Bài giảng Thiết kế cầu - Chương 2: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế và thi công cầu

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế cầu - Chương 2: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế và thi công cầu

1. ChCh−−¬¬ngng 2:2: nhnh÷÷ngng vÊnvÊn ®®ÒÒ cc¬¬ bb¶¶nn trongtrong thiÕtthiÕt kÕkÕ vvμμ thithi cc««ngng ccÇÇu.u.
2. 2.1.c¸c b−íc tiÕn hμnh khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh cÇu 1. LËp dù ¸n: (lËp luËn chøng kinh tÕ kü thuËt) -Kh¶o s¸t, ®iÒu tra s¬ bé - Nªn râ sù cÇu thiÕt cña viÖc ®Çu t− x©y dùng c«ng tr×nh. - HiÖu qu¶ kinh tÕ ®¹t ®−îc cña viÖc x©y dùng c«ng tr×nh. - §Ò xuÊt mét ph−¬ng ¸n v−ît s«ng. -TÝnh gi¸ thμnh kh¸i tãan (dù to¸n tæng qu¸t) cña c«ng tr×nh → so s¸nh chän ph−¬ng ¸n tèi −u. - KÕt luËn vμ kiÕn nghÞ c¸c cÊp cã thÈm quyÒn phª duyÖt. 2. ThiÕt kÕ kü thuËt: - Kh¶o s¸t ®Þa h×nh xung quanh cÇu - Kh¶o s¸t ®¹i chÊt: - ThiÕt kÕ vμ tÝnh to¸n tÊt c¶ c¸c bé phËn cña c«ng tr×nh cÇu - LËp dù to¸n thiÕt kÕ. 3. ThiÕt kÕ thi c«ng: - ThiÕt kÕ kü thuËt thi c«ng. - Tæ chøc thi c«ng.
3. 2.2.2.2. cc¸¸cc quyquy ®®ÞnhÞnh vvμμ titiªªuu chuchuÈÈnn ddïïngng ®Ó®Ó thiÕtthiÕt kÕkÕ ccÇÇuu I. Khæ cÇu: -Lμ phÇn tØnh kh«ng ®¶m b¶o Xe cé vμ ng−êi ®i bé qua l¹i an toμn. 1/2 B - B 1/2 A - A TYÛ LEÄ : 1/50 TYÛ LEÄ : 1/50 Leà boä haønh (T) Phaàn xe chaïy (B/2) Phaàn xe chaïy (B/2) Leà boä haønh (T) LAN CAN, TAY VÒN - LÔÙP BE TOÂNG ATPAN DAØY 5CM - LÔÙP BAÛO VEÄ BAÈNG BTCT DAØY TB 5CM - LÔÙP PHOØNG NÖÔÙC DAØY 1CM - LÔÙP MUI LUYEÄN DAØY TRUNG BÌNH 5CM 1,5%Ù 1,5%Ù MO ÑAÁT HÌNH NOÙN 123.08
4. II. Khæ gÇm cÇu: 1. Khæ cÇu qua s«ng: -§Ó ®¶m b¶o cho tμu bÌ qua l¹i d−íi s«ng ®−îc thuËn lîi, ng−êi ta - quy ®Þnh mÆt c¾t ngang kho¶ng kh«ng d−íi cÇu gäi lμ khæ gÇm cÇu. - Khæ gÇm cÇu phô thuéc vμo tõng cÊp s«ng, ®−îc lËp thμng b¶ng tra Độ sâu đảm bảo B Cấp B H h thông thuyền Nhịp sông Nhịp ngược (m) (m) (m) xuôi I >2 >=140 >= 120 >=13.5 >=5 II 1.6-2.6 140 100 12.5(10) 4 III 1.1-2.0 120 80 10 .5 IV 0.8-1.4 80 60 10(7) 2.5 V 0.6-1.1 60 40 7 2.0 VI 0.45-0.8 40(30) 20 3.5 1.5 VII = 0.5m
5. 2. Khæ cÇu qua ®−êng: -§èi víi cÇu v−ît qua ®−êng «t« cÊp I, II, III th× : + H = 5m. + B = chiÒu réng ®−êng bÞ v−ît. -§èi víi cÇu v−ît qua ®−êng ®i¹ ph−¬ng: + B = 6m + H = 4,5m -§èi víi cÇu v−ît qua ®−êng th« s¬ kh¸c: + B = 4m + H = 2,5m.
