zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD - Chương 7

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Báo xấu

258
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22 tcn 272-05 và aashto lrfd - chương 7', kỹ thuật - công nghệ, kiến trúc - xây dựng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD - Chương 7

Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Chương 7 NEO CH ỐNG CẮT Để phát triển c ường độ chịu uốn to àn phần của một cấu kiện li ên hợp, lực cắt nằm ngang phải được tiếp nhận ở mặt tiếp xúc giữa dầm thép v à bản bê tông. Đ ể chịu lực cắt nằm ngang tại mặt tiếp xúc, các neo đ ược hàn vào b ản biên trên c ủa dầm thép v à sẽ được đổ liền khối với bản b ê tông. Các neo ch ống cắt n ày có nh ững dạng khá c nhau. Ph ần sau đây chỉ đề cập đến loại neo bằng đinh có đầu h àn (hình 7.1). Trong các c ầu liên hợp nhịp giản đ ơn, neo ch ống cắt cần đ ược bố trí tr ên suốt chiều dài nhịp. Trong các cầu li ên hợp liên tục, neo chống cắt th ường được bố trí tr ên suốt chiều dài cầu. Việc bố trí neo chống cắt trong những v ùng chịu mô men âm ngăn ngừa sự chuyển đột ngột từ mặt cắt li ên hợp sang mặt cắt không li ên hợp và góp ph ần duy tr ì sự tương thích u ốn trên suốt chiều d ài của cầu. Đường kính lớn h ơn của đầu đinh tán trong neo chống cắt cho phép nó chống lại lực nhổ cũng nh ư sự trượt ngang. Không cần phải tính toán kiểm tra sức kháng nhổ. Các nghiên c ứu thực nghiệm cho thấy, các tr ường hợp phá hoại xảy ra có li ên quan đến cắt đinh neo ho ặc phá hoại b ê tông (hình 7.1). Các đinh đầu hàn đã không b ị kéo ra khỏi b ê tông và có th ể được coi là đủ khả năng chống tr ượt. Hình 7.1 Các lực tác dụng l ên neo ch ống cắt trong một bản đặc Số liệu từ các thí nghiệm đ ược sử dụng để xây dựng các công thức thực nghiệm xác định sức kháng của đinh n eo đầu hàn. Các thí nghi ệm cho thấy rằng, để phát triển ho àn toàn sức chịu của đinh neo, chiều d ài của đinh ít nhất phải bằng bốn lần đ ường kính thân của nó. Do vậy, điều kiện n ày trở thành một yêu cầu trong thiết kế. http://www.ebook.edu.vn150
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Hai TTGH ph ải được xem xét khi xác địn h sức kháng của neo chống cắt l à mỏi và cường độ. TTGH mỏi đ ược kiểm tra ở mức ứng suất trong phạm vi đ àn hồi. TTGH c ường độ phụ thuộc v ào ứng xử dẻo v à sự phân phối lại lực cắt nằm ngang giữa các neo. 7.1 TTGH mỏi đối với neo chống cắt Các thí nghi ệm đã được tiến hành bởi Slutter và Fisher (1967) cho th ấy rằng, bi ên độ ứng suất cắt là nhân t ố quyết định đối với sự l àm việc mỏi của neo chống cắt. C ường độ bê tông, tuổi bê tông, hư ớng của neo, hiệu ứng kích th ước và ứng suất nhỏ nhất không có ảnh hưởng lớn đến c ường độ mỏi. Từ đó, c ường độ mỏi của neo chống cắt có thể đ ược xác định bởi quan hệ giữa bi ên độ ứng suất cắt cho phép Sr và số chu kỳ tải trọng gây mỏi. Biểu đồ theo h àm logarit c ủa các số liệu S-N cho hai lo ại đinh 19 mm v à 22 mm đư ợc cho trên hình 7.2. Ứng suất cắt đ ược tính toán l à ứng suất trung b ình trên đường kính danh định của đinh neo. Đ ường cong mi êu tả quan hệ tr ên thu đư ợc từ phân tích kết quả thực nghiệm được cho bởi (7.1) trong đó, Sr là biên đ ộ ứng su ất cắt (MPa) v à N là số chu kỳ tải trọng. Hình 7.2 So sánh đư ờng cong trung gian với các số liệu thí nghiệm của neo chống cắt Trong tiêu chu ẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD, bi ên độ ứng suất cắt Sr (MPa) trở thành m ột lực cắt cho phép Zr (N) đối với một chu kỳ tải trọng đặc tr ưng bằng cách nhân Sr với diện tích mặt cắt ngang của đinh neo, nghĩa l à (7.2) với d là đường kính danh định của đinh neo (mm). Ti êu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD bi ểu diễn công thức 7.2 d ưới dạng (7.3) http://www.ebook.edu.vn151
