Chương 4 : NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ CẦU DẦM BÊTÔNG CỐT THÉP THƯỜNG

Chia sẻ: Tân Trường Phi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

96
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong kết cấu nhịp cầu ôtô thường có các sơ đồ tính toán mặt cầu là : - Bản hẫng. - Bản hai cạnh ( bản một hướng - bản kiểu dầm ). - Bản bốn cạnh ( bản hai hướng ). - Bản mặt cầu của cầu không dầm ngang. A. Nguyên lý tính toán theo các sơ đồ nói trên : - Bản hẫng được tính theo sơ đồ công xon, lấy 1 mét chiều rộng bản theo phương dọc cầu để xét là chiều rộng của mặt cắt chịu lực, căn cứ vào đó để tính toán...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 4 : NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ CẦU DẦM BÊTÔNG CỐT THÉP THƯỜNG

Chöông 4 : NGUYEÂN LYÙ THIEÁT KEÁ CAÀU DAÀM BEÂTOÂNG COÁT THEÙP THÖÔØNG 4.1 XAÙC ÑÒNH NOÄI LÖÏC BAÛN : 4.1.1 Phaân tích caáu taïo choïn sô ñoà tính toaùn : Trong keát caáu nhòp caàu oâtoâ thöôøng coù caùc sô ñoà tính toaùn maët caàu laø : - Baûn haãng. - Baûn hai caïnh ( baûn moät höôùng - baûn kieåu daàm ). - Baûn boán caïnh ( baûn hai höôùng ). - Baûn maët caàu cuûa caàu khoâng daàm ngang. A. Nguyeân lyù tính toaùn theo caùc sô ñoà noùi treân : - Baûn haãng ñöôïc tính theo sô ñoà coâng xon, laáy 1 meùt chieàu roäng baûn theo phöông doïc caàu ñeå xeùt laø chieàu roäng cuûa maët caét chòu löïc, caên cöù vaøo ñoù ñeå tính toaùn vaø boá trí coát theùp cho taát caû caùc meùt daøi khaùc cuûa baûn theo doïc
- Baûn hai caïnh thöôøng gaëp laø caùc baûn chæ töïa treân 2 daàm doïc ( khoâng coù daàm ngang ) hay baûn thöïc teá töïa treân boán caïnh ( 2 daàm doïc vaø 2 daàm ngang ) nhöng tyû soá chieàu daøi cuûa caùc caïnh lôùn hôn 2, coù nghóa laø baûn seõ chæ laøm vieäc chòu uoán vôùi nhòp tính toaùn ñöôïc laáy song song vôùi caïnh ngaén cuûa baûn ( trong caàu daàm giaûn ñôn thoâng thöôøng, nhòp naøy ño theo höôùng ngang caàu ). Ngöôøi ta coù theå theo sô ñoà tính toaùn qui öôùc laø daàm giaûn ñôn ñeå tính moâmen cuûa baûn vaøo caùc söôøn daàm. Ñeå tính toaùn löïc caét lôùn nhaát trong baûn thì laïi khoâng nhaân heä soá hieäu chænh, nhaèm thieân veà an toaøn. - Trong moät soá tröôøng hôïp caàu voøm, caàu daây xieân - daàm cöùng BTCT, coù theå gaëp loaïi baûn hai caïnh maø töïa leân daàm ngang chöù khoâng phaûi töïa leân daàm doïc. Khi ñoù nhòp tính toaùn cuûa baûn ñöôïc laáy theo höôùng doïc caàu chöù khoâng phaûi theo höôùng ngang caàu.
- Baûn boán caïnh thöôøng gaëp ôû caùc caàu maët caét hình hoäp, coù theå coi laø baûn töïa treân hai söôøn daàm doïc vaø hai söôøn daàm ngang ( tyû soá chieàu daøi caùc caïnh nhoû hôn 2 ), seõ duøng caùc baûng tra ñöôïc laäp saün ñeå tính noäi löïc moät caùch rieâng reõ theo hai höôùng. - Baûn cuûa caàu khoâng daàm ngang seõ ñöôïc tính theo hai böôùc, tröôùc heát tính baûn chòu löïc cuïc boä theo sô ñoà baûn hai caïnh, sau ñoù tính noäi löïc baûn khi xeùt baûn laøm nhieäm vuï cuûa daàm ngang, caùc keát quaû tính toaùn seõ ñöôïc coäng laïi vôùi nhau ñeå laøm caên cöù tính duyeät maët caét vaø choïn coát theùp. B. Caùc yeâu caàu veà caáu taïo baûn maët caàu : - Chieàu daøy toái thieåu cuûa baûn maët caàu : Ñieàu 5.13.1 vaø trong phaàn 9 cuûa 22 TCN 272-05 chæ daãn caùc yeâu caàu veà baûn maët caàu. - Chieàu daøy toái thieåu cuûa baûn maët caàu BTCT qui ñònh ôû ñieàu 9.7.1.1 laø 175mm ( khoâng keå lôùp hao moøn ). - Khi choïn chieàu daøy baûn, phaûi theâm lôùp hao moøn 15mm.
