PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH CẦU

Tính toán độ tin cậy dầm cầu BTCT, dạng phân bố chuẩn, phân bố logarit chuẩn, Tính toán momen và lực cắt lớn do hoạt tải HL93 (chỉ tính tải trọng làn) cho dầm cầu phía trong, chất >2 làn xe. Tính theo phương pháp gần đúng của AASHTOLRFD, Tính nội lực theo TTGH sử dụng (hệ số tải trọng bằng 1), Loại kết cấu nhịp là dầm I+bản đổ tại chổ, nội lực sơ bộ, Phân tích nội lực và thiết kế cốt thép dọc, cốt đai cho kết cấu nhịp cầu BTCT thường bằng phần mềm SAP2000 hoặc CSIBridge Mô hình hóa kết cấu, phân tích nội lực. In các biểu đồ bao nội lực M,Q cho tổ hợp tải trọng cường độ 1: (1.25DC+1.5DW+1.75HL93).

Bài 1: Tính toán độ tin cậy dầm cầu BTCT Cho biết các số liệu sau đây

Mã đề

Hiệu ứng

tải trọng

Qtb(kN.m)

Độ lệchchuẩnsQ(KN.m)

Sức khángdanh địnhcấu kiệnRn(KN.m)

Hệ sốthiên lệch sức khánglR

Hệ sốbiến thiênsức khángVR

Yêu cầu tính toán độ tin cậy dầm, trong các trường hợp giả thiết sau

1.1) Cả Q và R đều có dạng phân bố chuẩn

1.2) Cả Q và R có dạng phân bố logarit chuẩn

1.2) Q phân bố chuẩn, R phân bố logarít chuẩn

Trong đó: VR là hệ số biến thiên sức kháng

Rtb là sức kháng danh định cấu kiện trung bình

Trường hợp 1: Cả Q là R đều có dạng phân bố chuẩn

σR2 và σQ2 là phương sai của R và Q

Trường hợp 2: Cả Q và R có dạng phân bố Logarite chuẩn

Ta có: Hệ số biến thiên tải trọng 500 0,0833

6000

tb

Q VQ Q s

tb tb

R Q

VR VQ

Trong đó: VR là hệ số biến thiên sức kháng, các đại lượng còn lại như đã diễn giải ở trên

Trường hợp 3: Q có dạng phân bố chuẩn, R có dạng logarite chuẩn

Độ tin cậy được tính theo công thức:

Bài 2: Tính toán momen và lực cắt lớn do hoạt tải HL93 (chỉ tính tải trọng làn) cho dầm

cầu phía trong, chất >2 làn xe Cho biết các số liệu sau đây:

Sốdầmchủ N

Chiều caodầm chủ(m)

Chiềudàysườndầm(m)

Chiều rộngcánh quiđổi(m)

Chiều dàybản mặtcầu (m)

Ghi chú:

+ Tính theo phương pháp gần đúng của AASHTO-LRFD

+ Tính nội lực theo TTGH sử dụng (hệ số tải trọng bằng 1)

+ Loại kết cấu nhịp là dầm I+bản đổ tại chổ

+ Tính toán nội lực sơ bộ

2

3 2

t h

Với n là tỷ số mô đun đàn hồi dầm và bản

Hệ số phân bố hoạt tải cho dầm trong theo phương pháp gần đúng của AASHTO LRFD

Hệ số phân bố mô men cho nhiều làn chịu tải:

Trong đó: ω diện tích đường ảnh hưởng.

Đường ảnh hưởng mô men tại mặt cắt L/2

Lực cắt lớn nhất gây ra tại vị trí gối do tải trọng làn (tính theo trạng thái giới hạn sử dụng):

Trong đó: ω+diện tích đường ảnh hưởng dương của lực cắt

Đường ảnh hưởng lực cắt tại vị trí gối



Bài 3: Phân tích nội lực và thiết kế cốt thép dọc, cốt đai cho kết cấu nhịp cầu BTCT thường bằng phần mềm SAP2000 hoặc CSIBridge

Cho biết các dữ liệu sau:

+ Vật liệu bê tông dầm, bản mặt cầu: f'c=30Mpa

+ Thép dọc chịu lực, thép đai dầm chủ: fy=420 Mpa

+ Chiều rộng gờ chắn bánh hai bên: 2*0.5 m

+ Tải trọng lan can phân bố mỗi bên+gờ chắn bánh: 350 kg/m

+ Chiều dày lớp phủ mặt cầu: 10cm; dung trọng lớp phủ : 2.4 T/m3

+ Có 3 dầm ngang, chiều cao bằng dầm chủ, dày 20 cm ở giữa nhịp và hai đầu dầmchủ

hd (m)

Chiềudàysườndầm

T (m)

Chiều dày

bản mặtcầu(cm)

Bề rộngphần xechạy

B (m)

Số lànxe

Số dầmchủ,

n (dầm)

Khoảngcách dầm chủS(m)

2) Thiết kế cốt thép cho dầm dọc, dầm ngang In các biểu đồ cốt thép chủ, cốt đai

và sơ họa bố trí cốt thép cho dầm dọc, dầm ngang Thiết kế cốt thép cấu kiện BTCT theo AASHTO

Giải:

1) Mô hình hóa kết cấu:

- Khởi động chương trình SAP2000- V14

+ Chọn đơn vị kN,m,C

- Tạo mô hình

+ File\New model hoặc tổ hợp phím (Ctrl+N)=> Xuất hộp thoại

+ Chọn Beam => Xuất hiện hộp thoại

Number of span: Số nhịp =1

Span length: Chiều dài nhịp L=12 m

⇒ Chọn OK ta được:

- Khai báo vật liệu làm dầm chủ, dầm ngang

+ Define\Material…=> Xuất hiện hộp thoại.

+ Chọn Modify/ Show Material…và điền các thông số của vật liệu ta được hộp

thoại sau :

Chọn OK ta được:

Do vật liệu dầm chủ và dầm ngang đều là bê tông cả nên ta chỉ khai báo bê tông 1

lần, sau đó chọn OK và đóng các hộp thoại.

- Định nghĩa mặt cắt ngang.

+ Khai báo mặt cắt ngang dầm chủ:

+ Chọn Define\Section Properties\Frame section…=> Xuất hiện hộp thoại.

Chọn Add New Property => Xuất hiện hộp thoại.

• Chọn kiểu mặt cắt Frame section property type chọn Steel -> Kiểu Tee

Sau khi chọn Tee ta được hộp thoại sau và tiến hành nhập thông số mặt cắt chữ T

Ta được kết quả như hình vẽ

Trong đó :

Mục Section : Tên của mặt cắt

Outside stem (t3) là bề rộng cánh dầm

Outside flange (t2) là chiều cao dầm

Concrete Reinforcement…: Chọn bề dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép mỗi

bên 5 cm -> Chọn OK

Chọn OK để thoát chương trình

Tiếp theo chọn Add New Property tiếp để khai báo mặt cắt cho dầm ngang =>

Xuất hiện hộp thoại

• Trình đơn đổ xuống ta chọn kiểu mặt cắt Frame section property type chọn concrete -> Kiểu Rectangular

• Chọn OK xuất hiện hộp thoại khai báo chiều dày lớp bê tông bảo vệ

• Hoàn thành chọn OK để đóng hộp thoại

- Hoàn chỉnh mô hình

+ Chọn Select All- chọn toàn bộ mô hình.

+ Replicate… (Ctrl+R) để định nghĩa dầm mới.

Chọn OK đóng hộp thoại

+ Định nghĩa dầm ngang tại 3 mặt cắt: 2 vị trí đầu nhịp và 01 vị trí giữa nhịp

+ Tiến hành vẽ dầm ngang: Draw/ Draw Frame/Cable/Tendon

+ Gán mặt cắt các dầm trở lại: Assign/ Frame/ Frame section

- Định nghĩa làn xe

- Define\Bridge load\ Lanes…=> Xuất hiện hộp thoại

=> Xuất hiện hộp thoại => Chọn Add New Lane Define Frames

Chọn OK và đóng hộp thoại

Tiếp tục chọn Add New Lane Define Frames cho làn thứ 2

Chọn OK và đóng hộp thoại

Tiếp tục chọn Add New Lane Define Frames cho làn thứ 3

Chọn OK và đóng hộp thoại

- Display\Show lane =>xuất hiện hộp thoại

Chọn OK

6 Khai báo tải trọng

* Định nghĩa mẫu tải trọng

- Loads\Load Patterns…=> Xuất hiện hộp thoại

- DC – DEAD – 1 - Add New Load Pattern

- HL93 – LIVE – 0 - Add New Load Pattern

- DW – DEAD – 0 - Add New Load Pattern

Chọn OK.

