SỐ LIỆU THIẾT KẾ
- Bề rộng phần xe chạy: B1 = 11m
- Tổng bề rộng mặt cắt ngang cầu: B = B1 + 2B2 + 2B3 = 14,4m
- Tải trọng thiết kế: 0,65 HL93
VẬT LIỆU
Thép dầm chủ, dầm ngang, lan can cầu
Sử dụng thép tấm M270 cấp 250 theo tiêu chuẩn ASTM A709 hoặc tương đương
- Giới hạn chảy nhỏ nhất: Fy = 250 MPa
- Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: Fu = 400 MPa
- Mô đun đàn hồi của thép: Es = 200000 MPa
- Trọng lượng riêng của thép: s = 78,5 kN/m 3
Thép neo chống cắt
Sử dụng thép cấp 1020 theo tiêu chuẩn ASTM A108
- Cường độ kéo nhỏ nhất của thép: Fu = 400 MPa
Cốt thép thường
- Giới hạn chảy của cốt thép tròn trơn: fy = 240 MPa (CB240-T)
- Giới hạn chảy của cốt thép có gờ: fy = 400 MPa (CB400-V)
- Mô đun đàn hồi của thép: Es = 200000 MPa
Bê tông
- Cường độ chịu nén tại 28 ngày của bê tông: f’c = 30 MPa
- Mô đun đàn hồi của bê tông: Ed = 28111 MPa
- Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép: c = 25 kN/m 3
Lớp phủ mặt cầu
- Trọng lượng riêng lớp phủ mặt cầu: lp = 22,5 kN/m 3
THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU
Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng L c
- Bề rộng toàn cầu: Btc = 11 + 2.1,4 + 2.0,3 = 14,4 m
- Khoảng cách giữa các dầm chính: S = 1,6 - 2,5m
- Số lượng dầm chủ: tc tc
- Chọn số lượng dầm chủ n = 8
Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo các lớp mặt cầu
- Độ dốc ngang thiết kế : i = 2%
Để tạo độ dốc cho mặt đường, cần sử dụng đá kê gối có chiều cao tăng dần, với chiều cao tối thiểu là 150 mm Việc này giúp đảm bảo độ dốc ngang của mặt đường sau khi hoàn thiện.
- Chiều cao gối thiết kế:
- Lớp phủ mặt cầu bao gồm:
Tưới nhựa dính bám tiêu chuẩn 0,5kg/m 2
Lớp phòng nước phun Radcon #7
Thiết kế thoát nước mặt cầu
Đường kính ống thoát nước phải đạt tối thiểu 100mm, với diện tích ống tính theo tỷ lệ 1m² mặt cầu tương ứng với ít nhất 1cm² ống thoát nước Khoảng cách giữa các ống không được vượt quá 15m, và chiều dài ống cần phải vượt qua đáy dầm ít nhất 100mm.
Cần bố trí ít nhất 432 cm 2 ống thoát nước.
- Chọn ống có đường kính là 160mm, diện tích A = 201,06 cm 2
- Vậy ta bố trí 6 ống, bố trí đối xứng 2 bên mỗi bên 3 ống, khoảng cách ống là 10m.
Hình 1 - Mặt cắt ngang cầu
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC DẦM
Chiều dài dầm tính toán
- Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là: a = 0,3 m
- Chiều dài dầm tính toán : Ltt = L - 2a = 30 - 2.0,3 = 29,4 m
Kích thước tiết diện ngang
- Chiều cao dầm thép tối thiểu theo quy trình: dmin = 0,033L = 0,033.30000 = 990mm
- Chiều cao dầm liên hợp tối thiểu theo quy trình:
- Chiều cao dầm liên hợp theo kinh nghiệm: tt
- Chọn kích thước tiết diện ngang của dầm như sau:
Chiều cao dầm thép: d = 1300 mm
Chiều cao dầm liên hợp: H = 1580 mm
Chiều cao phần vút: hv = 100 mm
Chiều dày bản bê tông: ts = 180 mm
Chiều cao bụng dầm: D = 1240 mm
Chiều dày bản bụng: tw = 14 mm
Chiều rộng cánh trên : bc = 400 mm
Chiều dày bản cánh trên : tc = 20 mm
Chiều rộng cánh dưới : bf = 400 mm
Chiều dày cánh dưới : tf = 20 mm
Chiều rộng bản phủ: b’f = 500 mm
Chiều dày bản phủ: t’f = 20 mm
Hình 2 - Tiết diện dầm liên hợp
LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU
LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH
Lan can được lắp đặt ở phía đường dành cho người đi bộ trên cầu, với chiều cao đạt 950mm tính từ đỉnh gờ chân lan can Khoảng cách giữa các cột lan can dao động từ 1,1m đến 1,5m Hệ tay vịn của lan can được cấu tạo từ các ống thép có kích thước D90x5 và D60x5.
