Giáo trình Thiết kế cầu - Phần 2: Cầu bê tông cốt thép - Nguyễn Tấn Dương

Thiết kế cầu Bộ môn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 101 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN 22TCN272-05 3.1 BỀ RỘNG DẢI TƢƠNG ĐƢƠNG ĐỐI VỚI CÁC LOẠI CẦU BẢN VÀ BỀ RỘNG CÁNH DẦM HỮU HIỆU 3.1.1 Bề rộng dải tƣơng đƣơng đối với các loại cầu bản Các quy định sau đây đƣợc áp dụng cho các loại cầu bản bê tông đúc tại chỗ Bề rộng tƣơng đƣơng theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt và momen cho một làn, tức là hai đƣờng của bánh xe đặt tải có thể đƣợc xác định nhƣ sa

pdf103 trang | Chia sẻ: huongnhu95 | Lượt xem: 441 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Giáo trình Thiết kế cầu - Phần 2: Cầu bê tông cốt thép - Nguyễn Tấn Dương, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
u: 1142,0250 WLE  (Điều 4.6.2.3-1) Bề rộng tƣơng đƣơng theo làn của các dải dọc cho cả lực cắt và momen với số làn chịu tải lớn hơn một cĩ thể xác định nhƣ sau: LN W WLE  1112,02100 (Điều 4.6.2.3-2) Trong đĩ E: Bề rộng tƣơng đƣơng (mm) L1: chiều dài nhịp đã đƣợc điều chỉnh, lấy bằng giá trị nhỏ hơn của nhịp thực tế hoặc 18000mm W1: bề rộng từ mép tới mép đã đƣợc điều chỉnh của cầu, đƣợc lấy bằng giá trị nhỏ hơn của bề rộng thực tế hoặc 18000 mm nếu chịu tải trọng trên nhiều làn, hoặc 9000 mm nếu chịu tải trên một làn (mm) W: bề rộng vật lý mép-tới-mép của cầu (mm) NL: số làn thiết kế, lấy theo Điều 3.6.1.1.1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Đối với cầu chéo, các hiệu ứng lực dọc cĩ thể đƣợc giảm đi bằng hệ số r: r = 1,05 – 0,25.tg  1,0 (Điều 4.6.2.3-3) Trong đĩ:  : gĩc chéo (độ) 3.1.2 Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Khi khơng đủ điều kiện phân tích chính xác hơn, trừ khi cĩ quy định khác, phải tính nhƣ dƣới đây đối với trị số giới hạn của bề rộng bản bê tơng, coi nhƣ bề rộng cĩ hiệu trong tác dụng liên hợp để xác định sức kháng của trạng thái giới hạn. Khi tính độ võng cần xét trên cơ sở tồn bộ chiều rộng bản cánh dầm. Khi tính bề rộng bản cánh dầm cĩ hiệu, chiều dài nhịp cĩ hiệu cĩ thể lấy bằng chiều dài nhịp thực tế đối với các nhịp đơn giản và bằng khoảng cách giữa các điểm thay đổi momen uốn (điểm uốn của biểu đồ momen) của tải trọng thƣờng xuyên đối với các nhịp liên tục, thích hợp với cả momen âm và momen dƣơng. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 102 Đối với bề rộng bản cánh dầm cĩ hiệu của các dầm giữa, cĩ thể lấy bằng trị số nhỏ nhất của:  1/4 chiều dài nhịp hữu hiệu  12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng của bản cánh trên của dầm  Khoảng cách trung bình của các dầm liền kề nhau Đối với các dầm biên, bề rộng bản cánh dầm cĩ hiệu cĩ thể đƣợc lấy bằng ½ bề rộng cĩ hiệu của dầm trong kề bên, cộng thêm trị số nhỏ nhất của:  1/8 lần chiều dài nhịp hữu hiệu  6,0 lần độ dày trung bình của bản, cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dầy bản bụng dầm hoặc 1/4 bề rộng của bản cánh trên của dầm chính  Bề rộng của phần hẫng 3.2 CƢỜNG ĐỘ KHÁNG UỐN CỦA MẶT CẮT TRONG TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƢỜNG ĐỘ 3.2.1 Nguyên tắc chung Sức kháng tính tốn của các cấu kiện bê tơng phải đƣợc xác định dựa trên các điều kiện cân bằng và tƣơng thích về biến dạng, lấy các hệ số sức kháng theo quy định của Điều 5.5.4.2 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 và các giả thiết sau:  Đối với các cấu kiện cĩ cốt thép hoặc thép dự ứng lực dính bám hồn tồn, hoặc trong chiều dài dính bám của các tao thép dự ứng lực mất dính bám cục bộ hoặc đƣợc bọc thì ứng biến tỷ lệ thuận với khoảng cách tính từ trục trung hịa, trừ các cấu kiện cĩ chiều cao lớn thỏa mãn các yêu cầu của Điều 5.13.2 và trong các vùng khơng bình thƣờng khác.  Đối với các cấu kiện cĩ các bĩ tao cáp dự ứng lực khơng dính bám hồn tồn hay khơng dính bám một phần nghĩa là các tao thép trong ống bọc hay mất dính bám, sự chênh lệch về ứng biến giữa bĩ thép và mặt cắt bê tơng cũng nhƣ ảnh hƣởng của độ võng đối với yếu tố hình học của bĩ thép phải đƣa vào tính tốn ứng suất trong bĩ thép.  Nếu bê tơng khơng bị kiềm chế, ứng biến dùng đƣợc lớn nhất ở thớ chịu nén ngồi cùng khơng đƣợc lớn quá 0,003  Nếu bê tơng bị kiềm chế, ứng biến dùng đƣợc lớn nhất vƣợt quá 0,003 cĩ thể đƣợc dùng nếu cĩ sự chứng minh  Ngoại trừ mơ hình chống và giằng, ứng suất trong cốt thép phải dựa trên đƣờng cong ứng suất – ứng biến đại diện của thép hay một giá trị tốn học đại diện đƣợc chấp nhận, bao gồm dự khai triển của các cột thép hay dự ứng lực và việc truyền dự ứng lực.  Bỏ qua sức kháng kéo của bê tơng Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 103  Giả thiết biểu đồ ứng suất - ứng biến của bê tơng chịu nén là hình chữ nhật, parabol hay bất cứ hình dạng nào khác đều phải dẫn đến sự dự tính về sức kháng vật liệu phù hợp về cơ bản với các kết quả thí nghiệm  Phải xét đến sự khai triển của các cốt thép và cáp dự ứng lực và việc truyền dự ứng lực  Phải nghiên cứu các giới hạn bổ sung về ứng biến nén cực trị của bê tơng trong các cấu kiện chịu nén mặt cắt chữ nhật rỗng theo quy định của Điều 5.7.4.7 3.2.2 Phân bố ứng suất theo hình chữ nhật Quan hệ tự nhiên giữa ứng suất bê tơng chịu nén và ứng biến cĩ thể coi nhƣ một khối hình chữ nhật tƣơng đƣơng cạnh bằng 0,85 f’c phân bố trên một vùng giới hạn bởi mặt ngồi cùng chịu nén của mặt cắt và đƣờng thẳng song song với trục trung hồ cách thớ chịu nén ngồi cùng một khoảng cách a = 1 c. Khoảng cách c phải tính vuơng gĩc với trục trung hồ. Hệ số 1 lấy bằng 0,85 đối với bê tơng cĩ cƣờng độ khơng lớn hơn 28 MPa. Với bê tơng cĩ cƣờng độ lớn hơn 28 MPa, hệ số 1 giảm đi theo tỷ lệ 0,05 cho từng 7 MPa vƣợt quá 28 MPa, nhƣng khơng lấy nhỏ hơn trị số 0,65. Phải nghiên cứu các giới hạn bổ sung khi sử dụng khối ứng suất chữ nhật đối với các cấu kiện chịu nén mặt cắt chữ nhật rỗng theo quy định của Điều 5.7.4.7. 3.2.3 Ứng suất trong cốt thép dự ứng lực ở mức sức kháng uốn danh định Đối với các cấu kiện cĩ cốt thép dự ứng lực dính bám với bê tơng thơng qua bê tơng đúc cĩ tiếp xúc trực tiếp với cốt thép đĩ hoặc tiếp xúc thơng qua vữa phun. Nhƣ vậy các cơng nghệ dự ứng lực kéo trƣớc và dự ứng lực kéo sau thơng dụng đều thỏa mãn điều kiện dính bám. Đối với mặt cắt hình chữ nhật và hình T chịu uốn quanh một trục, cĩ ứng suất phân bố nhƣ quy định ở Điều 5.7.2.2 và fpe khơng nhỏ hơn 0,5.fpu, ứng suất trung bình trong cốt thép, fps, cĩ thể lấy nhƣ sau : Trong đĩ: Cơng thức xác định vị trí trục trung hịa (tính tốn chiều cao vùng bê tơng chịu nén) xuất phát từ phƣơng trình cân bằng hình chiếu lên phƣơng ngang của nội lực trên mặt cắt ngang:  Đối với mặt cắt hình T (Điều 5.7.3.1.1-1) (Điều 5.7.3.1.1-2) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 104  Đối với mặt cắt hình chữ nhật Trong đĩ: Aps : diện tích mặt cắt cốt thép dự ứng lực(mm2) fpu : cƣờng độ chịu kéo quy định của thép dự ứng lực(MPa) fpy : giới hạn chảy của thép dự ứng lực(MPa) As : diện tích cốt thép thƣờng chịu kéo (mm2) A’s : diện tích cốt thép thƣờng chịu nén (mm2) fy : giới hạn chảy của cốt thép chịu kéo (MPa) f’y : giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa) b : chiều rộng của bản cánh chịu nén (mm) bw : chiều rộng của bản bụng (mm) hf : chiều dày bản cánh chịu nén (mm) dp : khoảng cách từ thớ ngồi cùng chịu nén đến trọng tâm các bĩ thép dự ứng lực (mm) c : khoảng cách từ trục trung hồ đến mặt chịu nén (mm) 1 : hệ số quy đổi hình khối ứng suất quy định ở Điều 5.7.2.2 (Điều 5.7.3.1.1-3) (Điều 5.7.3.1.1-4) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 105 Phải khảo sát mức ứng suất trong cốt thép chịu nén và nếu ứng suất trong cốt thép chịu nén khơng đạt giới hạn chảy thì ứng suất thực tế phải đƣợc dùng thay cho f’y trong Phƣơng trình 3. 3.2.4 Các nhận xét và phân tích 3.2.4.1 Về hệ số k Hệ số k phụ thuộc vào bản chất cốt thép. Ví dụ đối với cốt thép dự ứng lực cƣờng độ cao cấp 270 theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 thì:  Cƣờng độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa (18600 kG/cm 2 )  Giới hạn chảy: fpy = 1581 MPa (15810 kG/cm 2 ) ( ) ( ) 3.2.4.2 Về xác định chiều cao vùng nén c Trong thực tế tính tốn trị số của c khơng thể âm, vì vậy:  Nếu c > hf trục trung hịa đi qua sƣờn dầm, áp dụng cơng thức đối với mặt cắt chữ T  Nếu c  hf trục trung hịa đi qua cánh dầm, áp dụng cơng thức đối với mặt cắt chữ nhật với bw=b Để tính tốn chiều cao vùng nén, trƣớc hết cần xác định trƣờng hợp tính tốn là trục trung hịa đi qua cánh dầm hay qua sƣờn dầm. Muốn vậy giả thiết trục trung hịa của mặt cắt ngang qua mép dƣới bản chịu nén  xét bất đẳng thức: Nếu sai  tính c theo mặt cắt chữ T, cơng thức (Điều 5.7.3.1.2-3) Nếu đúng  tính c theo mặt cắt chữ nhật, cơng thức (Điều 5.7.3.1.2-4) 3.2.5 Điều kiện duyệt trạng thái giới hạn cƣờng độ Trạng thái giới hạn về cƣờng độ yêu cầu phải thỏa mãn điều kiện sau: Mr = Mn > Mu Trong đĩ: Mr : lực kháng uốn tính tốn Mn : lực kháng uốn danh định Mu : momen tính tốn thiết kế  : hệ số sức kháng (Điều 5.5.4.2)  = 1 đối với trƣờng hợp bê tơng dự ứng lực chịu uốn Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 106  = 0,9 đối với trƣờng hợp bê tơng cốt thép thƣờng Trong những trƣờng hợp của kết cấu dự ứng lực một phần, giá trị  cĩ thể lấy nhƣ sau:  = 0.90 + 0.10(PPR) Với PPR là tỷ lệ dự ứng lực một phần, đƣợc xác định theo cơng thức sau: As : diện tích cốt thép khơng dự ứng lực(mm2). Aps : diện tích thép dự ứng lực(mm2) fy : giới hạn chảy của cốt thép (MPa). fpy : giới hạn chảy của thép dự ứng lực(MPa). 3.2.5.1 Mặt cắt cĩ bản cánh (Chữ T, chữ I, hộp) Với mặt cắt hình T chịu uốn quanh một trục và hai trục cùng với lực nén dọc trục nhƣ quy định ở Điều 5.7.4.5 và sự phân bố ứng suất lấy gần đúng nhƣ quy định ở Điều 5.7.2.2, với bĩ dự ứng lực cĩ dính bám, và khi chiều dày bản cánh chịu nén nhỏ hơn c, xác định theo Phƣơng trình 5.7.3.1.1-3, sức kháng uốn danh định của mặt cắt cĩ thể xác định nhƣ sau : ( ) ( ) ( ) ( ) Trong đĩ : Aps : diện tích thép dự ứng lực(mm2) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép dự ứng lực ở sức kháng uốn danh định, tính theo phƣơng trình 5.7.3.1.1-1 (MPa) dp : khoảng cách từ thớ nén ngồi cùng đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực (mm) As : diện tích cốt thép chịu kéo khơng dự ứng lực(mm2). fy : giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa). ds : khoảng cách từ thớ nén ngồi cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo khơng dự ứng lực (mm). A’s : diện tích cốt thép chịu nén (mm2) f’y : giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa) d’s : khoảng cách từ thớ ngồi cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén (mm) f’c : cƣờng độ chịu nén quy định của bê tơng ở tuổi 28 ngày (MPa) (Điều 5.5.4.2.1-1) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 107 b : bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm) bw : chiều dày của bản bản bụng hoặc đƣờng kính của mặt cắt trịn (mm) 1 : hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong Điều 5.7.2.2 hf : chiều dày bản cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T (mm) a = c1 : Chiều dày của khối ứng suất tƣơng đƣơng (mm) 3.2.5.2 Mặt cắt chữ nhật Đối với mặt cắt hình chữ nhật chịu uốn một trục và hai trục cùng với lực dọc trục nhƣ quy định ở Điều 5.7.4.5, khi cơng nhận sự phân bố ứng suất gần đúng nhƣ quy định ở Điều 5.7.2.2 và chiều dày bản cánh chịu nén khơng nhỏ hơn đại lƣợng c xác định theo Phƣơng trình 5.7.3.1.1-3 thì sức kháng uốn danh định Mn cĩ thể xác định theo các Phƣơng trình từ 5.7.3.1.1-1, đến 5.7.3.2.2-1, trong đĩ bw phải lấy bằng b. Để tính giá trị Mn, tức lực kháng uốn danh định của một mặt cắt ngang dầm, đầu tiên cần xác định xem liệu mặt cắt này cĩ dạng chữ nhật hay chữ T theo cách nhƣ đã trình bày ở trên ( ) ( ) ( ) Nếu mặt cắt dầm cĩ dạng hình chữ nhật, cƣờng độ đƣợc tính nhƣ sau: Với fps - Ứng suất trung bình trong tao thép ở sức kháng danh định Cho rằng fps ≥ 0.5fpu ( ) a=1.c 3.2.5.3 Các dạng mặt cắt khác Với các loại mặt cắt khơng phải là mặt cắt hình chữ T hay thực chất là mặt cắt hình chữ nhật cĩ trục thẳng đứng đối xứng hoặc mặt cắt chịu uốn hai trục khơng cĩ lực dọc trục thì khơng thể sử dụng cơng thức lý tƣởng hĩa nhƣ đã nêu trong Tiêu chuẩn. Cần cĩ một cách tiếp cận tổng quát hơn để tính sức kháng uốn danh định. Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, việc áp dụng tính tƣơng thích về biến dạng là cách hay đƣợc dùng nhất. Mặt cắt ngang dầm đƣợc chia thành từng lớp hình thang khác nhau đối với các loại vật liệu khác nhau và mỗi lớp cốt thép đƣợc mơ hình hĩa riêng biệt. Khi đĩ sức kháng uốn tính tốn Mn đƣợc xác định bằng giải tích dựa trên các giả thiết đã quy định ở Điều 5.7.2. Đồng thời phải áp dụng các yêu cầu của Điều 5.7.3.3. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 108 3.3 CÁC GIỚI HẠN VỀ CỐT THÉP 3.3.1 Quy định về hàm lƣợng cốt thép tối đa Hàm lƣợng thép giới hạn ở một mặt cắt nhất định đƣợc biểu thị qua độ cao giới hạn của trục trung hịa. Lƣợng thép cĩ thể cĩ trong một mặt cắt phải thỏa mãn sao cho chiều cao vùng bê tơng chịu nén của mặt cắt khơng lớn hơn 42% độ cao tới trọng tâm của cốt thép chịu kéo. Hàm lƣợng thép dự ứng lực và thép khơng dự ứng lực tối đa phải đƣợc giới hạn sao cho: Trong đĩ Với c : khoảng cách từ thớ chịu nén ngồi cùng đến trục trung hồ (mm) de : khoảng cách hữu hiệu tƣơng ứng từ thớ chịu nén ngồi cùng đến trọng tâm lực kéo của cốt thép chịu kéo (mm) Nếu tỷ số trên đạt tới hạn thì mặt cắt đƣợc coi là quá nhiều thép. Mặt cắt bê tơng cốt thép nhƣ đã nĩi là cĩ chỉ số PPR < 0.5 khơng đƣợc phép quá nhiều thép. Tuy nhiên, nếu mặt cắt cĩ dự ứng lực một phần hay dự ứng lực tồn phần (cĩ PPR ≥ 0.5) thì cho phép mặt cắt quá nhiều thép và phải đảm bảo là mặt cắt đủ độ dẻo. 3.3.2 Quy định về hàm lƣợng cốt thép tối thiểu Trừ khi cĩ các quy định khác, cịn ở bất kỳ một mặt cắt nào đĩ của cấu kiện chịu uốn, lƣợng cốt thép thƣờng và cốt thép dự ứng lực chịu kéo phải đủ để phát triển sức kháng uốn tính tốn Mr ít nhất bằng 1 trong 2 giá trị sau, lấy giá trị nhỏ hơn:  1,2 lần sức kháng nứt đƣợc xác định trên cơ sở phân bố ứng suất đàn hồi và cƣờng độ chịu kéo khi uốn, fr, của bê tơng theo quy định trong Điều 5.4.2.6, hoặc  1,33 lần mơmen tính tốn cần thiết dƣới tổ hợp tải trọng - cƣờng độ thích hợp quy định trong bảng 3.4.1.1. Phải áp dụng các quy định của Điều 5.10.8. Đối với các cấu kiện khơng cĩ thép dự ứng lực thì lƣợng cốt thép tối thiểu quy định ở đây cĩ thể coi là thoả mãn nếu: Trong đĩ: (Điều 5.7.3.3.1-1) (Điều 5.7.3.3.1-2) (Điều 5.7.3.3.2-1) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 109 Pmin : tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên f’c : cƣờng độ quy định của bê tơng (MPa) fy : cƣờng độ chảy dẻo của thép chịu kéo (MPa) Đối với các dầm chữ T cĩ bản bụng dầm chịu kéo, việc xác định tỷ lệ cốt thép thƣờng thực tế để so sánh với yêu cầu của Phƣơng trình 1, phải căn cứ vào chiều rộng của bản bụng dầm. 3.4 KHỐNG CHẾ NỨT BẰNG SỰ PHÂN BỐ CỐT THÉP HỢP LÝ Khi tính duyệt theo TTGH khai thác về khống chế độ mở rộng vết nứt trong dầm BTCT chịu uốn thì dựa trên nguyên tắc là chiều rộng của vết nứt trong dầm chịu uốn đƣợc kiểm sốt bằng sự phân bố cốt thép trong vùng bê tơng chịu kéo lớn nhất. Các quy định ở đây đƣợc áp dụng cho tất cả cốt thép của các cấu kiện bê tơng cốt thép trừ bản mặt cầu đƣợc thiết kế theo Điều 9.7.2, trong đĩ sự kéo của mặt cắt ngang vƣợt quá 80% cƣờng độ chịu kéo do uốn nhƣ quy định ở Điều 5.4.2.6, ở tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng. 3.4.1 Tính ứng suất kéo cốt thép ở Trạng thái giới hạn sử dụng Trƣớc tiên cần tính tốn trị số ứng suất kéo fs trong cốt thép thƣờng ở trạng thái giới hạn sử dụng Nguyên tắc và trình tự tính tốn nhƣ sau: Khi đĩ giả thiết kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi, biểu đồ ứng suất vùng nén bê tơng cĩ dạng tam giác (chứ khơng phải là hình chữ nhật), diện tích cốt thép chịu nén và diện tích cốt thép chịu kéo đƣợc tính đổi sang diện tích bê tơng bằng cách nhân với hệ số mơ đun đàn hồi thép/bê tơng. Từ các giả thiết này tính ra chiều cao vùng nén bê tơng c, rồi tính ra các đặc trƣng hình học tính đổi của mặt cắt (bỏ qua phần bê tơng chịu kéo). Sau đĩ tính ra ứng suất bê tơng ở thớ qua trọng tâm hàng cốt thép biên, nhân giá trị kết quả này với hệ số mơ đun đàn hồi để tính ra giá trị của fs. Cũng cĩ thể tính tốn gần đúng bằng cách lấy giá trị chiều cao vùng nén bê tơng là c theo kết quả tính tốn mặt cắt ở TTGH cƣờng độ. 3.4.2 Điều kiện kiểm tốn về hạn chế vết nứt Điều kiện kiểm tốn là các cấu kiện phải đƣợc cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép thƣờng ở trạng thái giới hạn sử dụng, fsa, khơng vƣợt quá : Trong đĩ dc : chiều cao phần bê tơng tính từ thớ chịu kéo ngồi cùng cho đến tâm của thanh hay sợi thép chịu kéo đặt gần nhất; nhằm mục đích tính tốn giá trị của dc thì phải lấy chiều dày của lớp bê tơng bảo vệ khơng đƣợc lớn hơn 50mm (mặc dù trong trƣờng hợp thực tế lớp bê tơng bảo vệ cĩ thể dày đến 75mm để đủ chống ăn mịn trong mơi trƣờng bờ biển). (Điều 5.7.3.4-1) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 110 A : diện tích phần bê tơng cĩ cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và đƣợc bao bởi các mặt của mặt cắt ngang và đƣờng thẳng song song với trục trung hồ, chia cho số lƣợng của các thanh hay sợi (mm2); nhằm mục đích tính tốn, phải lấy chiều dày tịnh của lớp bê tơng bảo vệ khơng đƣợc lớn hơn 50 mm. Z : thơng số bề rộng vết nứt (N/mm). Ngoại trừ đối với cống hộp bê tơng cốt thép đúc tại chỗ quy định dƣới đây, đại lƣợng Z trong Phƣơng trình 1 khơng đƣợc lấy vƣợt quá 30000N/mm đối với các cấu kiện trong điều kiện mơi trƣờng thơng thƣờng, 23000 N/mm đối với các cấu kiện trong điều kiện mơi trƣờng khắc nghiệt và 17500 N/mm đối với các kết cấu vùi dƣới đất. Đại lƣợng Z khơng đƣợc lấy vƣợt quá 23000 khi thiết kế theo phƣơng ngang đối với các dầm hộp bê tơng phân đoạn khi chịu tải bất kỳ trƣớc khi đạt tới tồn bộ sức kháng danh định của bê tơng. Đối với các cống hộp bê tơng cốt thép đúc tại chỗ, đại lƣợng Z trong Phƣơng trình 1 khơng đƣợc vƣợt quá: Trong đĩ: d: khoảng cách tính từ mặt chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo (mm) Cốt thép dự ứng lực dính bám cĩ thể đƣợc tính vào trị số A, trong trƣờng hợp này sự tăng ứng suất trong thép dự ứng lực dính bám vƣợt quá trạng thái giảm nén trƣớc đƣợc tính trên cơ sở mặt cắt bị nứt hoặc phân tích sự tƣơng đồng biến dạng khơng đƣợc vƣợt quá giá trị fsa xác định từ Phƣơng trình 1. Ở các vị trí bản cánh của dầm bê tơng cốt thép mặt cắt T hoặc hộp chịu kéo, ở trạng thái giới hạn sử dụng, cốt thép chịu kéo khi uốn phải phân bố trên một phạm vi, lấy theo trị số nhỏ hơn trong các trị số sau đây :  Bề rộng hữu hiệu của bản cánh nhƣ quy định ở Điều 4.6.2.6 hoặc  Một chiều rộng bằng 1/10 chiều dài trung bình của các nhịp lân cận. Nếu bề rộng bản cánh hữu hiệu lớn hơn 1/10 chiều dài nhịp thì phải bố trí cốt thép dọc bổ sung ở phần ngồi của bản cánh với diện tích khơng nhỏ hơn 0,4% diện tích của bản nhơ ra. Nếu chiều dày hữu hiệu, dc, của các cấu kiện bê tơng cốt thép hoặc bê tơng dự ứng lực một phần lớn hơn 900 mm, thì phải bố trí cốt thép dọc tạo vỏ phân bố đều theo dọc cả 2 mặt của cấu kiện trong một khoảng d/2 gần cốt thép chịu kéo uốn nhất. Diện tích của cốt thép vỏ Ash tính bằng mm 2 /mm theo chiều cao trên mỗi mặt khơng nhỏ hơn : (Điều 5.7.3.4-2) (Điều 5.7.3.4-3) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 111 Trong đĩ: Aps : diện tích của thép dự ứng lực (mm 2 ) As : diện tích cốt thép thƣờng chịu kéo (mm 2 ) de : tay địn uốn lấy bằng cự ly từ mặt chịu nén đến trọng tâm thép (mm). Cự ly giữa các cốt thép của lƣới thép vỏ khơng vƣợt quá d/6 hoặc 300 mm. Các cốt thép này cĩ thể tính vào chịu lực nếu việc phân tích tƣơng đồng biến dạng đƣợc tiến hành để xác định ứng suất trong từng thanh riêng biệt. Tĩm lại về mặt nguyên lý chung, biện pháp để giảm độ mở rộng vết nứt là dùng cốt thép cĩ đƣờng kính nhỏ và đặt rời rạc từng thanh. Theo cơng thức điều 5.7.3.4-1 ở trên, nếu cốt thép nhỏ, cự ly các cốt thép vừa phải, dẫn tới A nhỏ thì fsa sẽ tăng. Nhƣ vậy cũng đạt mục tiêu phân bố đều phạm vi ảnh hƣởng của cốt thép. 3.5 CÁC MẤT MÁT DỰ ỨNG SUẤT TRONG KẾT CẤU BTCT DỰ ỨNG LỰC 3.5.1 Tổng mất mát ứng suất Thay vì phân tích chi tiết hơn, các mất mát dự ứng suất trong các cấu kiện đƣợc xây dựng và đƣợc tạo dự ứng lực trong một giai đoạn duy nhất cĩ thể lấy bằng Trong các cấu kiện kéo trƣớc ΔfpT = ΔfpES + ΔfpSR + ΔfpCR + ΔfpR2 Trong các cấu kiện kéo sau ΔfpT = ΔfpF + ΔfpA + ΔfpES + ΔfpSR + ΔfpCR + ΔfpR2 Trong đĩ: ΔfpT = tổng mất mát (MPa) ΔfpF = mất mát do ma sát (MPa) ΔfpA = mất mát do thiết bị neo (MPa) ΔfpES = mất mát do co ngắn đàn hồi (MPa) ΔfpSR = mất mát do co ngĩt (MPa) ΔfpCR = mất mát do từ biến của bê tơng (MPa) ΔfpR2 = mất mát do tự chùng (dão) của cốt thép dự ứng lực (MPa) 3.5.2 Các mất mát ứng suất tức thời (đàn hồi) 3.5.2.1 Mất mát do thiết bị neo Độ lớn của mất mát do thiết bị neo phải là trị số lớn hơn số yêu cầu để khống chế ứng suất trong thép dự ứng lực khi truyền, hoặc số kiến nghị bởi nhà sản xuất (Điều 5.7.3.4-4) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 112 neo. Độ lớn của mất mát do thiết bị neo giả thiết để thiết kế và dùng để tính mất mát của thiết bị phải đƣợc chỉ ra trong hồ sơ hợp đồng và kiểm chứng trong khi thi cơng. Khi thiết kế khi khơng cĩ số liệu của nhà sản xuất neo thì cĩ thể tham khảo các thiết kế thực tế cĩ thể tính theo cơng thức sau Trong đĩ: ΣΔ - tổng dịch chuyển tƣơng đối giữa cốt thép và neo lấy bằng 5 mm cho mỗi neo. Ltb - chiều dài trung bình của các bĩ cốt thép DƢL Ltb = ΣLi/N (mm) Ep - mơ đun đàn hồi của cốt thép DƢL lấy bằng 1.97. 