Phần 13: Chế tạo cầu thép
VIII. Tiết diện hình hộp biến dạng theo hình thoi
15.1.3.1. Tải trọng tính toán
Điều 2.1 Quy trình thiết kế các công trình và thiết bị phụ trợ thi công quy định tải trọng như bảng 18-1
Thứ tự Tên tải trọng và lực tác động
1 Trọng lượng bản thân của công trình phụ trợ
2 áp lực do trọng lượng của đất 3 áp lực thuỷ tĩnh của nước
4 áp lực thuỷ động của nước (bao gồm cả sóng )
5 Tác dụng của việc điều chỉnh nhân tạo các ứng lực trong các công trình phụ trợ 6
Những tác động bởi các kết cấu được xây dựng (lắp ráp, đổ bêtông hoặc được di chuyển) tải trọng gió, tải trọng cần cẩu và trọng lượng của các thiết bị đặt ở kết cÊu
7 Trọng lượng của giá búa, của các thiết bị lắp ráp (hoặc thiết bị nâng tải) và của các thiết bị vận tải
8 Trọng lượng của người dụng cụ, các thiết bị nhỏ
9 Lực ma sát khi di chuyển kết cấu nhịp, máy móc và các kết cấu khác 10 Lực quán tính nằm ngang của cần cẩu, giá búa xe ô tô
11 Tải trọng do đổ và đầm chấn động hỗn hợp BT
12 Lực tác dụng của kích khi điều chỉnh ứng suất hoặc điều chỉnh vị trí và độ vồng cấu tạo của những kết cấu lắp ráp. Lực tác dụng do căng cốt thép dự ứng lực 13 ứng lực bên do sự xiên lệch của con lăn hoặc do đường trượt không song song
hoặc độ lệch của chân cần cẩu 14 Lực tác dụng do lún của đất 15 Tải trọng gió
16 Tải trọng do sự va đập của tàu và hệ nổi 17 Tải trọng do gỗ và cây trôi
18 Tải trọng do sự va chạm của ô tô
19 Tải trọng do sự thay đổi nhiệt độ
20 Khi tính công trình phụ trợ không tính tải trọng động đất
Tải trọng tính toán được xác định bằng tích của tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải n lấy theo bảng 18 -2
Hệ số vượt tải của tải trọng
Lực tác dụng và tải trọng tiêu chuẩn n
- Trọng lượng bản thân các kết cấu của công trình phụ trợ KÕt cÊu lu©n chuyÓn
Kết cấu không luân chuyển
1.2 và 0.9 1.1 và 0.9
- áp lực thẳng đứng do trọng lượng đất 1.2 và 0.9
- áp lực ngang của đất 1.2 và 0.9
- áp lực thuỷ tĩnh của nước 1
- áp lực thủy động của nước 1.2 và 0.75
- Lực tác dụng do điều chỉnh nhân tạo ứng lực trong các công trình phụ trợ 1.3 và 0.8 - Trọng lượng của các kết cấuđang được xây dựng (được lắp ráp, đổ BT,
hoặc được lao lắp)
1.1 và 0.9 - Trọng lượng của các vật liệu xây dựng và lớp giữ nhiệt của ván khuôn 1.3 và 1 - Trọng lượng của giá búa và các thiết bị lắp ráp (cẩu) và các phương tiện
vËn chuyÓn
1.1 và 1 - Trọng lượng người dụng cụ, các thiết bị nhẹ 1.2 và 1
- Lực ma sát khi di chuyển kết cấu nhịp và các vật khác
+ Trên bàn trượt (giá trượt) 1.3 và 1
+ Trên con lăn 1.3 và 1
+ Trên xe goòng (bộ chạy) + Trên thiết bị trượt bằng pôlyme - Tải trọng do đổ và đầm hỗn hợp BT - Lực quán tính của cần cẩu giá búa ôtô
- Lực tác dụng của kích khi điều chỉnh ứng suất hoặc điều chỉnh vị trí và độ vồng cấu tạo của những kết cấu lắp ráp
Khi dùng kích răng Khi dùng kích thuỷ lực
- Lực ngang do sự cong lệch của con lăn hoặc do sự không song song của
®êng l¨n - Tải trọng gió
- Tải trọng do sự va đập của tàu, các phương tiện nổi - Tải trọng do sự va chạm của cây trôi
- Tải trọng do sự và chạm của ô tô
a/. Trọng lượng bản thân của các công trình phụ trợ xác định theo bảng thống kê vật liệu trong thiết kế. Việc phân bố của tải trọng do trọng lượng bản thân lấy như sau:
- Trong ván lát, trong dầm ngang, dầm dọc... và trong các cấu kiện thẳng khác lấy theo phân bố đều theo chiều dài kết cấu nếu như mức độ không đều thực tế không vựơt quá 10% trị sè trung b×nh.
