Nghiên cứu thiết kế hợp lý bộ dầm i cánh rộng bê tông cốt thép dự ứng lực cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn tcvn 11823 2017 đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

Mục tiêu đề tài: Phân tích, đánh giá bộ dầm I giao thông theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05 và đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến bộ dầm I theo hướng mở rộng cánh và tăng cấp bê tông cho c

PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM

TCVN 11823-2017

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN NGỌC TÍN Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình

HUỲNH HỮU THỌ Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình

VƯƠNG DUY KHANG Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình

BÙI MINH SANG Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình

ĐẶNG THANH TÙNG Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình

Người hướng dẫn: TS NGÔ CHÂU PHƯƠNG

PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM

TCVN 11823-2017

Sinh viên thực hiện:

Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình Năm thứ: 4/4.5

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình Năm thứ: 4/4.5

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình Năm thứ: 4/4.5

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình Năm thứ: 4/4.5

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Lớp: Cầu đường bộ anh k56 Khoa: Công trình Năm thứ: 4/4.5

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Người hướng dẫn: TS NGÔ CHÂU PHƯƠNG

Với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm

ơn đến quý thầy cô giảng viên ở Bộ môn đường bộ thuộc trường Đại học Giao thông Vận tải – phân hiệu tại thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và giúp đỡ nhóm trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành công trình nghiên cứu

Nhóm xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị đã giúp đỡ, tạo điều kiện và cung cấp những thông tin, bản vẽ, tài liệu cần thiết để nghiên cứu và hoàn thành đề tài này

Đặc biệt, nhóm bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Ngô Châu Phương đã dành

nhiều thời gian, quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài này

Cuối cùng, nhóm xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã động viên, hỗ trợ nhóm rất nhiều trong suốt quá trình học tập, làm việc và hoàn thành đề tài

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 4 năm 2019

Thay mặt nhóm nghiên cứu

Nguyễn Ngọc Tín

LỜI CẢM ƠN 3

Chương 1 Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng bộ dầm I nông thôn theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m và đánh giá những tồn tại của dầm I BTCTDUL hiện nay 5

1.1 Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I giao thông nông thôn 5

1.1.1 Lịch sử phát triển dầm I tại Việt Nam: 5

1.1.2 Tình hình sử dụng dầm I của cầu giao thông nông thôn hiện nay: 6

1.1.3 Đặc điểm các loại mặt cắt dầm I DƯL theo các khẩu độ từ 15 – 18 (m): 6

1.2 Đánh giá những tồn tại của dầm I BTCTDUL hiện nay: 8

1.3 Đề xuất giải pháp thiết kế mặt cắt dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn: 12 Chương 2 Cơ sở lý thuyết thiết kế bộ dầm I cánh rộng dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao 13

2.1 Thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications) và tiêu chuẩn hiện hành TCVN11823 – 2017 13

2.1.1 Triết lý thiết kế: 13

2.1.2 Chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp theo tiêu chuẩn quy định: 14

2.1.3 Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn: 14

2.1.4 Hệ số tải trọng: 15

2.1.5 Khối lượng riêng cho bê tông và vật liệu: 16

2.1.6 Hoạt tải: 16

2.1.7 Tải trọng làn thiết kế 18

2.1.8 Xếp hoạt tải xe thiết kế 18

2.1.9 Tỷ lệ gia tăng lực do xung kích: IM 19

2.1.10 Co ngót từ biến 19

2.1.11 Mô đun đàn hồi 21

2.1.12 Hệ số Poisson 21

2.1.13 Mô đun phá hoại bê tông 21

2.1.14 Mô đun đàn hồi thép 21

2.1.15 Hệ số sức kháng 21

2.1.16 Các quy định về sự làm việc của vật liệu ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt: 22

2.1.17 Phân bố ứng suất theo hình chữ nhật 24

2.1.18 sức kháng uốn danh định 25

2.1.19 Sức kháng uốn tính toán 25

2.1.20 Cự ly tối đa của cốt thép ngang 26

2.1.21 Ứng suất cắt trong bê tông 26

2.1.22 MẤT MÁT DỰ ỨNG SUẤT 27

2.2 Bê tông cường độ cao 28

2.3 So sánh mặt cắt đánh giá mặt cắt hợp lý bằng hệ số hiệu quả mặt cắt, r: 29

Chương 3 Áp dụng tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm I cánh rộng bê tông cốt thép dự ứng lực cho cầu khổ 6.5m, dài 15-18 m có sử dụng bê tông cường độ cao; so sánh đánh giá với kết cấu cũ của Công ty BETON6 và HAMACO 30 3.1 Phân tích lựa chọn mặt cắt hợp lý 30

