• Nhôø caùc bieän phaùp gaây taïo öùng suaát tröôùc hoaëc ñieàu chænh öùng suaát ñeå cho phaàn BTCT laøm vieäc chòu keùo döôùi taùc duïng cuûa hoaït taûi ] caàn khoáng cheá öùng suaát ph[r]
(1)BÀI GIẢNG MÔN HỌC CẦU THÉP
( PHẦN GIÁO TRÌNH NÂNG CAO ) TS LÊ THỊ BÍCH THUỶ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình giao thơng đường – Bộ Giao Thông Vận Tải
2 Nguyễn Như Khải – Nguyễn Minh Hùng – Cầu thép (phần giáo trình nâng cao), Đại học Xây Dựng Hà Nội 1997
3 Nguyễn Như Khải – Nguyễn Bình Hà…- Cầu thép bê tông cốt thép liên hợp – NXB Xây Dựng - 2005
4 Qui trình kỹ thuật thiết kế kết cấu nhịp cầu thép liên hợp với BTCT – NXB Giao Thông Vận Tải
5 Thiết kế , thi công cầu đường theo tiêu chuẩn tiên tiến – PGS.TS Vũ Mạnh Lãng dịch Thiết kế cầu thép ( tiếng Nga) – Moxcva Transport
7 Narendra Taly – Design of mordern highway Bridges Steel box girder bridges – International conference – 1973
9 B.E Ulixkii- Tính tóan khơng gian kết cấu nhịp cầu cong xiên bình đồ – NXB Moxcva 1971
MỤC LỤC
• PHẦN I :CẦU BTCT LIÊN HỢP CHƯƠNG I: Kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp xây dựng cầu
• I Sự xuất phát triển kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp
• II Phân lọai kết cấu liên hợp thép – BTCT Các hình thức gây tạo điều chỉnh ứng suất • III Tính kinh tế kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp
CHƯƠNG II : Cấu tạo kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp • I Tiết diện ngang kết cấu nhịp liên hợp
• II Kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp thông thường (không gây tạo điều chỉnh ứng suất) • III Kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp có gây tạo điều chỉnh ứng suất
CHƯƠNG III: Tính tóan nội lực biến dạng tải trọng DƯL
• I Các giai đọan làm việc đặc điểm tính tóan gây tạo điều chỉnh ứng suất • II Sự tham gia làm việc BTCT thép tiết diện liên hợp • III Tính ảnh hưởng từ biến bê tơng ép xít mối nối lắp ghép CHƯƠNG IV: Tính duyệt tiết diện tải trọng lực ứng suất trước
• I Các tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cường độ trường hợp tính tóan t/d
• II Các công thức kiểm tra cường độ tiết diện thép – BTCT liên hợp theo trường hợp tính tóan
• III Kiểm tra mỏi tiết diện thép – BTCT liên hợp • IV Kiểm tra nứt
CHƯƠNG V: Tính tóan kết cấu nhịp liên hợp co ngót bê tơng nhiệt độ thay đổi • I Ảnh hưởng co ngót bê tông
(2)KẾT CẤU NHỊP THÉP – BTCT LIÊN HỢP TRONG XÂY DỰNG CẦU I ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CẦU THÉP
– Tính chịu lực cao với loại ứng suất :kéo, nén, uốn, cắt…
– Có thể dùng để chế tạo tất dạng cầu khác nhau: dầm, dàn, vòm, treo… hệ liên hợp
– Thép có trọng lượng riêng lớn, độ bền cao - trọng lượng thân nhẹ - xây dựng cầu nhịp lớn
– Thép có cường độ cao mơ đun đàn hồi lớn - độ cứng lớn, đảm bảo ổn định tác dụng tải trọng gió loại tải trọng có chu kỳ
– Sự phá hoại dẻo phá hoại kèm theo biến dạng lớn gây phân bố lại nội lực ứng suất -chịu tải trọng xung kích ứng suất tập trung tốt
Ưu điểm :
Tính đồng cao, chịu nhiệt tốt, dễ gia cơng chế tạo - giới hoá triệt để
Các liên kết dạng liên kết chắn, chịu lực cao, dễ tháo lắp… Có thể dùng cơng trình tạm vĩnh cửu
Nhược điểm :
Hiện tượng gỉ tác động môi trường: gỉ làm ăn mòn kim loại, làm giảm tiết diện chịu lực, phá hoại liên kết làm giảm tuổi thọ cơng trình
Việc sơn mạ chống gỉ có tác dụng thời gian định- cơng trình cần thường xun kiểm tra, bảo quản, cạo gỉ sơn lại
Chi phí tu bảo dưỡng cao so với loại vật liệu khác
Vật liệu thép sử dụng nhiều ngành công nghiệp khác cho nhu cầu đời sống hàng ngày
Việc sử dụng thép cần xem xét phù hợp với nhu cầu chung
Hiện cầu thép thường dùng cho kết cấu nhịp cầu lớn, cầu đường sắt Dùng cho loại cầu tạm, cầu quân cần tháo dỡ nhanh, vận chuyển dễ dàng
Giáo trình “cầu thép nâng cao” nghiên cứu kết cấu cầu thép dạng kết cấu liên hợp thép - BTCT số dạng cầu thép nhịp lớn tiết diện hộp
Hai hướng phát triển :
Giảm khối lượng thép thân cơng trình tới mức tối thiểu Giảm khối lượng chi phí chế tạo, xây dựng cầu thép
(3)o Hoàn chỉnh phần mặt cầu: dùng mặt cầu BTCT có độ bền, tuổi thọ cao, chất lượng tốt, bảo vệ phận thép phía
o Toàn phần liên kết vớiø dầm thép tạo thành hệ liên hợp - kết cấu nhịp trở thành kết cấu không gian thống tồn khối làm việc