- Trong các cột đứng của đà giáo, trụ tạm, cầu cạn cho cần cẩu... dùng để đỡ kết cấu thì tải trọng được coi là phân bố đều giữa tất cả các cột đứng của khung hay trụ.
- Trong những kết cấu khác thì tải trọng được phân bố theo trọng lượng thực tế của tứng bộ phận riêng biệt của nó.
b/. áp lực thẳng đứng do trọng lượng của đất p = g H Trong đó : g - Trọng lượng riêng của đất (T/m3)
H - Chiều dày tính toán của lớp đất (m)
c/. áp lực thuỷ tĩnh của nước đối với các bộ phận công trình và đất nằm dưới mặt nước hoặc thấp hơn mực nước ngầm trong đất được tính bằng cách giảm trọng lượng của bộ phận công trình đó và đưa vào tính toán áp lực ngang của nước và áp lực nước với mặt đáy kết cấu.
áp lực của nước theo phương bất kỳ
P = γ H Trong đó : γ - Trọng lượng riêng của nước ( T/m3)
H - chiều cao tính toán của nước ( m) d/. áp lực thuỷ động (tính bằng kG) :
Nd = Nn + Ns Trong đó :
Nn = 50ϕ0FV2
Ns = f SV2 Trong đó:
Nn - áp lực của nước ( kG) lên những bộ phận nằm dưới nước;
Ns - Lực ma sát lên bề mặt vật nổi ( kG)
V - Tốc độ (m/s). Với kết cấu không di động v là vận tốc trung bình của dòng nước. Với kết cấu di động thì V là tốc độ tương đối của dòng nước với vật nổi;
j0 - Hệ số xét đến hình dạng của vật thể ngập nước dạng mũi nhọn hay lượn tròn trên mặt bằng j0 = 0.75, dạng chữ nhật j0 = 1;
F - Diện tích cản nước (m2)
f - Hệ số đặc trưng cho ma sát của nước với bộ phận ngập nước, với bề mặt kim loại f = 0.17, gỗ f = 0.25, bê tông f = 0.2
S - Diện tích bề mặt ma sát ( m2) - Đối với phao và sà lan
S = L ( 2t+B)
- Đối với các loại thùng chụp, hộp không đáy F = [ H + (0.5 ÷ 1)] B S = L[ 2 (H + 0.5 ÷ 1) + B]
t - độ chìm của hệ phao hay sà lan (m) H - Chiều sâu nước ở chỗ hạ thùng chụp (m) B - bề rộng hệ phao, sà lan, thùng chụp ( m) L - Chiều dài hệ phao, sà lan, thùng chụp (m)
Khi v > 2m/s thì phải tính đến độ dềnh của mực nước H ở vị trí công trình
∆H = g v 2
2
Tải trọng do sóng tính với cường độ sóng 0.03 T/m khi sông rộng dưới 300m và 0.12 T/m khi sông rộng 500m.
e./ Tải trọng thẳng đứng của kết cấu cầu đang thi công cũng như của vật liệu xây dựng, hay các vật thể khác xác định theo bảng thống kê vật liệu
Khi đặt một số (nhiều hơn 2 dầm dọc, hàng chồng nề lắp ráp...) theo phương ngang thì tải trọng do kết cấu xây dựng lấy là phân bố đều theo phương ngang nếu độ cứng chống xoắn của chúng lớn hơn độ cứng chống xoắn của công trình phụ trợ.