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD trong đó (7.4) Các giá tr ị của được so sánh trong bảng 7.1 với các giá trị tính từ phần biểu thức trong ngo ặc của công thức 7.2 theo các giá trị thí nghiệm của N. Biểu thức đối với trong công thức 7.4 l à khá gần với các kết quả thực nghiệm. (Chú ý: hằng số trong vế phải của công thức 7.3 l à bằng giá trị 38,0 MPa trong bảng 7.1 tại N = 6 106 chia cho hai.) Bảng 7.1 So sánh với công thức hồi quy 836 N0,19 N 238-29,5 log N 2 . 104 111 MPa 127 MPa 1. 105 90,5 MPa 93,8 MPa 5 5. 10 69,9 MPa 69,1 MPa 2 . 106 52,1 MPa 53,1 MPa 6. 106 38,0 MPa 43,1 MPa Các công th ức 7.3 và 7.4 có th ể được sử dụng để xác định sức kháng cắt mỏi của một đinh đơn có đư ờng kính d đối với một số chu kỳ lặp đặc tr ưng N. Khoảng cách giữa các neo này d ọc theo chiều d ài cầu phụ thuộc v ào số lượng neo tr ên một mặt cắt ngang n và độ lớn của lực cắt Vsr (N) do xe t ải thiết kế mỏi tác dụng tại mặt cắt. Do mỏi là quyết định khi chịu tải trọng lặp n ên tiêu chuẩn thiết kế đ ược dựa tr ên các trạng thái đ àn hồi. Nếu giả thiết có t ương tác hoàn h ảo thì lực cắt nằm ngang tr ên một đơn vị chiều d ài h (N/mm) có th ể thu được từ quan hệ đ àn hồi quen thuộc (7.5) trong đó, Q (mm3) là mô men (t ĩnh) ban đầu của diện tích bản tính đổi đối với trục trung hoà của mặt cắt li ên hợp ngắn hạn v à I (mm4) là mô men quán tính c ủa mặt cắt li ên hợp ngắn hạn. Lực cắt tr ên một đơn vị chiều d ài được chịu bởi n neo tại một mặt cắt ngang với khoảng cách p (mm) gi ữa các hàng (hình 7.1) là (7.6) Khoảng cách p (mm) được xác định khi đồng nhất vế phải các công thức 7.5 v à 7.6 là (7.7) Khoảng cách dọc từ tim đến tim của các neo chống cắt cần không lớn h ơn 600 mm và không nh ỏ hơn 6 lần đường kính thân đinh. Các đinh neo ch ống cắt cần đ ược bố trí với khoảng cách tim đến tim theo ph ương vuông góc v ới trục dọc của cấu kiện đỡ không nhỏ h ơn bốn lần đ ường kính đinh. Khoảng http://www.ebook.edu.vn152
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD cách trống giữa mép của bản bi ên trên c ủa dầm thép v à mép c ủa neo chống cắt gần nhất phải không đ ược nhỏ h ơn 25 mm. Chiều dày phần bê tông ph ủ bên trên đ ỉnh neo cần không nhỏ h ơn 50 mm. Trong những vùng mà kho ảng cách giữa đỉnh dầm thép v à đáy bản bê tông là lớn thì các neo c ần được chôn vào trong b ản tối thiểu 50 mm. 7.2 TTGH cư ờng độ đối với neo ch ống cắt Các nghiên c ứu thực nghiệm đ ã được tiến hành bởi Ollgaard và cộng sự để xác định cường độ chịu cắt của các đinh neo chống cắt đ ược chôn trong một bản b ê tông đặc. Các đại lượng thay đổi đ ược xem xét trong thí nghiệm l à đường kính đinh, số đinh neo trong một bản, loại cốt liệu của b ê tông (t ỷ trọng nhỏ hay tỷ trọng thông th ường) và các thu ộc tính của bê tông. B ốn thuộc tính của b ê tông đư ợc nghi ên cứu: cường độ chịu nén, c ường độ chịu kéo chẻ khối trụ, mô đun đ àn hồi và tỷ trọng. Có