Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1: Chương 6 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1 - Chương 6: Tính nội lực cầu dầm BTCT nhịp giản đơn cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm chung, tính nội lực bản mặt cầu. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

11/16/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ mơn Cầu Cơng trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG  CẦU 1 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://47XDCT‐GTVT.TK/ Hà Nội, 10‐2012 CHƯƠNG VI Tính nội lực cầu dầm BTCT  nhịp giản đơn 277 11/16/2012 Nội dung chương • • • • • • 6.1. Khái niệm chung 6.2. Tính nội lực mặt cầu 6.3. Tính cốt thép mặt cầu kiểm tra 6.4. Tính hệ số phân phối tải trọng 6.5. Tính nội lực dầm chủ 6.6. Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT thường 278 6.1. Khái niệm chung • Cầu BTCT nhịp giản đơn hệ khơng gian phức tạp • Nội lực do nhiều nguyên nhân – Tĩnh tải, hoạt tải … – Co ngót, từ biến bê tơng – Sự thay đổi nhiệt độ • Các giả thiết môn học:  – Sức bền vật liệu Cơ học kết cấu • Phân loại nhóm phương pháp tính – Các phương pháp xác cao (sử dụng PTHH) • Phương pháp phức tạp, mất nhiều thời gian mơ hình hóa (ít dùng) – 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 279 11/16/2012 Khái niệm chung (t.theo) • 6.1.1. Tổng quan phương pháp tính cầu – 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, các đặc trưng hình học phần tử so với thực tế… 280 Khái niệm chung (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 281 11/16/2012 Khái niệm chung (t.theo) • Tổng quan phương pháp tính cầu (t.theo) – Nhóm phương pháp tính thứ hai • Xem kết cấu nhịp hệ có cao độ đặt gối cầu • Bản mặt cầu cách gần coi phần tiết diện dầm dọc dầm ngang – Phương pháp phù hợp với kết cấu cầu dầm, giàn, khung, gần số loại cầu rỗng, và không xác cầu đặc (dạng tấm) • Tính tốn nội lực hệ mơ tả kết cấu nhịp theo 2 cách sau: – Phương pháp 2.a, phân tích hệ khơng gian; hoặc – Phương pháp 2.b, 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 phương pháp 2.b sẽ đề cập ở các phần 282 Khái niệm chung (t.theo) • 6.1.2. Nội dung tính nội lực (phương pháp 2.b) – 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) – Nội dung: • Vẽ đường ảnh hưởng • Tính nội lực do tĩnh tải tính nội lực do hoạt tải • Xây dựng biểu đồ bao nội lực cho trạng thái giới hạn • 6.1.3. Các trạng thái giới hạn (TTGH) – Thiết kế tính tốn cơng trình cầu nói chung cầu BTCT nói riêng theo trạng thái giới hạn quy định tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272‐05 283 11/16/2012 Các trạng thái giới hạn TTGH(t.theo) CƯỜNG ĐỘ I • Các trạng thái giới hạn Là tổ hợp tải trọng để tính với tải trọng khai thác cầu có xe khơng có gió TTGH CƯỜNG ĐỘ II Là tổ hợp tải trọng để tính cầu chịu gió V>25m/s, cầu khong có xe TTGH CƯỜNG ĐỘ III Là tổ hợp để tính với trường hợp xe chạy bình thường cầu chịu gió V 1.5 và làm việc theo phương cạnh ngắn – Trong cầu BTCT có dầm ngang (khoảng cách dầm ngang l1)  ta có trường hợp sau: • Nếu l1/s > 1.5 thì kê 2 cạnh có nhịp tính tốn vng góc với phương xe chạy => “dải ngang”, trường hợp áp dụng phương pháp dải để tính nội lực • Nếu s/l1 > 1.5 