Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Thiết kế cầu: Phần 2 tiếp nối phần 1 với các nội dung cầu bê tông cốt thép; những vấn đề chung về cầu bê tông cốt thép; cầu bản và cầu dầm bê tông dự ứng lực lắp ghép; tính toán cầu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05; tính toán phân bố tải trọng cho các bộ phận kết cấu nhịp; tính toán bản mặt cầu, dầm ngang và dầm chủ.
Thiết kế cầu CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN CẦU BÊ TƠNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN 22TCN272-05 3.1 BỀ RỘNG DẢI TƢƠNG ĐƢƠNG ĐỐI VỚI CÁC LOẠI CẦU BẢN VÀ BỀ RỘNG CÁNH DẦM HỮU HIỆU 3.1.1 Bề rộng dải tƣơng đƣơng loại cầu Các quy định sau đƣợc áp dụng cho loại cầu bê tông đúc chỗ Bề rộng tƣơng đƣơng theo dải dọc cho lực cắt momen cho làn, tức hai đƣờng bánh xe đặt tải đƣợc xác định nhƣ sau: E 250 0,42 L1W1 (Điều 4.6.2.3-1) Bề rộng tƣơng đƣơng theo dải dọc cho lực cắt momen với số chịu tải lớn xác định nhƣ sau: E 2100 0,12 L1W1 W NL (Điều 4.6.2.3-2) Trong E: Bề rộng tƣơng đƣơng (mm) L1: chiều dài nhịp đƣợc điều chỉnh, lấy giá trị nhỏ nhịp thực tế 18000mm W1: bề rộng từ mép tới mép đƣợc điều chỉnh cầu, đƣợc lấy giá trị nhỏ bề rộng thực tế 18000 mm chịu tải trọng nhiều làn, 9000 mm chịu tải (mm) W: bề rộng vật lý mép-tới-mép cầu (mm) NL: số thiết kế, lấy theo Điều 3.6.1.1.1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Đối với cầu chéo, hiệu ứng lực dọc đƣợc giảm hệ số r: r = 1,05 – 0,25.tg 1,0 (Điều 4.6.2.3-3) Trong đó: : góc chéo (độ) 3.1.2 Bề rộng cánh dầm hữu hiệu Khi không đủ điều kiện phân tích xác hơn, trừ có quy định khác, phải tính nhƣ dƣới trị số giới hạn bề rộng bê tông, coi nhƣ bề rộng có hiệu tác dụng liên hợp để xác định sức kháng trạng thái giới hạn Khi tính độ võng cần xét sở tồn chiều rộng cánh dầm Khi tính bề rộng cánh dầm có hiệu, chiều dài nhịp có hiệu lấy chiều dài nhịp thực tế nhịp đơn giản khoảng cách điểm thay đổi momen uốn (điểm uốn biểu đồ momen) tải trọng thƣờng xuyên nhịp liên tục, thích hợp với momen âm momen dƣơng Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 101 Thiết kế cầu Đối với bề rộng cánh dầm có hiệu dầm giữa, lấy trị số nhỏ của: 1/4 chiều dài nhịp hữu hiệu 12 lần độ dày trung bình cộng với số lớn bề dày bụng dầm 1/2 bề rộng cánh dầm Khoảng cách trung bình dầm liền kề Đối với dầm biên, bề rộng cánh dầm có hiệu đƣợc lấy ½ bề rộng có hiệu dầm kề bên, cộng thêm trị số nhỏ của: 1/8 lần chiều dài nhịp hữu hiệu 6,0 lần độ dày trung bình bản, cộng với số lớn 1/2 độ dầy bụng dầm 1/4 bề rộng cánh dầm Bề rộng phần hẫng 3.2 CƢỜNG ĐỘ KHÁNG UỐN CỦA MẶT CẮT TRONG TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƢỜNG ĐỘ 3.2.1 Ngun tắc chung Sức kháng tính tốn cấu kiện bê tông phải đƣợc xác định dựa điều kiện cân tƣơng thích biến dạng, lấy hệ số sức kháng theo quy định Điều 5.5.4.2 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 giả thiết sau: Đối với cấu kiện có cốt thép thép dự ứng lực dính bám hồn tồn, chiều dài dính bám tao thép dự ứng lực dính bám cục đƣợc bọc ứng biến tỷ lệ thuận với khoảng cách tính từ trục trung hịa, trừ cấu kiện có chiều cao lớn thỏa mãn yêu cầu Điều 5.13.2 vùng khơng bình thƣờng khác Đối với cấu kiện có bó tao cáp dự ứng lực khơng dính bám hồn tồn hay khơng dính bám phần nghĩa tao thép ống bọc hay dính bám, chênh lệch ứng biến bó thép mặt cắt bê tơng nhƣ ảnh hƣởng độ võng yếu tố hình học bó thép phải đƣa vào tính tốn ứng suất bó