Thiết kế và xây dựng cầu 1 - Chương IX: Một số vấn đề khác

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Website:  Bộmôn Cầu và Công trình ngầm Website:  THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG  CẦU BTCT 1 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học:  Link dự phòng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/cau‐btct‐1 Hà Nội, 1‐2014 682 CHƯƠNG IX Một số vấn đề khác Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 2 683 9.1. Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn – Với các cầu dầm I hoặc T thông thường bản mặt cầu có nhịp làm việc vuông góc với hướng xe chạy và nói chung chiều dài nhịp bản S < 4600mm. – Các cầu dầm liên tục tiết diện hộp cũng có bản mặt cầu nhịp làm việc vuông góc với hướng xe chạy nhưng bản thường có chiều dài nhịp S > 4600mm và cánh hẫng Lh > 1800mm. Lh S Lh hbhh h 684 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) – Như vậy, bản mặt cầu cho dầm hộp đơn có thể được tính gần đúng sử dụng phương pháp dải bản ngang. Tuy nhiên, do nhịp bản > 4600mm và nhịp bản hẫng > 1800mm nên khi tính hoạt tải phải kể đến “tải trọng làn thiết kế”. – Sơ đồ tính của bản gồm phần bản hẫng và phần bản ngàm 2  cạnh như hình vẽ. Lh S Lh Lhhbhh h Lh S SƠ ĐỒ MẶT CẮT NGANG SƠ ĐỒ TÍNH Bản ngàm 2 cạnh Bản hẫng Bản hẫng Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 3 685 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) A. Tính nội lực cho bản hẫng (bản mút thừa)  Nội lực được tính cho một đơn vị chiều rộng làm việc của bản. – (1). Nội lực do tĩnh tải: Lh Llc LDW Pb WDW Ws 2 2 2 2 b b lc h s s DW DW DW M P L LM W LM W    Mômen lb b s s h DW DW DW V P V W L V W L    Lực cắt 686 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) – (2). Nội lực do hoạt tải: trong đó:  Lo = chiều dài có tải trọng phân bố làn;  Sw1 = chiều rộng làm việc của bản với lực W1 (mm)  (Sw1 = 1440 + 0.833xLw1) Sw2 = chiều rộng làm việc của bản với lực W2  (mm) 1 2 1 2 W W W qL L o qL L LM W Sw Sw M q L L         1 1 1 2W qL L o V W Sw Sw V q L       Lh LW1 LW2 W W qL = 3.1 kN/m 2 Bc 300 1800 Lo LqL Mômen Lực cắt Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 4 687 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) B. Tính nội lực cho bản ngàm 2 cạnh – Trước tiên cần tính nội lực trong dầm đơn giản có nhịp tính toán L bằng chiều dài nhịp bản (L = S) – Mômen trong bản ngàm bằng mô men giữa nhịp đơn giản nhân với hệ số ngàm để kể đến tính chất ngàm • Hệ số ngàm một cách gần đúng lấy theo tương quan độ cứng giữa bản mặt cầu và sườn đỡ bản. – Lực cắt trong bản ngàm lấy như trong nhịp dầm giản đơn tương ứng 688 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) – (1). Nội lực do tĩnh tải trong dầm đơn giản tương ứng: • Có thể tính nội lực dùng đ.a.h hoặc công thức trong cơ kết cấu 2 2 8 8 o s s o DW DW LM W LM W   2 2 o s s o DW DW LV W LV W   L Ws WDW 1 L 4 dah V dah M Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 5 689 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) – (2). Nội lực do hoạt tải trong dầm đơn giản tương ứng:  1 2 3 4oW o qL L L M W y y y y M q        W W W q L = 3.1 kN/m 2 y2 = L 4 y1 y3 y4 yv2 y v 3 yv4 yv1 = 1 L/2 dah M dah V 1800 W 18001200 W W W q L = 3.1 kN/m 2 1800 W 18001200  1 2 3 4o V V V VW o V qL L L V W y y y y V q        690 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) – Mômen