thuyet minh NAM (phan duoi)

Quy tĩnh tải về tim dọc của mố Tĩnh tải do kết cấu phần trên truyền xuống kết cấu mố sẽ gây ra nội lực thẳng đứng Pi, mô men quay quanh trục dọc cầu My trường hợp này bằng 0 vì các dầm

CHƯƠNG 16 THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI

a Tĩnh tải do kết cấu phần trên :

– Trọng lượng bản thân dầm thép I rải đều trên 1m dài dọc cầu:

+ Tải trọng tập trung dầm ngang tại gối:

   

b

lpb lp lp tt

1N

Mặt bên mố

+ Beä moá:

3 bm

+Tường cánh (phần đuôi):

3 g

3 Quy tĩnh tải về tim dọc của mố

Tĩnh tải do kết cấu phần trên truyền xuống kết cấu mố sẽ gây ra nội lực thẳng đứng Pi, mô men quay quanh trục dọc cầu My (trường hợp này bằng 0 vì các dầm đối xứng), và mômen quay quanh trục ngang cầu Mx, tùy theo khoảng cách giữa vị trí tim gối và trọng tâm của các bộ phận tính toán nội lực

- Những mặt cắt cần tính toán thân mố là: mặt cắt A-A (đáy bệ) ; B-B (chân tường thân) ; C-C (chân tường đỉnh)

Quy ước moment hướng ra sông mang dấu dương, hướng vào bờ mang dấu âm

Bảng tính nội lực cho tiết diện A-A bởi tĩnh tải phần trên

Tĩnh tải

phần trên

DC (kN)

DW (kN)

x (m)

M yDC (kN.m)

M yDW (kNm)

Dầm 1 693.90 95.63 1.5 1040.85 143.45 Dầm 2 718.81 118.40 1.5 1078.22 177.60 Dầm 3 718.81 118.40 1.5 1078.22 177.60 Dầm 4 718.81 118.40 1.5 1078.22 177.60 Dầm 5 693.90 95.63 1.5 1040.85 143.45

DW (N)

x (mm)

M yDC (Nmm)

M yDW (Nmm)

Dầm 1 324870 54600 0 0 0 Dầm 2 304980 54600 0 0 0 Dầm 3 304980 54600 0 0 0 Dầm 4 304980 54600 0 0 0 Dầm 5 324870 54600 0 0 0

Bảng tính nội lực cho tiết diện A-A bởi trọng lượng bản thân

Gờ đỡ bản quá độ 35.64 0.367 13.08

Tường cánh (đuôi) 216 -3.75 -810

Tường cánh (phần thân) trước tim bệ 60 0.25 15

Tường cánh (phần thân) sau tim bệ 300 -1.25 -375

Tổng cộng 5791.52 1829.4

Bảng tính nội lực cho tiết diện B-B bởi trọng lượng bản thân

Tường đầu 330 -0.750 -247.5 Gờ đỡ bản quá độ 35.64 -1.133 -40.38 Đá kê gối 25.88 0 0 Tổng cộng 2191.52 -287.88

Bảng tính nội lực cho tiết diện C-C bởi trọng lượng bản thân

Hình 8.3: Sơ đồ xếp tải theo phương dọc cầu

Theo phương dọc cầu đặt cả 2 làn xe trên 1 nhịp để gây ra phản lực gối V và mômen My lớn nhất

Phản lực gối do xe 3 trục:

TR

35 0.7346 145 0.8673 145 1296.47 kN

b.Xếp tải theo phương ngang cầu

- Sơ đồ xếp 1 làn chất tải

2600 1300

600 600

3000



Tính toán nội lực chưa nhân hệ số tải trọng

Gối 1: (1 làn chất tải)

2600 1300

600 600

600 600

Sơ đồ 2 làn xếp tải theo phương ngang cầu

Gối 1: (2 làn chất tải)

c Lực hãm xe (BR)

Lực hãm xe đựơc truyền từ kết cấu trên xuống trụ qua gối đỡ Tuỳ theo từng loại gối cầu và dạng liên kết mà tỉ lệ truyền của lực ngang xuống trụ khác nhau Do các tài liệu tra cứu không có ghi chép về tỉ lệ ảnh hưởng của lực ngang xuống trụ nên khi tính toán, lấy tỉ lệ truyền bằng 100% Có nghĩa là toàn bộ lực ngang gây ra do lực hãm xe được truyền hết xuống gối cầụ Điểm đặt của lực hãm xe tại cao độ gối cầu của trụ thiết kế

