2/ Dầm ghộ p( dầm tổ hợp)
5.3.1Trạng thỏi giới hạn cường độ
Đối với tiết diện chắc hệ số khỏng uốn là hệ số cho mụmen:
r f n
M M (5.2)
f là hệ số khỏng uốn theo bảng và Mn = Mp là sức khỏng danh định đặc trưng cho tiết diện chắc.
Đối với tiết diện khụng chắc hệ số khỏng uốn được xỏc định theo dạng ứng suất:
r f n
F F (5.3)
Trong đú Fn là sức khỏng danh định đặc trưng cho tiết diện khụng chắc.
Sức khỏng và hệ số Vr sẽ được lấy:
r v n
V V (5.4)
Trong đú v là hệ số khỏng cắt theo bảng sau và Vn là sức khỏng cắt danh định đặc trưng cho vỏch đứng khụng gia cường và cú gia cường.
Đối với uốn ... f = 1,00
Đối với cắt ... v = 1,00
Đối với cắt khối ... bs= 0,80 5.3.2 Trạng thỏi giới hạn sử dụng
1/Kiểm tra độ vừng dài hạn
Áp dụng tổ hợp tải trọng sử dụng . Dựng tổ hợp tải trọng này để kiểm tra chảy của kết cấu thộp và ngăn ngừa độ vừng thường xuyờn bất lợi cú thể ảnh hưởng xấu đến điều kiện khai thỏc. Khi kiểm tra ứng suất bản biờn, sự phõn bố lại mụmen cú thể được xột đến nếu tiết diện ngang trong miền chịu mụmen õm là chắc. Ứng suất của bản biờn chịu mụmen dương và õm đối với tiết diện liờn hợp khụng được quỏ:
0.95
f h yf
f R F (5.5)
và đối với tiết diện khụng liờn hợp
0.80
f h yf
f R F (5.6)
Trong đú ff là ứng suất đàn hồi của bản biờn do tải trọng cú hệ số, Rh là hệ số giảm ứng suất
của bản biờn lai (đối với tiết diện đồng nhất Rh = 1) và Fyf là cường độ chảy của bản biờn.
2/Kiểm tra độ vừng do hoạt tải khụng bắt buộc (A2.5.2.6.2 & A3.6.1.3.2)
Độ vừng của dầm phải thoả món điều kiện sau đõy:
L 800 1 Δ Δ cp Trong đú: L = Chiều dài nhịp dầm (m);
= Độ vừng lớn nhất do hoạt tải ở TTGHSD, bao gồm cả lực xung kớch, lấy trị số lớn hơn của:
+ Kết quả tớnh toỏn do chỉ một mỡnh xe tải thiết kế, hoặc
+ Kết quả tớnh toỏn của 25% xe tải thiết kế cựng với tải trọng làn thiết kế.
Độ vừng lớn nhất (tại mặt cắt giữa dầm) do xe tải thiết kế gõy ra cú thể lấy gần đỳng ứng với trường hợp xếp xe sao cho mụ men uốn tại mặt cắt giữa dầm là lớn nhất. Khi đú ta cú thể sử dụng hoạt tải tương đương của xe tải thiết kế để tớnh toỏn.
Độ vừng lớn nhất (tại mặt cắt giữa dầm) do tải trọng rải đều gõy ra được tớnh theo cụng thức của lý thyết đàn hồi như sau:
384EI 5wL Δ 4 Trong đú:
w = Tải trọng rải đều trờn dầm (N/m);
E = Mụ đun đàn hồi của thộp làm dầm (MPa);
I = Mụ men quỏn tớnh của tiết diện dầm, bao gồm cả bản BTCT mặt cầu đối với dầm liờn hợp (mm4).
5.3.3 Trạng thỏi giới hạn mỏi và đứt góy
Thiết kế theo TTGH mỏi bao gồm giới hạn ứng suất do hoạt tải của xe tải thiết kế mỏi chỉ đạt đến một trị số thớch hợp ứng với một số lần tỏc dụng lặp xảy ra trong tuổi thọ thiết kế của cầu .
Thiết kế theo TTGH đứt góy bao gồm việc chọn thộp cú độ dẻo dai thớch hợp ở một nhiệt độ quy định.