Liên kết các cột lan can với gờ chân lan can bằng bu lông neo M16, được chôn sẵn trong bê tông của khối gờ chân lan can.
Hình 3 - Chi tiết cột lan can
Gờ lan can và gờ chắn xe được làm bằng bê tông cường độ 30MPa, đổ tại chỗ với từng khối dài 4m và khe hở giữa các khối rộng 10mm Sau khi hoàn thiện, các khe hở này sẽ được che kín bằng các tấm cao su xốp.
Tấm bản trên lề bộ hành bằng bê tông cường độ 30MPa được sản xuất sẵn và lắp đặt bằng cẩu kết hợp thủ công Các đầu tấm có lỗ D50 để xỏ thanh cốt thép neo từ bê tông gờ lan can Sau khi căn chỉnh, vữa không co ngót được đổ đầy vào các lỗ này để đảm bảo độ chắc chắn.
Hình 4 - Chi tiết lề bộ hành
- Tĩnh tải lan can và lề bộ hành:
Tĩnh tải của lan can: P1 = 24,3121/2/30 = 0,41 kN/m
Tĩnh tải gờ chân lan can: P2 = 0,245.25 = 6,13 kN/m
Tĩnh tải gờ chắn xe: P3 = 0,086.25 = 2,15 kN/m
Tĩnh tải kết cấu lề bộ hành: P4 = (0,03.20+0,095.25).0,68 = 2,02 kN/m
- Vị trí DC3 xác định bằng cách cân bằng moment quay quanh trục đi qua mép ngoài của gờ chân lan can:
Vậy DC3 đặt cách mép ngoài của gờ chân lan can một đoạn là x = 0,61 m
BẢN MẶT CẦU
- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản công xôn và bản loại dầm.
Cốt thép trong bản mặt cầu sử dụng loại thép CB400-V với cường độ fy = 400MPa, trong khi bê tông được áp dụng có cường độ chịu nén f’c = 30 MPa.
- Trong phạm vi của đồ án ta chỉ bố trí cốt thép bản mặt cầu theo cấu tạo như hình dưới.