TÁC DỤNG CỦA BẢN BÊ TÔNG
Bản tham gia làm việc với dầm
Có thể điều chỉnh, gây ứng suất trước ngược dấu với ứng suất tải trọng dầm - làm tăng khả chịu lực thân dầm thép
Có tiêu kinh tế kỹ thuật tốt : - Giảm khối lượng thép cách rõ rệt
- Q trình phục vụ cầu hồn tồn đảm bảo Loại cầu sử dụng rộng rãi nhiều nước Kết cấu thép – BTCT liên hợp thi cơng theo bước :
• Bước 1 : Lắp ghép dầm thép, hệ liên kết ngang • Bước 2 : Thi cơng phần BTCT
Dầm liên hợp làm việc theo giai đoạn:
• + Giai đoạn : riêng dầm thép chịu trọng lượng thân trọng lượng phần BTCT (khi bê tông chưa đông) G/đ IG/đ II++ …
• + Giai đoạn : Tiết diện liên hợp thép – BTCT làm việc kết cấu thống chịu tải trọng lại : tĩnh tải phần hai hoạt tải
HƯỚNG PHÁT TRIỂN :
Tăng tiết diện biên dầm thép
(4)• F Dùng biện pháp gây tạo điều chỉnh ] phân phối lại nội lực tĩnh hoạt tải cho phần bê tông thép ] việc sử dụng vật liệu đạt hiệu
• F Có thể kích dầm lên vị trí nhịp trước lắp ghép đổ mặt cầu kết cấu liên hợp
• F Dùng biện pháp gây tạo điều chỉnh ] phân phối lại nội lực tĩnh hoạt tải cho phần bê tông thép ] việc sử dụng vật liệu đạt hiệu
• Có thể kích dầm lên nhịp trước lắp ghép đổ mặt cầu kết cấu liên hợp
• Kết cấu nhịp liên tục - gối trụ xuất mô men âm ] bê tông làm việc chịu kéo
• Gây tạo ứng suất trước điều chỉnh ứng suất - bố trí phần BTCT làm việc chịu kéo hoạt tải
• Khống chế ứng suất phát sinh bê tông không vượt giới hạn cho phép
(5)• Nhờ biện pháp gây tạo ứng suất trước điều chỉnh ứng suất phần BTCT làm việc chịu kéo tác dụng hoạt tải ] cần khống chế ứng suất phát sinh bê tông không vượt giới hạn cho phép
II PHÂN LOẠI KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BTCT.
CÁC HÌNH THỨC GÂY TẠO VAØ ĐIỀU CHỈNH ỨNG SUẤT 2.1 Phân loại
• Tỉ lệ phần bê tơng cốt thép phần thép chênh lệch nhiều: Chủ yếu thép - gần kết cấu thép đơn
Chủ yếu BTCT, phần thép khơng liên hợp với bê tơng - gần kết cấu BTCT đơn
• Mức độ phần BTCT kết cấu nhịp thép – BTCT liên hợp chia loại
Loại 1: Kết cấu nhịp phần mặt cầu BTCT, phận khác hoàn toàn thép - gần với kết cấu cầu thép (Hình 1-2)
Gồm dạng sau:
+ Cầu dầm dàn đường xe chạy trên, BTCT liên hợp với dầm dàn chủ
+ Cầu dàn đường xe chạy giữa, mặt cầu BTCT liên hợp với hệ dầm mặt cầu -có khơng tham gia chịu lực với dàn chủ
+ Kết cấu nhịp đường xe chạy giữa, có hệ mặt cầu hồn tồn BTCT thường tham gia chịu lực với dàn chủ
loại : mặt cầu phận khác cấu tạo từ BTCT - gần với kết cấu BTCT Gồm dạng:
+ Cầu dầm có đường xe chạy trên, BTCT biên chịu lực với dầm chủ
(6)Phân biệt : gây tạo ứng suất trước điều chỉnh ứng suất
- Tạo ứng suất trước: tạo nhân tố lực không phụ thuộc vào trọng lượng thân kết cấu. - Điều chỉnh ứng suất: làm thay đổi phân phối lại nhân tố lực trọng lượng thân kết cấu ] thay đổi sơ đồ làm việc hệ q trình thi cơng, chất tải phần trọng lượng kết cấu… - khơng có tác động bên
Tạo ứng suất trước
+ Căng cốt thép, bó cáp số vị trí + Dùng kích để ép BTCT
+ Gây chuyển vị thẳng đứng chất tải phụ ] phân phối lại nội lực hai phần thép BTCT + Tạo đối trọng đầu hẫng
+ Căng kéo thêm bó cốt thép DƯL gối, dây cáp kết cấu nhịp cầu treo cầu dây văng Điều chỉnh ứng suất trọng lượng thân kết cấu
Cấu tạo khớp mối nối tạm thời kết cấu siêu tĩnh
+ Dầm liên tục : thi công để nhịp biên làm việc dầm hẫng Sau kết cấu võng xuống trọng lượng thân - kê gối để thành sơ đồ liên tục
+ Sau tĩnh tải tác dụng hoàn toàn lắp phụ thêm : biến kết cấu dầm thành khung
+ Thay đổi tỉ lệ phần tĩnh tải tác dụng trước sau liên hợp phần thép BTCT + Điều chỉnh nội lực dầm liên tục tải trọng tạm thời
III.TÍNH KINH TẾ CỦA KẾT CẤU NHỊP THÉP – BTCT LIÊN HỢP 3.1 Ưu điểm :
Tiết kiệm thép : 15 – 20%
Độ cứng kết cấu tăng phương đứng ngang
Giảm chi phí sửa chữa , bảo quản vệ sinh so với loại mặt cầu gỗ, thép Giảm tiếng ồn giảm tác động xung kích xe cầu
3.2 Nhược điểm :
Tốn thép 1,5 đến lần so với kết cấu cầu BTCT
Nhịp lớn ] chênh lệch khối lượng thép sử dụng so với kết cấu không liên hợp giảm, tĩnh tải trọng lượng thân tăng lên nhiều
Cần ý vấn đề chống rỉ cho phần thép
(7)CHƯƠNG II:
CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP THÉP – BTCT LIÊN HỢP TIẾT DIỆN NGANG KẾT CẤU NHỊP LIÊN HỢP: Thường có hai dạng :
Dạng : có dầm chủ, thường Kết cấu thường có hệ dầm mặt cầu.