Trọng lượng của các bộ phận và vật nặng (trừ bêtông) được điều chỉnh hoặc đặt bằng cần cẩu lên công trình phụ trợ tính với hệ số xung kích 1.1
Giá búa lấy hệ số xung kích 1.1; búa lấy là 1.2 g./ Tải trọng của người, dụng cụ, thiết bị nhỏ
- Tác dụng thẳng đứng, phân bố đều với cường độ 250 kg/m2 khi tính các tấm ván khuôn, ván lát sàn đà giáo thi công lối đi, đường bộ hành hoặc các bộ phận trực tiếp chống đỡ chúng.
- Tải trọng thẳng đứng phân bố đều với cường độ 200 kg/m2 khi tính đà giáo thi công, trụ tạm, cầu tạm có chiều dài phần đặt tải bé hơn 60m, cường độ 100 kg/m2 khi chiều dài phần đặt tải lớn hơn hay bằng 60m.
- Tải trọng 75kg/m2 đối với sự chất tải của kết cấu nhịp lắp ghép không có đường bộ hành (khi xác định lực lên các trụ tạm).
- Tải trọng nằm ngang tập trung 70kg đặt ở điểm giữa cột lan can hoặc đặt vào mỗi cột lan can.
- Những tấm ván khuôn và ván sàn đà giáo, bậc cầu thang và các kết cấu trực tiếp chống đỡ chúng khi chưa nêu ở trên được kiểm tra với tải trọng tập trung 130kg. Khi bề rộng của tấm ván nhỏ hơn 15cm thì phần tải trọng đó cho hai tấm ván kề nhau (với điều kiện chúng được ghép với nhau bằng những thanh ngang). Tải trọng tính móc treo thang 200kg. Sàn treo thi công dùng cho một người 120kg, dùng cho hai người 250kg.
h./ Trị số lực ma sát khi dịch chuyển kết cấu nhịp theo mặt phẳng nằm ngang tính như sau:
- Khi di chuyển theo đường ray trên tấm lót hoặc trên nền bêtông, đất cứng, gỗ:
N = f1P
- Khi di chuyển theo đường ray trên con lăn:
N =
1 2
R P f
- Khi di chuyển theo đường ray trên con lăn có ổ trục bạc
N = ( 2 3 )
2
r f K R f
P =
- Trường hợp có ổ trục bi
N = ( 2 4 )
2
r f K R f
P =
- Khi di chuyển bằng thiết bị trượt bằng polime : N = f5 P K
Trong đó :
P : Tải trọng tiêu chuẩn của kết cấu di chuyển ( T) f1 : Hệ số ma sát trượt lấy theo bảng
Bảng 15.1.3. Hệ số ma sát trượt
Vật liệu làm đường trượt Hệ số ma sát (f)
Để khô Bôi mỡ Thép với thép (áp lực ≤ 10kN/cm2) 0.15 0.11 Thép với thép (áp lực ≤ 10kN/cm2) 0.25 0.12
Gỗ với thép 0.60
Gỗ với gỗ 0.62 0.11
f2 : Hệ số ma sát lăn,
Khi ®êng kÝnh con l¨n ≤ 300mm : f2 = 0.04, Khi ®êng kÝnh con l¨n 400 ÷ 500mm : f2 = 0.05, Khi ®êng kÝnh con l¨n 600 ÷700mm : f2 = 0.08,
Khi ®êng kÝnh con l¨n 800mm : f2 = 0.1, Khi ®êng kÝnh con l¨n 900 ÷ 1000mm : f2 = 0.12.