hai d ạng phá hoại đ ược nhận thấy. Hoặc l à các đinh neo b ị cắt rời khỏi dầm thép và vẫn được chôn trong bản b ê tông, ho ặc là bê tông b ị phá hoại v à các đinh neo b ị nhổ khỏi bản c ùng với một phần b ê tông. Đôi khi, c ả hai dạng phá hoại thu đ ược trong c ùng một thí nghiệm. Việc phân tích các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, sức kháng cắt danh định của một neo chống cắt Qn là tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt ngang của chúng Asc. Đồng thời, trong các bi ến của bê tông, cư ờng độ chịu nén và mô đun đàn h ồi là những thuộc tính quyết định trong xác định c ường độ chịu cắt của neo. Biểu thức thực nghiệm xác định mô đun đàn h ồi bao hàm tỷ trọng của b ê tông và, do đó, ảnh hưởng của loại cốt liệu (thông thư ờng hay nhẹ), nghĩa l à là tỷ trọng của b ê tông (kg/m 3) và với là cường độ chịu né n của bê tông (MPa). Vi ệc đưa vào cư ờng độ chịu kéo chẻ khối trụ trong phân tích hồi quy không chứng tỏ sự ph ù hợp với các kết quả thí nghiệm v à nó được loại bỏ khỏi công thức dự đoán cuối c ùng. Cuối cùng, công th ức dự đoán sức kháng cắt danh định Qn (N) của một đinh neo chống cắt đ ược chôn trong một bản b ê tông đ ặc là (7.8) trong đó Asc diện tích mặt cắt ngang của đinh neo (mm 2), cường độ chịu nén quy định của b ê tông ở tuổi 28 ng ày (MPa ), Ec mô đun đàn h ồi (MPa), v à Fu cường độ chịu kéo nhỏ nhất đặc tr ưng của một neo chống cắt http://www.ebook.edu.vn153
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Giới hạn tr ên đối với c ường độ chịu cắt danh định của neo đ ược lấy l à lực kéo giới hạn của nó. Công thức 7.8 khi so sánh với các số liệu thí nghiệm l à cơ sở của nó (hình7.3) t ỏ ra khá phù h ợp. Sức kháng có hệ số của một neo chống cắt Qr là (7.9) với là hệ số sức kháng đối với neo chống cắt, đ ược lấy từ bảng 1.1 l à 0,85. Hình 7.3 So sánh cư ờng độ neo với c ường độ b ê tông và mô đun đàn h ồi Số neo chống cắt cần thiết Nếu các neo chống cắt đ ược bố trí đầy đủ th ì cường độ chịu uốn lớn nhất của một mặt cắt liên hợp có thể đ ược phát triển. Các neo chống cắt đ ược bố trí giữa một điểm có mô men bằng không và đi ểm có mô men d ương lớn nhất phải chịu đ ược lực nén trong bản tại vị trí có mô men l ớn nhất. Sức kháng n ày được miêu tả bằng các s ơ đồ cân bằng lực phía d ưới của hình 7.4 cho hai tr ường hợp tải trọng khác nhau. Từ các s ơ đồ này, sự cân bằng đ òi hỏi hay (7.10) trong đó ns tổng số neo chống cắt giữa điểm có mô men bằng không v à điểm có mô men dương l ớn nhất, Vh lực cắt nằm ngang danh định tại mặt tiếp xúc m à neo ph ải chịu, và http://www.ebook.edu.vn154
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Qr sức kháng cắt có hệ số của một neo chống cắt, đ ược cho bởi công thức 7.8 v à 7.9. Hình 7.4 Tổng số neo chống cắt cần thiết. (a) tr ường hợp tải trọng tập trung v à (b) trư ờng hợp tải trọng phân bố đều Khoảng cách của các neo chống cắt Khoảng cách gi ữa các neo chống cắt dọc theo chiều d ài Ls cần được kiểm tra. Trong trường hợp tải trọng tập trung của h ình 7.4(a), l ực cắt thẳng đứng l à không đ ổi. Do vậy, lực cắt nằm ngang tr ên một đơn vị chiều d ài được tính từ quan hệ đ àn hồi của công thức 7.5 là hằng số và khoảng cách neo sẽ l à bằng nhau. Trong tr ường hợp tải trọng phân bố đều của h ình 7.4(b), l ực cắt nằm ngang đ àn hồi trên một đơn vị chiều d ài là