Quy trình BCH 32-78 do Viện Nghiên cứu và Khảo sát thiết kế đường quốc gia Liên bang Nga và Viện nghiên cứu đường Bê la rut lập.
2.2.1.1. Các bài toán được giải quyết trong quy trình bao gồm:
v Xác định khả năng chịu hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn của kết cấu nhịp. Trị số này được sử dụng làm cơ sở để cắm các biển báo tải trọng cho cầụ
v Xác định khả năng thông qua của kết cấu nhịp với một xe nặng.
v Sức chịu tải của kết cấu nhịp biểu thị qua hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn (đoàn xe) và tải trọng xe nặng đơn chiếc.
v Khả năng chịu tải của kết cấu nhịp được lấy theo khả năng chịu tải của bộ phận kết cấu yếu nhất (dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầụ.).
2.2.1.2. Nội dung chính và trình tự các bước xác định khả năng chịu tải của kết cấu nhịp bao gồm:
v Khảo sát hiện trạng công trình và thu thập số liệu qua hồ sơ kỹ thuật.
v Xác định những tiết diện tính toán trong các bộ phận kết cấu và xác định nội lực tới hạn tại các tiết diện đó theo điều kiện cường độ và độ bền chống nứt.
v Xác định nội lực cho phép [S]cp do hoạt tải tại các tiết diện tính toán, tức là nội lực tối đa cho phép đạt đến tại tiết diện khi chịu hoạt tải có xét đến tĩnh tải của kết cấụ
v Thử nghiệm kết cấu nhịp nhằm hoàn chỉnh sơ đồ tính toán của kết cấu nhịp trong những trường hợp cần thiết.
v Tính toán với các hoạt tải bất lợi trên sơ đồ tính đã hoàn chỉnh để xác định nội lực Sht do hoạt tải đó gây ra trong các tiết diện lựa chọn. Khả năng chịu tải của kết cấu nhịp được lựa chọn phải thoả mãn điều kiện Sht≤ [s]cp.
v Trong trường hợp có đầy đủ hồ sơ kỹ thuật, có thể xác định được toàn bộ kích thước, tình trạng hư hỏng của công trình thì được phép xác định sức chịu tải bằng khảo sát và tính toán mà không cần thử nghiệm.
v Khi xây dựng mô hình tính toán cần xét đến kích thước, tình trạng thực tế của các bộ phận kết cấu và sự phân bố tải trọng thực tế do hoạt tải giữa các cấu kiện. Các hệ số vượt tải, xung kích, hệ số làn xe ứng với đoàn xe và xe đơn chiếc lấy theo quy trình thiết kế.
Với kết cấu BTCT sức chịu tải của kết cấu nhịp được tính toán từ
điều kiện cường độ và độ bền chống nứt của các cấu kiện của nó. Khi có
kết cấu nhịp đã có vết nứt rộng hơn 0,2 mm hay cầu tạm). Đối với xe nặng đơn chiếc chỉ kiểm toán theo điều kiện cường độ.
2.2.2.Kiểm tra thu thập số liệu hiện trạng cầu :
Khi khảo sát, thu thập số liệu về cầu cần xác định các thông số sau:
v Xác định năm thiết kế, xây dựng và hoạt tải thiết kế theo hồ sơ kỹ thuật hay tài liệu lưu trữ.
v Cấu tạo hình học đầy đủ của kết cấu nhịp.
v Thiết kế điển hình đã dùng để xây dựng cầu (nếu có).
v Các tài liệu, hồ sơ quản lý khai thác, hồ sơ kiểm định các lần trước.
v Bố trí cốt thép, số lượng và chủng loại theo hồ sơ thiết kế, hồ sơ hoàn công hay chụp ảnh xuyên.
v Mác bê tông thiết kế và thực tế.