thì kê 2 cạnh có nhịp tính tốn song song với phương xe chạy • Nếu (l1/s  4600mm dải ngang tính lực bánh xe 145kN / 2 và tải trọng – Khơng xét lực ly tâm, lực hãm tính mặt cầu – Với phần hẫng, nếu L ≤ 1800mm, hàng bánh xe thay 1  tải trọng phân bố có cường độ 14,6N/mm đặt cách mặt cột lan can  300mm – Phạm vi áp dụng phương pháp dải bản: • Phương pháp dải áp dụng cho đúc chỗ – Đối với có phương làm việc vng góc với hướng xe chạy: áp dụng cho trường hợp không phụ thuộc vào chiều dài nhịp – Đối với có phương làm việc song song với hướng xe chạy áp dụng chiều dài nhịp ≤ 4600mm – Đối với có phương làm việc song song với hướng xe chạy chiều dài nhịp > 4600mm phải tính tốn cầu bản.  • Đối với mặt cầu lắp ghép tùy theo cấu tạo, kích thước đặc điểm làm việc để lựa chọn phương pháp khác thích hợp 290 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • Phương pháp dải (t.theo) – Phương pháp trình tự tính nội lực theo phương pháp dải ngang • • • • • Vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối dầm liên tục Vẽ đường ảnh hưởng nội lực: M, V Tính nội lực do tĩnh tải Tính nội lực do hoạt tải Tổ hợp nội lực theo TTGH 291 11/16/2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • 6.2.2. Ví dụ tính nội lực mặt cầu theo p.p. dải – Ví dụ SGK[1] trang 222, mặt cắt ngang cầu hình vẽ có năm nhịp liên tục với chiều dài nhịp S = 2440mm Bw S/2 S S S S S S/2 S = 2440mm A B C D 292 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • Ví dụ (t.theo) – Số liệu cho trước: • • • • • Trọng lượng thân phần mặt cầu hẫng: Wo = 5.42x10‐3 N/mm2 Trọng lượng thân phần phía trong: Ws = 4.83x10‐3 N/mm2 Trọng lượng thân lan can: Pb = 4.65N/mm Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: WDW = 1.66x10‐3 N/mm2 Hoạt tải HL93 – Vẽ đường ảnh hưởng cách: • Sử dụng phương pháp học kết cấu • Sử dụng phần mềm (SAP2000, MIDAS…) => Xem link Video hướng dẫn: http://youtube.com/watch?v=JDX6Tgx9tRM • Sử dụng bảng tra phụ lục A (trang 431) sách “Cầu BTCT trên đường ơ tơ” – Tác giả Lê Đình Tâm 293 11/16/2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • Sử dụng phụ lục A (tr. 431) 294 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • Sử dụng phụ lục A 295 10 11/16/2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) 296 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • Vẽ đường ảnh hưởng (đ.a.h) 297 11 11/16/2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • 6.2.2.1. Nội lực do tĩnh tải – Sơ đồ tĩnh tải 380        L”=610 WDW = 1.66x10‐3 N/mm2 Wo = 5.42x10‐3 N/mm2 Ws = 4.83x10‐3 N/mm2 L' = 863 Pb L=990 S=2440 S=2440 S/2 298 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) – Nội lực do trọng lượng mặt cầu Ws= 4.83x10‐3 N/mm2 • R200 = Ws × (diện tích đ.a.h. khơng có đoạn hẫng = 0.3928 ×S)  =(4.83ì 103)ì (0.3928ì 2440)=4.63N/mm M200 =Ws ì (din tớch đ.a.h. khơng có đoạn hẫng = 0 × S2) = (4.83 × 10‐3) × (0) × (2440)2 = 0 N.mm / mm Ws S=2240mm S G 500 F S S H 700 E 400 300 200 L=990 D 600 C B 100 A S L 700 600 500 400 200 100 300 d.a.h R200 299 12 11/16/2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) – Nội lực do trọng lượng mặt cu Ws=4.83x103 N/mm2 M204 =Ws ì (din tớch .a.h.khụng có đoạn hẫng = 0.0772 × S2 ) = (4.83 × 10‐3) × {0.0772 × (2440)2}= 2220 N.mm / mm • M300 = Ws × (diện tích đ.a.h. khơng có đoạn hẫng = ‐0.1071 × S2 ) = (4.83 × 10‐3) × {(‐0.1071) × (2440)2}= ‐3080 N.mm / mm Ws E S=2240mm S G F S H 700 500 400 300 100 L=990 D 600 C B 200 A S S L 700 600 500 400 100 300 200 d.a.h M300 300 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) – Nội lực do trọng lượng mút thừa Wo = 5.42x10‐3 N/mm2 • R200 = Wo × ( diện tích đ.a.h. đoạn hẫng = (1+0.635L/S)×L ) = (5.42 × 10‐3) × {(1+0.635 × 990/2440)ì 990}=6.75N/mm M200 =Wo ì (din tớch .a.h.on hng =0.5ìL2 ) =(5.42 ì 103)ì (0.5)ì (990)2 =2656N.mm/mm M204 = Wo × (diện tích đ.a.h. đoạn hẫng = ‐0.2460×L2 ) = (5.42 × 103)ì {(0.2460)ì (990)2 }=1307N.mm/mm M300 =Wo ì (din tớch đ.a.h. đoạn hẫng = 0.1350×L2 ) = (5.42 × 10‐3) × {0.1350 × (990)2 } = 717 N.mm / mm Wo S=2240mm E S S G F S H 700 500 400 300 200 L=990 D 600 C B 100 A Wo S L 301 13 11/16/2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) – Nội lực do trọng lượng lan canPb =4.65N/mm@L=863mm R200 =Pb ì (tung .a.h.di lc =1+1.270L/S) =(4.65)ì {1+1.270ì 863/2440}=6.74N/mm M200 =Pb ì (tung .a.h.di lc =1ì L) =(4.65)ì {(1)ì (863)}=4013N.mm/mm M204 =Pb × (tung độ đ.a.h. dưới lực = ‐0.4920×L’ ) = (4.65) × {(‐0.4920) × (863)} = ‐1974 N.mm / mm • M300 = Pb × (tung độ đ.a.h. dưới lực = 0.2700×L’) = (4.65) × (0.2700 × 863) = 1083 N.mm / mm L' = 863 Pb Pb S G S S H 700 F 500 100 300 S=2240mm L=990 E D 600 C 400 B 200 A S L 302 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) – Nội lực dotrng lng lp ph WDW=1.66x103 N/mm2 R200 =WDW ì {(diện tích đ.a.h. đoạn hẫng tải trọng lớp phủ) + + (diện tích đ.a.h. trừ phần hẫng)}  = WDW × { (1+0.635L”/S)×L”  +   (0.3928×S) } = (1.66 × 10‐3) × [(1+0.635 × 610/2440) × 610 + (0.3928 × 2440)] = = 2.76 N/mm L" = 610 380 Wdw S=2240mm E S S G F S H 700 500 400 300 200 L=990 D 600 C B 100 A S L 303 14 11/16/2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) – Nội lực do trọng lượng lớp phủ (t.theo) • M200 = WDW × {(diện tích đ.a.h. đoạn hẫng tải trọng lớp phủ) + 0 } = WDW × { [‐0.5×(L”)2]   +   0 }  = (1.66 × 10‐3) × (‐0.5) × (610)2 = ‐309 N.mm / mm • M204 = WDW × { (diện tích đ.a.h. đoạn hẫng tải trọng lớp phủ) + + (diện tích đ.a.h đoạn trừ phần hẫng) } =WDW ì {[0.246ì(L)2]+(0.0772ìS2)} =(1.66ì 103)ì[0.246ì(610)2+(0.0772)ì(2440)2]=611N.mm/mm M300 =WDW ì {(din tích đ.a.h. đoạn hẫng tải trọng lớp phủ) + + (diện tích đ.a.h. đoạn trừ phần hẫng) } = WDW × { [0.135×(L”)2]   +   [(‐0.1071)×S2] } = (1.66 × 10‐3)×[0.135×(610)2+(‐0.1071)×(2440)2] = 975N.mm/mm 304 15 ...11/ 16/ 2012 Nội dung chương • • • • • • 6. 1. Khái niệm chung 6. 2. Tính nội lực mặt cầu 6. 3. Tính cốt thép mặt cầu kiểm tra 6. 4. Tính hệ số phân phối tải trọng 6. 5. Tính nội lực dầm chủ 6. 6. Tính... { (1+0 .63 5L”/S)×L”  +   (0.3928×S) } = (1 .66  × 10‐3) × [(1+0 .63 5 × 61 0/2440) × 61 0 + (0.3928 × 2440)] = = 2. 76 N/mm L" = 61 0 380 Wdw S=2240mm E S S G F S H 700 500 400 300 200 L=990 D 60 0 C B... lực mặt cầu (t.theo) • Sử dụng phụ lục A 295 10 11/ 16/ 2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) 2 96 Tính nội lực mặt cầu (t.theo) • Vẽ đường ảnh hưởng (đ.a.h) 297 11 11/ 16/ 2012 Tính nội lực mặt cầu (t.theo)