THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU CầU ĐƯỜNG - chương 13

Chia sẻ: Nguyễn Thành Tiến | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:13

0
115
lượt xem
44
download

THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU CầU ĐƯỜNG - chương 13

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'thiết kế cấu tạo kết cấu cầu đường - chương 13', kỹ thuật - công nghệ, kiến trúc - xây dựng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU CầU ĐƯỜNG - chương 13

  1. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ CHƯƠNG 13 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 13.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐƯỜNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CƠ CẤU LÀM VIỆC CỦA KCAĐ . 1.1 Đặc điểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường  Độ lớn của tải trọng tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào hai yếu tố: + Độ lớn của tải trọng trục Q (T). Các xe tải thường có trọng lượng trục sau chiếm 3/4 trọng lượng của toàn bộ xe. Do đó độ lớn của tải trọng phụ thuộc vào trọng lượng của trục sau ôtô + Diện tích vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường (cm2) phụ thuộc vào kích thước và độ cứng của lốp xe (áp lực hơi). Diện tiếp xúc của bánh xe với mặt đường được xác định như sau: Ap lực truyền xuống mặt đường (kG/cm2) p = α.p0 (13-1) Trong đó: α: Hệ số kể đến độ cứng của lốp α=0,9÷ 1,3 khi tính toán lấy α=1,1 P0: Ap lực hơi trong xăm. Như vậy D có thể tính: d d D 4.F D= π. Hình 13-1: Vệt tiếp xúc của bánh P xe với mặt đường ta có : p= F 4.P P => D= ≈ 1,08 (cm) (13-2) π.p p P: 1/2 tải trọng trục sau của xe D : Đường kính của vệt bánh xe tương đương p : áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường. Theo 22TCN 211-06 tải trọng tính toán tiêu chuẩn như sau : Tải trọng Ap lực tính toán lên Đường kính Loại đường Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  1
  2. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ trục (daN) mặt đường vệt bánh xe 2 ( daN/cm ) (cm) +Đương ô tô thuộc mạng lưới chung, đường cao tốc, đường đô thị cấp khu vực 10000 6 33 trở xuống +Trục chính đô thị, một số đường cao tốc, 12000 6 36 đường khu công nghiệp = > Đặc điểm tải trọng xe tác dụng lên mặt đường : - Tải trọng động - Tải trọng trùng phục  hiện tượng mỏi - Tải trọng tác dụng đột ngột và tức thời. 1.2 Anh hưởng của tải trọng đến cơ chế làm việc của KCAĐ Biến dạng của KCAĐ và nền đường phụ thuộc: - Thời gian tác dụng của tải trọng  Biến dạng tỷ lệ thuận với thời gian tác dụng : nếu cùng tải trọng tác dụng nh ư nhau thì thời gian tác dụng các lâu sinh ra biến dạng càng lớn - Tải trọng tác dụng P  Biến dạng tỷ lệ thuận với tải trọng : nếu cùng thời gian tác dụng như nhau thì tải trọng tác dụng các lớn sinh ra biến dạng càng lớn - Tốc độ gia tải  Biến dạng tỷ lệ nghịch với tốc độ gia tải : tốc độ gia tải càng chậm thì biến dạng do nó gây ra càng lớn. Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  2
  3. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDC 12.2 CÁC HIỆN TƯỢNG PHÁ HOẠI KCAĐ MỀM, NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG MỀM 2.1 Các hiện tượng phá hoại KCAĐ mềm D Lón KÐo l NÐn C¾t KÐo Tråi Do ¸ p lùc truyÒn lª n ®Êt (®Êt bÞ nÐn) H× nh 13­2.  C¸ c hiÖn tù¬ng ph¸  ho¹ i ¸ o ®õ¬ng mÒm ë tr¹ ng th¸ i                 gií i h¹ n dø¬i t¸ c dông cña t¶i träng xe ch¹ y - Ngay dưới mặt tiếp xúc của bánh xe , mặt đường sẽ bị lún (ứng suất nén) - Xung quanh chỗ tiếp xúc sẽ phát sinh trượt dẻo (ứng suất cắt) - Trên mặt đường xuất hiện các đường nứt hướng tâm bao tròn, xa hơn 1 chút vật li ệu b ị đẩy trồi, mặt đường có thể bị gãy vỡ và phần đáy của áo đường bị nứt (ứng suất kéo) 2.2 Nguyên lý tính toán kết cấu áo đường mềm. 2.2.1 Tính toán theo độ võng đàn hồi: Độ võng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tác dụng của tải trọng xe gây ra không đ ược vượt qua độ võng đàn hồi cho phép. K cd . lđh ≤ lgh âv (13-3) lđh : độ võng đàn hồi của cả KCAĐ dưới tác dụng của tải trọng xe gây ra (cm) lgh : độ võng đàn hồi cho phép xuất hiện trong KCAĐ (cm) âv K cd : Hệ số cường độ về độ võng, phụ thuộc vào độ tin cậy thiết kế ( lấy theo bảng 3-2 và bảng 3-3 của 22 TCN 211-06) âv (12-3)  Ech ≥ K cd .Eyc (13-4) Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  3
