Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu - Tính mố cầu (tiếp theo)

8/27/2013 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website:  Bộmôn Cầu và Công trình ngầm Website:  THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG  MỐ TRỤ CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học:  Hà Nội, 8‐2013 174 Tính mố cầu (t.theo) – Co ngót, từ biến của bê tông làm kết cấu nhịp (SH, CR) • Tính lực dọc cầu tác dụng lên mố tương tự như đối với nhiệt độ TU – Tác động của gió (WS,WL) Trước hết, cần phải căn cứ vào bảng phân vùng gió để xác định được vận tốc gió thiết. 8/27/2013 2 175 Tính mố cầu (t.theo) Tốc độ gió thiết kế được xác định theo phương trình 3.8.1.1‐1 như sau:  V = VB.S trong đó: • VB = tốc độ gió giật cơ bản trong 3s với chu kỳ xuất hiện là 100 năm (chú ý, khi tính gió trong quá trình lắp ráp có thể lấy 0.85 giá trị VB); • S = hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và cao độmặt cầu theo quy định trong bảng tra 3.8.1.1‐2. 176 Tính mố cầu (t.theo) 8/27/2013 3 177 Tính mố cầu (t.theo) Tính tải trọng gió ngang trên kết cấu (WS) Tải trọng gió ngang PD phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang vàđặt tại trọng tâm của các phần diện tích chịu gió và được tính như sau: PD = 0.0006V2AtCd ≥ 1.8 At (KN) trong đó: • V = tốc độ gió thiết kế tính theo phương trình 3.8.1.1‐1 (m/s) • At = Diện tích của kết cấu hay cấu kiện cần tính tải trọng gió ngang (m2) • Cd = Hệ số cản được quy định trong hình 3.8.1.2.1‐1 178 Tính mố cầu (t.theo) 8/27/2013 4 179 Tính mố cầu (t.theo) Tính tải trọng gió dọc trên kết cấu (WS) Tải trọng gió dọc trên kết cấu được tính dựa trên quy định của điều 3.8.1.2.2 như sau: 180 Tính mố cầu (t.theo) Tính tải trọng gió trên xe cộ (WL) Tải trọng gió dọc trên kết cấu được tính dựa trên quy định của điều 3.8.1.3. như sau: 8/27/2013 5 181 Tính mố cầu (t.theo) Tính tải trọng gió theo phương thẳng đứng Tải trọng gió theo phương thẳng đứng được tính dựa trên quy định của điều 3.8.2. như sau. Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theo công thức: Pv = 0.00045 V2Av (KN) Trong đó: • V = tốc độ gió thiết kế tính theo phương trình 3.8.1.1‐1 (m/s) • Av = Diện tích phẳng của mặt cầu hay cấu kiện cần tính tải trọng gió thẳng đứng(m2) Chú ý, chỉ tính tải trọng này cho các TTGH không liên quan đến gió lên hoạt tải và chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu.  Phải đặt lực gió thẳng đứng cùng với lực gió nằm ngang theo quy định theo điều 3.8.1. 