thay đ ổi và do vậy, các neo ở gần gối cần đ ược bố trí gần nhau h ơn so với ở vùng giữa nhịp. Đó l à những chỉ dẫn được dự đoán bởi lý thuyết đ àn hồi. Ở TTGH c ường độ, t ình hình s ẽ khác đi nếu ứng xử dẻo cho phép phân phối lại lực cắt nằm ngang. Để kiểm tra giả thuyết cho rằng các neo chống cắt có đủ độ dẻo để phân phối lại lực cắt nằm ngang ở TTGH c ường độ, Slutter và Driscoll (1965) đ ã thí nghi ệm ba dầm li ên hợp giản đ ơn chịu tải trọng rải đều với các khoảng cách neo khác nhau. Các dầm đ ược thiết kế với khoảng 90% neo đ ược yêu cầu theo công thức 7.10, ở mức m à neo sẽ khống chế sức kháng uốn. Mô men ti êu chuẩn gây ra đáp ứng độ võng cho ba d ầm được thể hiện trong hình 7.5. Các bi ểu đồ thể hiện r õ độ dẻo lớn v à, đối với mọi kết quả thực tế, đáp ứng là giống nhau cho cả ba dầm. Có thể kết luận rằng, khoảng cách giữa các neo chống cắt dọc theo chiều d ài dầm là không quyết định và có thể được lấy bằng nhau. http://www.ebook.edu.vn155
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Hình 7.5 Các đường cong mô men – độ võng thực nghiệm [Slutter v à Driscoll (1965)] Lực cắt nằm ngang danh định Vh Ở TTGH c ường độ khi uốn của mặt cắt li ên hợp, có thể có hai trạng thái phân bố ứng suất như trong h ình 7.6. Có m ột khoảng cách giữa đáy bản b ê tông và đ ỉnh dầm thép, n ơi mà các neo ch ống cắt phải truyền lực cắt nằm ngang từ bản b ê tông sang m ặt cắt thép. Hình 7.6 Lực cắt nằm ngang danh định Trong trư ờng hợp thứ nhất, trục trung ho à dẻo nằm trong bản v à lực nén C nhỏ hơn cường độ to àn phần của bản. Tuy nhi ên, sự cân bằng lực đ òi hỏi C bằng lực kéo trong mặt cắt thép, nghĩa l à (7.11) trong đó Vh lực cắt nằm ngang danh định đ ược biểu diễn trong h ình 7.4, Fyw, Fyt, Fyc lần lượt, là cường độ chảy của vách, của bản bi ên kéo và b ản biên nén, D và tw chiều cao và chiều dày của vách đứng, bt và tt chiều rộng và chiều dày của bản biên kéo, và http://www.ebook.edu.vn156
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD bc và tc chiều rộng và chiều dày của bản biên kéo. Đối với mặt cắt thép đồn g nhất (trong t ài liệu này) công th ức trên đơn gi ản là (7.12) với Fy là cường độ chảy (MPa) v à As là diện tích to àn bộ mặt cắt thép (mm 2). Trong trư ờng hợp thứ hai, trục trung ho à dẻo nằm trong mặt cắt thép v à lực nén là cường độ to àn phần của bản đ ược cho bởi (7.13) với là cường độ chịu nén 28 ng ày của bê tông (MPa), b là chiều rộng hữu hiệu của bản (mm) và ts là chiều dày của bản (mm). Kỹ xảo xác định trục trung ho à dẻo trong vùng chịu mô men d ương đư ợc minh hoạ trong ví d ụ 5.2 và hình 5 .13. Trong tính toán Vh, quá trình này có th ể được bỏ qua bằng cách đơn gi ản chọn giá trị nhỏ h ơn của Vh thu được từ công thức 7.11 và 7.12. Mặt cắt liên hợp liên tục Khi các vùng ch ịu mô men âm trong dầm li ên tục có cấu tạo li ên hợp, lực cắt nằm ngang danh định Vh được truyền giữa điểm không mô men v à điểm có mô men lớn nhất tại một gối trung gian sẽ l à (7.14) trong đó, Ar là diện tích to àn bộ của cốt thép dọc (mm 2) bên trên g ối trung gian trong phạm vi chiều rộng bản hữu hiệu v à Fyr là cường độ chảy (MPa) của cốt thép dọc. H ình 5.14 biểu diễn các lực tác dụng tr ên một mặt cắt li ên hợp ở vùng chịu mô men âm. Số lượng neo chống cắt cần thiết cho v ùng này đư ợc cho bởi công thức 7.10. VÍ DỤ 7.1 Thiết kế neo chống cắt