v Những hư hỏng ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và cách điều chỉnh mô hình tính toán trình bày trong bảng 2.1. Những hư hỏng này thu thập bằng cách đo trực tiếp trên cầụ
Bảng 2.1 Dạng hư hỏng điển hình và cách mô hình hoá
TT Dạng hư hỏng Cách mô hình hoá
1 Vỡ, rỗ ở vùng chịu nén của bê tông dầm hay bản bụng
Giảm bề rộng vùng chịu nén hay chiều cao bụng
2 Suy giảm bê tông bản cánh hay bản bụng vùng chịu nén
Giảm mác bê tông
3 Cốt thép gỉ hay huỷ hoại do tác động cơ học Giảm diện tích cốt thép 4 Võng dầm dự ứng lực mà không có vết nứt Giảm lực căng trước 5 Thiếu độ dính bám giữa các bó thép DƯL và bê tông
Tính toán dầm như thanh căng cứng
ghép, vết nứt rộng hơn 0,2 mm, chất lượng thấp của bê tông chèn trong các cấu kiện BTCT lắp ghép
hưởng ngang thực tế của các hệ số phân bố nội lực giữa các dầm chủ
2.2.3. Xác định nội lực cho phép do hoạt tải gây ra trong các tiết diện của các cấu kiện trong kết cấu nhịp : các cấu kiện trong kết cấu nhịp :
v Nếu sức chịu tải được tính cho xe đơn chiếc (xe xích hay xe bánh) thì nội lực do hoạt tải gây ra tính theo các công thức sau:
• Theo điều kiện cường độ :
[ ] ghI g. g k S n s S n − = ∑ (2.2)
• Theo điều kiện độ bền chống nứt :
[ ] 0,8 III gh g S s S − = ∑ (2.3) Trong đó : I gh
S - Nội lực giới hạn (mômen uốn, lực cắt ..) mà tiết diện của cấu kiện phải chịu theo điều kiện cường độ;
III gh
S – Nội lực giới hạn cho tiết diện của cấu kiện theo điều kiện độ bền chống nứt;
ng – Hệ số vượt tải;
Sg - Nội lực tiêu chuẩn trong tiết diện cấu kiện, gây ra do tĩnh tải thực tế của kết cấu
nk - Hệ số vượt tải của tải trọng đơn chiếc.
Trị số tính toán [S] sẽ là trị số nhỏ nhất trong hai trị số tính toán trên.
v Nếu sức chịu tải được tính cho đoàn xe thì nội lực cho phép do hoạt tải gây ra tính theo các công thức sau:
• Theo điều kiện cường độ :
[ ] . . .(1 ). I gh d d t t a S n s n s S n à ε − − = + ∑ (2.4)
• Theo điều kiện độ bền chống nứt
[ ] SghIII sg nt
S
ε
− −
Trong đó:
nt, St – Hệ số vượt tải và nội lực tiêu chuẩn trong các tiết diện của cấu kiện do tải trọng người đi trên lề bộ hành.
na, (1+à), ε – Hệ số vượt tải, hệ số xung kích và hệ số làn xe đối với đoàn xẹ Các giá trị này được lấy tương tự như quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cầu CH 200-62.
Các ký hiệu khác như phần trên.
v Trong các cấu kiện BTCT thường, giá trị mômen uốn giới hạn trong tiết diện xác định theo công thức:
[ ]. . I gh u f v a Ru M M m m σ = (2.6)
Trong công thức trên giá trị mô men uốn giới hạn được xác định là giá trị tính toán thiết kế có kể đến bộ phận tính toán và hư hỏng thực tế, ở đây:
Mu – mômen uốn toàn phần trong tiết diện cấu kiện, tính theo tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành;
Ru – cường độ tính toán của cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế sử dụng; mf – Hệ số xét đến hư hỏng của tiết diện cấu kiện, nếu không có hư hỏng nf=1,0;
[σa] – ứng suất cho phép trong cốt thép theo tiêu chuẩn của năm thiết kế; mv - hệ số làm việc đối với cấu kiện của hệ lưới dầm của cầu đổ tại chỗ có xét đến hiệu ứng vòm (bảng 2.2);
Bảng 2.2 Hệ số làm việc của cấu kiện
Cấu kiện và đặc trưng của nó mv Bản mặt cầu với tỉ số giữa các cạnh 2/3 < a/b < 3/2 1,25 Bản mặt cầu với tỉ số cạnh ngắn trên cạnh dài 2/3 < a/b < 3/2 1,10 Các nhịp giữa của các dầm phụ nhiều nhịp ngang và dọc 1,20 Dầm ngang một nhịp và các dầm biên của dầm phụ nhiều nhịp ngang và
dọc
v Tại các tiết diện gối của các cấu kiện chịu uốn bằng BTCT thường khi không có số liệu về cốt thép thì lực cắt giới hạn được xác định như sau:
[ ] [ ] 2 . . . . . . . sin . . . . . 0,12 0,8 0,8 2 a tx tx a d d u gh a tx a hh a d a hh a tx a d R Q R Q R bh Q m m C m m C h C h α σ σ = + + (2.7) Trong đó:
mạtx, mạd - Hệ số điều kiện làm việc đối với thanh xiên và cốt đai
Rạtx, Rạd – cường độ tính toán của cốt thép đối với thanh xiên và cốt đai Ru – cường độ chịu nén thực tế của bê tông khi uốn.