1/Tải trọng mỏi
Tuổi thọ mỏi được xỏc định bằng biờn độ ứng suất kộo trong liờn kết, do vậy khụng quan tõm đến ứng suất thực cũng như ứng suất dư.
Biờn độ ứng suất chịu kộo được xỏc định bằng cỏch đặt hoạt tải mỏi trờn cỏc nhịp khỏc nhau của cầu .Nếu cầu là dầm giản đơn chỉ cú ứng suất cực đại ứng suất cực tiểu bằng khụng.khi tớnh toỏn cỏc ứng suất này dựng lý thuyết đàn hồi tuyến tớnh .
Trong một số vựng dọc theo chiều dài dầm chớnh ứng suất nộn do tải trọng thường xuyờn khụng hệ số ( tĩnh tải danh định ) lớn hơn ứng suất kộo do hoạt tải mỏi gõy ra , với hệ số tải trọng mỏi theo quy định . Để bỏ qua hiện tượng mỏi tại cỏc vựng này thỡ ứng suất nộn phải lớn hơn hoặc bằng hai lần ứng suất kộo ,vỡ xe tải nặng nhất qua cầu xấp xỉ bằng hai lần hoạt tải mỏi dựng để tớnh ứng suất kộo .
Hỡnh 5.5 Xe t ải thiết kế mỏi
Lực xung kớch là IM= 15% và hệ số tải trọng = 0,75.
Vỡ sức khỏng mỏi phụ thuộc vào chu kỳ ứng suất , do vậy cần biết chu kỳ của tải trọng mỏi .
35KN 145KN 145KN
2/ Tiờu chuẩn thiết kế mỏi
Phương trỡnh tổng quỏt viết dưới dạng tải trọng mỏi và sức khỏng mỏi cho mỗi mối nối như sau: ) ( ) (F n f (5.7)
Trong đú : (F)n là sức khỏng mỏi danh định ( MPa) ;
( f) là biờn độ ứng suất do xe tải mỏi gõy ra (MPa) là hệ số tải trọng ( lấy theo tổ hợp tải trọng mỏi ) Ở TTGH mỏi =1 và =1 do vậy ta cú : ) ( ) (F n f (5.8) Xỏc định chu kỳ ứng suất
Chu kỳ ứng suất phụ thuộc vào số chu kỳ tải trọng mỏi trong tuổi thọ thiết kế của cầu. Chu kỳ tải trọng mỏi được lấy như số lần giao thụng trung bỡnh của một làn xe tải đơn hàng ngày ADTTST.Trừ trường hợp cú điều khiển giao thụng , số lượng xe của một làn đơn cú thể tớnh từ lượng xe tải trung bỡnh hàng ngày ADTT bằng :
ADTTSL = p*ADTT (5.9)
ADTT = số xe tải / ngày theo một chiều tớnh trung bỡnh trong tuổi thọ thiết kế;
ADTTSL = số xe tải / ngày trong một làn xe đơn tớnh trung bỡnh trong tuổi thọ thiết kế;
p là phõn số xe tải trong một làn xe đơn :
Số làn xe tải p
1 1
2 0,85
≥3 0,80
Nếu chỉ biết lượng giao thụng trung bỡnh ngày ADT , ADTT cú thể xỏc định bằng cỏch nhõn với tỷ lệ xe tải trong luồng :
Cấp đường tỉ lệ xe tải trong luồng Đường nụng thụn liờn quốc gia 0,2
Đường thành phố liờn quốc gia 0,15
Đường Thành phố 0,10
Giới hạn trờn của tổng số xe khỏch và xe tải vào khoảng 20.000 xe một làn trong ngày và cú thể dựng để tớnh ADT.
Số lượng chu kỳ ứng suất N là số lượng xe dự kiến qua cầu của làn xe nặng nhất trong tuổi tho thiết kế . Với tuổi thọ 100 năm cú thể biểu diễn như sau:
N= (365)(100)n(ADTTST) (5.10)
Trong đú n là số chu kỳ ứng suất trờn một xe tải lấy theo bảng .Trị số n>1 chứng tỏ chu kỳ phụ xuất hiện do dao động sau khi xe ra khỏi cầu.
