Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu - Buổi 4 - Nguyễn Ngọc Tuyến

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu - Buổi 4 - Nguyễn Ngọc Tuyến

1. 8/24/2013 Áp lực đất (t.theo) (Hình 2 ‐ β ≠ 0) 143 Áp lực đất (t.theo) – Ghi chú: • φ = góc nộima sát của đất đắp; • θ = góc giữamặtphẳng tường chịuáplựcvàphương nằm ngang; • δ = góc ma sát giữa đấtvàvậtliệulàmtường; • β = góc nghiêng giữamặtphẳng đất đắpvàphương nằm ngang. 144 11
2. 8/24/2013 Áp lực đất (t.theo) – Áp lựcngangcủa nhiềuloại đất • Trường hợp đấtsaumố có nhiềulớpvớicácđặctrưng cơ lý khác nhau thì áp lực đấttínhnhư sau: 1 h ‐9 p1 = k1.γ1.g.h1(10 ) 2 p 1 ‐9 h p2 = p1 + k2.γ2.g.h2(10 ) p p = p + k .γ .g.h (10‐9) 2 3 2 3 3 3 3 h p 3 145 Áp lực đất (t.theo) – Áp lựcngangcủa đấttrướcmố: • Đất ở phía trướcmố cũng gây ra áp lựcnằmngangvề phía đường (chiềucaoH) • Trong tính toán có thể bỏ qua áp lựccủamáiđất đắp(để thiên về an toàn), chỉ xét đếntácdụng củaphần đấtnằm dướimặt đấttự nhiên (phầncóchiềucaoH1) 1 146 12
3. 8/24/2013 Áp lực đất (t.theo) – Tác dụng củanướcngập: Tổng áp lực= Áp lực đấtngậpnước + Áp lực đất Áp lựcnước ngậpnước Tổng áp lực Áp lựcnước 147 Áp lực đất (t.theo) – Áp lực đấttácdụng lên mố: • Nếu đấtngậpnướchoặccónướcngầm, áp lực đất được tính vớitrọng lượng đơnvị của đất đãtrừđẩynổi: ' 1  on 1  o Trong đó: • γo = trọng lượng riêng khô của đất(thường lấybằng 2.7 T/m3); • εo = hệ sốđộrỗng, bằng tỉ số giữathể tích phầnrỗng và thể tích phần đặccủamộtkhối đất; 3 • γn = trọng lượng đơnvị củanước(1 T/m ) 148 13
4. 8/24/2013 Áp lực đất (t.theo) – Áp lực đấttácdụng lên mố cột: • Đốivớimố có thân mố là mộthàngcột, bề rộng tính toán B củamố: BbB 2' c trong đó: b c • bc = bề rộng cột; 2b • B’ = khoảng cách giữa hai mép ngoài của hai cột ngoài cùng. 149 Áp lực đất (t.theo) – Xác định hợplựcvàđiểm đặthợplựccủaáplực đấttácdụng lên mố: • Lực đẩyngangcủa đấtbằng diệntíchcủabiểu đồ áp lực đất nhân vớibề rộng củamố. • Điểm đặtlựclàtrọng tâm củabiểu đồ áp lực đất (tuy nhiên, cầnlưuý rằng quy trình 22TCN‐272‐05 quy định điểm đặtlựccủabiểu đồ áp lựcdạng tam giác bằng 0.4H, vớiH là chiềucaobiểu đồ tam giác). • Nếumố có bề rộng thay đổi theo chiềucao? => Có thể chia biểu đồ áp lực đất ra thành các phần, chiềucaocủamỗi phầntương ứng vớimột đoạn thân mố có bề rộng không đổi. Sau đó, lực đẩy ngang của đấtcũng nhưđiểm đặtlựctương ứng sẽđượcxác định cho riêng từng phần đó. 150 14
5. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) • 4.1.2. Hoạttảichấtthêm Hoạttảichấtthêm ¸p lùc ®øng do ho¹t t¶i Lựctruyềnxuống từ kếtcấunhịp KCPT, LL+I E I J EQ, BR H D G X PH2 Ht P P2 V2 B F  PH1 P P +M K 0.5H 1 V1 +H  0.4Ht +V ACA1 QuyQuyướ −cdícấu (K K H Áp¸p lự lùccngang ngang A, EA)s t do hodoạ ho¹tttải t¶i 151 Áp lực đất (t.theo) – Theo điều 3.11.6.2, hoạttảichấtthêmphải đượcxétđếnkhi tảitrọng xe tác dụng trên mặt đất đắp trong phạmvi một đoạn bằng chiềucaotường ở phía sau mặttường. Sự tăng áp lực ngang do hoạttảichấtthêmđượctínhnhư sau: 9 pseqkgh   10 trong đó: • ∆p = áp lực đấtngangkhôngđổido tác dụng củahoạttảichất thêm phân bốđều(MPa); • k = hệ số áp lựcngangcủa đất 3 • γs = tỷ trọng của đất(kg/m) • g = hằng số trọng lực(g = 9.81 m/s2) • heq = chiềucaođấttương đương (mm) –trabảng 3.11.6.2‐1 152 15
