intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1: Chương 4 -TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST
Báo xấu
147
lượt xem 15
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Thiết kế và xây dựng cầu 1 - Chương 4: Tải trọng, hệ số tải trọng và các TTGH" cung cấp cho người học các kiến thức: Tải trọng, các trạng thái giới hạn (TTGH) quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cầu 22tcn‐272‐05, xác định hoạt tải xe,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1: Chương 4 -TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

  1. 11/9/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG  CẦU 1 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: http://47XDCT‐GTVT.TK/ Hà Nội, 10‐2012 CHƯƠNG IV Tải trọng, hệ số tải trọng và các TTGH 180 1
  2. 11/9/2012 4.1. Tải trọng Tải trọng được chia ra làm hai nhóm:  (1) Tải trọng thường xuyên và (2) Tải trọng nhất thời. Tải trọng thường xuyên DD Tải trọng kéo xuống (hiện tượng ma sát âm) Down Drag Tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu Dead load of structural Components  DC và thiết bị phụ phi kết cấu and nonstructural attachments Tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và Dead load of Wearing surfaces and  DW các tiện ích công cộng utilities EH Tải trọng áp lực đất nằm ngang Horizontal Earth pressure load Các hiệu ứng bị hãm tích lũy do phương  accumulated Locked‐in Effects resulting  EL pháp thi công from the construction process ES Tải trọng đất chất thêm Earth Surcharge load Vertical pressure from dead load of  EV Áp lực thẳng đứng do tự trọng đất đắp Earth fill 181 Tải trọng (t.theo) Tải trọng nhất thời BR Lực hãm xe vehicular BRaking force CE Lực ly tâm vehicular CEntrifugal force CR Từ biến CReep CT Lực va xe vehicular (Truck ?) Collision force CV Lực va tàu Vessel Collision force EQ Động đất EarthQuake FR Ma sát FRiction IM Lực xung kích vehicular dynamic load allowance (IMpact ?) LL Hoạt tải xe vehicular Live Load LS Hoạt tải chất thêm Live load Surcharge PL Hoạt tải người đi Pedestrian live Load SE Lún SEttlement SH Co ngót SHrinkage TG Gradien nhiệt Temperature Gradient TU Nhiệt độ đều Uniform Temperature WA Tải trọng nước và áp lực dòng chảy WAtter load and stream pressure WL Tải trọng gió trên hoạt tải Wind on live Load WS Tải trọng gió trên kết cấu Wind load on Structure 182 2
  3. 11/9/2012 4.2. Các Trạng Thái Giới Hạn (TTGH) quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN‐272‐05 TTGH CƯỜNG ĐỘ I Là tổ hợp tải trọng cơ bản để tính với tải trọng khai thác khi trên cầu có xe và không có gió TTGH CƯỜNG ĐỘ II Là tổ hợp tải trọng để tính cầu chịu gió V>25m/s, trên cầu khong có xe TTGH CƯỜNG ĐỘ III Là tổ hợp để tính với trường hợp xe chạy bình thường khi cầu chịu gió V
