Để chọn hình thức kết cấu cầu máng trong điều 5.3.5 của tiêu chuẩn SL 482- 2011 quy định như sau: " Hình thức kết cấu về vịng vịm chính xây lát của cầu máng kiểu vịm cĩ các loại như vịm bản, vịm sườn, vịm hình hộp v..v..., cần căn cứ quy mơ cầu máng, nhịp vịng vịm, vật liệu xây dựng và phương pháp thi cơng để lựa chọn hình thức hợp lý, đồng thời phải phù hợp các yêu cầu sau đây :
- Khẩu độ vịng vịm chính nên lấy từ 30m đến 40m. Tỉ suất an tồn (tỉ lệ giữa chiều rộng vịng vịm chính với khẩu độ) nên lấy theo các trị số sau: đối với vịm bản, vịm sườn 1/6 ~ 1/3, đối với vịm hộp, vịm giá đỡ 1/10 ~ 1/6, đối với vịm xà ngang 1/8~1/4.
- Chiều rộng vịng vịm chính nên lấy bằng chiều rộng kết cấu thân máng.Tỉ lệ giữa chiều rộng vịng vịm chính với khẩu độ khơng nên nhỏ hơn 1/20, đối với cầu máng cĩ khẩu độ lớn nhưng lưu lượng nhỏ cũng khơng nên nhỏ hơn 1/30. Khi khẩu độ vịm đơn khơng lớn hơn 40m nên dùng vịng vịm chính mặt cắt đều, khi lớn hơn 40m thì nên dùng vịng vịm chính mặt cắt thay đổi dần theo độ cao từ đỉnh vịm đến chân vịm.
28
- Tuyến trục vịm của vịng vịm chính nên tiếp cận với tuyến áp lực do tải trọng gây ra trong thời gian cầu máng vận hành bình thường, trên mặt cắt vịng vịm khơng được phát sinh ứng suất kéo và ứng suất nén khơng đều.
- Đỉnh vịm của vịng vịm chính nên hơi thấp hơn hoặc tiếp xúc vởi mặt đáy thân máng.
- Vịng vịm chính của vịm bản cĩ thể lấy mặt cắt ngang kiểu đặc hoặc kiểu hồm rỗng. Chiều dày bản đỉnh, bản đáy của vịng vịm chính vịm bản kiểu rỗng khơng được nhở hơn 8 cm, chiều dày bản bụng hai bên khơng được nhở hơn 9 cm, diện tích rỗng ở bụng hịm nên bằng 50% ~ 70% tồn mặt cắt hịm.
- Vịng vịm kiểu vịm sườn cĩ thể áp dụng kết cấu vịm sườn kiểu phân cách khơng bản lề, hai hoặc ba bản lề, mặt cắt ngang vịm sườn cĩ thể dùng hình chữ nhật, hình chữ I hoặc hình hộp. Chiều dày đỉnh vịm ở vịm sườn mặt cắt chữ nhật nên lấy bằng 1/60 ~ 1/40 khẩu độ vịm, tỉ lệ giữa độ cao và độ rộng của mặt cắt nên từ 1/5 ~ 2.5, giữa các sườn vịm theo chiều dọc cứ cách một cự ly nhất định, và tại các vị trí đặt thanh đỡ và đặt khớp nối trên sườn vịm nên đặt các dầm ngang liên kết cứng với sườn vịm. Độ dài cạnh nhỏ nhất của mặt cắt các dầm ngang khơng được nhỏ hơn 1/15 chiều dài của chúng. Khoảng cách giữa các thanh đỡ trên sườn vịm cĩ thể lấy từ 3 đến 6 m, hoặc lấy bằng 15 lần độ rộng sườn vịm.
- Độ vượt vịm bụng của cầu máng kiểu vịm bụng tường ngang, rỗng nên bằng 1/15 ~ 1/8 độ vượt của vịng vịm chính. Khi độ vượt của vịng vịm chính lớn thì lấy trị số nhỏ.Vịm bụng cĩ thể làm vịm đơn trịn hoặc bán trịn cĩ độ dày đều. Độ dày vịm bụng bằng đá xây vữa khơng được nhỏ hơn 30 cm, bằng bê tơng khơng được nhỏ hơn 15 cm.
