Tính toán thiết kế cầu dầm thép liên hợp nhịp đơn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
MỤC LỤC
TRUÛ II
Tính toán nội lực dầm chủ và bố trí cốt thép ƯLT
-Trường hợp bất lợi nhất là giai đoạn đúc đốt hợp long, trong giai đoạn này ta khai tải trọng xe đúc(FT), 1/2 tải trọng bê tông ướt đốt hợp long(WC), hoạt tải thi công(CLL), lên cho đốt cuối của cánh hẫng. -Điều kiện tính toán: Với mọi tiết diện, tổng ứng suất do lực căng trước và mômen tính toán gây ra không lớn hơn 0,5f’c tại thớ chịu nén và không được nhỏ hơn không tại thớ chịu kéo.
Kiểm toán các tiết diện đặc trưng của dầm chủ theo mômen ở TTGH cường độ
+ Tại tiết diện giữa nhịp giữa (lấy tiết diện giữa nhịp biên giống như giữa nhịp giữa). Mr > Mu vậy đảm bảo yêu cầu ⇒ Chọn và bố trí cáp như trên cho các mặt cắt.
Tổng hợp khối lượng và tính dự toán cho phương án 1
- Để đơn giản cho việc tạo liên kết giữa dầm chủ và cáp đồng thời để chính xác trong tính toán ta sẽ khai báo phần tử dầm có dạng mặt cắt chữ nhật và vật liệu là bê tông nhưng ở mục Weight Density chọn là 0 còn trọng lượng bản thân dầm chủ sẽ khai báo sau như là tĩnh tải giai đoạn 1 ở trong mục Line Beam Loads. - Việc gán được thực hiện như sau: Chọn các phần tử cần gán tải trọng, gọi menu Load>Element Beam Load… => Xuất hiện hôp thoại; trong hộp thoại này ta khai báo các thông số cần thiết như hình bên dưới: Tỉnh tải giai đoạn 1 và giai đoạn 2 được gán là tải trọng phân bố đều trên suốt chiều dài cầu.
Tính duyệt khả năng chịu lực của dây văng và dầm chủ : 1.Kiểm toán khả năng chịu lực của dây văng
- Do trong cầu dây văng lực nén (do tĩnh tải gây ra) trong dầm có giá trị lớn do đó khi tính toán phải kể thêm lực nén tại tiết diện đang xét mômen. Lực dọc trong dầm thường gây hiệu ứng có lợi, làm triệt tiêu một phần ứng suất kéo do tác dụng của momen uốn (Chỉ có khoang dầm giữa nhịp chịu lực kéo).
Tính toán các hạng mục công trình
-Trọng lượng phần đá vỉa trên một nhịp: (đá vỉa có chừa lỗ để thoát nước nhưng khối lượng không đáng kể nên ta không đưa vào tính toán). Hai mố MA và MB có sơ đồ bố trí cọc giống nhau được thể hiện trong hình 4.2.4.
Tính toán nội lực dầm chủ và duyệt tiết diện
-Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, tác động tĩnh học của xe hai trục thiết kế hay xe tải thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỉ lệ phần trăm cho lực xung kích. -Việc tính toán một cách chính xác sơ đồ tính không gian của cầu là hết sức phức tạp, do đó người ta tính gần đúng bằng cách đưa sơ đồ cầu thực tế về sơ đồ cầu phẳng khi đó phải kể thêm hệ số phân bố ngang của hoạt tải. (Xe tải thiết kế + tải trọng làn và Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn) Ta chọn giá trị tổ hợp tải bất lợi nhất là (xe tải thiết kế + tải trọng làn).