trong bản ngàm được tính như sau: trong đó: kng và kgi là các hệ số kể đến tính ngàm của dầm • Nếu hb/h ≤ ¼ thì kng = 0.7 và kgi = 0.5 • hb = chiều cao trung bình bản mặt cầu;  • h = chiều cao dầm đỡ bản (= chiều cao sườn dầm hộp). ng o Ws ng Ws ng o DW ng DW o ng W W ng ng o qL ng qL M k M M k M MM k Sw M k M      gi o Ws gi Ws gi o DW gi DW o gi W W gi gi o qL gi qL M k M M k M MM k Sw M k M      Mômen ở mặt cắt ngàm Mô men dương ở giữa nhịp Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 6 691 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) – Lực cắt lớn nhất trong bản tại vị trí ngàm (được tính giống như lực cắt trong dầm đơn giản có cùng chiều dài nhịp): ng o Ws Ws ng o DW DW o ng W W ng o qL qL V V V V VV Sw V V      692 Tính bản mặt cầu cho dầm hộp đơn (t.theo) C. Tổ hợp nội lực trong bản theo các TTGH – Nội lực tại ngàm hẫng – Nội lực tại ngàm trong – Nội lực tại giữa nhịp    _ 1 .25u h DC b s DW DW LL W qLM M M M M M              _ 1 .25u h DC b s DW DW LL W qLV V V V V V            _ W W W1.25ng ng ng ngu ng DC s DW D LL qLM M M M M           _ W W W1.25ng ng ng ngu ng DC s DW D LL qLV V V V V           _ W W W1.25g i g i g i g iu g i DC s DW D LL qLM M M M M          Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 7 693 Tổng kết cách tính nội lực trong bản mặt cầu • Đối với bản mặt cầu kê hoặc ngàm 2 cạnh có nhịp là Ls – Bản có phương làm việc thẳng góc với hướng xe chạy • Nếu Ls  dùng phương pháp dải bản ngang; hoạt tải chỉ xét các trục xe (truck hoặc tandem) không xét tải trọng làn thiết kế. • Nếu Ls > 4600 mm => dùng phương pháp dải bản ngang; hoạt tải xétđồng thời các trục xe (truck hoặc tandem) và tải trọng làn thiết kế. – Bản có phương làm việc song song với hướng xe chạy • Nếu Ls  dùng phương pháp dải bản dọc; hoạt tải chỉ xét các trục xe (truck hoặc tandem) không xét tải trọng làn thiết kế. • Nếu Ls > 4600 mm => áp dụng cách tính như đối với cầu bản. • Đối với bản mặt cầu kê hoặc ngàm 4 cạnh • Tính theo lý thuyết bản kê 4 cạnh 694 9.2. Neo và cáp dự ứng lực VSL Ống kiểm tra vữa lấp lòng ống ghen Ống bơm vữa (Đầu neo) (Nêm neo) (Tao cáp DƯL) (Ống ghen) Tấm đệm neo (bằng thép đúc) Đầu neo chết (neo bị động) Đầu neo chủ động Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 8 695 Kích thước hình học và các đặc trưng của cáp Ví dụ: Với tao cáp 7 sợi đường kính danh định 12.7mm có các thông số như sau: • Diện tích danh định:  Astr = 98.7 mm2 • Trọng lượng danh định:  Wstr = 0.775 kg/m • Cường độ chảy dẻo:  Fpy = 1670 MPa • Giới hạn bền:  Fpu = 1860 MPa • Lực kéo đứt tối thiểu: Pmin = 183.7 kN • Độ chùng: Relaxation = 2.5% 696 Neo và cáp dự ứng lực VSL (t.theo) Số tao cáp Đường kính danh định của ống ghen (trong/ngoài) Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 9 697 Neo và cáp dự ứng lực VSL (t.theo) Lực kéo đứt tối thiểu 698 Quá trình lắp và căng cáp DƯL  (1) Luồn cáp DƯL và lắp đầu neo (2) Lắp nêm neo công tác “A” và kích (3) Lắp nêm neo công cụ “B” → căng (4) Xả kích đồng thời đóng nêm neo “A” A B Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10 699 Kích thước cụm đầu neo Type EC (tao 12.7mm) 700 Kích thước cụm đầu neo Type EC (tao 15.2mm) Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 11 701 Kích thước cụm đầu neo Type E (tao 12.7mm) 702 Kích thước cụm đầu neo Type E (tao 