[σa]tx, [σa]d – ứng suất cho phép đối với thanh xiên và cốt đai theo tiêu chuẩn của năm thiết kế
h, b – chiều cao tiết diện ngang của cấu kiện và bê tông bản bụng
α - Góc, tính bằng radian, lấy bằng π/4 với dầm và π/6 với bản c = γ.h – chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng tới hạn
[ ]. [ ]. . . sin 1, 25 . . . . . 2 0,12 a tx a d a tx tx a d d a tx a d u B A R R A m Q m Q B R bh γ α σ σ = = + =
Qtx, Qd - lực cắt truyền lên thanh xiên và thép đai mạhh - hệ số có xét đến hư hỏng.
v Mômen uốn, ứng với trị số tiêu chuẩn của độ mở rộng vết nứt trong tiết diện của cấu kiện khi không có hư hỏng và thiếu số liệu về cốt thép được xác định theo công thức:
• Đối với thép trơn:
[ ] 1 2 . . III a gh u r a E M M R ψ σ ∆ = (2.8) • Đối với thép có gờ: [ ] 2 . . 3 III a gh u a r E M M R σ ψ ∆ = (2.9)
Trong đó:
∆ = 0,02 cm – trị số giới hạn của độ mở rộng vết nứt
ψ1, ψ2 – các thông số lấy theo quy trình
r r F R nd = – bán kính đặt cốt thép [ ] 2 0, 6. u a M n d h σ
= - số lượng bình quân các thanh cốt thép chịu lực Fr – diện tích vùng tác động của cốt thép [σa], Mu – như phần 1.3.3 d - đường kính cốt thép (cm) Nếu III gh M lớn hơn trị số I gh M theo (2.5) thì lấy I gh M = III gh M
v Lực cắt đối với các cấu kiện BTCT thường theo điều kiện giới hạn trị số ứng suất kéo xác định theo công thức:
QghIII =R b z mcko . . bh (2.10) Trong đó:
Rcko = ứng suất kéo chính giả định của bê tông lấy theo tiêu chuẩn. z = 0,765h – tay đòn của ngẫu nội lực
b, h – chiều rộng bản bụng và chiều cao dầm. mbh – hệ số lấy theo (2.5)
v Các hệ số xét đến hư hỏng thực tế của kết cấu, xác định theo công thức:
mf = mab. mbh (2.11) Trong đó:
mah = (1 - 4δ/d) – hệ số xét đến hư hỏng của cốt thép
mbh = z 1/ z1 – hệ số có xét đến sự thay đổi của mác bê tông so với mác thiết kế hoặc có sự nứt vỡ của bê tông ở mặt chịu nén
δ - chiều sâu gỉ ăn mòn cốt thép d - đường kính cốt thép
z = 0,765h – tay đòn của ngẫu nội lực
z 1, z1 – cánh tay đòn nội ngẫu lực ứng với hai trường hợp:xét giá trị thực tế và xét giá trị thiết kế của các đại lượng: mác bê tông, chiều rộng mặt chịu nén, diện tích cốt chịu lực và chiều cao chịu lực của tiết diện.
2.2.4.Xác định mô men uốn và lực cắt trong tiết diện các cấu kiện của kết cấu nhịp : cấu nhịp :
Mômen uốn Mu và lực cắt Q được xác định bằng trị số nội lực lớn nhất trong tất cả các tổ hợp chính của hoạt tải và tĩnh tải thẳng đứng theo tiêu chuẩn thiết kế tương ứng.
Sơ đồ và kích thước của hoạt tải thẳng đứng, quy tắc bố trí hoạt tải, hệ số làn xe, hệ số động lực lấy theo tiêu chuẩn thiết kế tương ứng.
Nội lực trong bản mặt cầu được xác định cho một đơn vị chiều rộng của tiết diện ngang. Tải trọng do lực tập trung P tác dụng lên một đơn vị diện tích a x b được phân bố qua lớp mặt có chiều dày H trên bề mặt bản xuống một diện tích có các cạnh là a1 = a + 2H và b1= b + 2H .