182 Ví dụ: tính áp lực của gió Tổng bề rộng cầu B = 12m; Chiều dài dầm L = 33m; Cầu được xây ở phân vùng gió I, xa dân cư, thoáng không có cây cao. Gối trên mố là gối cố định cao su cốt bản thép, tính áp lực gió truyền từ kết cấu nhịp xuống mố = ? 33m Mố 8/27/2013 6 183 Ví dụ: tính áp lực của gió 184 Tính mố cầu (t.theo) Lập sơ đồ tính sau khi tính toán các tải trọng tác dụng lên mố: 8/27/2013 7 185 Tính mố cầu (t.theo) • 4.1.5. Kiểm tra mố cầu ở TTGH sử dụng – Điều 11.5.2: phải nghiên cứu sự chuyển dịch quá mức ở TTGH  sử dụng đối với các mố, tường chắn – Điều 11.6.2: chuyển vị của mố và tường chắn ở TTGH sử dụng • Chuyển vị và độ lún mố: xem phần móng (Chương 10 – 22TCN‐272‐05), các điều 10.6.2.2.3; 10.7.2.3 và 10.8.2.3 • Giới hạn đối với chuyển vị của tường chắn thông thường được đề ra dựa trên chức năng và loại hình tường, tuổi thọ dự kiến. Áp dụng các điều 10.6.2.2, 10.7.2.2 và 10.8.2.2 khi thích hợp. 186 Tính mố cầu (t.theo) – Lưu ý: AASHTO LRFD 1998 và 22TCN‐272‐05 quy định kiểm tra ổn định tổng thể theo TTGH cường độ (điều 11.5.3) Tuy nhiên, từ phiên bản AASHTO LRFD 2004 trở về sau lại quy định việc kiểm tra ổn định tổng thể của nền đất ở TTGH sử dụng (AASHTO 11.5.2) • Ổn định tổng thể của nền đất (11.6.2.3) 8/27/2013 8 187 Kiểm tra mố cầu (t.theo) – Mất ổn định tổng thể của nền đất sau tường chắn: Theo AASHTO  2004, ổn định tổng thểmái dốc cần được kiểm tra theo TTGH sử dụng. 188 Tính mố cầu (t.theo) • 4.1.6. Kiểm tra mố cầu ở TTGH cường độ – Theo điều (11.6.3) cần phải thiết kế các mố, tường chắn ở  TTGH cường độ cho các nội dung sau: • Sức chịu tải của nền đất, hình (a); • Lật mố, hình (b); • Trượt mố, hình (c); • Mất ổn định chung, hình (d); (AASHTO 2004 kiểm tra nội dung này ở TTGH sử dụng). • Xói mòn dưới bềmặt; • Sự phá hoại do kéo tuột các neo đất, cốt gia cường đất • Sức chịu tải của các cấu kiện mố. 8/27/2013 9 189 Kiểm tra mố cầu (t.theo) • Các hệ số tải trọng khi kiểm tra sức kháng của nền đất 1.25 1.35 1.50 1.00 V H DC EV EH WA WA           190 Kiểm tra mố cầu (t.theo) Phân bố ứng suất tại đáy bệ mố trên nền đất 8/27/2013 10 191 Kiểm tra mố cầu (t.theo) Phân bố ứng suất tại đáy bệ mố trên nền đá 192 Kiểm tra mố cầu (t.theo) • Các hệ số tải trọng khi kiểm toán lật và trượt 0.9 1.00 1.50 1.00 V H DC EV EH WA WA           8/27/2013 11 193 Kiểm tra mố cầu (t.theo)  (1) Kiểm tra điều kiện chống lật – Vị trí của trọng tâm phản lực nền được xác định bằng cách lấy cân bằng mô men của các lực tác dụng lên bệ trụ. Ví dụ, sau khi xác định được các tải trọng Mu, Vu, Hu