  4. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ Eyc : môđuyn đàn hồi yêu cầu của KCAĐ [daN/cm ] 2 p.D.(1 − µ 2 ) Eyc = (13-5) l gh Trong đó : p : áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường D : đường kính vệt bánh xe tương đương Lgh : độ võng giới hạn cho phép µ : hhệ số poisson Ech : môđuyn đàn hồi chung của cả kết cấu [daN/cm2] 2.2.2 Tính toán theo ứng suất cắt : Ứng suất cắt tại mọi điểm trong KCAĐ và trong nền đất do tải trọng xe chạy và tr ọng lượng bản thân của các lớp vật liệu gây ra không được quá ứng suất cắt giới hạn trong nền đất và trong các lớp vật liệu KCAD K cd (τax + τav ) ≤ Ctt tr (13-6) τax : ứng suất cắt hoạt động lớn nhất xuất hiện trong nền đất hoặc trong các lớp vật liệu kém dính do tải trọng xe chạy gây ra (daN/cm2) τav : suất cắt hoạt động xuất hiện trong nền đất hoặc trong các l ớp v ật li ệu kém dính do trọng lượng bản thân của các lớp vật liệu ở phía trên gây ra (daN/cm2) tr K cd : Hệ số cường độ về chịu cắt ( trượt), phụ thuộc vào độ tin cậy thiết kế ( lấy theo bảng 3-7 của 22 TCN 211-06) Ctt : lực dính tính toán của nền đất hoặc của các lớp vật liệu kém dính ở trạng thái độ ẩm và độ chặt tính toán (daN/cm2 ) Ctt = C.K1.K2.K3 (13-8) C : Lực dính của đất hoặc của lớp vật liệu kém dính. K1 : K2 : K3: 2.2.3 Tính toán theo ứng suất kéo uốn : Ứng suất kéo uốn xuất hiện ở đáy các lớp vật liêu toàn khối do tải trọng xe chạy gây ra không được quá ứng suất kéo uốn cho phép của các lớp vật liệu đó. Công thức tính toán như sau : Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  4
  5. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ σku ≤ Rku (13-9) σku : ứng suất kéo uốn lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu toàn khối do t ải tr ọng xe chạy gây ra (daN/cm2) Rku : cường độ chịu kéo uốn cho phép của vật liệu (daN/cm2) 12.3 TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ CỦA KẾT CẤU ÁO MỀM THEO TIÊU CHUẨN ĐỘ VÕNG ĐÀN HỒI 3.1 Nguyên lý tính toán. Ech ≥ Eyc (13-10) 3.2 Tính toán : 3.2.1 Tính Ech : a. Đối với hệ 2 lớp : D Ech p E1 h Hình 13- 3 S¬ ®ơ tÝnh h 2 lp E0 * Xác định Ech khi biết chiều dày h như sau : h  D   tratoaïnâäöKogan E ch - Xét tỉ số :      →  E0  E1 E1   => Ech *.Bài toán ngược : tìm h1 khi biết Eyc E0   E1  tratoaïnâäöKogan h - Xét tỉ số :      →  E ch E yc  D = E1 E1  => h b. Đối với hệ 3 lớp : - Đổi lớp 1 và lớp 2 thành 1 lớp tương đương Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  5
  6. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ D D Ech Ech p p E1 h1 E2 h2 ETB H=h1+h2 E0 E0 3 Hình 13 - 4 Sơ đồ tính hệ 3 lớp  1 + kt  1/ 3 + Từ quan hệ : Etb = βE 2   12  (13-11)  1+ k   h1 E1 Trong đó : k= t= (13-12) h2 E2 β : Hệ số quy đổi từ phương pháp tính toán gần đúng về phương pháp tính toán chính xác (hệ số hiệu chỉnh) 0,12 H β = 1,114  (13-13) D ( hoặc tra bảng 3-6 22TCN 211-93) H = h1 + h2 - Sử dụng hệ 2 lớp để tính toán Ech như bài toán hệ 2 lớp. c.Đối với hệ nhiều lớp ( > 3 lớp) : Phương pháp chung là chuyển hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp , theo các cánh sau : D D D Ech Ech Ech p p p E1 h1 E1 h1 h1+h2+h3 12 E2 E Etb123 h2 tb H= E'TB ETB h2+h3 H'= E3 h3 E0 E0 E0 *.Chú ý : Chỉ đưa hệ số β vào lần tínhSơ đồ tính ồhệ 4 lớp lần cuối cùng Hình 13-5 mô đun đàn h i trung bình Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  6
