Bài giảng Nhập môn cầu: Chương 2 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P4)

Bài giảng Nhập môn cầu - Chương 2: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế và thi công cầu nối tiếp phần 3 cung cấp cho người học các kiến thức về nguyên lý thiết kế và tính toán cầu theo TTGH. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

11/12/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ mơn Cầu Cơng trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ NHẬP MƠN CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://nhapmoncau.tk/ Link dự phòng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/nhap‐mon‐cau Hà Nội, 10‐2013 Ngun lý T.kế tính tốn … (t.theo) • 2.3‐8. Tổ hợp nội lực – (1) Mơ men • Mơ men do các tĩnh tải DC và DW (chưa nhân hệ số) M M DC  DC  ADC M M DW  DW  ADW • Mơ men do hoạt tải (chưa nhân hệ số)  M HL 93_ TH M LL  max   M HL 93_ TH     M HL 93_ TH  m  g LLM 1  IM   Pi Truc  y iM  9.3  ALLM    M Truc M M  y i  9.3  ALL  M HL 93_ TH  m  g LL 1  IM   Pi 161 11/12/2013 Tổ hợp nội lực (t.theo)     M HL 93_ TH  m  g LLM 1  IM   Pi Truc  y iM  9.3  ALLM    M  Truc M M  M HL 93_ TH  m  g LL 1  IM   Pi  y i  9.3  ALL   đó: • ALLM = diện tích đường ảnh hưởng mơ men khi tính hoạt tải (đối với kết cấu nhịp dầm giản đơn ADCM = ADWM = ALLM)   • m.gLLM = (hệ số xe) × (hệ số phân bố ngang mơ men) • P = trọng lượng trục xe • y = tung độ đường ảnh hưởng nội lực vị trí lực P • (1+IM) = 1.25 = hệ số xung kích áp dụng cho hoạt tải xe 162 Tổ hợp nội lực (t.theo) • Mơ men tính tốn tổ hợp theo TTGH CĐ1: M CÐ1      DC  M DC   DW  M DW   LL  M LL  M CÐ1    1.25  M DC  1.5  M DW  1.75  M LL  • Mơ men tính toán tổ hợp theo TTGH Sử dụng: M SD  1   DC  M DC   DW  M DW   LL  M LL  M SD  1 1 M DC  1 M DW  1 M LL  163 11/12/2013 Tổ hợp nội lực (t.theo) – (2) Lực cắt • Lực cắt do các tĩnh tải DC và DW (chưa nhân hệ số) V VDC  DC  ADC V VDW  DW  ADW • Lực cắt do hoạt tải (chưa nhân hệ số) VHL 93_ TH VLL  max  VHL 93_ TH  1  IM    P    y   9.3  A VHL 93_ TH  m  g VLL 1  IM   Pi Truc  yVi  9.3  AVLL  VHL 93_ TH  m  g VLL Truc i V V i LL   164 Tổ hợp nội lực (t.theo) • Lực cắt tính tốn tổ hợp theo TTGH CĐ1: VCÐ1      DC  VDC   DW  VDW   LL  VLL  VCÐ1    1.25  VDC  1.5  VDW  1.75  VLL  • Lực cắt tính tốn tổ hợp theo TTGH Sử dụng: VSD  1   DC  VDC   DW  VDW   LL  VLL  VSD  1 1 VDC  1 VDW  1 VLL  165 11/12/2013 Ví dụ tính tốn Đề bài: Cho kết cấu nhịp dầm đơn giản (1 dầm chủ, 1 làn xe):  • Chiều dài nhịp tính tốn Ltt = 32m • Trọng lượng dầm chủ DC = 14 KN/m • Trọng lượng lớp phủ mặt cầu DW = 5KN/m • Hoạt tải tác dụng: HL93 Ltt = 32 m Yêu cầu:  • Xác định giá trị mô men tiêu chuẩn