chịu tỏc dụng tĩnh của tải trọng xe
4.5.1. Mụ hỡnh phõn tớch
Phõn tớch tớnh toỏn đới với cỏc mụ hỡnh bản mặt cầu kết cấu nhịp dầm I BTCT DƯL được sử dụng rất phổ biến trong cỏc cụng trỡnh cầu ở Việt Nam hiện nay. Cỏc mụ hỡnh bản cú sự khỏc nhau về khoảng cỏch dầm đỡ, chiều dày bản, bố trớ cốt thộp như Bảng 4. 10. Để giảm bớt khối lượng tớnh toỏn bản mặt cầu được tớnh toỏn theo sơ đồ dải bản tương đương được đề xuất ở Mục 4.4. Bản cú 2 biờn ngàm theo phương dọc cầu với khẩu độ tớnh toỏn Stt và bề rộng dải bản E. Tải trọng bỏnh xe
đặt giữa bản phõn bố đều trờn diện tớch hỡnh chữ nhật đĩ xột tới hiệu ứng lớp phủ và hệ số xung kớch. Tớnh toỏn với cỏc cấp tải tăng dần để xỏc định cỏc ứng xử cơ học của bản mặt cầu BTCT.
Bảng 4. 10: Thụng số cấu tạo bản mặt cầu dầm I BTCT DƯL điển hỡnh.Loại kết cấu Loại kết cấu nhịp Tải trọng thiết kế S (mm) bw (mm) ts (mm) Cốt thộp ngang Cốt thộp dọc Stt (mm) E (mm) Loại 1: I12.5m căng trước HL93 1500 140 175 D14 a=0,15m D10 a=0,2m 1430 1485 Loại 2: I33m căng trước HL93 1750 160 180 D14 a=0,15m D10 a=0,2m 1670 1623 Loại 3: I25.7m căng sau HL93 2400 200 200 D12 a=0,1m D10 a=0,2m 2300 1980
Ghi chỳ: S-khoảng cỏch giữa tim cỏc dầm dọc; bw-chiều dày sườn dầm; ts-chiều
dày bản mặt cầu; D-đường kớnh cốt thộp; a-bước cốt thộp; Stt - khẩu độ tớnh toỏn
của dải bản tương đương; E - bề rộng dải bản tương đương.
Thụng số vật liệu:
Cốt thộp cú cỏc chỉ tiờu cơ lý: E = 200000 MPa, hệ số poỏt xụng v = 0,3, = 0,000785 N/mm3, fy=420MPa.
Bờ tụng chịu kộo theo mụ hỡnh Hordijk, chịu nộn theo mụ hỡnh Thorenfeldt như trong Hỡnh 4. 13. Tớnh chất cơ lý của cỏc vật liệu BT như trong Bảng 4. 5.
Chia lưới phần tử:
Phần tử bờ tụng: Chia khối bờ tụng thành cỏc phần tử khối hỡnh hộp được mụ tả qua 8 nỳt, dựng cho cỏc kết cấu khối chịu tải trọng 3 chiều, cỏc phần tử cú kớch thước trung bỡnh bằng 25x25x25 (mm).
Phần tử cốt thộp: Chia cốt thộp ra thành cỏc phần tử thanh. Mỗi phần tử thanh cú chiều dài 25mm. Ngồi ra mụ hỡnh tớnh xột đến sự làm việc chung giữa cốt thộp, bờ tụng với giả thiết cốt thộp dớnh bỏm hồn tồn với bờ tụng.
4.5.2. Kết quả tớnh toỏn
Kết quả tớnh toỏn độ vừng của ba mụ hỡnh bản loại 1 dày 175mm, loại 2 dày 180mm và loại 3 dày 200mm theo cỏc cấp tải như Hỡnh 4. 32. Mỗi đường cong quan hệ tải trọng - độ vừng chia làm ba đoạn rừ rệt: Đoạn đầu cú độ dốc lớn ứng với cấp tải trọng nhỏ do bản cũn làm việc trong giai đoạn đàn hồi, đoạn giữa chuyển tiếp khi bản đĩ bắt đầu bị nứt và lan truyền, đoạn cuối cú độ dốc nhỏ ứng với cấp tải trọng lớn do cỏc vết nứt lớn đĩ hỡnh thành độ cứng của bản suy giảm đỏng kể. Ứng với tưng cấp tải, ta thấy độ vừng của bản loại 3 là lớn nhất do bản cú khẩu độ lớn, loại 1 nhỏ nhất. Độ vừng trong cỏc mụ hỡnh vẫn nhỏ hơn độ vừng cho phộp [5].