Lực hãm được lấy bằng 25% trọng lượng của các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải theo quy trình và coi như đi cùng một chiều Các lực này được coi như tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên mặt đường 1800mm theo cả chiều dọc để gây ra hiệu ứng lực lớn nhất Tất cả các làn thiết kế phải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đi cùng một chiều trong tương lai

Phải áp dụng hệ số làn quy định trong điều 3.6.1.1.2

Lực hãm do 2 làn xe tác dụng

+ fmax là hệ số ma sát giữa bê tông và gối cầu (di dộng) lấy hệ số là 0.3

+ N là phản lực gối do tĩnh tải và hoạt tải (không kể xung kích gây ra): = 2525280.6 N

=> FR = 0.3x2525280.6 = 757584.2 N

e Lực li tâm (CE)

Do ở đây ta thiết kế mố của cầu thẳng nên không có lực li tâm

f Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu (WS)

Tải trọng gió ngang

Diện tích hứng gió của kết cấu thượng tầng bxh được xác định như sau:

S : hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định trong bảng 3.8.1.1.2

Cd : Hệ số cản được quy định trong A3.8.1.2.1.1, phụ thuộc vào tỉ số b/d

b = 9500 Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can (mm)

d = 2675 Chiều cao kết cấu phần trên bao gồm cả lan can đặc, nếu có (mm) Trong bài, ta lấy hệ số cản gió Cd 1.4

Lực gió theo phương dọc bằng 0

Bảng tải trọng gió ngang WS xét tới mặt cắt A-A

WS 25 (N)

M x25 (Nmm) Mố -4112.1 31216000.0 91276.8 -375339463.5 16388.4 -67390739.6 KCPT -6741.5 34775000.0 101683.5 -685499254.6 18256.9 -123078722.8

Tổng 192960.3 -1060838718.1 34645.3 -190469462.5

Bảng tải trọng gió ngang WS xét tới mặt cắt B-B

Kết cấu e z (mm) A w.sup (mm 2 ) WS (N) M x (Nmm) WS 25 (N) M x25 (Nmm) Mố -2612.1 31216000.0 91276.8 -238424214.5 16388.4 -42808139.6 KCPT -5241.5 34775000.0 101683.5 -532974018.1 18256.9 -95693410.3

Tổng 192960.3 -771398232.6 34645.3 -138501550.0

g Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL)

Tải trọng gió ngang

Theo A3.8.1.3, khi xét tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào cả kết cấu và xe cộ

Tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải phân bố 1.5 N/mm, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở 1.8m trên mặt đường Chiều dài tham gia tải trọng gió tác dụng lên xe được lấy bằng chiều dài dầm tác dụng lên trụ L 1 26000 13000 mm

2

WLn  1.5 13000 19500 N  

Tải trọng gió dọc

Tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0.75 N/mm tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800 mm so với mặt đường Lấy trường hợp xếp xe hết toàn bộ mặt cầu

d

WL 0.75 13000 9750 N

h Tải trọng lượng đất đắp

Chiều cao đất đắp sau mố = 5000 mm

Chiều rộng mố chịu tác dụng của các lớp (không kể tường cánh) = 9000 mm

Diện tích tác dụng của các lớp = 31500000 mm2

Trọng lượng riêng của đất đắp sau mố = 18 KN/m3

Chiều cao đất đắp trước mố =0

Diện tích chịu tác dụng = 0 mm2

Bảng tính nội lực cho tiết diện A-A bởi trọng lượng đất đắp

Kết cấu Tiết diện A-A

P (N) e (mm) M(Nmm) Đất sau mố 2835000 -1250 -3543750000

Tổng cộng 2835000 -3543750000

i Nội lực do áp lực đất EH , LS

Aùp lực ngang đất EH

Aùp lực ngang của đất đắp lên mố tính theo công thức

H : chiều cao áp lực đất

H1 chiều cao áp lực đất tác dụng tại tiết diện A-A = 6.5 m

H2 chiều cao áp lực đất tác dụng tại tiết diện B-B = 5 m

H3 chiều cao áp lực đất tác dụng tại tiết diện C-C =1.856 m

K : Hệ số áp lực ngang của đất Đối với tường có dịch chuyển K được lấy bằng Kalà hệ số áp lực chủ động của đất