MDC, MDW MLL ½  nhịp do các tải trọng tương ứng DC, DW và hoạt tải HL93 gây • Xác định mơmen tính tốn Mu ½ nhịp theo TTGH cường độ 1  giả thiết hệ số điều chỉnh tải trọng η = 1.05 • Xác định mơmen tính tốn MSD ½ nhịp theo TTGH sử dụng 166 Hoạt tải HL93  P  325KN i  P  220KN i Ứng lực lớn phải lấy theo giá trị lớn trường hợp sau:  Hiệu ứng Xe 3 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng Tải trọng thiết kế, hoặc  Hiệu ứng Xe 2 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng Tải trọng thiết kế 167 11/12/2013 Ltt = 32 m wDC = 14 KN/m wDW = 5 KN/m đ.a.h (M) Diện tích đ.a.h: A = 128 m2 Ltt / 4 = 8 m MDC = (wDC*A) = (14*128) = 1792 KN.m MDW = (wDW*A) = (5*128) = 640 KN.m 168 Ltt = 32 m 9.3 KN/m 35KN 145KN 145KN đ.a.h (M) 5.85 m Diện tích đ.a.h:  A = 128 m2 5.85 m 8 m MHL93_TH1 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)} MHL93_TH1 = (1.2*1) * {(1+0.25)*(35*5.85+145*8+145*5.85) +  + (9.3*128)} MHL93_TH1 = 1.2 * {2766.3 + 1190.4} = 4748KN.m 169 11/12/2013 Ltt = 32 m 9.3 KN/m 110KN 110KN đ.a.h (M) 7.4 m Diện tích đ.a.h: A = 128 m2 8 m MHL93_TH2 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)} MHL93_TH2 = (1.2*1) * {(1+0.25)*(110*8+110*7.4) + (9.3*128)} MHL93_TH2 = 1.2 * {2117.5 + 1190.4} = 3969KN.m 170 Ví dụ tính tốn (t.theo)  Các giá trị mơmen tiờu chun ti tit din ẵnhp Dotrng lng bn thân: DC MDC = 1792 KN.m • Do trọng lượng lớp phủ: DW MDW = 640 KN.m • Do hoạt tải HL93  M HL 93_ TH  4748 KNm  M LL  max    4748KNm  M HL 93_ TH  3969 KNm  171 11/12/2013 Ví dụ tính tốn (t.theo)  Mơmen tính tốn tiết diện ½ nhịp theo TTGH cường độ I: Mu = η * [γDCMDC + γDW MDW + γLLMLL ]    Mu = 1.05 * [1.25*1792 + 1.5* 640 + 1.75*4747] Mu = 1.05*[2240 + 960 + 8307] Mu = 12082 KN.m 172 Ví dụ tính tốn (t.theo)  Mơmen tính tốn tiết diện ½ nhịp theo TTGH sử dụng: MSD = η * [γDCMDC + γDW MDW + γLLMLL ]    MSD = 1 * [1*1792 + 1* 640 + 1*4747] MSD = [1792 + 640 + 4747] MSD = 7179 KN.m 173 11/12/2013 Nguyên lý T.kế tính tốn … (t.theo) • 2.3‐9. Ngun tắc phân tích đánh giá kết cấu – Kết cấu cầu nói chung hệ không gian phức tạp – Nội lực do nhiều ngun nhân: • Tĩnh tải, hoạt tải … • Co ngót, từ biến bê tơng • Sự thay đổi nhiệt độ … – Nhìn chung, các kết cấu cầu phân tích giả thiết vật liệu làm việc ở giai đoạn đàn hồi tuyến tính • Ngồi áp dụng giả thiết Sức bền vật liệu Cơ học kết cấu 174 Ngun lý T.kế tính tốn … (t.theo) – Phân loại nhóm phương pháp tính • Nhóm 1: các phương pháp xác cao (sử dụng PTHH) – Nhóm phương pháp phức tạp, mất nhiều thời gian mơ hình hóa (ít dùng) • Nhóm 2: các phương pháp tính gần (quy tốn đơn giản hơn) – Phương pháp cho kết tính chấp nhận lại đơn giản nên