2.1 Khái niệm
Trong dầm liên hợp dầm thép có tính dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với bản bê tông nên khi nhiệt độ thay đổi dầm thép hấp thu hoặc tản nhiệt nhanh hơn, dẫn đến giữa dầm thép và bản bê tông có sự chênh lệch nhiệt độ, kéo theo sự chênh lệch về biến dạng do đó sản sinh ra nội lực và ứng suất phụ trong cả dầm thép và bản bê tông cốt thép
Sự chênh lệch nhiệt độ giữa dầm thép và bản bê tông phụ thuộc vào vùng khí hậu, tính chất tác dụng của nhiệt độ và cấu tạo kết cấu nhịp.
Điều 4.10, quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn quy định: “Khi tính toán dầm liên hợp chịu tác động của nhiệt độ thay đổi, tiêu chuẩn độ chênh lệch lớn nhất về nhiệt độ giữa thép và bê tông cốt thép lấy như sau:
+ 30oC đối với dầm chủ, trường hợp nhiệt độ thép cao hơn nhiệt độ bê tông; + 15oC đối với dầm chủ, trường hợp nhiệt độ dầm thép thấp hơn nhiệt độ bản bê tông;
Ở đây để xác định nội lực và ứng suất do nhiệt độ thay đổi dùng đồ thị đường cong nhiệt độ thay đổi theo chiều cao dầm thép.
Trong bản bê tông nhiệt độ ở mặt trên và dưới chênh lệch không nhiều, có thể coi theo chiều cao, chiều ngang và chiều dọc cầu nhiệt độ trong bản bê tông không thay đổi. Trong dầm thép xem là nhiệt độ không thay đổi theo chiều ngang và dọc cầu, còn theo chiều cao thì có thể không thay đổi chẳng hạn đối với dầm ở phía trong, hoặc thay đổi chẳng hạn dầm biên bị nắng chiếu.
Tính ứng suất do thay đổi nhiệt độ dùng hệ số vượt tải là 1,1 và không xét từ biến của bê tông dưới tác động này.
2.2 Trường hợp nhiệt độ không thay đổi theo chiều cao dầm thép:
Khi nhiệt độ tăng lên bên trong bê tông có biến dạng tương đối εb, trong dầm thép có biến dạng tương đối εt, chênh lệch biến dạng là εt - εb (hình 4-
6b). Chính chênh lệch biến dạng này gây ra ứng suất nhiệt trong dầm. Chênh lệch biến dạng εt - εb = ε tương ứng với ứng suất là εEtFt đặt ở trọng tâm tiết diện phần dầm thép.
Chuyển lực N về trọng tâm tiết diện liên hợp, khi đó phải thêm vào một ngẫu lực có mômen M = NZ = εEtFtZ = εEtSt, trong đó St là mômen tĩnh của tiết diện dầm thép đối với trục trung hoà của tiết diện liên hợp
Trong đó trước số hạng thứ hai lấy dấu (-) hay (+) tuỳ theo mép dưới bản BT nằm trên hay dưới trục trung hoà của tiết diện liên hợp.
+ Ứng suất mép trên dầm thép: Do dính liền với bản bê tông, mép trên dầm thép không thể dãn tự do, nó chịu ứng suất nén -εEt và ứng suất tổng cộng là:
Biểu đồ ứng suất vẽ được như trên hình 4-6c.
2.3 Tính ứng suất trong trường hợp nhiệt độ trong dầm thép thayđổi theo chiều cao đổi theo chiều cao
Xem nhiệt độ trong dầm thép thay đổi theo luật đường cong (hình 4-7b). Ở mép dầm thép nhiệt độ bằng nhiệt độ bản bê tông, ở giữa chiều cao dầm thép có chênh lệch nhiệt độ lớn nhất tmax và ở đáy dầm là 0,3tmax.
Do ở chỗ tiếp giáp giữa bê tông và thép không có chênh lệch nhiệt độ nên
Nhờ khái niệm diện tích giả định bị nắng chiếu FT và mômen tĩnh của diện tích giả định bị nắng chiếu đối với trục trung hòa ST có thể quy biểu đồ thay đổi nhiệt độ từ đường cong thành biểu đồ hình chữ nhật, từ đó có nội lực đặt ở trọng tâm tiết diện tính đổi là εEtFT.
Tương tự như trên ta chuyển N = εEtFT về trọng tâm tiết diện liên hợp bằng cách thêm vào một ngẫu lực có mômen M = εEtFTZ = εEtST trong đó FT là phần diện tích của tiết diện dầm thép giả định bị nắng chiếu, Z là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện giả định bị nắng chiếu đến trọng tâm tiết diện liên hợp. Từ đó có:
1t T T T t t T T T t b b td td E F S y n F J ε σ = − ÷ Thay ε α= tmaxta được ax t T T t b m b b td td F S t E y F J σ =α + ÷
-ứng suất mép dưới bản bê tông
ax d T T d b m b b td td F S t E y F J σ =α µ ÷
FT – diện tích của tiết diện giả định bị nắng chiếu; ST – mômen tĩnh của tiết diện giả định bị nắng chiếu;
FV – diện tích tiết diện sườn dầm, cánh đứng của thép góc cánh và cả bản diện đứng nếu có;
Fu – diện tích các bản biên và cánh nằm ngang của thép góc của cánh dưới; yt , yt khoảng cách từ mép trên và dưới dầm thép đến trục trung hoà của tiết diện liên hợp;
h – chiều cao sườn dầm