  4. 11/9/2012 Bảng 3.4.1‐1‐ Tổ hợp và hệ số tải trọng DC LL Tổ hợp tải Cùng một lúc chỉ DD IM trọng dùng một trong DW CE TU EH BR WA WS WL FR CR TG SE các tải trọng PL SH Trạng thái EV LS EQ CT CV giới hạn ES EL Cường độ I p 1,75 1,00 ‐ ‐ 1,00 0,5/1.20 TG SE ‐ ‐ ‐ Cường độ II p 1,35 1,00 1,40 ‐ 1,00 0,5/1.20 TG SE ‐ ‐ ‐ Cường độ III p ‐ 1,00 1,40 ‐ 1,00 0,5/1.20 TG SE ‐ ‐ ‐ Đặc biệt p 0,50 1,00 ‐ ‐ 1,00 ‐ ‐ ‐ 1,00 1,00 1,00 Sử dụng 1.0 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 1,0/1,20 TG SE ‐ ‐ ‐ Mỏi chỉ có LL,  IM & CE ‐ 0,75 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Ghi chú: AASHTO LRFD (1998) có tổng cộng 11 tổ hợp tải trọng. Để xét tới các điều kiện tại Việt Nam, 5 tổ hợp tải trọng được lược bỏ và do đó, tổng số các tổ hợp tải trọng cần xét đến giảm xuống còn 6 tổ hợp như trong bảng 3.4.3‐1. 185 Các hệ số và tổ hợp tải trọng (t.theo) • Hệ số tải trọng tính cho gradien nhiệt TG và lún SE cần được xác định trên cơ sở một đồ án cụ thể riêng. Nếu không có thông tin riêng có thể lấy bằng: – 0,0 ở các trạng thái giới hạn cường độ và đặc biệt – 1,0 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi không xét hoạt tải, và – 0,50 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi xét hoạt tải 186 4
  5. 11/9/2012 Các hệ số và tổ hợp tải trọng (t.theo) ‐ Đối với tác động của tải trọng thường xuyên thì hệ số tải trọng gây ra tổ hợp bất lợi hơn phải được lựa chọn theo bảng 3.4.1‐2 187 4.4. Xác định tải trọng thường xuyên ‐ Các tĩnh tải DC, DW và EV nếu không đủ số liệu chính xác thì có thể lấy tỷ trọng như Bảng 3.5.1‐1 để tính tĩnh tải ‐ Các tải trọng đất EH, ES, DD được xác định theo điều 3.11 trong Tiêu chuẩn cầu 22 TCN‐272‐05 188 5
  6. 11/9/2012 4.5. Xác định tải trọng nhất thời – Hoạt tải xe Số làn xe: n = w/3500, trong đó w là bề rộng lòng đường (khoảng cách giứa 2 đá vỉa tính bằng mm) Hệ số làn xe m (phụ thuộc vào số làn xe) được quy định trong bảng 3.6.1.1.2.1 Hoạt tải ô tô trên mặt cầu được đặt tên là HL‐93 sẽ gồm tổ hợp của: ‐ Xe tải thiết kế + Tải trọng làn thiết kế, hoặc ‐ Xe 2 trục thiết kế + Tải trọng làn thiết kế 189 Xác định hoạt tải xe (t.theo) Xe tải thiết kế ‐ Xe tải thiết kế gồm có 1 trục trước (35KN) và 2 trục sau (145KN) => tổng trọng lượng xe là 325 KN 4300mm 4300mm tới 9000mm ‐ Trừ quy định trong Điều 3.6.1.3.1 và 3.6.1.4.1, cự ly Xe 3 trục giữa 2 trục 145 KN phải thay (145+145+35) đổi giữa 4300 và 9000 mm  để gây ra ứng lực lớn nhất =325 kN ‐ Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800 mm 190 6
  7. 11/9/2012 Xác định hoạt tải xe (t.theo) Xe 2 trục thiết kế 110KN    110KN ‐ Xe 2 trục gồm 1 cặp trục 110KN => tổng trọng lượng = 220KN (2 trục cách nhau 1200mm) 1.2m ‐ Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800mm Tải trọng làn thiết kế ‐ Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9.3N/mm  phân bố đều theo chiều dọc ‐ Chiều ngang cầu được giả thiết phân bố 9.3N/mm đều trên chiều rộng 3000mm ‐ Ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét tới lực xung kích 191 Xác định hoạt tải xe (t.theo) Trừ khi có quy định khác, ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của 2 trường hợp sau: Xe tải thiết kế Xe 2 trục thiết kế + + Tải trọng làn thiết kế Tải trọng làn thiết kế 145KN      145KN 110KN    110KN 35KN 1.2m 4.3  tới 4.3 m 9 m 9.3 KN/m 9.3 KN/m 192 7