3.2 Thiết kế và kiểm toán kết cấu nhịp theo tiêu chuẩn TCVN 11823 – 2017 33

3.2.1 Kết quả thiết kê kiểm toán dầm I cánh rộng L = 18 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m với cấp bê tông 60 MPa: 33

3.2.2 Kết quả thiết kê kiểm toán dầm I cánh rộng L = 18 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m với cấp bê tông 70 MPa: 37

3.2.3 So sánh đánh giá việc sử dụng bê tông cường độ cao cho dầm I cánh rộng cầu giao thông nông thôn: 42

3.2.4 Kết quả thiết kê kiểm toán dầm I cánh rộng L = 15 m, chiều cao dầm 0.65 m, bề rộng cánh 0.6 m với cấp bê tông 60 MPa: 42

3.3 So sánh đánh giá kết quả với mặt cắt dầm I của Công ty HAMACO và BETON6 50

3.3.1 So sánh hệ số hiệu quả mặt cắt và tổng số cáp sử dụng cho cầu giao thông nông thôn có khổ cầu 6.5 m chiều dài nhịp 18 m 50

3.3.2 Đánh giá kết quả so sánh và kết luận: 51

3.3.3 Kiến nghị: 52

3.4 Kết quả nghiên cứu của đề tài: 52

3.5 Các tài liệu tham khảo: 53

3.6 Phụ lục: 54

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hợp lý bộ dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông

thôn theo tiêu chuẩn TCVN11823 - 2017

- Sinh viên thực hiện:

Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

Năm thứ: Số năm đào tạo: 4

Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

- Người hướng dẫn: TS Ngô Châu Phương

2 Mục tiêu đề tài: Phân tích, đánh giá bộ dầm I giao thông theo tiêu chuẩn cũ

22TCN272-05 và đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến bộ dầm I theo hướng mở rộng cánh và tăng cấp bê tông cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn TCVN 11823-

2017

3 Tính mới và sáng tạo: Thiết kế mặt cắt dầm I cánh rộng từ 0.5 đến 0.6 (m), mặt cắt

bo tròn các góc cạnh sử dụng bê tông cường độ cao khi thiết kế bộ dầm I nông thôn có chiều dài nhịp từ 15 – 18 (m)

4 Kết quả nghiên cứu: Bản vẽ thiết kế dầm I cánh rộng chiều dài nhịp 15 – 18 (m)

Sử dụng bê tông cường độ cao Bản tính và kiểm toán dầm I cánh rộng theo tiêu chuẩn mới TCVN11823 – 2017

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu của đề tài để thiết

kế thi công bộ dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn mới góp phần vào sự phát triển ở sở hạ tầng giao thông ở Việt Nam đẩy nhanh quá trình phát

triển kinh tế xã hội

6 Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ họ tên

tác giả, nhan đề và các yếu tố về xuất bản nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở

đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

(ký, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực

hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

PHẦN MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay nhu cầu phát triển giao thông nông thôn ở Việt Nam và các công trình cầu nhỏ vượt kênh, rạch, các nhánh sông nhỏ ở khu vực đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long là rất cấp bách để tạo điều kiện giao thông thuận lợi kết nối các vùng nông thôn với các thành phố đẩy nhanh tốc độ phát triển kinh tế đất nước Các cầu giao thông nông thôn đóng một vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo lưu thông hàng hóa với các tỉnh miền tây nam bộ có hệ thông kênh rạch chằn chịt, tạo mỹ quan cho các khu vực xung quanh công trình đồng thời thể hiện được trình độ phát triển của địa phương trong lĩnh vực giao thông vận tải, thu hút đầu tư thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội

Các cầu giao thông nông thôn có nhịp từ 15 - 18 (m) đa phần sử dụng dầm I bê tông đúc sẵn mặt cắt có góc cạnh ở phần vút cánh trên và cánh dưới, bề rộng cánh nhỏ từ

220 (mm) đến 250 (mm) cấp bê tông thiết kế từ 42 - 60 (MPa) của các công ty như Bê Tông 6, 620 Châu Thới, HAMACO Hậu Giang, thiết kế theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272 - 05 với các tải trọng H8, 0.5HL93

Vào ngày 29/12/2017 BKHCN đã ban hành bộ tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN11823 - 2017 dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và sức kháng của AASHTO (AASHTO 2012, LRFD Bridge Design Specification)

Tiêu chuẩn mới TCVN11823 - 2017 mới ban hành sẽ thay thế cho tiêu chuẩn cũ 22TCN272 - 05 về thiết kế cầu đường bộ

Lý do lựa chọn đề tài là nhầm cải tiến mặt cắt dầm theo xu hướng mở rộng cánh bo tròn các góc cạnh ở cánh trên, cánh dưới và nách dầm kết hợp với sử dụng bê tông cường độ cao cho dầm I thiết kế với mặt cắt hợp lý, thẩm mỹ hơn, giúp đẩy nhanh quá trình thi công giảm số lượng dầm chủ tiết kiệm vật tư, kinh phí mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực cho công trình phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế mới ban hành và để đáp ứng nhu cầu phát triển của công trình giao thông nói chung và công trình cầu giao thông nông thôn nói riêng theo xu hướng phát triển chung của thế giới

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Phân tích, đánh giá bộ dầm I giao thông theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05 và đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến bộ dầm I theo hướng mở rộng cánh và tăng cấp bê tông cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn TCVN 11823-2017

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Căn cứ vào các tài liệu bản vẽ, tính toán thiết kế của các mặt cắt dầm I nông thôn nhịp

từ 15 - 18 (m) để đánh giá và phân tích

Phương pháp nghiên cứu: căn cứ và lý thuyết, thông qua tính toán để so sánh, phân tích và đánh kết quả kết hợp các căn cứ theo các yêu cầu về kỹ thuật để lựa chọn được thiết kế hợp lý và kết luận

Các nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng bộ dầm I giao thông theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m, từ đó đánh giá những tồn tại của dầm I BTCTDUL hiện tại

- Cơ sở lý thuyết thiết kế bộ dầm I cánh rộng dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao

- Áp dụng tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm I cánh rộng bê tông cốt dự ứng lực cho cầu khổ 6.5m, dài 15-18 m; làm cơ sở so sánh đánh giá với kết cấu cũ của Công ty HAMACO, Bê Tông 6 Qua đó rút ra những nhận xét, kết luận và kiến nghị

Kết cấu của đề tài:

Chương 1 Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng bộ dầm I nông thôn theo tiêu chuẩn

cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m và đánh giá những tồn tại của dầm I nông thôn BTCTDUL hiện nay

Chương 2 Cơ sở lý thuyết thiết kế bộ dầm I cánh rộng dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao

Chương 3 Áp dụng tính toán thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm I cánh rộng bê tông cốt thép dự ứng lực cho cầu khổ 6.5m, chiều dài dầm 15-18 m; so sánh đánh giá với kết cấu cũ của công ty HAMACO

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Chương 1 Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng bộ dầm I nông thôn theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272-05, có chiều dài nhịp từ 15-18m và đánh giá những tồn tại của dầm I

BTCTDUL hiện nay

1.1 Tổng quan tình hình thiết kế sử dụng dầm I giao thông nông thôn

1.1.1 Lịch sử phát triển dầm I tại Việt Nam:

Lịch sử phát triển và xây dựng cầu ở Việt Nam, cùng với sự phát triển các ngành khoa học, kinh tế, xã hội, quốc phòng Sự phát triển của ngành khoa học cầu đường gắn liền với sự tăng trưởng về kinh tế, văn hoá Với mỗi một quốc gia, mạng lưới giao thông được coi như mạch máu nối liền các trung tâm kinh tế, chính trị, văn hoá và quốc phòng, nối liền giao thông trong nước với các nước trong khu vực