Bảng 5.1 : Số chu kỳ ứng suất trờn một xe tải n
Phần tử dọc Chiều dài nhịp
>12.000 mm 12.000 mm
Dầm giản đơn 1,0 2,0
Dầm liờn tục : 1. Gần trụ gữa 1,5 2,0
2. Chỗ khỏc 1,0 2,0
Vớ dụ 5.1 : Tớnh chu kỳ biờn độ ứng suất N để thiết kế mỏi cho một cầu dầm đơn giản hai làn xe nhịp L=12000 mm , thuộc đường thành phố liờn quốc gia cú ADT=25000 xe một làn trong ngày .
ADTT =0,15*2*25000 =7.500 xe/ ngày
ADTTSL = p*ADTT =0,85*7.500=6375 xe /ngày
N=365*100*n*ADTTST = 365*100*2*6.375=465,4*106 chu kỳ
3/ Cỏc loại cấu tạo Cỏc bộ phận và cỏc cấu tạo chi tiết cú thể chịu được hiệu ứng mỏi được
tập hợp vào tỏm loại , tuỳ theo sức khỏng mỏi của chỳng .Mỗi loại ký hiệu bằng chữ in hoa : A là loại tốt nhất , và E’ là loại xấu nhất .Loại cấu tạo A và B dựng cho cỏc bộ phận phẳng và liờn kết hàn chất lượng tốt trong cỏc phần tử lắp rỏp khụng mối nối .Loại chi tiết D và E dựng cho cỏc loại liờn kết hàn gúc và hàn rónh khụng cú bỏn kớnh chuyển thớch hợp hoặc chiều dày tấm bản khụng phự hợp .Loại C cú thể ỏp dụng cho cỏc mối hàn của cỏc liờn kết cú bỏn kớnh chuyển lớn hơn 150 mm và thớch hợp với mối hàn tốt .Yeu cầu cho mỗi loại cấu tạo khỏc nhau tổng kết trong bảng 6.6.1.2.3-1 quy trỡnh 22TCN272-05 bảng dưới dõy trớch dẫn 1 phần .
Bảng 5.2 - Cỏc loại chi tiết đối với tải trọng gõy ra mỏi (6.6.1.2.3-1)
Điều kiện chung Trạng thỏi Loại chi tiết Thớ dụ minh họa, xem hỡnh (6.6.1.2.3-1)
Cỏc cấu kiện thường
Với cỏc bề mặt cỏn và làm sạch. Cỏc mộp cắt bằng lửa với ANSI/AASHTO/AWS D1.5 (Bản cỏnh 3.2.2), độ nhẵn 0,025mm hoặc thấp hơn
Thộp cú xử lý chống ăn mũn khụng sơn, tất cả cỏc cấp được thiết kế và cấu tạo theo đỳng với FHWA (1990) ở mặt cắt thực của cỏc đầu của thanh cú tai treo và cỏc
bản chốt. A B E 1,2 Kết cấu tổ hợp
Kim loại cơ bản và kim loại hàn trong cỏc bộ phận, khụng cú cỏc gắn kết phụ, được liờn kết bằng:
Cỏc đường hàn rónh liờn tục ngấu hoàn toàn với cỏc thanh đệm lút lấy đi, hoặc
Cỏc đường hàn liờn tục song song với phương của ứng suất
Cỏc đường hàn rónh liờn tục ngấu hoàn toàn với cỏc thanh đệm lút để lại, hoặc
Cỏc đường hàn rónh liờn tục ngấu khụng hoàn toàn song song với phương của ứng suất
Kim loại cơ bản ở cỏc đầu của cỏc bản phủ trờn một phần chiều dài:
Với cỏc liờn kết ở đầu bằng bulụng trượt tới hạn Hẹp hơn bản cỏnh, với cú hoặc khụng cú cỏc mối hàn
đầu, hoặc rộng hơn bản cỏnh với cỏc mối hàn đầu + Chiều dày bản cỏnh 20mm
+ Chiều dày bản cỏnh > 20mm
Rộng hơn bản cỏnh khụng cú cỏc mối hàn đầu.