- Ñoái vôùi baûn haãng cuûa daàm ngoaøi cuøng, do phaûi thieát keá chòu taûi troïng va chaïm vaøo raøo chaén neân chieàu daøy baûn phaûi taêng theâm 25mm ( chieàu daøy toái thieåu ôû muùt haãng baèng 200mm ) ( Ñieàu 13.7.3.5.1 ). - Chieàu daøy toái thieåu cuûa baûn coøn choïn theo tyû leä vôùi chieàu daøi nhòp tính toaùn cuûa baûn ñeå ñaûm baûo yeâu caàu veà ñoä cöùng qui ñònh ôû Ñieàu 2.5.2.6.3-1 : S + 3000 hmin = (mm) (4.1) 30 trong ñoù S laø khaåu ñoä nhòp cuûa baûn. + Rieâng ñoái vôùi caùc daàm hoäp vaø daàm chöõ T, BTCT ñuùc taïi choã, yeâu caàu chieàu daøy baûn caùnh treân ( baûn maët caàu ) phaûi lôùn hôn 1/20 laàn khoaûng caùch giöõa caùc naùch daàm hoaëc caùc söôøn daàm.
C. Sô ñoà tính toaùn : - Xeùt caùc daûi baûn keâ treân caùc caáu kieän ñôõ. Caùc caáu kieän ñôõ laø daàm chuû hay caùc daàm ngang. Nhòp cuûa daûi baûn ñöôïc coi laø song song vôùi höôùng chính ( höôùng coù khoaûng caùch caùc goái ñôõ ngaén hôn ). Caùc baûn haãng, chieàu daøi haãng ñöôïc tính töø tim söôøn daàm bieân ñeán muùt haãng. - Caùc daûi baûn coù theå tính theo hai sô ñoà : sô ñoà baûn haãng, sô ñoà baûn kieåu daàm lieân tuïc keâ treân caùc daàm chuû. - Trong thöïc teá, baûn maët caàu ñöôïc keâ treân caû daàm chuû vaø caùc daàm ngang. Khi khoaûng caùch giöõa caùc daàm ngang lôùn hôn 1,5 laàn khoaûng caùch giöõa caùc daàm chuû thì höôùng chòu löïc chính cuûa baûn seõ theo phöông ngang caàu. Daûi baûn töông ñöông seõ ñöôïc coi ngaøm taïi hai daàm chuû vaø chòu toaøn boä löïc. Neáu tyû leä treân nhoû hôn 1,5 thì phaûi xeùt moâ hình baûn giao nhau. - Löïc taùc duïng leân caùc sô ñoà tuyø thuoäc vaøo caáu taïo.
Hình 4.1 Caùc sô ñoà tính toaùn baûn maët caàu
4.1.2 Nguyeân taéc tính toaùn : A. Phöông phaùp phaân tích veà noäi löïc : - Phöông phaùp kinh nghieäm theo Ñieàu 9.7.2 noäi dung chính qui ñònh chi tieát veà kích thöôùc caáu taïo, soá lôùp coát theùp, soá löôïng coát theùp toái thieåu, caáp coát theùp ... Sau khi caùc yeâu caàu caáu taïo thoûa maõn coù theå khoâng caàn tính toaùn. - Phöông phaùp truyeàn thoáng ( Ñieàu 9.7.3) : qui ñònh chieàu daøy, lôùp coát theùp ... tính löôïng coát theùp chính ñeå chòu moâmen sau ñoù quy ñònh phaân boá coát theùp theo höôùng phuï vuoâng goùc vôùi höôùng chính. - Phöông phaùp chính xaùc : Coù theå aùp duïng phöông phaùp phaàn töû höõu haïn ñeå tính baûn maët caàu. Ngaøy nay caùch tính toaùn naøy caøng thoâng duïng vì coù saün caùc chöông trình maùy tính nhö SAP, MIDAS, STAAD PRO ... - Phöông phaùp gaàn ñuùng ( caùc kyõ sö thöôøng duøng, coù theå deã daøng aùp duïng ). Trong noäi dung saùch naøy, sau ñaây seõ