Sự phát triển đa dạng và thành tựu của các ngành khoa học nói chung đã tác động rất lớn đến tính đa dạng và thành tựu của công nghệ thiết kế và thi công cầu Đó là việc nghiên cứu, ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến hiện đại, đồng bộ với việc cải tiến công nghệ cũ, lạc hậu và thường xuyên tổng kết kinh nghiệm cả về thiết kế và xây dựng góp phần đưa ngành khoa học cầu đường phát triển ngang tầm các nước trong khu vực

Thời kỳ đất nước tăng cường mở rộng hợp tác về mọi mặt với các quốc gia khác trên thế giới, sự đầu tư lớn về nhiều mặt của các nước bạn, nhất là trong lĩnh vực giao thông đã tạo nên sự phát triển nhanh trong công tác tư vấn, thiết kế và xây dựng cầu Trong thời kỳ đầu thập niên những năm 1990, tiêu chuẩn thiết kế cầu của Việt Nam dựa trên nền tảng tiêu chuẩn thiết kế và các thiết kế điển hình của Liên Xô cũ Đối với các dạng kết cấu nhịp phổ biến, nhất là các cầu có nhịp giản đơn bằng bê tông cốt thép (BTCT) hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực (DƯL) thường được sử dụng dầm có tiết diện kiểu chữ T, chữ I

1.1.2 Tình hình sử dụng dầm I của cầu giao thông nông thôn hiện nay:

Hiện nay dầm được sản xuất tại Nhà máy bê tông Châu Thới theo tiêu chuẩn AASHTO cũng phần lớn là dầm có tiết diện kiểu chữ T, chữ I Với loại dầm DƯL loại kéo trước thực hiện phổ biến ở nhà máy các đồ án thiết kế điển hình được tiêu chuẩn hoá theo từng loại khẩu độ, cấp đường và cấp tải trọng Dầm DƯL chữ I với khẩu độ vượt nhịp từ 15 – 33m được ứng dụng khá phổ biến trong các dự án xây dựng cầu tại Việt Nam Chính vì vậy mà phần lớn các cầu giao thông nông thôn ở Việt Nam hiện nay có nhịp từ 15 - 18 (m) đa phần sử dụng dầm I bê tông đúc sẵn bề rộng cánh nhỏ từ

220 (mm) đến 250 (mm) cấp bê tông thiết kế từ 42 - 60 (MPa) của các công ty như Bê Tông 6, 620 Châu Thới, HAMACO Hậu Giang, thiết kế theo tiêu chuẩn cũ 22TCN272 - 05 với các tải trọng H8, 2.5T, 0.5HL93

1.1.3 Đặc điểm các loại mặt cắt dầm I DƯL theo các khẩu độ

giảm khẩu độ làm việc của bản mặt cầu thì khoảng cách các dầm chủ nhỏ từ 0.5 đến 0.7 (m) Chi tiết xem bảng sau:

Bảng 1.1 Các thông số thiết kế dầm I chiều dài 15 m của HAMACO

Dầm I dự ứng lực căng trước chiều dài L = 16, 17, 18 (m) của HAMACO:

Bảng 1.2 Các thông số thiết kế dầm I chiều dài L = 16, 17, 18 (m) của HAMACO

Để thuận lợi cho việc thi công các dầm I có chiều dài nhịp từ 16 đến 18 (m) được thiết

kế với cùng kích thước mặt cắt và chỉ thay đổi số lượng tao cáp để đảm bảo khả năng chịu lực Khoảng cách các dầm chủ 0.7 (m) khá nhỏ nên khi tính toán thiết kế theo sơ

đồ phẳng không áp dụng được bảng tra khi tính hệ số phân bố hoạt tải theo phương ngang cầu nên cần phải sử dụng các phương pháp chính xác khác

1.2 Đánh giá những tồn tại của dầm I BTCTDUL hiện nay:

 Với kích thước các bảng cánh nhỏ nên khi thi công cẩu lắp và đổ bê tông bản mặt cầu thì việc giữ ổn định cho dầm không bị ngã đổ cần phải được quan tâm chú trọng

 Mặt cắt gãy khúc và góc cạnh tại các vị trí vút cánh trên và cánh dưới là các

vị trí bất thường dễ phát sinh các ứng suất cục bộ do tải trọng xe gây ra, đồng thời các vị trí góc cạnh rất khó cho công tác dầm lèn khi đổ bê tông khó chèn khít được ở vị trí góc cạnh và dầm khít bê tông bản đáy

