6. THIẾT KẾ NEO CHỐNG CẮT
6.2 Bố trí bước neo và kiểm toán mỏi và TTGH CĐ1
6.2.1 Chọn bước neo phải thỏa các điều kiện (6.10.7.4.1b TCN)
- Bước từ tim đến tim của neo chống cắt không được vượt quá 600mm và không được nhỏ hơn 6 lần đường kính thân neo (6x19=114mm)
- Bước neo chống cắt phải xác đinh để thỏa mãn trạng thái giới hạn mỏi quy định ở điều 6.10.7.4.2 và 6.10.7.4.3 TCN khi có thể áp dụng được.
- Số lượng tính ra của các neo chống cắt không được nhỏ hơn số lượng yêu cầu để thỏa mãn trạng thái giới hạn cường độ quy định trong điều 6.10.7.4.4 TCN
6.2.2 Sức kháng mỏi của các neo chống cắt trong các mặt cắt liên hợp (6.10.7.4.2 TCN)
Bước neo chống cắt không được nhỏ hơn:
Q V
I p nZ
sr
≤ r
Trong đó:
p là bước của neo chống cắt dọc theo trục dọc (mm)
n là số lượng các neo chống cắt trong một mặt cắt ngang, n=4
I là mô men quán tính qua trục trung hòa của mặt cắt ngắn hạn với hệ số quy đổi BMC là 8. I=0.0526m4 (mô men quán tính của dầm ngoài)
Q là mô men thứ nhất của mặt cắt quy đổi đối với trục trung hòa của mặt cắt liên hợp ngắn hạn (mm3), Lưu ý: là mô men tĩnh của tiết diện chuyển đổi đối với trục trung hòa của tiết diện liên hợp ngắn hạn.Trong trường hợp này tiết diện chuyển đổi là tiết diện của bản mặt cầu.
Ta có: Q=0.375x0.250x(0.491+0.025+0.25/2)=0.06 m3 Zrsức kháng mỏi chịu cắt của một neo chống cắt riêng lẻ
2 0 . 38 2
2 d
d Zr =α ≥
Trong đó: α =238−29.5LogN=-18.582 (N=365x100x2x6800=496.4x106chu kỳ)
⇒ 2
19 38 582 . 2 18
0 .
38 2 2
2 d d
d
Zr =α ≥ =− × ≥ không thỏa
Vây ta có:
⇒ 19 19 6859
2 0 .
38 2 = × 2 =
= d
Zr N=6.859 kN
Vsr phạm vi lực cắt dưới tác dụng của hoạt tải gây mỏi cộng lực xung kích xác định cho trạng thái giới hạn mỏi.
*Biên độ lực cắt được xác định như sau:
- Biên độ lực cắt được tính để tìm sự khác biệt của lực cắt dương và lực cắt âm tại điểm do xe tải mỏi gây ra.
- Lực cắt được tính như sau: Lực cắt do xe tải mỏi gây ra có xét đến lực xung kích là 15%, nhân với hệ số phân bố ngang lớn nhất trên một làn xe thiết kế nhưng không kể hệ số làn xe (m=1.2) và nhân với hệ số tải trọng mỏi là 0.75 (γLL =0.75)
Theo quy định điều: 3.6.1.4.1 TCN, tải trọng tính mỏi là một xe tải thiết kế với các khoảng cách không đổi giữa các trục xe là: khoảng cách giữa hai trục 145kN là 9000mm, khoảng cách giữa trục 35kN và trục 145kN là 4300mm.
Các trường hợp xếp tải tại các mặt cắt x1, x2, x3, x4, x5, x6 để tính biên độ lực cắt như sau. Tính toán cho dầm ngoài vì lực cắt do dầm ngoài gây ra lớn hơn dầm trong.