Hình 5 - Bố trí cốt thép bản mặt cầu
THIẾT KẾ DẦM CHÍNH
TÍNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN
3.1.1 Xác định chiều rộng hữu hiệu của bản cánh
- Chiều rộng hữu hiệu của bản cánh lấy giá trị nhỏ nhất của 3 giá trị sau:
12ts + max(tw;bc/2) = 12.18 + max(1,4;40/2) = 236 cm
- Chiều rộng hữu hiệu của bản cánh lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm giữa cộng với giá trị nhỏ nhất của 3 giá trị sau:
6ts + max(tw/2;bc/4) = 6.18 + max(1,4/2;40/4) = 128 cm
3.1.2 Xác định hệ số quy đổi n n = Es/Ed = 200000/28111 = 7,115 => Chọn n = 7
3.1.3 Tính các đặc trưng hình học của tiết diện
3.1.3.1 Giai đoạn chưa liên hợp
Hình 6 - Mặt cắt chưa liên hợp của dầm
- Diện tích mặt cắt ngang phần dầm thép:
ANC = b’ft’f + bftf + Dtw + bctc = 50.2 + 40.2 + 124.1,4 + 40.2 = 433,60 cm 2
- Moment tĩnh đối với trục x – x qua đáy tiết diện:
- Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm: s,b X-X
- Moment quán tính của tiết diện dầm:
NC f f NC f f NC f s,t 3 s,b 3 3 2 w NC c w NC f f c c s,t c c c NC
- Momen kháng uốn đối với thớ dưới tiết diện dầm: s,b NC 3
- Momen kháng uốn đối với thớ trên tiết diện dầm: s,t NC 3
Bảng 1 - Bảng kết quả tính đặc trưng hình học của mặt cắt chưa liên hợp Đặc trưng hình học Giá trị Đơn vị
3.1.3.2 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (n = 7)
Hình 7 - Mặt cắt liên hợp ngắn hạn của dầm
- Xác định đặc trưng hình học cho dầm giữa, dầm biên được tính tương tự
- Cốt thép trong bản mặt cầu là 12a200 diện tích cốt thép dọc bản:
- Diện tích phần bê tông quy đổi về thép:
- Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông (tính phần vát) đến mép trên dầm thép:
- Diện tích mặt cắt liên hợp:
AST = ANC + Act + Ac-td = 433,60 + 6,48 + 534,29 = 988,25 cm 2
- Momen tĩnh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục 1-1: s,t s s,t
- Khoảng cách từ trục 1-1 đến trục 2-2:
- Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm: s,b s,b
- Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép bản bê tông c,b s,t
- Momen quán tính của tiết diện dầm liên hợp:
ST NC NC ct ST h
- Momen kháng uốn đối với mép dưới tiết diện dầm: s,b ST 3
- Momen kháng uốn đối với mép trên tiết diện dầm: s,t ST 3
- Momen kháng uốn đối với mép dưới bản bê tông: c,b ST 3
- Momen kháng uốn đối với mép trên bản bê tông: c,t ST 3
Bảng 2 – Bảng kết quả tính đặc trưng hình học của mặt cắt liên hợp ngắn hạn Đặc trưng hình học Dầm giữa Dầm biên Đơn vị
3.1.3.3 Giai đoạn liên hợp dài hạn (3n = 21)
Hình 8 - Mặt cắt liên hợp ngắn hạn của dầm
- Xác định đặc trưng hình học cho dầm giữa, dầm biên được tính tương tự
- Cốt thép trong bản mặt cầu là 12a200
- Diện tích phần bê tông quy đổi về thép:
- Diện tích mặt cắt liên hợp:
ALT = ANC + Act + Ac-td = 433,60 + 20,36 + 178,10 = 632,06 cm 2
- Momen tĩnh của diện tích tiết diện liên hợp lấy đối với trục 1-1: s,t s s,t
- Khoảng cách từ trục 1-1 đến trục 2-2:
- Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép dầm: s,b s,b
- Khoảng cách từ trục trung hoà đến các mép bản bê tông: c,b s,t
- Momen quán tính của tiết diện dầm liên hợp:
LT NC NC ct LT h
- Momen kháng uốn đối với mép dưới tiết diện dầm: s,b LT 3
- Momen kháng uốn đối với mép trên tiết diện dầm: s,t LT 3
- Momen kháng uốn đối với mép dưới bản bê tông: c,b LT 3
- Momen kháng uốn đối với mép trên bản bê tông: c,t LT 3
Bảng 3 – Bảng kết quả tính đặc trưng hình học của mặt cắt liên hợp dài hạn Đặc trưng hình học Dầm giữa Dầm biên Đơn vị
XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG
- Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm không liên hợp tới trọng tâm bản mặt cầu: s,t g NC h s e = Y +t +t /2= 78,99+10+18/2= 97,99cm
- Tham số độ cứng dọc:
Kg = n(INC+ANC.eg 2) = 7.( 1182626,10+433,60.97,99 2 ) = 5,01.10 7 cm 4 = 3,74.10 11 mm 4
- Thỏa mãn điều kiện áp dụng phương pháp dầm đơn:
Khoảng cách các dầm chính: 1100 < S < 4900
Chiều dày bản mặt cầu: 110 < ts < 300
Nhịp các dầm chính: 6000 < Ltt < 73000
Số lượng dầm chính: Nb > 4
Tham số độ cứng dọc: 4.10 9 < Kg < 3.10 12
3.2.1.1 Dầm giữa a Hệ số phân bố moment (Bảng 6 / Phần 4 TCVN 11823:2017)
- Một làn thiết kế chịu tải:
- Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:
b Hệ số phân bố lực cắt (Bảng 11 / Phần 4 TCVN 11823:2017)
- Một làn thiết kế chịu tải:
- Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:
3.2.1.2 Dầm biên a Hệ số phân bố moment (Bảng 8 / Phần 4 TCVN 11823:2017)
- Một làn thiết kế chịu tải: Tính theo phương pháp đòn bẩy
Hình 9 - Đường ảnh hưởng của dầm biên phương pháp đòn bẩy
Đối với tải trọng xe:
Đối với tải trọng làn:
Đối với tải trọng người đi bộ:
- Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:
mg ME M = eM mg MI M = 0,66.0,54 = 0,358
Khoảng cách từ tim dầm biên đến mép trong bó vỉa: de = -800mm < -300mm
Hệ số điều chỉnh: eM = 0,77 + de/2800 = 0,77 – 300/2800 = 0,66 b Hệ số phân bố lực cắt (Bảng 12 / Phần 4 TCVN 11823:2017)
- Một làn thiết kế chịu tải: Tính theo phương pháp đòn bẩy
V,PL M,PL mg =mg =0,133 mg =mg =0,111 g =g =0,944
- Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:
mg ME V = eM mg MI V = 0,66.0,672 = 0,444
Khoảng cách từ tim dầm biên đến mép trong bó vỉa: de = -800mm < -300mm
Hệ số điều chỉnh: eV = 0,77 + de/2800 = 0,77 – 300/2800 = 0,66
3.2.2 Phương pháp nén lệch tâm
Moment quán tính của dầm chủ: I = 1182626,10 cm 4
Khoảng cách hai dầm chủ theo phương ngang: d = 1,8 m
Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 33,4 m
Moment quán tính ngang trên một mét dài của kết cấu nhịp: In
Phần hệ liên kết ngang: Ihlkn = 2.177/3 = 118 cm 4 /m
- Ta có: B/Ltt = 14,4/29,4 = 0,49 < 0,5 và < 0,005 nên thỏa mãn điều kiện áp dụng của phương pháp nén lệch tâm
Theo phương pháp nén lệch tâm cho các dầm có moment quán tính giống nhau, tung độ đường ảnh hưởng của dầm biên được xác định bằng công thức sau:
Khoảng cách giữa hai dầm chủ đối xứng qua trục đối xứng của mặt cắt ngang: a1 12,6m; a2 = 9m ; a3 = 5,4m ; a3 = 1,8m
Từ hai tung độ đã cho, chúng ta xác định đường ảnh hưởng theo phương ngang của cầu bằng phương pháp nén lệch tâm Bằng cách xếp xe lên đường ảnh hưởng, ta có thể xác định các hệ số phân bố ngang.