6. 8/24/2013 Áp lực đất (t.theo) – Hoạttảichấtthêm: 153 Áp lực đất (t.theo) ¸p lùc ®øng do ho¹t t¶i KCPT, LL+I E I J EQ, BR H theo D ố ng dùng G 05 X ‐ PH2 Ht đươ P P2 V2 272 F B  P ‐ H1 ng P P +M K 0.5H 1 V1 ixesaum +H  TCN ả ươ 0.4H ‐ t tt +V ACA1 tt 22 ạ Quy −íc đấ (K K H ¸p lùc ngang A, EA)s t do ho¹t t¶i TCVN ucao ề thay cho ho Chi 154 16
7. 8/24/2013 Áp lực đất (t.theo) H heq (mm) 1700 1200 760 610 0 1500 3000 6000 9000 H (mm) 155 Áp lực đất (t.theo) – Chiềucaođấttương đương cho hoạttải(theo AASHTO 2004): Dùng để tính thân mố Dùng để tính tường cánh 156 17
8. 8/24/2013 Áp lực đất (t.theo) – Sơđồtính: các áp lực đấtvàphảnlựctácdụng lên mố. Hoạttảitương đương Trọng Trọng lượng lượng đất đất đắp đắp Áp lực đất Áp lực đất bịđộng pp chủđộng pa Ma sát Phảnlựcnền 157 Tính mố cầu (t.theo) • 4.1.3. Trọng lượng đất đắpvàtrọng lượng mố Hoạttảichấtthêm ¸p lùc ®øng do ho¹t t¶i Lựctruyềnxuống từ kếtcấunhịp KCPT, LL+I E I J EQ, BR H D G X PH2 Ht P P2 V2 B F  PH1 P P +M K 0.5H 1 V1 +H  0.4Ht +V ACA1 QuyQuyướ −cdícấu (K K H Áp¸p lự lùccngang ngang A, EA)s t do hodoạ ho¹tttải t¶i 158 18
9. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) –Trọng lượng đất đắp • Hợplựccủatảitrọng là trọng lượng của đất đắplấybằng tích số của“thể tích phần đất phía trên bệ mố” và “khối lượng riêng của đất”. • Điểm đặtcủahợplựcnằm ở trọng tâm khối đất đắp. • Trường hợp có nhiềulớp đất khác nhau (khốilượng riêng khác nhau) thì phảichia nhỏ khối đấttheocáclớp. –Trọng lượng củamố • Hợplựccủatảitrọng là trọng lượng bảnthânmố lấybằng tích số của“thể tích mố” và “khốilượng riêng củavậtliệu làm mố”. • Điểm đặtcủahợplựcnằm ở trọng tâm mố. 159 Tính mố cầu (t.theo) • 4.1.4. Các tảitrọng truyềntừ kếtcấunhịp – Hoạttảitrênkếtcấunhịptruyềnxuống mố: (LL+IM) • Tổ hợp(1): xe 3 trục+ tảitrọng làn • Tổ hợp(2): xe 2 trục+ tảitrọng làn 160 19
10. 8/24/2013 HoạttảiHL93 161 Tính mố cầu (t.theo) Ví dụ: Cho kếtcấunhịpcầudầm đơngiản. ‐ ChiềudàinhịptínhtoánLtt = 30m ‐ Bề rộng phầnxechạyB = 14.5m ‐ Hoạttải tác dụng: HL93 Yêu cầu: Xác phảnlựclớnnhấttạimố A do hoạttảiHL93 gây ra, theo TTGH cường độ I vớigiả thiếthệ sốđiềuchỉnh tảitrọng η = 1.05. A Ltt = 30 m Diện tích đ.a.h: A= 15m đ.a.h (VA) 1 14500 Số làn: nL nguyên 4 làn 3500 162 20
11. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) A Ltt = 30 m 145KN 145KN 35KN 9.3 KN/m Diện tích đ.a.h: Area = 15m đ.a.h (VA) 1 0.7133 0.8567 LL3TLàn  n L  m LL  P i y i 19.3 IM  Area LL3TLàn 1.05 4 0.65 1.75 145  1.8567  35 0.7133 1.25  9.3 15 2423 KN 163 Tính mố cầu (t.theo) 110KN 110KN 9.3 KN/m Diện tích đ.a.h: Area = 15m đ.a.h (VA) 1 0.96 LL2TLàn  n L  m LL  P i y i 19.3 IM  Area LL2TLàn 1.05 4 0.65 1.75 110  1 0.96 1.25  9.3 15 1954 KN LLHL93 max LL 3 TLàn ; LL 2 TLàn 2423 KN 164 21
12. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) – Tĩnh tảicủakếtcấunhịp(DC, DW) • Ví dụ lậpbảng tính tĩnh tải tác dụng lên mố: (Số dầmchủ) (Bề rộng cầu) (Dầmchủ) (Bảnmặtcầu) (Dầmngang) (Ván khuôn sàn) (Gờ chắn bánh) (Rào chắnvàphầnphụ) (Lớpphủ mặtcầu) (Tổng cộng) 165 Tính mố cầu (t.theo) – Lựchãm(BR) •Lực hãm được lấy bằng 25% tổng trọng lượng các trục của: –Xe tải thiết kế hoặc Xe 2 trục thiết kế • Các làn xe được giả thiết đi cùng một chiều •Các lực hãm được coi là tác dụng theo phương dọc cầu cách phía trên mặt đường 1.8m •Các lực hãm phải được tính cho cả 2 chiều theo phương dọc cầu để gây ra ứng lực lớn nhất. •Phải áp dụng hệ số làn quy định trong Điều 3.6.1.1.2 •Chỉ có Xe tải thiết kế và Xe 2 trục thiết kế là được xét tính lực hãm vì những xe khác đại diện bởi Tải trọng làn thiết kếđược mong đợi là hãm ngoài pha. 166 22
13. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) – Lực ly tâm (CE) •Lực ly tâm được lấy bằng tích số của các Trọng lượng trục của: Xe tải thiết kế hoặc Xe 2 trục thiết kế với hệ số C 4 v2 •Hệ số C được lấy bằng: C 3 gR • trong đó: •v = vận tốc thiết kế đường ô tô (m/s) • g = gia tốc trọng lực 9,807 (m/s2) • R = bán kính cong của làn xe (m) •Lực ly tâm tác dụng theo phương nằm ngang cách phía trên mặt đường 1.8 m. 167 Tính mố cầu (t.theo) •Phải áp dụng hệ số làn xe như quy định trong điều 3.6.1.1.2 •Tốc độ thiết kế đường ô tô không lấy nhỏ hơn trị số quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế đường bộ •Tải trọng làn thiết kếđược bỏ qua trong tính toán lực ly tâm vì cự ly giữa các xe có tốc độ cao được coi là lớn dẫn đến mật độ xe phía trước và sau xe tải thiết kế thấp. – Sự thay đổi nhiệt độ (TU) • Chú ý: Khi xét tác động củathayđổi nhiệt độ trong kếtcấu nhịp đếnmố cầucầnphảixéttớiloạigốivàcấutạocủagối cầu(gốicốđịnh, bán cốđịnh, di động ???). 168 23
14. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) • Ví dụ, cho dầmcónhịptínhtoánL = 32.2m sử dụng gốicao su cốtbảnthépmột đầucốđịnh một đầudi động. Giả sử nhiệt độ giảmso vớithời điểmlắpdầmlà∆T = 15oC. . Hệ số giãn nở nhiệtcủaBT: α = 1.08×10‐5 / 1oC . Mô đun cắt: G = 1000 KPa 2 . Diệntíchmặtbằng gối: Ab = 0.158 m . Chiều cao gối: hrt = 0.078 m Gốicaosu Gốicaosu di động cốđịnh L = 32.2m Chiềudàidầmsẽ bị co ngắnlạimột đoạnlà∆u uT  L 15 1.08 10 5 32.2 0.00522 m 169 Tính mố cầu (t.theo) Lựcgâybiếndạng cắttronggốidi động chính là lựctác dụng lên mố theo phương dọccầu đượctínhnhư sau: GA u 106 0.158 0.00522 HNkN b 10600 10.6 hrt 0.078 Gốicaosudi động Gốicaosucốđịnh Gốicaosudi động chịubiếndạng cắtkhidầmbị co ngắndo nhiệt độ giảm đều 170 24
15. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) Gốicaosu trướckhi biếndạng GA u ∆u HkN b 10.6 hrt H Gối cao su sau khi biếndạng hrt do dầmbị co ngắnlạimột đoạnbằng ∆u H Biếndạng cắtcủagốicaosudi động khi dầmbị co ngắnlạimột đoạn ∆u 171 Tính mố cầu (t.theo) Cấutạogối cao su cốtbản thép có thêm bu lông neo (gốicốđịnh) 172 25
16. 8/24/2013 Tính mố cầu (t.theo) • Trường hợpkếtcấunhịpsử dụng gốibáncốđịnh ở hai đầu (gốicaosucốtbản thép không cấutạochốtneo). Khi đómỗigốichỉ chịu chuyểnvị cưỡng bứclà½∆u. Giá trị biếndạng cắtchỉ bằng mộtnửaso vớibiếndạng cắtcủa trường hợpcấutạogối“di động – cốđịnh”. => lựcngangtạigốisẽ giảm đimộtnửa: H = 5.3 kN Gốicaosubáncốđịnh Gốicaosubáncốđịnh 173 26