Hỡnh 4. 32: Độ vừng lớn nhất của bản mặt cầu theo cỏc cấp tải.
Khi bản chưa bị nứt, bờ tụng và cốt thộp đều làm việc trong giai đoạn đàn hồi, số gia độ vừng sau mỗi cấp tải là hằng số như Hỡnh 4. 33. Khi bản xuất hiện vết nứt làm độ cứng kết cấu suy giảm, số gia độ vừng tăng lờn, đường cong quan hệ số gia độ vừng sau mỗi cấp tải - tải trọng trục cú dạng đường cong hướng lờn. Tại vị trớ đường cong cú bước nhảy đột ngột, lỳc này vết nứt lớn được hỡnh thành làm độ cứng suy giảm đột ngột như ở cấp tải trọng trục 25 tấn, 30,5 tấn đối với bản loại 3. Bản loại 1, 2 đĩ bị nứt ở cấp tải trọng trục 14,5 tấn bằng tải trọng trục nặng nhất của xe tải thiết kế của hoạt tải HL93 [5]. Bản loại 3 bị nứt ở tải trọng lớn hơn so với loại 1 và 2, tải trọng gõy nứt đối với bản loại 3 là 15,5 tấn.
Hỡnh 4. 33: Số gia độ vừng sau mỗi cấp tải của cỏc mẫu bản.
Độ mở rộng vết nứt ứng với cỏc cấp tải trọng trục gõy nứt bờ tụng được tớnh theo Gergely và Lutz (1968) như Hỡnh 4. 34. Độ mở rộng vết nứt vẫn nằm trong giới hạn cho phộp 0,3mm theo ACI 318-05 ứng với điều kiện mụi trường ẩm, khớ [42].
Hỡnh 4. 34: Độ mở rộng vết nứt ứng với cỏc cấp tải trọng.
Khi bờ tụng đĩ bị nứt, ứng suất trong bờ tụng giảm xuống, ứng suất trong cốt thộp tăng lờn. Lỳc đầu, cỏc đường nứt theo phương dọc cầu, ứng suất lớn nhất trong cốt thộp ngang. Khi tải trọng trục đủ lớn, 30 tấn đối với bản loại 1, 35 tấn đối với bản loại 2 và 25 tấn đối với bản loại 3, cỏc vết nứt ngang lớn làm cho ứng suất trong cốt dọc tăng lờn đột ngột tại vị trớ vết nứt. Kết quả là ứng suất trong cốt thộp dọc lớn
hơn trong cốt thộp ngang. Đối với cỏc cấp tải trọng trục khảo sỏt từ 0 đến 50 tấn, ứng suất trong cốt thộp vẫn nằm trong giới hạn cho phộp 0,6fy. Ứng suất trong cốt
thộp đối với bản loại 3 là lớn nhất so với loại 1, 2 ứng với cỏc cấp tải trọng trục >21,5 tấn. Kết quả tớnh toỏn chi tiết đối với bản loại 3 như Hỡnh 4. 35.
Cấp tải trọng trục 14,5 tấn Cấp tải trọng trục 20 tấn
Cấp tải trọng trục 25 tấn Cấp tải trọng trục 30 tấn
Cấp tải trọng trục 35 tấn Cấp tải trọng trục 40 tấn
Cấp tải trọng trục 45 tấn Cấp tải trọng trục 50 tấn
Cỏc vết nứt đầu tiờn hỡnh thành dọc ở biờn ngàm, tiếp đến là cỏc vết nứt dọc ở đỏy bản dưới vựng đặt tải bỏnh xe. Vựng nứt được mở rộng khi tải trọng tăng lờn. Bản cú chiều dày mỏng đi cựng khẩu độ nhỏ hơn bị nứt trước và nứt nghiờm trọng hơn ứng với cỏc cấp tải trọng trục < 21,5 tấn. Ở cấp tải trọng trục 25 tấn ứng với tải trọng trục nặng nhất đo được [3], tất cả cỏc cỏc loại bản tớnh toỏn đĩ bị nứt. Khi tải trọng trục tăng lờn, bản cú chiều dày lớn đi cựng khẩu độ lớn hơn bị nứt nghiờm trọng hơn biểu hiện qua vựng phõn bố nứt rộng hơn, biến dạng và ứng suất trong cốt thộp lớn hơn. Vựng phõn bố nứt đối với bản loại 1, 2 và 3 ứng với cỏc cấp tải trọng trục gõy nứt BT như Hỡnh PL1. 4, Hỡnh PL1. 5 và Hỡnh PL1. 6.