Dạng : nhiều dầm chủ : kết cấu mặt cầu đơn giản hơn, đặt trực tiếp lên dầm chủ. Bề dày mặt cầu không đổi thay đổi
II KẾT CẤU NHỊP THÉP –BTCT LIÊN HỢP THÔNG THƯỜNG (KHÔNG GÂY TẠO HOẶC ĐIỀU CHỈNH ƯS) :
Nhịp giản đơn: h/l = 1/16- 1/25
Đối với dầm liên tục , hẫng đeo: h/l nhỏ
Kết cấu nhịp dầm giản đơn : BTCT nằm : hoàn toàn nằm khu vực chịu nén – giống BTCT thông thường
(8)- Không dùng cốt thép cường độ cao - Dùng cốt thép cường độ cao
3.1.Biện pháp không dùng cốt thép cường độ cao Kết cấu nhịp đơn giản :
Mục đích : tận dụng khà chịu nén bê tông, đưa vào làm việc nhiều hơn ] giảm nhẹ làm việc phần thép tiết kiệm thép
Biện pháp thông thường :kích dầm nhịp trước liên hợp - chuyển tải trọng từ giai đoạn I sang giai đoạn II Có thể dùng trụ tạm dùng căng tạm thời
- Tiết kiệm tới 30% thép
- Nhịp lớn ] hiệu thấp Thi công nhiều nhịp kinh tế
Kết cấu nhịp liên tục hẫng:
Mục đích : - Tiết kiệm thép
- Chống nứt cho phần chịu kéo (M âm) hoạt tải
Dầm có chiều cao thay đổi, kích gối lên hạ thấp gối - tăng M âm gối giảm M nhịp
(9) Dùng kích ép BTCT chất tải phụ để gây tạo đ/c ưs
3.2 Gây tạo ứng suất biện pháp căng cốt thép cường độ cao:
Ưu điểm : + Sử dụng kết cấu DƯL vị trí M âm đảm bảo mặt kỹ thuật kinh tế. + Tiết kiệm thép tới mức tối đa
Phân loại : Có thể chia loại sau:
Kết cấu có bó thép cường độ cao làm nhiệm vụ căng: + Các bó thép cường độ cao đặt tiết diện
+ Liên kết đầu thêm số điểm tựa (ụ) vị trí uốn cong (kết cấu DƯL căng ngồi) + Khơng có dính kết với kết cấu
Cần bảo vệ kết cấu chống rỉ : bọc ống nhựa, đổ BT lấp ống
Kết cấu dùng cốt thép cường độ cao gây nén trước dầm thép:
(10)Kết cấu dùng cốt thép cường độ cao ép toàn tiết diện:
Các bó cốt thép nằm (lỗ chừa sẵn) phần dầm thép
Cốt thép số neo vào bản, số neo dầm để giảm bớt lực trượt đầu neo Ưu điểm:
- Tiết kiệm thép nhiều
- Không cần cấu tạo phận để dầm trượt tự với
- Phân bố cốt thép dễ dàng, không cần tập trung phạm vi dầm thép - Vừa gây ƯST thép bê tông ]hiệu
(11)CHƯƠNG III:
TÍNH TỐN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG DO TẢI TRỌNG VA ØDƯL
I CÁC GIAI ĐOẠN LÀM VIỆC VÀ ĐẶC ĐIỂM TÍNH TỐN KHI GÂY TẠO VAØ ĐIỀU CHỈNH ỨNG SUẤT:
1.1 Các giai đoạn làm việc: cần thực bước: - Tính tốn nội lực phận kết cấu
- Tính tốn kiểm tra theo điều kiện :bền, ổn định, mỏi, độ cứng chống nứt Kết cấu thép -BTCT liên hợp: cần phân tích giai đoạn làm việc kết cấu Số giai đoạn xác định số phận tiết diện tham gia chịu lực Thông thường có giai đoạn làm việc:
Giai đoạn 1: Riêng dầm thép Tải trọng :trọng lượng dầm BTCT Giai đoạn 2: Tiết diện liên hợp thép – BTCT Tải trọng phần
• - Trường hợp vài phận tiết diện tham gia lúc : số giai đoạn số phận tiết diện
• - Sơ đồ tính tốn tác dụng tĩnh tải có thay đổi trình giai đoạn - giai đoạn làm việc phân làm bước nhỏ
• Khái niệm tham gia làm việc : liên kết chặt chẽ với kết cấu thép (cùng làm việc) - gây tạo ứng suất trước kết cấu thép trước liên kết
• Đối với cốt thép cường độ cao, tham gia làm việc căng cốt thép DƯL
• Việc phân tích nội lực theo giai đoạn : tải trọng gây tạo điều chỉnh ứng suất • Các nội lực có ngót bê tông, ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ… phát sinh giai đoạn
cuối tiết diện - tính riêng cộng tác dụng chúng sau
1.2 Xác định nội lực theo giai đoạn làm việc trường hợp gây tạo điều chỉnh ứng suất:
• Các thành phần nội lực: Do tĩnh hoạt tải
Do gây tạo điều chỉnh ứng suất: thêm mối nối hay khớp, nối cứng mối nối hay khớp, thêm bỏ trụ tạm, thêm sau chất phần tĩnh tải… (các nhân tố lực ngồi) -chỉ có thay đổi nội lực tĩnh tải
(12)(13)• Ví dụ hình 3-2: điều chỉnh ứng suất dầm thép – BTCT liên hợp nhịp giản đơn • Nội lực tổng cộng dầm chịu : Mt + Mh F phần tĩnh tải giai đoạn I chuyển sang
t/d giai đoạn II chịu (t/d liên hợp)
(14)(15)1.3 Lực ứng suất trước kiểm tra, tiêu chuẩn loại mát: • Khái niện bản:
lực ứng suất trước kiểm tra : lực đo gây tạo ứng suất.
