CHƯƠNG 2: CÁC KẾT CẤU VÀ THIẾT BỊ PHỤ TRỢ TRÊN CẦU Cấu tạo gối cầu
3.6. TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU
Hoạt tải – tải trọng tức thời Tổ hợp của các tải trọng thiết kế và
các tác động do hoạt tải
Tĩnh tải – tải trọng thường xuyên
Tĩnh tải bao gồm: trọng lượng của tất cả bộ phận kết cấu của kết cấu, bộ phận kết cấu công trình, trọng lượng mặt cầu, trọng lượng đất phủ, dự phòng phủ bù và mở rộng, áp lực đất, tải trọng phục vụ thi công trên đất, tải trọng ma sát âm
DD = tải trọng kéo xuống (xét hiện tượng ma sát âm).
DC = tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bị phụ phi kết cấu.
DW = tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích công cộng.
EH = tải trọng áp lực đất nằm ngang.
EL = các hiệu ứng bị hãm tích luỹ do phương pháp thi công.
ES = tải trọng đất chất thêm.
EV = áp lực thẳng đứng do tự trọng đất đắp
BR= lực hãm xe.
CE= lực ly tâm.
CR= từ biến.
CT= lực va xe.
CV= lực va tầu.
EQ= động đất.
FR= ma sát.
IM= lực xung kích (lực động ) của xe.
LL= hoạt tải xe.
LS= hoạt tải chất thêm.
PL= tải trọng người đi
SE= lún.
SH= co ngót.
TG= gradien nhiệt.
TU= nhiệt độ đều.
WA= tải trọng nước và áp lực dòng chảy.
WL= gió trên hoạt tải.
WS= tải trọng gió trên kết cấu
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Hoạt tải thiết kế
Hoạt tải xe ôtô thiết kế
Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 sẽ gồm một tổ hợp của:
Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế, và tải trọng làn thiết kế
35 kN 145 kN 145 kN
4300 mm 4300 mm tí i 900mm mmm
600 mm nãi chung
300mm mút thừa của mặt cầu
Làn thiết kế 3500 mm
Đặc trưng của xe tải thiết kế
Xe hai trục thiết kế
Xe hai trục gồm một cặp trục 110.000N cách nhau 1200mm. Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800mm.
Tải trọng làn thiết kế
Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3N/mm phân bố đều theo chiều dọc. Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm. Ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Số làn xe thiết kế
Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây w là bề rộng khoảng trốngcủa lòng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn, đơn vị là mm. Cần xét đến khả năng thay đổi trong tương lai về vật lý hoặc chức năng của bề rộng trống của lòng đường của cầu.
Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn giao thông và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thông.
Lòng đường rộng từ 6000mm đến 7200mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng lòng đường.
Lực ly tâm
Lực ly tâm được lấy bằng tích số của các trọng lượng trục của xe tải hoặc xe hai trục với các hệ số theo qui định.
Lực hãm
Lực hãm lấy bằng 25% trọng lượng các trục xe tải hoặc xe hai trục thiết kế được tính đồng thời cho tất cả các làn thiết kế theo các hệ số làn qui định và coi như các là đi cùng một chiều.
Lực va của xe và tầu hoả vào kết cấu
Đối với các mố trụ nằm trong phạm vi cách mép lòng đường ô tô 9000 mm hoặc cách tim đường sắt không quá 15000 mm phải thiết kế lực va tương đương 1.800.000N tác động theo bất kỳ hướng nào trong mặt phẳng nằm ngang, cách mặt đất 1200 mm
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Tải trọng nước
a. Mực nước thiết kế trong trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng phải tương ứng với mức lũ thiết kế cho xói. Mực nước thiết kế cho trạng thái giới hạn đặc biệt phải tương ứng với mức lũ kiểm tra xói.
b. Lực đẩy nổi của nước là một lực đẩy hướng lên trên được lấy bằng tổng của các thành phần thẳng đứng của áp lực tĩnh tác động lên tất cả các bộ phận nằm dưới mức nước thiết kế.
c. Tác động của sóng lên kết cấu được xét cho những kết cấu lộ ra khi sự phát triển của lực sóng lớn có thể xuất hiện.
d. Sự biến đổi trong móng do tác động của trạng thái giới hạn xói phải được xem xét ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng. Nhưng hậu quả của sự thoặc đổi điều kiện của móng do tác động của lũ kiểm tra xói cầu phải được xem xét trong trạng thái giới hạn đặc biệt
Các tải trọng khác như tải trọng gió, tải trọng động đất...
