Bài giảng Thiết kế cầu - Chương 9: Tính toán mố và trụ cầu

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế cầu - Chương 9: Tính toán mố và trụ cầu

1. ChCh−−¬¬ngng 99 TÝnhTÝnh toto¸¸nn MMèè && trôtrô ccÇÇuu
2. 9.1. TÍNH TOÁN TRỤ CẦU I. Các loại tải trọng tác dụng: + Tỉnh tải: . Trọng lượng bản thân mố trụ . Trọng lượng KCN. . Trọng lượng đất đắp (nếu có) . áp lực đẩy ngang của đất, . Lực đẩy nổi của nước + Hoạt tải: . Trọng lượng xe, người đi bộ . Áp lực ngang của đất do hoạt tải đứng trên lăng thể trượt. . Lực ly tâm (đối với cầu cong).
3. + Các tải trọng phụ: -Theo phương dọc cầu: *Lực hãm xe *Lực gió dọc cầu *Lực va tàu bè *Lực ma sát gối cầu *Áp lực thủy tỉnh. -Theo phương ngang cầu: *Lực gió ngang cầu *Lực lắc ngang *Lực va tàu bè *Áp lực thủy động. Ngoài ra, cón có các tác dụng đặc biệt khác như lực động đất, lực do qúa trình thi công gây ra.
4. II. Tính toán nội lực trụ cầu: 1. Phản lực tỉnh tải của KCN: l1 l2 Đah Rtrụ 1 a. Nhịp trái: -Phản lực do trọng lượng dầm, đường người đi, lan can, các lớp mặt cầu: tc Rn = (g1 + g 2 ) * wt tt Rn = (n1.g1 + n2 .g 2 ) * wt
5. Mô men dọc cầu đối với trọng tâm của mặt cắt : tc tc Trong đó: M d = ΣR * e1 e1: k/c từ gối cầu đến trọng tt tt M d = ΣR * e1 tâm mặt cắt tính toán b. Nhịp phải: tính tương tự. Mô men dọc cầu do tĩnh tải KCN kê lên trụ cầu : tc tc tc M d = R1 *e1 − R2 *e2 tt tt tt M d = R1 *e1 − R2 *e2 2. Trọng lượng bản thân trụ: Trọng lượng bản thân trụ tính từ mặt cắt đang xét trở lên -Trọng lượng tiêu chuẩn: Rtc = γ.V tt tc -Trọng lượng tính toán: R = nt.R
6. 3. Phản lực do hoạt tải ôtô trên kết cấu nhịp: a. Khi hoạt tải đứng trên hai nhịp ở tất cả các làn xe: Có thể xác định bằng hai cách: . Xếp xe trực tiếp lên đường ảnh hưởng. . Dùng tải trọng tương đương. l1 l2 Pi 1 yi
7. tc → R0 = m*β *∑ Pi .yi = m*β * Ktd *ω tt tc R0 =1.4R0 : THC tt tc R0 =1.12R0 :THP tt tc R0 = 0.98R0 : THDB Với Ktđ tra ứng với λ = L1+ L2 →Mô men dọc cầu: tc → M 0 = m*β * Ktd .(ω1.e1 −ω2.e2 ) tt tc M 0 =1.4M 0 : THC tt tc M 0 =1.12M 0 :THP tt tc M 0 = 0.98M 0 : THDB
8. b. Hoạt tải đứng trên một nhịp (lớn) ở tất cả các làn xe: tc R0 = m * β *ΣPi * yi tc l1 l2 R0 = m * β * K td *Ω Pi tt R0 = nh (1+ μ) * β * m *ΣPi * yi yi 1 R tt = n (1+ μ) * β * m * K *Ω 0 h td Với Ktđ tra ứng với λ = L1 →Mô men dọc cầu: tc → M 0 = m*β * Ktd .ω1.e1 tt tc M 0 =1.4M 0 : THC tt tc M 0 =1.12M 0 :THP tt tc M 0 = 0.98M 0 : THDB
