Chửụng 4 NGUYEÂN LYÙ THIEÁT KEÁ CAÀU DAÀM
B. Xác định nội lực trong dầm ngang
5.4 NGUYEÂN TAẫC CHUNG TÍNH DUYEÄT KC DệL
- Về TTGH cường độ : có 3 TTGH cường độ - Về TTGH đặc biệt.
- Về TTGH khai thác.
- TTGH mỏi.
5.4.1 Các trạng thái giới hạn :
Các cấu kiện bêtông ứng suất trước phải được kiểm tra ứng suất và biến dạng cho từng giai đoạn có thể là tới hạn trong quá trình thi công, vận chuyển và lắp ráp cũng như trong quá trình khai thác.
Cụ thể, mỗi thành phần hoặc liên kết sẽ phải thoả mãn công thức sau ứng với mỗi TTGH :
(TCN 1.3.2.1-1) (5.1) trong đó : - hệ số điều chỉnh tải trọng
Ji - hệ số tải trọng Qi - tải trọng qui định Ɏ - hệ số sức kháng Rn- sức kháng danh định Rr - sức kháng tính toán = ɎRn
iQi Rn Rr
K6J d ) K
Hệ số điều chỉnh tải trọng (LRFD 1.3.2.1-2) :
(5.2)
D- hệ số xét đến tính dẻo của kết cấu.
R - hệ số xét đến tính dư của kết cấu.
I - hệ số liên quan đến tầm quan trọng khi khai thác.
Hệ số sức kháng :
Ɏ = 0,90 khi tính khả năng chịu uốn kết cấu BTCT thường Ɏ= 1,00 khi tính khả năng chịu uốn kết cấu BTCT DƯL Ɏ= 0,90 khi tính khả năng chịu cắt, xoắn.
5.4.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng :
Trạng thái giới hạn sử dụng chỉ giới hạn về ứng suất, biến dạng và bề rộng vết nứt.
Các hệ số điều chỉnh tải trọng có thể áp dụng (LRFD 1.3) : K
0 95
. . ,
D R I
K K K K t
K K
0 95
. . ,
D R I
K K K K
Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng :
Trong phần Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với gió có vận tốc 25m/s và với tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định và liên quan đến kiểm tra độ võng trong kết cấu thép, vỏ hầm ..., bề rộng vết nứt trong kết cấu bêtông cốt thép.
Hệ số tải trọng ( Bảng 3.4.1-1 ) : DŽi= 1,0.
Ứng suất giới hạn tạo thép ứng suất trước (Bảng 5.9.3-1) : Thép tự chùng thấp đã được sử dụng :
Cường độ phá hoại fpu = 1860 Mpa Giới hạn chảy fy= 0,9 fpu = 1674 Mpa Tại đầu kích fpj= 0,78fpu= 1451Mpa Sau khi truyền ứng suất fpt= 0,74fpu= 1376Mpa Trang thái giới han sử dungf = 0 80f = 1339Mpa
5.5 TÍNH DUYỆT TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ :
5.5.1 Nguyeân taéc chung :
Trạng thái giới hạn cường độ xem xét đảm bảo yêu cầu độ bền và độ ổn định.
Hệ số điều chỉnh tải trọng có thể áp dụng (LRFD 1.3) : Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng (LRFD 3.4.1).
Ví dụ : Trạng thái giới hạn cường độ I :
Tổ hợp tải trọng cơ bản của xe sử dụng thông thường của cầu không xét đến gió.
Hệ số tải trọng ( Bảng 3.4.1-1 ) :
DŽAS = 1,5 lớp phủ mặt cầu ( asphalt).
DŽDC= 1,25 các cấu kiện và bộ phận liên quan.
DŽLL= 1,75 hoạt tải ( TTGH cường độ I ).
Tổ hợp tải trọng :
0 948 0 95 0 950
. . , , ,
D R I
K K K K o K
^ ASAS DCDC 1 75, LL`
) J J
Hệ số sức kháng): lấy theo mục 2.4.4.1.