6. III.T¶i träng vμ c¸c hÖ sè tÝnh to¸n: 1. T¶i träng cè ®Þnh: +TÜnh t¶i b¶n th©n : g1 +TÜnh t¶i c¸c líp mÆt cÇu, lan can tay vÞn :g2 2.T¶i träng di ®éng: (Ho¹t t¶i) 2.1.Ho¹t t¶i « t«: *§oμn xe H30: Doüc Cáöu 12 T 12 T 6 T 12 T 12 T 6 T 12 T 12 T 6 T 1.6 6 10 1.6 6 10 1.6 6 Ngang Cáöu >=0.5 1.9 1.1 1.9
7. Doüc Cáöu 12 T 6 T 12 T 12 T 6 T 12 T 6 T *§oμn xe H18: 6 10 1.6 6 10 6 Ngang Cáöu >=0.5 1.9 1.1 1.9 Doüc Cáöu 0.7P 0.3P 0.7P 0.3P 0.7P 0.3P 0.95P 0.35P *§oμn xe H13; H10: 4 8 4 4 4 8 4 Ngang Cáöu >=0.5 1.7 1.1 1.7
8. 12 (T/m) Doüc Cáöu 2.2.Ho¹t t¶i xe xÝch; 5 xe ®Æc biÖt: Ngang Cáöu >=0.6 *Xe xÝch XB60: 2.6 20 T 20 T 20 T 20 T Doüc Cáöu 3x1.2 m *Xe ®Æc biÖt HK80: Ngang Cáöu >=0.65 2.7
9. 2.3. Ho¹t t¶i theo 22TCN272-05: Ho¹t t¶i xe «t« trªn mÆt cÇu hay kÕt cÊu phô trî ®−îc ®Æt tªn lμ HL-93 sÏ gåm mét tæ hîp cña: +Xe t¶i thiÕt kÕ hoÆc xe 2 trôc thiÕt kÕ, vμ T¶i träng lμn thiÕt kÕ 2.3.1 Xe t¶i thiÕt kÕ: + Cù ly gi÷a 2 trôc 145.000N ph¶i thay ®æi gi÷a 4300 vμ 9000mm ®Ó g©y ra øng lùc lín nhÊt. 35 kN 145 kN 145 kN 4300 mm 4300 mm tíi 900mm + §èi víi c¸c cÇu trªn c¸c tuyÕn ®−êng cÊp IV vμ thÊp h¬n, Chñ ®Çu t− cã thÓ x¸c ®Þnh t¶i träng trôc cho trong H×nh bªn vμ nh©n víi hÖ sè 0,50 hoÆc 0,65. 600 mm nãi chung 300mm mót thõa cña mÆt cÇu Lμn thiÕt kÕ 3600 mm
10. 2.3.2 Xe hai trôc: + Xe ®Æc biÖt gåm hai trôc 110KN + Cù ly gi÷a 2 trôc c¸ch nhau 1200mm + §èi víi c¸c cÇu trªn c¸c tuyÕn ®−êng cÊp IV vμ thÊp h¬n, Chñ ®Çu t− cã thÓ x¸c ®Þnh t¶i träng trôc cho xe hai trôc b»ng c¸ch nh©n víi hÖ sè 0,50 hoÆc 0,65. 2.3.3 T¶i träng lμn: + T¶i trän lμn gåm t¶i träng ph©n bè ®Òu 9.3 N/mm xÕp theo ph−¬ng däc cÇu. Theo ph−¬ng ngang cÇu, t¶i träng nμy ®−îc ph©n bè theo chiÒu réng 3000mm. T¶i träng lμn ph¶i xª dÞch theo ph−¬ng ngang ®Ó g©y hiÖu øng lín nhÊt. + T¶i träng lμn kh«ng tÝnh hÖ sè xung kÝch IM
11. 2.4.Ho¹t t¶i ®oμn ng−êi: C−êng ®é ®oμn ng−êi qn = 300 ; 400 (kg/m2) +Theo 22TCN272-05: - T¶i träng ng−êi trªn CÇu « t« qn = 3x10-3 Mpa = 305.8 (kg/m2) -§èi víi CÇu chØdμnh cho ng−êi ®i bé hoÆc xe ®¹p: qn = 4.1x10-3 Mpa = 417.9 (kg/m2) - Kh«ng tÝnh hÖ sè xung kÝch IM ®èi víi t¶i träng ®oμn ng−êi