Hình 10 - Đường ảnh hưởng của dầm giữa phương pháp nén lệch tâm
- Một làn thiết kế chịu tải:
Đối với tải trọng xe:
Đối với tải trọng làn:
Đối với tải trọng người đi bộ:
- Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:
Đối với tải trọng xe:
Đối với tải trọng làn:
Đối với tải trọng người đi bộ:
- Tung độ đường ảnh hưởng của dầm biên xác định theo công thức sau:
Hình 11 - Đường ảnh hưởng của dầm biên phương pháp nén lệch tâm
- Một làn thiết kế chịu tải:
Đối với tải trọng xe:
Đối với tải trọng làn:
Đối với tải trọng người đi bộ:
- Hai hoặc hơn hai làn thiết kế chịu tải:
Đối với tải trọng xe:
Đối với tải trọng làn:
Đối với tải trọng người đi bộ:
Bảng 4 – Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang
Xe thiết kế Làn Người đi bộ Xe thiết kế Làn Người đi bộ
TĨNH TẢI TÁC DỤNG
3.3.1 Tĩnh tải giai đoạn I (Tác dụng lên mặt cắt không liên hợp)
- Trọng lượng bản thân dầm thép:
- Tĩnh tải do mối nối dầm:
- Tĩnh tải do neo chống cắt:
- Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do liên kết ngang: dn lkn tt
- Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ do sườn tăng cường gối và sườn tăng cường trung gian: stc stc tt
DC1 = DCdc + DCmn + DCn + DClkn + DCstc
3.3.2 Tĩnh tải giai đoạn II (Tác dụng lên mặt cắt liên hợp)
- Tĩnh tải do trọng lượng bản mặt cầu và phần bê tông vút:
DC2,b= cts(S/2+Lc)+cSv = 25.0,18.(0,90+0,9)+25.0,5.0,10 = 9,35 kN/m
- Tĩnh tải lan can và lề bộ hành:
Hình 12 - Phân bố tĩnh tải giai đoạn II cho các dầm 3.3.3 Tổng hợp các loại tĩnh tải tác dụng lên dầm
Bảng 5 - Các loại tĩnh tải tác dụng lên dầm
Loại tải trọng Đơn vị Dầm giữa Dầm trong
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC
3.4.1 Xác định các mặt cắt đặc trưng
- Mặt cắt I-I tại vị trí gối (x = 0)
- Mặt cắt II-II tại vị trí Ltt/4 (x = Ltt/4 = 7350mm)
- Mặt cắt III-III tại vị trí nối dầm (x = 9700mm)
- Mặt cắt IV-IV tại vị trí giữa dầm (x = Ltt/2 = 14700mm)
Hình 13 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt I-I
- Diện tích đường ảnh hưởng:
- Lực cắt không hệ số của dầm giữa:
- Lực cắt không hệ số của dầm biên:
3.4.3 Tại mặt cắt II-II
Hình 14 - Đường ảnh hưởng moment mặt cắt II-II
Hình 15 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt II-II
- Diện tích đường ảnh hưởng:
- Moment không hệ số của dầm giữa:
- Moment không hệ số của dầm biên:
- Lực cắt không hệ số của dầm giữa:
- Lực cắt không hệ số của dầm biên:
3.4.4 Tại mặt cắt III-III
Hình 16 - Đường ảnh hưởng moment mặt cắt III-III
Hình 17 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt III-III
- Diện tích đường ảnh hưởng:
- Moment không hệ số của dầm giữa:
- Moment không hệ số của dầm biên:
- Lực cắt không hệ số của dầm giữa:
- Lực cắt không hệ số của dầm biên:
3.4.5 Tại mặt cắt IV-IV
Hình 18 - Đường ảnh hưởng moment mặt cắt IV-IV
Hình 19 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt IV-IV
- Diện tích đường ảnh hưởng:
- Moment không hệ số của dầm giữa:
- Moment không hệ số của dầm biên:
- Lực cắt không hệ số của dầm giữa:
- Lực cắt không hệ số của dầm biên:
Bảng 6 – Bảng tổng hợp kết quả tính toán moment của dầm chính (không hệ số)
Dầm Mặt cắt DC1 DC2 DC3 DW Xe 2 trục thiết kế