 Quá trình thi công bản mặt cầu sử dụng các tấm ván khuôn bỏ lại gây tăng tĩnh tải và kinh phí cho công trình cầu

 Do bê rộng cánh nhỏ và khống chế nhịp bản nên trên mặt cắt ngang thường

bố trí nhiều dầm chủ với khoảng cách các dầm chủ chỉ từ 0.5 -0.7 (m) không thỏa điều kiện để áp dụng bảng tra hệ số phân bố tải trọng

Đề xuất giải pháp: thiết kế bộ dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn mới TCVN11823 – 2017

Thiết kế hợp lý mở rộng cánh trên và cánh dưới dầm kết hợp sử dụng bê tông cường

độ cao có cấp bê tông thiết kế từ 60 MPa đến 70 MPa để cải thiện khả năng làm việc của dầm

 Việc sử dụng bê tông cường độ cao tăng khả năng chịu lực của bê tông, có thể không cần thiết kế mở rộng bề rộng đầu dầm như kết cấu dầm I nông thôn cũ

 Thẩm mỹ dầm I với cánh rộng làm tăng tính thẩm mỹ với cánh rộng hơn mặt cắt hài hòa hơn so với dầm I truyền thống với đề xuất bo tròn các vị trí góc cạnh phần vút và phần cánh tạo nên mặt cắt với các đường cong liên tục không gãy khúc mặt cắt được đánh giá cao về thẩm mỹ hơn so với các dạng thiết kế cũ

Nhược điểm:

 Mặt cắt được bo tròn các góc cạnh nên việc thi công, tạo ván khuôn có thể gặp khó khăn hơn, tốn kinh phí cho đầu tư ban đầu

Một số dạng mặt cắt của dầm I cánh rộng:

1/ Tham khảo dạng mặt cắt dầm I cánh rộng nhịp 33 đến 40 m của Công ty UTC2:

Tỷ lệ giữa chiều cao dầm và bề rộng cánh là 1.2, các vị trí góc cạnh ở vút dầm trên và dưới được bo tròn làm cho mặt cắt hài hòa hơn tỷ lệ giữa bề rộng cánh trên và cánh dưới gần bằng nhau

2/ Tham khảo tài liệu “BRIDGE DESIGN AIDS” khuyến cáo về thiết kế dầm I cánh rộng của California Department of Transportation

Có các dạng mặt cắt định hình như sau:

Theo số liệu tham khảo thì ta thấy tỷ lệ giữa bề rộng cánh và chiều cao dầm là 1:1 Đồng thời thì bề rộng cánh trên và cánh dưới cũng xấp xỉ như nhau Bán kính các góc

bo được tối ưu hóa trong khi tính toán so sánh lựa chọn thiết kế hợp lý với các kích thước mặt cắt khác nhau

1.3 Đề xuất giải pháp thiết kế mặt cắt dầm I cánh rộng cho cầu giao thông nông thôn:

 Thiết kế chiều cao dầm sao cho đảm bảo các quy định tối thiểu, theo hướng

mở rộng cánh với tỷ lệ giữa chiều cao dầm và bê rộng cánh gần bằng nhau

 Cánh trên và cánh dưới nên thiết kế bằng nhau để dầm ổn định, mặt cắt cân xứng Để tăng tính thẩm mỹ nên bo tròn các góc cạnh

 Thiết kế dầm với cấp bê tông có cường độ cao từ 60 đến 70 (MPa) để so sánh, đánh giá cấp bê tông

 Việc sử dụng bê tông có cường độ cao trong thiết kế dầm I cánh rộng có thể giúp tăng khả năng chống cắt vùng đầu dầm nhịp giản đơn nơi có lực cắt lớn nhất Nên đề xuất thiết kế mặt cắt dầm không thay đổi trên toàn chiều dài dầm

Chương 2 Cơ sở lý thuyết thiết kế bộ dầm I cánh rộng

dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ cao

2.1 Thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications) và tiêu chuẩn hiện hành

0 1 1

,

R D

i = hệ số tải trọng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực

ϕ = hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa trên cơ sở thống kê dùng cho sức kháng danh định

i = hệ số điều chỉnh tải trọng liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng

D = hệ số liên quan đến tính dẻo

R = hệ số liên quan đến tính dư

l = hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác

Qi = ứng lực

Rn = sức kháng danh định, Rr = sức kháng tính toán: ϕ Rn

2.1.2 Chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp theo tiêu chuẩn quy định:

TCVN11823 – 2017 - Chiều cao tối thiểu thông thường dùng cho các kết cấu phần

trên có chiều cao không đổi

Kết cấu phần trên

Chiều cao tối thiểu (gồm cả mặt cầu)

(khi dùng các cấu kiện có chiều cao thay đổi thì phải hiệu chỉnh các giá trị có tính đến những thay đổi về độ cứng tương đối của các mặt cắt mô men dương và âm)

2.1.3 Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn:

a) Tải trọng thường xuyên

 CR: Hiệu ứng do từ biến

 DC: Tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bị phụ trợ phi kết cấu

 DW: tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích công cộng

 PS: hiệu ứng lực thứ cấp sau khi căng dự ứng lực

 LL: hoạt tải xe

 PL: tải trọng người đi

 WL: tải trọng gió trên hoạt tải

 WS: tải trọng gió trên kết cấu

Bảng 4 – TCVN11823 - 2017 - Hệ số tải trọng cho tải trọng thường xuyên, pLoại tải trọng, Loại móng, Phương pháp tính lực kéo

xuống

Hệ số tải trọng Lớn nhất Nhỏ nhất

2.1.5 Khối lượng riêng cho bê tông và vật liệu:

TCVN11823 - 2017 - Khối lượng riêng

Bê tông

thường với 35 < f'c ≤ 105MPa 2240+2,29f'c

Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3600mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn giao thông và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thông

Lòng đường rộng từ 6000 mm đến 7200 mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng lòng đường Áp dụng quy định này cho tính toán bố trí làn xe với khổ cầu 6.5 (m) cho cầu giao thông nông thôn

Hình 2 1- Các đặc trưng của xe tải thiết kế d) Xe hai trục thiết kế

Xe hai trục gồm một cặp trục 110.000N cách nhau 1200mm Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800mm Độ gia tăng lực do xung kích của hoạt tải lấy theo Điều 6.2

Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, có thể điều chỉnh tải trọng

xe hai trục nói trên nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65 nếu có yêu cầu

2.1.7 Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm Ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

2.1.8 Xếp hoạt tải xe thiết kế

Ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau:

 Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế

 Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế

 Đối với mô men âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là

15000mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế; khoảng cách giữa các trục 145kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm

Cả tải trọng làn và vị trí của bề rộng 3000mm của mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:

 Khi thiết kế bản hẫng: 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can

 Khi thiết kế các bộ phận khác: 600mm tính từ mép làn xe thiết kế

chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó mà gây ra ứng lực lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế

2.1.9 Tỷ lệ gia tăng lực do xung kích: IM

Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh được lấy bằng: (1 + IM/100)

Lực xung kích không được áp dụng cho tải trọng bộ hành hoặc tải trọng làn thiết kế

TCVN11823 – 2017 Tỷ lệ gia tăng lực do xung kích IM

 k k k k t t

t f

f

t k

' ci

' ci

58 , 0 100 12

Trong đó:

H = độ ẩm tương đối (%) Trong trường hợp không có thông tin tốt hơn,

H có thể lấy từ các số liệu thống kê do Tổng cục khí tượng thủy văn

Bộ tài nguyên môi trường xuất bản

ks = hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ giữa thể tích với bề mặt cấu kiện

kf = hệ số ảnh hưởng của cường độ bê tông

khc = hệ số độ ẩm cho từ biến

khd = hệ số phụ thuộc thời gian

t = tuổi của bê tông (ngày), được xác định là tuổi của bê tông trong

khoảng tới thời điểm đặt tải cho tính toán từ biến, hoặc cuối thời kỳ bảo dưỡng cho tính toán co ngót, và thời gian được xem xét để phân tích các tác động của từ biến và co ngót

ti = tuổi của bê tông tại thời điểm tác dụng của tải trọng (ngày)

