 10.47396 10000.0000 7.05700 3200000 2500000 2500000 2500000 0.000 2.500 91.700 0.000 Trơ vµ mãng P6A 377 378 379 380 10000.0000 25.00000 10000.0000 1.45000 10000.0000 18.22916 10000.0000 4.60000 3200000 2500000 2500000 2500000 0.000 2.500 110.000 0.000 120 381 ~ 500 0.01040~ 0.00322 0.00000 19600000~ 20000000 0.025~ 0.128 Cáp văng dây 35 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-4-6 øng st tỉng hỵp Trong kết tính toán cầu, có số liệu đầu liên quan đến t ổ hợp tải träng nh sau: D+SD : TÜnh t¶i + ¶nh hëng chuyển vị hệ chống D+T+SD Tối đa: Tĩnh tải + Nhiệt độ (đồng nhất+biến thiên) + ảnh hưởng cđa chun vÞ hƯ chèng Mmax D+T+ SD Tèi thiĨu: Tĩnh tải + Nhiệt độ (đồng nhất+biến thiên) + ảnh hëng cđa chun vÞ hƯ chèng Mmin D+L(+)+SD : TÜnh tải + hoạt tải+ảnh hưởng chuyển vị hệ chống Mmax D+L(-)+SD : Tĩnh tải + hoạt tải+ảnh hưởng chuyển vị hệ chống Mmin D+L+T+SD Tối đa: Tĩnh tải + hoạt tải + nhiệt độ (đồng nhất+biến thiên)+ảnh hưởng cđa chun vÞ hƯ chèng Mmax D+L+T+SD Tèi thiĨu: TÜnh tải + hoạt tải + nhiệt độ (đồng nhất+biến thiên) + ảnh hưởng chuyển vị hệ chống Mmin D+T(năm)+S+SD Tối đa: Tĩnh tải + nhiệt độ (đồng nhất) + tuyết + ảnh hưởng chuyển vị hệ chống Mmax D+T(năm)+S+SD Tối thiểu: Tĩnh tải + nhiệt độ (đồng nhất) + tuyết + ảnh hưởng chuyển vị hệ chống Mmins D+L+T(năm)+S+SD Tối đa: Tĩnh tải + nhiệt độ (đồng nhất) + tuyết + ảnh hưởng chuyển vị hệ chống Mmax D+L+T(năm)+S+SD Tối thiểu: Tĩnh tải + nhiệt độ (đồng nhất) + tuyết + ảnh hưởng chuyển vị hệ chống Mmin D+EQ : Tĩnh tải + động đất () D-EQ : Tĩnh tải + động đất (ò) D*+L(+) : Khi hoạt tải tác động Mmax D*+L(-) : Khi hoạt tải tác động Mmin D ứng suất - tổ hợp tải trọng có nghĩa là: D: Tổng hợp tĩnh tải sau thi công xong toàn cầu D: Tổng hợp Tĩnh tải tải trọng bổ sung làm việc D* : Tổng hợp tĩnh tải hoạt tải ban đầu làm việc D: Tổng hợp tĩnh tải bê tông hết từ biến (T = ) Lưu ý: Ba giá trị bao gồm ảnh hưởng từ biến co ngót bê tông ứng suất tất tổ hợp tải trọng, D có nghĩa ứng suất tổng hợp tĩnh tải bê tông hết từ biến 36 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com SD : ¶nh hưởng chuyển vị mố trụ T : Lực gây nên thay đổi nhiệt độ (đồng + biến thiên) T (theo năm) : Lực gây nên nhiệt độ đồng thay đổi L : Hoạt tải EQ : Động đất S : Lực tuyết (Lực không xem xét thiết kế này) Các sơ đồ ứng suất tổng hợp tổ hợp tải trọng D +T and D + L + T miêu tả ví dụ sau: Hình 2-21 a) Hình 2.21a Sơ đồ lực thông thường sau thi công Trên : Dưới: Tổ hợp D+T+SD (tối đa) vàD+T+SD (tối thiểu) D+L+T+SD (tối đa) D+L+T+SD (tối thiểu) 37 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com b) c) Hình 2.21 b&c Sơ đồ mômen uốn lực kháng cắt sau thi công Bên : Tổ hợp D+T+SD (tối đa) D+T+SD (tối