Đối với kết cấu ứng suất trước một phần chịu uốn và kéo hoặc không kéo, giá trị)có thể lấy theo :
)= 0,90 + 0,1(PPR) (5.3)
Với :
As- diện tích cốt thép thường, mm2 Aps- diện tích cốt thép ứng suất trước, mm2 fy- giới hạn chảy cốt thép, MPa
fpy- giới hạn chảy thép ứng suất trước, MPa 5.5.2 Thieát keá choáng uoán :
Khả năng chịu tải của kết cấu dầm BTCT ƯST theo cường độ chịu uốn sẽ được xác định theo công thức :
Mrd )Mn
PS PY
PS PY S Y
A f PPR A f A f
Quan hệ tự nhiên giữa ứng suất bêtông chịu nén và ứng biến có thể coi như một khối hình chữ nhật tương đương, cạnh bằng 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 a = ò1c. Khoảng cỏch c phải tớnh vuụng gúc với trục trung hũa. Hệ số ò1 cú thể lấy bằng 0,85 khi cường độ bờtụng khụng vượt quỏ = 28Mpa, ngược lại ò1 có thể giảm ở mức 0,05 cho mỗi 7Mpa vượt quá 28Mpa nhưng không nhỏ hơn 0,65.
Cường độ mômen tính toán ( Theo LRFD 5.7.3.2.2-1 ) :
(5.5)
Với cốt thép DƯL dính bám với bêtông ( LRFD 5.7.3.
1.1-4 ) :
(5.6)
2 2 2
n ps ps p s y s s y s
a a a
M ưA f Đd ã A f Đd ã A fc cĐdc ãẵ
) )đ ă á ă á ă áắ
â ạ â ạ â ạ
¯ ¿
0 85, 1
ps pu s y s y pu
c ps
p
A f A f A f
c f
f b kA d c c
E c
fcc
trong đó : fy- cường độ chảy cốt thép thường khi chịu kéo fPS - ứng suất trung bình trong thép ứng suất trước thời điểm đạt sức kháng danh định
c- khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm cuỷa tieỏt dieọn
dp- khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm cốt thép ứng suất trước.
ds- khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm cốt thép thường chịu kéo.
- khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trọng tâm cốt thép thường chịu nén.
hf - chiều cao cánh chịu nén.
a - chiều cao khối ứng suất tương đương ứng suất trung bình trong tao cáp ứng suất trướcfps.
dcs
Đối với mặt cắt hình chữ nhật, ứng suất do tạo ứng suất trước sau mất mátfpekhông nhỏ hơn 0,5fpu, ứng suất trung bình trong thép ứng suất trước fps có thể lấy như sau ( LRFD 5.7.3.1.1-1 ) : fps=fpu(1 –k.c/dp) < fpu= 1860Mpa trong đó : k = 2(1,04 –fpy/fpu) (5.7)
• Lượng cốt thép tối đa : Lượng thép ứng suất trước và không ứng suất trước tối đa phải được giới hạn sao cho :
d0,42 (5.8)
trong đó :
(5.9)
ở đây : de - chiều cao làm việc tương ứng từ thớ chịu nén xa nhất tới trọng tâmlực kéo trong cốt thép chịu kéo, mm
Sức kháng uốn danh định cho mặt cắt quá nhiều cốt thép với tỷ lệ ứng suất trước một phần lớn hơn 50% có theồ tớnh theo :
(5 10)
e
c d
PS PY P S Y S e
PS PY S Y
A f d A f d
d A f A f
2 2
0 36 0 08 1
( , , )
n c e
M E E f bdc
• Lượng cốt thép tối thiểu :
Bất kỳ một mặt cắt nào của cấu kiện chịu uốn, lượng thép ứng suất trước và cốt thép thường phải đủ để phát triển sức kháng uốn tính toánMr, ít nhất bằng 1,2 lần cường độ nứt, được xác định trên cơ sở sự phân bố đàn hồi của ứng suất và cường độ chịu kéo khi uốnfrcủa beâtoâng :
Mr =)Mnt1,2Mcr (5.11)
Mcr= (fr+fpe)Sc–MDL(Sc/Sb– 1) (5.12) trong đó : Mcr- cường độ nứt
Sc- mômen tĩnh mặt cắt liên hợp đối với thớ xa nhất của mặt cắt.
Sb - mômen tĩnh mặt cắt không liên hợp đối với thớ xa nhất của mặt cắt.
MDL- mômen do tĩnh tải mặt cắt không liên hợp.
fr- cường độ chịu kéo khi uốn của bêtông.