sử dụng phổ biến 175 11/12/2013 Ngun lý T.kế tính tốn … (t.theo) – Nhóm phương pháp tính thứ • Giả thiết: xem kết cấu nhịp cầu tập hợp phần tử hữu hạn – PTHH – (có thể phần tử thanh, phần tử tấm…) đươc liên kết với nút đường biên phần tử • Phương pháp tính: dựa vào điều kiện cân bằng, liên tục liên kết phần tử sau thiết lập phương trình tắc để tìm ẩn số chuyển vị nội lực hệ • Hiện nay có nhiều phần mềm thương mại SAP2000,  MIDAS… đã ứng dụng phương pháp PTHH để tính tốn nội lực kết cấu cầu cho kết có độ xác cao.  Tuy nhiên, mức độ xác phụ thuộc vào cách mơ hình hóa kết cấu, sai khác đặc trưng hình học đặc tính vật liệu phần tử so với thực tế… 176 Ngun lý T.kế tính tốn … (t.theo) Mơ hình hóa cầu theo nhóm phương pháp có độ xác cao 177 11/12/2013 Nguyên lý T.kế tính tốn … (t.theo) Node • Tổng quan phương pháp tính cầu (t.theo) Rigid Link Frame Element (for girders and railing barriers) BARRIER Frame Element (for pier caps) Shell Element (for deck) Link Element Frame Element (for H-piles) Frame Element (for diaphragms) DECK GIRDER DIAPHRAGM Link Element (represent bearings) BEARING H-pile PIER CAP Fixed Fixed Fixed 178 Nguyên lý T.kế tính tốn … (t.theo) • Hoặc để đơn giản mơ hình hóa kết cấu sau: – Xem kết cấu nhịp hệ có cao độ đặt gối cầu – Bản mặt cầu cách gần coi phần tiết diện dầm dọc dầm ngang – Nhận xét: cách mơ hình hóa kết cấu phù hợp với kết cấu cầu dầm, giàn, khung, gần số loại cầu rỗng, và khơng xác cầu đặc (dạng tấm) 179 10 11/12/2013 Ngun lý T.kế tính tốn … (t.theo) – Nhóm phương pháp tính thứ hai: • Việc phân tích kết cấu nhịp khơng gian đơn giản hóa thành việc phân tích kết cấu dầm đơn lẻ cách đưa vào sử dụng khái niệm “Hệ số phân bố ngang”.  • Phương pháp đơn giản hiệu cao cầu dầm đơn giản nên sử dụng phổ biến • Nội dung tính nội lực sau: – Theo phương ngang cầu » Tính nội lực mặt cầu » Tính nội lực dầm ngang (nếu có) – Theo phương dọc cầu » Tính nội lực dầm chủ » Tính nội lực dầm dọc phụ (nếu có)  180 11 ... 11/ 12/ 2013 Ltt =  32 m 9.3 KN/m 110KN 110KN đ.a.h (M) 7.4 m Diện tích đ.a.h: A = 128 m2 8 m MHL93_TH2 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)} MHL93_TH2 = (1 .2* 1) * {(1+0 .25 )*(110*8+110*7.4) + (9.3* 128 )}... 167 11/ 12/ 2013 Ltt =  32 m wDC = 14 KN/m wDW = 5 KN/m đ.a.h (M) Diện tích đ.a.h: A = 128 m2 Ltt / 4 = 8 m MDC = (wDC*A) = (14* 128 ) = 17 92 KN.m MDW = (wDW*A) = (5* 128 ) = 640 KN.m 168 Ltt =  32 m 9.3 KN/m... tích đ.a.h:  A = 128 m2 5.85 m 8 m MHL93_TH1 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)} MHL93_TH1 = (1 .2* 1) * {(1+0 .25 )*(35*5.85+145*8+145*5.85) +  + (9.3* 128 )} MHL93_TH1 = 1 .2 *  {27 66.3 + 1190.4} = 4748KN.m