Khi điều chỉnh nội lực : phản lực gối tựa (do kích) kiểm tra, chuyển vị kiểm tra tải trọng tĩnh kiểm tra
(16)1.4 Hệ số vượt tải lực ƯST điều chỉnh ƯS:
Lực tính tốn = lực tiêu chuẩn * hệ số vượt tải điều chỉnh ứng suất(nr) Tính trị số chuyển vị, lực kích…
nr = :
- Gây tạo diều chỉnh ứng suất tiến hành trước phần BTCT tham gia làm việc sơ đồ tĩnh định
- Cốt thép DƯL gây ứng suất trước khơng có chỗ uốn cong
- Có cách độc lập tin cậy để kiểm tra lẫn gây tạo diều chỉnh ứng suất Các trường hợp khác: nr lấy giá trị 1,1 0,9 tùy cách tính bất lợi
II SỰ CÙNG THAM GIA LAØM VIỆC CỦA BẢN BTCT VAØ THÉP TRONG TIẾT DIỆN LIÊN HỢP
2.1 Giả thiết tính đàn hồi bê tơng 2.1.Giả thiết tính đàn hồi bê tông
Bê tông : + vật liệu không đàn hồi: biến dạng không tỉ lệ với ứng suất • + Là kết cấu chịu kéo chịu ép không đàn hồi Nhưng : + Trong tính tốn kết cấu liên hợp - giả thiết BT làm việc đàn hồi
• + Tính khơng đàn hồi - xét qua hình thức tính tốn điều chỉnh (bằng phương pháp gần duyệt cường độ, mỏi chống nứt tiết diện)
(17) - không phụ thuộc vào ứng suất kéo hay nén
Aûnh hưởng không tham gia phần tiết diện (khi bị kéo nứt) chuyển từ đàn hồi sang dẻo bỏ qua
2.2.Aûnh hưởng trượt BTCT thép tới nội lực:
Các tài liệu lý thuyết thực nghiệm chứng minh: tính chất đàn hồi mối liên kết dầm ảnh hưởng không đáng kể tới phân phối lại nội lực ứng suất chúng tác dụng tải trọng
GS M Borodish dựa lý thuyết tổ hợp liên kết đàn hồi với Rjanishin n/c hàng loạt cầu dầm thép BTCT liên hợp đơn giản, cho thấy kết tính tốn không chênh lệch đáng kể so với giả thiết tiết diện phẳng kết cấu thép – BTCT liên hợp
ZC,S : khoảng cách từ trọng tâm phần tiết diện bê tơng tới dầm thép • Tồn tải trọng: phân phối lại sau:
• Dầm thép chịu: • Bản BTCT chịu: • Dầm liên hợp chịu: • q: tải trọng hoạt tải
Ví dụ: cầu xe lửa nhịp 45m, ứng D =1 mm - ƯS biên dầm thép tăng 0,6%; ứng suất giảm 3% Trong thực tế sử dụng - D nhỏ nhiều, phân phối lại ứng suất nhỏ nên bỏ qua
2.3 Phần BTCT tham gia vào tiết diện tính tốn dầm liên hợp:
Mục đích : làm cho ứng suất lớn thực tế (phân bố không đều) xấp xỉ với ứng suất tính tốn (coi phân bố đều)
Sự phân bố ứng suất không giống chiều dài nhịp: gối chênh lệch, nhịp tương đối
(18)Trong đó:
l- chiều dài nhịp tính tốn hb-bề dày trung bình
Trường hợp BTCT liên hợp với dầm dọc: tính dầm dọc với trọng tâm t/d liên hợp nằm vào mép
Khi tính dầm chủ: kể tiết diện dầm dọc nằm phạm vi cánh tham gia chịu lực có hệ số ĐKLV m = 0,9
III TÍNH ẢNH HƯỞNG TỪ BIẾN CỦA BÊ TƠNG VÀ ÉP XÍT CÁC MỐI NỐI BẢN LẮP GHÉP
3.1 Quan hệ biến dạng ứng suất từ biến bê tông
Có nhiều phương pháp để tính từ biếân kết cấu liên hợp Nhiều tác giả phương tây xét từ biến đồng thời với xuất co ngót co ngót ảnh hưởng lại đến từ biến - phức tạp
P.pháp GS Gibsman tương đối đơn giản - dựa giả thiết biến dạng ứng suất từ biến tn theo qui luật Gíao sư cịn đưa p.pháp tính gần đơn giản dựa vào mơ đun đàn hồi có hiệu: Eeff = 0,4 EC
(19) Xét làm việc dầm liên hợp tải trọng tĩnh g Trên đoạn L có đặc trưng h.học khơng đổi
Các ký hiệu với mức trọng tâm t/diện bê tông:
(20)(21)(22)(23)3.2 Hiện tượng ép xít mối nối ngang lắp ghép :
Xuất khơng khít chặt mặt tiếp xúc khốâi bê tông với phần BT trát mối nối
Không phụ thuộc nhiều vào bề dày mối nối
Có biến dạng bê tơng trát mối nối, phụ thuộc độ chặt bê tông
Các biến dạng có tính phi đàn hồi không hồi phục - ảnh hưởng đến phân phối lại nội lực BTCT dầm thép giống biến dạng từ biến
Xuất khơng khít chặt mặt tiếp xúc khốâi bê tông với phần BT trát mối nối