9. c. Hoạt tải đứng trên hai nhịp, xe chạy lệch tâm: Trường hợp này ô tô chạy sát mép đávĩa theo quy định và số làn xe chạy lệch lấy như sau: +Bcầu ≤ 10.5m : Xếp 1 làn xe chạy lệch +Bcầu > 10.5m : Xếp 2 làn xe chạy lệch Ngoài việc xác định M dọc cầu còn phải xác định M ngang cầu tc tc >=0.5 Z1 M 0ng = R0 *Z1 tc tc M 0ng =1.12M 0ng :THP tc tc M 0ng = 0.98M 0ng :THDB Chú ý: Xếp xe lệch tâm về phía hạ lưu Thượng Hạ lưu lưu
10. 4. Phản lực của xe xích trên kết cấu nhịp: Có thể xác định bằng hai cách: . Xếp xe trực tiếp lên đường ảnh hưởng. . Dùng tải trọng tương đương. Áp lực của xe xích lên KCN: tc R = K *(w1 + w2 ) Mô men theo phương tt tc dọc cầu: R = 1.1* R tc M d = K(w1.e1 − w2 .e2 ) tt tc M d = 1.1M d Trong đó: l1 l2 K: áp lực trên 1m dài của xe xích w1 w2 y1 y2
11. 5. Phản lực do người đi bộ trên kết cấu nhịp: a. Người đi trên hai lềởcả hai nhịp: áp lực xuống mố trụ cầu: Mô men theo phương dọc tc tc Rn = 2.d.qn (w1 + w2 ) M d = 2.d.qn (w1 *e1 − w2 *e2 ) tt tc tt tc Rn =1.4Rn :THC M d =1.4.M d :THC tc tt tc =1.12Rn :THP M d =1.12.M d :THP tc tt tc = 0.98Rn :THDB M d =0.98.M d :THDB l1 l2 qn w1 w2
12. b. Người đi trên hai lềởmột nhịp (nhịp lớn hơn): áp lực xuống mố trụ cầu: Mô men theo phương dọc tc tc tc Rn = 2.d.qn.w1 M n = Rn .e1 tt tc tt tc Rn =1.12Rn :THP M n =1.12M n :THP tt tc tt tc Rn = 0.98Rn :THDB M n = 0.98M n :THDB c. Người đi trên hai nhịp xếp lệch tâm: áp lực xuống mố trụ cầu: tc Zn Rn = d.qn.(w1 + w2 ) tt tc Rn =1.12Rn :THP Mô men theo phương ngang tc tc M n = Rn * Z z tt tc M n = 1.12M n :THP
13. 6. Lực hãm hoặc lực khởi động của đoàn xe: T = 0.3* P*m*γ :khi λ ≤ 25m = 0.6* P*m*γ :khi λ = 25 ÷50m = 0.9* P*m*γ :khi λ > 50m Trong đó: P: trong lượng xe nặng nhất trong đoàn xe m: số làn xe γ = 1 : gối cố định γ = 0.5 : gối trượt, tiếp tuyến γ = 0.25: gối con lăn
14. T Mô men theo phương dọc cầu: h M tc = T * h M tt = 1.12* M tc 7. Lực ly tâm: Đối với cầu nằm trên đường cong có R ≤ 600m, cần phải xét đến lực ly tâm: (c) ⎧ 0.15P ≥ :khi R < 250m 15 ∑ P ⎪ l c = . ⎨ 100 + R l 40P ⎪≥ : khi 250m ≤ R ≤ 600m ⎩⎪ l.R
15. Lực ly tâm tác dụng lên trụ cầu: (l1+l2)/2 1 R tc = (c .l + c .l ) LT 2 1 1 2 2 1 h tt tc RLT = 1.4RLT : THC tt tc RLT = 1.12RLT : THP Mô men theo phương ngang cầu: tc tt M LT = RLT .h1 tt tc M LT = 1.4M LT : THC tt tc M LT = 1.12M LT : THP
16. 8. Lực lắc ngang: +Đối đoàn xe ô tô lực lắc ngang xem như tải trọng phân bố đều, nằm ngang tại CĐĐXC và được lấy như sau: +Đối với H30 : g = 0.4 (T/m) +Đối với H13, H10 : g = 0.2 (T/m) → Lực lắc ngang tác dụng lên trụ cầu: tc RLN = g.(L1 + L2)/2 +Đối với xe xích, xe đặc biệt: lực xem như lực tập trung tc +Đối với HK80 : RLN = 5 (T) tc +Đối với xe xích: RLN = 4 (T) → Mô men theo phương ngang cầu: tc tt M LN = RLN .h tt tc M LN = 1.12M LN : THP