B B B’ B’ B E E’ E’ 3,4,5,7 22 7 Bảng 5.3 LOẠI CHI TIẾT HẰNG SỐ A
1011 (MPA)3 Giới hạn mỏi (F)TH(MPa) A 82,0 165 B 39,3 110 B' 20,0 82,7 C 14,4 69,0 C' 14,4 82,7 D 7,21 48,3 E 3,61 31,0 E' 1,28 17,9 Bulụng M164 M (A325M) chịu kộo dọc trục 5,61 214 Bulụng M253 M (A490M) chịu kộo dọc trục 10,3 262
Cỏc thớ dụ minh hoạ
Bán kính 600 mm
Đường hàn rãnh hoặc hàn góc
Loại C**
Điều kiện hàn Loại
Chiều dày không bằng nhau-Cốt hàn để tại chỗ
Chiều dày không bằng nhau-Cốt hàn lấy đi Chiều dày bằng nhau-Cốt hàn để tại chỗ Chiều dày bằng nhau-Cốt hàn lấy đi
E D C B * Đối với tải trọng ngang-kiểm tra bán kính chuyển tiếp về loại thấp hơn có khả năng Loại R** Hàn góc Hàn rãnh R >610 610 >R >150 150 > R > 50 50 > R D D D E B C D E ** cũng áp dụng cho tải trọng ngang
Đầu của đường hàn
(chỗ cho một bulông) Loại B
Diện tích mặt cắt thực
Diện tích mặt cắt thực Gút xé vách ngăn
Đầu vuông vuốt thon hoặc rộng hơn cánh Loại E/ * Loại B Loại B Loại B Loại E* Loại E* trong kim loại cơ bản)
Loại Figure (trong kim loại hàn)
Lọại E*
(trong kim loại cơ bản
Bảng 6.6.1.2.3-2 - Cỏc loại chi tiết đối với tải trọng gõy ra mỏi của cỏc mặt cầu trực hướng
Thí dụ minh hoạ Chi tiết Mô tả điều kiện Loại chi tiết
Mối nối đối đầu bản mặt cầu được hàn ngang
Hàn nối đối đầu rãnh đơn trên tấm lót cố định. Các đường hàn của tấm lót phải hàn liên tục
Mối nối đối đầu bản mặt cầu được bắt bu lông ngang
Trong các mối nối đối đầu không đối xứng, các tác dụng của độ lệch tâm phải được xét trong tính toán ứng suất
Các mối nối đối đầu của sường được hàn
Các mối hàn rãnh kép. Chiều cao của độ lồi hàn không được vượt quá 20% của chiều rộng đường hàn. Phải sử dụng các dải hàn chảy và sau đó lấy đi, các mép bản được làm cho phẳng đến tận bản nền ở phương của ứng suất
Mối nối đối đầu của sườn được hàn
Hàn nối đối đầu rãnh đơn với tấm lót cố định. Các mối hàn góc của tấm lót phải hàn liên tục
Mối nối đối đầu của sườn được hàn không có tấm lót
Hàn nối đối đầu rãnh đơn không có tấm lót
4 Sức khỏng mỏi
Từ đường cong mỏi điển hỡnh S-N ,sức khỏng mỏi được chia thành hai loại tớnh chất: một loại cho tuổi thọ vụ cựng và một loại cho tuổi thọ hữu hạn.Nếu biờn độ ứng suất kộo thấp hơn giới hạn mỏi hoặc ngưỡng ứng suất , chu kỳ tải trọng phụ thờm sẽ khụng lan truyền vết nứt mỏi và mối nối cú tuổi thọ cao. Nếu ứng suất kộo lớn hơn giới hạn mỏi, vết nứt mỏi cú thể lan truyền và mối nối cú tuổi thọ hữu hạn Khỏi niệm chung của sức khỏng mỏi được thể hiện:
TH n F N A F ( ) 2 1 ) ( 3 (5.11)
( F)n là sức khỏng mỏi danh định (MPa) , A là hệ số cấu tạo (MPa)3 lấy theo bảng , N chu kỳ biờn độ ứng suất theo phương trỡnh 5.10, (F)TH là ngưỡng ứng suất mỏi cú biờn độ khụng đổi (MPa)lấy theo bảng .
Đường cong S-N của tất cả cỏc cấu tạo chi tiết trỡnh bày trong phương trỡnh 5.11chỳng được vẽ trờn hỡnh 5.6 bằng cỏch lấy giỏ trị A và (F)TH nhưtrong bảng 5.3 .