10 5 MPa. * Thực tế thiết kế cho thấy trị số mất mát ứng suất do thiết bị neo là khơng lớn lắm cĩ thể tham khảo trị số sau: - Chiều dài tụt neo 2 x 5mm =10mm - Chiều dài cáp trung bình 35,2m = 35 200 mm - Mơ đun đàn hồi Ep = 1,97 .10 5 MPa = 1,97 10 5 N/mm 2  ΔfpA = 10*1.97*10 5 /35200 = 55.966 N/mm 2 = 55.966 MPa 3.5.2.2 Mất mát ứng suất do ma sát 3.5.2.2.1 Với cấu kiện căng trước Tiêu chuẩn thiết kế qui định với các bĩ cốt thép DƢL dẹt cần phải xét tới mất mát ứng suất cĩ thể xảy ra ở các thiết bị kẹp neo. Nhƣ vậy: - Với các bĩ cốt thép DƢL thẳng: ΔfpF = 0. - Các bĩ cốt thép xiên nhƣng cĩ tiết diện trịn: ΔfpF =0. 3.5.2.2.2 Với cấu kiện căng sau Mất mát ứng suất do ma sát giữa cốt thép và thành ống bọc đƣợc tính theo cơng thức sau: ΔfpF = fpj(1– e –(Kx+) ) Mất mát ứng suất do ma sát giữa cốt thép ngồi và ống chuyển hƣớng: ΔfpF = fpj(1– e – (+0.04) ) Trong đĩ: fpj = ứng suất trong thép dự ứng lực khi kích (MPa), lấy bằng 0,8fpu x = chiều dài bĩ thép DUL đo từ đầu kích đến điểm bất kỳ đang xem xét (mm) e = cơ số lơgarit tự nhiên (Nape), e = 2,71828 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 113  = tổng của giá trị tuyệt đối của thay đổi gĩc của đƣờng trục cáp thép dự ứng lực tính từ đầu kích, hoặc từ đầu kích gần nhất nếu thực hiện căng cả hai đầu, đến điểm đang xem xét (RAD) K = hệ số ma sát lắc (trên mỗi mm của bĩ thép), lấy theo Bảng 3.1  = hệ số ma sát giữa cốt thép và thành ống, lấy theo Bảng 3.1 Bảng 3.1: Hệ số ma sát cho các bĩ thép kéo sau Loại thép Các ống bọc K  Sợi hay tao Ống thép mạ cứng hay nửa cứng 6,6 x 10-7 0,15 – 0,25 Vật liệu Polyethylne 6,6 x 10-7 0,23 Các ống chuyển hƣớng bằng thép cứng cho bĩ thép ngồi 6,6 x 10 -7 0,25 Thanh cƣờng độ cao Ống thép mạ 6,6 x 10-7 0,30 3.5.2.3 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 3.5.2.3.1 Với cấu kiện căng trước Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi trong các cấu kiện kéo trƣớc phải lấy bằng: Trong đĩ : fcgp = tổng ứng suất trong bê tơng ở thớ đi qua trọng tâm của các bĩ cốt thép DƢL do lực DUL sau khi kích và trọng lƣợng bản thân cấu kiện tại mặt cắt cĩ mơ men lớn nhất (MPa) Ep = mơ đun đàn hồi của thép dự ứng lực (MPa) Eci = mơ đun đàn hồi của bê tơng lúc truyền lực (MPa) Khi  tính bằng độ, đổi ra  (RAD) theo cơng thức sau: Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 114 Đối với các cấu kiện kéo trƣớc của thiết kế thơng thƣờng fcgp cĩ thể tính trên cơ sở ứng suất trong cốt thép dự ứng lực đƣợc giả định bằng 0,65fpu đối với loại tao thép đƣợc khử ứng suất dƣ và thanh thép cƣờng độ, và 0,70fpu đối với loại bĩ thép tự chùng thấp (ít dão). Đối với các cấu kiện thiết kế khơng thơng dụng cần dùng các phƣơng pháp chính xác hơn đƣợc dựa bởi nghiên cứu hoặc kinh nghiệm. 3.5.2.3.2 Với cấu kiện căng sau Mất mát ứng suất do co ngĩt đàn hồi cĩ bản chất là các bĩ kéo sau sẽ gây mất mát ứng suất cho các bĩ căng trƣớc đĩ. Nhƣ vậy nếu các bĩ đƣợc căng kéo cùng một lúc thì fpES = 0 Bĩ cốt thép kéo đầu tiên sẽ cĩ mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi lớn nhất Hình 3.1: Mất mát do co ngắn đàn hồi trong quá trình căng thép DUL Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi trong các cấu kiện kéo sau phải lấy bằng (khơng áp dụng cho hệ thống bản): Trong đĩ Ep = mơ đun đàn hồi của thép DUL Ep = 1,97 .10 5 MPa = 1,97 .10 5 N/mm 2 Eci = mơ đun đàn hồi của bê tơng tại thời điểm kéo căng thép DUL (MPa) N = số lƣợng các bĩ thép dự ứng lực giống nhau. fcgp = tổng ứng suất trong bê tơng ở thớ đi qua trọng tâm của các bĩ cốt thép DƢL sau khi kích và trọng lƣợng bản thân cấu kiện tại mặt cắt cĩ mơ men lớn nhất (MPa) Với F - lực nén dọc cấu kiện do DƢL gây ra ở thời điểm sau khi kích tức là đã xảy ra các mất mát ứng suất do ma sát và tụt neo: F = (fpj - fpA - fpF)ApS A- diện tích tồn bộ của mặt cắt ngang dầm. e - độ lệch tâm của trọng tâm của các bĩ cốt thép DƢL so với trục trung hịa của tiết diện. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 115 ApS- tổng diện tích của các bĩ cốt thép DƢL 3.5.3 Ƣớc tính gần đúng tồn bộ mất mát ứng suất theo thời gian 3.5.3.1 Mất mát ứng suất do co ngĩt Mất mát ứng suất do co ngĩt cĩ thể lấy bằng: Với cấu kiện kéo trƣớc: ΔfpSR = (117 – 1,03 H) (MPa) Với cấu kiện kéo trƣớc: ΔfpSR = (93 – 0,85 H) (MPa) Trong đĩ H là độ ẩm tƣơng đối của mơi trƣờng, lấy trung bình hàng năm (%). Với điều kiện khí hậu Việt Nam cĩ thể lấy H=80% 3.5.3.2 Mất mát ứng suất do từ biến Mất mát dự ứng suất do từ biến cĩ thể lấy bằng : ΔfpCR = 12,0 fcgp - 7,0 Δfcdp  0 trong đĩ : fcgp = ứng suất bê tơng tại trọng tâm thép dự ứng lực lúc truyền lực (MPa) Δfcdp = thay đổi ứng suất bê tơng tại trọng tâm thép dự ứng lực do tải trọng thƣờng xuyên, trừ tải trọng tác động vào lúc thực hiện lực dự ứng lực. Giá trị Δfcdp cần đƣợc tính ở cùng mặt cắt hoặc các mặt cắt đƣợc tính fcgp (MPa) Nhƣ vậy đối với kết cấu nhịp thì phần ứng suất này cĩ thể coi nhƣ do tĩnh tải lớp phủ, lan can, gờ chắn và các tiện ích cơng cộng khác gây ra. 3.5.3.3 Mất mát ứng suất do tự chùng Mất mát ứng suất do hiện tƣợng tự chùng của cốt thép DUL là sự giảm ứng suất trong trạng thái biến dạng khơng thay đổi cĩ nguyên nhân do sự sắp xếp lại mạng tinh thể của vật liệu cáp. ΔfpR = ΔfpR1 + ΔfpR2 3.5.3.3.1 Mất mát tại thời điểm truyền lực  Đối với tao thép đƣợc khử ứng suất:  Đối với tao thép tự chùng ít: trong đĩ : t = thời gian tính bằng ngày từ lúc tạo ứng suất đến lúc truyền (Ngày). Thời gian t phụ thuộc vào cơng nghệ thi cơng, thơng thƣờng cĩ thể lấy t=4 ngày Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 116 fpj = ứng suất ban đầu trong bĩ thép ở thời điểm kết thúc kéo căng (MPa) fpy = cƣờng độ chảy quy định của thép dự ứng lực (MPa) 3.5.3.3.2 Mất mát sau khi truyền lực  Đối với tao thép đƣợc khử ứng suất, kéo trƣớc: ΔfpR2 = 138 – 0,4ΔfpES – 0,2(ΔfpSR+ΔfpCR)  Đối với tao thép đƣợc khử ứng suất, kéo sau: ΔfpR2 = 138 – 0,3ΔfpF – 0,4ΔfpES – 0,2(ΔfpSR+ΔfpCR) Trong đĩ : ΔfpF = mất mát do ma sát ở điểm xem xét ΔfpES = mất mát do co ngắn đàn hồi (MPa) ΔfpSR = mất mát do co ngĩt (MPa) ΔfpCR = mất mát do từ biến (MPa)  Đối với tao thép độ tự chùng ít: lấy bằng 30% của ΔfpR2 ở trên 3.6 TÍNH TỐN CẤU KIỆN DỰ ỨNG LỰC THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG VỀ CHỐNG NỨT 3.6.1 Nguyên tắc chung Khi tính tốn theo trạng thái giới hạn sử dụng đối với kết cấu BTCT DUL. Các ứng suất bê tơng ở các thớ biên của mặt cắt bất kỳ cĩ thể đƣợc tính trên cơ sở giả thiết về mặt cắt khơng nứt, làm việc trong giai đoạn đàn hồi Cơng thức tổng quát tính ứng suất đĩ là: Trong đĩ Dấu (+) dùng cho thớ trên cùng Dấu (-) dùng cho thớ dƣới cùng fc = ứng suất nén trong bê tơng tại vị trí đang xét Pd = lực nén do DUL Ag = diện tích mặt cắt ngang Ig = momen quán tính mặt cắt chƣa liên hợp e = độ lệch tâm của DUL Mg = momen do tải trọng ngồi tác dụng lên mặt cắt chƣa liên hợp Mc = momen do tải trọng ngồi tác dụng lên mặt cắt liên hợp y = khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt chƣa liên hợp đến thớ cần tính ứng suất yc = khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt liên hợp đến thớ cần tính ứng suất Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 117 Yêu cầu : fc  0,45 f’c với f’c là cƣờng độ chịu nén thiết kế của bê tơng, hệ số 0,45 là hệ số điều kiện làm việc lấy theo Bảng 3.4 (Bảng 5.9.4.2.1-1 của tiêu chuẩn) Và yêu cầu khơng cĩ ứng suất kéo 3.6.2 Các đặc trƣng mặt cắt Đối với các đặc trƣng mặt cắt trƣớc khi cĩ liên kết của các bĩ thép kéo sau, việc giảm thiểu diện tích do các ống bọc hở phải đƣợc xét đến. Đối với cả hai bộ phận kéo trƣớc và kéo sau sau khi các bĩ thép liên kết thì các đặc trƣng mặt cắt cĩ thể dựa trên mặt cắt nguyên hoặc mặt cắt tính đổi. 3.6.3 Các giới hạn ứng suất cho các bĩ thép dự ứng lực Ứng suất bĩ thép do dự ứng lực, hoặc ở trạng thái giới hạn sử dụng khơng đƣợc vƣợt quá các giá trị :  Lấy theo Quy định ở Bảng 3.2 (Điều 5.9.3), hoặc  Theo khuyến nghị của nhà sản xuất các bĩ thép và neo. Bảng 3.2: Các giới hạn ứng suất cho các bĩ thép dự ứng lực Điều kiện Loại bĩ thép Tao thép đã đƣợc khử ứng suất dƣ, các thanh cƣờng độ cao trơn nhẵn Tao thép cĩ độ tự chùng thấp Các thanh cĩ gờ cƣờng độ cao Căng trước Ngay trƣớc khi truyền lực (fpt + fpES) 0,70 fpu 0,75 fpu - Ở TTGH sử dụng sau khi đã tính tồn bộ mất mát (fpe) 0,80 fpy 0,80 fpy 0,80 fpy Căng sau Trƣớc khi đệm neo – cĩ thể cho phép dùng fs ngắn hạn 0,90 fpy 0,90 fpy 0,90 fpy Tại các neo và các bộ phận nối cáp ngay sau bộ neo (fpt + fpES + fpA) 0,70 fpu 0,70 fpu 0,70 fpu Ở cuối vùng mất mát ở tấm đệm neo ngay sau bộ neo (fpt + fpES + fpA) 0,70 fpu 0,74 fpu 0,70 fpu Ở TTGH sử dụng sau tồn bộ mất mát 0,80 fpy 0,80 fpy 0,80 fpu Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 118 Ứng s...kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 141 Bảng 4.6.2.2.2d-1: Độ giảm của hệ số phân bố tải trọng đối với mơ men của các dầm dọc trên các gối tựa chéo Dạng kết cấu nhịp Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1.1 Số làn chịu tải bất kỳ Phạm vi áp dụng Mặt cầu bê tơng, mặt cầu dạng lƣới lấp đầy hoặc lấp một phần trên dầm bê tơng hoặc thép; dầm bê tơng chữ T, mặt cắt T hoặc T kép Cho a, e, k và cũng dùng cho i, j nếu đƣợc liên kết đủ chặt chẽ để làm việc nhƣ một khối nếu  < 300 thì c1 = 0,0 nếu  > 600 sử dụng =600 30 0    600 1100  S  4900 6000  L  73000 Nb ≥ 4 Mặt cầu bê tơng trên dầm hộp bê tơng mở rộng. Dầm hộp bê tơng và mặt cắt T kép sử dụng trong các kết cấu nhiều nhịp b, c, f, g 1,05 – 0,25 tg  1,0 nếu  > 600 sử dụng =600 0 0    600 Bảng 4.6.2.2.2e-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men và lực cắt cho dầm ngang Loại mặt cầu Phân số của tải trọng bánh xe cho mỗi dầm sàn Phạm vi áp dụng Bê tơng S  1800 Lƣới thép tg  100 S  1500 Lƣới thép tg ≥ 100 S ≥ 1800 Tấm mặt cầu thép lƣợn sĩng tg ≥ 50 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 142 Bảng 4.6.2.2.3a-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt ở dầm giữa Loại kết cấu nhịp Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1. 