- Cần đặt khe biến dạng đứng giữa 2 đầu kết cấu trên vịm của vịm bụng đặc với đài máng, khi khẩu độ vịng vịm chính lớn cần đặt khe biến dạng hướng đứng tại vị trí đỉnh vịm, tại bộ phận phía trên của đỉnh trụ máng ở cầu máng kiểu vịm bụng đặc cần đặt khe biến dạng hướng đứng. Tại lỗ bụng tiếp giáp giữa cầu máng kiểu bụng rỗng với đài mố trụ cần làm vịm ba bản lề, các vịm bụng khác nên dùng vịm ba bản lề hoặc hai bản lề. Kết cấu phía trên các mặt cắt bản lề đều nên đặt khe biến dạng đứng.
29
- Giữa vịng vịm chính của vịm khơng bản lề với đài trụ cần dùng liên kết cứng. Trên nền đất mềm chưa được xử lý tốt thi khơng được sử dụng kết cấu vịm khơng khớp nối. Việc thiết kế kết cấu khớp nối trên vịng vịm chính vịm 3 khớp hoặc 2 khớp cần đảm bảo tác dụng của khớp nối.
- Vịng vịm chính của cầu máng kiểu vịm xây dựng ở vùng giá lạnh, cần cĩ tỉ suất an tồn tương đối lớn và hệ số trục vịm tương đối nhỏ, các kiến trúc trên vịm và giải pháp cấu tạo cần đáp ứng được yêu cầu biến dạng nhiệt tương đối lớn’’.
Trong điều 5.3.6 của tiêu chuẩn SL 482-2011quy định như sau: "Cầu máng kiểu dầm và khung kiểu dầm cần đảm bảo các yêu cầu sau đây :
- Khung đỡ kiểu dầm nên lấy tỉ suất an tồn bằng 1/10 ~ 1/5, cự ly giữa các khung đỡ từ 4 ~ 6 m.
- Khung đỡ kiểu dầm thường lấy tỉ suất an tồn bằng 1/6 ~ 1/3, vị trí các thanh đứng cần bố trí sao cho trị số mơ men uốn hướng dọc của thân máng giữa các đoạn gần bằng nhau và khoảng cách giữa chúng khơng nên nhỏ dưới 5m. Tuyến trục vịm cong trên của khung đỡ kiểu dầm hạ nên dùng đường parabon bậc 2 ( hoặc dùng vịm tuyến gãy hoặc khung cong bình hành ), tỉ suất an tồn cao nên lấy từ 1/10 ~ 1/5.
- Tuyến trục thanh huyền hình vịm của vịm khung đỡ nên dạng đường parapol bậc 2 hoặc đường zích zắc. Khoảng cách giữa các khung đỡ nên bằng 1/15 ~ 1/10 chiều dài nhịp, chiều rộng mặt cắt các thanh vịm khung đỡ nên bằng 20~50 cm, chiều cao mặt cắt thanh huyền dưới của khung đỡ kiểu vịm trên nên bằng 1/85 ~ 1/70 khẩu độ máng, tỉ suất độ cứng giữa thanh huyền dưới và thanh huyền trên nên lớn hơn 6, tỉ suất độ cứng giữa thanh bụng và thanh huyền trên nên nhỏ hơn 1. Tỉ suất độ cứng của thanh huyền trên và dưới của khung đỡ vịm kiểu vịm kép nên lấy từ 3 ~ 4, chiều rộng mặt cắt thanh đứng khơng được lớn hơn chiều cao mặt cắt thanh huyền dưới. Kích thước các thanh vịm khung đỡ giữa và dưới cĩ thể tham khảo các quy định trên.
- Giữa các tấm khung đỡ nên dùng thanh liên kết theo phương ngang để liên kết cứng thành kết cấu hồn chỉnh.