Không phụ thuộc nhiều vào bề dày mối nối
Có biến dạng bê tơng trát mối nối, phụ thuộc độ chặt bê tông
(24)(25)(26)3.4.Tính ảnh hưởng từ biến ép xít mối nối kết cấu siêu tĩnh :
Biến dạng từ biến bê tơng ép xít mối nối khơng gây phân phối lại nội lực phần bê tơng thép mà cịn gây nội lực phụ
Tính tốn ảnh hưởng phức tạp nhiều xuất nội lực phân phối lại nội lực diễn biến từ từ có ảnh hưởng lẫn
Muốn xác định nội lực phụ cần biết biến dạng từ biến hệ theo phương ẩn số lực thừa Mà biến dạng lại phụ thuộc vào nội lực phụ.Vì tốn phải giải theo phương pháp dần
• Các bước gồm:
Xác định nội lực với giả thiết bỏ qua ảnh hưởng từ biến Căn nội lực tính xác định nội lực phụ lần I
Xác định nội lực có kể đến nội lực phụ vừa tìm Xác định nội lực phụ lần
(27)(28)(29)(30)• Tính tốn dựa trị số giới hạn : • + Cường độ tính tốn bê tơng RC
• + Biến dạng tương đối giới hạn bê tông DC
• - Ứùng suất biến dạng từ biến ép xít mối nối xét với giai đoạn đàn hồi ban đầu (đoạn AB)
• - Khi ứng suất tổng cộng > RC tính tốn theo đoạn BC - coi ứng suất bê tông RC biến dạng xác định qua biến dạng thép ] việc tính biến dạng từ biến khơng cịn ý nghĩa
1.2 Các tiêu chuẩn TTGH trường hợp tính tốn:
Kết cấu chịu mô men dương : bê tông nằm vùng chịu nén.
• Giả thiết bê tơng làm việc theo giai đoạn, thép giai đoạn đàn hồi Các tiêu chuẩn xác định TTGH tiết diện liên hợp:
Ứng suất kéo mép biên đạt tới cường độ tính tốn thép uốn RS,B Ứng suất nén mép biên dầm thép đạt m2.RS,B
Biến dạng bê tông đạt tới trị số giới hạn DC
(31) Cường độ tính tốn thép RS,B lấy lực dọc trục RS,O ứng suất lực dọc chiếm ưu
Trong kết cấu BTCT liên hợp thường bề dày bê tông nhỏ - phá hoại thường xảy toàn tiết diện ] độ biến dạng DC lấy trọng tâm DC = 0,0016
Tính độ bền cấu kiện – chủ yếu hoạt tải làm nén bê tông – tiến hành theo ba trường hợp tính chủ yếu: A , B C tùy giá trị ứng suất bê tông
+ Trường hợp A: Khi sCF < RC : bê tông thép làm việc giai đoạn đàn hồi + Trường hợp B: Khi có cốt thép dọc chịu lực
phần thép cốt thép làm việc đàn hồi, bê tơng làm việc giai đoạn dẻo • + Trừơng hợp C: Nếu
• khơng có cốt thép dọc tính tốn có cốt thép dọc mà
(32)
• Bê tơng nằm khu vực chịu kéo Có thể xảy trường hợp sau:
Bê tông ép trước phương pháp điều chỉnh gây tạo ứng suất - tác dụng hoạt tải chưa xuất ứng suất kéo bê tông
Ứng suất hoạt tải vượt ứng suất nén trước bê tông nên gây kéo Bê tông không nén trước nên tải trọng xuất ứng suất kéo
• Khi tính toán cường độ–tùy giá trị ứng suất sCF bê tơng để xét tồn tiết diện BT làm việc đàn hồi hay hồn tồn khơng kể tới phần BT Cốt thép tính trường hợp
• Điều kiện: sCF khơng vượt q ƯS tới hạn sU Cầu có cốt thép sợi cường độ cao : sU =
Phần BTCT khơng có cốt thép cường độ cao : sU = RCT – cường độ tính tóan kéo BT
sU xác định theo giả thiết BT làm việc đàn hồi, xét đến từ biến ép xít mối nối cần
T/hợp khơng có cốt thép cường độ cao: trường hợp đảm bảo : sU < RCT kể đến tiết diện BT tính tóan sU - tổ hợp chính, phụ
Tính theo hai trường hợp bản:
• Trường hợp D : bê tơng tính vào tiết diện liên hợp bảo đảm điều kiện sau:
• + Nếu ứng suất kéo sCF < sU ứng với tổ hợp TT tác động bất lợi • + sCF <0 ứng với tổ hợp đặt tải xét
• Trường hợp E : bê tông không kể vào tiết diện tính tốn đồng thời có điều kiện: + Nếu ứng suất kéo sCF > sU ứng với tổ hợp TT tác động bất lợi
(33)II.CÁC CÔNG THỨC KIỂM TRA CƯỜNG ĐỘ TIẾT DIỆN THÉP – BTCT LIÊN HỢP THEO CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TỐN