thiểu) Bên : D+L+T+SD (tèi ®a) D+L+T+SD (tèi thiĨu) 38 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-4-7 TÝnh to¸n theo phương ngang 2-4-7-1 Khái quát Mômen xoắn Hoạt tải - L phân tích mô hình hệ hai chiều tuỳ thuộc vào chất tải mặt phẳng Chất tải mômen xo ắn sử dụng hình 2-19 (4) Lực theo phương ngang Phần tử Toạ độ tổng thể Toạ độ phần tử Hình 2-22 Mô hình hệ Cũng trạng thái liên kết phần t ử, tổ hợp dầm trụ theo phương ngang sau : A1, P1, P2, P5 vµ P6A : θx = tù do, θy = cố định, z = cố định P3 P4 : x = cố định, y = cố định, z = cố định Trạng thái chống theo phương ngang dựa thiết kế móng 2-4-7-2 Kết tính toán Kết tính toán giá trị lớn nh ỏ mặt cắt thiết kế dọc dầm tính giả dụ bảng sau: Mặt cắt thiết kế ~ 275 Mômen xoắn Lớn Nhỏ (tfm) (tfm) 41 ~ 554 -4 ~ -895 39 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2-5 ThiÕt kế dầm 2-5-1 Thiết kế theo lực dọc trục mômen uốn 2-5-1-1 Khái quát thiết kế Dầm kiểm tra phần tử bê tông DƯL có xét đến trạng thái ứng suất, trạng thái làm việc tải trọng khai thác (SL WS) trạng thái làm việc tải trọng cực hạn (ULWS) để khẳng định r ằng dầm có độ bền an toàn theo quy định (1) Kiểm tra trạng thái ứng suất giai đoạn thi công Để tránh vết nứt phát triển dầm uốn c giai đoạn thi công, ứng suất bê tông giới hạn để không vượt giá trị sau : ứng suất nén bê tông chịu uốn không vượt 0.6 fck ứng suất kéo chịu uốn thớ nén ngoại biên mặt c không vượt 35 fct2/3 ứng suất kéo chịu uốn thớ kéo ngoại biên mặt c không vượt 0.3 fct2/3 ứng suất kéo xiên không vượt 0.25 fct2/3 Trong đó, fct cường độ nén bê tông thời điểm kiểm tra ứng suất bê tông (2) Nghiên cứu sức chịu uốn trạng thái làm việc tải trọng khai thác (SL WS) 1) Trong trạng thái làm việc tĩnh tải (D= D0 + D1 + CRG + SHG + PG,e + PSC,e), øng suÊt kÐo t¹i điểm chịu uốn không cho phép phát triển trắc ngang Đồng thời ứng suất nén bê tông không vượt 0,4fck 2) Trong trạng thái tổng tĩnh tải (D) cộng 50% hoạt tải (LL + IL + LSL), tổng tĩnh tải (D) cộng với tác động thay đổi nhiệt độ (T) làm việc, không phép để vết nứt xảy mặt c ngang Đồng thời, ứng suất nén bê tông không vượt 0.6 fck ứng suất kéo điểm uốn 0.5 fck2/3 ứng suất nén điểm uốn 0.6 fck 3) Trong trạng thái tổng tĩnh tải hoạt tải (D + LL + IL + LSL) làm việc, việc tăng ứng suất kéo cốt thÐp däc theo tÝnh to¸n b »ng c¸ch bá qua ứng suất kéo bê tông phải không vượt 0.6 fsy Đồng thời, ứng suất đơn vị kéo thép DƯL không vượt 0.6fpu Trong trường hợp này, ứng suất chịu nén bê tông không vượt 0.6fct 40 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 4) Trong trạng thái có tổ hợp khác tải trọng (ngoại trừ tác động động đất), thiết kế điều kiện phải đảm bảo thoả mãn ®iỊu kiƯn cđa mơc 3) nh trªn (3) KiĨm