thép Nếu bê tơng khơng bị kiềm chế, ứng biến dùng đƣợc lớn thớ chịu nén ngồi khơng đƣợc lớn q 0,003 Nếu bê tông bị kiềm chế, ứng biến dùng đƣợc lớn vƣợt 0,003 đƣợc dùng có chứng minh Ngoại trừ mơ hình chống giằng, ứng suất cốt thép phải dựa đƣờng cong ứng suất – ứng biến đại diện thép hay giá trị toán học đại diện đƣợc chấp nhận, bao gồm dự khai triển cột thép hay dự ứng lực việc truyền dự ứng lực Bỏ qua sức kháng kéo bê tông Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 102 Thiết kế cầu Giả thiết biểu đồ ứng suất - ứng biến bê tơng chịu nén hình chữ nhật, parabol hay hình dạng khác phải dẫn đến dự tính sức kháng vật liệu phù hợp với kết thí nghiệm Phải xét đến khai triển cốt thép cáp dự ứng lực việc truyền dự ứng lực Phải nghiên cứu giới hạn bổ sung ứng biến nén cực trị bê tông cấu kiện chịu nén mặt cắt chữ nhật rỗng theo quy định Điều 5.7.4.7 3.2.2 Phân bố ứng suất theo hình chữ nhật Quan hệ tự nhiên ứng suất bê tông chịu nén ứng biến coi nhƣ khối hình chữ nhật tƣơng đƣơng cạnh 0,85 f’c phân bố vùng giới hạn mặt chịu nén mặt cắt đƣờng thẳng song song với trục trung hoà cách thớ chịu nén khoảng cách a = 1 c Khoảng cách c phải tính vng góc với trục trung hồ Hệ số 1 lấy 0,85 bê tơng có cƣờng độ khơng lớn 28 MPa Với bê tơng có cƣờng độ lớn 28 MPa, hệ số 1 giảm theo tỷ lệ 0,05 cho MPa vƣợt 28 MPa, nhƣng không lấy nhỏ trị số 0,65 Phải nghiên cứu giới hạn bổ sung sử dụng khối ứng suất chữ nhật cấu kiện chịu nén mặt cắt chữ nhật rỗng theo quy định Điều 5.7.4.7 3.2.3 Ứng suất cốt thép dự ứng lực mức sức kháng uốn danh định Đối với cấu kiện có cốt thép dự ứng lực dính bám với bê tơng thơng qua bê tơng đúc có tiếp xúc trực tiếp với cốt thép tiếp xúc thông qua vữa phun Nhƣ công nghệ dự ứng lực kéo trƣớc dự ứng lực kéo sau thông dụng thỏa mãn điều kiện dính bám Đối với mặt cắt hình chữ nhật hình T chịu uốn quanh trục, có ứng suất phân bố nhƣ quy định Điều 5.7.2.2 fpe khơng nhỏ 0,5.fpu, ứng suất trung bình cốt thép, fps, lấy nhƣ sau : (Điều 5.7.3.1.1-1) Trong đó: (Điều 5.7.3.1.1-2) Cơng thức xác định vị trí trục trung hịa (tính tốn chiều cao vùng bê tơng chịu nén) xuất phát từ phƣơng trình cân hình chiếu lên phƣơng ngang nội lực mặt cắt ngang: Đối với mặt cắt hình T Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 103 Thiết kế cầu (Điều 5.7.3.1.1-3) Đối với mặt cắt hình chữ nhật (Điều 5.7.3.1.1-4) Trong đó: Aps : diện tích mặt cắt cốt thép dự ứng lực(mm2) fpu : cƣờng độ chịu kéo quy định thép dự ứng lực(MPa) fpy : giới hạn chảy thép dự ứng lực(MPa) As : diện tích cốt thép thƣờng chịu kéo (mm2) A’s : diện tích cốt thép thƣờng chịu nén (mm2) fy : giới hạn chảy cốt thép chịu kéo (MPa) f’y : giới hạn chảy cốt thép chịu nén (MPa) b : chiều rộng cánh chịu nén (mm) bw : chiều rộng bụng (mm) hf : chiều dày cánh chịu nén (mm) dp : khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm bó thép dự ứng lực (mm) c : khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén (mm) 1 : hệ số quy đổi hình khối ứng suất quy định Điều 5.7.2.2 Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 104 Thiết kế cầu Phải khảo sát mức ứng suất cốt thép chịu nén ứng suất cốt thép chịu nén không đạt giới hạn chảy ứng suất thực tế phải đƣợc dùng thay cho f’y Phƣơng trình 3.2.4 Các nhận xét phân tích 3.2.4.1 Về hệ số k Hệ số k phụ thuộc vào chất cốt thép Ví dụ cốt thép dự ứng lực cƣờng độ cao cấp 270 theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 