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
•Hệ số tải trọng thi công kết cấu công trình không được lấy nhỏ hơn 1,25.
•Hệ số tải trọng xung kích của các thiết bị thi công không được lấy nhỏ hơn 1,5.
•Hệ số tải trọng gió không được lấy nhỏ hơn 1,25.
•Hệ số tải trọng khác phải lấy bằng 1,0.
•Lực kích thiết kế trong khai thác không được nhỏ hơn 1,3 lần phản lực gối liền kề với điểm kích do tải trọng thường xuyên gây ra.
Lực thiết kế đối với vùng neo kéo sau phải lấy bằng 1,2 lần lực kích lớn nhất.
Hệ số tải trọng khi thiết kế
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Các tổ hợp tải trọng khi thiết kế
Trạng thái giới hạn cường độ I: Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn của cầu không xét đến gió.
Trạng thái giới hạn cường độ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt quá 25m/s.
Trạng thái giới hạn cường độ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn của cầu với gió có vận tốc 25m/s.
Trạng thái giới hạn đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến động đất, lực va của tầu thuyền và xe cộ, và một số hiện tượng thuỷ lực với hoạt tải đã chiết giảm khác với khi là một phần của tải trọng xe va xô, CT.
Trạng thái giới hạn sử dụng: Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định. Dùng để kiểm tra độ võng, bề rộng vết nứt trong kết cấu BTCT và BTCT dự ứng lực, sự chảy dẻo của kết cấu thép và trượt của các liên kết có nguy cơ trượt do tác động của hoạt tải xe. Tổ hợp trọng tải này cũng cần được dùng để khảo sát ổn định mái dốc.
Trạng thái giới hạn mỏi: Tổ hợp tải trọng gây mỏi và đứt gẫy liên quan đến hoạt tải xe cộ trùng phục và xung kích dưới tác động của một xe tải đơn chiếc có cự ly trục được qui định của Tiêu chuẩn thiết kế cầu hiên hành
111 Bộ môn Công trình Giao thông Thành phố và Công trình Thủy
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng
Tổ hợptải trọng DC LL TU Cùng một lúc chỉ dùng
DD IM WA WS WL FR CR TG SE mét trong
DW CE SH các tải
trọng Trạng thái EH BR
giới hạn EV PL EQ IC CT CV
ES LS
C ờng độ I gp 1.75 1.00 - - 1.00 0.5/1.2
0 gTG gSE - - - -
C ờng độ II gp 1.35 1.00 - - 1.00 0.5/1.2
0 gTG gSE - - - -
C ờng độ III gp - 1.00 1.40 - 1.00 0.5/1.2
0 gTG gSE - - - -
C ờng độ IV gp
chỉ có EH,EV,
ES,DW và DC 1.5 - 1.00 - - 1.00 0.5/1.2
0 - - - - - -
C ờng độ V gp 1.35 1.00 0.40 0.40 1.00 0.5/1.2
0 gTG gSE - - - -
Đặc biệt I gp geq 1.00 - - 1.00 - 1.00 - - -
Đặc biệt II gp 0.50 1.00 - - 1.00 - - 1.00 1.00 1.00
Sử dụng I 1.00 1.00 1.00 0.30 0.30 1.00 1.00/1.
20 gTG gSE - - - -
Sử dụng II 1.00 1.30 1.00 - - 1.00 1.00/1.
20 - - - - - -
Sử dụng III 1.00 0.80 1.00 - - 1.00 1.00/1.
20 gTG gSE - - - -
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Tác động của hoạt tải xe thiết kế
Ứng lực của hoạt tải xe thiết kế phải bằng giá trị lớn hơn của các trường hợp sau:
•Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế;
•Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thoặc được đổi tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế.
Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí theo chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:
•300mm (tính từ mép đá vỉa hoặc lan can) khi thiết kế bản hẫng;
600mm (tính từ mép làn xe thiết kế) khi thiết kế các bộ phận khác
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Hệ số làn xe
Số làn xe Hệ Số làn (m)
1 1,20
2 1,00
3 0,85
> 3 0,65
Bộ phận kết cấu Lực xung kích Mối nối bản mặt cầu
Tất cả các trạng thái giới hạn
75%
Tất cả các bộ phận kết cấu khác
Trạng thái giới hạn mỏi và giòn
Tất cả các trạng thái giới hạn khác
15%
25%
Lực xung kích
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Tính toán mố trụ và tường chắn theo các trạng thái giới hạn
a.Phải nghiên cứu việc áp dụng các tổ hợp tải trọng thích hợp trong phân tích, tính toán kết cấu. Tất cả các hệ số sức kháng đều phải lấy là 1,0 khi nghiên cứu trạng thái giới hạn đặc biệt.
b. Phải áp dụng các qui định về áp lực đất của Quy chuẩn này. Khi tính toán về độ ổn định, các tải trọng đất phải được nhân với các hệ số tải trọng lớn nhất hoặc nhỏ nhất.
c. Các kết cấu mố liền khối phải tính toán thiết kế đảm bảo khả năng chống biến dạng từ biến, co ngót và nhiệt của kết cấu phần trên.
d. Phải đánh giá độ ổn định chung đối với tất cảc loại tường (tường chắn, tường chắn mái dốc và móng đặt trên nền đất hoặc nền đá) theo phương pháp phân tích cân bằng giới hạn.
đ. Phải đánh giá ảnh hưởng của xói mòn đối với móng khi thiết kế các tường xây dựng dọc theo các sông và suối. Khi tiên liệu các điều kiện có thể xảy ra phải đưa vào thiết kế đầy đủ các biện pháp bảo vệ tương ứng.
Độ dốc thuỷ lực không được vượt quá các chỉ số sau:
•Với đất bùn và đất dính: 0,20
•Với các loại đất không dính khác: 0,30
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Cấu tạo mố trụ và tường chắn
a. Các kết cấu móng, mố trụ và kết cấu tường chắn phải được tính toán xác định kích thước bằng các phương pháp thích hợp.
b. Chiều dài tường bản cánh phải được tính toán theo mái dốc yêu cầu của đường bộ.
Các tường bản cánh phải có chiều dài đủ để chắn nền đắp đường bộ và để bảo vệ chống xói.
c. Phải xem xét các biện pháp tạo khe co dãn để đảm bảo sự co và giãn của các tường bê tông.
d. Các chỉ tiêu chuyển vị chấp nhận đối với tường chắn phải dựa v ào đặc điểm, loại hình, tuổi thọ dự kiến và hậu quả của chuyển vị vượt quá qui định cho phép.
đ. Các mố và tường chắn phải xác định kích thước đảm bảo độ ổn định, khả năng chịu lực, chống lật và chống trượt.
e. Thiết kế bộ phận kết cấu của tường và các móng tường phải tuân theo các qui định về vật liệu bê tông hoặc thép của Quy chuẩn này
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Lan can cầu
a) Các hệ thống lan can mới phải được thiết kế phù hợp với yêu cầu chịu lực theo các tổ tải trọng qui định đối với công trình cầu. Trong trường hợp cần thiết phải thử nghiệm theo các tình huống đâm xe để xác định khả năng đáp ứng các yêu cầu về độ bền của kết cấu và cấu tạo hình học.
b) Trong tính toán của lan can theo trạng thái giới hạn cường độ phải sử dụng các tổ hợp tải trọng và hệ số sức kháng của các bộ phận kết cấu lan can theo qui định của Quy chuản này. Phải áp dụng trạng thái giới hạn cực hạn và các tổ hợp tải trọng tương ứng để tính toán khả năng chịu lực của lan can. Tác động và phân bố của lực thiết kế lan can phải phù hợp với qui định của Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.
Hoạt tải thiết kế đối với lan can đường người đi bộ phải là w = 0.37 N/mm, theo cả hai hướng ngang và thẳng đứng, tác động đồng thời trên từng cấu kiện hướng dọc. Bộ phận lan can phải được thiết kế với một tải trong tập trung 890 N theo hướng bất kỳ tại đỉnh lan can, tác động đồng thời với các tải trọng ở trên tại bất kỳ điểm nào.