30
Trong điều 5.3.7của tiêu chuẩn SL 482-2011 quy định như sau: “ Các kết cấu chịu lực phía dưới như khung xếp, mố máng hoặc chân mố trụ cần phù hợp các quy định dưới đây :
- Khi chiều cao khung xếp nhỏ dưới 20 m thì dùng khung đơn, khi cao từ 20 đến 35m thì dùng khung kép. Khung xếp kiểu chữ A thì nên bố trí trên một hướng thuận theo hướng cầu máng hoặc theo hướng ngang của cầu máng. Phần dưới của khung xếp phía chịu tác dụng dịng nước xĩi nên dùng trụ đặc kiểu trọng lực (mố trụ kiểu hỗn hợp) hoặc trụ trọng lực tồn bộ. Ở cầu máng mà nền xử lý bằng nền cọc thì nên dùng giá máng kiểu trụ cọc. Tải trọng tác dụng thẳng đứng trên khung xếp sẽ tổ hợp vào trung tâm thơng qua khung xếp, giữa đáy trụ khung xếp và nền hoặc trụ trọng lực cần được liên kết cố định, khi cĩ yêu cầu đặc biệt cĩ thể liên kết kiểu bản lề.
- Khi trụ máng kiểu trọng lực cĩ chiều cao từ 8 đến 15m thì nên dùng trụ đặc đá xây hoặc bê tơng, khi cĩ chiều cao từ 15m đến 40m thì dùng trụ trọng lực rỗng bụng bằng bê tơng hoặc bê tơng cốt thép. Chiều dày thành trụ của trụ trọng lực rỗng bụng BTCT khơng được nhỏ dưới 30 cm, với trụ bê tơng khơng được nhỏ dưới 50 cm. Dưới mũ của trụ rỗng bụng nên đặt một đoạn quá độ bụng đặc. Trong trụ rỗng bụng, cứ cách 2.5 ~ 4.0 m theo chiều cao tùy tình hình phân bố ứng suất bố trí tấm bản hoặc dầm ngang bằng bê tơng cốt thép dạng nằm ngang, hoặc đặt tấm bản cách thẳng đứng theo hướng dọc.
- Đối với cầu máng kiều liên vịm đa nhịp cứ cách 3 ~ 5 nhịp đặt một trụ gia cường. Chiều dày ở đỉnh trụ giữa bằng bê tơng ở cầu máng kiểu vịm cĩ nhịp vịm 2 đầu đối xứng nên lấy bằng 1/25~ 1/15 nhịp vịm, trụ giữa bằng đá xây thì chiều dày đỉnh mố trụ giữa nên lấy bằng 1/20~1/10 nhịp vịm, và khơng được nhỏ dưới 80 cm. Khi nhịp vịm 2 đầu khơng đối xứng thì cần phải căn cứ điều kiện chịu lực của nền và thân trụ để điều chỉnh cao trình và tỉ suất an tồn của chân vịm (và đỉnh trụ) ở vịm 2 đầu.
- Đối với đài máng cần căn cứ các điều kiện về địa chất và cao độ đài máng để chọn hình thức kết cấu phù hợp như loại nhẹ, loại trọng lực , hình chữ U , hình hịm, hoặc tổ hợp bản cọc v..v...Việc bố trí phải đảm bảo các yêu cầu về ổn định,
31
sức chịu tải và lún của nền. Đài máng loại nhẹ và loại trọng lực cĩ chiều cao khơng nên lớn hơn 5 m, phía lưng thân đài cần bố trí hệ thống lọc ngược tập trung nước và các lỗ tiêu nước giảm áp. Đất đắp ở lưng đài cần cĩ yêu cầu về hệ số đầm nén thiết kế. Trên bề mặt đài cần cĩ biện pháp tiêu thốt và chống xĩi nước mưa ”.
