kiểm tra trong trạng thái làm việc của tải trọng cực đại

kiểm tra trong trạng, thái làm việc ,của tải trọng cực đại

Trong đó,

D : Tải trọng tĩnh L : Hoạt tải

σ0 : ứng suất nén theo sợi σu : ứng suất của thớ chịu kéo

As : Số lượng thanh thép cần thiết As = T/ σsa N(t) : Lực dọc trục

M(tfm) : Mô men uốn

σs : ứng suất kéo do cốt thép chịu (kgf/cm2) 2-5-1-5 Kiểm tra trong trạng thái làm việc của tải trọng cực hạn (ULWS) (1) Khái quát về thiết kế

1- Việc kiểm tra tình trạng hoạt động của tại trọng cực hạn sẽ được thực hiện phù hợp với JSHB-96 Tổ hợp ứng suất thiết kế trong trạng thái ULWS sẽ

được tính toán có tính đến tổ hợp tải trọng sau:

(a) 1.3x(ΣD’ + Psc,e)+2.5x(LL+IL+LSL)+CRG+SHG+PG,E (b) ΣD’+2.5x(LL+IL+LSL)+CRG+SHG+PG,E+Psc,e

(c) 1.7x(ΣD’+Psc,e+LL+IL+LSL+CRG+SHG+PG.E

2- Khă năng uốn thiết kế tại một mặt cắt của một cấu kiện sẽ được tính toán phù hợp với những giả thiết sau đây

1- Biến dạng của thớ vật liệu tỷ lệ với khoảng cách từ trục trung hoà

2- Không tính đến cường độ kéo của bê tông

3- Sự phân bổ ứng suất nén của bê tông đạt được bằng đường cong ứng suất – biến dạng; kết hợp đường parabôn và đường thẳng, như được thể hiện dưới

đây

Hình 2-27 Đường cong ứng suất – biến dạng lý tưởng hóa của bê tông

Trong đó, ε c : biến dạng của bê tông

εcu : biến dạng cực hạn của bê tông

σ ck : Cường độ nén danh nghĩa của bê tông (kgf/cm2)

4- Đường cong ứng suất – biến dạng lý tưởng của thép được trình bày trong hình sau

a) Thanh cốt thép b) Dây dự ứng lực, Bó dây và

và thép kết cấu thanh #1

c) Thanh dự ứng lực #2

Hình 2-28 Trong đó,

σ sy : ứng suất chảy quy định của thanh cốt thép (Kgf/cm2)

σpu : Cường độ kéo quy định của thép dự ứng lực (Kgf/cm2)

σ s : ứng suất của thanh cốt thép (Kgf/cm2)

Es, Ep : Môđun Young của cốt thép và thép dự ứng lực (Kgf/cm2)

εs, εp : Biến dạng của cốt thép và thép dự ứng lực

Theo điều kiện trên, tổ hợp ứng suất trong trạng thái ULWS và khả năng uốn

2-5-2 Thiết kế kháng cắt và xoắn

2-5-2-1 Khái quát về thiết kế

(1) Tóm tắt các tiêu chí thiết kế 1) Kiểm tra lực cắt và xoắn trong SLWS

1 Trong trạng thái làm việc của tĩnh tải (ΣD), ứng suất kéo chủ không

được vượt quá các giá trị sau

• Khi lực cắt hoặc mômen xoắn được xem xét: 0.25f’ck2/3

• Khi cả lực cắt và momen xoắn được xem xét: 0.35 f’ck2/3

2 Trong trường hợp cả hoạt tải và tĩnh tải đều trong điều kiện làm việc (SD + LL + IL + LSL), ứng suất kéo chủ không được vượt quá các giá trị sau

• Khi lực cắt hoặc mômen xoắn được xem xét: 0.50f’ck2/3

• Khi cả lực cắt và mômen xoắn đều được xem xét: 0.75f’ck2/3

2) Nghiên cứu lực cắt và xoắn trong trạng thái ULWS

1 Cần phải khẳng định rằng trong trạng thái làm việc của tải trọng cực hạn, bản sườn bê tông không bị nứt gãy khi chịu tác động của lực nén chủ và khả năng chịu lực thiết kế của mặt cắt ngang (Rd) phải lớn h ơn tổ hợp ứng suất thiết kế (Su)