  8. 11/9/2012 Xác định hoạt tải xe (t.theo) Hoạt tải thiết kế HL‐93 (3.6.1.3.1) Xe 3 trục (Truck) +   Tải trọng làn Xe 2 trục (Tandem) +  Tải trọng làn Khi tính mô men âm và ≥ phản lực gối giữa, lấy 90% hiệu ứng của các tải trọng trên hình 193 Xác định hoạt tải xe (t.theo) Hoạt tải Xe (LL) Người đi bộ (PL) Live Load Pedestrian Load Xe tải thiết kế Xe 2 trục thiết kế Tải trọng làn Tải phân bố đều (Design Truck) (Design Tandem) (Lane Load) Xe 3 trục Xe 2 trục Tải phân bố đều 3 kN/m2: có xe (145+145+35) (110+110) 9.3 kN/m 4 kN/m2: ko có xe =325 kN =220 kN Các tải trọng xe được bố trí trong chiều rộng 3m theo phương ngang cầu để có  hiệu ứng bất lợi nhất (3.6.1.3.1). Tuy nhiên, theo Lecture 7 của NHI, hai làn xe  Truck được xếp cách nhau 3600mm, tim đến tim! 194 8
  9. 11/9/2012 4.6. Xác định các tải trọng nhất thời khác 4.6.1. Tải trọng bộ hành (PL) ‐ Đối với tất cả đường bộ hành rộng hơn 600mm phải lấy tải trọng người đi bộ bằng 3x10‐3 MPa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. ‐ Đối với cầu chỉ dùng cho người đi bộ và/hoặc đi xe đạp, phải thiết kế với hoạt tải bằng 4x10‐3 MPa ‐ Không xét lực xung kích đối với tải trọng bộ hành 195 4.6.2. Lực xung kích (IM) Trừ trường hợp với cấu kiện vùi, tác động tĩnh học của Xe tải thiết kế hoặc Xe 2 trục thiết kế (không kể lực ly tâm và lực hãm) phải được tăng thêm một tỷ lệ phần trăm được quy định trong Bảng 3.6.2.1.‐1 cho lực xung kích. Lực xung kích không áp dụng cho Tải trọng bộ hành hoặc Tải trọng làn thiết kế. 196 9
  10. 11/9/2012 Lực xung kích (t.theo) Không cần xét lực xung kích đối với: ‐ Tường chắn không chịu phản lực thẳng đứng từ kết cấu phần trên ‐ Thành phần móng nằm hoàn toàn dưới mặt đất Đối với cống và các cấu kiện vùi trong đất, lực xung kích (tính bằng %) phải lấy như sau: IM = 33(1 ‐ 4.1*10‐4DE) ≥ 0% trong đó, DE = chiều dày tối thiểu của lớp đất phủ phía trên kết cấu (mm) =>    Hệ số áp dụng cho tải trọng tĩnh được lấy bằng: (1 + IM/100) 197 4.6.3. Lực ly tâm (CE) ‐ Lực ly tâm được lấy bằng tích số của các Trọng lượng trục của: Xe tải thiết kế hoặc Xe 2 trục thiết kế với hệ số C 4 v2 ‐ Hệ số C được lấy bằng:  C 3 gR trong đó: ‐ v = vận tốc thiết kế đường ô tô (m/s) ‐ g = gia tốc trọng lực 9,807 (m/s2) ‐ R = bán kính cong của làn xe (m) ‐ Lực ly tâm tác dụng theo phương nằm ngang cách phía trên mặt đường 1.8 m. 198 10
  11. 11/9/2012 Lực ly tâm (t.theo) ‐ Phải áp dụng hệ số làn xe như quy định trong điều 3.6.1.1.2 ‐ Tốc độ thiết kế đường ô tô không lấy nhỏ hơn trị số quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế đường bộ ‐ Tải trọng làn thiết kế được bỏ qua trong tính toán lực ly tâm vì cự ly giữa các xe có tốc độ cao được coi là lớn dẫn đến mật độ xe phía trước và sau xe tải thiết kế thấp. 199 4.6.4. Lực hãm (BR) ‐ Lực hãm được lấy bằng 25% tổng trọng lượng các trục của:  Xe tải thiết kế hoặc Xe 2 trục thiết kế ‐ Các làn xe được giả thiết đi cùng một chiều ‐ Các lực hãm được coi là tác dụng theo phương dọc cầu cách phía trên mặt đường 1.8m ‐ Các lực hãm phải được tính cho cả 2 chiều theo phương dọc cầu để gây ra ứng lực lớn nhất. ‐ Phải áp dụng hệ số làn quy định trong Điều 3.6.1.1.2 ‐ Chỉ có Xe tải thiết kế và Xe 2 trục thiết kế là được xét tính lực hãm vì những xe khác đại diện bởi Tải trọng làn thiết kế được mong đợi là hãm ngoài pha. 200 11