thì: Cƣờng độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa (18600 kG/cm2) Giới hạn chảy: fpy = 1581 MPa (15810 kG/cm2) ( ) ( ) 3.2.4.2 Về xác định chiều cao vùng nén c Trong thực tế tính tốn trị số c khơng thể âm, vậy: Nếu c > hf trục trung hòa qua sƣờn dầm, áp dụng công thức mặt cắt chữ T Nếu c hf trục trung hòa qua cánh dầm, áp dụng công thức mặt cắt chữ nhật với bw=b Để tính tốn chiều cao vùng nén, trƣớc hết cần xác định trƣờng hợp tính tốn trục trung hịa qua cánh dầm hay qua sƣờn dầm Muốn giả thiết trục trung hòa mặt cắt ngang qua mép dƣới chịu nén xét bất đẳng thức: Nếu sai tính c theo mặt cắt chữ T, công thức (Điều 5.7.3.1.2-3) Nếu tính c theo mặt cắt chữ nhật, cơng thức (Điều 5.7.3.1.2-4) 3.2.5 Điều kiện duyệt trạng thái giới hạn cƣờng độ Trạng thái giới hạn cƣờng độ yêu cầu phải thỏa mãn điều kiện sau: Mr = Mn > Mu Trong đó: Mr : lực kháng uốn tính tốn Mn : lực kháng uốn danh định Mu : momen tính tốn thiết kế : hệ số sức kháng (Điều 5.5.4.2) = trƣờng hợp bê tông dự ứng lực chịu uốn Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 105 Thiết kế cầu = 0,9 trƣờng hợp bê tông cốt thép thƣờng Trong trƣờng hợp kết cấu dự ứng lực phần, giá trị lấy nhƣ sau: (Điều 5.5.4.2.1-1) = 0.90 + 0.10(PPR) Với PPR tỷ lệ dự ứng lực phần, đƣợc xác định theo cơng thức sau: As : diện tích cốt thép khơng dự ứng lực(mm2) Aps : diện tích thép dự ứng lực(mm2) fy : giới hạn chảy cốt thép (MPa) fpy : giới hạn chảy thép dự ứng lực(MPa) 3.2.5.1 Mặt cắt có cánh (Chữ T, chữ I, hộp) Với mặt cắt hình T chịu uốn quanh trục hai trục với lực nén dọc trục nhƣ quy định Điều 5.7.4.5 phân bố ứng suất lấy gần nhƣ quy định Điều 5.7.2.2, với bó dự ứng lực có dính bám, chiều dày cánh chịu nén nhỏ c, xác định theo Phƣơng trình 5.7.3.1.1-3, sức kháng uốn danh định mặt cắt xác định nhƣ sau : ( ) ( ) ( ( ) ) Trong : Aps : diện tích thép dự ứng lực(mm2) fps : ứng suất trung bình cốt thép dự ứng lực sức kháng uốn danh định, tính theo phƣơng trình 5.7.3.1.1-1 (MPa) dp : khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực (mm) As : diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực(mm2) fy : giới hạn chảy quy định cốt thép (MPa) ds : khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm) A’s : diện tích cốt thép chịu nén (mm2) f’y : giới hạn chảy cốt thép chịu nén (MPa) d’s : khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén (mm) f’c : cƣờng độ chịu nén quy định bê tông tuổi 28 ngày (MPa) Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 106 Thiết kế cầu b : bề rộng mặt chịu nén cấu kiện (mm) bw : chiều dày bản bụng đƣờng kính mặt cắt tròn (mm) 1 : hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định Điều 5.7.2.2 hf : chiều dày cánh chịu nén cấu kiện dầm I T (mm) a = c1 : Chiều dày khối ứng suất tƣơng đƣơng (mm) 3.2.5.2 Mặt cắt chữ nhật Đối với mặt cắt hình chữ nhật chịu uốn trục hai trục với lực dọc trục nhƣ quy định Điều 5.7.4.5, công nhận phân bố ứng suất gần nhƣ quy định Điều 5.7.2.2 chiều dày cánh chịu nén không nhỏ đại lƣợng c xác định theo Phƣơng trình 5.7.3.1.1-3 sức kháng uốn danh định Mn xác định theo Phƣơng trình từ 5.7.3.1.1-1, đến 5.7.3.2.2-1, bw phải lấy b Để tính giá trị Mn, tức lực kháng uốn danh định mặt cắt ngang dầm, cần xác định xem liệu mặt cắt có dạng chữ nhật hay chữ T theo cách nhƣ trình bày ( ) ( ) ( ) Nếu mặt cắt dầm có dạng hình chữ nhật, cƣờng độ đƣợc tính nhƣ sau: Với fps - Ứng suất trung bình tao thép