Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu: Chương 4 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P3)

Bài giảng "Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu - Chương 4: Tính toán mố trụ cầu (P3)" cung cấp cho người học các kiến thức phần "Tính trụ cầu" bao gồm: Tải trọng và các tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ cầu, tính toán mũ trụ, xác định nội lực tại các tiết diện trụ cầu,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

MỐ TRỤ CẦU

TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: http://motrucau.tk/

Hà Nội, 8‐2013

4.2. Tính trụ cầu

• Các tải trọng tác dụng lên trụ cầu

– Tải trọng từ kết cấu phần trên:

• Trọng lượng các bộ phận kết cấu phần trên: DC, DW

• Hoạt tải và lực xung kích: LL, IM

• Hoạt tải người đi: PL

• Lực hãm xe: BR

• Lực ma sát gối cầu: FR

• Thay đổi nhiệt độ: TU, TG

• Gió: WS, WL

• Lực ly tâm: CE

Trang 2

– Trọng lượng bản thân trụ: DC

– Áp lực nước chảy: WA

– Gió trên trụ: WS

– Động đất: EQ

– Lực va tàu CV và lực va xe CT

Tính trụ cầu (t.theo)

• 4.2.1. Các tải trọng truyền từ kết cấu nhịp

– Lưu ý khi tính hoạt tải tác dụng lên trụ cần xét 3 tổ hợp:

Xe 3 trục (Truck) + Tải trọng làn

Xe 2 trục (Tandem) + Tải trọng làn

90% hiệu ứng của (2 xe

3 trục + Tải trọng làn)

≥

Trang 3

R l R r

P 1

Xe 3 trục (Design Truck)

W L

Tải trọng làn (Design Lane Load)

R l R r

P 2 P 3

P 4

R l R r

P 5

Xe 2 trục (Design Tandem)

P 1

2 xe 3 trục (2 Design Trucks)

P 2 P 3 P 1 P 2 P 3

≥ 15m

R l R r

W L

R l R r

W L

– Xếp xe lên các đường ảnh hưởng phản lực gối để tìm vị trí xe

gây áp lực lớn nhất lên trụ

• => tìm được áp lực lớn nhất lên trụ do một làn xe gây ra

– Cần phải xét 2 trường hợp tính phản lực gối do hoạt tải:

• 1: Tính phản lực tại từng gối riêng biệt để phục vụ cho việc

tính toán mũ trụ (khi đó cần phải tính hệ số phân bố ngang

của hoạt tải)

• 2: Tính tổng phản lực gối để phục vụ cho việc tính thân trụ

(trường hợp này không tính hệ số phân bố ngang của hoạt

tải)

Trang 4

– Các tải trọng: DC, DW, TU, SH, CR … xem phần tính mố

– Lực hãm: BR (xem 3.6.4)

– Tải trọng do động đất EQ (xem 3.10)

Trang 5

• 4.2.2. Tải trọng va xe (CT)

– Theo điều 3.6.5.1: không cần tính lực va xe nếu công trình

được bảo vệ bởi:

• Nền đắp, hoặc

• Kết cấu rào chắn độc lập cao 1370mm chịu được va đập,

chôn trong đất và đặt trong phạm vi cách bộ phận cần

được bảo vệ 3000mm, hoặc

• Rào chắn cao 1070mm đặt cách bộ phận cần bảo vệ hơn

3000mm

– Theo điều 3.6.5.2:

• Tất cả mố trụ (không thỏa mãn điều kiện bảo vệ trong điều

3.6.5.1) đặt trong phạm vi cách mép lòng đường bộ 9m hay

trong phạm vi 15m đến tim đường sắt đều phải thiết kế

cho một lực tĩnh tương đương là 1800KN tác dụng ở bất kỳ

hướng nào trong mặt phẳng nằm ngang và cách mặt đất là

1.2m

1.2m 1800KN

Trang 6

• 4.2.3. Tải trọng va tàu (CV)

– Nếu không có biện pháp bảo vệ, mố trụ cầu trên sông phải

được thiết kế chịu lực va tàu như 3.14

– Tải trọng va tàu có 2 loại, xét riêng rẽ:

• Tàu tự hành (Ship)

• Sà lan (Barge)

– Tải trọng va tàu phụ thuộc:

• Trọng tải của tàu/sà lan (DWT‐Deadweight Tonnage)

• Vận tốc va tàu (V)

Vs = vận tốc nước chảy bình quân năm (m/s)

DWT = trọng tải của tàu = tổng trọng lượng hàng hoá, người, thiết bị,

nước, v.v , nhưng không có trọng lượng bản thân của tàu.