V/S = tỉ lệ giữa thể tích với bề mặt cấu kiện (mm)

f'ci = cường độ nén quy định của bê tông tại thời điểm căng dự ứng lực

cho cấu kiện căng sau và tại thời điểm gia tải ban đầu của các cấu kiện không dự ứng lực Nếu tuổi của bê tông tại thời điểm đặt tải ban đầu là không xác định được tại thời điểm thiết kế, thì fci có thể lấy bằng 0.80 f'c (MPa)

2.1.11 Mô đun đàn hồi

Khi không có các số liệu đo, mô đun đàn hồi, Ec, của các loại bê tông có tỷ trọng trong khoảng từ 1440 đến 2500 kg/m3 và cường độ nén 105 MPa có thể lấy như sau:

E c = 0,0017K1W c 2 f c,0,33

trong đó:

K1 = Hệ số hiệu chỉnh nguồn cốt liệu được lấy bằng 1,0 trừ khi được xác

định bằng các thí nghiệm cơ lý, và được phê duyệt bởi cơ quan có thẩm quyền

wc = tỷ trọng của bê tông (kg/m3)

f'c = cường độ nén quy định của bê tông (MPa)

2.1.13 Mô đun phá hoại bê tông

Do không có số liệu xác định bằng các thí nghiệm vật lý thì mô đun phá hoại (cường

độ chịu kéo khi uốn) fr tính bằng MPa, của bê tông có cường độ lên tới 105 MPa có thể xác định như sau:

Đối với bê tông thường:

2.1.14 Mô đun đàn hồi thép

Đối với tao cáp: Ep= 197 000 MPa

Đối với thanh: Ep = 207 000 MPa

2.1.15 Hệ số sức kháng

Trường hợp chịu cắt và xoắn: Bê tông thường ϕ = 0,90

Đối với mặt cắt trong đó ứng biến kéo thực trong cốt thép chịu kéo ngoài cùng ở sức

kháng danh định nằm trong khoảng giữa giới hạn ứng biến khống chế nén, ε cl và giới

hạn ứng biến khống chế kéo, ε tl, giá trị ϕ liên quan đến ứng biến kéo thực có thể lấy theo nội suy tuyến tính từ 0,75 tới giá trị ứng với mặt cắt khống chế kéo

Sự thay đổi của ϕ có thể được tính cho các cấu kiện dự ứng lực như sau:

 75 ,

0 , 1 25

, 0 75 ,

cl t

ε ε

ε ε

Và với cấu kiện không dự ứng lực như sau:

 75 ,

9 , 0 15

, 0 75 ,

cl t

ε ε

ε ε

Trong đó:

εt = ứng biến kéo thực trong cốt thép chịu kéo ngoài cùng ở sức kháng danh định (mm./mm)

εcl = giới hạn ứng biến kiểm soát nén trong thép chịu kéo ngoài cùng (mm./mm)

εtl = giới hạn ứng biến kiểm soát kéo trong thép chịu kéo ngoài cùng (mm./mm)

2.1.16 Các quy định về sự làm việc của vật liệu ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt:

Các giả định sau có thể dùng cho bê tông thường có cường độ chịu nén tới 105 MPa

Sức kháng tính toán của các cấu kiện bê tông phải dựa trên các điều kiện cân bằng và tương thích về ứng biến, các hệ số sức kháng theo quy định:

 Ứng biến tỷ lệ thuận với khoảng cách tính từ trục trung hoà

 Sự chênh lệch về ứng biến giữa bó cáp và mặt cắt bê tông cũng như ảnh hưởng của độ võng đối với yếu tố hình học của bó cáp phải đưa vào tính toán ứng suất trong bó cáp

 Nếu bê tông không bị kiềm chế, ứng biến thích dụng lớn nhất ở thớ chịu nén ngoài cùng không được lớn quá 0,003

 Tính toán sức kháng đã nhân hệ số phải xem xét lớp bê tông bảo vệ có thể bị mất khi ứng biến tương ứng với ứng biến trong lõi bê tông bị kiềm chế

 Ứng suất trong cốt thép phải dựa trên đường cong ứng suất - ứng biến đại diện của thép hay một giá trị toán học đại diện được chấp nhận, bao gồm sự khai triển của các cốt thép hay dự ứng lực và việc truyền dự ứng lực