B. Thieát keá baûn theo phöông phaùp gaàn ñuùng : Coù theå söû duïng phöông phaùp phaân tích gaàn ñuùng ñeå thieát keá baûn maët caàu BTCT ñuùc beâtoâng taïi choã vaø ñuùc lieàn khoái ( Ñieàu 4.6.2.1.6 ). Moâ hình tính : coi maët caàu nhö caùc daûi baûn vuoâng goùc vôùi caùc caáu kieän keâ ñôõ. Khi tính toaùn hieäu öùng löïc trong baûn, phaân tích moät daûi roäng 1m theo chieàu ngang caàu. Caùc caáu kieän keâ ñöôïc giaû thieát laø cöùng tuyeät ñoái. Coù hai sô ñoà tính : phaàn caùnh haãng ôû daàm bieân ñöôïc tính theo sô ñoà coâng son, caùc baûn maët caàu phía trong tính theo sô ñoà daàm lieân tuïc keâ treân caùc goái cöùng taïi vò trí caùc daàm chuû. Cuõng coù theå söû duïng sô ñoà baûn ngaøm taïi hai söôøn daàm chuû vôùi ñöôøng loái phaân tích gaàn ñuùng nhö sô ñoà baûn giaûn ñôn keâ hai caïnh ñöôïc tính nhö daàm giaûn ñôn, sau ñoù xeùt heä soá ñieàu chænh cho ngaøm. Chieàu roäng cuûa daûi baûn chòu aûnh höôûng cuûa baùnh xe ñöôïc goïi laø chieàu roäng daûi baûn töông ñöông, ñöôïc laáy nhö
+ Ñoái vôùi phaàn haãng : E = 1140 + 0,833x (mm) (4.2) + Ñoái vôùi vò trí coù moâmen döông : E+ = 660 + 0,55S (mm) (4.3) + Ñoái vôùi vò trí coù moâmen aâm : E- = 1220 + 0,25S (mm) (4.4) trong ñoù : x - khoaûng caùch töø taâm goái ñeán ñieåm ñaët taûi. S - khoaûng caùch giöõa caùc caáu kieän ñôõ. Trong caùc caàu daàm thöôøng laø khoaûng caùch giöõa caùc daàm chuû. E - chieàu roäng cuûa daûi töông ñöông. Coù theå hieåu laø chieàu roäng aûnh höôûng cuûa taûi troïng ( laøm phaùt sinh noäi löïc ). Ñöôøng loái phaân tích moâ hình laø xaùc ñònh löïc taùc ñoäng leân daûi baûn töông ñöông sau ñoù qui veà caùc löïc taùc ñoäng leân daûi baûn coù chieàu roäng 1m theo phöông xaùc ñònh E. Nhö vaäy, ñöa baøi toaùn veà moâ hình phaúng ñeå tính toaùn noäi löïc vaø boá trí vaät lieäu.
4.1.3 Baûn haãng : 1- Tính toaùn noäi löïc baûn haãng : Xeùt caáu taïo thöïc teá, coù theå xaûy ra ba tröôøng hôïp : + Baûn haãng chæ chòu tónh taûi vaø ngöôøi ñi boä. + Baûn chæ coù tónh taûi vaø taûi troïng oâtoâ. + Baûn chòu caû tónh taûi, baùnh xe oâtoâ vaø ngöôøi ñi boä. Sau ñaây, trình baøy tröôøng hôïp toång quaùt cho tröôøng hôïp baûn haãng chòu caû tónh taûi, baùnh xe oâtoâ vaø ngöôøi ñi boä. a) Tónh taûi taùc duïng : Caùc boä phaän keát caáu ñöôïc tính cho 1m chieàu roäng baûn (phöông doïc caàu). Heä soá vöôït taûi tónh tra theo baûng 3.4.1.2 : Heä soá vöôït taûi TT Loaïi taûi troïng Kyù hieäu Daïng taùc ñoäng ≥1 ≤1 1 Taûi troïng baûn thaân DC1 Phaân boá 1,25 0,90 2 Lan can DC2 Taäp trung 1,25 0,90 3 Gôø chaén baùnh xe DC3 Taäp trung 1,25 0,90 4 Lôùp phuû maët caàu DW Phaân boá 1,50 0,65
b) Hoaït taûi taùc duïng : Hoaït taûi taùc duïng goàm taát caû caùc taûi troïng ñöôïc quy ñònh nhö trong Ñieàu 3.6.1. Trong ñoù, caùc taûi troïng baùnh xe ñöôïc moâ hình hoaù nhö taûi troïng taäp trung hoaëc taûi troïng veät maø chieàu daøi doïc theo nhòp seõ laø chieàu daøi cuûa dieän tích tieáp xuùc cuûa loáp xe vôùi maët ñöôøng ñöôïc chæ ra trong Ñieàu 3.6.1.2.5, coäng vôùi chieàu cao cuûa baûn maët caàu ( Ñieàu 4.6.2.1.6 ). Caùc daûi ñöôïc thieát keá theo lyù thuyeát daàm coå ñieån. Ñeå ñôn giaûn tính toaùn, neân choïn taûi troïng baùnh xe ñöôïc moâ hình hoaù nhö taûi troïng taäp trung. Dieän tích tieáp xuùc cuûa baùnh xe vôùi maët ñöôøng : - Chieàu roäng ( ngang caàu ) : b = 510mm - Chieàu daøi ( doï3 caàu ) : IM  c  l = 2, 28 × 10 γ n +  1 + P  100 