sức kháng danh định Cho fps ≥ 0.5fpu ( ) a=1.c 3.2.5.3 Các dạng mặt cắt khác Với loại mặt cắt mặt cắt hình chữ T hay thực chất mặt cắt hình chữ nhật có trục thẳng đứng đối xứng mặt cắt chịu uốn hai trục khơng có lực dọc trục khơng thể sử dụng cơng thức lý tƣởng hóa nhƣ nêu Tiêu chuẩn Cần có cách tiếp cận tổng quát để tính sức kháng uốn danh định Trong trƣờng hợp nhƣ vậy, việc áp dụng tính tƣơng thích biến dạng cách hay đƣợc dùng Mặt cắt ngang dầm đƣợc chia thành lớp hình thang khác loại vật liệu khác lớp cốt thép đƣợc mơ hình hóa riêng biệt Khi sức kháng uốn tính tốn Mn đƣợc xác định giải tích dựa giả thiết quy định Điều 5.7.2 Đồng thời phải áp dụng yêu cầu Điều 5.7.3.3 Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 107 Thiết kế cầu 3.3 CÁC GIỚI HẠN VỀ CỐT THÉP 3.3.1 Quy định hàm lƣợng cốt thép tối đa Hàm lƣợng thép giới hạn mặt cắt định đƣợc biểu thị qua độ cao giới hạn trục trung hịa Lƣợng thép có mặt cắt phải thỏa mãn cho chiều cao vùng bê tông chịu nén mặt cắt không lớn 42% độ cao tới trọng tâm cốt thép chịu kéo Hàm lƣợng thép dự ứng lực thép không dự ứng lực tối đa phải đƣợc giới hạn cho: (Điều 5.7.3.3.1-1) Trong (Điều 5.7.3.3.1-2) Với c : khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà (mm) de : khoảng cách hữu hiệu tƣơng ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo cốt thép chịu kéo (mm) Nếu tỷ số đạt tới hạn mặt cắt đƣợc coi nhiều thép Mặt cắt bê tông cốt thép nhƣ nói có số PPR < 0.5 không đƣợc phép nhiều thép Tuy nhiên, mặt cắt có dự ứng lực phần hay dự ứng lực tồn phần (có PPR ≥ 0.5) cho phép mặt cắt nhiều thép phải đảm bảo mặt cắt đủ độ dẻo 3.3.2 Quy định hàm lƣợng cốt thép tối thiểu Trừ có quy định khác, mặt cắt cấu kiện chịu uốn, lƣợng cốt thép thƣờng cốt thép dự ứng lực chịu kéo phải đủ để phát triển sức kháng uốn tính tốn Mr giá trị sau, lấy giá trị nhỏ hơn: 1,2 lần sức kháng nứt đƣợc xác định sở phân bố ứng suất đàn hồi cƣờng độ chịu kéo uốn, fr, bê tông theo quy định Điều 5.4.2.6, 1,33 lần mơmen tính tốn cần thiết dƣới tổ hợp tải trọng - cƣờng độ thích hợp quy định bảng 3.4.1.1 Phải áp dụng quy định Điều 5.10.8 Đối với cấu kiện khơng có thép dự ứng lực lƣợng cốt thép tối thiểu quy định coi thoả mãn nếu: (Điều 5.7.3.3.2-1) Trong đó: Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 108 Thiết kế cầu Pmin : tỷ lệ thép chịu kéo diện tích nguyên f’c : cƣờng độ quy định bê tông (MPa) fy : cƣờng độ chảy dẻo thép chịu kéo (MPa) Đối với dầm chữ T có bụng dầm chịu kéo, việc xác định tỷ lệ cốt thép thƣờng thực tế để so sánh với yêu cầu Phƣơng trình 1, phải vào chiều rộng bụng dầm 3.4 KHỐNG CHẾ NỨT BẰNG SỰ PHÂN BỐ CỐT THÉP HỢP LÝ Khi tính duyệt theo TTGH khai thác khống chế độ mở rộng vết nứt dầm BTCT chịu uốn dựa nguyên tắc chiều rộng vết nứt dầm chịu uốn đƣợc kiểm soát phân bố cốt thép vùng bê tông chịu kéo lớn Các quy định đƣợc áp dụng cho tất cốt thép cấu kiện bê tông cốt thép trừ mặt cầu đƣợc thiết kế theo Điều 9.7.2, kéo mặt cắt ngang vƣợt 80% cƣờng độ chịu kéo uốn nhƣ quy định Điều 5.4.2.6, tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng 3.4.1 Tính ứng suất kéo cốt thép Trạng thái giới hạn sử dụng Trƣớc tiên cần tính tốn trị số ứng suất kéo fs cốt thép thƣờng trạng thái giới hạn sử dụng Nguyên tắc trình tự tính tốn nhƣ sau: Khi giả thiết kết cấu làm việc giai đoạn đàn hồi, biểu đồ ứng suất vùng nén bê tơng có dạng tam giác (chứ khơng phải hình chữ nhật), diện tích cốt thép chịu