cho một mặt cắt li ên hợp chịu mô men d ương c ủa ví dụ 5.1 trong hình 5.13. Gi ả thiết rằng bi ên độ lực cắt Vsr đối với tải trọng mỏi gần nh ư không đ ổi và bằng 230 kN ở v ùng chịu mô men d ương và s ố chu kỳ N của tải trọng mỏi bằng 372.10 6. Sử dụng đinh neo đ ường kính 19 mm, chiều d ài 100 mm, Fu = 400 MPa cho đinh neo, = 30 MPa cho b ản bê tông và c ấp 345 cho dầm thép. Tổng quát Chiều cao khoảng đệm (giữa đáy bản v à đỉnh dầm) l à 25 mm, như v ậy chiều d ài neo nằm trong bê tông b ằng mm . Chiều dài này lớn hơn chiều dài tối thiểu l à 50 mm. Tỷ số giữa chiều d ài và đư ờng kính của đinh ne o là , đảm bảo http://www.ebook.edu.vn157
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Khoảng cách nhỏ nhất theo ph ương ngang t ừ tim đến tim đinh neo l à bốn lần đ ường kính và khoảng cách nhỏ nhất tới mép l à 25 mm. Chi ều rộng nhỏ nhất của bản bi ên trên cho ba đinh 19 mm trong m ột hàng là mm nhỏ hơn so với bề rộng dầm thép đ ã cho là 300 mm. Do v ậy, sử dụng 3 đinh neo 19 mm cho mỗi mặt cắt ngang. Trạng thái giới hạn mỏi Khoảng cách từ tim tới tim của các đinh neo theo chiều dọc dầm cần không lớn h ơn 600 mm và không nh ỏ hơn 6 lần đường kính (6 19 = 114 mm). Khoảng cách giữa các neo đ ược khống chế bởi c ường độ mỏi của đinh neo nh ư được cho trong công th ức 7.7 trong đó I và Q là các thu ộc tính đàn hồi của mặt cắt li ên hợp ngắn hạn v à Zr được xác định từ công th ức 7.3 với được cho trong công thức 7.4 Với số chu kỳ N là 372.10 6 , có MPa MPa do vậy N kN Các giá tr ị của I và Q đối với mặt cắt li ên hợp ngắn hạn đ ược lấy từ bảng 5.3 l à mm 4 mm 3 Với ba neo tr ên một mặt cắt ngang v à Vsr = 230 kN, kho ảng cách neo đ ược tính bằng mm Khoảng cách n ày nằm trong phạm vi giữa các giới hạ n 114 và 600 mm như đ ã biết. Nếu giả thiết rằng khoảng cách từ chỗ có mô men lớn nhất tới điểm có mô men bằng không l à 12000 mm và Vsr hầu như không đ ổi thì tổng số đinh neo đ ường kính 19 mm tr ên khoảng cách này là http://www.ebook.edu.vn158
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD neo Trạng thái giới hạn cường độ Tổng số neo chống cắt cần thiết để thoả m ãn TTGH c ường độ giữa điểm có mô men lớn nhất và điểm có mô men bằng không đ ược xác định khi thay thế công thức 7.9 v ào công thức 7.10 trong đó , Qn được cho bởi công thức 7.8 v à Vh được cho bởi công thức 7.12 hoặc 7.13. Từ công thức 7.8 Đối với đinh neo đ ường kính 19 mm mm 2 kg/m 3 và với MPa , MPa Từ đó N kN Giá trị này lớn hơn so với giới hạn tr ên của N kN Như vậy, kN Lực cắt nằm ngang danh định l à nhỏ hơn các giá tr ị được cho bởi công thức 7.12 hoặc 7.13. Từ công thức 7.12 với As lấy từ bảng 5.2 N kN Từ công thức 7.13 với b = 2210 mm và ts = 205 mm l ấy từ hình 5.13 N kN Như vậy, Vh = 10 180 kN và s ố neo cần thiết tr ên khoảng cách từ mô men lớn nhất tới mô men bằng không là neo http://www.ebook.edu.vn159
Bài gi ảng Kết cấu thép theo Tiêu chu ẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD Đáp số Số neo chống cắt cần thiết đ ược quyết định bởi TTGH mỏi (nh ư thường xảy ra). Với các giả thiết đ ược đưa ra trong ví d ụ này, các đinh neo đư ờng kính 19 mm ba chiếc mỗi h àng (một mặt cắt ngang) đ ược bố trí với k hoảng cách 140 mm tr ên suốt chiều d ài đoạn dầm chịu mô men d ương. http://www.ebook.edu.vn160

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.