H là tổng chiều cao tường tính từ mặt đất đắp đến đáy móng

Tiết diện Aùp lực ngang của đất đắp lên tường (EH)

k.Áp lực ngang do hoạt tải chất thêm LS

Khi hoạt tải đứng sau mố trong phạm vi bằng chiều cao tường chắn ,tác dụng của hoạt tải có thể thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao hcq

Aùp lực ngang do hoạt tải sau mố tính theo công thức :

Tieỏt dieọn Aựp luùc ngang do hoaùt taỷi sau moỏ (Ls)

6 cq

C-ờng độ I  n 1,75 1,00 - - 1,00 0,5/1.20  TG  SE - - - C-ờng độ II  n - 1,00 1,40 - 1,00 0,5/1.20  TG  SE - - - C-ờng độ III  n 1,35 1,00 0.4 1,00 1,00 0,5/1.20  TG  SE - - -

Đặc biệt  n 0,50 1,00 - - 1,00 - - - 1,00 1,00 1,00

Sử dụng 1.0 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 1,0/1,20  TG  SE - - - Mỏi chỉ có LL,

IM & CE - 0,75 - - - -

Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng th-ờng xuyên, p

N/A 1,00 0,90 0,90 0,90 0,90

Vềâ nguyên tắc tất cả các TTGH đều phải lập 2 tổ hợp tải trọng bất lợi Tuy nhiên theo kinh nghiệm tính toán ta thấy theo tổ hợp TTGH Cường Độ I thường gây lực bất lợi lớn nhất nên thành lập 2 tổ hợp tải trọng bất lợi theo TTGH Cường Độ I: Tổ hợp tải trọng Ia: bất lợi ra phía sông

Tổ hợp tải trọng Ia: bất lợi về phía đường

*TTGH Cường Độ I

Mặt cắt A-A

Bảng tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt A-A bất lợi ra phía sông

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Tường cánh

đuôi 0.9 202500 0 -759375000 0 0 Trước tim bệ mố 1.25 78125 0 19531250 0 0 Sau tim bệ mố 0.9 281250 0 -351562500 0 0 Bệ mố 1.25 3093750 0 0 0 0 Gờ kê bản quá độ 1.25 33750 0 12386250 0 0 Đá kê gối 1.25 32350 0 48525000 0 0 Lớp phủ DW 1.5 409500 0 614250000 0 0 Áp lực ngang của đất EH 1.5 0 1663213.5 4324355100 0 0 Tĩnh tải đất đắp EV 1 2835000 0 -3543750000 0 0 Hoạt tải xe ô tô LL 1.75 1367442.65 0 2051163975 0 1292157239

Áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS 1.75 0 438832.485 1426205576 0 0 Áp lực thẳng đứng do hoạt tải sau mố LS 1 416745 0 -729303750 0 0

Lực hãm xe BR 1.75 0 284375 2503637500 0 0 Lực ma sát FR 1 0 757584.2 4093985017 0 0 Tổng 12961262.7 3144005.19 15808823418 0 1292157239

Bảng tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt A-A bất lợi về phía đường

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Tường cánh

đuôi 1.25 281250 0 -1054687500 0 0 Trước tim bệ mố 0.9 56250 0 14062500 0 0 Sau tim bệ mố 1.25 390625 0 -488281250 0 0 Bệ mố 1.25 3093750 0 0 0 0 Gờ kê bản quá độ 0.9 24300 0 8918100 0 0 Đá kê gối 0.9 23292 0 34938000 0 0 Lớp phủ DW 0.65 177450 0 266175000 0 0 Áp lực ngang của đất EH 0.9 0 997928.1 2594613060 0 0 Tĩnh tải đất đắp EV 1.35 3827250 0 -4784062500 0 0 Hoạt tải xe ô tô LL 1 781395.8 0 1172093700 0 738375565.1 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS 1 0 250761.42 814974614.9 0 0 Áp lực thẳng đứng do hoạt tải sau mố LS 1.75 729303.75 0 -1276281563 0 0

Lực hãm xe BR 1.75 0 -284375 -2503637500 0 0 Lực ma sát FR 1 0 -757584.2 -4093985017 0 0 Tổng 12416678.6 206730.32 -4904042355 0 738375565.1

