b. Trường hợp chiều cao nền đắp > 6m
3.7.1. Tải trọng tớnh toỏn
- Cỏc loại tải trọng bao gồm : Tĩnh tải và hoạt tải. Tải trọng của tĩnh tải và hoạt tải tỏc dụng qua nền đắp tạo ỏp lực thẳng đứng và nằm ngang lờn kết cấu cống.
+) Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thõn của kết cấu và ỏp lực của đất xung quanh.
+) Hoạt tải là do tải trọng của đoàn xe truyền xuống qua lớp đất đắp.
- Áp lực đất (tĩnh tải) tỏc dụng lờn cống tuỳ thuộc vào chiều cao nền đắp, loại đất, điều kiện ổn định của nền dưới nền đắp và của bản thõn nền đắp. Cú 4 trường hợp về điều kiện ổn định của nền dưới nền đắp và bản thõn nền đắp xung quanh cống như sau: (a). Nền dưới nền đắp khụng lỳn và nền đắp lỳn:
- Do chiều cao đất đắp hai bờn và trờn cống khỏc nhau nờn độ lỳn toàn bộ khỏc nhau
tạo nờn mặt trượt giữa cột đất trờn cống và đất xung quanh. Vỡ vậy ỏp lực đất tỏc dụng trờn cống trong trường hợp này lớn hơn trọng lượng cột đất bờn trờn đỉnh cống một lượng bằng lực ma sỏt phỏt sinh di sự trượt tương đối đú.
(b). Nền dưới nền đắp lỳn và nền đắp cũng lỳn:
- Áp lực tỏc dụng lờn nền ở hai bờn và dưới cống khỏc nhau nờn độ lỳn của nền ở hai
bờn cống lớn hơn dưới cống. Riờng đất nền đắp cũng vậy, vỡ vậy phỏt sinh mặt trượt tương đối giữa cột đất trờn cống và đất xung quanh. Áp lực tỏc dụng lờn cống cũng phải kể đến ảnh hưởng của ma sỏt phỏt sinh do sự trượt đú.
(c). Nền dưới nền đắp lỳn và nền đắp khụng lỳn:
+) Trường hợp này tương tự như trường hợp thứ 2. Khi đú mặt trượt phỏt sinh do độ lỳn khụng đều giữa hai bờn và dưới cống của nền dưới nền đắp.
(d). Nền dưới nền đắp khụng lỳn và nền đắp khụng lỳn:
- Trường hợp này khụng phỏt sinh mặt trượt tương đối. Áp lực tỏc dụng trờn cống chỉ
do tỏc dụng của trọng lượng cột đất trờn cống sinh ra.
- Đối với kết cấu mềm (vớ dụ như cống trũn 4 khớp), do sự biến dạng của kết cấu tương đối lớn nờn ỏp lực đất tỏc dụng lờn cống cú khỏc.
+) Nếu sự biến dạng của kết cấu nhỏ hơn sự chờnh lệch độ lỳn của cột đất trờn cống và đất xung quanh thỡ giống như cỏc trường hợp trờn, tức là phỏt sinh mặt trượt tương đối giữa cột đất trờn cống và đất hai bờn, lực ma sỏt của mặt trượt hướng xuống làm tăng ỏp lực đất lờn cống.
+) Nếu sự biến dạng của kết cấu quỏ lớn, lớn hơn sự chờnh lệch độ lỳn của cột đất trờn cống và đất đắp hai bờn thỡ cũng phỏt sinh mặt trượt tương đối giữa cột đất trờn cống và đất hai bờn xung quanh, nhưng lực ma sỏt khi đú hướng lờn làm giảm nhỏ ỏp lực đất tỏc dụng lờn cống.
+) Mặt khỏc do sự biến dạng quỏ lớn của kết cấu nờn ngoài tỏc dụng của ỏp lực đất chủ động như trờn cũn cú ỏp lực đất bị động.
- Khi tớnh toỏn kết cấu phải xột tới trường hợp bất lợi nhất tức là trường hợp cú ỏp lực tỏc dụng lớn nhất.