Tải trọng thiết kế đối với hàng rào bằng dây xích phải là 7,2x10-4 MPa tác động thẳng góc lên trên toàn bộ bề mặt.
c) Kích thước điển hình của các bộ phận lan can được qui định cụ thể trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện hành.
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Khe co giãn và gối cầu
a) Các khe co giãn và các trụ đỡ của chúng phải được thiết kế để chịu được các hiệu ứng lực tính toán trên phạm vi tính toán của các chuyển động theo quy định của Quy chuẩn này.
b). Các khe co giãn mặt cầu và các gối phải được thiết kế để chịu các tải trọng và thích nghi với các chuyển vị ở trạng thái giới hạn sử dụng và cường độ và để thỏa mãn các yêu cầu của trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy. Những ảnh hưởng này phải xét đến trong tính toán các tải trọng thiết kế đối với các cấu kiện.
b) Trong thiết kế gối phải được xét các chuyển vị tịnh tiến, chuyển vị xoay theo hai trục nằm ngang và trục thẳng đứng dưới tác động của các tổ hợp tải trọng, hiệu ứng từ biến, co ngót, nhiệt độ và do sai lệch trong lắp ráp. Trong mọi trường hợp phải xem xét cả các hiệu ứng tức thời và lâu dài nhưng không bao gồm ảnh hưởng của xung kích.
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Việc thiết kế khe co giãn phải thỏ mãn các yêu cầu sau:
Bề mặt của khe co giãn chịu tác động trực tiếp của hoạt tải phải được xử lý chống trượt và chịu mài mòn cũng như tác động va đập của xe cộ.
Các bộ phận cơ học và chất dẻo của khe co giãn phải có cấu tạo đảm bảo sự thuận tiện cho việc thay thế.
Phải ưu tiên sử dụng các hệ mặt cầu và các kết cấu phần trên liên tục.
Cần tránh lắp đặt các khe co giãn mặt cầu vượt đường bộ, đường sắt, vỉa hè, các khu vực công cộng khác và ở điểm thấp của các đường cong lõm.
Các khe co giãn mặt cầu phải được thiết kế để thích ứng với các tác động của giao thông xe cộ và thiết bị bảo dưỡng mặt đường và sự hư hại lâu dài khác do môi trường gây ra.
Các khe co giãn trong các mặt cầu bê tông cần được bọc thép hình, thép hàn hoặc thép đúc.
Đối với các mặt đường của đường dẫn có khe co giãn phải làm các khe co giãn giảm nhẹ áp lực và các neo mặt đường
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU
Việc thiết kế các gối cầu phải thoả mãn các yêu cầu sau:
•Các gối cố định và có dẫn hướng phải được thiết kế để chịu tất cả các tải trọng tác động.
•Phải thiết kế các gối mở rộng và các bộ phận chống đỡ của chúng sao cho kết cấu có thể chịu được các chuyển động tương ứng với các chuyển vị do động đất được xác định theo các quy định trong Quy chuẩn này.
•Phải tính các lực ngang như các lực sinh ra do ma sát trượt, ma sát lăn hay biến dạng cắt của một cấu kiện dễ uốn trong gối.
•Phải áp dụng điều này cho việc phân tích, thiết kế và cấu tạo chi tiết đối với các gối cho phù hợp với các hiệu ứng của động đất.
•Phải áp dụng các quy định này bổ sung vào mọi yêu cầu trong các quy định hiện hành khác.
•Phải thiết kế gối phù hợp với đáp ứng động đất dự kiến của toàn bộ hệ thống cầu.
•Các kích thước của gối phải được chọn lựa có tính đến cả các ứng suất tiếp xúc và sự chuyển động của điểm tiếp xúc do sự lăn.
Mỗi bề mặt tiếp xúc cong riêng phải có một bán kính không đổi. Các gối với hơn một bề mặt cong phải đối xứng đối với đường nối các tâm của hai bề mặt cong của chúng.
Tất cả các phần thép bị nhô ra ngoài của gối không được làm bằng thép không gỉ thì phải được bảo vệ chống ăn mòn bằng cách phủ kẽm, mạ kẽm nóng hoặc sơn phủ được kỹ sư chấp nhận