2 Việc tính toán để kiểm tra sự phá hỏng bê tông do lực nén chủ ở bản sườn

bê tông và các tính toán về khả năng chịu lực thiết kế của mặt cắt ngang (Rd) phải được thực hiện phù hợp với Tiêu chuẩn JSHB-96

3 Tổ hợp ứng suất thiết kế phải phù hợp với mục (3), (2) trên đây

(2) Quy trình kiểm tra Kiểm tra lực cắt và xoắn phải được thực hiện phù hợp với các qu y trình như trình bày dưới đây Hình 2-29

Trong đó

τs : ứng suất cắt trung bình của bê tông tại SLWS ( kgf/cm2)

τu : ứng suất cắt trung bình của bê tông tại ULWS ( kgf/cm2)

τ max : giới hạn của ứng suất cắt trung bình của bê tông ( kgf/cm2)

τc : ứng suất cắt trung bình tác dụng lên bê tông ( kgf/cm2)

σ1 : ứng suất kéo chủ tại SLWS ( kgf/cm2)

σ1a : ứng suất kéo chủ có giới hạn tại SLWS ( kgf/cm2)

Aw : cốt thép kháng cắt yêu cầu ( cm2) Aw,s : cốt thép kháng cắt yêu cầu tại SLWS trong cấu kiện BTCT (cm2) Aw,u : cốt thép kháng cắt yêu cầu tại ULWS trong cấu kiện BTCT (cm2) Aw,min : cốt thép kháng cắt tối thiểu yêu cầu (cm2)

Hình 2-29

Bắt đầu

Kích thước mặt cắt sẽ thay đổi

Tính toán cốt thép chịu lực cắt

đối với SLWS (Aws) và ULWS (Aw, u)

Giá trị nào lớn hơn Aw,s hay

Aw, u sẽ được thay thế như Aw

Kích thước mặt cắt sẽ thay đổi

Tính toán cốt thép chịu lực cắt (Aw)

Giá trị Aw nhỏ nhất

sẽ được thay thế

Giá trị Aw sẽ

được thay thế

Giá trị Aw sẽ

được thay thế

Giá trị Aw nhỏ nhất

sẽ được thay thế

Kết thúc

(3) Mô tả tính toán 1) ứng suất kéo chủ của bê tông ứng suất kéo chủ do tải trọng làm việc của cấu kiện bê tông không được lớn hơn giá trị của ứng suất kéo chủ giới hạn ứng suất kéo chủ của bê tông được tính theo phương trình dưới đây:

trong đó,

σ1 : ứng suất kéo chủ của bê tông ở mặt cắt của cấu kiện (kgf/cm2)

σc : ứng suất uốn và ứng suất nén dọc trục của bê tông ở mặt cắt của cấu

kiện ( Kgf/cm2)

τ : ứng suất cắt của bê tông ở mặt cắt của cấu kiện ( Kgf/cm2)

bw : bề dày của bản sườn ở mặt cắt của cấu kiện (cm)

S : lực cắt tại mặt cắt của cấu kiện ( Kgf)

Sp : thành phần dự ứng lực theo hướng hoạt động của lực cắt (kgf)

Q : mômen hình học của phần tử mặt cắt bao kín bởi thớ biên và thới

đang xem xét đối với trục trọng tâm tiết diện (cm3)

I : mômen quán trính đến trục tâm của mặt cắt (cm4) Hoặc xem xét mômen xoắn,

2) ứng suất cắt trung bình do tải trọng thiết kế cực hạn

ứng suất cắt trung bình tại mặt cắt của cấu kiện bê tông do tải trọng thiết kế cực hạn phải nhỏ hơn giá trị lớn nhất của ứng suất cắt giới hạn được tính toán theo phương trình sau







2 2

2

1

σ σ

σ

Q i

S t

b

S

w p

−







=

− σ σ τ

1









− σ σ τ τ

2 2

2

(2-7)

Trong đó

Sh : lực cắt có xem xét đến ảnh hưởng do thay đổi chiều cao mặt cắt

hiệu dụng của một cấu kiện (kgf)

Sp : thành phần dự ứng lực theo hướng tác động của lực cắt (kgf)

d : chiều cao hiệu dụng của mặt cắt của một cấu kiện (cm)

bw : chiều dày sườn của mặt cắt của một cấu kiện (cm) 3) Tính toán cốt thép chịu lực cắt

Cốt thép cho một cấu kiện bê tông dự ứng lực, thậm chí cho tải trọng cực hạn, phải được tính toán theo công thức sau:

S’h = Sh – Sp - Sc

Trong đó,

Aw : lượng cốt thép kháng cắt yêu cầu khi đặt với khoảng cách “a” và

góc tạo với trục của cấu kiện “θ” (cm2)

Sh’ : lực cắt do cốt thép kháng cắt đặt với khoảng cách “a” và góc tạo

với trục của cấu kiện “θ” (Kgf)

Sh : lực cắt thiết kế có xem xét đến thay đổi trong chiều cao hiệu dụng

của cấu kiện (Kgf)

Sc : lực cắt tác động lên bê tông (Kgf)

Sc = k.τc.bw.d ; k = 1+M0/Md ≤ 2

Sp : thành phần dự ứng lực theo hướng tác dụng của lực cắt (kgf)

Sp = Ap.σpe.sinα

τc : ứng suất cắt trung bình tác động lên bê tông ( kgf/cm2)

Md : mô men uốn do các tải trọng cực hạn làm việc tại mặt cắt của cấu

kiện (kgf-cm)

M0 : mô men giảm áp của ứng suất thớ b ê tông do dự ứng lực và lực dọc

trục bằng không (Kgf-cm)

a : khoảng cách cốt thép cắt trong trục của cấu kiện (cm)

σsy : cường độ chảy của cốt thép (kgf/cm2)

d : chiều cao hiệu dụng tại mặt cắt của cấu kiện (cm)

m= − d.

(Sin Cos )a

d

sy

h w

S

15

4) Bố trí cốt thép ngang và cốt thép trục cho mô men xoắn được tính toán theo công thức sau:

1- Cốt thép ngang

2- Cốt thép trục

Trong đó,

Awt : số lượng yêu cầu của cốt thép ngang với khoảng cách “a” cho mô

men xoắn (cm2)

Alt : tổng số lượng yêu cầu của cốt thép dọc đặt tại mặt cắt ngang cho

mô men xoắn (cm2)

a : khoảng cách của cốt thép ngang (cm)

Mt : mô men xoắn thiết kế tác dụng tại mặt cắt ngang của một cấu

kiện (kgf-cm)

σsy : cường độ chảy của cốt thép (kgf/cm2) bt,ht : chiều rộng và chiều cao của các mặt cắt như thể hiện dưới đ ây

Hình 2-30 2-5-2-2 Kiểm tra ứng suất kéo chủ tại trạng thái SLWS

ứng suất kéo chủ phải được kiểm tra tại các thớ dưới đây thể hiện như sau (Hình 2-31)

σsy t t

t wt

h b

M a

a

h b A

lt

+

Hình 2-31

Các kết quả kiểm tra ứng suất kéo chéo của dầm tại trạng thái SLWS được tóm tắt trong sơ đồ ứng suất (Hình 2-32 ) Như thể hiện trong các hình nà y, ứng suất kéo chéo tại bất kỳ mặt cắt nào của dầm đều thoả mãn ứng suất giới hạn như quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế Cầu dây văng – Cầu Bãi Cháy Theo đó, có thể đánh giá rằng dầm có đủ khả năng để chịu lực cắt và xoắn tại trạng thái SLWS

Hình 2-32 ứng suất kéo chéo tại sợi 2-2 của mặt cắt dầm trong quá trình

thi công 2-5-2-3 Kiểm tra khả năng cắt và xoắn

(1) Lượng cốt thép cắt yêu cầu (2) Lượng cốt thép xoắn yêu cầu (3) Lượng cốt thép uốn ngang trên mặt cắt được thiết kế là kết cấu hệ thanh, mặt cắt dạng hộp

(4) Tóm tắt cốt thép sườn

Hình 2-33 ứng suất kéo chủ tại thớ G-G (tâm hình vẽ) của mặt cắt dầm trong quá trình thi công

Hình 2-34 ứng suất kéo chủ tại thớ 3-3 của mặt cắt dầm trong quá trình thi công

1) Cốt thép ngang tại sườn bên ngoài Khối lượng cốt thép ngang tại sườn phía bên ngoài phải được đặt bằng tổng của Aws,u và Awt,u

2) Cốt thép ngang tại sườn phía trong Khối lượng cốt thép ngang tại sườn phía trong phải được đặt lớn hơn so với các giá trị nêu dưới đây