  7. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ E0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 E1 D p Ech 0.80 Ech E1 h =0.9 0.80 E1 0.80 E0 1.7 1.8 1.9 2.0 0.75 0.75 0.70 0.70 0.65 0.65 0.60 0.60 0.8 0.55 0.55 0.50 0.50 0.45 0.45 0.7 0.40 0.40 0.35 0.35 0.30 0.6 0.30 0.25 0.25 0.20 0.20 0.5 0.15 0.15 0.4 0.10 0.10 0.3 0.05 0.2 0.05 0.1 h/D 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 Hình 13-6 Toán đồ KoGan 3.2.1 Xác định môđuyn đàn hồi yêu cầu ( Eyc) : Eyc = max{ Eycmin , Eycllxc } Eycmin : Môđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu Eycllxc : Môđuyn đàn hồi yêu cầu theo lưu lượng xe tính toán . a.Xác định Eycmin : Môđuyn đàn hồi yêu cầu tối thiểu phụ thuộc cấp đường và cấp áo đường, được xác định theo bảng sau : Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  7
  8. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ E min Cấp đường yc (daN/cm2) A1 A2 B1 * Đối với đường ôtô - Đường cấp I 1780 - Đường cấp II 1570 1280 - Đường cấp III 1400 1150 - Đường cấp IV 1270 980 720 - Đường cấp V Không quy định 770 550 - Đường cấp VI Không quy định Không q. định Không q.định * Đối với đường đô thị - Đường cao tốc và trục chính toàn thành 1910 - Đường chính khu vực 1530 1270 - Đường phố 1190 940 680 - Đường khu công nghiệp và kho tàng 1530 1270 1020 - Đường xe đạp và ngõ 980 720 470 b. Xác định Eycllxc Tải trọng trục tính toán Eycllxc phụ thuộc vào : Cấp áo đường ( A1 , A2 , B1 ) Lưu lượng xe tính toán Ntt Lưu lượng xe tính toán (Ntt) là số ô tô được quy đổi về loại ô tô có tải trọng trục tinh toán tiêu chuẩn thông qua mặt cắt ngang đường trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất ở cuối thời kỳ khai thác tính toán . Công thức xác định : n Ntt = γ ∑N a 1 i i (trục xe tt/ngày đêm/làn) (13-14) Ntt : Lưu lượng xe tính toán Ni : Lưu lượng của loại xe i theo cả 2 chiều ở cuối thời kỳ khai thác tính toán n : số loại xe chạy trên đường. ai : Hệ số quy đổi tải trọng trục của loại xe i về trục xe tính toán. Bảng hệ số quy đổi xe ra xe tính toán Bảng ? -? Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  8
  9. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ Loại tải trọng Trị số hệ số quy đổi ai khi tải trọng trục của xe cần đổi là (T) tiêu chuẩn 4 6 7 8 9,5 10 11 12 Trục 10 tấn 0.02 0.10 0.36 0.43 0.68 1.0 Trục 12 tấn 0.01 0.05 0.18 0.22 0.35 0.5 0.8 1.0 Trục 9,5 tấn 0.03 0.15 0.55 0.65 1.00 γ : Hệ sô xét đến sự phân bố xe chạy trên các làn xe. Trường hợp tính toán Hệ số γ - Đường chỉ có 1 làn xe. 1.00 - Đường có từ 2÷ 3 làn không có dãi phân cách giữa. 0.55 - Đường 4 và nhiều làn xe có dãi phân cách giữa. 0.35 *. Từ lưu lượng xe tính toán , Tải trọng trục tính toán và cấp áo đường ta xác định được E ycllxc => Eyc . 12.4 TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ CỦA KCAĐ MỀM THEO TIÊU CHUẨN CÂN BẰNG GIỚI HẠN TRƯỢT TRONG NỀN ĐẤT VÀ TRONG CÁC LỚP VẬT LIỆU KÉM DÍNH 4.1 Nguyên lý tính toán : Ứng suất gây trượt lớn nhất trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính không đ ược vượt quá ứng suất cắt cho phép trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính Điều kiện kiểm tra : τ ≤ τcp (13-15)  τax + τav ≤ K’.C (13-16) τax : là ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe chạy gây ra trong nền đất hoặc trong các lớp VL kém dính (daN/cm2). τav : ứng suất cắt chủ động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu phía trên gây ra tại điểm tính toán (daN/cm2). 4.2 Tính toán: 4.2.1 Xác định τax , τav trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính : Để xác định τax, và τav ta chuyển hệ tính toán bất kỳ (≥ 3 lớp ) về hệ 2 lớp để tính toán a . Xác định τ ax : τ ax  H E tb   ∈ f( ϕ , , E )  p D chm Trong đó : Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  9