  12. 11/9/2012 4.6.5. Lực va xe (CT) ‐ Không cần tính lực va xe nếu công trình được bảo vệ bởi: ‐ Nền đắp, hoặc ‐ Kết cấu rào chắn độc lập cao 1370mm chịu được va đập, chôn trong đất và đặt trong phạm vi cách bộ phận cần được bảo vệ 3000mm, hoặc ‐ Rào chắn cao 1070mm đặt cách bộ phận cần bảo vệ hơn 3000mm ‐ Tất cả mố trụ (không thỏa mãn điều kiện bảo vệ nói trên) đặt trong phạm vi cách mép lòng đường bộ 9m hay trong phạm vi 15m đến tim đường sắt đều phải thiết kế cho một lực tĩnh tương đương là 1800KN  tác dụng ở bất kỳ hướng nào trong mặt phẳng nằm ngang và cách mặt đất là 1.2m 201 4.6.6. Tải trọng nước (WA) Áp lực dòng chảy theo chiều dọc ‐ Tác dụng theo chiều dọc của kết cấu phần dưới: p = 5.14 x 10‐4 CD V2 trong đó: p =  áp lực dòng chảy (Mpa) CD = hệ số cản của trụ lấy theo bảng 3.7.3.1‐1 V =  vận tốc nước thiết kế tính theo lũ thiết kế cho xói ở TTGH cường độ và sử dụng; tính theo lũ kiểm tra xói khi tính theo TTGH đặc biệt 202 12
  13. 11/9/2012 Áp lực dòng chảy theo chiều ngang ‐ Phân bố đều trên kết cấu phần dưới do dòng chảy lệch với chiều dọc của trụ một góc θ được lấy bằng: p = 5.14 x 10‐4 CL V2 trong đó: p = áp lực dòng chảy theo chiều ngang (Mpa) CL = hệ số cản của trụ lấy theo bảng 3.7.3.2‐1 203 4.7. Triết lý thiết kế theo TTGH  Trạng thái giới hạn (TTGH) là gì? TTGH là trạng thái mà ở đó công trình bị phá hoại hoặc không thể thỏa mãn các yêu cầu sử dụng bình thường (như bị võng quá mức hoặc rung động quá lớn…) TTGH là trạng thái mà tại đó công trình cầu hoặc các bộ phận của nó ngừng đáp ứng các nhiệm vụ thiết kế.  Theo điều 1.3.1. (22TCN‐272.05) “Cầu phải được thiết kế theo các TTGH quy định để đạt được các mục tiêu thi công, an toàn và sử dụng được, có xét đến khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế và mỹ quan.”   i i Q i   .R n HiÖu øng cña t¶i träng ≤ Søc kh¸ng 204 13
  14. 11/9/2012 Triết lý thiết kế theo TTGH (t.theo)   Q i   .R n ‐ Đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γi max  i i thì hệ số điều chỉnh: ηi = ηD ηR ηI ≥ 0.95 ‐ Đối với các tải trọng dùng hệ số tải trọng γi min  thì hệ số điều chỉnh: ηi = 1/(ηD ηR ηI) ≤ 1 ηi – hệ số điều chỉnh tải trọng Trong đó:  γi – hệ số tải trọng, là số nhân +ηD liên quan đến độ dẻo (ηD ≥ 1.05 cho các cấu dựa trên thống kê dùng cho kiện và liên kết không dẻo;ηD = 1 cho các thiết kế hiệu ứng lực thông thường; ηD ≥ 0.95 cho các cấu kiện có dùng biện pháp tăng tính dẻo). Qi – hiệu ứng tải trọng +ηR liên quan đến độ dư thừa (ηR ≥ 1.05 cho các cấu kiện không dư thừa; ηR = 1 cho các mức dư φ – hệ số sức kháng, là số thông thường;ηD ≥ 0.95 cho các mức dư đặc nhân dùng cho sức kháng biệt). danh nghĩa +ηI liên quan đến độ quan trọng (ηI ≥ 1.05 cho các cầu quan trọng; ηI = 1 cho các cầu điển hình;  Rn – Sức kháng danh nghĩa ηI ≥ 0.95 cho các tương đối ít quan trọng). 