Trong điều 5.3.8 của tiêu chuẩn SL 482-2011 quy định như sau: " Hình thức mố của thân máng kiểu dầm nhánh đơn nên lấy đầu phía cao trình thấp làm mố cố định, đầu kia làm mố di động. Đối với thân máng kiểu dầm nhánh đơn nhiều nhịp, cần bố trí mố cố định và mố di động xen nhau. Phần đỉnh trụ ( giá cầu) máng cùng mố nên cùng hình thức mố cùng một bên …. Mố cố định ở cầu máng loại vừa và nhỏ nên dùng mố bản thép phẳng hoặc mố cao su tấm, mố động nên dùng mố bản thép tiếp tuyến hoặc mố cao su kiểu tấm động. Mố cố định ở cầu máng lớn nên dùng mố cao su kiểu chậu, mố động nên dùng mố động cao su kiểu chậu đơn hướng hoặc nhiều hướng ”.
2.2.3 Về tính tốn thủy lực.[17]
Về tính tốn thủy lực trong điều 5.4.1 của tiêu chuẩn SL 482-2011 quy định như sau: " Nội dung tính tốn thủy lực bao gồm việc chọn độ dốc dọc thân máng, xác định kích thước mặt cắt thân máng, thơng qua tính tốn đường mặt nước để xác định cao trình dọc đáy máng, cụ thể cần phù hợp các quy định sau đây :
- Độ dốc đáy máng phải dốc đều (trừ cầu máng tháo lũ), lưu tốc thiết kế trong máng nên từ 1.0 ~ 2.5 m/s.
- Mặt cắt thân máng phải đảm bảo yêu cầu khi tăng lưu lượng dẫn vẫn cĩ đủ độ vượt cao ở thành máng. Độ vượt cao ở máng mặt cắt chữ nhật khi dẫn lưu lượng thiết kế cần khơng được nhỏ hơn 1/12 độ sâu nước trong máng cộng thêm 0.05 m, ở máng mặt cắt chữ U khơng được nhỏ hơn 1/10 đường kính thân máng. Khi dẫn lưu lượng tăng lớn thì độ chênh giữa mực nước trong máng với đỉnh thân máng khơng cĩ thanh giằng hoặc với đáy thanh giằng ở máng cĩ thanh giằng khơng được nhỏ dưới 0.1 m. Độ sâu nước trong máng ở đoạn tuyến tim máng lượn cong trên mặt phẳng cần lấy độ sâu nước lớn nhất trong máng tại đoạn máng cong. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
32
- Việc tính tốn đường mực nước cần tính trước tổng độ dốc mặt nước trong máng khi dẫn lưu lượng thiết kế, nếu trị số này hơi nhỏ hơn hoặc bằng trị số cho phép theo quy hoạch hệ thống kênh phân cho cầu máng, căn cứ vào đĩ để sơ bộ xác định cao trình đáy máng tại đầu, cuối thân máng và đáy kênh tại cửa ra cùa cầu máng. Khi dẫn lưu lượng tăng lớn thì trị số mực nước dềnh khi vào máng tính tốn từ cao trình đáy kênh tại cửa ra của càu máng khơng được vượt quá 1% ~ 3% độ sâu nước trong kênh tại trước cần máng, mặt nước trong máng khơng được cĩ hiện tượng hạ thấp hoặc dâng cao tương đối lớn, nếu khơng phải tiến hành tính tốn lại theo các bước trên.
- Cao trình đáy tại đầu ra của cầu máng xây dựng ở vùng hàn đới giá lạnh nên cao hơn cao trình đáy kênh tại đĩ, hoặc nếu khơng thì cần lắp một van xả đáy tại đầu ra của máng.
- Các cơng thức tính tốn thiết kế về thủy lực xem phụ lục B.1 của tiêu chuẩn.
- Xĩi lở ở chần trụ cầu máng bao gồm xĩi lở diễn biến tự nhiên ở lịng sơng, xĩi lở bình thường và xĩi cục bộ ở mặt cắt sơng dưới máng, các phương pháp và cơng thức tính tốn xem các quy định ở chương 7 JTG C30 - 2002”.