Các bản tựa trên các dầm dọc và dầm ngang có tỉ lệ chiều dài bản trên chiều rộng bản lớn hơn 2 được xem như bản dầm với nhịp dọc theo cạnh ngắn. Khi tính toán mô men uốn giữa nhịp lb hoặc la, chiều rộng làm việc a hoặc b của bản dầm lấy như sau: nếu trên bản có một tải trọng hoặc nhiều tải trọng mà chiều rộng tác dụng của chúng không đè lên nhau, thì khi bản làm việc với nhịp lb lấy a = a1+l3/h nhưng không bé hơn 2/3 lb. Còn khi bản làm việc với nhịp la (hình 1.2b) lấy b = b1+l3/3 nhưng không bé hơn 2/3 la, còn nếu trên bản có một số tải trọng và chiều rộng tác động của chúng đè lên nhau thì khi bản làm việc với nhịp lb (hình 1.2.b) lấy b=c1+b1+la/3 nhưng không bé hơn c+c1; đồng thời trong tính toán lấy tổng trọng lượng các tải trọng trong phạm vi chiều rộng làm việc.
Khi tính toán lực cắt ở các tiết diện gối, chiều rộng làm việc a hoặc b của bản dầm lấy riêng cho từng tải trọng tuỳ theo vị trí của nó dọc theo nhịp tính toán, sau đó lấy tổng các nội lực của các tải trọng này (hình 1.4 a,b): a = e nhưng không bé hơn 2/3 lb; a = a1+lb/3 nhưng không bé hơn 2/3 lb; b= c+c1 nhưng không bé hơn 1/3 lb; b= c1+b1+la/3 nhưng không lớn hơn c+c1.
Chiều rộng làm việc của bản công xôn với tải trọng đặt cách chân công xôn một đoạn c (hình 1.5) lấy bằng a = a1+0,8 c nhưng không bé hơn 1,5 c
Nội lực trong các bản dầm (trừ bản công xôn) xác định theo bảng 2.3. Bảng 2.3 Nội lực trong các bản dầm
Đặc trưng của kết cấu Mômen uốn Lực cắt Giữa nhịp Gối
Chiều dày bản bé hơn 1/4 chiều cao dầm mà nó tựa lên
0,5 M0 -0,7 M0 Q0
Chiều dày bản lớn hơn 1/4 chiều cao dầm mà nó tựa lên
0,7 M0 -0,7 M0 Q0
Bản trên các dầm thép M0 -0,7 M0 Q0
Mô men uốn do tải trọng rải đều trên khắp mặt bản theo các bảng tương ứng tuỳ theo năm xây dựng cầụ
Khi tỉ số giữa chiều dài các cạnh của bản bé hơn 2 thì tính như bản ngàm trên toàn bộ chu vị
2.2.5.Xác định nội lực trong các cấu kiện chịu lực của kết cấu nhịp do hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn và xe nặng tải thẳng đứng tiêu chuẩn và xe nặng
v Nội lực trong các cấu kiện chịu lực của kết cấu nhịp được xác định có xét đến sự làm việc không gian của kết cấụ Tại các vị trí có hư hỏng nội lực trong các tiết diện được xác định theo các biểu đồ bao mômen và lực cắt.
v Nội lực trong các tiết diện tính toán chủ yếu do hoạt tải thẳng đứng được xác định bằng tính toán và kết quả thử nghiệm hiện trường. Khi nội lực tính toán và nội lực thử nghiệm sai lệch nhau trên 15% thì lấy trị số thử nghiệm để tính toán có xét đến sai số đo đạc,còn nếu độ sai lệch nhỏ hơn 15% thì lấy giá trị nội lực lớn hơn về trị tuyệt đốị
v Hoạt tải thẳng đứng phải được đặt trên kết cấu nhịp tại vị trí bất lợi nhất với đại lượng tính toán.
v Mômen uốn ở mặt cắt trung bình của dầm chủ được xác định theo công thức :
( ) 0 ( ) / 2 / 2 0 i i l l q M =M K m (2.12) Trong đó : i - số hiệu của dầm chủ 0 / 2 l
M - mômen uốn giữa nhịp, gây ra do tải trọng đoàn xe, xe nặng hay người đi
( )i q
K - hệ số phân bố ngang đối với mômen uốn ở giữa nhịp của dầm i m0 = 1,0 đối với tải trọng người đi
m0 = 1,05 với tải trọng xẹ
v Lực cắt ở tiết diện giữa của dầm i do tải trọng đoàn xe tính theo công thức: ( ) ( ) 2 / 2 2 1 2 . i m i db l j j j K Q F x l = = ∑ (2.13) Trong đó: ( )i db