nén diện tích cốt thép chịu kéo đƣợc tính đổi sang diện tích bê tơng cách nhân với hệ số mô đun đàn hồi thép/bê tông Từ giả thiết tính chiều cao vùng nén bê tơng c, tính đặc trƣng hình học tính đổi mặt cắt (bỏ qua phần bê tơng chịu kéo) Sau tính ứng suất bê tông thớ qua trọng tâm hàng cốt thép biên, nhân giá trị kết với hệ số mô đun đàn hồi để tính giá trị fs Cũng tính tốn gần cách lấy giá trị chiều cao vùng nén bê tông c theo kết tính tốn mặt cắt TTGH cƣờng độ 3.4.2 Điều kiện kiểm toán hạn chế vết nứt Điều kiện kiểm toán cấu kiện phải đƣợc cấu tạo cho ứng suất kéo cốt thép thƣờng trạng thái giới hạn sử dụng, fsa, khơng vƣợt q : (Điều 5.7.3.4-1) Trong dc : chiều cao phần bê tơng tính từ thớ chịu kéo tâm hay sợi thép chịu kéo đặt gần nhất; nhằm mục đích tính tốn giá trị dc phải lấy chiều dày lớp bê tông bảo vệ không đƣợc lớn 50mm (mặc dù trƣờng hợp thực tế lớp bê tông bảo vệ dày đến 75mm để đủ chống ăn mịn mơi trƣờng bờ biển) Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 109 Thiết kế cầu A : diện tích phần bê tơng có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo đƣợc bao mặt mặt cắt ngang đƣờng thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lƣợng hay sợi (mm2); nhằm mục đích tính tốn, phải lấy chiều dày tịnh lớp bê tông bảo vệ không đƣợc lớn 50 mm Z : thông số bề rộng vết nứt (N/mm) Ngoại trừ cống hộp bê tông cốt thép đúc chỗ quy định dƣới đây, đại lƣợng Z Phƣơng trình không đƣợc lấy vƣợt 30000N/mm cấu kiện điều kiện môi trƣờng thông thƣờng, 23000 N/mm cấu kiện điều kiện môi trƣờng khắc nghiệt 17500 N/mm kết cấu vùi dƣới đất Đại lƣợng Z không đƣợc lấy vƣợt 23000 thiết kế theo phƣơng ngang dầm hộp bê tông phân đoạn chịu tải trƣớc đạt tới toàn sức kháng danh định bê tông Đối với cống hộp bê tông cốt thép đúc chỗ, đại lƣợng Z Phƣơng trình khơng đƣợc vƣợt q: (Điều 5.7.3.4-2) Trong đó: (Điều 5.7.3.4-3) d: khoảng cách tính từ mặt chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo (mm) Cốt thép dự ứng lực dính bám đƣợc tính vào trị số A, trƣờng hợp tăng ứng suất thép dự ứng lực dính bám vƣợt trạng thái giảm nén trƣớc đƣợc tính sở mặt cắt bị nứt phân tích tƣơng đồng biến dạng không đƣợc vƣợt giá trị fsa xác định từ Phƣơng trình Ở vị trí cánh dầm bê tơng cốt thép mặt cắt T hộp chịu kéo, trạng thái giới hạn sử dụng, cốt thép chịu kéo uốn phải phân bố phạm vi, lấy theo trị số nhỏ trị số sau : Bề rộng hữu hiệu cánh nhƣ quy định Điều 4.6.2.6 Một chiều rộng 1/10 chiều dài trung bình nhịp lân cận Nếu bề rộng cánh hữu hiệu lớn 1/10 chiều dài nhịp phải bố trí cốt thép dọc bổ sung phần ngồi cánh với diện tích khơng nhỏ 0,4% diện tích nhơ Nếu chiều dày hữu hiệu, dc, cấu kiện bê tông cốt thép bê tông dự ứng lực phần lớn 900 mm, phải bố trí cốt thép dọc tạo vỏ phân bố theo dọc mặt cấu kiện khoảng d/2 gần cốt thép chịu kéo uốn Diện tích cốt thép vỏ Ash tính mm2/mm theo chiều cao mặt không nhỏ : Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 110 Thiết kế cầu Ƣu nhƣợc điểm phạm vi áp dụng Cầu trực hƣớng có trọng lƣợng nhẹ nên thích hợp với nhịp dài tỉ số moment tĩnh tải hoạt tải lớn Do mặt cầu dùng thép chống rỉ nên giá thành cao so với mặt cầu khác Kết cấu trực hƣớng áp dụng cho mặt cầu cho dầm chủ dầm hộp 6.2.4 Hệ liên kết ngang Có dạng Tổ hợp thép góc Bằng dầm thép hình Tác dụng: Tăng độ cứng ngang cầu Phân phối hoạt tải dầm chủ Hệ liên kết ngang đầu nhịp phải làm thép hình đủ cứng để kích nâng nhịp cầu cần thay