Trong điều 5.4.2 quy định : " Đối với cầu máng quan trọng, loại lớn, các vấn đề về năng lực dẫn nước, các tổn thất đầu nước, trạng thái biễn biến đường mặt nước và các biện pháp phịng chống các hiện tượng gây sĩng, xốy nước, dềnh nước, rơi nước cĩ thể xảy ra trong máng thì phải được luận chứng thơng qua các thí nghiệm mơ hình thủy cơng’’.
Trong điều 5.4.3 quy định : " Khi cĩ các thay đổi về vật liệu sử dụng để mở rộng, cải tạo thân cầu máng hoặc gia cố lịng sơng (kênh) dưới cầu máng cần tính tốn kiểm tra các trị số về hệ số nhám thay đổi’’.
2.2.4 Về tính tốn thiết kế kết cấu cầu máng. [17]
Trong điều 5.5.1 quy định về thiết kế kết cấu cầu máng như sau: " Kết cấu cầu máng cần thỏa mãn các yêu cầu về cường độ, độ cứng, tính ổn định, độ bền, chống
33
hoặc hạn chế nứt nẻ, cầu máng ở vùng giá lạnh cần cĩ yêu cầu về tính chống đơng theo quy định QP SL 211- 2006.
Trong điều 5.5.2 quy định như sau: " Cầu máng cĩ các bộ phận cấu kiện độc lập nhau như kết cấu dẫn nước ở trên, kết cấu giằng đỡ ở dưới và nền mĩng thì cần căn cứ quan hệ truyền lực và hình thức kết cấu cụ thể của các bộ phận để phân tích kết cấu từng bộ phận. Cầu máng kiểu vịm kết hợp và các loại cầu máng khác mà thân máng bên trên cùng liên kết chịu lực với các kết cấu bên dưới thì cần tiến hành phân tích kết cấu theo dạng kết cấu chỉnh thể ”.
Trong điều 5.5.3 quy định về các tải trọng tác dụng lên cầu máng : " Các tải trọng tác dụng trên cầu máng cĩ thể chia làm 3 loại là tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời và tải trọng đặc biệt ”.
Trong điều 5.5.5 quy định về tổ hợp tải trọng như sau : " Khi thiết kế cần tiến hành tổ hợp các tải trọng cĩ thể đồng thời tác dụng lên cầu máng. Đối với cầu máng quan trọng, đặc biệt khi cần thiết phải xem xét các tổ hợp tải trọng bất lợi khác cĩ thể cĩ ”.
Trong điều 5.5.6 của tiêu chuẩn SL 482-2011 quy định về tính tốn thiết kế cầu máng như sau: "Nội dung tính tốn kết cấu thân cầu máng kiểu dầm chủ yếu bao gồm: tính tốn nội lực trên mặt cắt theo phương dọc và phương ngang, kiểm tra cường độ trên mặt cắt ngang và mặt cắt xiên, kiểm tra chống nứt (hoặc hạn chế nứt) và kiểm tra độ võng. Phải căn cứ vào hình thức cụ thể của kết cấu để lựa chọn phương pháp tính tốn tương ứng phù hợp với qui định sau:
- Với cầu máng chữ nhật (bao gồm cả chữ U), nếu tỷ số giữa nhịp và bề rộng khơng nhỏ hơn 4 cĩ thể tính theo lý thuyết dầm, nếu tỷ số giữa nhịp và bề rộng nhỏ hơn 4 phải dùng phương pháp lý thuyết đàn hồi, giải bài tốn khơng gian, thân cầu máng cấp 4, cấp 5 cũng cĩ thể tính tốn gần đúng theo lý thuyết dầm.
- Khi tỉ số chiều dài nhịp với chiều rộng thân máng khơng lớn hơn 5, thì cần thiết kế theo cấu kiện chịu uốn sâu. Nội lực của cấu kiện chịu uốn sâu nhịp đơn cĩ thể tính theo dầm đơn thơng thường. Nội lực của cấu kiện uốn sâu liên tục, khi tỉ số