Trang 7

• Tính lực va tàu vào trụ theo điều 3.14.5

Lực va tàu tương đương Psphụ thuộc vào nhiều yếu tố và được xác

định trên cơ sở thực nghiệm kết hợp xác suất thống kế (C 3.14.5)

• Tính lực va của sà lan vào trụ theo điều 3.14.8

B

Trang 8

» M = Vessel displacement tonnage/Vessel Mass

= Trọng lượng của khối nước mà tàu chiếm chỗ

= DWT+Trọng lượng không tải của tàu

– Tác dụng của lực va tàu lên trụ (điều 3.14.11.1)

Khi thiết kế kết cấu phần dưới cần phải xét 2 trường hợp lực

tác dụng riêng biệt như sau:

• (1) Lực tĩnh tương

đương 100% lực va

thiết kế (PShoặc PB)

theo phương song

song với đường

tim luồng vận tải

• (2) Lưc tĩnh tương đương 50% lực va thiết kế (PShoặc PB)

theo phương vuông góc với đường tim luồng vận tải

(2)

(1)

Đường tim luồng vận tải

Trang 9

Tất cả bộ phận của kết cấu phần dưới lộ ra để có thể tiếp xúc

với bất kỳ phần nào của vỏ tàu hay mũi tàu đều phải được

thiết kế để chịu được tải trọng va

Ngoài ra phải xét đến 2 trường hợp tải trọng sau:

• (1) Để tính ổn định tổng

thể, lực va thiết kế được

coi là một lực tập trung

tác dụng lên kết cấu phần

dưới ở mức nước cao

trung bình hàng năm của

đường thủy

• (2) Để tính lực va cục bộ, lực va thiết kế được tác dụng như

một tải trọng tuyến thẳng đứng phân bố đều dọc theo

chiều cao của mũi tàu hoặc mũi sà lan

Hình 3.14.11.1.2.

Tải trọng va tàu dạng tuyến lên trụ

Hình 3.14.11.1‐3.

Lực va của sà lan

lên trụ

Trang 10

• Tải trọng nước (WA)

– Tác dụng theo chiều dọc của trụ: p = 5.14 x 10‐4CdV2

trong đó:

cường độ và sử dụng và tính theo lũ kiểm tra xói khi tính

theo TTGH đặc biệt).

– Tác dụng theo chiều ngang (vuông góc với trục của trụ)

Áp lực phân bố đều trên kết cấu phần dưới do dòng chảy lệch

với chiều dọc của trụ một góc θ được lấy bằng:

trong đó:

• p = áp lực dòng chảy theo chiều ngang (Mpa);

• CL= hệ số cản của trụ lấy theo bảng 3.7.3.2‐1

Trang 11

• 4.2.4. Xác định nội lực trong trụ

– Một số mặt cắt nguy hiểm cần tính nội lực để kiểm tra:

5

4

3

4 3

1

5 5

5

1

– Xác định mô men trong mũ trụ bằng đường ảnh hưởng:

R + R

1 1 h t

R + R t h

t h

5 4 4 t

R + R t h 5

1

4

y y

2

y

§ AH M2-2

§ AH M1-1

y

y2

1

R + R

y1

3

2

5

y

2

t h

1 1 2 2

h t

R + R R + R 3t 3h R + R 4t 4h R + R 5t 5h

đ.a.h đ.a.h

Nếu tiết diện thân trụ có dạng đầu tròn (bán kính r), hoặc đầu nhọn

(có chiều dài đoạn đầu nhọn bằng f) thì chiều dài tính toán của mũ

trụ mút thừa lấy như sau: = (chiều dài thực tế + r/3, hoặc f/3)

Trang 12

– Xác định nội lực trong thân trụ

Lực dọc: N = ΣRi;

Lực cắt: V = Tj;

Mô men uốn: M = ΣRiei+ Σ Tjhj

trong đó:

Ri, Tj= các lực thẳng đứng và nằm

ngang tác dụng phía trên tiết diện

đang xét;

ei, hj= cánh tay đòn của các lực Ri

và Tj tính đến tâm của tiết diện xét

i

R tr

i

R ph



T

j

• 4.2.5. Kiểm toán trụ

– Mũ trụ tuỳ theo điều kiện làm việc của mũ trụ có thể cần kiểm

toán các nội dung:

• Bê tông chịu lực cục bộ

• Uốn, cắt, xoắn

– Thân trụ cần kiểm toán các nội dung:

• Nén uốn

• Cắt, xoắn

– Bệ trụ cần kiểm toán các nội dung:

• Uốn

• Cắt, chọc thủng (punching shear)

Trang 13

• 4.2.6. Kiểm toán cấu kiện BTCT chịu nén uốn đồng thời

– Điều 5.7.4.4. quy định sức kháng nén danh định Pncủa cấu

kiện BTCT chịu nén phụ thuộc vào loại cốt đai được sử dụng:

• Với cấu kiện có cốt đai xoắn (5.7.4.4‐2):

• Với cấu kiện có cốt đai thường (5.7.4.4‐3):

'

0.85 0.85

'

0.80 0.85

Trong đó:

Pn= sức kháng nén danh định;

f‘c= cường độ 28 ngày của bê tông (MPa);

Ag= diện tích mặt cắt ngang của cấu kiện BTCT (mm);

Ast= diện tích cốt thép (mm 2 );

fy= cường độ chảy dẻo của cốt thép (Mpa).

• So sánh sự làm việc giữa cốt đai xoắn và cốt đai thường

‐ Cột có “cốt đai thường” bị phá hoại đột

ngột khi biến dạng còn nhỏ.