trong ñoù : γ n heä soá taûi troïng cuûa oâtoâ laáy theo baûng - 3.4.1.1 M - löïc xung kích (%) laáy theo baûng 3.6.2.1.1 P - taûi troïng baùnh xe P = Ptr = 145000/2 = 725000N = 72,5kN ( cho xe taûi ) = Pta = 110000/2 = 55000N = 55,0kN ( cho xe hai truïc ). Dieän tích phaân boá cuûa baùnh xe leân beà maët baûn : 3  IM  - Chieàu roäng ( ngang caàu l = b ,+ hf× 10 γ +  1 + ) : 2 28  P + hf  100  - Chieàu daøi ( doïc caàu ) : Ñeå thuaän lôïi cho moâ hình tính toaùn theo sô ñoà phaúng, taùc duïng cuûa taûi troïng baùnh xe coù theå qui veà moät baêng taûi chieàu daøi (b + hf) theo phöông ngang caàu coù cöôøng ñoä P LL = phaân boá cho 1m chieàu roäng baû(n :+ hf )E b
Vò trí taùc ñoäng cuûa baùnh xe leân baûn haãng : tim baùnh xe caùch meùp ñaù væa 300mm (3.6.1.3.1). Khi tính toaùn thieát keá baûn haãng, thöôøng chæ boá trí moät laøn xe neân phaûi nhaân theâm vôùi heä soá laøn xe m = 1,2. Theo Ñieàu 3.6.1.3.4 khi chieàu daøi haãng khoâng quaù 1800mm = 1,8m vaø coù lan can baèng beâtoâng lieân tuïc, taûi troïng cuûa daõy baùnh xe ngoaøi cuøng ñöôïc thay theá baèng moät baêng taûi phaân boá ñeàu, cöôøng ñoä 14,6N/mm =1460N/m, ñaët caùch ñaàu muùt haãng 0,3m. Taûi troïng ngang do va xe vaøo raøo chaén treân baûn haãng tính theo qui ñònh ôû Phaàn 13 cuûa Tieâu chuaån thieát keá. Do ngöôøi ñi : PL = 3kPa coù theå qui taûi troïng raûi ñeàu theo phöông ngang veà löïc taäp trung ñaët ôû tim leà ngöôøi ñi.
Coâng thöùc tính toaùn noäi löïc baûn haãng : • Moâmen taïi ngaøm :  L2 L2 M− = η ∑ γ iQ = η  γ p1 DC1 1 + γ p1 DC2 L2 + γ p1 DC3 L3 + γ p2 DW 4 + i  2 2   IM   + m γ n LL  1 + (b + hf )L5 + mγ pl ...  100    • Löïc caét taïi ngaøm : Q = η  γ p1 DC1 L1 + γ p1 DC2 + γ p1 DC3 + γ p2 DW L4 + m γ n ( LL + IM ) L5 + mγ pl PL   trong ñoù : γp1 - heä soá taûi troïng cuûa tónh taûi baûn thaân keát caáu, γp1 = 1,25 γp2 - heä soá taûi troïng cuûa tónh taûi lôùp phuû maët caàu, γp2 = 1,5 γn - heä soá taûi troïng cuûa hoaït taûi xe, γn = 1,75
4.1.4 Baûn kieåu daàm : 1- Tính toaùn moâmen döông : Hình 4.5 • Ñoái vôùi baûn cuûa caàu daàm, coù theå phaân tích nhö moâ hình daûi baûn lieân tuïc keâ treân caùc daàm chuû. • Ñoái vôùi baûn maët caàu cuûa caùc daàm coù maët caét hình hoäp coù theå phaân tích theo moâ hình daûi baûn ngaøm hai ñaàu vaø tính theo phöông phaùp gaàn ñuùng vôùi ñöôøng loái tính toaùn moâmen döông ôû maët caét giöõa nhòp cuûa moâ hình baûn giaûn ñôn keâ treân hai goái khôùp. Trò soá moâmen taïi maët caét giöõa nhòp cuûa baûn hai ñaàu ngaøm xaùc ñònh theo coâng thöùc : + M0,5 L = kM0,5 L0 0 (4.8) M0,5 L Vôùi : - moâmen do ngoaïi taûi gaây ra taïi maët caét giöõa nhòp baûn giaûn ñôn.