Mặt cắt B-B

Bảng tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt B-B bất lợi ra phía sông

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Lực hãm xe BR 1.75 0 284375 2077075000 0 0 Lực ma sát FR 1 0 757584.2 2957608717 0 0 Tổng 5963242.65 2442529.31 8474152089 0 1292157239

Bảng tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt B-B bất lợi về phía đường

Tên tải trọng ΣV

(N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Lực hãm xe BR 1.75 0 -284375 -2077075000 0 0 Lực ma sát FR 1 0 -757584.2 -2957608717 0 0 Tổng 5821842.65 -213514.85 -3248381597 0 1292157239

Mặt cắt C-C

Bảng tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt C-C bất lợi ra phía sông

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Tĩnh tải mố

Tường đỉnh

DC 1.25 290000 0 0 0 0 Gờ kê bản quá độ 0.9 24300 0 -9306900 0 0 Áp lực ngang của đất EH 1.5 0 135605 100673506 0 0 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS 1.75 0 269582 250171765 0 0

Tổng 314300 405187 341538371 0 0

Bảng tóm tắt tải trọng xét tới mặt cắt C-C bất lợi về phía đường

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Tĩnh tải mố

Tường đỉnh

DC 1.25 290000 0 0 0 0 Gờ kê bản quá độ 1.25 46875 0 -17953125 0 0 Áp lực ngang của đất EH 0.9 0 48818 36242462 0 0 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS 1 0 88027 81688740 0 0

Tổng 336875 136845 99978077 0 0

*TTGH Sử Dụng

Mặt Cắt A-A

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Tường cánh

đuôi 1 225000 0 -843750000 0 0 Trước tim bệ mố 1 62500 0 15625000 0 0 Sau tim bệ mố 1 312500 0 -390625000 0 0 Bệ mố 1 2475000 0 0 0 0 Gờ kê bản quá độ 1 27000 0 9909000 0 0 Đá kê gối 1 25880 0 38820000 0 0 Lớp phủ DW 1 273000 0 409500000 0 0 Áp lực ngang của đất EH 1 0 1108809 2882903400 0 0 Tĩnh tải đất đắp EV 1 2835000 0 -3543750000 0 0 Hoạt tải xe ô tô LL 1 781395.8 0 1172093700 0 738375565 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS 1 0 250761.42 814974614.9 0 0 Áp lực thẳng đứng do hoạt tải sau mố LS 1 416745 0 -729303750.3 0 0 Gió lên

công trình

Ngang cầu WS 0.3 0 0 0 57888.097 318251615 Dọc cầu WS 0.3 0 0 0 0 0 Gió lên

xe cộ

Ngang cầu WL 1 0 0 0 19500 171678000 Dọc cầu WL 1 0 9750 85839000 0 0 Lực hãm xe BR 1 0 162500 1430650000 0 0 Lực ma sát FR 1 0 757584.2 4093985017 0 0 Tổng 10802700.8 2289404.6 10325890982 77388.097 1228305181

Mặt Cắt B-B

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx(N)

ΣMy(Nmm)

ΣHy(N)

ΣMx(Nmm)

Gió lên

công trình

Ngang cầu WS 0.3 0 0 0 57888.09709 231419469.8 Dọc cầu WS 0.3 0 0 0 0 0

Gió lên

xe cộ

Ngang cầu WL 1 0 0 0 19500 142428000 Dọc cầu WL 1 0 9750 71214000 0 0 Lực hãm xe BR 1 0 162500 1186900000 0 0 Lực ma sát FR 1 0 757584.2 2957608717 0 0 Tổng 4475955.8 1823888.5 6327717587.3 77388.1 1112223034.9

Mặt Cắt C-C

Tên tải trọng

ΣV (N)

ΣHx (N)

ΣMy (Nmm)

ΣHy (N)

ΣMx (Nmm)

Tĩnh tải mố

Tường đỉnh

DC

1 232000 0 0 0 0 Gờ kê bản quá độ 1 37500 0 -14362500 0 0 Áp lực ngang của đất EH 1 0 54242 40269402 0 0 Áp lực ngang do hoạt tải sau mố LS 1 0 88027 81688740 0 0