* Khai báo tải trọng tĩnh

- Tải trọng tĩnh phân bố cho từng dầm như sau:

- Tương tự dầm dọc giữa:

* Định nghĩa xe

- Define/ Bridgeload/Vehicles…=> Xuất hiện hộp thoại

- Chọn Add Vehicle=> Xuất hiện hộp thoại.

Chọn OK

Chú ý: + HL-93M: là xe 2 trục + làn xe.

+ HL-93K: là xe 3 trục + làn xe.

+ HL-93S: là tổ hợp 2 xe 3 trục cách nhau 15m.

* Định nghĩa lớp xe:

- Define/ Bridgeload/ Vehicle Class…=> Xuất hiện hộp thoại

- Add New Class… => Xuất hiện hộp thoại

Chọn OK để đóng hộp thoại

* Định nghĩa tính chất tải trọng

- Define\ loads case…=> Xuất hiện hộp thoại

- Add new Load Case => Xuất hiện hộp thoại

* Tổ hợp tải trọng

- Khai báo tổ hợp cường độ 1:

- Define\ Load Combinations…=> Xuất hiện hộp thoại

Nhấn Add New Combo => xuất hiện hộp thoại

Chọn OK

7 Phân tích mô hình

* Thiết lập các tùy chọn trước phân tích

- Analyze\Analyze Options…=> xuất hiện hộp thoại

* Thiết lập các trường hợp tải để phân tích

- Analyze\Run Analyze(F5)=> xuất hiện hộp thoại

- Chọn tổ hợp tải trọng cường độ 1

* Biểu đồ momen M:

+ Dầm biên đầu nhịp

+ Dầm biên giữa nhịp

+ Dầm biên cuối nhịp

+ Dầm giữa đầu nhịp

+ Dầm giữa giữa nhịp

+ Dầm giữa cuối nhịp

* Biểu đồ lực cắt Q:

+ Dầm biên đầu nhịp

+ Dầm biên giữa nhịp

+ Dầm biên cuối nhịp

+ Dầm giữa đầu nhịp

+ Dầm giữa giữa nhịp

+ Dầm giữa cuối nhịp

8 Thiết kế kết cấu dầm

* Định nghĩa tiêu chuẩn thiết kế

- Design\Concrete Frame Design\View/Revise Preferences=> Xuất hiện hộp thoại

* Chọn tổ hợp tải trọng thiết kế

- Nhấn CUONGDO1 - Add

- Design\Concrete Frame Design\Select Design Combos=> Xuất hiện hộp thoại

- Nhấn Set Automatic Design Load Combination Data => Xuất hiện hộp thoại

Nhấn Details => Xuất hiện hộp thoại (xem kết quả thiết kế chống uốn)

Nhấn Tabular Data – (để xuất kết quả sang dạng bảng biểu, các phần mềm Excel)

Vào File\Export Current table\ To Excel

+ Dầm giữa:

Nhấn Details => Xuất hiện hộp thoại (xem kết quả thiết kế chống uốn)

Nhấn Tabular Data – (để xuất kết quả sang dạng bảng biểu, các phần mềm Excel)

+ Dầm ngang ở giữa nhịp

Nhấn Details => Xuất hiện hộp thoại (xem kết quả thiết kế chống uốn)

Nhấn Tabular Data – (để xuất kết quả sang dạng bảng biểu, các phần mềm Excel)

+ Cốt thép chịu uốn trên: ∅10, a = 200mm

+ Cốt thép chịu uốn dưới: ∅20, a =200mm

+ Cốt thép chịu uốn trên: ∅10, a = 200mm

+ Cốt thép chịu uốn dưới: ∅10, a =200mm