CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HÓA TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ THIẾT KẾ CỐNG HỘP BTCT THEO AASHTO
2.1. Tổng quan về mô hình hóa cống hộp BTCT
2.1.1. Tính toán tải trọng và tổ hợp theo AASHTO[5]
*Tải trọng bản thân (DC): Bao gồm tải trọng của bản trên và 02 bên tường cống nhưng không tính tải trọng bản đáy;
* Áp lực đất 02 bên thân cống và áp lực đất đắp trên cống
+ Áp lực thẳng của đất (EV): Do tải trọng của lớp đất đắp và lớp mặt đường trên cống tính từ mặt trên của cống đến cao độ mặt đường (được biểu thị bằng giá trị H hoặc DE) , không xét đến ma sát của thành cống với đất. Trong tính toán, sử dụng hệ số tương tác cấu trúc đất FS để điều chỉnh áp lực đất thẳng đứng
FS = 1+ 0,2 *(H/BC) H : Chiều sâu chôn lấp (feet)
BC: Chiều rộng bên ngoài cống = (2*chiều dày mỏng nhất của tường cống + Chiều dài nhịp tĩnh của cống ) (feet)
+ Áp lực ngang của đất (EH): áp lực ngang được tính dựa trên phương pháp dung dịch tương đương.
* Áp lực nước (WA): Khi tính toán áp lực cần xem xét đến 02 tình trạng tác dụng khi cống đầy nước và khi cống không có nước.
* Tải trọng xung kích (IM): Tải trọng xung kích được tính khi chiều sâu lớp đắp trên cống (DE ) nhỏ 8 feet. Công thức tính IM được tính như sau:
IM = 33*( 1-0.125*DE) ≥ 0%
* Hoạt tải .
Hoạt tải được phân bố với chiều sâu đắp đất nhỏ hơn 2 feet (61 cm):
Hình 2.1.Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp cống với chiều dày đất đắp nhỏ hơn 2 feet (61 cm)
Espan = LT + LLDF * H Trong đó:
E : Chiều rộng phân bố tương đương theo hướng vuông góc với nhịp (đơn vị in) S : Chiều dài nhịp tĩnh của cống (đơn vị feet)
Espan : Chiều rộng phân bố tương đương theo hướng song song với nhịp (đơn vị in) LT : Chiều dài của diện tích tiếp túc của bánh xe theo hướng song song với nhịp (đơn vị in)
LLDF: = 1,15; hệ số phân bố của hoạt tải qua chiều sâu đất đắp H : Chiều cao được tính từ đỉnh cống đến mặt đường.
Hoạt tải được phân bố với chiều sâu đắp đất lớn hơn 2 feet (61 cm): có 02 trường hợp:
Trường hợp 1:
Hình 2.2. Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp cống với chiều dày đất đắp lớn hơn 2 feet (61 cm) ) với trường hợp 02 bánh xe có diện tích phân bố
riêng biệt Trong đó:
W : Chiều rộng phân bố tương đương theo hướng vuông góc với nhịp của từng bánh xe (đơn vị in)
W = 20 + 1,15*H
H : Chiều cao được tính từ đỉnh cống đến mặt đường (đơn vị in).
L : Chiều rộng phân bố tương đương theo hướng song song với nhịp (đơn vị in) L = 10 + 1,15*H
Trường hợp 2:
Hình 2.3. Phân bố tải trọng trục xe (hướng xe chạy song song với nhịp cống với chiều dày đất đắp lớn hơn 2 feet (61 cm)) với trường hợp 02 bánh xe có diện tích phân bố
trùng lên nhau.
Trong đó:
W : Chiều rộng phân bố tương đương theo hướng vuông góc với nhịp (feet);
W = 6’ +1,67’ + 1,15* H
L : Chiều rộng phân bố tương đương theo hướng song song với nhịp (feet) L = 0,83’ + 1,15* H
H : Chiều cao được tính từ đỉnh cống đến mặt đường (feet).
* Hoạt tải do xe đứng sau lăng thể trượt (hoạt tải chất thêm):
Hình 2.4. Mô tả áp lực ngang do xe đứng sau lăng thể trượt (hoạt tải chất thêm) Để tính các giá trị áp lực ngang (∆Pmax, ∆Pmin) do hoạt tải này, ta sử dụng công thức sau với giá trị hệ số áp lực đất bên ka =0,33
ka : hệ số áp lực đất bên.
s : Trong lượng riêng của đất
heq : Chiều dày quy đổi của lớp đất do tải trọng (từ bảng AASHTO 3.11.6.4-1) Trường hợp mà chiều sâu đắp đất trên các loại cầu bản bê tông đổ tại chỗ và cống đúc tại chỗ có bề dày không quá 60 cm, các loại cầu bản có lỗ rỗng đúc tại chỗ có thể được coi là cầu bản. Khi đó:
Bề rộng tương đương theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt và mômen cho 1 làn, tức là 02 đường của bánh xe đặt tải có thể được xác định như sau:
E = 250+0,42 L * W1 1
Bề rộng tương đương theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt và mômen cho 1 làn, tức là 02 đường của bánh xe đặt tải có thể được xác định như sau:
E = 2100 + 0,12 1 1
L
L * W W
N Trong đó:
E : bề rộng tương đương (mm)
L1 :Chiều dài nhịp đã được điều chỉnh, lấy bằng giá trị nhỏ hơn của nhịp thực tế hoặc 18000(mm)
W1 : Bề rộng mép tới mép đã được điều chỉnh của cầu, được lấy bằng giá trị nhỏ hơn của bề rộng thực tế hoặc 18000mm nếu chịu tải trọng trên nhiều làn, hoặc 9000mm nếu chịu tải trọng trên 01 làn (mm).
W: Bề rộng vật lý mép tới mép của cầu (mm)
NL : Số làn thiết kế, lấy theo điều 3.6.1.1.1 của 22TCN272-05
Đối với cầu chéo, các hiệu ứng lực dọc có thể được giảm đi bằng hệ số r r = 1,05 -0.25*tgθ ≤ 1,00 , θ là góc chéo (độ)