• Aws,u +Awt,u+Awf,u

• Awf,d

• Awf,s+1

Trong đó, Aws,u : tổng số lượng cốt thép cắt yêu cầu tại trạng thái ULWS

(cm2) Awt,u : tổng số lượng cốt thép xoắn yêu cầu tại trạng thái ULWS

(cm2) Awf,u : số lượng cốt thép uốn ngang yêu cầu do tĩnh tải cực hạn

trên kết cấu hệ thanh, mặt cắt dạng hộp cho mỗi sườn (cm2) Awf,d : số lượng cốt thép uốn ngang yêu cầu do tĩnh tải trên kết cấu

hệ thanh, mặt cắt dạng hộp cho mỗi sườn (cm2) Awf,s+1 : số lượng cốt thép uốn ngang yêu cầu do tải trọng phục vụ

trên kết cấu hệ thanh, mặt cắt dạng hộp cho mỗi sườn (cm2)

2-6-1 Khái quát thiết kế

Tháp sẽ phải được kiểm tra như là các cấu kiện b ê tông cốt thép về trạng thái ứng suất trong suốt quá trình thi công, ở trạng thái làm việc của tải trọng khai thác (SLWS) và ở trạng thái làm việc tải trọng cực hạn (ULWS) như nêu dưới đây để khẳng định rằng các cấu kiện này có độ bền và an toàn quy định

(1) Kiểm tra trong giai đoạn thi công

Để ngăn ngừa phát triển nứt trong tháp do uốn và cắt trong quá trình thi công, các ứng suất phải giới hạn không vượt quá các giá trị sau đ ây:

• ứng suất nén của bê tông ở trạng thái uốn không vượt quá 0.6f’ck

• ứng suất kéo của cốt thép ở trạng thái uốn và ở cốt thép đai phải không vượt quá 1000 kgf/cm2

(2) Kiểm tra mô men uốn ở trạng thái SLWS 1) Trong tổng trạng thái làm việc của toàn bộ tĩnh tải (ΣD), ứng suất nén của bê tông phải không vượt quá 0.4 f’ck ứng suất kéo trong cốt thép phải không vượt quá 1000 kgf/cm2

2) Phải được xác nhận rằng trong trạng thái khi mà tổng tải trọng tĩnh (SD) cộng với 50% hoạt tải (LL+IL+LSL) đang diễn ra, độ rộng vết nứt (W) sẽ không vượt quá độ rộng vết nứt cho phép (Wa) ứng suất nén của bê tông phải không được vượt quá 0.6 f’ck

W ≤ Wa Tại vị trí, Wa : độ rộng vết nứt cho phép (Tham khảo bảng dưới đây)

Bảng 2-19 Độ rộng vết nứt cho phép, Wa (cm) Điều kiện môi trường về ăn mòn Môi trường nói chung Môi trường trong trạng

thái bị ăn mòn Đặc biệt là môi trường trong trạng thái bị ăn

mòn nghiêm trọng 0.005 C 0.004 C 0.0035 C

C : Lớp bê tông bảo vệ cốt thép (cm); phải là 10 cm hoặc ít hơn theo như tiêu chuẩn

W : Độ rộng vết nứt (cm)

W = K1 { 4C + 0.7(Cs-Φ ) } ( σse/E + ε’cs ) (2-12)

K1 : một hằng số biểu thị ảnh hưởng của trạng thái gắn kết giữa bê tông và

cốt thép; 1.0 trường hợp các thanh cốt thép có gai, và 1.3 trường hợp các thanh trơn và các bó cáp dự ứng lực

Cs : Khoảng cách tâm cốt thép (cm)

Φ : đường kính của cốt thép (cm)

ε’cs : một giá trị được tính có xem xét đến sự tăng độ rộng nứt do t ừ biến và

độ co ngót bê tông Thông thường giá trị này được giả sử là 150 x 10 -6

Tuy nhiên, giá trị này phải giả sử là o nếu σs được tính toán chặt chẽ có

xem xét đến ảnh hưởng của từ biến và độ co ngót của bê tông

σse : độ tăng ứng suất kéo trong cốt thép, trong trư ờng hợp có xét tới ε’cs, tỉ

lệ mô đun đàn hồi của cốt thép và bê tông được sử dụng để tính σse

phải được tính toán có sử dụng các giá trị mô tả những mô đun này; giá trị, n=15, mà thông thường được sử dụng, không được phép sử dụng

(3) Kiểm tra lực cắt trong trạng thái làm việc của tải trọng phục vụ (SLWS)