f3 : Hệ số ma sát trượt trong ổ trục bạc, f2 = 0.05 đến 0.1;
f4 : Hệ số ma sát lăn trong ổ trục, f4 = 0.02 cm;
f5 : Hệ số ma sát trượt của mặt trượt bằng polyme;
R1 : Bán kính con lăn (cm) R2 : Bán kính bánh xe (cm)
K : Hệ số xét đến ảnh hưởng sự lồ lõm cục bộ của đường ray... K = 2; trên tấm chất dẻo K
=1.5;
r : Bán kính trục bánh xe
i./ Lực quán tính ngang theo phương dọc đường di chuyển của cần cầu giá búa, lấy bằng 0.08 trọng lượng bản thân của bộ phận và đặt trọng tâm của các bộ phân đó
k./ Tải trọng do đổ và đầm hỗn hợp bêtông được lấy như sau:
- Tải trọng thẳng đứng do đầm chấn động lấy bằng 200 kg/m2 tác dụng lên bề mặt nằm ngang của ván khuôn.
- Tải trọng nằm ngang tác dụng lên mặt ván khuôn đứng lấy theo điều 2-14 quy trình 22TCN-200-89.
l./ ứng lực bên (H) do sự cong lệch của con lăn, do sự xê dịch ngang của kết cấu đang lao lắp và do sự không song song của đường lăn được xác định theo :
- Khi lao trên cầu tạm có bộ chạy, một đầu kết cấu nhịp có giá kê di động H = 0.015 P
- Như trên nhưng có thiết bị tựa cố định ở cả hai đầu kết cấu nhịp : H = 0.15 P
- Khi lao dọc tren con lăn H = 0.03P - Khi lao bằng thiết bị trượt polyme
H = 0.015P Trong đó :
P : Tải trọng tiêu chuẩn của kết cấu lao lắp;
Lực H tính ở trên chỉ áp dụng khi tính các kết cấu chống đõ, các chi tiết liên kết chúng, các dầm dọc đường lăn, trụ đỡ đường lăn có chiều cao nhỏ hơn 1m,
Khi tính toán trụ của đường lăn có chiều cao lớn hơn 1m và nên của chúng lực bên lấy bằng 50% giá trị tính theo các công thức trên.
m./ Tải trọng gió tiêu chuẩn ( kg/m2) thẳng góc với bề mặt tính toán của các công trình phụ trợ, các thiết bị lắp ráp, kết cấu tính theo công thức:
q = q0. k.c Trong đó :
q0 : áp suất gió động ( kg/m2) lấy như sau : c : Hệ số khí động lấy theo bảng 15.1.4
k : Hệ số xét đến chiều cao (được tính riêng cho từng bộ phận của công trình ứng với từng chiều cao của nó), lấy theo bảng 15.1.5
Bảng 15.1.4. Hệ số khí động c
Tên của các bộ phận Hệ số c
* Ván khuôn và những bộ phận tương tự hợp thành trong mặt phằng ngang
+0.8 ÷ - 0.6
* Những cấu kiện đặc có tiết diện chắn gió chữ nhật 1.4
* Những bộ phận có tiết diện tròn và kết cấu dàn 1.2
* Hệ dây treo và dây chằng 1.1
* Tàu keo, sà lan và tàu thuỷ 1.4 (theo phương ngang)
0.8 ( theo phương dọc )
* Hệ phao 1.4
* Những bề mặt nằm ngang ( vùng hút gió ra) -0.4 Bảng 15.1.5. Hệ số K
Chiều cao công trình kể từ mặt nước mùa cạn
(Điểm thấp nhất của lòng sông cạn ) (m) 10 20 40 100 Hệ số k tính đến sự thay đổi áp lực gió theo
chiều cao đôi với sự phân vùng khác nhau
A 1 1.25 1.55 2.1
B 0.65 0.9 1.20 1.80
Ghi chú: Vùng thuộc loại A : Bãi hoang, hồ;
Vùng thuộc loại B : Các vùng còn lại như thành phố, khu rừng có chiều cao cản gió lớn hơn 10 m.
- Khi tốc độ gió lúc thi công phải hạn chế để đảm bảo an toàn thì áp suất gió lấy như sau:
v < 10 m/s th× lÊy 9 kg/m2; v < 13 m/s th× lÊy 18 kg/m2
- Diện tích chắn gió là diện tích hình chiếu các bộ phận công trình lên mặt phẳng vuông góc với hướng gió. Đối với những bộ phận kiểu dàn diện tích tính toán là diện tích thẳng góc nhân với hệ số ϕ.