theo TTGH–CĐ: • ƩX =0 => xác định được lực ma sát F • ƩY =0 => xác định được phản lực nền N • ƩMC =0 => xác định độ lệch tâm e N F e Mu, Vu, Hu  C B CMe N   194 Kiểm tra mố cầu (t.theo) Các điều kiện sau đây được dùng thay cho việc kiểm tra mômen lật không vượt quá mômen chống lật (C11.6.3.3) – Móng trên nền đất: • Vị trí hợp lực của phản lực phải nằm trong 1/2 bề rộng tính từ tim của đáy bệmố. Điểm lật giả thiết cách mép đáy bệmố B/4. => e < {emax = B/4} – Móng trên nền đá:  • Vị trí hợp lực của phản lực phải nằm trong 3/4 bề rộng tính từ tim của đáy bệmố. Điểm lật giả thiết cách mép đáy bệmố B/8. => e < {emax = 3B/8} B/4 N Mu, Vu, Hu  C B/2 B/2 B/8 N Mu, Vu, Hu  C B/2 B/2 8/27/2013 12 195 Kiểm tra mố cầu (t.theo)  (2) Kiểm tra sức kháng đỡ của đất nền – Công thức tổng quát: Trong đó: • qult = sức kháng ép mặt cực hạn của đất nền • Ri = hệ số triết giảm do lực tác dụng nghiêng = (1 – Hn/Vn)3 • Hn = lực ngang tác dụng tại đáy móng (chưa nhân hệ số) • Vn = lực đứng tác dụng tại đáy móng (chưa nhân hệ số) • φ = Hệ số sức kháng • qu_max = ứng suất lớn nhất tại đáy móng _maxi ult uR q q   196 Kiểm tra mố cầu (t.theo) 8/27/2013 13 197 Kiểm tra mố cầu (t.theo)  (3) Kiểm tra sức kháng trượt – Công thức tổng quát: Trong đó: • φs = hệ số sức kháng trượt (Bảng 10.5.5.1) • Fru = lực ma sát = Nu tan(δb) + ca Be • Nu = hợp lực theo phương đứng (đã nhân hệ số ở TTGHCĐ) • δb = góc ma sát giữa đáy bệmóng và đất nền (độ) • ca = lực dính • Be = chiều dài có hiệu của bệmóng (phần chịu phản lực nền) • Ph_i = tải trọng danh định theo phương ngang (gây trượt)  • γi = hệ số tải trọng tương ứngvới tải trọng Ph_i. _s ru i h iF P   198 Kiểm tra mố cầu (t.theo) Bả ng 10 .5 .5 .1 : H ệs ốs ức kh án g th eo TT GH  Cư ờn g độ ch o cá c m ón g nô ng (Sức kháng đỡ của nền) 8/27/2013 14 199 Kiểm tra Bả ng 10 .5 .5 .1 : H ệs ốs ức kh án g th eo TT GH  Cư ờn g độ ch o cá c m ón g nô ng (t .th eo ) (Sức kháng trượt của nền) 200 Kiểm tra mố cầu (t.theo)  (4) Kiểm tra cường độ của các cấu kiện – Tường đỉnh – Tường thân – Tường cánh – Bệmố Nội dung kiểm tra: – Uốn – Nén uốn đồng thời (xem phần tính trụ) – Cắt 8/27/2013 15 201 Kiểm tra mố cầu (t.theo) – Một số tiết diện cần kiểm tra ở TTGH cường độ: +M +H +V Quy −íc E J Ht (KA, KEA)sHt KCPT, LL+I EQ, BR F H B D G A C ¸p lùc ngang do ho¹t t¶i X A1 0.4Ht 0.5HK P1  PH1 PV1 P2  PH2 PV2 I ¸p lùc ®øng do ho¹t t¶i 1 2 3 4 202 Kiểm tra mố cầu (t.theo) – Một số tiết diện cần kiểm tra ở TTGH cường độ: 4 4 3 3 5 2 2 1 1 5 8/27/2013 16 203 Kiểm tra mố cầu (t.theo) – Một số dạng phá hoại của bệmố (hoặc bệ trụ) trên nền đất theo TTGH cường độ: Phá hoại do uốn Phá hoại do cắt Phá hoại do vỡ neo bê tông 204 Kiểm tra mố cầu (t.theo) – Một số dạng phá hoại của bệmố (hoặc bệ trụ) trên nền cọc theo TTGH cường độ: Phá hoại do uốn Phá hoại do cắt Phá hoại do tụt neo  đầu cọc Phá hoại do vỡ neo  bê tông 8/27/2013 17 205 Ví dụ tính mố Mố xây trên nền cát sỏi Nền có chỉ số NSPT = 22 Sức kháng nền ước tính là 1060 kPa Đất đắp sau mố là cát chặt vừa. 206 Ví dụ tính mố 8/27/2013 18 207 Ví dụ tính mố 208 Chú ý về góc ma sát  trong phạm vi ví dụ này:  Ta chỉ xét ảnh hưởng của ma sát giữa đất và thân mố tới áp lực ngang do  đất đắp (áp lực P xiên góc được tách ra 2  thành phần Pv và Ph). Không xét ảnh hưởng của ma sát giữa đất và thân mố tới áp lực ngang do tĩnh tải và hoạt tải chất thêm (coi  = 0). 8/27/2013 19 209 Ví dụ tính mố 210 8/27/2013 20 211 Lực tác dụng lên mố theo phương thẳng đứng (chưa nhân hệ số) Tính trọng lượng mố và đất đắp sau mố Vn (kN) d (m) Mô men (kN.m) Khối 1 = (1.830)(0.610)(23.6) = 26.345 0.915 24.11 Khối 2 = (0.690)(1.525)(23.6) = 24.833 1.105 27.44 Khối 3 = (0.230)(0.915)(23.6) = 4.967 1.335 6.63 Khối 4 = (0.380)(2.440)(18.9) = 17.524 1.640 28.74 DL = 109.4 0.990 108.31 LL = 87.5 0.990 86.63 VD = 2.735 1.640 4.49 VL = 8.566 1.640 14.05 Pv = 8.222 1.830 15.05 Lực tác dụng lên mố theo phương ngang (chưa nhân hệ số) Vn (kN) d (m) Mô men (kN.m) Ph = 17.633 ‐1.098 ‐19.36 HD = 5.399 ‐1.373 ‐7.41 HL = 16.906 ‐1.373 ‐23.21 WS = 2.900 ‐2.135 ‐6.19 WL = 0.7 ‐2.135 ‐1.49 BR = 3.600 ‐2.135 ‐7.69 CR+SH+TU = 10.9 ‐2.135 ‐23.27 212 Các hệ số tải trọng cho TTGH Cường độ 1 và 3 TTGH DC EV EH LL BR LS WS WL CR+SH+TU Cường độ 1 1.25 1.35 1.5 1.75 1.75 1.75 0 0 0.5 Cường độ 1 (b) 0.9 1 1.5 1.75 1.75 1.75 0 0 0.5 Cường độ 3 1.25 1.35 1.5 0 0 0 1.4 0 0.5 Cường độ 3 (b) 0.9 1 1.5 0 0 0 1.4 0 0.5 Lực tác dụng lên mố theo phương thẳng đứng  và mô men tương ứng (sau khi nhân hệ số tải trọng) Vu MVu Vu MVu Vu MVu Vu MVu Khối 1 = 32.93 30.13 23.71 21.69 32.93 30.13 23.71 21.69 <‐‐‐    DC Khối 2 = 31.04 34.30 22.35 24.70 31.04 34.30 22.35 24.70 <‐‐‐    DC Khối 3 = 6.21 8.29 0.00 5.97 0.00 8.29 0.00 5.97 <‐‐‐    DC Khối 4 = 23.66 38.80 17.52 28.74 23.66 38.80 17.52 28.74 <‐‐‐    EV DL = 136.75 135.38 98.46 97.48 136.75 135.38 98.46 97.48 <‐‐‐    DC LL = 153.13 151.59 153.13 151.59 0.00 0.00 0.00 0.00 <‐‐‐    LL VD = 3.42 5.61 2.46 4.04 3.42 5.61 2.46 4.04 <‐‐‐    DC VL = 14.99 24.58 14.99 24.58 0.00 0.00 0.00 0.00 <‐‐‐    LL