Tổng 269500 142269 107595642 0 0

16.2 THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO CÁC MẶT CẮT

1.Tính cốt thép cho mặt cắt A-A

H x (N) M y (N.mm) H y (N) M x (N.mm) TTGH CĐI 12961262.7 3144005.2 15808823418.0 0 1292157239.0

TTGH SD 10802700.8 2289404.6 10325890982.0 77388.1 1228305181.0

a Kích thước mặt cắt kiểm toán

- Chiều rộng mặt cắt: bw = 11000 mm

- Chiều cao mặt cắt: h = 6000 mm

- Cường độ chịu nén của bê tông f’c = 50 MPa

- Cường độ thép: fy = 420 MPa

b Tổ hợp dùng để kiểm toán: Trạng thái giới hạn cường độ I

 Kiểm tra cấu kiện chịu uốn theo hai phương:

- Trị số tải trọng dọc trục tính toán: N = 12961262.7 N

- Nếu lực tính toán dọc trục nhỏ hơn 0,1..f'c.Ag thì kiểm tra theo công thức sau:

1 M

M M

M

ry

uy rx

ux   (1-a)

- Nếu lực tính toán dọc trục không nhỏ hơn 0,1..f'c.Ag thì kiểm tra theo công thức:

0

P

1 y Pr

1 x Pr

1 xy Pr

Po = 0,85.f'c.(Ag – Ast) + Ast.fy (N)

Hệ số sức kháng = 0,75 với cấu kiện chịu nén dọc trục

Prxy : Sức kháng dọc trục tính toán khi uốn theo hai phương (N) Prx : Sức kháng dọc trục tính toán khi chỉ có độ lệch tâm ey (N) Pry : Sức kháng dọc trục tính toán khi khi chỉ có độ lệch tâm ex (N)

Ag : Diện tích mặt cắt nguyên (mm2)

fy : Giới hạn chảy quy định của cốt thép (Mpa)

- Kiểm tra giá trị 0,1..f'c.Ag so với lực dọc trục:



f'c = 50 Mpa: Cường độ quy định của bê tông, tuổi 28 ngày

Ag = hxbW = 6000x11000 = 66x106 m2 : Diện tích mặt cắt nguyên

As: Diện tích thép:

Chọn thép theo phương ngang cầu : 10920@100 => Asy = 34243.4 mm2Chọn thép theo phương dọc cầu : 3016@200 => Asx = 6031.9 mm2

fy = 420 Mpa : Cường độ thép

dc: Chiều dày lớp phủ bê tông:

dc = 100 mm : Phương dọc cầu

dc = 100mm : Phương ngang cầu

ds : Chiều cao có hiệu của mặt cắt:

+ Phương dọc : dsx = 6000 – 100 = 5900 mm

+ Phương ngang: dsy = 11000 – 100 = 10900 mm

a= c1 : Chiều dày của khối ứng suất tương đương

1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất:

' 1

34243.4 420

43.9

sy y x

6031.9 420

14.2

sx y y

= 0.9x6031.9x420x(10900 – 9.9/2) = 2.4841x1010 Nmm + Phương dọc:

Mry = .Asy.fy.(dsx – ax/2) = = 0.9x34243.4x420x(5900 – 30.7/2 )= 7.6171x1010 Nmm

- Mux : Mô men tính toán theo trục x : Mux = 1292157239.0 Nmm

- Muy : Mô men tính toán theo trục y: Muy = 15808823418.0 Nmm

- Đối với kết cấu chịu nén dọc trục, khi lực nén dọc tác dụng lệch tâm, biến dạng do tải trọng sẽ làm tăng độ lệch tâm của lực dọc so với trọng tâm của kết cấu gây hiệu ứng độ mảnh Vì vậy khi tính kết cấu chịu nén dọc cần phải xác định tỷ số độ mảnh K.Lu/r

Trong đó r là bán kính quán tính:

x x

I r A

y

I r A

+ Diện tích mặt cắt ngang : A = bxh = 11000x6000= 66x106 mm2

+ Mô men quán tính:

6.655 10

3175.4

66 10

x x

1.98 10

1732.1

66 10

y y

+ K = 2 : Hệ số chiều dài hữu hiệu

+ Lu = 1500 mm : Chiều dài thanh chịu nén

=> Tỷ số độ mảnh theo phương ngang:

2 1500

1.7 22 1732.1

u y