Phải được xác nhận rằng các ứng suất ( σw,d) trong cốt thép cắt trong trạng thái làm việc của toàn bộ tĩnh tải (ΣD) không vượt quá các giá trị nêu trong bảng dưới đây (Bảng 2-20)

Dùng cốt thép có gai để làm thanh cốt thép

(4) Nghiên cứu trạng thái làm việc của tải trọng cực hạn (ULWS) Phải tiến hành nghiên cứu như đã được đề cập trong Mục (3),3) của Phần 2-5-2-1, tổng quan thiết kế

Bảng 2-20 Các giá trị giới hạn cho ứng suất kéo trong cốt thép kháng cắt (kgf/cm2)

Điều kiện môi trường về ăn mòn Môi trường nói chung Môi trường trong trạng

thái bị ăn mòn bị ăn mòn nghiêm trọng Đặc biệt là môi trường

1200 1000 800

2-6-2 Kiểm tra chiều dọc

2-6-2-1 Kiểm tra ứng suất uốn trong quá trình thi công ứng suất nén của bê tông không vượt quá giá trị giới hạn và ứng suất cốt thép

là ứng suất nén Do đó, bất kỳ mặt cắt nào của thép cũng đủ chất lượng trong quá trình thi công

Bảng 2-21 ứng suất uốn của tháp trong quá trình thi công ( Ví dụ)

Lực thiết kế σc σ ca σs(độ nén) σsa

Mặt cắt thiết kế N(t) M(tm) (kgf/cm2) (kgf/cm2) (kgf/cm2) (kgf/cm2) 278~351 -652 ~

-15892 0 ~ 6507 5.9 ~ 171.7 270 88 ~ 1844 -1000

2-6-2-2 Kiểm tra ứng suất uốn ở những trạng thái làm việc khác của tải

trọng Kiểm tra ứng suất uốn ở trạng thái SLWS, kiểm tra vết nứt do cắt ở những trạng thái tải trọng tĩnh hoạt động, kiểm tra khả năng uốn và cắt tại các trạng thái tải trọng làm việc cực hạn đã được tiến hành và các kết quả là bất kỳ mặt cắt ngang nào của tháp cũng có đủ khả năng chống chịu những tác động này

2-6-3 Kiểm tra theo phương ngang

Phải tiến hành kiểm tra chiều ngang của tháp dựa theo thiết kế b ằng cách phân tích phi tuyến tính, Xem mục 2-8-4-1

2-7 thiết kế cáp dây văng

2-7-1 Khái quát về thiết kế

2-7-1-1 Tiêu chuẩn thiết kế Trong thiết kế cáp dây văng như các cấu kiện của kết cấu hệ thanh bằng thuyết tuyến tính, đã tiến hành các cuộc kiểm tra về trạng thái ứng suất trong quá trình thi công và trong những trạng thái làm việc của tải trọng khai thác như nêu dưới đây

(1) Kiểm tra trạng thái ứng suất trong quá trình thi công Lực kéo căng của cáp dây văng trong quá trình thi công không được vượt quá 60% cường độ chịu kéo căng của cáp dây văng

(2) Kiểm tra trạng thái SLWS 1) Trong trạng thái mà tổng trọng tải tĩnh (ΣD) cộng với trọng tải giao thông (LL+IL) đang diễn ra, ứng suất kéo căng của cáp dây văng phải không được vượt quá 45% cường độ kéo căng của cáp

2) Trong trạng thái tổ hợp những trọng tải sau, ứng suất kéo của cáp dây văng phải không được vượt quá 60% cường độ kéo căng của cáp (a) Tổng tĩnh tải (ΣD) cộng hoạt tải (LL+IL+LSL) cộng với tác động của

sự thay đổi nhiệt độ (T) (b) Tải tĩnh (ΣD) cộng với ảnh hưởng của động đất (EQ) 3) Hệ thống cáp dây văng phải được sử dụng đảm bảo không đạt tới độ mỏi thậm chỉ với 2x106 chu trình biên độ ứng suất tương đương 50% tải trọng thiết kế (LL+IL), và việc kiểm tra độ mỏi của hệ thống cáp văng do hoạt tải có thể được bỏ qua

(3) Phải thực hiện riêng rẽ công tác kiểm tra độ rung của cáp dây văng do gió

2-7-1-2 Ký hiệu cáp dây văng Hình 2-35

2-7-2 Kiểm tra lực kéo căng của cáp dây văng

2-7-2-1 Kiểm tra trong quá trình thi công