Các trường hợp sau áp dụng cho kết cấu thép – BTCT liên hợp kiểu dầm liên hợp với BTCT, làm việc theo giai đoạn
(34)2 Trường hợp B :
Ứng suất bê tơng đạt đến RC, tồn làm việc giai đoạn dẻo, dầm thép giai đoạn đàn hồi Ứùng suất bê tông vượt RC - biểu đồ ứng suất hình chữ nhật
(35)• Trong cơng thức trên: • - Ưùng suất sC=RC nên m2=1
• - Do bê tông làm việc giai đoạn dẻo ] phần ứng suất phân phối lại từ biến • khơng có nữa, biểu đồ ứng suất bê tơng tính theo hình chữ nhật
• - NCR MCR có xét từ biến hệ 3 - Trường hợp C
Biểu đồ ứng suất bê tông đạt tới giai đoạn dẻo có dạng chữ nhật RC Ứùng suất cốt thép đạt tới Ra làm việc trạng thái dẻo
Tương tự trường hợp B - coi cắt phần BTCT thay lực ép: RCFC+RaFa=(RC+mRa)FC đặt trọng tâm BT
(36)(37)6- Kiểm tra cường độ tiết diện dầm liên hợp có gây tạo ứng suất :
• Xét VD: trường hợp BTCT rơi vào khu vực chịu kéo có hoạt tải - sử dụng cốt thép cường độ cao tồn tiết diện Trình tự thi cơng:
• Giai đoạn : dầm thép chịu tĩnh tải phần 1: MgI
• Giai đoạn : Căng cốt thép để ép riêng phần thép Sau đặt mặt cầu: có NprII,MgII,XgII
• NprII :lực ép trước dầm thép- có xét từ biến BT bản.
• Giai đoạn : căng cốt thép ép tiết diện liên hợp, chất tĩnh tải hoạt tải: có NprIII,MIIIb,CR,NIIIb,CR Sau có giá trị nội ngoại lực, tiến hành tính kiểm tra
(38)(39) Chỉ tính ứng suất từ biến bê tơng ép xít mối nối kiểm tốn mỏi lấy tỉ số mô đun đàn hồi n1
Trong cầu ô tô thành phố, số lượng lần tác dụng tải trọng trùng phục thấp nhiều số lần để xác định giới hạn mỏi (2.106) - biến dạng bê tông nhỏ, không gây phân phối lại ứng suất bê tông thép ] tính mỏi lấy EC
Nếu smax cịn thấp nhiều so với giới hạn mỏi dù số lần tác dụng trùng phục đầy đủ, phân phối lại ứng suất khơng diễn tồn đến mức dùng
(40)• KP : hệ số điều chỉnh để xét đến ảnh hưởng r > 0,1 : tra bảng theo qui trình (chương V) • : cường độ tính tốn chịu nén bê tông theo độ chịu mỏi uốn.Với r £ 0,1
tra bảng qui trình (chương V)
• : hệ số triết giảm cường độ tính tốn tính độ chịu mỏi cánh cánh
IV.KIỂM TRA VỀ NỨT CỦA TIẾT DIỆN THÉP – BTCT LIÊN HỢP: Tính tốn với tổ hợp tổ hợp phụ tải trọng
Các tiết diện cần kiểm tra: tiết diện xuất ứng suất kéo
(41)Baøi
CHƯƠNG V
TÍNH TỐN KẾT CẤU NHỊP LIÊN HỢP DO CO NGĨT BÊ TƠNG VÀ NHIỆT ĐỘ THAY ĐỔI
I ẢNH HƯỞNG CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG:
Hiện tượng co ngót : kết tượng hoá lý mao dẫn xảy thành phần cấu trúc dính kết bê tơng
Biến dạng tương đối co ngót tự phát triển theo qui luật tắt dần theo thời gian t : Trong đó:
- hệ số tốc độ phát triển tắt dần co ngót
: trị số biến dạng tương đối cuối từ biến co ngót tự Khi tính esh(t) :
- lý thuyết t=¥, thực tế ứng với t=3, năm
Phụ thuốc nhiều yếu tố : chế độ ẩm bê tông đơng cứng, kích thước kết cấu, thành phần BT, loại XM…
Nhiều thí nghiệm thực nghiệm tiến hành để xác định esh
Như kết cấu BTCT: biến dạng co ngót bê tông bị phần thép cản trở Nhưng phần thép cứng có kích thước ảnh hưởng lớn đến biến dạng co ngót - kết cấu xuất ứng suất nội co ngót: bê tơng có ứng suất kéo phần thép tiếp xúc với bê tơng có ứng suất nén
(42)Phân tích ảnh hưởng từ biến tới ứng suất co ngót :
Ứùng suất tĩnh tải ban đầu có trị số cực đại ] giảm dần (do từ biến)
Ứùng suất co ngót lúc đầu 0, sau tăng dần đạt tới trị số định
Giai đoạn đầu biến dạng từ biến phát triển mạnh ứng suất co ngót lại gần - từ biến khơng xuất ] ảnh hưởng tồn từ biến tới ứng suất co ngót trình phải nhỏ ảnh hưởng từ biến tới ứng suất tải trọng cố định
Khi tính tốn co ngót có xét tới từ biến Esh phải gần với EC Eeff