15.2mm) Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 12 703 Cấu tạo cụm đầu neo Type E Lực DƯL được truyền sang bê tông thông qua tấm đệm neo. Nếu cần thiết,  có thể đặt thêm thép cuộn lò xo để gia cường cho bê tông chịu nén đầu neo. Ống bơm vữa (Đầu neo / Bát neo) (Nêm neo) (Tao cáp DƯL) (Ống ghen) Tấm đệm neo (bằng thép đúc) (Ống măng sông) 704 Kích thước và yêu cầu khi bố trí cụm đầu neo – Khi bố trí cụm đầu neo cần lưu ý những điểm sau • Khoảng cách giữa hai mép của các bản đệm neo liền kề không nhỏ hơn 10mm; • Khoảng cách từmép đệm neo đến mép dầm không nhỏ hơn giá trị E, với E phụ thuộc số lượng tao trong bó cáp theo bảng sau: Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 13 705 Lưu ý khi uốn các bó cáp DƯL   – Khi uốn các bó cáp dự ứng lực cần đảm bảo các yêu cầu sau: • Bán kính uốn không được nhỏ hơn giá trị Rmin • Phải bố trí bó cáp trên đường thẳng tối thiểu là Lmin sau mặt đệm neo.  706 Khoảng không cần thiết cho kích – Cần đảm bảo không gian bố trí kích theo quy định ở bảng sau: Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 14 707 9.3. Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet Ví dụ xét “Neo và cáp kiểu C” 708 Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo) Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 15 709 Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo) 710 Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo) Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 16 711 Neo và cáp dự ứng lực Freyssinet (t.theo) 712 9.4. Lưu ý khi tính Mn của tiết diện bán lắp ghép – Xét tiết diện dầm BTCT‐DƯL bán lắp ghép • d1, d2, và d3 lần lượt là khoảng cách từ thớ trên của bản tới trọng tâm thép dọc trong bản, trọng tâm thép DƯL trên và dưới của dầm đúc sẵn • hb = chiều dày bản mặt cầu • c = khoảng cách từ thớ trên của bản tới trục trung hòa (Bê tông DƯL) (Bê tông đổ tại chỗ) (Thép DƯL dưới) (Thép DƯL trên) (Thép bản mặt cầu) hb c Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 17 713 Lưu ý khi tính Mn tiết diện bán lắp ghép (t.theo) – Bản mặt cầu đổ tại chỗ là BTCT thường nên có cường độ nén 28 ngày f’c1 thấp hơn so với cường độ nén 28 ngày của bê tông dầm DƯL đúc sẵn f’c2 • Do vậy, khi tính sức kháng uốn danh định Mn của tiết diện cần lấy độ lớn của khối ứng suất nén quy ước trong bê tông bản và dầm lần lượt là 0.85 f’c1 và 0.85 f’c2 714 Lưu ý khi tính Mn tiết diện bán lắp ghép (t.theo) – Xét biểu đồ biến dạng của tiết diện dầm trước thời điểm phá hoại do cường độ: • Biến dạng ε1, là biến dạng nén trong cốt thép bản => ứng suất trong thép fs1 là ứng suất nén. Biến dạng ε2 là biến dạng kéo còn lại trong thép DƯL trên => ứng suất trong thép DƯL trên fs2 là ứng suất kéo. Ứng suất trong thép DƯL dưới fs3 là ứng suất kéo do ε3 là biến dạng kéo. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/14/2014 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 18 715 Lưu ý khi tính Mn tiết diện bán lắp ghép (t.theo) – Từ biểu đồ ứng suất có thể tính ra các lực tác dụng trên tiết diện như sau: • Lực nén trong bê tông bản: C1 = Ac1 x 0.85f’c1 • Lực nén trong bê tông dầm: C2 = Ac2 x 0.85f’c2 • Lực nén cốt thép bản: Cs1 = As1 x fs1 • Lực kéo trong thép DƯL trên: Ts2 = As2 x fs2 • Lực kéo trong thép DƯL dưới: Ts3 = As3 x fs3 C1 C2 hb c Ts3 Ts2 Cs1 Mn  3 3 2 3 1 1 1 2 22 n s s s b C M d T d T d C h C d C          