Nhập môn cầu - Nguyên lý thiết kế và tính toán (tiếp)

11/12/2013 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website:  Bộmôn Cầu và Công trình ngầm Website:  NHẬP MÔN CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học:  Link dự phòng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/nhap‐mon‐cau Hà Nội, 10‐2013 161 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) • 2.3‐8. Tổ hợp nội lực – (1) Mômen • Mômen do các tĩnh tải DC và DW (chưa nhân hệ số) • Mômen do hoạt tải (chưa nhân hệ số) M DC DCM DC A  93_ 1 93_ 2 ax HL THLL HL TH M M m M           3 93_ 1 2 93_ 2 1 9.3 1 9.3 LL i LL LL i LL M Truc M M HL TH i M Truc M M HL TH i M m g IM P y A M m g IM P y A                   M DW DWM DW A  11/12/2013 2 162 Tổ hợp nội lực (t.theo) trong đó: • ALLM = diện tích đường ảnh hưởng mô men khi tính hoạt tải (đối với kết cấu nhịp dầm giản đơn thì ADCM = ADWM = ALLM)   • m.gLLM = (hệ số làn xe) × (hệ số phân bố ngang của mô men) • P = trọng lượng trục xe • y = tung độ đường ảnh hưởng nội lực tại vị trí lực P • (1+IM) = 1.25 = hệ số xung kích áp dụng cho hoạt tải xe.         3 93_ 1 2 93_ 2 1 9.3 1 9.3 LL i LL LL i LL M Truc M M HL TH i M Truc M M HL TH i M m g IM P y A M m g IM P y A                   163 Tổ hợp nội lực (t.theo) • Mômen tính toán tổ hợp theo TTGH CĐ1: • Mômen tính toán tổ hợp theo TTGH Sử dụng:  1CÐ DC DC DW DW LL LLM M M M           1 1.25 1.5 1.75CÐ DC DW LLM M M M        1 1 1 1SD DC DW LLM M M M        1SD DC DC DW DW LL LLM M M M         11/12/2013 3 164 Tổ hợp nội lực (t.theo) – (2) Lực cắt • Lực cắt do các tĩnh tải DC và DW (chưa nhân hệ số) • Lực cắt do hoạt tải (chưa nhân hệ số) V DC DCV DC A  93_ 1 93_ 2 ax HL THLL HL TH V V m V           3 93_ 1 2 93_ 2 1 9.3 1 9.3 LL i LL LL i LL V Truc V V HL TH i V Truc V V HL TH i V m g IM P y A V m g IM P y A                   V DW DWV DW A  165 Tổ hợp nội lực (t.theo) • Lực cắt tính toán tổ hợp theo TTGH CĐ1: • Lực cắt tính toán tổ hợp theo TTGH Sử dụng:  1CÐ DC DC DW DW LL LLV V V V           1 1.25 1.5 1.75CÐ DC DW LLV V V V        1 1 1 1SD DC DW LLV V V V        1SD DC DC DW DW LL LLV V V V         11/12/2013 4 166 Đề bài: Cho kết cấu nhịp dầm đơn giản (1 dầm chủ, 1 làn xe):  • Chiều dài nhịp tính toán Ltt = 32m • Trọng lượng dầm chủ DC = 14 KN/m • Trọng lượng các lớp phủmặt cầu DW = 5KN/m • Hoạt tải tác dụng: HL93 Yêu cầu:  • Xác định các giá trịmômen tiêu chuẩn MDC, MDW và MLL tại ½  nhịp do các tải trọng tương ứng DC, DW và hoạt tải HL93 gây ra. • Xác định mômen tính toán Mu tại ½ nhịp theo TTGH cường độ 1  nếu giả thiết hệ số điều chỉnh tải trọng η = 1.05. • Xác định mômen tính toán MSD tại ½ nhịp theo TTGH sử dụng. Ltt = 32 m Ví dụ tính toán 167 Hoạt tải HL93 Ứng lực lớn nhất phải được lấy theo các giá trị lớn hơn của các trường hợp sau:  Hiệu ứng của Xe 3 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng của Tải trọng làn thiết kế, hoặc  Hiệu ứng của Xe 2 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng của Tải trọng làn thiết kế 325iP KN 220iP KN 11/12/2013 5 168 MDC = (wDC*A) = (14*128) = 1792 KN.m MDW = (wDW*A) = (5*128) = 640 KN.m Ltt = 32 m đ.a.h (M) Ltt / 4 = 8 m Diện tích đ.a.h: A = 128 m2. wDC = 14 KN/m wDW = 5 KN/m 169 MHL93_TH1 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)} MHL93_TH1 = (1.2*1) * {(1+0.25)*(35*5.85+145*8+145*5.85) +  + (9.3*128)} MHL93_TH1 = 1.2 * {2766.3 + 1190.4} = 4748KN.m Ltt = 32 m đ.a.h (M) Diện tích đ.a.h:  A = 128 m2. 9.3 KN/m 8 m 5.85 m5.85 m 145KN145KN 35KN 11/12/2013 6 170 MHL93_TH2 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)} MHL93_TH2 = (1.2*1) * {(1+0.25)*(110*8+110*7.4) + (9.3*128)} MHL93_TH2 = 1.2 * {2117.5 + 1190.4} = 3969KN.m Ltt = 32 m đ.a.h (M) 8 mDiện tích đ.a.h:A = 128 m2. 