gối Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 189 Thiết kế cầu 6.2.5 Hệ liên kết dọc Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (lực gió, lực lắc ngang… ) Hệ liên kết dọc với hệ liên kết ngang tạo cho mảng dầm có độ cứng chống xoắn nên có quan điểm cho hệ liên kết dọc góp phần phân phối tải trọng thẳng đứng cho dầm chủ tải trọng đặt lệch tâm Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 190 Thiết kế cầu 6.2.6 Mối nối dầm Nối dầm Vật liệu thép không đủ dài Điều kiện vận chuyển, cẩu lắp khó khăn Để tạo độ vịng Vị trí nối: Nơi có moment khơng lớn Khơng trùng với liên kết ngang, sƣờn tăng cƣờng Dễ vận chuyển, nối ghép Cấu tạo mối nối: Nối sƣờn Nối cánh trên, dƣới Nối đối đầu Nối so le Các yêu cầu việc thiết kế mối nối Tại mối nối thép bị gián đoạn phải có thành phần phụ đủ thay để truyền lực tránh ứng suất tập trung khơng có phận bị tải Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 191 Thiết kế cầu Mối nối phải đơn giản, dễ thực hiện, dễ tu bảo dƣỡng, định hình Nếu mối nối để tạo độ vồng xây dựng mối nối phải bảo đảm độ võng thiết kế Có hai loại mối nối: mối nối sƣờn dầm mối nối cánh dầm Mối nối sƣờn dầm Sƣờn dầm chịu lực cắt chủ yếu nên cần hạn chế mối nối mặt cắt có lực cắt lớn Sƣờn dầm thƣờng đƣợc nối theo kiểu nối đối đầu có hai nối ghép đối xứng để giảm số lƣợng bu lông Hạn chế mối nối chồng để tránh truyền lực lệch tâm tăng số lƣợng đinh tán Có thể dùng thép góc để nối thép góc nhƣng tốt hết nên dùng thép nhƣ khơng phải gọt sống thép góc để nối a) b) Hình 2.2: Mối nối sườn dầm a)Mối nối có táp khơng phủ lên thép góc cánh b)Mối nối có táp phủ lên thép góc cánh bốn góc có lót phụ, lót dày cánh đứng thép góc Mối nối dầm Mối nối cánh dầm Mối nối cánh chịu mômen uốn nên cần tránh nơi có mơmem uốn lớn Mối nối cánh mối nối đối đầu, so le kết hợp đối đầu so le Cánh dầm thép thép góc, thép đƣợc nối thép bản, thép góc đƣợc nối thép góc thép Mối nối đối đầu đơn giản, dễ thực công trƣờng nhƣng tốn nhiều táp Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 192 Thiết kế cầu Mối nối so le có cánh thép góc cánh gián đoạn nhiều vị trí khác nên mối nối tốn táp, khó vận chuyển đến cơng trƣờng đầu táp thừa có chiều dày mỏng nên dễ bị cong vênh, việc lắp ráp công trƣờng có khó khăn phải cẩu nâng lên theo phƣơng ngang khối dầm thuận tiện nâng lên theo phƣơng thẳng đứng Hình 2.3: Mối nối cánh dầm a) Mối nối đối đầu; b) Mối nối so le ; c)Mối nối kết hợp 1- Cánh dầm chủ; - Sườn dầm chủ ; - Thép góc dầm chủ; - Bản táp cánh 6.2.7 Cấu tạo dầm chủ Số lƣợng dầm chủ Số lƣợng dầm ảnh hƣởng lớn đến khả chịu lực, khả vƣợt nhịp giá thành xây dựng cầu Chọn dầm ndc = 4: giảm chi phí chế tạo thi công nhƣng nội lực dầm lớn chiều cao dầm tăng tăng chiều dài cầu chiều cao đất đắp đƣờng đầu cầu tăng chi phí xây dựng Chọn nhiều dầm ndc > 4: nội lực dầm giảm chiều cao dầm giảm giảm chiều dài cầu chiều cao đất đắp đƣờng đầu cầu giảm chi phí xây dựng Tuy nhiên chi phí vật liệu thép chế tạo dầm tăng, chi phí thi cơng tăng Đối với đƣờng ô tô số lƣợng dầm đƣợc chọn vào bề rộng mặt cầu Thông thƣờng chọn khoảng cách dầm chủ S =1,2 2,5m Chiều cao dầm thép (Hsb) Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 193 Thiết kế cầu Chiều cao dầm lựa chọn theo yếu tố sau: Chiều dài nhịp tính tốn Ltt Số lƣợng dầm chủ mặt cắt ngang Quy mô tải trọng khai thác Xác định chiều cao dầm theo công thức kinh nghiệm: Nhịp giản đơn : Hsb L/40 Nhịp liên tục : Hsb L/30 Tỷ lệ cấu tạo chung dầm chủ Dầm chủ yếu chịu uốn phải đƣợc cấu tạo đảm bảo tỉ lệ sau: Iyc : moment quán tính cánh chịu nén trục thẳng đứng Oy Iy : moment quán tính mặt cắt dầm trục thằng đứng Oy Kích thƣớc bụng (Web) Chiều cao bụng (sƣờn dầm) chọn sơ theo công thức Dw = Hsb / (1,04 1,1) Chiều dày chọn sơ theo cơng thức • Dầm thép cacbon: √ • Dầm thép hợp kim: √ Theo tiêu chuẩn AASHTO bề dày tối thiểu thép t 6mm Để tránh cong vênh đặc biệt lên kết hàn nên chọn t 12mm Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 194 Thiết kế cầu Hsb tt tw Dw tc bc bt Kích thƣớc cánh (Flange) Bản cánh cung cấp khả chịu uốn Chiều rộng bề dày cánh thƣờng đƣợc xác định lựa chọn diện tích cánh phạm vi giới hạn tỉ số bề rộng bề dày b/t yêu cầu kỹ thuật dẫn kỹ thuật để đảm bảo khẳn ổn định cục Bản cánh bao gồm nhiều có kích thƣớc khác gọi dầm ghép, loại dầm có ƣu điểm lựa chọn đƣợc số lƣợng ghép khác phù hợp với biểu đồ chịu lực Hsb tt tw Dw tc bc bt Kích thƣớc cánh (Flange) Bề dày cánh không nên 20 mm để dể bảo đảm chất lƣợng thép Ngồi cánh có bề dày nhỏ dễ cắt biểu đồ bao vật liệu phù hợp với biểu đồ mơ men tính toán tiết kiệm thép Tuy nhiên mặt cấu tạo yêu cầu cánh không đƣợc mỏng 10 mm Phần cánh hẫng ra: với cầu ôtô < 15tc 0,4m (mặt cắt tổ hợp tính từ cánh thép góc) Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 195 Thiết kế cầu Hsb tt tw Dw tc bc bt Sƣờn tăng cƣờng Chiều dày (ttc) tối thiểu Sƣờn tăng cƣờng 10mm-12mm, gối dày 20mm-30mm Bề dày Sƣờn tăng cƣờng khơng nhỏ 1/15 chiều rộng chìa khỏi sƣờn chủ Chiều rộng tối thiểu Sƣờn tăng cƣờng đứng (btc) khơng nhỏ cánh thép góc chìa phải đủ để bố trí mối liên kết ngang (80mm liên kết bulông, 40-50mm liên kết hàn) Sƣờn tăng cƣờng đứng bố trí đối xứng bên sƣờn dầm Đầu đến sát cánh trên, đầu dƣới cách xa cánh 10-20mm; kê miếng thép đệm [] 50x100x10 6.2.7.1 Nguyên tắc cấu tạo Dầm liên hợp thép + BTCT gồm hai loại vật liệu BTCT dầm thép liên kết với đinh neo Bản BTCT vừa mặt cầu, vừa thành phần dầm chủ Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 196 Thiết kế cầu 6.2.7.2 Ưu điểm: Giảm kích thƣớc dầm thép Mặt cắt liên hợp cứng nên giảm độ võng hoạt tải vƣợt nhịp lớn Bản mặt cầu liên hợp tham gia chịu lực dầm chủ cịn đóng vai trị giống hệ liên kết dọc trên, bỏ đƣợc hệ liên kết dọc Có thể sử dụng biện pháp điều chỉnh nội lực dầm giai đoạn thi công 6.2.7.3 Nhược điểm: Tĩnh tải phần mặt cầu lớn Thêm chi phí neo liên hợp 6.2.7.4 Nguyên lý làm việc dầm liên hợp Tuỳ theo biện pháp thi công mà cầu liên hợp có giai đoạn làm việc khác Trƣờng hợp 1: thi công theo biện pháp lắp ghép lao lắp khơng có trụ đỡ phía dƣới Trong trƣờng hợp dầm liên hợp làm việc theo giai đoạn Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 197 Thiết kế cầu Dầm thép Giai đoạn 1: Thi công xong dầm thép Dầm thép Bản bê tông Giai đoạn 1: Sau đổ bê tông mặt cầu Hoạt tải xe Lớp phủ mặt cầu Dầm thép Bản bê tông Giai đoạn 2: Giai đoạn khai thác Hình 2.5: Các giai đoạn làm việc cầu dầm liên hợp Trƣờng hợp 1: Giai đoạn 1: Mặt cắt tính tốn: mặt cắt dầm thép Tải trọng tính tốn (tĩnh tải GĐ1) Trọng lƣợng thân dầm thép Trọng lƣợng hệ liên kết dọc ngang Trọng lƣợng bê tông phần bê tông đổ với bs bc I Hsb Dw I II II I I tt Y1 tw Y1 tw Z1 Dc1 Dc2 tc bc bt bt Giai đoạn 2: Mặt cắt tính tốn: mặt cắt liên hợp thép + BTCT Tải trọng tính toán: Tĩnh tải GĐ2: lớp phủ, lan can, gờ chắn … Hoạt tải Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 