 Bỏ qua sức kháng kéo của bê tông,

 Giả thiết biểu đồ ứng suất - ứng biến của bê tông chịu nén là hình chữ nhật

 Phải xét đến sự khai triển của các cốt thép, cáp dự ứng lực và việc truyền dự ứng lực

 Điều kiện cân bằng ứng biến tại một mặt cắt tồn tại khi cốt thép chịu kéo đạt tới ứng biến tương ứng với cường độ chảy quy định fy cùng thời điểm với bê tông nén đạt tới ứng biến giới hạn của nó 0,003

 Mặt cắt được coi là khống chế nén khi ứng biến kéo thực trong thép chịu kéo ngoài cùng bằng hoặc nhỏ hơn giới hạn ứng biến khống chế chịu nén tại thời điểm bê tông chịu nén đạt tới giới hạn ứng biến giả định của nó 0.003 Giới hạn ứng biến khống chế chịu nén là ứng biến kéo thực trong cốt thép tại điều kiện cân bằng ứng biến Với thép cấp 420, và với toàn bộ thép dự ứng lực,

giới hạn ứng biến khống chế chịu nén có thể lấy bằng ε d = 0,002 Với cốt thép thường có giới hạn chảy tối thiểu bằng 690 MPa, ứng biến khống chế nén có

thể lấy bằng ε d = 0,004 Đối với cốt thép thường có giới hạn chảy tối thiểu trong khoảng 420 MPa đến 690 MPa có thể xác định giới hạn ứng biến khống chế nén bằng phương pháp nội suy tuyến tính

 Mặt cắt được coi là khống chế kéo khi ứng biến kéo thực trong cốt thép chịu

kéo ngoài cùng bằng hoặc lớn hơn giới hạn ứng biến khống chế kéo, ε d, ngay khi bê tông trong vùng chịu nén đạt tới giới hạn ứng biến giả định của nó là 0,003 Các mặt cắt có ứng biến kéo thực trong cốt thép chịu kéo ngoài cùng ở giữa giá trị giới hạn ứng biến khống chế chịu nén và 0,005 tạo thành một vùng chuyển tiếp giữa các mặt cắt khống chế chịu nén và mặt cắt khống chế chịu kéo Giới hạn ứng biến chịu kéo, ε tl, của cốt thép thường có giới hạn

chảy fy ≤ 520 MPa và thép dự ứng lực lấy bằng 0,005 Giới hạn ứng biến chịu kéo, ε tl, của cốt thép thường có giới hạn chảy fy = 690 MPa lấy bằng

0,008 Giới hạn ứng biến chịu kéo, ε tl, của cốt thép thường có giới hạn chảy

trong khoảng fy = 520 MPa và 690 MPa được xác định bằng nội suy tuyến tính

2.1.17 Phân bố ứng suất theo hình chữ nhật

Quan hệ tự nhiên giữa ứng suất bê tông và ứng biến có thể coi như một khối hình chữ

nhật tương đương cạnh bằng α1ƒ' c phân bố trên một vùng giới hạn bởi mặt ngoài cùng chịu nén của mặt cắt và đường thẳng song song với trục trung hòa cách thớ chịu nén ngoài cùng một khoảng cách a = β1 c Khoảng cách c phải đo vuông góc với trục trung hoà Hệ số α1 lấy bằng 0,85 cho bê tông có cường độ chịu nén không lớn hơn 70 Mpa

Hình 2.2 Biểu đồ ứng suất ở trạng thái giới hạn cường độ

Hình 2.3 Sơ đồ tính ở trạng thái phá hoại cân bằng

Hình 2.4 Sơ đồ biến dạng của tiết diện dầm

ps

d

ck1ff

Với mặt cắt hình T:

p

pu ps w

c '

f w c

' s ' s

' s s pu ps

d

f kA b

β f α

h b b f α f A f A f A

c '

s ' s

' s s pu ps

d

f kA b β f α

f A f A f

2.1.19 Sức kháng uốn tính toán

Sức kháng tính toán, Mr, phải lấy như sau:

Mr = ɸMn trong đó:

Mn = sức kháng danh định (N.mm); ɸ = hệ số sức kháng