9.3 KN/m 7.4 m 110KN110KN 171  Các giá trịmômen tiêu chuẩn tại tiết diện ½ nhịp • Do trọng lượng bản thân: DC MDC = 1792 KN.m • Do trọng lượng lớp phủ: DW MDW = 640 KN.m • Do hoạt tải HL93 Ví dụ tính toán (t.theo) 93_ 1 93_ 2 4748 ax 4748 3969 HL TH LL HL TH M KNm M m KNm M KNm        11/12/2013 7 172  Mômen tính toán tại tiết diện ½ nhịp theo TTGH cường độ I: Mu = η * [γDCMDC + γDW MDW + γLLMLL ]    Mu = 1.05 * [1.25*1792 + 1.5* 640 + 1.75*4747] Mu = 1.05*[2240 + 960 + 8307] Mu = 12082 KN.m Ví dụ tính toán (t.theo) 173  Mômen tính toán tại tiết diện ½ nhịp theo TTGH sử dụng: MSD = η * [γDCMDC + γDW MDW + γLLMLL ]    MSD = 1 * [1*1792 + 1* 640 + 1*4747] MSD = [1792 + 640 + 4747] MSD = 7179 KN.m Ví dụ tính toán (t.theo) 11/12/2013 8 174 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) • 2.3‐9. Nguyên tắc phân tích và đánh giá kết cấu – Kết cấu cầu nói chung là một hệ không gian phức tạp – Nội lực do nhiều nguyên nhân: • Tĩnh tải, hoạt tải • Co ngót, từ biến của bê tông • Sự thay đổi nhiệt độ – Nhìn chung, các kết cấu cầu được phân tích trên giả thiết vật liệu làm việc ở giai đoạn đàn hồi tuyến tính. • Ngoài ra còn áp dụng các giả thiết của Sức bền vật liệu và Cơ học kết cấu. 175 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) – Phân loại các nhóm phương pháp tính • Nhóm 1: các phương pháp chính xác cao (sử dụng PTHH) – Nhóm phương pháp này phức tạp, mất nhiều thời gian mô hình hóa (ít dùng) • Nhóm 2: các phương pháp tính gần đúng (quy về bài toán đơn giản hơn) – Phương pháp này cho kết quả tính chấp nhận được nhưng lại đơn giản nên được sử dụng phổ biến 11/12/2013 9 176 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) – Nhóm phương pháp tính thứ nhất • Giả thiết: xem kết cấu nhịp cầu là tập hợp các phần tử hữu hạn – PTHH – (có thể là các phần tử thanh, phần tử tấm) đươc liên kết với nhau tại các nút hoặc đường biên phần tử. • Phương pháp tính: dựa vào điều kiện cân bằng, liên tục tại liên kết giữa các phần tử sau đó thiết lập các phương trình chính tắc để tìm các ẩn số là các chuyển vị hoặc nội lực trong hệ. • Hiện nay có nhiều phần mềm thương mại như SAP2000,  MIDAS đã ứng dụng phương pháp PTHH để tính toán nội lực các kết cấu cầu cho kết quả có độ chính xác cao.  Tuy nhiên, mức độ chính xác còn phụ thuộc vào cách mô hình hóa kết cấu, sai khác về đặc trưng hình học và đặc tính vật liệu của các phần tử so với thực tế 177 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) Mô hình hóa cầu theo nhóm phương pháp có độ chính xác cao 11/12/2013 10 178 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) • Tổng quan về phương pháp tính cầu (t.theo)Node Frame Element (for girders and railing barriers) Shell Element (for deck) Rigid Link PIER CAP Frame Element (for diaphragms) Link Element (represent bearings) Link Element Frame Element (for H-piles) Fixed Fixed Fixed Frame Element (for pier caps) H-pile DIAPHRAGM DECK BARRIER BEARING GIRDER 179 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) • Hoặc để đơn giản hơn có thểmô hình hóa kết cấu như sau: – Xem kết cấu nhịp là một hệ thanh có cùng cao độ đặt trên các gối cầu. – Bản mặt cầu một cách gần đúng được coi như là một phần của tiết diện dầm dọc và dầm ngang. – Nhận xét: cách mô hình hóa kết cấu này phù hợp với kết cấu cầu dầm, giàn, khung, gần đúng đối với một số loại cầu bản rỗng, và không chính xác đối với cầu bản đặc (dạng tấm). 11/12/2013 11 180 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) – Nhóm phương pháp tính thứ hai: • Việc phân tích kết cấu nhịp không gian có thể được đơn giản hóa thành việc phân tích kết cấu của một dầm đơn lẻ bằng cách đưa vào sử dụng khái niệm về “Hệ số phân bố ngang”.  • Phương pháp này đơn giản và hiệu quả cao đối với cầu dầm đơn giản nên được sử dụng phổ biến. • Nội dung tính nội lực như sau: – Theo phương ngang cầu » Tính nội lực bản mặt cầu » Tính nội lực dầm ngang (nếu có) – Theo phương dọc cầu » Tính nội lực dầm chủ » Tính nội lực dầm dọc phụ (nếu có)