- Trị số ỏp lực lớn nhất do cỏc tĩnh tải phỏt sinh ra được tớnh theo cụng thức: p = ntt . C . γh . H (T/m)
Trong đú:
• p: ỏp lực do tĩnh tải gõy ra (T/m);
• H: chiều cao nền đắp trờn đỉnh cống (m);
• ntt : hệ số vượt tải của tĩnh tải, khi tớnh tho trạng thỏi giới hạn thứ nhất thỡ ntt= 1,2;
• γh : trọng lượng thể tớch của đất (T/m3) ; thường lấy γh = 1,8 T/m3 ;
• C: hệ số khụng thứ nguyờn xột đến ảnh hưởng của lực ma sỏt phỏt sinh trờn
mặt trượt tương đối giữa cột đất trờn cống và đất xung quanh. Lực ma sỏt tớnh bằng:
C = 1 + A . à . tgϕh
• ϕh : gúc ma sỏt trong của đất. Thường lấy ϕh = 300 khi tớnh ống cống và
ϕh = 250 khi tớnh đầu cống; • m: hệ số ỏp lực bờn hay hệ số nở hụng của đất nền đắp; • ) 2 (45 tg μ= 2 0−ϕh • A: hệ số được tớnh theo cụng thức: • ) H S.D.h .(2 H S.h A= − 2 ; khi D H H S.h > thỡ D H A=
• h: chiều cao cống tớnh theo chu vi ngoài;
• D: chiều rộng cống tớnh theo chu vi ngoài;
• S: hệ số tuỳ thuộc vào đặc tớnh của nền:
Đối với nền rất cứng như nền đỏ, múng cọc thỡ S = 15; Đối với nền chặt chẽ (cỏt chặt, ỏ sột, sột chặt dẻo) thỡ S = 10; Đối với nền mềm thỡ S = 5;
Thiết kế định hỡnh lấy S = 10 đối với ống cống thường, S = 15 khi tớnh ống cống gia cường.
- Khi chất lượng xõy dựng nền đắp cao, đảm bảo hệ số đầm khụng nhỏ hơn K95 đối
với cống dưới đường ụtụ cho phộp giảm hệ số C xuống 30%.
- Áp lực ngang do tĩnh tải sinh ra tỏc dụng lờn cống tớnh theo cụng thức: 1 h tt p n . .γ .H e = à - Trong đú:
• H1: chiều sõu điểm tớnh ỏp lực ep. Đối với cống chữ nhật ep coi như khụng đổi theo chiều cao thành cống, khi đú ep được tớnh theo giỏ trị
2h h H
H1= +
- Áp lực thẳng đứng do hoạt tải xỏc định theo cụng thức:
+) Với đoàn xe HK - 80 thỡ 3 H 19 q + = (T/m2); +) Với đoàn xe HK - 60 thỡ 06 , 4 H 15,7 q + = (T/m2);
- Khi chiều cao đất đắp trờn cống kể cả chiều dày kết cấu ỏo đường nhỏ hơn 1m thỡ
người ta xỏc định ỏp lực thẳng đứng thực tế từ bỏnh xe truyền xuống dưới gúc 300. - Áp lực ngang do hoạt tải bằng tớch số ỏp lực thẳng đứng nhõn với hệ số à
eq = à . Q
- Đối với cống trũn bốn khớp do tớnh biến hỡnh lớn nờn ỏp lực thẳng đứng do tĩnh tải gõy ra tớnh bằng trọng lượng cột đất:
P = ntt . γh . H - Áp lực ngang cú thờm thành phần bị động tớnh theo cụng thức: )} e (e q) 1,5{(p eb p q p = + − + 3.7.2. Sơ đồ tớnh toỏn
- Đối với cống chữ nhật: ỏp lực tớnh toỏn tỏc dụng lờn cống coi như phõn bố đều theo chiều thẳng đứng và chiều ngang.
- Đối với cống trũn: ỏp lực tỏc dụng hướng tõm cú trị số thay đổi dần từ giỏ trị lớn nhất (ở đỉnh cống và đỏy cống là p + q) đến giỏ trị nhỏ nhất (ở 2 bờn cống là ep + eq); - Sơ đồ tớnh toỏn cống được coi như khung kớn.
- Trị số mụmen uốn đối với cống trũn được xỏc định theo cụng thức gần đỳng sau: - M = 0,152 . r2 . (p + q)(1 - à)
- Trong đú: r - bỏn kớnh trung bỡnh của cống trũn tớnh đến giữa chiều dày của ống
cống.
- Kiểm tra độ bề của mặt kết cấu cống theo trạng thỏi giới hạn thứ nhất và tớnh chịu nứt theo trạng thỏi giới hạn thứ ba, vết nứt cho phộp là 0,2mm.
- Đối với cống vũm và cống bản, sau khi đặt tải (biểu đồ ỏp lực) sẽ tớnh riờng cho từng phần vũm, bản đậy, tường bờn, múng,... Đối với cống gỗ tớnh riờng cho từng phần vũm, bản đậy, xà ngang, xà đỡ, gỗ lỏt,...
- Đối với cống trũn bốn khớp, sơ đồ tớnh toỏn như hỡnh vẽ dưới đõy. Xột cõn bằng tĩnh của mỗi mảnh để tỡm ra nội lực, từ đú kiểm tra độ bền và vết nứt theo cỏc trạng thỏi giới hạn thứ nhất và thứ ba.
Đ 3.8. TRèNH TỰ THIẾT KẾ VÀ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