205 Triết lý thiết kế theo TTGH (t.theo) ‐ Tiêu chuẩn 22‐TCN 272‐05 được Bộ GTVT ban hành năm 2005 dựa trên Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 1998. => Phương pháp tính theo TTGH trong 22TCN‐272‐05  được gọi là phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (Load and Resistance Factor Design – LRFD). ‐ Ưu điểm của phương pháp LRFD: Đã xét đến sự khác nhau của cả tải trọng và sức kháng; Đạt được mức độ an toàn tương đối đồng đều giữa các cấu kiện khác nhau, các TTGH khác nhau và các loại cầu khác nhau. ‐ Nhược điểm của phương pháp LRFD: Yêu cầu hiểu biết cơ bản về lý thuyết xác suất và thống kê; Yêu cầu có các số liệu thống kê đầy đủ và các thuật toán thiết kế xác suất để có thể chỉnh lý hệ số sức kháng trong từng trường hợp riêng. 206 14
  15. 11/9/2012 4.8. Tổ hợp nội lực Xét một dầm chủ có hệ số phân phối ngang gLL ‐ Nội lực tính toán do tĩnh tải DC và DW: QDC   . DC .DC. DC QDW   . DW .DW. DW ‐ Nội lực tính toán do hoạt tải HL93:  . LL .m.g LL 1  IM  .  Pi . yi   9.3. LL     Truck   QHL 93  max    . LL .m.g LL 1  IM  .  Pi . yi   9.3. LL   Tandem  trong đó: ‐ ω = diện tích đường ảnh hưởng nội lực ‐ m = hệ số làn xe ‐ P = trọng lượng trục xe ‐ y = tung độ đường ảnh hưởng nội lực tại vị trí lực P. 207 4.9. Ví dụ tính toán Đề bài: Cho kết cấu nhịp dầm đơn giản (1 dầm chủ, 1 làn xe) như hình vẽ.  ‐ Chiều dài nhịp tính toán Ltt = 32m ‐ Trọng lượng dầm chủ 14 KN/m ‐ Trọng lượng các lớp phủ mặt cầu 5KN/m ‐ Hoạt tải tác dụng: HL93 ‐ Giả thiết hệ số điều chỉnh tải trọng η = 1.05 Yêu cầu: Xác định mômen tính toán tại ½ nhịp theo TTGH cường độ I. Ltt = 32 m 208 15
  16. 11/9/2012 Ltt = 32 m wDC = 14 KN/m wDW = 5 KN/m Diện tích đ.a.h: A = 128 m2. đ.a.h (M) Ltt / 4 = 8 m MDC = γDC*η*(wDC*A) = 1.25*1.05*(14*128) = 2352 KN.m MDW = γDW*η*(wDW*A) = 1.5*1.05*(5*128) = 1008 KN.m 209 Ltt = 32 m 9.3 KN/m 145KN 145KN 35KN đ.a.h (M) 5.85 m 5.85 m Diện tích đ.a.h:  A = 128 m2. 8 m MLL1 = γLL*η*m*(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + γLL*η*m*(9.3*A) MLL1 = 1.75*1.05*1.2*(1+0.25)*(35*5.85+145*8+145*5.85)+ +1.75*1.05*1.2*(9.3*128) MLL1 = 6099.6 + 2624.8 = 8724.4 KN.m 210 16
  17. 11/9/2012 Ltt = 32 m 9.3 KN/m 110KN 110KN đ.a.h (M) 7.4 m Diện tích đ.a.h: A = 128 m2. 8 m MLL2 = γLL*η*m*(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + γLL*η*m*(9.3*A) MLL2 = 1.75*1.05*1.2*(1+0.25)*(110*8+110*7.4)+ +1.75*1.05*1.2*(9.3*128) MLL2 = 4669.1 + 2624.8 = 7293.9 KN.m 211 Ví dụ tính toán (t.theo) Mômen tính toán cho TTGH cường độ I: Mtt = MDC + MDW + max(MLL1 ; MLL2) Mtt = 2352 + 1008 + 8724.4  Mtt = 12084.4 KN.m 212 17
ADSENSE

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.

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0