DUYỆT TIẾT DIỆN I.Tiết diện thiết kế yêu cầu
- Các nhịp cầu đều nhau do đó khi thi công chế tạo chỉ cần một bộ ván khuôn (nếu không yêu cầu về tiến độ ), dễ tiêu chuẩn hoá kết cấu. - Tận dụng được vật liệu địa phương, do đó sẽ giảm được giá thành của công trình - Trong phương án này ít sử dụng các loại vật liệu đắt tiền và quí hiếm. - Quá trình thi công kết cấu nhịp đơn giản , dễ chế tạo và lắp ráp. - Trong quá trình thi công công nghệ và máy móc không đòi hỏi quá cao do đó tận dụng được nguồn nhân lực địa phương đáng kể. - Do kết cấu làm việc riêng lẽ do đó ít chịu sự tác động của mố trụ bị lún và môi trường xung quanh. - Do bản đổ liên tục do đó giảm số lượng khe biến dạng. - Khả năng vượt nhịp ngắn, do đó số trụ thi công nhiều dẫn tới ảnh hưởng dòng chảy của sông. - Do số lượng trụ nhiều, do đó tốn vật liệu để thi công trụ - Cầu rung mạnh khi có hoạt tải. So sánh phương án theo điều kiện khai thác sử dụng 1) Phương án I:. - Xe chạy êm thuận - Chất lượng khai thác tốt. - Khi một bộ phận của công trình bị hư hỏng sẽ gây ảnh hưởng đến toàn bộ công trình, mặt khác khi một bộ phận của công trình gặp phải sự cố hay muốn mở rộng cầu thì rất khó khăn. - Trong giai đoạn khai thác sử dụng ít duy tu bảo dưỡng - Ít chịu sự tác động của môi trường. - Xe chạy êm thuận - Chất lượng khai thác tốt. - Ít cản trở dòng chảy của sông - Tuổi thọ của công trình cao b) Nhược điểm:. - Khi một bộ phận của công trình bị hư hỏng sẽ gây ảnh hưởng đến toàn bộ công trình, mặt khác khi một bộ phận của công trình gặp phải sự cố hay muốn mở rộng cầu thì rất khó khăn. Phương án III a) Ưu điểm. - Bên cạnh những vấn đề nêu trên còn đặc biệt chú ý công trình xây dựng nhằm mục đích giao lưu kinh tế của vùng với các khu vực xung quanh, vấn đề kinh tế được đặt lên hàng đầu. + Phương án III có giá thành rẻ nhất sp với hai phưong án kia, kỷ thuật thi công dể dàng, thời gian thi công nhanh do đó sớm đưa vào khai thác nên nhanh thu hồi vốn đồng thời cũng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về kỷ thuật cũng như về mỹ quan.
THIẾT KẾ KỸ THUẬT
TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM CHỦ I.Số liệu ban đầu
Tính toán nội lực dầm chủ
-Về nguyên tắc sườn tăng cường sẽ ngăn cản hay chống lại sự mất ổn định của vách dầm, nhưng để bất lợi ta xét trường hợp không có sườn tăng cường đứng hay phần sườn nằm giữa hai sườn tăng cường đứng. -Tiết diện dầm thép I liên hợp với bản bêtông cốt thép có biên trên của dầm nằm ở vùng chịu kéo, khi đó biên sẽ ổn định trên suốt chiều dài do đó mà ta không cần thiết phải yêu cầu độ mảnh. -Theo khuyến cáo khi vách của sườn dầm mà không có sườn tăng cường dọc thì vách của sườn được coi là tăng cường khi khoảng cách của các sườn tăng cường đứng d0 không vượt quá 3D, và đoạn đầu dầm sẽ có lực cắt lớn do vậy mà khoảng cách của các sườn tăng cường tại vị trí đầu dầm sẽ nhỏ, theo AASHTO thì khoang đầu dầm khoảng cách giữa các sườn tăng cường đứng d0 ≤ 1,5D.