198 Thiết kế cầu bs I Hcb I Hsb II Dw II Z1 Hsb Dw Dc1 Dc2 tc tc th ts bc tt Y1 tt Y1 tw bt Trƣờng hợp 2: thi công theo biện pháp lắp ghép đà giáo cố định có trụ tạm đỡ phía dƣới Trong trƣờng hợp dầm liên hợp làm việc theo giai đoạn Giai đoạn 1: toàn trọng lƣợng kết cấu nhịp đà giáo gánh chịu mặt cắt dầm chƣa làm việc Dầm thép Bản bê tông Giai đoạn 1: Giai đoạn thi công Hoạt tải xe Lớp phủ mặt cầu Dầm thép Bản bê tông Giai đoạn 2: Giai đoạn khai thác Giai đoạn 2: sau tháo dỡ đà giáo tồn trọng lƣợng KCN dầm chủ gánh đỡ mặt cắt làm việc mặt cắt liên hợp Tải trọng bao gồm: tĩnh tải GĐ1, tĩnh tải GĐ2 hoạt tải Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 199 Thiết kế cầu Dầm thép Bản bê tông Giai đoạn 1: Giai đoạn thi công Hoạt tải xe Lớp phủ mặt cầu Dầm thép Bản bê tông Giai đoạn 2: Giai đoạn khai thác Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 200 Thiết kế cầu 6.2.8 Cấu tạo hệ neo liên kết Vai trò neo: liên kết bê tơng với cánh dầm thép Neo cị thể làm thép trịn, thép thép định hình Liên kết neo với cánh dầm thép dùng đƣờng hàn, bu long đinh tán Có loại neo đƣợc dùng phổ biến: Neo cứng: làm thép bản, thép định hình Neo mềm: làm thép trịn Neo đinh mũ Cấu tạo neo mềm: Cự ly nhánh > 3d (d đƣờng kính thép làm neo) Nên cấu tạo dạng vành khuyên đặt nghiêng góc 45o Các quy định cấu tạo neo đinh mũ: Đƣờng kính thân neo: d=1624mm Chiều cao neo > 4d Bƣớc neo tính từ tim đến tim khơng đƣợc vƣợt 600mm không nhỏ 6d (theo 6.10.7.4.1b) Theo phƣơng ngang cầu khoảng cách neo > 4d Khoảng cách tĩnh cánh mép neo > 25mm (theo 6.10.7.4.1) Chiều dày tĩnh lớp phủ neo > 50mm Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 201 Thiết kế cầu Neo chống cắt cần đƣợc chơn sâu 50mm vào mặt cầu (theo 6.10.7.4.1d) Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 202 Thiết kế cầu TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, Bộ giao thông vận tải PGS.TS Nguyễn Minh Nghĩa (2010), Tổng luận cầu, NXB GTVT, Hà Nội PGS TS Nguyễn Minh Nghĩa (2011), Mố trụ cầu, NXB GTVT, Hà Nội GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Hoàng Hà, PGS.TS Nguyễn Ngọc Long (2010), Cầu Bê tông cốt thép, NXB GTVT, Hà Nội, Tập GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Hoàng Hà, ThS Đào Duy Lâm (2010), Các ví dụ tính tốn dầm cầu chữ I, T, Super-T bê tơng cốt thép dự ứng lực theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, NXB Xây dựng, Hà Nội Catalogue sản phẩm Công ty CP Bê tông 620 Châu Thới Catalogue sản phẩm Công ty VSL Catalogue sản phẩm Công ty FREYSSINET AASHTO LRFD Bridge Design Specification, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C, 2007 Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 203 ... Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 1 32 Thiết kế cầu 4.4 PHƢƠNG PHÁP TÍNH GẦN ĐÚNG HỆ SỐ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG THEO TIÊU CHUẨN 22 TCN 27 2-05 Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 27 2-05 (dựa sở tiêu... - 1 .2 1 .2 1 .2 1 .2 1 .2 1 .2 1 .2 c (W-3.6) /2 0 0.4 0.9 1.4 1.65 Khi chiều rộng cầu lớn 10.5m xếp xe với trình tự ý nghĩa tƣơng tự Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 129 Thiết kế cầu 4 .2. 3 Hệ số... môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 111 Thiết kế cầu neo Độ lớn mát thiết bị neo giả thiết để thiết kế dùng để tính mát thiết bị phải đƣợc hồ sơ hợp đồng kiểm chứng thi công Khi thiết kế khơng có