Trong phương pháp tính đơn giản lấy Esh = 0,5EC để tính co ngót bê tơng đồng thời có xét từ biến Khi tính với tải trọng cố định có xét tới từ biến lấy Eeff=0,4EC
Dùng Esh hạn chế việc phải xét tới từ biến tính co ngót Trong kết cấu liên hợp thép – bê tông phải theo giả thiết BT chịu đàn hồi xét tới từ biến Trị số tra bảng qui trình
II.ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ THAY ĐỔI :
Hệ số dẫn nhiệt bê tông thép chênh lớn: khoảng 50 lần Khi nhiệt độ môi trường thay đổi thép hấp thu tản nhiệt nhanh
(43)Qua nhiều kết quan sát đo đạc cho thấy :
Khơng có chênh lệch đột ngột nhiệt độ hai mặt tiếp giáp thép bê tông Nhiệt độ cao nằm phạm vi sườn dầm khoảng chiều cao
Phần biên to nhỏ nhiều so với sườn
Cả dầm bị chiếu nắng dầm khơng bị chiếu có biểu đồ nhiệt độ tương tự theo qui luật
Dầm chênh lệch nhiều so với dầm
(44)III XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ ỨNG SUẤT DO CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG VÀ NHIỆT ĐỘ THAY ĐỔI :
Co ngót bê tông gây ứng suất phụ dầm liên hợp,
Hiện tượng co ngót hồn tồn giống trường hợp nhiệt độ BTCT mặt cầu bị giảm thấp so với nhiệt độ dầm thép
(45)Từ hệ thống phương trình ta giải được:
PHẦN II
CẦU DẦM THÉP TIẾT DIỆN HỘP
Chương I:
(46)bản thép 12mm có bề rộng tới 3,0m
Trong dầm liên tục có điều chỉnh ứng suất: chiều cao dầm giảm tới l/60 Dầm tiết diện hợp có cấu tạo đơn giản, thuận lợi cho việc chế tạo, thi công bảo quản
q trình khai thác, đặc biệt sử dụng có hiệu liên kết hàn máy hàn tự động Cấu tạo đơn giản, thuận tiện cho việc chế tạo, thi công hay bảo quản trình khai thác Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, dễ bị ăn mòn nước mặn nước ta, dầm tiết diện
hợp cho phép dễ dàng chống rỉ loại kết cấu khác
Chỉ tiêu sử dụng thép cầu dầm hợp khoảng 350-520 kg/m2 tùy theo chiều dài trung bình nhịp (trường hợp dầm liên tục)
II Đặc điểm tiết diện kích thước cầu dầm hợp:
Tùy thuộc chiều dài nhịp, bề rộng cầu mà tiết diện ngang cấu tạo theo số dạng : Tiết diện hợp có ngăn:
- Khi bề rông phần xe chạy khơng lớn Dầm có sườn đứng, đáy mặt cầu dùng loại trực giao
(47)- Các vách ngang hệ giằng để tạo độ cứng cho tiết diện.
Tiết diện hợp có nhiều ngăn : cầu có nhiều hợp - bề rộng phần xe chạy lớn.
(48)III Một số cầu hợp xây dựng
1 Cầu Châu u Aùo xa lộ Muynkhen – Roma đựơc xây dựng năm 1963 dài 657m Sơ đồ 81+108+198+108+2x81
Bề rộng phần xe chạy 8,3m cho chiều 10,6m chiều ngược lại (cầu nằm đường cong R=700m)
Khoảng cách mép lan can: 22,2m Tiết diện ngang nhịp 198m:
Chiều cao dầm không đổi : h=7,7m
Thành đứng hợp: cách 10,0m, dày 12-15mm (bằng 1/642 – 1/514 chiều cao) Sườn tăng cường đứng: cách 3m, sườn tăng cường ngang khoảng cách 0,5 – 1,5m
(49) Tấm đáy hợp: dày 10-30mm (1/1000 ¸ 1/333 bề rộng) tăng cường sườn dọc khoảng cách 440mm Dầm ngang cách 3m
Tấm mặt cầu kiểu trực giao dày 10-18mm, sườn đứng cách khoảng 370mm Kê lên dầm ngang k/cách 1,5m.Các dầm ngang có phần hẫng 6,1m để đỡ phần xe chạy mở rộng lề hành
Lớp mặt đường: bê tông nhựa mattic 5cm liên kết với mặt cầu sườn cao 25mm hình dích dắc
Hộp ck 3m có khung ngang từ dầm ngang liên kết vào mặt cầu, đáy STC đứng thành hộp Cứ 9m có đặt thêm liên kết để đảm bảo độ cứng hộp
Chỉ tiêu sử dụng thép: 350kg/m2
Các khối chế tạo sẵn nhà máy cao 4m, vận chuyển tới công trường lắp ghép thành khối lớn
Các khối dầm chủ: lắp thành đoạn 9m, trọng lượng 20T, thi công lắp hẫng cân Khối lượng toàn bộ: 5000T, lắp ráp xong trong1 năm
