Trong giới hạn nội dung học phần, dưới đây giới thiệu cách xác định các tham số cơ bản của cầu bản có tiết diện hình chữ nhật đặc hay rỗng làm việc chủ yếu theo hướng song song với luồng giao thông.
4.4.1. Chiều cao bản:
Chiều cao nhỏ nhất của bản có chiều cao khơng đổi có thể lấy theo quy định tại bảng 2, mục 5.2.6.3, phần 2, TCVN 11823-2017 như sau:
Cầu bản bê tông cốt thép thường:
Bản đơn giản: h = , ( ) mm
Bản liên tục: h = ≥ 165 mm
Cầu bản bê tông dự ứng lực:
Bản đơn giản: h = 0,03L ≥ 165mm
Bản liên tục: h = 0,027L ≥ 165mm Trong đó: S, L là chiều dài nhịp bản.
4.4.2. Chiều rộng làm việc của cầu bản: (Mục 6.2.3, phần 4)
Kết cấu bản có thể xem như tập hợp của nhiều dải bản đặt song song, trong đó các dải bản biên làm việc bất lợi hơn các dải bản giữa. Dưới tác dụng của tĩnh tải, bản làm việc như một dầm chịu tải trọng phân bố đều và thường xem xét trên một chiều rộng dải bản là 1m. Khi chịu hoạt tải, cần xem xét đặc điểm làm việc của các dải bản bên trong và các dải bản biên. Hình 4.17 thể hiện độ võng của các dải bản trong và dải bản biên, dải bản trong được hỗ trợ bởi các dải bản kề bên ở cả hai phía nên chiều rộng làm việc lớn hơn và có nội lực, biến dạng nhỏ hơn. Trong khi các dải bản biên chỉ được các dải bản trong hỗ trợ ở một bên nên làm việc thường nguy hiểm hơn, đặc biệt khi hoạt tải đứng gần mép bản (hình 4.17).
Để xét tới đặc điểm làm việc của các dải bản AASHTO LRFD thể hiện sự khác nhau bằng chiều rộng các dải bản.
Phương pháp gần đúng (dải bản) dựa trên giả thuyết bản được chia thành các dải nhỏ song song với hướng xe chạy.
Hình 4.16- Bản chịu tác động của các lực tập trung
Khi áp dụng phương pháp dải bản, mô men dương lớn nhất trong dải bản sẽ dùng cho tất cả các vùng có mơ men dương. Tương tự như vậy, mơ men âm lớn nhất trên gối đỡ cũng được áp dụng cho tất cả các vùng có mơ men âm.
4.4.2.1. Bề rộng tương đương dải bản trong:
Phương pháp này áp dụng cho các cầu bản bê tông đúc tại chỗ và cống đúc tại chỗ có chiều dày lớp đất đắp trên cống không quá 600mm. Khi chịu hoạt tải, tùy theo số làn xe chất tải, chiều rộng làm việc vủa dải bản trong xác định như sau:
a. Một làn xe chất tải:
Bề rộng tương đương theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt và mô men cho một làn, tức là hai đường của bánh xe đặt tải có thể được xác định như sau:
E = 250 + 0,42 L W
b. Nhiều làn xe chất tải:
Bề rộng tương đương theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt lẫn mô men với số làn chịu tải lớn hơn một có thể được xác định như sau:
E = 2100 + 0,12 L W ≤ W N
Trong đó:
E - chiều rộng làm việc của dải bản (mm);
L1 - chiều dài nhịp điều chỉnh, lấy bằng trị số nhỏ hơn của nhịp thực hoặc 18000(mm);
W1 - chiều rộng mép tới mép đã điều chỉnh của cầu lấy bằng trị số nhỏ hơn của chiều rộng thực hoặc 18000mm khi nhiều làn xe chất tải hoặc 9000mm khi một làn xe chất tải (mm);
W - chiều rộng thực tính từ mép đến mép cầu (mm);
NL - số làn xe thiết kế, NL = phần nguyên của ; với w là chiều rộng tĩnh mặt cầu (khoảng cách giữa hai đá vỉa) (mm);
R=1,05 – 0,25tg ≤ 1,00 Trong đó: - góc chéo (độ).
4.4.2.2. Bề rộng tương đương dải bản biên:
Khi bản biên chủ yếu làm việc theo phương dọc, chiều rộng làm việc của bản biên, có hoặc khơng có dầm biên, lấy bằng khoảng cách giữa mép ngồi cầu đến mặt trong của lan can, cộng 300mm và một nửa chiều rộng của dải bản trong xác định như trên. Tuy nhiên, chiều rộng có hiệu khơng vượt q chiều rộng tồn dải bản trong hoặc 1800mm.
4.4.3. Nguyên tắc xác định nội lực trong bản mặt cầu toàn khối: 4.4.3.1. Nội lực do tĩnh tải: 4.4.3.1. Nội lực do tĩnh tải:
Nội lực do tĩnh tải được xác định trên nguyên tắc xét nội lực trên một đơn vị chiều rộng bản chịu tải trọng phân bố. Bản được xem như kê đơn giản, liên tục hay hẫng tùy theo sơ đồ kết cấu bản và dầm đỡ.
4.4.3.2. Nội lực do hoạt tải:
Trên cơ sở chiều rộng làm việc của các dải bản biên và trong, cần so sánh và chọn trường hợp nguy hiểm nhất (dải bản nhỏ nhất) để xác định nội lực trên một đơn vị chiều rộng cầu. Để dễ hiểu, xem xét một ví dụ thiết kế một cầu bản tồn khối, tiết diện đặc.
4.4.3.3. Trình tự tính tốn thiết kế cầu bản toàn khối:
Cầu bản toàn khối tiết diện đặc giản đơn được tính tốn thiết kế trình tự qua các bước sau:
B1: Chọn chiều dày tối thiểu.
B2: Xác định chiều rộng làm việc của bản chịu hoạt tải.
B3: Tính tốn nội lực trong cầu bản do hoạt tải.
B4: Chọn hệ số sức kháng.
B5: Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng.
B6: Chọn tổ hợp tải trọng.
B7: Tính nội lực do hoạt tải.
B8: Tính nội lực do các tải trọng tĩnh.
B9: Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng.
B10: Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ.
B11: Bố trí cốt thép.
B12: Cốt thép chống co ngót và nhiệt độ.
B13: Bản vẽ thiết kế.
* Tài liệu tham khảo:
[1]. GS.TS.Lê Đình Tâm – Cầu bê tơng cốt thép trên đường ô tô, Tập 1, Nhà xuất bản xây dựng.
[2]. Tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017.
* Câu hỏi ôn tập:
Câu 1: Trình bày phạm vi áp dụng và các yêu cầu về cấu tạo chung của cầu bản mố nhẹ
bê tơng cốt thép thường?
Câu 2: Trình bày nguyên lý chung về phương pháp tính tốn thiết kế kết cấu nhịp cầu
bản bê tông cốt thép thường. Tại sao khơng tính tốn kết cấu nhịp bản theo phương ngang cầu?
Câu 3: Bề rộng làm việc của kết cấu nhịp bản được xác định như thế nào? Tại sao bề
rộng làm việc của bản ở gối và trong khoảng giữa nhịp khác nhau?
Câu 4: Tại sao khi tính tốn xác định nội lực trong kết cấu nhịp bản lắp ghép phải xác
định hệ số phân bố ngang? Trình bày cách xác định?