12. 3. Lùc ly t©m: Chỉ tính khi cầu nằm trên đường cong. 3.1. Cầu ôtô: -Lực ly tâm xem như phân bố đều nằm ngang đặt tại cao độ mặt đường công thức xác định như sau: ⎧ P ≥ 0.15 khi R 600m thì bỏ qua ảnh hưởng của lực ly tâm. -Khi cầu có nhều làn xe thì lực ly tâm phải tính cho toàn bộ hoạt tải có xét đến hệ số làn xe.
13. 4. Lùc giã (W): Gió thổi vào một diện tích chắn gió F sẽ làm phát sinh lực gió. Lực gió phụ thuộc vào tốc độ gió của từng vùng khác nhau. Cường độ gió w và lực gió W xác định như sau: γ .V 2 V 2 w = = ⇒ W = K.w.F 2.g 16 Trong đó: γ = 1.23 kg/m3 : Tỷ trọng của không khí. V: vận tốc của gió. g: gia tốc trọng trường. K: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của kết cấu. + Giàn rỗng kiểu dầm: 2 giàn ( K= 0.4) 3 giàn ( K= 0.5) + KCN kiểu đặc, trụ đặt, gỗ, mặt cầu xe chạy : K= 1 + Lan can,tay vịn: K= 0.3-0.8
14. Trong trường hợp không có số liệu quan trắc thực tế, cường độ gió có thể lấy gần đúng theo quy trình như sau: Quy trình Quy trình Liên Xô Các trường đường Ghi chú hợp sắt Đường sắt Đường ôtô Không có xe 225 180 (VN:180) 180 (VN:180) (kg/m2) Có xe 125 100 (VN:100) 50 (VN: 50) (kg/m2)
15. 5. Lực hãm: (lực khởi động) 5.1Cầu ôtô: Lưc hãm là lực tập trung nằm ngang hướng dọc cầu tại cao độ mặt đường xe chạy và phụ thuộc vào λ . . Lực hãm T = 0.3P khi λ 50m Trong đó: P: Trọng lượng xe nặng nhất trong đoàn xe. Cầu có nhiều làn thì tính cho tất cả các làn và hệ số làn. Gối cố định truyền 100% lực hãm xuống mố trụ cầu Gối di động tiếp tuyến truyền 50% lực hãm xuống mố trụ cầu Gối di động con lăn truyền 25% lực hãm xuống mố trụ cầu
16. 6. Lực lắc ngang: TLn Lực lắc ngang ôtô coi như lực phân bố đều, nằm ngang tác dụng theo phương ngang cầu, đặt ở cao độ mặt đường xe chạy, cường độ không phụ thuộc vào số làn xe. - Với H10-H13: TLn = 0.2 T/m - Với H30 : TLn =0.4T/m. - Với HK80 xem như lực tập trung: TLn = 5 T - Với HT60 Xem như lực tập trung: TLn =4T
17. 7. Lực va chạm tàu bè: - Tải trọng này đặt vào giữa chiều rộng hay dài của mố trụ ở cao độ MNTT tính toán, phụ thuộc vào tải trọng tòan phần của tàu, xác định như sau: Tải trọng tính toán (T) Tải trọng Dọc theo tim cầu Ngang cầu toàn phần Hạ lưu( Có thông Không thông Thượng của tàu(T) không có thuyền thuyền lưu nước) 12000 100 50 125 100 8000 70 40 90 70 4000 65 35 80 65 2000 55 30 70 55 500 25 15 30 25 250 15 10 20 15 100 10 5 15 10 Chú ý: với mố trụ có bố trí hệ thống chống va thì không xét tải trọng này