Trong đoạn tuổi thọ hữu hạn của đường cong S-N ảnh hưởng của độ thay đổi biờn độ biờn độ ứng suất đến số chu kỳ phỏ hỏng cú thể cú được bằng cỏch giải phương trỡnh 5.11 :
n F A N 3 ) ( (5.12)
Từ trờn ta thấy khi biờn độ ứng suất giảm một nửa , số chu kỳ phỏ hoại tăng lờn 8 lần .Tương tự nếu biờn độ ứng suất tăng gấp đụi tuổi thọ của chi tiết giảm đi 8 lần .
Trong đoạn tuổi thọ vụ hạn của đường cong S-N cho bởi phương trỡnh 5.11 dựng hệ số bằng một nửa nhõn với ngưỡng ứng suất mỏi ( F)TH, đú là tỡnh huống trong vũng 100 năm cú một xe tải nặng cú trọng lượng gấp đụi xe tải mỏi dựng để tớnh biờn độ ứng suất . Đỳng ra ảnh hưởng này cần được ỏp dụng về phớa tải trọng của phương trỡnh 5.11 thay cho phớa cường độ .Nếu dựng ngưỡng ứng suất để kiểm tra sức khỏng thỡ phương trỡnh 5.11 cú thể viết :
) ( ) ( 2 1 F F TH Suy ra : (F)TH 2(F)
Như vậy rừ ràng ảnh hưởng của xe tải nặng được xột đến trong phần tuổi thọ vụhạn của sức khỏng mỏi .
Hỡnh 5.6 Biờn độ ứng suất đối với số chu kỳ
b/Yờu cầu về mỏi đối với vỏch đứng
Như đó núi về mỏi, biờn độ ứng suất do tải trọng lặp khụng được quỏ lớn, vấn đề cũn lại là kiểm tra uốn ra ngoài mặt phẳng vỏch đứng do tải trọng lặp( mất ổn định). Để kiểm tra vỏch đứng chịu uốn, ứng suất đàn hồi lớn nhất, hoặc ứng suất cắt bị hạn chế bởi ứng suất mất ổn định trong vỏch đứng chịu uốn hoặc chịu cắt.
Trong tớnh toỏn sẽ sử dụng: ứng suất đàn hồi lớn nhất, tải trọng tĩnh khụng nhõn hệ số và dựng hai lần tổ hợp tải trọng mỏi. Xe tải mỏi được nhõn đụi khi tớnh ứng suất lớn nhất vỡ xe tải nặng nhất qua cầu gần bằng hai lần xe tải mỏi dựng để tớnh biờn độ ứng suất. Cũng vậy hệ số phõn bố cho xe tải mỏi chỉ chất một làn, khụng cú sự hiện diện của nhiều xe và tải trọng xung kớch IM= 15.
Ứng suất mất ổn định uốn của vỏch dựa trờn cỏc cụng thức mất ổn định đàn hồi của tấm cú
mộp biờn được giữ từng phần. Bờn cạnh hằng số vật liệu E và Fy, tham số chớnh để xỏc định khả năng mất ổn định của vỏch là tỉ số độ mảnh của vỏch w.
2 c w w D t (5.13)
Trong đú Dc là chiều cao của vỏch chịu nộn trong giai đoạn đàn hồi và tw là chiều dày của
vỏch đứng. Chiều cao chịu nộn của vỏch Dc là chiều cao tĩnh của vỏch giữa bản biờn chịu nộn và điểm của vỏch cú ứng suất nộn bằng khụng (A.6.10.5.1.4a). Điểm cú ứng suất nộn bằng khụng cú thể tớnh bằng cộng tỏc dụng của ứng suất đàn hồi do tổ hợp tải trọng nhất định (xem hỡnh 5.7).
Về lớ thuyết, sườn tăng cường dọc của vỏch cú thể ngăn cản mất ổn định uốn của vỏch. Đối với vỏch khụng cú sườn tăng cường dọc, ứng suất nộn đàn hồi lớn nhất ở biờn chịu nộn khi uốn
fcf đại diện cho ứng suất lớn nhất trong vỏch, được giới hạn bởi cỏc biểu thức sau: Với w 5.76 yc E F thỡ fcf R Fh yc (5.14) Với 5.76 w 6.43 yc yc E E F F thỡ fcf R Fh yc 3.58 0.448 w Fyc