* Tại mặt cắt x1
Lực cắt dương
- VLLtruck=145*1+145*0.684+35*0.548=264.81 kN - VLLlan=9.3*14.7=136.71 kN
- VLLpl=3*14.7= 44.1 kN
V+=0.75*0.6/1.2*(264.81*1.15+136.71+44.1)=182 kN Lực cắt âm : V-=0.00 kN
⇒Biên độ ứng suất tại mặt cắt x1=182 kN
* Tại mặt cắt x2
Lực cắt dương
- VLLtruck=253.73 kN
- VLLlan=9.3*13.7093=127.5 kN - VLLpl=3*13.7093= 41.13 kN
⇒ V+=0.75*0.6/1.2(253.73*1.15+127.5+41.13)=172.66 kN Lực cắt âm
- VLLtruck=4.93 kN
- VLLlan=9.3*0.017=0.16 kN - VLLpl=3*0.017= 0.051 kN
⇒ V+=0.75*0.6/1.2(4.93*1.15+0.16+0.051)=2.21 kN
⇒Biên độ ứng suất tại mặt cắt x2=2.21+172.66=174.87 kN
* Tại mặt cắt x3
Lực cắt dương
- VLLtruck=145*0.875+145*0.569+35*0.423=224.19 kN - VLLlan=9.3*11.2547=104.67 kN
- VLLpl=3*11.2547= 33.76 kN
⇒ V+=0.75*0.6/1.2(224.19*1.15+104.64+33.76)=148.4 kN
Lực cắt âm
- VLLtruck=145*0.125=18.13 kN - VLLlan=9.3*0.23=2.14 kN - VLLpl=3*0.23= 0.69 kN
⇒ V-=0.75*0.6/1.2(18.13*1.15+2.14+0.69)=8.88 kN
⇒Biên độ ứng suất tại mặt cắt x3=8.88+148.4=157.28 kN * Tại mặt cắt x4
Lực cắt dương
- VLLtruck=145*0.75+145*0.444+35*0.297=183.53 kN - VLLlan=9.3*8.2687=76.9 kN
- VLLpl=3*8.2687= 24.81 kN
⇒ V+=0.75*0.6/1.2(183.53*1.15+76.9+24.81)=117.3 kN Lực cắt âm
- VLLtruck=145*0.25=36.25 kN - VLLlan=9.3*0.92=8.56 kN - VLLpl=3*0.92= 2.76 kN
⇒ V-=0.75*0.6/1.2(36.25*1.15+8.56+2.76)=19.88 kN
⇒Biên độ ứng suất tại mặt cắt x4=19.88+117.3=137.18 kN
* Tại mặt cắt x5
Lực cắt dương
- VLLtruck=145*0.625+145*0.319+35*0.173=142.94 kN - VLLlan=9.3*5.7422=53.40 kN
- VLLpl=3*5.7422= 17.23 kN
⇒ V+=0.75*0.6/1.2(142.64*1.15+53.4+17.23)=87.99 kN Lực cắt âm
VLLtruck=97.59 kN
VLLlan=9.3*2.07=19.25 kN VLLpl=6.21 kN
⇒V-=48.2 kN
⇒Biên độ ứng suất tại mặt cắt x5 là: 48.2+87.99=136.19 kN
*Tại mặt cắt x6
- VLLtruck=145*0.5+145*0.194+35*0.048=102.31 kN - VLLlan=9.3*3.675=34.18 kN
- VLLpl=3*3.675= 11.03 kN
⇒V+=V-=0.75*0.6/1.2(102.31*1.15+34.18+11.03)=61.07
⇒Biên độ lực cắt tại mặt cắt x6 là: 61.07x2=122.14 kN
Mặt cắt Biện độ lực cắt (kN) Bước neo p (mm)
x1 182 132.16
x2 174.87 137.5
x3 157.28 152.9
x4 137.18 175.3
x5 136.19 176.59
x6 122.14 196.9
Chọn bước neo thiết kế là: p=125mm bố trí suốt chiều dày nhịp Số lượng neo bố trí là: n=4x(30000/125)=960 neo đinh.
6.2.3 Trạng thái giới hạn cường độ (6.10.7.4.4a TCN)
Sức kháng tính toán của các neo chống cắt Q phải được lấy như sau:
n sc
r Q
Q =ϕ (6.10.7.4.4a-1 TCN) Trong đó:
ϕsclà hệ số sức kháng đối với các neo chống cắt theo quy định trong điều 6.5.4.2 TCN, ϕsc=0.85
Qnsức kháng danh định quy định trong điều 6.10.7.4.4c TCN
Sức kháng cắt danh định của một neo đinh chịu cắt được bọc trong bản bê tông lấy như sau:
u sc c c sc
n A f E A F
Q =0.5 ' ≤ Trong đó:
Asc là diện tích mặt cắt ngang của neo đinh chịu cắt, Asc=283.53 mm2 Ec là mô đun đàn hồi của bê tông, Ec=27691.47 Mpa
'
fc là cường độ chịu nén 28 ngày của bê tông bản mặt cầu, fc'=30Mpa Fu là cường độ kéo nhỏ nhất quy định của neo, Fu=400 Mpa
⇒Qn =0.5Asc fc'Ec =129.2kN ≤ AscFu =113.41kN
⇒ Chọn Qn =113.4kN
⇒Qr =ϕscQn =0.85×113.4=96.39kN
Số lượng neo chống cắt bố trí giữa mặt cắt mô men dương lớn nhất và điểm có mô men bằng 0 không được nhỏ hơn.
r h
Q n= V Trong đó:
Vhlà lực cắt nằm ngang danh định theo quy định trong điều 6.10.7.4.4b TCN
s c
h f bt
V =0.85 ' =0.85x30x0.25x103x2.8=17850kN
Số lượng neo yêu cầu chống cắt bố trí giữa mặt cắt mô men dương lớn nhất và điểm có mô men bằng 0 không được nhỏ hơn là:
Q neo n V
r
h 186
39 . 96 17850
=
=
= đinh chống cắt
Như vậy tối thiểu cần 186 neo cho TTGH CĐ.
Vậy: chọn 960 neo đinh bố trí thành bốn hàng, với bước neo là 125mm chạy suốt chiều dài nhịp cầu.