1 1 làn chịu tải thiết kế 2 hoặc hơn 2 làn thiết kế chịu tải Phạm vi áp dụng Mặt cầu bêtơng, đan lƣới, lấp đầy hoặc lấp 1 phần trên dầm thép hoặc bêtơng, dầm bêtơng chữ T, mặt cắt T hoặc T kép Cho a, e, k và cũng cho j nếu đƣợc liên kết chặt thì làm việc nhƣ một khối 1100  S  4900 110  ts  300 6000 L 73000 Nb ≥ 4 Quy tắc địn bẩy Quy tắc địn bẩy Nb = 3 Phần hộp bê tơng nhiều ngàm, dầm hộp d 1800  S  4000 890  d  2800 6000 L 73000 Nb ≥ 3 Mặt cầu bê tơng trên dầm hộp bê tơng mở rộng b, c 1800  S  3500 450  d  1700 6000 L 43000 Nb ≥ 3 Quy tắc địn bẩy Quy tắc địn bẩy S > 3500 Dầm hộp bê tơng trong kết cấu nhịp nhiều dầm f, g 900  b  1500 6000 L 37000 5  Nb  20 1,0x10 10  J  2,5x10 11 1,7x10 10  I  2,5x10 11 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 143 Dầm bê tơng, trừ dầm hộp đƣợc sử dụng trong mặt cầu nhiều dầm h Quy tắc địn bẩy Quy tắc địn bẩy Khơng áp dụng i, j nếu chỉ liên kết đủ để ngăn chặn chuyển vị thẳng ứng tƣơng đối tại mặt tiếp xúc Mặt cầu dạng lƣới thép trên các dầm thép a Quy tắc địn bẩy Quy tắc địn bẩy Khơng áp dụng Mặt cầu bê tơng trên dầm thép nhiều hộp b, c Nhƣ trong bảng 4.6.2.2.2a-1 Bảng 4.6.2.2.3b-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm biên Loại kết cấu nhịp Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1.1 1 làn chịu tải thiết kế 2 hoặc hơn 2 làn thiết kế chịu tải Phạm vi áp dụng Mặt cầu bê tơng, mặt cầu dạng lƣới lấp đầy hoặc lấp một phần trên dầm bê tơng hoặc thép; dầm T bê tơng, mặt cắt T hoặc T kép Cho a, e, k và cũng cho i, j nếu đƣợc liên kết chắc chắn để làm việc nhƣ một khối Quy tắc địn bẩy g = e.gdầm trong -300  de  1700 Quy tắc địn bẩy Nb = 3 Dầm hộp bê tơng nhiều ngăn, Dầm hộp d Quy tắc địn bẩy g = e.gdầm trong -600  de  1500 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 144 Mặt cầu bê tơng trên dầm hộp bê tơng mở rộng b, c Quy tắc địn bẩy g = e.gdầm trong 0  de  1400 Quy tắc địn bẩy S > 3500 Dầm hộp bê tơng đƣợc sử dụng trong kết cấu nhịp nhiều dầm f, g Quy tắc địn bẩy g = e.gdầm trong 300  de  600 Dầm bê tơng trừ dầm hộp đƣợc sử dụng trong các kết cấu nhịp nhiều dầm h Quy tắc địn bẩy Quy tắc địn bẩy Khơng áp dụng i, j nếu chỉ liên kết đủ để ngăn chặn chuyển vị tƣơng đối thẳng đứng tại mặt tiếp xúc Mặt cầu lƣới thép trên dầm thép a Quy tắc địn bẩy Quy tắc địn bẩy Khơng áp dụng Mặt cầu bê tơng trên dầm thép nhiều hộp b, c Nhƣ trong bảng 4.6.2.2.2a-1 Bảng 4.6.2.2.3c-1: Hệ số điều chỉnh cho các hệ số phân bố tải trọng đối với lực cắt tại gĩc tù Dạng kết cấu nhịp Mặt cắt thích hợp lấy từ bảng 4.6.2.2.1.1 Số làn chịu tải bất kỳ Phạm vi áp dụng Mặt cầu bê tơng, mặt cầu dạng lƣới lấp đầy hoặc lấp một phần trên dầm bê tơng hoặc thép; dầm bê tơng dạng chữ T, mặt cắt T hoặc T kép Cho a, e, k hoặc dùng cho i, j nếu liên kết đủ chặt chẽ để làm việc nhƣ một khối 0 0    600 1100  S  4900 6000  L  73000 Nb ≥ 4 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 145 Dầm hộp bê tơng nhiều ngăn, các dầm hộp d 0 0    600 1800  S  4000 900  d  2700 6000  L  73000 Nb ≥ 3 Mặt cầu bê tơng trên dầm hộp bê tơng mở rộng b, c 0 0    600 1800  S  3500 450  d  1700 6000  L  43000 Nb ≥ 3 Dầm hộp bê tơng sử dụng trong kết cấu nhịp nhiều dầm f, g 0 0    600 900  b  1500 430  d  1500 6000  L  37000 5  Nb  20 4.4.3 Các điểm cần lƣu ý khi áp dụng hệ số phân bố tải trọng Các cơng thức tính tốn hệ số phân bố tải trọng khơng áp dụng cho mặt cắt ngang cĩ nhiều hộp thép liên hợp bản BTCT. Nhƣ vậy chỉ cĩ dạng mặt cắt (a) dùng cho cầu thép, các dạng mặt cắt cịn lại dùng cho cầu BTCT, mặt cắt nhiều hộp thép cần bổ sung thêm các yêu cầu ở bảng điều 4.6.2.2.2b Cơng thức tính tốn khá phức tạp tùy thuộc vào nhiều yếu tố ràng buộc nhƣ loại dầm, dạng mặt cắt ngang, vị trí dầm ở giữa hay ở biên, hiệu ứng lực cần tính tốn là mơ men hay lực cắt, kích thƣớc của các chi tiết cấu tạo trên mặt cắt ngang cĩ 8 bảng cơng thức tính hệ số phân bố cho các dầm chủ:  Bảng 4.6.2.2.2a-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men cho các dầm giữa.  Bảng 4.6.2.2.2b-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men cho các dầm giữa với bản mặt cầu là tấm thép lƣợn sĩng.  Bảng 4.6.2.2.2c-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men cho các dầm dọc biên.  Bảng 4.6.2.2.2d-1: Độ giảm hệ số phân bố tải trọng đối với mơ men của các dầm dọc trên các gối tựa chéo. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 146  Bảng 4.6.2.2.2e-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với mơ men và lực cắt cho dầm ngang.  Bảng 4.6.2.2.3a-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt cho các dầm giữa.  Bảng 4.6.2.2.3b-1: Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt cho các dầm dọc biên.  Bảng 4.6.2.2.3b-1: Hệ số điều chỉnh cho các hệ số phân bố tải trọng đối với lực cắt tại các gĩc tù. Các bảng tính trên đây cĩ quy định chặt chẽ về cự ly tim giữa các dầm chủ, nếu khoảng cách này bị vƣợt quá thì phải dùng nguyên lý địn bẩy để tính hệ số phân bố ngang (điều 4.6.2.2.1) Khi áp dụng các cơng thức trong các bảng tính tốn trên cho trƣờng hợp 1 làn xe thì ứng lực tính tốn phải chia cho 1,2 4.4.4 Trình tự tính tốn hệ số phân bố tải trọng  Xem xét cấu tạo thực tế để chọn dạng mặt cắt phù hợp theo bảng 4.6.2.2.1.1  Căn cứ khoảng cách giữa các dầm chủ thực tế so sánh với khoảng cách dầm chủ S trong các bảng tính để xác định phƣơng pháp tính tốn theo cơng thức hay theo nguyên lý địn bẩy. Nếu S thỏa mãn quy định thì áp dụng cơng thức trong các bảng tính nêu trên, ngƣợc lại thì tính theo nguyên lý địn bẩy.  Tính các tham số Kg; các tỷ số         3 s g Lt K và       J I . Chú ý trong thiết kế sơ bộ các tham số cấu tạo chƣa cĩ nên cĩ thể chọn các tham số này bằng 1.  Đƣa vào cơng thức để tính tốn hệ số phân bố tải trọng tƣơng ứng. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 147 ĐẠT KHƠNG ĐẠT CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU, DẦM NGANG VÀ DẦM CHỦ 5.1 TRÌNH TỰ CHUNG THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP CẦU BTCT Việc thiết kế kết cấu nhịp cầu BTCT thƣờng tiến hành theo trình tự sau Bài tốn thiết kế là bài tốn kinh tế - kỹ thuật do đĩ cần phải lựa chọn cấu tạo, bố trí vật liệu và tính duyệt mặt cắt nhiều lần để cĩ đƣợc kết cấu đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về chịu lực, biến dạng đồng thời khơng quá dƣ thừa vật liệu để tránh lãng phí. Các bộ phận kết cấu nhịp đƣợc xem xét trong phần này gồm:  Bản mặt cầu  Dầm ngang  Dầm chủ Bắt đầu Thiết kế cấu tạo • Bố trí mặt cắt ngang KCN • Kích thƣớc dầm chủ, dầm ngang, bản mặt cầu • Cấu tạo lan can, tay vịn Phân tích kết cấu Tính tốn nội lực cho các bộ phận kết cấu Bố trí vật liệu Kiểm tốn khả năng chịu lực cho các mặt cắt Kết thúc Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 148 5.2 TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 5.2.1 Phân tích cấu tạo chọn sơ đồ tính tốn 5.2.1.1 Sơ đồ tính tốn Trong kết cấu nhịp cầu ơ tơ thƣờng cĩ các sơ đồ tính tốn mặt cầu là:  Bản hẫng  Bản 2 cạnh  Bản 4 cạnh  Bản mặt cầu của cầu khơng dầm ngang Hình 5.1: Các sơ đồ tính tốn bản mặt cầu Xét các dải bản kê trên các cấu kiện đỡ. Các cấu kiện đỡ là dầm chủ hay các dầm ngang. Nhịp của dải bản đƣợc coi là song song với hƣớng chính (hƣớng cĩ khoảng cách các gối đỡ ngắn hơn). Các bản hẫng chiều dài hẫng đƣợc tính từ tim sƣờn dầm biên đến mút hẫng. Các dải bản cĩ thể tính theo hai sơ đồ: Sơ đồ bản hẫng ; Sơ đồ bản kiểu dầm liên tục kê trên các dầm chủ. Trong thực tế bản mặt cầu đƣợc kê trên cả dầm chủ và các dầm ngang. Khi khoảng cách giữa các dầm ngang lớn hơn 1.5 lần khoảng cách giữa các dầm chủ thì hƣớng chịu lực chính của bản sẽ theo phƣơng ngang cầu. Dải bản tƣơng đƣơng sẽ đƣợc coi ngàm tại hai dầm chủ và chịu tồn bộ lực. Nếu tỷ lệ trên nhỏ hơn 1.5 thì phải xét mơ hình bản giao nhau. Lực tác dụng lên các sơ đồ tuỳ thuộc vào cấu tạo Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 149 5.2.2 Nguyên tắc tính tốn Các phƣơng pháp phân tích:  Phƣơng pháp kinh nghiệm (Điều 9.7.2)  Phƣơng pháp truyền thống (Điều 9.7.3)  Phƣơng pháp chính xác (cĩ thể dùng phƣơng pháp phần tử hữu hạn với sự trợ giúp của máy tính)  Phƣơng pháp gần đúng (thƣờng dùng). Nội dung bài giảng này sẽ nĩi về phƣơng pháp gần đúng. 5.2.3 Thiết kế bản mặt cầu theo phƣơng pháp gần đúng Cĩ thể sử dụng phƣơng pháp gần đúng để thiết kế bản mặt cầu BTCT đúc tại chỗ và đúc liền khối (Điều 4.6.2.1) Mơ hình tính tốn coi mặt cầu nhƣ các dải bản vuơng gĩc với các cấu kiện đỡ. Hình 5.2: Bề rộng dải bản tương đương bên trong Khi tính tốn hiệu ứng lực trong bản, chỉ cần phân tích một dải rộng 1m theo chiều ngang cầu. Các cấu kiện kê đƣợc giả thiết là cứng tuyệt đối. Ta cĩ hai sơ đồ tính, phần cánh hẫng ở dầm biên đƣợc tính theo sơ đồ cơng son, các bản mặt cầu phía trong tính theo sơ đồ dầm liên tục kê trên các gối cứng tại vị trí các dầm chủ. Cũng cĩ thể sử dụng sơ đồ bản ngàm tại hai sƣờn dầm chủ với đƣờng lối phân tích gần đúng nhƣ sơ đồ bản giản đơn kê 2 cạnh đƣợc tính nhƣ dầm giản đơn sau đĩ xét hệ số điều chỉnh cho ngàm. Trình tự các bƣớc tính tốn thiết kế bản mặt cầu theo phƣơng pháp gần đúng  Chọn sơ bộ chiều dày cho bản mặt cầu  Xác định bề rộng dải tƣơng đƣơng  Xác định tải trọng tác dụng lên bản (tĩnh tải + hoạt tải) Ehẫng EM+ EM- Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 150  Xếp tải lên bản mặt cầu  Tính tốn nội lực và tổ hộp nội lực theo các TTGH  Thiết kế và kiểm tốn cho bản (phần bản hẫng và giữa nhịp)  Tính tốn và bố trí cốt thép cho bản mặt cầu 5.2.3.1 Chọn sơ bộ chiều dày bản mặt cầu Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu: Điều 5.13.1 chỉ dẫn các yêu cầu đối với bản mặt cầu trong phần 5 của tiêu chuẩn phải tuân theo quy định trong phần 9 của tiêu chuẩn. Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT theo Điều 9.7.1.1 (khơng kể lớp hao mịn) là 175mm Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêm lớp hao mịn 15mm Đối với bản hẫng của dầm ngồi cùng do phải thiết kế chịu tải trọng va chạm vào rào chắn nên chiều dày bản phải tăng thêm 25 mm ( chiều dày tối thiểu ở mút hẫng bằng 200 mm - Điều 13.7.3.5.1) Chiều dày tối thiểu của bản cịn chọn theo tỷ lệ với chiều dài nhịp tính tốn của bản để đảm bảo yêu cầu về độ cứng qui định ở điều 2.5.2.6.3-1 min 3000 ( ) 30 S h mm   Trong đĩ S là khẩu độ nhịp của bản 5.2.3.2 Xác định bề rộng dải tương đương Chiều rộng của dải bản chịu ảnh hƣởng của bánh xe đƣợc gọi là chiều rộng dải bản tƣơng đƣơng đƣợc lấy nhƣ trong bảng 4.6.2.1.3-1 của tiêu chuẩn. Đối với cầu BTCT ta cĩ : + Đối với phần hẫng : E = 1140+0,833.X (mm) + Đối với vị trí cĩ mơ men dƣơng (+M) : E = 660+0,55.S (mm) + Đối với vị trí cĩ mơ men âm (-M) : E = 1220+0,25.S (mm) Trong đĩ : X : khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải. S : khoảng cách giữa các cấu kiện đỡ. Trong các cầu dầm thƣờng là khoảng cách giữa các dầm chủ. E: chiều rộng của dải tƣơng đƣơng. Cĩ thể hiểu là chiều rộng ảnh hƣởng của tải trọng ( làm phát sinh nội lực) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 151 Hình 5.3: Xác định chiều rộng dải bản tương đương Đƣờng lối phân tích mơ hình này là xác định lực tác động lên dải bản tƣơng đƣơng sau đĩ quy về các lực tác động lên dải bản cĩ chiều rộng 1m theo phƣơng xác định E. Nhƣ vậy đƣa bài tốn về mơ hình phẳng để tính tốn nội lực và bố trí vật liệu 5.2.3.3 Xác định tải trọng tác dụng 5.2.3.3.1 Tĩnh tải Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu nhƣ:  Lớp phủ mặt cầu  Trọng lƣợng bản thân bản mặt cầu  Lan can, rào chắn  Lề bộ hành 5.2.3.3.2 Hoạt tải  Hoạt tải tác dụng lên bản mặt cầu nhƣ:  Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục  Tải trọng làn  Tải trọng ngƣời  Lực xung kích  Tải trọng do xe va vào lan can  Với bản mặt cầu thiết kế theo phƣơng pháp dải gần đúng thì tải trọng thiết kế cho bản mặt cầu ở giữa nhịp đƣợc lấy nhƣ sau (Điều 3.6.1.3.3):  Khi các dải cơ bản là ngang (chịu lực chủ yếu theo phƣơng ngang cầu) cĩ chiều dài nhịp tính tốn khơng vƣợt quá 4600 mm - các dải bản ngang phải đƣợc thiết kế theo các bánh xe của trục nặng xe tải 145 KN.  Khi các dải cơ bản là ngang cĩ chiều dài nhịp tính tốn vƣợt quá 4600 mm - các dải bản ngang phải đƣợc thiết kế theo các bánh xe của trục nặng xe tải 145 KN và tải trọng làn. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 152  Khi các dải cơ bản là dọc - các dải ngang phải đƣợc thiết kế với tất cả các tải trọng qui định trong điều 3.6.1.2 bao gồm cả tải trọng làn.  Tải trọng thiết kế cho phần hẫng bản mặt cầu lấy nhƣ sau (Điều 3.6.1.3.4):  Khi chiều dài hẫng khơng quá 1800 mm và cĩ lan can bằng bê tơng liên tục, tải trọng của dãy bánh xe ngồi cùng cĩ thể đƣợc thay thế bằng một băng tải phân bố đều cĩ cƣờng độ 14.6 N/mm =1460 N/m đặt cách bề mặt lan can 300mm.  Tải trọng ngang do va xe vào rào chắn trên bản hẫng tính theo qui định ở Phần 13 của Tiêu chuẩn thiết kế 5.2.3.4 Xếp tải lên bản mặt cầu 5.2.3.4.1 Xếp tĩnh tải Phần tĩnh tải đƣợc chất đầy lên tồn bộ bản mặt cầu bao gồm: lớp phủ, bản, lan can, lề bộ hành 5.2.3.4.2 Xếp hoạt tải  Phải xếp xe lên bản mặt cầu sao cho gây ra ứng lực lớn nhất. Cần xê dịch vị trí trục xe theo phƣơng ngang cầu để tìm vị trí gây ra nội lực bất lợi nhất nhƣng chỉ đƣợc phép xê dịch trong phạm vi làn xe.  Khi tính cho bản hẫng thì khoảng cách từ tim bánh xe đến mép đá vỉa hoặc gờ chắn tối thiểu là 300mm và cách mép làn là 600mm khi tính cho các bộ phận khác.  Phải xét tất cả các trƣờng hợp cĩ thể xếp nhiều làn xe lên mặt cầu.  Khoảng cách tối thiểu giữa hai bánh xe theo phƣơng ngang cầu là 1.2m Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 153 5.2.3.5 Tính tốn nội lực cho bản mặt cầu 5.2.3.5.1 Sơ đồ tính Ta cĩ hai sơ đồ tính nhƣ sau:  Phần cánh hẫng ở dầm biên đƣợc tính theo sơ đồ cơng son  Các bản mặt cầu phía trong tính theo sơ đồ dầm liên tục kê trên các gối cứng tại vị trí các dầm chủ Đối với bản của cầu dầm cĩ thể phân tích nhƣ mơ hình dải bản liên tục kê trên các dầm chính và cĩ thể sử dụng phần mềm để tính tốn (SAP, MIDAS ) Hình 5.4: Sơ đồ tính tốn bản mặt cầu như dầm liên tục Tuy nhiên cũng cĩ thể dùng sơ đồ bản ngàm hai đầu tại hai sƣờn dầm chủ với lối phân tích gần đúng nhƣ sơ đồ bản giản đơn kê trên 2 gối khớp sau đĩ xét hệ số điều chỉnh cho ngàm Hình 5.5: Sơ đồ tính tốn bản mặt cầu như dầm giản đơn 5.2.3.5.2 Tác dụng của tải trọng bánh xe Theo điều 4.6.1.1.6 thì các tải trọng bánh xe cĩ thể mơ hình hĩa nhƣ tải tập trung hoặc tải trọng vệt cĩ chiều dài theo phƣơng ngang cầu là (b+hf). Hình 5.6: Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Trong đĩ: b là chiều rộng tiếp xúc theo phƣơng ngang cầu, b = 510 mm hf là chiều dày của bản mặt cầu (mm) Quy đổi tải trọng bánh xe phân bố cho 1m chiều rộng bản:  Nếu quy đổi thành tải tập trung thì: LL P P E   Nếu quy đổi thành tải trọng vệt cĩ chiều dài (b+hf) theo phƣơng ngang cầu thì Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 154 )Eh(b P LL f  với E ≥ 1000 mm Trong đĩ P là tải trọng của bánh xe Với xe thiết kế (3 trục): P = Ptr/2 = 145/2 = 72.5 kN Với xe 2 trục: ta cĩ hai trƣờng hợp Khi E < 1200 mm thì chỉ cĩ 1 bánh xe của xe 2 trục đặt trong phạm vi chiều rộng của dải bản tƣơng đƣơng nên : P = Pta/2 = 110/2 = 55 kN Khi E ≥ 1200 mm thì cĩ 2 bánh xe của xe 2 trục đặt trong phạm vi chiều rộng của dải bản tƣơng đƣơng nên : P = 2*(Pta/2) = 110 kN So sánh chọn giá trị lớn của áp lực bánh xe trong các trƣờng hợp trên để đƣa vào tính tốn thiết kế.  Lưu ý:  Chỉ xét tải trọng bánh xe của xe 2 trục khi dải cơ bản là dọc (Điều 3.6.1.3.3)  Khi dải cơ bản là ngang và S ≤ 4600mm thì khơng xét tải trọng làn. 5.2.3.5.3 Tính nội lực cho bản hẫng Tính tốn theo sơ đồ dầm cơng son Khi tính tốn thiết kế bản hẫng thƣờng chỉ bố trí đƣợc một làn xe nên phải nhân thêm hệ số làn xe m = 1.2 Quy đổi tải trọng ngƣời về tải tập trung đặt tại tim lề ngƣời đi: PL = 3*(chiều rộng lề bộ hành) kN Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 155 Cơng thức tính Momen tại ngàm: 2 2 1 4 1 1 1 2 2 1 3 3 2 2 5 6 . . . . . . . . 2 2 . .(1 IM).LL. . . 2 i i p p p p n PL L L M Q DC DC L DC L DW L m PL L                        Lực cắt tại ngàm  p1 1 1 p1 2 p1 3 p2 4 n 5 plV=η  γ  DC  L +γ  DC +γ  DC +γ DW L +m γ 1+IM  LL L +γ PL   Trong đĩ:  : hệ số điều chỉnh tải trọng (Điều 1.3.2.1) p1 : hệ số tải trọng tĩnh tải bản thân của kết cấu Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 156 p2 : hệ số tải trọng tĩnh tải lớp phủ n, pl : hệ số tải trọng hoạt tải m : hệ số làn, m=1.2 L1 : chiều dài bản hẫng L2 : khoảng cách từ tim lan can đến ngàm L3 : khoảng cách từ tim đá vỉa hay gờ chắn bánh đến ngàm L4 : chiều dài phần cĩ lớp phủ mặt cầu L5 : chiều dài đoạn phân bố tải trọng xe L6 : khoảng cách từ tim ngƣời đi đến ngàm 5.2.3.5.4 Tính nội lực cho bản phía trong Tính tốn theo sơ đồ dầm giản đơn Phải xét các trƣờng hợp xếp tải nhiều làn xe  hệ số làn xe m  Trình tự tính tốn cho mơ men dương như sau:  Vẽ đƣờng ảnh hƣởng mơ men cho mặt cắt giữa nhịp và lực cắt cho mặt cắt gối  Xếp tải lên đƣờng ảnh hƣởng để tìm vị trí bất lợi nhất  Tính mơ men cho mặt cắt giữa nhịp giản đơn M0 tƣơng ứng với bề rộng dải tƣơng đƣơng cho phần mơ men dƣơng E+ = 660+0,55.S (mm)  Tính giá trị mơ men dƣơng cho mặt cắt giữa nhịp bản hai đầu ngàm theo cơng thức sau: 0.5 0LM k M    Với M0 : mơ men tại mặt cắt giữa nhịp bản giản đơn 2 đầu khớp k : hệ số điều chỉnh, với mơ men dƣơng cĩ thể lấy k = 0.5  Trình tự tính tốn cho mơ men âm tương tự như mơ men dương nhưng dùng E- = 1220 +0,25.S 0 00.8gM k M M        Với M0 : mơ men tại mặt cắt giữa nhịp bản giản đơn 2 đầu khớp k : hệ số điều chỉnh, với mơ men âm cĩ thể lấy k = 0.8 Trên hình vẽ sau thể hiện cách xếp tải theo phƣơng ngang cầu để tính tốn mơ men dƣơng tại mặt cắt giữa nhịp của bản khi bản cĩ chiều dài nhịp lớn hơn 4600 mm. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 157 Cơng thức tính Mơ men tại mặt cắt giữa nhịp dầm giản đơn: 0 1 1 2 (1 IM) M M M M p D p D n P n Llan M DC DW m LL m g                 Trong đĩ: p1 : hệ số tải trọng tĩnh tải bản thân của kết cấu p2 : hệ số tải trọng tĩnh tải bản thân của lớp phủ n : hệ số tải trọng của hoạt tải m : hệ số làn M D : diện tích ĐAH mơ men dƣới tác dụng tĩnh tải M P : diện tích ĐAH mơ men dƣới tác dụng của bánh xe tải thiết kế M L : diện tích ĐAH mơ men dƣới tác dụng của tải trọng làn thiết kế glan : cƣờng độ tải trọng làn theo phƣơng ngang cầu, glan = 9.3/3 = 3.1 kN/m  Tính lực cắt tại ngàm Lực cắt đƣợc xác định theo nguyên lý cơ học thơng thƣờng. Điểm cần lƣu ý là khi đặt tải theo phƣơng ngang cầu để tạo ra hiệu ứng bất lợi nhất cần thỏa mãn các quy định về vị trí tải trọng tới mép đá vỉa và mép làn xe thiết kế. Cơng thức tính tốn lực cắt nhƣ sau: 1 1 2 (1 IM) V V V V p D p D n P n Llan V DC DW m LL m g                Trong đĩ: p1 : hệ số tải trọng tĩnh tải bản thân của kết cấu p2 : hệ số tải trọng tĩnh tải bản thân của lớp phủ n : hệ số tải trọng của hoạt tải m : hệ số làn Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 158 V D : diện tích ĐAH mơ men dƣới tác dụng tĩnh tải V P : diện tích ĐAH mơ men dƣới tác dụng của bánh xe tải thiết kế V L : diện tích ĐAH mơ men dƣới tác dụng của tải trọng làn thiết kế glan : cƣờng độ tải trọng làn theo phƣơng ngang cầu, glan = 9.3/3 = 3.1 kN/m 5.2.4 Tính tốn bản mặt cầu ở đầu nhịp Các bản mặt cầu ở đầu nhịp cĩ thể khơng cĩ sự nâng đỡ của dầm ngang tại đĩ nên phạm vi ảnh hƣởng của tải trọng bánh xe bị thu hẹp dẫn đến chiều rộng dải bản tƣơng đƣơng giảm đi. Chiều rộng của dải bản tƣơng đƣơng lấy theo chỉ dẫn ở Điều 4.6.2.1.4c và mơ tả trên Hình 5.7 tính theo cơng thức: Eb = a + E/2 Trong đĩ: a : khoảng cách từ mép ngang của bản đến đƣờng trục của gối kê nhịp, thƣờng là bản bụng của dầm ngang E : bề rộng dải tƣơng đƣơng bên trong nhƣ trong điều 4.6.2.1.3 Hình 5.7: Bảng ở đầu nhịp 5.2.5 Tính tốn bản mặt cầu khi cĩ chiều dài làm việc theo phƣơng dọc cầu Căn cứ tính tốn qui định ở Điều 6.2.1.2: Đối với các cầu bản và bản BTCT cĩ nhịp lớn hơn 4600mm và cĩ hƣớng nhịp tính tốn song song với hƣờng xe chạy, phải áp dụng điều 4.6.2.3 Chiều rộng của dải bản tƣơng đƣơng tính tốn nhƣ sau:  Khi xếp tải một làn xe: 1142,0250 WLE  (Điều 4.6.2.3-1)  Khi xếp tải nhiều làn xe: LN W WLE  1112,02100 (Điều 4.6.2.3-2) Trong đĩ L1: chiều dài nhịp qui ƣớc, lấy trị số nhỏ hơn giữa chiều dài nhịp tính tốn của bản và 18000mm Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 159 W1: chiều rộng qui ƣớc của cầu, đƣợc lấy bằng giá trị nhỏ hơn của bề rộng thực tế W hoặc 18000 mm nếu chịu tải trọng trên nhiều làn, hoặc 9000 mm nếu chịu tải trên một làn (mm) W: bề rộng vật lý mép-tới-mép của cầu (mm) NL: số làn thiết kế, lấy theo Điều 3.6.1.1.1 tiêu chuẩn 22TCN 272-05 Đối với các dải bản ở biên (khi cầu khơng cĩ lề ngƣời đi hay cĩ lề ngƣời đi nhƣng khơng cĩ gờ chắn bánh xe phía trong), chiều rộng dải tƣơng đƣơng xét nhƣ chỉ dẫn ở Điều 4.6.2.1.4b: Eb = chiều rộng gờ chắn + 300 + E/2 ≤ 1800 mm 5.2.6 Tính tốn cốt thép và kiểm tốn bản Ta tiến hành tính tốn cho 2 tiết diện tại gối và giữa nhịp 5.2.6.1 Vật liệu thiết kế cho bản Ta tiến hành chọn vật liệu cho bản mặt cầu  Bê tơng : cấp bê tơng f’c, mơ đun đàn hồi Ec  Cốt thép : giới hạn cƣờng chảy fy và mơ đun đàn hồi Es 5.2.6.2 Kiểm tốn mặt cắt theo điều kiện mơ men kháng uốn  Lớp bảo vệ: lấy theo bảng 5.12.3-1 của tiêu chuẩn  Sức kháng uốn của bản: Mr =  Mn  : hệ số sức kháng, đối với BTCT thƣờng  = 0.9 Mn : sức kháng danh định, đối với cầu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng theo hình chữ nhật (Điều 5.7.2.2) thì Mn xác định nhƣ Điều 5.7.3.2.3. Khi bản mặt cầu khơng dùng thép DUL thì: ( ) ( ) Trong đĩ As : diện tích cốt thép thƣờng chịu kéo (mm 2 ) A’s : diện tích cốt thép thƣờng chịu nén (mm 2 ) fy : giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa) f’y : giới hạn chảy quy định của cốt nén (MPa) ds : khoảng cách từ thớ nén ngồi cùng đến trọng tâm cốt thép thƣờng chịu kéo (mm) d’s : khoảng cách từ thớ nén ngồi cùng đến trọng tâm cốt thép thƣờng chịu nén (mm) a = c.1 : chiều dày khối ứng suất tƣơng đƣơng (Điều 5.7.2.2) (mm) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 160 với ' ' s y s y ' c 1 A f A f c = 0.85 f β b  là chiều cao vùng chịu nén và 1 là hệ số quy đổi hình khối ứng suất theo Điều 5.7.2.2  Bố trí cốt thép và kiểm tốn theo chịu điều kiện mơ men kháng uốn Chọn trƣớc đƣờng kính và số thanh thép bố trí cho bản  diện tích thép As và A’s Mn Kiểm tốn điều kiện uốn Mr =  Mn ≥ Mu  Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép  Kiểm tra hàm lƣợng tối đa Nếu khơng dùng cốt thép DUL trong bản thì Aps = 0  de = ds là khoảng cách từ thớ ngồi cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép thƣờng chịu kéo  Kiểm tra hàm lƣợng tối thiểu As : diện tích thép chịu kéo Ag : diện tích nguyên của mặt cắt bản mặt cầu tính tốn Ngồi ra cần tính tốn kiểm tra theo điều kiện kháng cắt, đảm bảo cốt thép cho ứng suất co ngĩt và nhiệt độ, kiểm tra theo các TTGH khác 5.2.7 Tính tốn và bố trí cốt thép trong bản 5.2.7.1 Xác định cốt thép phân bố dọc cầu ở lớp dưới bản Theo Điều 9.7.3.2 thì cốt thép phải đƣợc bố trí ở hƣớng phụ dƣới đáy bản bằng tỷ lệ phần trăm của cốt thép ở hƣớng chính chịu mơ men dƣơng dƣới đây:  Cho cốt thép hƣớng chính song song với làn xe: 1750 % 50%duoi e A S    Cho cốt thép chính vuơng gĩc với làn xe: % 3840 67%duoi eA S  Với Se = chiều dài nhịp hữu hiệu lấy theo Điều 9.7.2.3 (mm) nhƣ sau:  Với bản đúc liền khối với vách hoặc dầm : cự ly từ mặt đến mặt,  Với bản tựa trên dầm thép hoặc dầm bê tơng : cự ly giữa đỉnh nách cộng thêm phần nách cĩ nghĩa là cự ly từ đỉnh nách bên kia đến bản bụng bên này bất kể gĩc lƣợn thế nào.  