18. 8. Lực ma sát gối cầu: - Khi KCN chuyển vị dưới tác dụng của nhiệt độ, cũng như của hoạt tải. Trong gối cầu sẽ xuất hiện lực ma sát. Đólà lực nằm ngang, hướng dọc cầu, truyền cho cả hai gối di động và cố định có trị số là: T = f*N Trong đó: N: phản lực gối do tỉnh và hoạt tải (không xét 1+μ) f: hệ số ma sát trong gối di động. f = 0.25 khi ma sát là ma sát lăn (gối con lăn ) f = 0.5 khi ma sát là ma sát trượt (gối tiếp tuyến ) * Chú ý: Lực ma sát chỉ tính khi mố trụ đặt trên nền đávàcác bộ phận của mố trụ liên kết trực tiếp với gối cầu. - Lực ma sát coi như tác dụng tại trung tâm của khớp gối cố định cũng như đỉnh của khớp gối dưới trong gối di động. - Lực ma sát và lực hãm không được tính đồng thời với nhau trong cùng một tổ hợp khi tính gối cầu, thường dùng trị số lớn hơn trong hai loại trên để tính toán.
19. 9. Tổ hợp tải trọng: Trong tính toán ta phải chọn tổ hợp tải trọng ở trạng thái bất lợi nhất có khả năng xảy ra đối với công trình. - Người ta đã phân ra làm 3 tổ hợp: + Tổ hợp tải trọng chính: đối với bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu thì THC bao gồm: Trọng lượng bản thân Hoạt tải đoàn xe, người Lực xung kích, lực ly tâm, áp lực đất + Tổ hợp tải trọng phụ: là tổ hợp có xét thêm: Lực hãm xe, lực lắc ngang, gió, Lực do thay đổi nhiệt độ, co ngót từ biến. + Tổ hợp đặt biệt: là tổ hợp có xét đến các lực Lực động đất, lực va Lực do thi công
20. 10.C¸c hÖ sè tÝnh to¸n: 10.1.HÖ sè v−ît t¶i (hÖ sè siªu t¶i): nt STT Lo¹i tai träng HÖ sè 1 Träng l−îng ban th©n (trõ cÇu gç) 1.1;0.9 2 Täng l−îng mÆt cÇu ®−êng s¾t cã ®¸ bal¸t 1.3;0.9 3 Träng l−îng líp mÆt cÇu «t« ë phÇn xe ch¹y vμ bé hμnh 1.5;0.9 4 Träng l−îng kÕt cÊu gç 1.2;0.9 5 ¸p lùc ®Êt lªn mè trô 1.2;0.9 6 t¸c dông cña co ngãt 1.0 7 Nghiªn lón mè trô 1.5;0.5 8 Tai träng giã: chÝnh, phô, ®Æc biÖt 1.5;1.2;1 9 Lùc va: TH phô, ®Æc biÖt 1.1;0.8 10 ®éng ®Êt (TH®Æc biÖt) 1.0 11 Lùc thi c«ng 1.3 12 Tai träng ®−êng s¾t 0<λ<50m 1.3-0.003λ 13 Tai träng «t« 1.4 14 Xe ®Æc biÖt 1.1
21. 10.2. HÖ sè xung kÝch (1+μ): + ®èi víi cÇu bª t«ng trªn ®−êng «t« ë d¹ng hÖ dÇm hoÆc khung hÖ sè xung kÝch ®−îc lÊy nh− sau: λ ≤ 5m →1+ μ =1.3 λ ≥ 45m →1+ μ =1.0 5 25m hệ số làn xe phụ thuộc số làn xe m và lấy theo bảng sau: Số làn xe 2 3 >=4 m β0 0.9 0.8 0.7