17. 9. Tải trọng gió theo phương ngang cầu: Gió tác động lên diện tích chắn gió → Lực gió *Xác định S chắn gió: +Lan can: (l1+l2)/2 S =k.h (l +l )/2 l LC LC 1 2 h +Dầm chủ: d 3 1 2 h S = (l +l )/2 h dầm hdầm 1 2 h bt =h t +Trụ cầu: h Strụ=btrụ.htrụ tc Lực gió tác dụng lên trụ: Rgió = S.wgió Mô men do lực gió gây ra: tc Chú ý: M = ω gio (S LC + S dam + Stru ) W gió = 50kg/m2: khi không có xe tt tc M = 1.2M : THP W gió = 180kg/m2: khi có xe
18. 10. Tải trọng gió theo phương dọc cầu: Tải trọng gió theo phương dọc chỉ xét đối với cầu giàn rỗng. Lực gió tác dụng lên giàn theo phương dọc cầu lấy như sau: tc tc Rgiàn = 0.6*γ*Rn Trong đó: tc Rtrụ : Lực gió theo phương ngang xđ theo mục 9. +Lực gió tác dụng lên trụ: tc R = wgió.Strụdọccầu →Lực gió tổng cộng tác dụng lên trụ cầu: tc tc tc R = Rgiàn + Rtrụ →Mô men theo phương dọc cầu: tc tc tc M = hgian .Rgian + htru .Rtru M tt = 1.2M tc : THP
19. 11. 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
20. 12. 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 của gối. • 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.
21. 13.Áp lực thủy tĩnh: Là lực đẩy Acsimet. Lực này được tính ứng với hai trường hợp MNCN & MNTN 14. Tải trọng thi công: +Trọng lượng ván khuôn +Thiết bị thi công: cần trục lao dầm +Các ứng lực điều chỉnh nhân tạo. +Tải trọng người khi thi công +Áp lực đầm, rung của thiết bị thi công
22. 15. 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. (KC chịu lực ngang là chủ yếu) + 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
23. *Một số vấn đề lưu ý khi tổ hợp nội lực: +Trong một tổ hợp không đồng thời xét hai loại tải trọng sau đây: -Lực ly tâm không xét với lực lắc ngang, động đất -Lực lắc ngang không xét với lực hãm, gió, ly tâm, đ.đất -Lực hãm không xét với lực lắc ngang, va, ma sát, đ.đất -Lực va không xét với lực hãm, gió, ma sát, động đất. +Các tổ hợp được tính với hai giá trị nội lực tiêu chuẩn và tính toán. +Trong THP & THĐB thì không xét đến tải trọng xe xích và xe đặc biệt
24. 9.2. TÍNH TOÁN MỐ CẦU I. Các loại tải trọng tác dụng: +Các tải trọng tác dụng lên mố: Tỉnh tải, hoạt tải thẳng đứng, người đi bộ trên các làn các lề của nhịp xác định như tính toán với trụ cầu. +Cần phải xác định thêm áp lực ngang do đất đắp sau mố & hoạt tải trên lăng thể trượt. II. Áp lực ngang của đất đắp sau mố: H E0 E ' ω 0 0 ' h1 e 0 e
25. Áp lực đất tác dụng lên mố cầu: 1 1 E = γ .H 2.μ.B ; E ' = γ .h2.μ '.B o 2 o 2 1 Trong đó: γ : dung trọng đất đắp sau mố. γtc = 1.8(T/m3); γtt = 1.2*1.8(T/m3) μ = tg2w = tg2(45o-φ/2) μ’= tg2w’ = tg2(45o+φ/2) φtc=35o; φtt=30o: THC; φtt =40o: THP B: bề rộng mố