Diện tích thép bố trí cho lớp dƣới bản là: A %A A duoi s duoi s  Từ A duoi s ta chọn đƣờng kính thép  khoảng cách bố trí thép cho hƣớng phụ 5.2.7.2 Xác định cốt thép phân bố chịu co ngĩt, nhiệt độ Cốt thép để chịu các ứng suất co ngĩt và nhiệt độ phải đƣợc đặt gần các bề mặt bê tơng lộ ra trƣớc các thay đổi nhiệt độ hàng ngày. Cốt thép nhiệt độ và co Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 161 ngĩt phải cộng thêm vào sao cho tổng cốt thép ở các bề mặt bị lộ ra khơng nhỏ hơn quy định tại Điều 5.10.8 nhƣ sau: g s,co_ngot y A A 0.75 f  Trong đĩ: Ag : diện tích nguyên mặt cắt (mm2) fy : cƣờng độ chảy quy định của thép (MPa) Thép chịu co ngĩt và nhiệt đồ phải đƣợc phân bố đều trên hai mặt của bản  hàm lƣợng thép bố trí cho lớp trên và dƣới nhƣ sau: s,co_ngot s,co_ngot s,co_ngot A A =A = 2 tren duoi Cốt thép chịu co ngĩt và nhiệt độ khơng đƣợc đặt rộng hơn hoặc 3,0 lần chiều dày cấu kiện hoặc 450 mm. 5.3 TÍNH TỐN DẦM NGANG Trong kết cấu nhịp lắp ghép cĩ dầm ngang thì mối nối đƣợc thực hiện ở dầm ngang và tạo thành một kết cấu nhịp là một hệ mạng dầm phức tạp. Do vậy dầm ngang chịu lực rất phức tạp. Mối nối giữa dầm dọc và dầm ngang cĩ tính ngàm chặt và tính chất này cĩ phụ thuộc vào độ cứng chống xoắn của dầm dọc. Ngày nay các phƣơng pháp tính tốn theo mơ hình khơng gian đối với hệ kết cấu mạng dầm đã đƣợc hồn thiện và cĩ sẵn các chƣơng trình tính tốn hỗ trợ. Tuy nhiên trong thiết kế sơ bộ cũng nhƣ điều kiện thơng thƣờng ta vẫn áp dụng phƣơng pháp tính tốn gần đúng. 5.3.1 Giả thiết tính tốn  Dầm ngang làm việc nhƣ 1 dầm hai đầu ngàm chịu uốn dƣới tác dụng của lực thẳng đứng.  Dầm ngang chịu tải trọng trực tiếp từ bản mặt cầu truyền xuống.  Dầm ngang chịu tải trọng cục bộ do trục bánh xe truyền xuống.  Chiều dài tính tốn của dầm ngang là khoảng cách giữa tim 2 dầm chính.  Ngồi ra, khi dầm ngang làm việc chung với dầm chính nhƣ hệ mạng dầm khơng gian (truyền tải trọng ngang, tăng độ cứng ngang, tăng độ cứng chống xoắn) thì cần phải thiết kế dầm ngang chịu tải đồng thời với dầm chính. 5.3.2 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang  Tĩnh tải gồm:  Lớp phủ mặt cầu  Trọng lƣợng bản thân bản mặt cầu  Trọng lƣợng bản thân dầm ngang  Hoạt tải là tải trọng HL-93 gồm Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 162  Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục  Tải trọng làn  Lực xung kích 5.3.3 Tính nội lực trong dầm ngang 5.3.3.1 Nội lực do tĩnh tải Tĩnh tải của lớp phủ và trọng lƣợng bản thân bản mặt cầu truyền xuống dầm ngang xác định gần đúng theo dạng truyền tải trên mặt bằng Hình 5.8: Sơ đồ truyền tải từ bản mặt cầu vào dầm ngang Bề rộng dầm ngang thƣờng chọn 15  20cm tại giữa nhịp và 20  30cm tại đầu nhịp Ký hiệu: DCBMC : tĩnh tải do trọng lƣợng bản thân bản mặt cầu DW : tĩnh tải do trọng lƣợng lớp phủ mặt cầu DCdn : tĩnh tải do trọng lƣợng bản thân dầm ngang gDW : tải trọng lớp phủ truyền vào dầm ngang gBMC : tải trọng do trọng lƣợng bản thân mặt cầu truyền vào dầm ngang gDN : tải trọng do lƣợng bản thân dầm ngang  Đối với dầm ngang đầu nhịp: Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 163 Phần tải tam giác cĩ trị số lớn nhất tại đỉnh là: gDW1 = DW*S/2 gBMC1 = DCBMC*S/2 Phần tải chữ nhật gDW2 = DW*a gBMC2 = DCBMC*a gDN = DCdn Mơ men giữa nhịp 2 2 1 2 2 2 1 2 g g 32 24 g (g g ) 32 24 DW DW DW DC BMC BMC DN L L M L L M        Mơ men tại ngàm 2 2 1 2 2 2 1 2 5 g g 96 12 5 g (g g ) 96 12 DW DW DW DC BMC BMC DN L M L L M L        Lực cắt tại ngàm DW1 DW 2 1 2 g g 4 2 g (g g ) 4 2 DW DC BMC BMC DN L L V L L V       Đối với dầm ngang giữa nhịp: Phần tải tam giác cĩ trị số lớn nhất tại đỉnh là: gDW = DW*S gBMC = DCBMC*S Phần tải chữ nhật gDN = DCdn Mơ men giữa nhịp 2 2 2 g 32 g g 32 24 DW DW DC BMC DN L M L L M      Mơ men tại n... giản đơn chiều dài nhịp tính tốn Ltt 5.4.4.2 Tải trọng tác dụng 5.4.4.2.1 Tĩnh tải Tĩnh tải tác dụng trên 1m dài dầm chủ bao gồm các loại sau:  Trọng lƣợng bản thân dầm chủ DC1 (kN/m)  Trọng lƣợng bản thân dầm ngang DC2 (kN/m)  Trọng lƣợng do gờ chắn bánh xe DC3 (kN/m)  Trọng lƣợng do lan can và lề ngƣời đi DC4 (kN/m)  Trọng lƣợng do lớp phủ mặt cầu DW1 (kN/m)  Trọng lƣợng do các tiện ích cơng cộng (cột đèn, biển báo ) DW2 (kN/m)  Tổng tĩnh tải do trọng lƣợng bản thân kết cấu và các bộ phận phi kết cấu DC = DC1 + DC2 + DC3 + DC4 Lƣu ý: trong một số thiết kế cụ thể cĩ thể xem tải trọng gờ chắn bánh và lan can lề ngƣời đi là hồn tồn do dầm biên chịu. 5.4.4.2.2 Hoạt tải  Hoạt tải xe thiết kế HL-93 gồm o Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế (cĩ xét lực xung kích) và o Tải trọng làn  Tải trọng ngƣời đi bộ 5.4.4.3 Cách tổ hợp hoạt tải HL-93 theo các TTGH Trong bài tốn thiết kế cầu vần chọn trị số lớn nhất trong các tổ hợp sau đây:  Đối với TTGH cƣờng độ I, III, đặc biệt (va xe) và TTGH sử dụng (khơng kể duyệt võng)  Hiệu ứng của xe 2 trục (cĩ xung kích 25%) và tải trọng làn thiết kế. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 171  Hiệu ứng của xe tải thiết kế (cĩ xung kích 25%) cĩ cự ly các trục thay đổi từ 4.3m đến 9.0m với tải trọng làn thiết kế.  Khi tính moment âm và phản lực cho trụ một gối (trụ của dầm liên tục) thì dùng hai xe tải đặt cách nhau 15m cĩ khoảng cách giữa các trục 145KN của mỗi xe phải lấy bằng 4300mm, bỏ qua những trục khơng gây hiệu ứng cực đại (trục nằm phần đƣờng ảnh hƣởng ngƣợc dấu). Lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải trên kết hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế.  Đối với TTGH sử dụng về độ võng: lấy giá trị lớn trong 2 trị số sau  Hiệu ứng của một xe tải thiết kế (cĩ xung kích 25%)  25% hiệu ứng của một xe tải thiết kế (cĩ xung kích 25%) kết hợp tải trọng làn  Đối với TTGH mỏi và đứt gãy: chỉ xét hiệu ứng của một xe tải thiết kế (cĩ xung kích 15%) với khoảng cách hai trục nặng lấy bằng 9m.  Đối với TTGH cƣờng độ II: khơng xét hoạt tải HL-93 5.4.4.4 Cách xếp hoạt tải HL-93 lên đường ảnh hưởng Khi đƣờng ảnh hƣởng cĩ 2 phần âm và dƣơng (ngƣợc dấu) thì hoạt tải HL-93 chỉ xếp lên các phần ĐAH cùng dấu (hoặc cùng âm hoặc là cùng dƣơng) để tạo ra hiệu ứng lực cực đại. Ngồi các trƣờng hợp đặt một xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế, trƣờng hợp riêng dùng 2 xe tải thiết kế (tại vị trí trụ của dầm liên tục) cũng đƣợc bố trí bất lợi trên ĐAH và cũng đƣợc kết hợp với tải trọng làn. Hình 5.14: Ví dụ xếp tại trên ĐAH mơ men ÐAH ML/2 ÐAH ML/2 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 172 Hình 5.15: Ví dụ xếp tại trên ĐAH lực cắt 5.4.4.5 Tổ hợp nội lực theo các TTGH Tổ hợp nội lực do các thành phần tải trọng tĩnh tải và hoạt tải theo các TTGH thực hiện theo hƣớng dẫn của Điều 1.3.2.1 và Điều 3.4 Tổng quát ta cĩ tổng ứng lực tính tốn phải đƣợc lấy nhƣ sau: Q =  i i Qi Trong đĩ : i : hệ số điều chỉnh tải trọng i : hệ số tải trọng Qi : ứng lực do các thành phần tại trọng tƣơng ứng gây ra Cơng thức tổ hợp nội lực cho mơ men và lực cắt M = .[p1.MDC + p2.MDW + n.MHL-93 + n.MPL] V = .[p1.VDC + p2.VDW + n.VHL-93 + n.VPL] Trong đĩ: MDC ; VDC : momen và lực cắt do trọng lƣợng bản thân kết cấu MDW ; VDW : momen và lực cắt do trọng lƣợng lớp phủ MHL-93 ; VHL-93 : momen và lực cắt do hoạt tải HL-93 tƣơng ứng với TTGH đang xét MPL ; VPL : momen và lực cắt do ngƣời đi p1 : hệ số tải trọng bản thân kết cấu p2 : hệ số tải trọng bản thân lớp phủ n : hệ số tải trọng hoạt tải 5.4.5 Lựa chọn cốt thép chủ và kích thƣớc mặt cắt 5.4.5.1 Chọn cốt thép chủ Cĩ thể chọn sơ bộ diện tích cốt thép theo cơng thức kinh nghiệm sau: ÐAH VL/4 ÐAH VL/4 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 173 u ps pu M A 0,85 f (0,9 H)      với H là chiều cao dầm chủ Sau khi cĩ đƣợc diện tích cốt thép Aps thì chọn đƣờng kính và số lƣợng thanh thép rồi tiến hành bố trí vào mặt cắt ngang từ đĩ tính tốn xác định khoảng cách từ thớ ngồi cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL (dp) tại các mặt cắt đặc trƣng. 5.4.5.2 Bố trí thép vào mặt cắt ngang Để bố trí cần phải tham khảo bảng kích thƣớc mấu neo, đƣờng kính tao cáp và bĩ cáp trong Catalogue của nhà sản xuất hoặc đồ án tƣơng tự. Đối với cơng nghệ kéo trƣớc thƣờng bố trí các tao cáp riêng lẻ để tăng độ dính bám với bê tơng cịn đối với cơng nghệ kéo sau thƣờng bố trí bĩ cáp bọc trong ống gen. Khoảng cách giữa hai bĩ cáp phải bằng chiều rộng cạnh neo tức là phải đủ để bố trí neo. Khoảng trống tối thiểu giữa các nhĩm bĩ cáp khơng đƣợc nhỏ hơn 1,33 lần kích thƣớc tối đa của cấp phối hoặc 25mm. Nếu bố trí riêng lẻ các tao thì khoảng trống giữa các tao khơng nhỏ hơn 1,33 lần đƣờng kính lớn nhất của cốt liệu cấp phối và cự ly từ tim đến tim cũng khơng đƣợc nhỏ hơn quy định theo Điều 5.10.3.3.1 nhƣ sau Bảng 5.2: Cự ly tối thiểu tim đến tim của tao thép dự ứng lực Các bĩ cáp cĩ thể đặt thành nhiều hàng trong bầu dầm và mỗi hàng chỉ nên đặt 3 bĩ hoặc 5 bĩ. Nĩi chung kích thƣớc bầu dầm chỉ nên rộng từ 30  70cm. Sau khi bố trí xong cốt thép cần kiểm tra lại kích thƣớc dầm so với kích thƣớc giả định ban đầu tức là kiểm tra lại phần tĩnh tải do trọng lƣợng bản thân dầm. Nếu sai lệch quá lớn (khoảng 10%) cần tính lại nội lực từ đầu. 5.4.6 Bố trí thép chủ theo chiều dọc dầm 5.4.6.1 Đối với dầm kéo trước Nếu chiều dài dầm L<24m thƣờng chỉ cĩ 2 điểm uốn cốt thép nghiên đối xứng. Nếu L>24m thƣờng cĩ 4 điểm uốn. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 174 Hình 5.16: Ví dụ bố trí điểm uốn cáp dầm DUL kéo trước Vị trí điểm uốn thƣờng cách đầu dầm khoảng từ 0,2L  0.4L và khoảng cách hai điểm uốn cùng bên thƣờng cấu tạo khoảng 2  3m Trong mặt cắt ngang dầm, các cốt thép phải đƣợc uốn lên một cách đối xứng qua trục thẳng đứng của mặt cắt để chống xoắn dầm. Xét mặt cắt đầu dầm, đối với các bĩ cáp neo cao nhất cĩ thể đặt cách định dầm 20cm, các neo thấp hơn đặt cách nhau 5  10cm với tao thép 7 sợi. Số lƣợng bĩ thép cần uốn tại các điểm uốn đƣợc xác định tùy theo nội lực (M và V). Thơng thƣờng cĩ thể lấy chúng bằng nhau. Hình 5.17: Sơ đồ tính chiều dài đoạn cáp CE Tọa độ cốt thép tính từ tim gối kê đƣợc xác định theo các cơng thức sau: 1 2 2 2( ) h y tg L L L x y L x tg           tung độ một điểm E bất kỳ trên đoạn cáp uốn BC tính từ gối kê là (y+a)  Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 175 Chiều dài cốt thép DUL từ đầu dầm (vị trí neo) đến đểm E (dùng để tính mất mát ứng suất do ma sát tại E) xác định theo cơng thức sau: 2 2 1(h y) (L x)CE     5.4.6.2 Đối với dầm kéo sau Cĩ 3 cách chọn dạng uốn cong nhƣ sau  Đƣờng cong parabol bậc 2  Đƣờng cong gẫy khúc cĩ vuốt trịn  Đƣờng cong trịn nối với đƣờng thẳng Sau đây trình bày cách uốn cong theo dạng đƣờng gẫy khúc cĩ vuốt trịn với trình tự nhƣ sau  Chọn vị trí neo ở đầu dầm  cĩ điểm C  Chọn vị trí uốn cách đầu dầm một khoảng là L2  cĩ điểm B  Nối BC  điểm A là giao của BC và đƣờng tim gối kê  Chọn bán kính vuốt cong R (hoặc đoạn t) rồi tính ra t (hoặc R) theo cơng thức lƣợng giác: 1 2 1 2 . 