a) Tónh taûi taùc duïng : Caùc boä phaän keát caáu ñöôïc tính cho 1m chieàu roäng baûn (phöông doïc caàu) heä soá vöôït taûi tónh tra theo baûng 3.4.1.2 : Daïng Heä soá taûi troïng TT Loaïi taûi troïng Kyù hieäu taùc ñoäng ≥1 ≤1 1 Troïng löôïng baûn thaân DC1 Phaân boá 1,25 0,90 2 Lôùp phuû maët caàu DW Phaân boá 1,50 0,65 b) Hoaït taûi taùc duïng : Daûi baûn chòu löïc theo phöông ngang caàu, chieàu roäng cuûa daûi baûn töông ñöông theo phöông doïc caàu tính theo baûng 4.6.2.1.3-1 : +
- Taùc duïng cuûa baùnh xe taûi thieát keá : Theo moâ hình tính toaùn theo sô ñoà phaúng, taùc duïng cuûa taûi troïng baùnh xe coù theå qui veà moät baêng taûi daøi (b + hf) theo phöông ngang caàu coù cöôøng ñoä phaân boá cho 1m chieàu roäng baûn : Ptr LL = (b + hf )E vôùi E ≥ 1000mm - Taùc duïng cuûa baùnh xe hai truïc : tuøy thuoäc vaøo trò soá chieàu roäng cuûa daûi baûn töông ñöông E : + Neáu E < 1,2m, chæ coù moät baùnh xe cuûa xe hai truïc ñaët trong phaïm vi chieàu roäng cuûa daûi baûn töông ñöông neân cöôøng ñoä cuûa taûi troïng baêng do baùnh xe gaây ra baèng : Pta LL = (b + hf )E vôùi E ≥ 1000mm + Neáu E ≥ 1,2m, coù hai baùnh xe cuûa xe hai truïc ñaët trong phaïm vi chieàu roäng cuûa daûi baûn töông ñöông neân cöôøng ñoä cuûa taûi troïng baêng do baùnh xe gaây ra baèng : 2 Pta LL = (b + hf )E
Hình 4.6 Xeáp baùnh xe treân maët baèng So saùnh choïn giaù trò lôùn cuûa aùp löïc baùnh xe trong caùc tröôøng hôïp treân ñeå ñöa vaøo tính toaùn thieát keá.
- Taùc duïng cuûa taûi troïng laøn : Ñieàu 3.6.1.3.3 qui ñònh : + Khi caùc daûi cô baûn laø ngang ( chòu löïc chuû yeáu theo phöông ngang caàu ) coù chieàu daøi nhòp tính toaùn khoâng vöôït quaù 4600mm - caùc daûi baûn ngang phaûi ñöôïc thieát keá theo caùc baùnh xe cuûa truïc naëng xe taûi 145kN. + Khi caùc daûi cô baûn laø ngang coù chieàu daøi nhòp tính toaùn vöôït quaù 4600mm - caùc daûi baûn ngang phaûi ñöôïc thieát keá theo caùc baùnh xe cuûa truïc naëng xe taûi 145kN vaø taûi troïng laøn. + Khi caùc daûi cô baûn laø doïc - caùc daûi ngang phaûi ñöôïc thieát keá vôùi taát caû caùc taûi troïng qui ñònh trong ñieàu 3.6.1.2 bao goàm caû taûi troïng laøn. Vò trí taùc ñoäng cuûa baùnh xe leân baûn : tim baùnh xe caùch meùp ñaù væa 300mm vaø caùch meùp laøn 600mm (3.6.1.3.1). Caàn xeâ dòch vò trí truïc xe theo phöông ngang caàu ñeå tìm ra vò trí gaây noäi löïc baát lôïi nhaát, nhöng chæ ñöôïc pheùp xeâ dòch trong phaïm vi laøn.
Caáu taïo baûn ngaøm hai ñaàu Sô ñoà tính moâmen taïi maët caét giöõa nhòp cuûa daàm giaûn ñôn Sô ñoà tính toaùn löïc caét taïi goái Hình 4.7