26. *Xác định bề rộng tính toán của mố cầu: +Mố có nhiều hàng cọc (mố chân dê): 1 h H b 2 h B'2 B1 Chiều rộng tính toán của mố: Trong đó: B1.h1 + B2 .h2 B = B2=2Σb : nếu 2Σb < B2’ H B2=B2’: nếu 2Σb ≥ B2’
27. B +Mố vùi, mố tường: 1 1 h 2 Chiều rộng tính toán B tại h mặt cắt 1-1: B2 3 H m B h 3 H B1.h1 + B2.h2 + B3.h3 1 1 B = m H 2 2 h Bm Chiều rộng tính toán B tại mặt cắt 2-2: B .h + B .h + B .h B = 1 1 2 2 m m H m
28. B +Mố cột có hai móng rời nhau: 1 1 2 h Chiều rộng B tại mặt cắt 1-1: h B2 3 H B .h + B .h + B .h m 1 1 2 2 3 3 B'3 h B = H bc H 1 1 Trong đó: m 2 2 h B3=2Σbc : nếu 2Σbc < B3’ bm bm B'm B3=B3’: nếu 2Σbc ≥ B3’ Chiều rộng B tại mặt cắt 2-2: B1.h1 + B2.h2 + B3.h3 + Bm.hm B = Trong đó: H m Bm=2Σbm : nếu 2Σbm < Bm’ Bm=Bm’: nếu 2Σbm ≥ Bm’
29. III. Áp lực ngang do hoạt tải trên lăng thể trượt: Tác dụng của hoạt tải được thay thế bằng lớp đất tương PP 0 H h đương có chiều cao h phân Δ o b a b bố đều trên diện tích Sxb H b = b1 + 2ΔH = 0.2 + 2ΔH d S = c + 2d + b’ c S b’ = b ’+ 2ΔH b' 1 d →Chiều cao lớp đất tương b b đương: n. P h = ∑ o S.b.γ
30. *Áp lực ngang do hoạt tải đứng trên PP lăng thể trượt phụ thuộc vào cách H xếp tải trên lăng thể trượt. Δ b a b →Xác định chiều dài lăng thể trượt H ω tính thử Lo: o Lo = H.tgw = H.tg(45 -φ/2) Lo 1.Trường hợp Lo ≤ b 0 γh h 0 1 E = γ .H 2.μ.B Eh o H 2 ω E0 h 0 e e Eh = γ .ho.H.μ.S L0 μ = tg 2 (45o −ϕ / 2) b
31. L0 b 0 γh 2.Trường hợp h 0 b ≤ Lo ≤ b+a h Eh H E0 ω h e 0 e 1 E = γ .H 2.μ'.B ; E = γ .h .h.μ'.S o 2 h o b tgω h = ; μ'= tgω tg(ϕ +ω) A 2.b.h tgω = −tgϕ + (1+ tg 2ϕ)(1− ) ; A = o tgϕ H 2
32. 3.Trường hợp Lo ≥ 2b+a Lúc này có thể lấy Lo = 2b+a (thiên về an toàn) L0=a+2b 1 2 Eo = γ .H .μ'.B 0 γh 2 h 0 h E'h Eh = γ .ho.H.μ'.S H Eh b ω h h = E e h 0 E'h tgω Chú ý: tgω μ'= Các tính toán trên dựa vào tg(ϕ +ω) giả thuyết mặt trượt là mặt a + 2b tgω = phẳng. H
33. IV. Tổ hợp nội lực trong mố cầu: 1.Tổ hợp 1A (THC): Tĩnh tải; hoạt tải trên KCN & lăng thể trượt 2.Tổ hợp 1B (THC): Tĩnh tải; xe xích, XĐB trên KCN & lăng thể trượt 3.Tổ hợp 2 (THP): Tĩnh tải; hoạt tải trên KCN & lăng thể trượt, lực hãm về phía sông. 4.Tổ hợp 3 (THP): Tĩnh tải; hoạt tải trên KCN, lực hãm về phía bờ. 5.Tổ hợp 4 (THĐB): Xét trong giai đoạn thi công: Tĩnh tải nhưng chưa đắp đất sau mố. Chú ý: Chí xét tổ hợp phụ theo phương dọc cầu.
34. Sau khi tính toán xác định các tổ hợp nội lực → tiến hành các nội dung kiểm tra sau: +Kiểm tra cường độ tiết diện mố trụ cầu +Kiểm tra cường độ đátảng +Kiểm tra ổn định chống lật +Kiểm tra ổn định chống trượt +Kiểm tra chuyểm vị ngang của đỉnh trụ (>20m) +Kiểm tra lún của móng mố trụ cầu