tra khả chịu uốn trạng thái làm việc tải trọng cực hạn (ULWS) 1) Kiểm tra trạng thái làm việc tải trọng cực hạn tiến hành theo tiêu chuẩn JSHB-96 2) Tổng hợp ứng suất thiết kế trạng thái làm việc tải trọng cực hạn tính toán theo kết hợp tải träng nh sau (a) 1.3x(∑D’+PSC,e) + 2.5x(LL + IL +LSL) + CRG+ SHG+PG,e (b) ∑D’ + 2.5x(LL+IL+LSL) + CRG+SHG+PG,e+PSC,e (c) 1.7x(∑D’ + PSC,e + LL+IL + LSL +CRG+SHG+PG,e) ®ã, ∑D’ = D0 + D1 2-5-1-2 KiÓm tra øng suÊt uốn trạng thái làm việc tải trọng khai thác Tổng hợp việc kiểm tra ứng suất uốn dầm bảng tóm t trạng thái làm việc tải trọng khai thác sơ đồ ứng suất, số mô tả làm ví dụ sau: Hình 2-23 a &b- ứng suất tối đa & tối thiểu thớ & thớ trình lắp đặt Tổ hợp D+EL+P(G) +P(S) (tối đa) D+EL+P(G) +P(S) (tèi thiĨu) c&d- øng st cđa thí trªn & thớ sau thi công Tổ hợp D D+SD Hình 2-24 a &b- ứng suất thớ & thớ sau công Tổ hợp D+L(50%) a- D+L(+)+SD b- D+L(-)+SD c &d- øng st cđa thí trªn & thớ sau thi công Tổ hợp D+T c- D+T+SD (tèi ®a) d- D+T+SD (tèi thiĨu) 41 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com a) øng suÊt kÐo giíi h¹n t¹i thí kÐo øng st kÐo giíi h¹n t¹i thí nÐn b) c) øng st nÐn giíi h¹n d) øng st nÐn giíi h¹n øng st nÐn giới hạn Hình 2-23 42 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com a) øng st nÐn giíi h¹n b) øng st nÐn giíi h¹n c) øng st nÐn giới hạn d) ứng suất nén giới hạn Hình 2-24 43 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Như sơ đồ này, ứng suất chịu uốn mặt c dầm thoả mãn ứng suất giới hạn quy định tiêu chí thiết kế cho cầu cáp dây văng cầu bãi cháy Do đánh giá dầm có đủ chất lượng chống uốn cho khả khai thác Kiểm tra ứng suất trạng thái làm việc tải trọng khai thác : øng suÊt cã nghÜa nh sau: D (ngay sau hoµn thµnh toµn bé kÕt cÊu) : D0+PSC+PIN+PS1,t+(CR+SH)0+∆Pr0 D’ (ë trạng thái làm việc tĩnh tải mặt cầu): D0+PSC+PIN+PS1,t+D1+(CR+SH)+Pr D* (trạng thái làm việc hoạt tải ban đầu) D+(CR+SH)*+Pr* D (khi độ từ biến co ngót bê tông hoàn thành) D0+PSC+PIN+P1,t+D1+(CR+SH)+Pr Trong đó, D0 : (trọng lượng thân) PSC : ứng suất lực kéo cáp dây văng PIN : DƯL cáp PS1,t : ứng suất thứ cấp lực căng kéo luc chuyển sang bê tông (CR+SH)0 : Tác động độ từ biến co ngót bê tông hoàn chỉnh kết cấu Pr0 : Mất mát ứng suất chùng thép DƯL hoàn chỉnh kết cấu D1 : Tĩnh tải chất (CR+SH) : Tác động độ từ biến co ngót bê tông trạng thái làm việc tĩnh tải mặt cầu ∆Pr’ : MÊt øng st chïng cđa thÐp D¦L trạng thái làm việc tĩnh tải mặt cầu (CR+SH)*,Pr*: Tác động độ từ biến co ngót bê tông ứng suất chùng thép DƯL diễn trạng thái làm việc tĩnh tải chất trạng thái làm việc hoạt tải ban đầu CR+SH : Tổng tác động độ từ biến co ngót bê tông Pr : Tổng ®é øng st chïng cđa thÐp D¦L 2-5-1-3 øng