2 2 h h tg arctg L L L L t tg t R tg R              Tính chiều dài d của cung trịn: 0 0 2 360 R d    Tung độ tại mặt cắt cách gối kê một khoảng x là: y = (L2-x).tg Hình 5.18: Sơ đồ bố trí cáp theo đường gẫy khúc cĩ vuốt trịn   Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 176 5.4.6.3 Tính tốn lại các đặc trưng hình học Sau khi bố trí xong cốt thép DUL phải tính lại các đặc trƣng hình học tại các mặt cắt đặc trƣng cĩ xét đến cốt thép DUL Tọa độ trọng tâm cốt thép DUL so với đáy dầm cĩ thể xác định nhƣ sau .i i ps i n y y n    Trong đĩ ni : số bố cốt thép hàng thứ i yi : khoảng cách từ đáy dầm đến tim cốt thép hàng thứ i 5.4.7 Tính duyệt theo các TTGH Các trạng thái giới hạn bao gồm  TTGH cƣờng độ I, II, III : dùng để kiểm tốn về cƣờng độ và ổn định tức là kiểm tra khả năng chịu uốn, cắt và xoắn của kết cấu.  TTGH sử dụng : Các nội dung cần phải đƣợc kiểm tốn ở trạng thái giới hạn sử dụng là nứt, biến dạng và ứng suất trong bê tơng.  TTGH mỏi  TTGH đặc biệt Lƣu ý khi tính duyệt cho các giai đoạn làm việc tƣơng ứng của dầm thì mỗi giai đoạn ta cĩ dạng mặt cắt ngang dầm khác nhau (tùy thuộc vào loại dầm và cơng nghệ thi cơng) tức là cĩ xét đến sự liên hợp của dầm với bản mặt cầu trong giai đoạn khai thác sử dụng. 5.4.8 Trình tự tính tốn dầm giản đơn BTCT DUL Bƣớc 1: Chuẩn bị các số liệu ban đầu (nhiệm vụ thiết kế) Bƣớc 2: Thiết kế cấu tạo các bộ phận của kết cấu nhịp Bƣớc 3: Phân tích kết cấu (mơ hình tính, các đặt trƣng hình học) Bƣớc 4: Phân tích tải trọng tác động lên cầu Bƣớc 5: Tính tốn nội lực Bƣớc 6: Tổ hợp nội lực theo các TTGH Bƣớc 7: Lựa chọn thép DUL và bố trí vào mặt cắt dầm. Hiệu chỉnh kích thƣớc bầu dầm cho phù hợp với cách bố trí thép nếu cần rồi quay về bƣớc 5 tính lại tĩnh tải. Tính duyệt mặt cắt giữa theo momen cho TTGH cƣờng độ 1. Bƣớc 8: Bố trí thép DUL theo chiều dọc (vị trí uốn thép, vị trí neo, tọa độ trọng tâm các bĩ thép). Tính mất mát ứng suất. Bƣớc 9: Tính duyệt theo momen cho các mặt cắt cịn lại. Tính duyệt theo TTGH sử dụng về nứt, biến dạng, kiểm tra ứng suất. Tính duyệt theo TTGH cƣờng độ, kiểm tra các giới hạn cốt thép Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 177 Bƣớc 10: Tính độ vồng do DUL, kiểm tra độ võng, độ vồng trƣớc Bƣớc 11:Tính duyệt dầm kiểm tốn theo lực cắt Bƣớc 12: Kiểm tốn mặt cắt dầm chủ của kết cấu nhịp cĩ dầm ngang khi chịu mơ men xoắn cục bộ. Bƣớc 13: Tính duyệt theo TTGH mỏi và TTGH đặc biệt Bƣớc 14: Tính duyệt cƣờng độ và ổn định trong giai đoạn tạo DUL nén bê tơng. Duyệt ứng suất cục bộ khu vực bố neo. Bƣớc 15: Tính và kiểm tra hiệu ứng co ngĩt, từ biến. Bƣớc 16: Tính tốn thiết kế bản mặt cầu, dầm ngang CHƢƠNG 6: CẦU THÉP 6.1.TỔNG QUAN VỀ CẦU THÉP 6.1.1 .Phân loại  Hệ thống cầu thép kiểu dầm  Dƣới tác dụng tải thẳng đứng thì gối chỉ truyền áp lực thẳng đứng  Sơ đồ: giản đơn, liên tục, hẫng  Cấu tạo đơn giản, dễ thi cơng  Các loại KCN: Cầu dầm đặc, cầu dầm liên hợp thép+BTCT Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 178  Hệ thống cầu thép kiểu giàn  Kết cấu chịu lực chính là các mặt phằng giàn  Các thanh giàn chỉ chịu lực dọc (kéo hoặc nén)  Chiều cao giàn lớn  vƣợt nhịp lớn hơn cầu dầm  Cấu tạo phức tạp, khĩ thi cơng hơn cầu dầm  Hệ thống cầu thép kiểu vịm  Dƣới tác dụng tải thẳng đứng thì gối cĩ cả phản lực thẳng đứng V và phản lực nằm ngang H  dạng kết cấu cĩ lực đẩy ngang  Khả năng chịu lực lớn (đặc biệt là dạng Vịm giàn) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 179  Tính thẩm mỹ cao.  Hệ thống cầu thép kiểu khung  Trụ và dầm liên kiết cứng  khung chịu lực  Phản lực gối gồm V và H  Hệ thống cầu thép kiểu dây  Bộ phận chịu lực chính là dây cáp đỡ hệ mặt cầu (dầm hoặc giàn)  hệ thống tổ hợp dây + dầm (hoặc giàn)  Cĩ 2 loại: dây văng, dây võng 6.1.2 Các sơ đồ tĩnh học  Sơ đồ giản đơn  Moment lớn nhất tại giữa nhịp  Vật liệu tập trung chủ yếu ở giữa  nội lực do tĩnh tải lớn  Khả năng vƣợt nhịp thấp: • Cầu dầm L < 40 m • Cầu giàn L < 60 m  Sơ đồ hẫng (mút thừa)  Biểu đồ momen xuất hiện M- tại gối và M+ tại giữa nhịp  Vật liệu tập trung chủ yếu ở khu vực gối  nội lực do tĩnh tải nhỏ hơn sơ đồ giản đơn  vƣợt nhịp tốt hơn  Áp dụng cho cầu giàn hẫng nhịp > 60 m M Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 180  Sơ đồ hẫng + nhịp đeo  Sơ đồ này thƣờng khai thác khơng êm thuận  Lực xung kích lớn  Khe co giãn cấu tạo phức tạp  hiện nay ít dùng  Sơ đồ liên tục  Phân bố nội lực M- tại mặt cắt gối và M+ tại mặt cắt giữa nhịp do đĩ phát huy đƣợc hết khả năng làm việc của vật liệu.  Khả năng vƣợt nhịp lớn • Dùng cho cầu dầm nhịp > 40 m • Dùng cho cầu giàn nhịp > 60 m M M M Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 181 6.1.3 Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng  Ƣu điểm  Thép cĩ cƣờng độ chịu lực cao cả khi kéo, nén, uốn, cĩ trọng lƣợng bản thân nhỏ cĩ thể vƣợt đƣợc khẩu độ lớn và chịu tải trọng nặng.  Thép cĩ modun đàn hồi cao và cĩ tính dẻo nên đáp ứng điều kiện khai thác với tải trọng lớn và chịu lực xung kích tốt.  Vật liệu thép dễ gia cơng, chế tạo, lắp ráp và thi cơng lắp ghép  rút ngắn thời gian thi cơng  Cĩ khả năng tạo đƣợc nhiều dạng cầu với hình dáng đẹp.  Kết cấu nhịp cầu thép dễ kiểm tra, tăng cƣờng và sửa chữa khi cần thiết  Nhƣợc điểm  Thép là một kim loại dễ bị ăn mịn dƣới tác dụng của mơi trƣờng phải tốn nhiều cơng sức, chi phí để bảo dƣỡng.  Kết cấu cĩ thể giảm hoặc mất khả năng chịu lực khi gặp nhiệt độ cao (t > 500 0 C)  Nhiều chi tiết cĩ cấu tạo phức tạp địi hỏi phải chế tạo trong xƣởng.  Thép là loại vật liệu khơng cĩ sẵn trong tự nhiên, vì vậy giá thành vật liệu làm cầu thép khá cao  Phạm vi áp dụng  Cầu chịu tải trọng lớn nhƣ tải trọng đƣờng sắt  Cầu cần vƣợt nhịp lớn L>100m  Dùng cho cầu đƣờng sắt, ơtơ và cầu tạm yêu cầu thi cơng nhanh, hoặc cầu dùng cho quân sự yêu cầu lắp ráp, tháo dỡ nhanh, vận chuyển nhẹ nhàng  Áp dụng cho cơng trình yêu cầu tính thẩm mỹ cao Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 182 Hình 1: Phạm vi áp dụng hiệu quả của kết cấu nhịp cầu thép 6.1.4 Vật liệu thép làm cầu  Yêu cầu đối với vật liệu thép sử dụng làm cầu  Điều kiện làm việc của kết cấu nhịp • Chịu tải trọng lớn • Chịu tải trọng động cao • Chịu ảnh hƣởng trực tiếp của yếu tố thời tiết, mơi trƣờng  Yêu cầu đối với vật liệu thép • Phải cĩ cƣờng độ cao • Chịu lực xung kích tốt • Chịu đƣợc các điều kiện gia cơng: mài, cắt, gọt, hàn  Các loại thép sử dụng trong xây dựng cầu thép  Thép Cacbon M270M cấp 250  Thép hợp kim thấp cƣờng độ cao M270M cấp 345; 345W  Thép hợp kim thấp tơi và gia nhiệt M270M cấp 485W  Thép hợp kim thấp tơi và gia nhiệt với cƣờng độ chảy dẻo cao M207M cấp 690 và 690W  Modun đàn hồi Es = 200000 MPa = 2x106 kG/cm2  Hệ số giãn nở nhiệt  = 1,17x105 (1/oC) Thích hợp cho dầm > 80m< 40  50m Ggiàn Gdầm Thích hợp cho giàn Go Lo G L Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 183 Thép kết cấu Thép hợp kim thấp cƣờng độ cao Thép hợp kim thấp tơi và gia nhiệt Thép hợp kim thấp tơi và gia nhiệt với cƣờng độ chảy dẻo cao Ký hiệu AASHTO M270M cấp 250 M270M cấp 345 M270M cấp 345W M270M cấp 485W M270M cấp 690/690W Ký hiệu ASTM tƣơng đƣơng A 709M cấp 250 A 709M cấp 345 A 709M cấp 345W A 709M cấp 485W A 709M cấp 690/690W Chiều dày bản thép đến 100 đến 100 đến 100 đến 100 đến 65 từ 65¸100 Thép hình Tất cả các nhĩm Tất cả các nhĩm Tất cả các nhĩm khơng áp dụng khơng áp dụng khơng áp dụng Cƣờng độ kéo đứt fu (MPa) 400 450 485 620 760 690 Giới hạn chảy fy (MPa) 250 345 345 485 690 620 Bảng 1: Các đặc tính cơ học tối thiểu của thép kết cấu theo hình dáng, cường độ và chiều dày 6.2 Cấu tạo cầu dầm thép 6.2.1 Cấu tạo kết cấu nhịp cầu dầm thép Mặt cắt ngang cầu dầm thép (1) Dầm chủ; (2) Liên kết ngang,dọc; (3) Sườn tăng cường; (4) Bản bê tơng mặt cầu; (5) Lớp phủ mặt cầu; (6) Gờ lan can; (7) Tay vịn Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 184 Kết cấu nhịp cầu dầm thép: 1. Dầm chủ 2. Hệ mặt cầu 3. Hệ liên kết ngang cầu 4. Hệ liên kết dọc  Cấu tạo dầm chủ: o Sƣờn dầm: chịu lực cắt o Bản cánh: chịu kéo, nén khi uốn o Sƣờn tăng cƣờng đứng: tăng cƣờng độ cứng cho sƣờn dầm, chịu cắt o Sƣờn tăng cƣờng dọc: tăng ổn định phần sƣờn dầm chịu nén Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 185 6.2.2 Các dạng cầu dầm thép Cầu dầm bản (hay cầu dầm đặc) Dầm thép là các dầm định hình hoặc tổ hợp từ thép bản Bản mặt cầu cĩ thể bằng bê tơng, thép hoặc gỗ. Giữa dầm thép và bản mặt cầu chỉ cĩ liên kết chống xê dịch tƣơng đối, khơng cĩ liên kết chơng trƣợt  cịn gọi là cầu dầm khơng liên hợp. Dùng cho cầu nhỏ hoặc cầu tạm phục vụ thi cơng Mặt cắt ngang: Dầm định hình Dầm tổ hợp  Cầu dầm hộp  Với cầu liên tục nhịp lớn để tăng khả năng chịu lực và chống xoắn  dùng tiết diện hộp  Tuỳ theo kích thƣớc mặt cắt ngang mà bố trí 1 hộp hay nhiều hộp  Dầm hộp cĩ nhƣợc điểm lớn là cấu tạo và bảo dƣỡng phức tạp.  Cầu dầm hộp Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 186  Cầu dầm thép cĩ bản trực hƣớng  Bản mặt cầu đƣợc làm bằng thép và đƣợc tăng cƣờng bằng các sƣờn dọc và ngang.  Bản tham gia chịu uốn với dầm chủ  Ƣu điểm là trọng lƣợng mặt cầu nhẹ. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 187 6.2.3 Mặt cầu thép cĩ bản trực hƣớng  Cấu tạo: Mặt cầu bằng thép cĩ bố trí sƣờn tăng cƣờng theo hai phƣơng Sƣờn tăng cƣờng cĩ thể đứng hoặc nghiên. Sƣờn ngang thƣờng đƣợc khoét lỗ để cho sƣờn dọc liên tục. Chiều dày bản mặt cầu t = 20  30cm Khoảng cách giữa các sƣờn a = 30  50cm  Các dạng cấu tạo sƣờn dọc: Dạng mặt cắt hở: Cĩ thể cấu tạo từ thép bản, thép hình (I,L, [, T ngƣợc). Cấu tạo đơn giản nhƣng khả năng tăng cƣờng độ cứng chống xoắn cho bản thép mặt cầu kém Sườn tăng cường dọc Lớp phủ mặt cầu Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 188  Các dạng cấu tạo sƣờn dọc: Dạng mặt kín: Cấu tạo từ thép bản đƣợc hàn thành các tiết diện chữ U, V hoặc hình bán nguyệt . Cấu tạo phức tạp hơn nhƣng khả năng tăng cƣờng độ cứng chịu uốn và chống xoắn cho bản thép mặt cầu tốt hơn loại hở  Các dạng cấu tạo sƣờn ngang (dầm ngang): Liên kết các dầm chủ hoặc các mặt phẳng giàn chủ đồng thời đỡ hệ tống sƣờng dọc và bản mặt cầu sƣờn ngang thƣờng đƣợc cấu tạo từ các dầm định hình hoặc dầm tổ hợp cĩ mặt cắt chữ I hoạc [ . Khoảng cách giữa các sƣờn ngang thƣờng từ 2  4m Sườn tăng cường dọc Lớp phủ mặt cầu Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 189  Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng Cầu bản trực hƣớng cĩ trọng lƣợng nhẹ nên thích hợp với nhịp dài khi tỉ số moment do tĩnh tải và hoạt tải lớn. Do mặt cầu dùng thép chống rỉ nên giá thành cao hơn so với mặt cầu khác. Kết cấu bản trực hƣớng cĩ thể áp dụng cho bản mặt cầu hoặc cho cả dầm chủ là dầm hộp 6.2.4 Hệ liên kết ngang  Cĩ 2 dạng  Tổ hợp bằng thép gĩc  Bằng dầm thép hình  Tác dụng:  Tăng độ cứng ngang cầu  Phân phối hoạt tải giữa các dầm chủ  Hệ liên kết ngang đầu nhịp phải làm bằng thép hình đủ cứng để cĩ thể kích nâng nhịp cầu khi cần thay gối Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 190 6.2.5 Hệ liên kết dọc Hệ liên kết dọc chủ yếu để chịu lực ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (lực giĩ, lực lắc ngang ). Hệ liên kết dọc cịn cùng với hệ liên kết ngang tạo cho mảng dầm cĩ độ cứng chống xoắn nên cũng cĩ quan điểm cho rằng hệ liên kết dọc cũng gĩp phần phân phối đều hơn tải trọng thẳng đứng cho các dầm chủ khi tải trọng đặt lệch tâm. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 191 6.2.6 Mối nối dầm  Nối dầm khi  Vật liệu thép khơng đủ dài  Điều kiện vận chuyển, cẩu lắp khĩ khăn  Để tạo độ vịng  Vị trí nối:  Nơi cĩ moment khơng lớn  Khơng trùng với liên kết ngang, sƣờn tăng cƣờng  Dễ vận chuyển, nối ghép  Cấu tạo mối nối:  Nối bản sƣờn  Nối bản cánh trên, dƣới  Nối đối đầu  Nối so le  Các yêu cầu cơ bản đối với việc thiết kế mối nối  Tại mối nối thép cơ bản bị gián đoạn phải cĩ các thành phần phụ đủ thay thế để truyền lực tránh ứng suất tập trung và khơng cĩ bộ phận nào bị quá tải. Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 192  Mối nối phải đơn giản, dễ thực hiện, dễ duy tu bảo dƣỡng, cĩ thể định hình  Nếu mối nối để tạo độ vồng xây dựng thì mối nối phải bảo đảm đúng độ võng thiết kế.  Cĩ hai loại mối nối: mối nối sƣờn dầm và mối nối cánh dầm.  Mối nối sƣờn dầm  Sƣờn dầm chịu lực cắt là chủ yếu nên cần hạn chế mối nối ở những mặt cắt cĩ lực cắt lớn.  Sƣờn dầm thƣờng đƣợc nối theo kiểu nối đối đầu cĩ hai bản nối ghép đối xứng để giảm số lƣợng bu lơng  Hạn chế các mối nối chồng để tránh truyền lực lệch tâm và tăng số lƣợng đinh tán.  Cĩ thể dùng thép gĩc để nối thép gĩc nhƣng tốt hơn hết là nên dùng thép bản vì nhƣ vậy khơng phải gọt sống của thép gĩc để nối. Hình 2.2: Mối nối sườn dầm a)Mối nối cĩ bản táp khơng phủ lên thép gĩc cánh b)Mối nối cĩ bản táp phủ lên thép gĩc cánh và ở bốn gĩc cĩ 4 bản lĩt phụ, bản lĩt này dày bằng cánh đứng của thép gĩc. Mối nối dầm  Mối nối cánh dầm  Mối nối cánh chịu mơmen uốn nên cần tránh ở những nơi cĩ mơmem uốn lớn. Mối nối cánh cĩ thể là mối nối đối đầu, so le hoặc kết hợp đối đầu và so le.  Cánh dầm cĩ thể là thép bản và thép gĩc, thép bản đƣợc nối bằng thép bản, thép gĩc đƣợc nối bằng thép gĩc hoặc thép bản.  Mối nối đối đầu đơn giản, dễ thực hiện ở cơng trƣờng nhƣng tốn nhiều bản táp. a) b) Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 193  Mối nối so le cĩ bản cánh và thép gĩc cánh gián đoạn ở nhiều vị trí khác nhau nên mối nối tốn ít bản táp, tuy vậy sẽ khĩ vận chuyển đến cơng trƣờng do đầu bản táp thừa ra cĩ chiều dày mỏng nên dễ bị cong vênh, việc lắp ráp tại cơng trƣờng cũng cĩ khĩ khăn do phải cẩu nâng lên theo phƣơng ngang trong khi đĩ các khối dầm chỉ thuận tiện nâng lên theo phƣơng thẳng đứng. Hình 2.3: Mối nối cánh dầm a) Mối nối đối đầu; b) Mối nối so le ; c)Mối nối kết hợp 1- Cánh dầm chủ; 2 - Sườn dầm chủ ; 3 - Thép gĩc dầm chủ; 4 - Bản táp cánh 6.2.7 Cấu tạo dầm chủ  Số lƣợng dầm chủ  Số lƣợng dầm ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng chịu lực, khả năng vƣợt nhịp và giá thành xây dựng cầu.  Chọn ít dầm ndc = 2  4: giảm chi phí chế tạo và thi cơng nhƣng nội lực trong dầm lớn  chiều cao dầm tăng  tăng chiều dài cầu và chiều cao đất đắp nền đƣờng đầu cầu  tăng chi phí xây dựng  Chọn nhiều dầm ndc > 4: nội lực trong dầm giảm  chiều cao dầm giảm  giảm chiều dài cầu và chiều cao đất đắp nền đƣờng đầu cầu  giảm chi phí xây dựng. Tuy nhiên chi phí vật liệu thép chế tạo dầm tăng, chi phí thi cơng tăng.  Đối với đƣờng ơ tơ số lƣợng dầm đƣợc chọn căn cứ vào bề rộng mặt cầu. Thơng thƣờng chọn khoảng cách các dầm chủ S =1,2  2,5m  Chiều cao dầm thép (Hsb) 14 3 2 Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 194  Chiều cao dầm lựa chọn theo các yếu tố sau:  Chiều dài nhịp tính tốn Ltt  Số lƣợng dầm chủ trên mặt cắt ngang  Quy mơ tải trọng khai thác  Xác định chiều cao dầm theo cơng thức kinh nghiệm:  Nhịp giản đơn : Hsb  L/40  Nhịp liên tục : Hsb  L/30  Tỷ lệ cấu tạo chung của dầm chủ  Dầm chủ yếu chịu uốn do đĩ phải đƣợc cấu tạo đảm bảo tỉ lệ sau: Iyc : moment quán tính của bản cánh chịu nén đối với trục thẳng đứng Oy Iy : moment quán tính của mặt cắt dầm đối với trục thằng đứng Oy  Kích thƣớc bản bụng (Web)  Chiều cao bản bụng (sƣờn dầm) cĩ thể chọn sơ bộ theo cơng thức Dw = Hsb / (1,04  1,1)  Chiều dày cĩ thể chọn sơ bộ theo cơng thức • Dầm thép cacbon: √ • Dầm thép hợp kim: √  Theo tiêu chuẩn AASHTO thì bề dày tối thiểu của bản thép t  6mm.  Để tránh cong vênh đặc biệt là lên kết hàn nên chọn t  12mm Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 195  Kích thƣớc bản cánh (Flange)  Bản cánh sẽ cung cấp khả năng chịu uốn. Chiều rộng và bề dày bản cánh thƣờng đƣợc xác định bởi sự lựa chọn diện tích của bản cánh trong phạm vi giới hạn của tỉ số giữa bề rộng và bề dày b/t và các yêu cầu kỹ thuật trong chỉ dẫn kỹ thuật để đảm bảo khẳn năng ổn định cục bộ  Bản cánh cĩ thể bao gồm nhiều bản cĩ kích thƣớc khác nhau gọi là dầm ghép, loại dầm này cĩ ƣu điểm cĩ thể lựa chọn đƣợc số lƣợng các bản ghép khác nhau phù hợp với biểu đồ chịu lực.  Kích thƣớc bản cánh (Flange)  Bề dày của mỗi bản cánh khơng nên quá 20 mm để dể bảo đảm chất lƣợng thép. Ngồi ra nếu các bản cánh cĩ bề dày nhỏ thì dễ cắt để cho biểu đồ bao vật liệu là phù hợp nhất với biểu đồ mơ men tính tốn và tiết kiệm thép hơn. Tuy nhiên về mặt cấu tạo cũng yêu cầu các bản cánh khơng đƣợc mỏng hơn 10 mm  Phần cánh hẫng ra: với cầu ơtơ < 15tc và 0,4m (mặt cắt tổ hợp tính từ cánh thép gĩc). tw D w t c t t bt bc H s b tw D w t c t t bt bc H sb Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 196  Sƣờn tăng cƣờng  Chiều dày (ttc) tối thiểu Sƣờn tăng cƣờng là 10mm-12mm, tại gối cĩ thể dày 20mm-30mm. Bề dày Sƣờn tăng cƣờng khơng nhỏ hơn 1/15 chiều rộng chìa ra khỏi sƣờn chủ  Chiều rộng tối thiểu Sƣờn tăng cƣờng đứng (btc) khơng nhỏ hơn cánh thép gĩc chìa ra và phải đủ để bố trí mối liên kết ngang (80mm nếu liên kết bulơng, 40-50mm nếu liên kết hàn)  Sƣờn tăng cƣờng đứng bố trí đối xứng cả 2 bên bản sƣờn dầm. Đầu trên đến sát bản cánh trên, đầu dƣới cách xa bản cánh 10-20mm; cĩ thể kê miếng thép đệm [] 50x100x10 6.2.7.1 Nguyên tắc cấu tạo  Dầm liên hợp thép + BTCT gồm hai loại vật liệu là bản BTCT và dầm thép liên kết với nhau bằng các đinh neo. Bản BTCT vừa là bản mặt cầu, vừa là một thành phần của dầm chủ. tw D w t c t t bt bc H s b Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 197 6.2.7.2 Ưu điểm:  Giảm kích thƣớc dầm thép  Mặt cắt liên hợp cứng hơn nên giảm độ võng do hoạt tải và vƣợt nhịp lớn hơn  Bản mặt cầu liên hợp ngồi tham gia chịu lực cùng dầm chủ cịn đĩng vai trị giống hệ liên kết dọc trên, do đĩ cĩ thể bỏ đƣợc hệ liên kết dọc trên.  Cĩ thể sử dụng các biện pháp điều chỉnh nội lực trong dầm trong giai đoạn thi cơng 6.2.7.3 Nhược điểm: Tĩnh tải phần bản mặt cầu lớn Thêm chi phí neo liên hợp 6.2.7.4 Nguyên lý làm việc của dầm liên hợp Tuỳ theo biện pháp thi cơng mà cầu liên hợp cĩ các giai đoạn làm việc khác nhau Trƣờng hợp 1: thi cơng theo biện pháp lắp ghép hoặc lao lắp khơng cĩ trụ đỡ phía dƣới. Trong trƣờng hợp này dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 198 Hình 2.5: Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp Trƣờng hợp 1: Giai đoạn 1: Mặt cắt tính tốn: là mặt cắt dầm thép Tải trọng tính tốn (tĩnh tải GĐ1) Trọng lƣợng bản thân dầm thép Trọng lƣợng hệ liên kết dọc và ngang Trọng lƣợng bản bê tơng và những phần bê tơng đổ cùng với bản Giai đoạn 2: Mặt cắt tính tốn: là mặt cắt liên hợp thép + BTCT Tải trọng tính tốn: Tĩnh tải GĐ2: lớp phủ, lan can, gờ chắn Hoạt tải Dầm thép Dầm thép Bản bê tông Dầm thép Bản bê tông Hoạt tải xe Lớp phủ mặt cầu Giai đoạn 1: Thi công xong dầm thép Giai đoạn 2: Giai đoạn khai thác Giai đoạn 1: Sau khi đổ bản bê tông mặt cầu II IIII Z 1 Y 1 D w t c t t D c2 H cb bs D w t c t t tw D c1 bt bc H sb t h t s Y 1 tw bt bc H sb II Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 199 Trƣờng hợp 2: thi cơng theo biện pháp lắp ghép trên đà giáo cố định hoặc cĩ trụ tạm đỡ phía dƣới. Trong trƣờng hợp này dầm liên hợp làm việc theo 2 giai đoạn Giai đoạn 1: tồn bộ trọng lƣợng kết cấu nhịp do đà giáo gánh chịu  mặt cắt dầm chƣa làm việc Giai đoạn 2: sau khi tháo dỡ đà giáo thì tồn bộ trọng lƣợng KCN do dầm chủ gánh đỡ  mặt cắt làm việc là mặt cắt liên hợp Tải trọng bao gồm: tĩnh tải GĐ1, tĩnh tải GĐ2 và hoạt tải II IIII Z 1 Y 1 D w t c t t D c2 H cb bs D w t c t t tw D c1 bt bc H sb t h t s Y 1 tw bt bc H sb II Dầm thép Bản bê tông Dầm thép Bản bê tông Hoạt tải xe Lớp phủ mặt cầu Giai đoạn 2: Giai đoạn khai thác Giai đoạn 1: Giai đoạn thi công Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 200 Dầm thép Bản bê tông Dầm thép Bản bê tông Hoạt tải xe Lớp phủ mặt cầu Giai đoạn 2: Giai đoạn khai thác Giai đoạn 1: Giai đoạn thi công Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 201 6.2.8 Cấu tạo hệ neo liên kết Vai trị của neo: liên kết bản bê tơng với cánh trên dầm thép Neo cị thể làm bằng thép trịn, thép bản hoặc thép định hình Liên kết neo với cánh trên dầm thép cĩ thể dùng đƣờng hàn, bu long hoặc đinh tán Cĩ 3 loại neo đƣợc dùng phổ biến: Neo cứng: làm bằng thép bản, thép định hình Neo mềm: làm bằng thép trịn Neo đinh mũ Cấu tạo neo mềm: Cự ly giữa các nhánh > 3d (d là đƣờng kính thép làm neo) Nên cấu tạo dạng vành khuyên và đặt nghiêng gĩc 45o Các quy định về cấu tạo neo đinh mũ: Đƣờng kính thân neo: d=1624mm Chiều cao neo > 4d Bƣớc neo tính từ tim đến tim khơng đƣợc vƣợt quá 600mm và khơng nhỏ hơn 6d (theo 6.10.7.4.1b) Theo phƣơng ngang cầu khoảng cách neo > 4d Khoảng cách tĩnh giữa bản cánh trên và mép neo > 25mm (theo 6.10.7.4.1) Chiều dày tĩnh của lớp phủ trên neo > 50mm Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 202 Neo chống cắt cần đƣợc chơn sâu ít nhất 50mm vào trong mặt cầu (theo 6.10.7.4.1d). Thiết kế cầu Bộ mơn cầu đường – Trường CĐXD TP.HCM 203 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, Bộ giao thơng vận tải. 2. PGS.TS Nguyễn Minh Nghĩa (2010), Tổng luận cầu, NXB GTVT, Hà Nội. 3. PGS. TS Nguyễn Minh Nghĩa (2011), Mố trụ cầu, NXB GTVT, Hà Nội. 4. GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Hồng Hà, PGS.TS Nguyễn Ngọc Long (2010), Cầu Bê tơng cốt thép, NXB GTVT, Hà Nội, Tập 1 và 2. 5. GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Hồng Hà, ThS Đào Duy Lâm (2010), Các ví dụ tính tốn dầm cầu chữ I, T, Super-T bê tơng cốt thép dự ứng lực theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, NXB Xây dựng, Hà Nội. 6. Catalogue sản phẩm Cơng ty CP Bê tơng 620 Châu Thới 7. Catalogue sản phẩm Cơng ty VSL 8. Catalogue sản phẩm Cơng ty FREYSSINET 9. AASHTO LRFD Bridge Design Specification, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C, 2007

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfgiao_trinh_thiet_ke_cau_phan_2_cau_be_tong_cot_thep_nguyen_t.pdf
Tài liệu liên quan