‐ Côt có “cốt đai xoắn” có biến dạng lớn

trước khi bị phá hủy.

Trang 14

Cột có cốt đai thường

– Sức kháng nén tính toán của tiết diện BTCT chịu nén thuần túy

– Sức kháng uốn tính toán của tiết diện BTCT chịu uốn thuần túy

0.75

Trong đó:

Pr= sức kháng nén tính toán;

P n = sức kháng nén danh định;

φ = 0.75 = hệ số sức kháng khi cấu kiện chịu nén dọc trục (xem 5.5.4.2.1).

Mr= sức kháng uốn tính toán;

Mn= sức kháng uốn danh định;

φ = 0.9 = hệ số sức kháng khi cấu kiện chịu uốn (5.5.4.2.1).

2

n s y

a

Trang 15

– Xét cột chịu nén bởi lực Pncó độ lệch tâm e:

Biểu đồ biến dạng

Biểu đồ ứng suất

Sơ đồ

tải trọng

nén kéo

– Biểu đồ biến dạng và ứng suất trong tiết diện cột BTCT có

nhiều lớp cốt thép

Trang 16

• Phương trình cân bằng giữa ngoại

lực và nội lực (phương dọc trục):

• Mô men do ngoại lực gây ra phải

cân bằng với mô men do nội lực

gây ra:

Với mỗi độ lệch tâm e cho trước, từ phương trình (*) và (**) luôn tìm

được cặp Pnvà Mn= Pne do 2 phương trình chỉ có 2 ẩn số là Pnvà c.

– Biểu đồ tương tác của cấu kiện BTCT chịu nén uốn đồng thời

Để thuận tiện, cần xây

dựng một biểu đồ

tương tác cường độ để

xác định giá trị lực phá

hoại và mô men phá

hoại của cột tương ứng

với độ lệch tâm e biến

thiên từ 0 tới ∞.

Mỗi giá trị của e, luôn

xác định được một cặp

Pnvà Mnduy nhất là

giới hạn cường độ danh

định của cột.

'

0 0.85 c g st y st

Trang 17

Biểu đồ tương tác của cấu kiện BTCT chịu nén uốn đồng thời

Trang 18

– Biểu đồ tương tác của cấu kiện BTCT chịu nén uốn đồng thời

theo 2 phương:

– Để đơn giản và thuận tiện hơn trong tính toán, điều 5.7.4.5

đưa ra 2 công thức gần đúng sau:

• (1). Trường hợp lực dọc trục tính toán Pu≥ 0.1φf’cAgthì:

Trong đó:

Pu= Lực dọc trục tính toán;

A g = Tổng diện tích mặt cắt ngang cột;

φ = 0.75 = Hệ số sức kháng cho cấu kiện chịu nén dọc trục (xem 5.5.4.2.1);

Prxy= Sức kháng nén dọc trục tính toán khi uốn theo 2 phương (N);

Prx= Sức kháng nén dọc trục tính toán xác định khi chỉ có độ lệch ey(N);

Pry= Sức kháng nén dọc trục tính toán xác định khi chỉ có độ lệch ex(N);

P o = Cường độ chịu nén danh định khi lực nén đúng tâm:

(5.7.4.5 1)

rxy rx ry o

P  P  P P 

 

'

0.85

o c g st y st

P  f A A f A

Trang 19

• (2). Trường hợp lực dọc trục tính toán Pu< 0.1φf’cAgthì:

• Chú ý:

α = 0.8 với cột có cốt đai thường; α = 0.85 với cột có cốt đai xoắn.

Trong đó:

M ux = Mô men tính toán tác dụng theo trục x (N.mm);

Muy= Mô men tính toán tác dụng theo trục y (N.mm);

Mrx= Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương củ

trục x (N.mm);

Mry= Sức kháng uốn tính toán đơn trục của mặt cắt theo phương củ

trục y (N.mm);

ex= Muy/Pu= Độ lệch tâm của lực dọc trục tính toán theo hướng trục x;

ey= Muy/Pu= Độ lệch tâm của lực dọc trục tính toán theo hướng trục y;

1 (5.7.4.5 3)

uy ux

rx ry

M M

 

'

rx ry n c g st y st

P P P    f A A  f A 

• Hai công thức ở trên dùng để kiểm toán cột, trụ BTCT có độ

mảnh nhỏ (short column) tức là khi cột có tỷ số độ mảnh

(Klu/r) < 22. Khi đó, hiệu ứng độ mảnh trong cột trụ có thể

được bỏ qua

K = hệ số độ dài hữu hiệu quy định ở điều 4.6.2.5;

lu= chiều dài tự do của cấu kiện (hay khoảng cách giữa 2 điểm giằng của cấu kiện) tính bằng mm;

r = bán kính quán tính của tiết diện

• Với các cột, trụ BTCT có độ mảnh lớn cần phải xét thêm mô

men thứ phát do hiệu ứng P‐Delta gây ra

Trang 20

Khung có giằng

tăng cứng

Khung không có giằng tăng cứng

Phân biệt “Braced” và “Unbraced”

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1,72 MB