suất kéo cáp DƯL ứng suất kéo cáp DƯL mặt cắt cầu điển sau 44 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com H×nh.2.25 Bảng 2-15 (1)- 12T12.7 Cáp sườn mặt cắt cầu Mặt cắt thiết kế (1) (2) pi pt p σpe σp,SLWS 130.000 115.880 -6.089 109.791 111.599 130.000 116.019 -4.930 111.089 112.686 (3) 130.000 116.019 -4.922 111.097 113.781 đơn vị:kgf/mm2 (4) (5) 130.000 116.019 -4.919 111.100 113.789 - (6) 130.000 116.019 -4.933 111.086 112.687 Trong ®ã, pi : ứng suất kéo ban đầu pt : ứng suất kéo lúc chuyển tải cho bê tông p: Mất ứng suất kéo độ từ biến co ngót bê tông chùng thép DƯL pe : øng suÊt kÐo cã hiÖu σp,SLWS : øng suÊt trạng thái làm việc tải trọng phục vụ (SLWS) (ghi chó) øng st kÐo giíi h¹n t¹i lóc chun tải = 133.0 kgf/mm2 ứng suất kéo giới hạn SLWS = 114.0 kgf/mm2 Bảng 2-16 (2)-12T12.7 cáp mặt cắt cầu Mặt cắt thiết kế (1) (2) σpi σpt ∆σp σpe σp,SLWS 130.000 116.856 -5.946 110.910 113.057 126.000 115.392 -4.852 110.540 112.332 (Ghi chó) (3) 126.000 115.392 -4.844 110.548 113.590 (4) 130.000 104.912 -9.367 95.545 101.865 đơn vÞ:kgf/mm2 (5) 126.000 115.392 -4.841 110.551 113.598 (6) 126.000 115.392 -4.856 110.536 112.332 øng st kÐo giíi h¹n t¹i lóc chuyển tải = 133.0 kgf/mm2 ứng suất kéo giới hạn ë SLWS = 114.0 kgf/mm2 45 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Bảng 2-17 (3)- Thanh DƯL 32 mặt cắt cầu Mặt cắt thiết kÕ σpi σpt ∆σp σpe σp,SLWS (1) (2) 130.000 116.856 -5.946 110.910 113.057 126.000 115.392 -4.852 110.540 112.332 (3) đơn vÞ:kgf/mm2 (4) 126.000 115.392 -4.844 110.548 113.590 130.000 104.912 -9.367 95.545 101.865 (5) 126.000 115.392 -4.841 110.551 113.598 (6) 126.000 115.392 -4.856 110.536 112.332 (Ghi chó) øng st kÐo giíi hạn lúc chuyển tải = 80.7 kgf/mm2 ứng suất kÐo giíi h¹n ë SLWS = 71.2 kgf/mm2 2-5-1-4 cèt thép chịu kéo (1) Sơ lược thiết kế 1) ứng suÊt kÐo : σct ≤ 30 kg/cm2 As = Tc / σ sa Trong ®ã, As : DiƯn tÝch cèt thÐp kÐo ( cm ) Tc : Lùc kÐo tổng miền chịu kéo mặt cắt (Act) (kgf) σsa : øng st kÐo giíi h¹n cđa cèt thÐp chịu kéo (kgf/cm2) Phân bố ứng suất Kích thước mặt cắt thiết kế Hình.2-26 2) ứng suất kéo: ct > 30 kg/cm2 Cốt thép chịu kéo tính theo phương pháp tính toán ứng suất bê tông cốt thép, thực chất là, bỏ qua vùng chịu lực kéo bê tông Trong trường hợp thép DƯL cân nhắc làm vật liệu kháng lực kéo 3) Kết tính toán Bảng 2-18 (ví dụ) Mặt cắt thiết kế Tổ hợp tải trọng D+L D+L …… øng st giíi h¹n σ0 Kg/cm σu Kg/cm N M σc (t) ( tm ) Kg/cm σs Kg/cm Khèi lỵng cèt thÐp 35.7 -20.6 2382.3 3156.5 51.4 1107 D16@125* 32.1 -25.1 1882.7 3206.9 54.1 1646 D16@125 270 2400 Chó thÝch * khèi lỵng yêu cầu cốt thép cho trạng thái làm việc tải trọng cực hạn 46 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com