  10. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ ϕ : góc nội ma sát của lớp vật liệu cần tính toán. H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán . Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của các lớp áo đường phía trên vị trí tính toán . H E tb τ ax  Từ ( ϕ , , ) tra các toán đồ Hình 11-12a hoặc Hình 11-12b     τax D E chm  p + Toán đồ hình 11-12a dùng để xác định τax do bánh xe gây ra ở lớp dưới của hệ 2 lớp khi lớp trên và lớp dưới có dính kết tốt . + Toán đồ hình 11-12b dùng để xác định τax do bánh xe gây ra ở lớp dưới của hệ 2 lớp khi lớp trên và lớp dưới không có dính kết . *.Nguyên lý chung khi chuyển hệ tính toán bất kỳ (≥ 3 lớp ) về hệ 2 lớp : - Khi tính toán đối với nền đất thì quy đổi các lớp phía trên nền đất về lớp tương đương - Đối với các lớp vật liệu kém dính: Quy đổi các lớp vật liệu phía trên vị trí tính toán về 1 lớp tương đương, quy đổi lớp tính toán , các lớp phía dưới và nền đ ường về 1 bán không gian đàn hồi có môđuyn đàn hồi chung Echm nào đó . b . Xác định τ av : [τ ] ∈ ϕ ab  H  Tra toán đồ hình 11-14  xác định được τav  4.2.2 Xác định τax , τav trong các lớp BTN : Để xác định τax, và τav ta chuyển hệ tính toán bất kỳ (≥ 3 lớp ) về hệ 2 lớp để tính toán : a . Xác định τ ax : τ ax  H E tb   ∈ f( , )  p D E chm trong đó : H : tổng chiều dày của các lớp BTN . D : đường kính của vệt bánh xe tương đương. Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của các lớp BTN . H E tb τ ax  Từ f( , )  Tra toán đồ Hình 11-13     τ ax D E chm  p Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  10
  11. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ b . Xác định τ av : - Đối với lớp BTN do chiều dày của các lớp BTN nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất c ắt do tr ọng lượng bản thân gây ra (τav
  12. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ 12.5 TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ CỦA KẾT CẤU ÁO MỀM THEO ĐIỀU KIỆN CHỊU KÉO KHI UỐN. 5.1 Nguyên lý tính toán: Ứng suất lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu toàn khối do tải trọng xe chạy gây ra phải nhỏ hơn cường độ chịu kéo uốn của vật liệu đó Công thức tính toán như sau : σku ≤ Rku (12-15) Trong đó : σku : ứng suất kéo uốn lớn nhất xuất hiện trong các lớp vật liệu liền khối do tải trọng xe chạy gây ra [daN/cm2] Rku : cường độ chịu kéo uốn cho phép của vật liệu đó [daN/cm2] 5.2 Phương pháp tính toán σku=1,15 σ ku .p (12-16) trong đó : σ ku : ứng suất kéo uốn đơn vi ( ứng với p=1 (daN/cm2)) p : áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường 1.15 :hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng động. @ Xác định σ ku a. Đối với lớp mặt: h E1 σ ku ∈ ( , ) D E chm trong đó : h : tổng chiều dày của lớp VL tính toán. D : đường kính của vệt bánh xe tương đương. Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán E1 : môđuyn đàn hồi của lớp VL tính toán . h E1 Từ ( , )  tra toán đồ hình 11-15  xac định σ ku  σku D Ech Voî Âæïc Hoaìng Giaïo aïn : Thiãút Kãú Âæåìng ä tä Trang :  12
  13. TRÆÅÌNG ÂAÛI HOÜC BAÏCH KHOA ÂN --- ¥ --- BÄÜ MÄN ÂÆÅÌNG – KHOA XDCÂ b. Đối với các lớp không phải là lớp mặt : + Đưa hệ bất kỳ về hệ có 3 lớp như sau : - Giữ nguyên lớp tính toán , đổi các lớp phía trên lớp tính toán về 1 lớp tương đương, các lớp phiá dưới lớp tính toán và nền đất đưa về 1 bán không gian đàn hồi. H E tb Ett σ ku ∈ ( , , ) D Ett E chm trong đó : H : tổng chiều dày của các lớp áo đường tính đến vị trí tính toán. D : đường kính của vệt bánh xe tương đương. Echm : môđuyn đàn hồi chung của nền đất và các lớp vật liệu phía dưới vị trí tính toán Ett : môđuyn đàn hồi của lớp VL tính toán . Etb : môđuyn đàn hồi trung bình của lớp áo đường phía trên lớp tính toán . H E tb Ett Từ : ( , , ) tra toán đồ hình 11-16  xac định σ ku  σku D Ett E chm Etb @ Nếu
Đồng bộ tài khoản