Pv = 12.33 26.33 14.39 26.33 11.51 0.00 4.11 0.00 <‐‐‐    EH Tổng cộng =  414.5 455.0 347.0 385.1 239.3 252.5 168.6 182.6 Cường độ 1 Cường độ 1 (b) Cường độ 3 Cường độ 3 (b) 8/27/2013 21 213 Lực tác dụng lên mố theo phương ngang (sau khi nhân hệ số) Hu MHu Hu MHu Hu MHu Hu MHu Ph = 26.45 ‐29.04 26.45 ‐29.04 26.45 ‐29.04 26.45 ‐29.04 <‐‐‐    EH HD = 8.10 ‐11.12 8.10 ‐11.12 8.10 ‐11.12 8.10 ‐11.12 <‐‐‐    EH HL = 29.59 ‐40.62 29.59 ‐40.62 0.00 0.00 0.00 0.00 <‐‐‐    LS WS = 0.00 0.00 0.00 0.00 4.06 ‐8.67 4.06 ‐8.67 <‐‐‐    WS WL = 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 <‐‐‐    WL BR = 6.30 ‐13.45 6.30 ‐13.45 0.00 0.00 0.00 0.00 <‐‐‐    BR CR+SH+TU = 5.45 ‐11.64 5.45 ‐11.64 5.45 ‐11.64 5.45 ‐11.64 <‐‐‐    CR+SH+TU Tổng cộng =  75.9 ‐105.9 75.9 ‐105.9 44.1 ‐60.5 44.1 ‐60.5 (1) Kiểm tra ổn định chống lật Vu = 414.5 347.0 239.3 168.6 Hu = 75.88 75.88 44.06 44.06 MVu = 455.02 385.12 252.51 182.61 MHu = ‐105.9 ‐105.9 ‐60.5 ‐60.5 M = 349.1 279.3 192.0 122.1 Xo = 0.8424 0.8047 0.8025 0.7244 e = 0.0726 0.1103 0.1125 0.1906 emax = 0.4575 0.4575 0.4575 0.4575  = B/4 % thiết kế dư = Cường độ 1 Cường độ 1 (b) Cường độ 3 Cường độ 3 (b) 84.1% 75.9% 75.4% 58.3% Cường độ 1 Cường độ 1 (b) Cường độ 3 Cường độ 3 (b) 214 Vu = 414.5kN  Hu = 75.88kN M = 349.1kNm N F e emax Xo N F e emax Vu= 414.5kN Hu=75.88kN Mc=30.08kNm  CB/2 =  915mm  B/2 =  915mm  B/2 =  915mm  B/2 =  915mm  Tìm vị trí của trọng tâm phản lực nền “e”  cho tổ hợp TTGH‐CĐ1 349.1 0.8424 414.5 M M kNmXo m N Vu kN     0.915 0.8424 0.0726 2 Be Xo m     30.08 0.0726 414.5 Mc Mc kNme m N Vu kN     8/27/2013 22 215 (2) Kiểm tra ổn định chống trượt Vu = 414.5 347.0 239.3 168.6 Tan(b) = 0.577 0.577 0.577 0.577 Fr = 239.14 200.22 138.08 97.29  s = 0.8 0.8 0.8 0.8 Hệ số s.kháng trượt  s Fr = 191.3 160.2 110.5 77.8 Hu = 75.88 75.88 44.06 44.06 % thiết kế dư = (3) Kiểm tra sức kháng đỡ của nền Vu = 414.5 347.0 239.3 168.6 Hu = 75.88 75.88 44.06 44.06 Hu / Vu = 0.18 0.22 0.18 0.26 Ri = 0.545 0.477 0.543 0.403 qult =  1060.0 1060.0 1060.0 1060.0 Ri qult = 577.86 505.59 575.72 427.29    = 0.45 0.45 0.45 0.45 Hệ số sức kháng đỡ    Ri qult = 260.0 227.5 259.1 192.3 qmax = 245.99 215.60 149.10 116.38 % thiết kế dư = Cường độ 1 Cường độ 1 (b) Cường độ 3 Cường độ 3 (b) 60.3% 52.6% 60.1% 43.4% Cường độ 1 Cường độ 1 (b) Cường độ 3 Cường độ 3 (b) 5.4% 5.2% 42.4% 39.5% 216 N F e qmax C B/2 =  915mm  B/2 =  915mm  Tìm áp lực đáy móng lớn nhất qmax cho tổ hợp TTGH‐CĐ1 max 2 414.5( / ) 246 2 2 0.8424 N kN m kNq Xo m m    2Xo