Xe tải thiết kế Làn Người đi bộ
Bảng 7 - Bảng tổng hợp kết quả tính toán lực cắt của dầm chính (không hệ số)
Dầm Mặt cắt DC1 DC2 DC3 DW
Xe tải thiết kế Làn Người đi bộI-I 62,92 137,45 0,00 41,75 140,07 190,82 136,71 0,00
TỔ HỢP TẢI TRỌNG
Bảng 8 –Hệ số điều chỉnh tải trọng, hệ số tải trọng và hệ số xung kích
Tổ hợp tải trọng DC DW LL
3.5.1 Tổ hợp tải trọng giai đoạn thi công
Bảng 9 – Tổ hợp moment dầm giữa giai đoạn thi công
Bảng 10 - Tổ hợp lực cắt dầm giữa giai đoạn thi công
Bảng 11 - Tổ hợp moment dầm biên giai đoạn thi công
Bảng 12 - Tổ hợp lực cắt dầm biên giai đoạn thi công
3.5.2 Tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn cường độ I
LL u LL xe tanden truck LL lane lane LL PL PL
LL u LL xe tanden truck LL lane lane LL PL PL
Bảng 13 - Tổ hợp moment dầm giữa ở trạng thái giới hạn cường độ I
Bảng 14 - Tổ hợp lực cắt dầm giữa ở trạng thái giới hạn cường độ I
Bảng 15 - Tổ hợp moment dầm biên ở trạng thái giới hạn cường độ 1
Bảng 16 - Tổ hợp lực cắt dầm biên ở trạng thái giới hạn cường độ 1
Mặt cắt V u DC1 (kNm) V u DC2 (kNm) V u DC3 (kNm) V u DW (kNm) V u LL (kNm) V u (kNm)
3.5.3 Tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng II
LL s LL xe tanden truck LL lane lane LL PL PL
LL s LL xe tanden truck LL lane lane LL PL PL
Bảng 17 - Tổ hợp moment dầm giữa ở trạng thái giới hạn sử dụng II
Bảng 18 - Tổ hợp lực cắt dầm giữa ở trạng thái giới hạn sử dụng II
Bảng 19 - Tổ hợp moment dầm biên ở trạng thái giới hạn sử dụng II
Bảng 20 - Tổ hợp lực cắt dầm biên ở trạng thái giới hạn sử dụng II
- Nhận xét: Dầm biên có giá trị nội lực lớn hơn dầm giữa nên chọn dầm biên để kiểm tra
KIỂM TRA KHẢ NĂNG THI CÔNG
Dầm thép và hệ liên kết đã được lắp đặt vào vị trí, và bê tông bản mặt cầu đã được đổ nhưng chưa đông cứng, do đó chỉ có dầm thép đảm nhận vai trò chịu lực Tĩnh tải trong giai đoạn này bao gồm tĩnh tải của dầm thép, hệ liên kết và tĩnh tải của bản bê tông.
3.6.1 Kiểm tra các yêu cầu cấu tạo của dầm I không liên hợp
3.6.1.2 Tỷ lệ bản cánh f f f f w yc yt b 40
Moment quán tính của bản cánh chịu nén với trục thẳng đứng đi qua bản bụng:
Moment quán tính của bản cánh chịu kéo với trục thẳng đứng đi qua bản bụng:
3.6.1.3 Kiểm tra yêu cầu bốc xếp
Để đảm bảo tính ổn định cho bụng dưới dưới tác động của trọng lượng bản thân dầm trong quá trình gia công và lắp ráp, khoảng cách giữa các sườn tăng cường cần phải đáp ứng các điều kiện nhất định.
3.6.2 Xác định chiều cao chịu nén của bụng dầm ở trạng thái moment dẻo D cp
- Lực dẻo trong bản phủ cánh dưới dầm:
- Lực dẻo trong cánh dưới dầm:
- Lực dẻo trong bản bụng dầm:
- Lực dẻo trong cánh trên dầm:
nên trục trung hòa dẻo PDA đi qua bản bụng
- Chiều cao chịu nén của bụng dầm ở moment dẻo:
Hình 20 - Lực dẻo tác dụng trên tiết diện dầm không liên hợp 3.6.3 Xác định moment dẻo M p
- Ở giai đoạn này, chỉ có tiết diện dầm thép (NC) làm việc, và chịu tải trọng DC1 và DC2
Do trục trung hòa của tiết diện chưa liên hợp nằm gần biên dưới dầm thép hơn, biên trên sẽ đạt ứng suất chảy trước biên dưới Momen chảy My được tính theo công thức: s,t -6 y yc NC.
- Cường độ chảy của của thép bản cánh và bản bụng nhỏ hơn 485MPa.