Kích thước và yêu cầu cấu tạo
-Điều khoản này không áp dụng cho tiết diện không có sườn tăng cường vì lực cắt được giới hạn bởi lực cắt chảy hoặc mất ổn định cắt ở TTGH cường độ. -Thiết kế theo trạng thái giới hạn mỏi bao gồm giới hạn ứng suất do hoạt tải của xe tải thiết kế mỏi chỉ đạt đến một trị số thích hợp ứng với một số lần tác dụng lặp xảy ra trong quá trình phục vụ của cầu. Vậy tiết diện dầm đã đảm bảo đủ sức kháng mỏi, nghĩa là với biên độ ứng suất thấp hơn giới hạn mỏi ( ngưỡng ứng suất) chu kỳ tải trọng sẽ không lan truyền, vết nứt mỏi và mối nối có tuổi thọ cao.
TÍNH TOÁN CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN KHÁC I.Tính toán neo chịu cắt
Tính toán vị trí cắt bớt bản táp
-Chiều dài bản táp từng phần phải kéo dài ra ngoài điểm cắt lý thuyết một đoạn gọi là đoạn cuối, tức là nó phải kéo dài đến tiết diện có biên độ ứng suất (không phải ứng suất toàn phần) trong bản biên bằng biên độ ứng suất mỏi cho phép của thép cơ bản liền kề với mối hàn. -Chiều dài của đoạn cuối được các tiêu chuẩn cho trực tiếp dựa trên cơ sở đầu cuối của bản táp được hàn thế nào với bản biên.Nếu hàn đầu bản táp thì chiều dài đoạn cuối bằng 1,5 chiều rộng bản táp, nếu không hàn đầu bản táp thì lấy bằng 2 chiều rộng bản táp. -Ta xác định đường bao ứng suất bản biên sau đó lấy giao với đường thẳng nằm ngang (ứng suất giới hạn trong TTGH sử dụng không xét đến mỏi) được điểm cắt lý thuyết.
Tính toán mối nối dầm chủ
Mối nối hàn thường là phù hợp đối với những mối nối trong công xưởng hơn là các mối nối ngoài công trường, vì ảnh hưởng của thời tiết đến mối nối hàn ngoài hiện trường lớn hơn trong công xưởng, và những ảnh hưởng này có thể hạn chế được trong công xưởng, với mối nối hàn tại hiện trường thi công để đảm bảo kĩ thuật thường rất phức tạp vì cần kiểm tra chất lượng của mối hàn. -Trong tiết diện dầm thì bản biên của dầm là bộ phận chủ yếu chịu uốn cho dầm, trong các công trình cầu thường xuất hiện ứng suất đổi dấu do tác dụng của tải trọng động, đồng thời đối với cầu dầm thép liên hợp thì tiết diện dầm được hình thành qua 2 giai đoạn, vì vậy mà tiết diện dầm cũng chịu lực qua hai giai đoạn, ở mỗi giai đoạn bản biên của dầm sẽ có các giá trị ứng suất khác nhau. -Vách dầm là phần chủ yếu chịu cắt chịu mô men rất ít nhưng để an toàn thì khi thiết kế người ta vẫn thiết kế mối nối có thể chịu được lực cắt và mômen, vì ngay cả đối với vách dầm chịu cắt thuần tuý vẫn xuất hiện mômen, còn nếu dùng bản nối mômen xuất hiện do độ lệch tâm của lực cắt.
Tính toán các liên kết trong tiết diện dầm chủ
-Khi tính toán thiết kế mối hàn cần phải đảm bảo rằng sức kháng danh định của mối hàn không nhỏ hơn ứng lực tác dụng lên mối hàn do tải trọng gây ra. -Sức kháng tính toán của mối hàn góc chịu kéo hoặc nén song song với đường hàn lấy theo sức kháng tính toán của thép cơ bản, với thép cơ bản cấp 345 thì sức kháng tính toán của thép cơ bản là 345MPa. Do đó để đường hàn có kích thước phù hợp với cả bản biên trên dầm và bản biên dưới dầm ta chọn chiều dày đường hàn là 8 mm, thép đường hàn là thép công trình cấp 250.