Khi lắp nhịp 198m độ võng phần hẫng nhịp tới 1,4m
2 Cầu sông Ranh nối Maixe-Vaizen vaø Gutstapbur.
Đây 22 P/A: 3P/A cầu BTCTDƯL, 19P/a thép Sơ đồ cầu nhịp liên tục: 43,7 + 203,94 + 131,74
Bề rộng đừơng xe chạy 20,0m lề hành 2x2,25 Khoảng lan can: 24,5m
Dầm có biên lượn theo đường Parabol với đường tên 1m hmin = 6,81m (1/30 nhịp), Hgối
10m
6,1m
6,1m
0.44
0.37
(50) Bề dày thành đứng 10mm - có STC đứng STC ngang Tấm mặt cầu kiểu trực giao dày 12mm có sườn đứng đầu trịn – a = 300mm, sườn đặt theo phương ngang cầu a = 0,9 ¸ 1,54m tùy TTƯS mặt cầu tham gia chịu lực với dầm chủ
Trong hợp có dàn dọc đặt cách thành hợp 3,6m - có tác dụng làm giảm chiều dài nhịp trực giao đáy Cịn có tác dụng tốt cho thi công
Các l.kết ngang dàn nâng thành hộp đặt cách 9,27m làm tăng độ cứng chống xoắn hộp lên nhiều
Lớp mặt cầu gồm lớp mattich 8mm phủ lớp BTN 50mm
KCN chế tạo sẵn phận chi tiết dài 12m, chở đường thủy tới vị trí- lắp ráp cơng trường thành khối rộng 3,6m có đủ phận: thành hộp, dàn dọc, đáy, mặt cầu trực giao liên kết ngang - dài 70m, trọng lượng ~200T cẩu lên vị trí lắp ráp
Chương II
TÍNH TỐN CẦU DẦM TIẾT DIỆN HỘP I Khái niệm:
• Dầm tiết diện hộp thuộc loại thành mỏng kín
• Lý thuyết tính thành mỏng Timosenko đưa đầu tiên,
3.
6
4.5
11.
7m
3.
6
20.
0m
3
(51)• Sau B.Z.Vlaxop, A.A Umanxki nghiên cứu hồn chỉnh lý thuyết độ bền, ổn định dao động thành mỏng hở
• A.A.Umanxki nghiên cứu lý thuyết thành mỏng kín giải vấn đề tính tốn kết cấu cầu dầm hộp
Các giả thuyết:
• Thanh có bề dày thành nhỏ- cho phép coi ứng suất phân bố theo chiều dày
• Dọc theo thành mỏng tiết diện, trạng thái ứng suất trục (dọc theo trục x y tiết diện ứng suất = 0) thớ khơng đè lên
• Chu vi tiết diện không bị biến dạng, nghĩa thành mỏng thẳng góc tạo thành chúng giữ nguyên
• Bỏ qua ảnh hưởng cục tiết diện thay đổi đột ngột, mối nối, mối liên kết…
• Vật liệu kết cấu làm việc hồn toàn giai đoạn đàn hồi ổn định cục đảm bảo nhờ biện pháp cấu tạo
Từ hai giả thiết đầu - xem tiết diện đường trung gian bề dày mỏng
Giả thiết thứ chấp nhận cấu tạo hệ liên kết ngang đủ cứng bố trí khơng q thưa theo chiều dài nhịp
II Tính dầm tiết diện hộp chịu uốn mặt phẳng chính: Giả sử có dầm hộp chịu tải trọng mặt phẳng trục y
Ứng suất pháp:
Khi xác định Ix ta bỏ qua mơ men qn tính ngang trục Ứng suất tiếp sườn hộp xđ theo công thức
Sx: mô men tĩnh nửa phần tiết diện hộp nằm (hoặc dưới) trục x dc: bề dày sườn hộp
Trong trường hợp tiết diện không đối xứng với trục y dầm tiết diện hộp có nhiều ngăn việc xác định ứng suất phức tạp
Trường hợp tác dụng lực cắt Qy, luồng ứng suất tiếp toàn phần t sườn hộp gồm phần:
t = t0 + t1 (1) Trong :
y
I
M
x x
x
.
(52)(53)Trường hợp dầm hộp có nhiều ngăn phải có nhiều điểm cắt Hộp có ngăn hệ phải có điểm cắt
Tính ứng suất tiếp phải xuất phát từ việc giải hệ phương trình xây dựng từ điều kiện chập hai mép điểm cắt, hay gọi hệ phương trình hộp kín
(54)(55)(56)III Tính dầm tiết diện hộp chịu xoắn Có dạng :
- Xoắn tự - Xoắn kiềm chế
Xoắn tự :
- Không gây ứng suất pháp t/diện
- Dầm chịu mô men xoắn phân bố suốt chiều dài - Điều kiện liên kết đầu cho phép t/diện chuyển vị tự
Dầm có t/diện ống hộp vng, bề dày thành mỏng không đổi: không thỏa ĐK có xoắn tự
Xoắn kiềm chế :
Có xuất ứng suất pháp t/diện
(57)(58)(59)(60)(61)(62)(63)(64)(65)