Hệ số ϕ lấy như sau :
Với dàn : dàn thứ nhất ϕ = 0.2;
dàn thứ hai về sau : ϕ = 0.15
Tháp dàn hình lưới và tay vươn của cẩu ϕ = 0.8
Kết cấu bằng thanh vạn năng YUKM khi có hai mặt phẳng dàn ϕ = 0.6 khi có bốn mặt phẳng dàn ϕ = 1
- Lực gío dọc ( nằm ngang) tác dụng lên dàn lấy bằng 60% và lực gío dọc tác dụng lên dầm lấy bằng 20% lực gió tiêu chuẩn theo hướng ngang.
n./ Tải trọng và đập do tầu thuyển và hệ nổi tác dụng lên công trình phụ trợ hoặc kết cấu bảo vệ chúng
- Do tàu thuyền trên sóng lấy theo bảng 15.1.6
Bảng 15.1.6. Tải trọng va đập Cấp của đường
sông
Tải trọng do va đập của tàu thuyền (Tấn)
Theo phương dọc tim cầu từ phía Theo phương ngang cầu từ phía Thông
thuyÒn
Không thông thuyÒn
Thương lưu Hạ và thượng lưu khi nước lặng
I 100 50 125 100
II 70 40 90 70
III 65 35 80 65
IV 55 30 70 55
V 25 15 30 25
VI 15 10 20 15
VII 10 5 15 10
Chú ý : Bảng 15.1.6 lấy theo quy định của nước ngoài, khi tính nếu nước ta đã có bảng thì
chuyển đổi tương đương cấp sông hoặc lấy trực tiếp:
- Do hệ nổi phục vụ thi công. Khi va chạm vào công trình sẽ phát sinh ra lực nằm ngang theo hướng ngang Hx và lực dọc Hy ( tính bằng tấn);
Hx xác định từ phương trình cân bằng năng lượng biến dạng công trình và động năng va chạm :
0.7 g
eD k
Hx v 2
2
2 =
Trong đó :
D - Trọng lượng khối nước do tàu choán chỗ ( T)
v - Thành phần thằng góc của vận tốc tàu, lấy bằng 0.2 m/s
e - Hệ số xét đến sự hấp thụ động năng của tàu lấy bằng 0.45 đối với công trình trên móng cọc;
k - Hệ số độ cứng của công trình, có thể lấy k = 200 T/m;
Hy tính toán theo công thức :
Hy = f Hx
f - Hệ số ma sát, khi mặt của công trình phụ tạm là bê tông hay cao su f = 0.5, khi là gỗ f = 0.4
Tải trọng va đập của tàu thuyền coi như đặt ở giữa chiều dài hay chiều rộng của công trình ở cao độ mực nước thi công, trừ trường hợp có phần nhô ra ở cao độ thấp hơn hay bằng mực nước thi công tải trọng va đập đặt ở đó.
p./ Tải trọng va đập do ô tô. Khi bố trí trụ đà giáo trong phạm vi đường xe chạy thì lực ngang do va chạm của ôtô lấy bằng 20 tấn với điều kiện hạn chế tốc độ xe chạy dưới 25 km/h.
Lực này đặt ở chiều cao 1 m trên mặt đường xe chạy.
q - Tải trọng va chạm gỗ trôi. Tải trọng này được xác định như sau:
Do một cây gỗ trôi:
H = 1.5 V2 ( TÊn) Trong đó : V - Vận tốc dòng nước ( m/s) - Do ùn tắc gỗ :
H = B.L.104 ( 1.5V2 + q) Trong đó : B.L - Chiều dài và rộng ùn tắc (m);
V - Vận tốc dòng nước (m/s) q - Cường độ gió tính toán
15.1.4. Tính toán các công trình phụ tạm phục vụ cho xây dựng cầu thÐp