- Tỷ lệ bản cánh: yc yt
- Kiểm tra điều kiện mặt cắt bản bụng đặc chắc:
2 2 rw pw D p c h y cp cp rw c yc c
Chiều cao bản bụng chịu nén trong phạm vi đàn hồi:D = Y – t = 78,99 –2= 76,99 cm c NC s, t c
Không thỏa điều kiện mặt cắt bụng đặc chắc c w w yc
Thỏa mãn điều kiển mặt cắt bản bụng không đặc chắc
- Tỷ lệ độ mảnh của bản cánh: fc f pf fc yc b 40 E 200000 λ = = < λ =0,38 =0,35 ,75
Mặt cắt bản cánh đặc chắc
3.6.6 Sức kháng uốn của bản cánh chịu nén
3.6.6.1 Sức kháng ổn định cục bộ
- Ta có f < pf nên sức kháng ổn định cục bộ xác định theo công thức sau:
Hệ số phân tán tải trọng bản bụng: Rb = 1
3.6.6.2 Sức kháng ổn định xoắn ngang
- Bán kính quán tính có hiệu chịu ổn định xoắn ngang: fc t c w fc fc b 40 r = = = 9,59 cm
- Chiều dài không giằng giới hạn để đạt được sức kháng uốn danh định dưới tác dụng của moment uốn rải đều: p t yc
Chiều dài không giằng giới hạn là yếu tố quan trọng để xác định sự xuất hiện của chảy danh định trong các cánh khi chịu tác động của uốn phân bố đều, đồng thời cần xem xét ảnh hưởng của ứng suất dư trong cánh chịu nén.
- Ta có Lp < Lb < Lr nên sức kháng ổn định xoắn ngang xác định theo công thức sau: yr b p nc b b h yc h yc r p b h yc
Hệ số điều chỉnh biến thiên moment: Cb = 1
3.6.7 Sức kháng uốn theo bản cánh chịu kéo
- Sức kháng uốn danh định của bản cánh chịu kéo được xác định như sau:
3.6.8 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm
- Ứng suất thớ trên và thớ dưới của dầm thép tại mặt cắt giữa nhịp: u -3 s,t s,t -6
- Ứng suất uốn ngang trong bản cánh: λ u
Mô đun mặt cắt đàn hồi với trục chính cho cánh chịu nén: Sxc = Myc/Fyc = 14971,85 cm 3 Ứng suất ổn định xoắn ngang đàn hồi:
- Ứng suất bản cánh chịu nén có giằng gián đoạn phải đạt điều kiện sau:
Hệ số sức kháng cho uốn: ϕf = 1
- Ứng suất bản cánh chịu kéo có giằng gián đoạn phải đạt điều kiện sau: s,b λ f nt
Hệ số sức kháng cho uốn: ϕf = 1
3.6.9 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm
- Sức kháng cắt danh định của khoang bụng biên (khoang đầu dầm) được tính như sau:
Vcr = CVp = C.0,58.Fyw.D.tw = 1.0,58.250.1000.1,24.0,014 = 2517,2 kN
Khoảng cách giữa các sườn tăng cường ngang: d0 = 85cm < 1,5D = 186cm
Hệ số ổn định chịu cắt: o 2 2
Tỷ số của sức kháng ổn định oằn chịu cắt với cường độ cắt chảy: w yw
- Kiểm toán sức kháng cắt của khoang bụng biên của dầm:
Hệ số sức kháng cắt: ϕv = 1
KIỂM TRA Ở TTGH CƯỜNG ĐỘ I
3.7.1 Xác định chiều cao chịu nén của bụng dầm ở trạng thái moment dẻo D cp
Để đơn giản hóa việc tính toán, ta chuyển đổi phần vút bê tông từ tiết diện hình thang sang tiết diện hình chữ nhật tương đương với kích thước: chiều cao th = 10 cm và bề rộng bh = bc + th = 40 + 10 = 50 cm.
- Lực dẻo trong bản phủ cánh dưới dầm:
- Lực dẻo trong cánh dưới dầm:
- Lực dẻo trong bản bụng dầm:
- Lực dẻo trong cánh trên dầm:
- Lực dẻo cốt thép dọc dưới:
- Lực dẻo cốt thép dọc trên:
- Lực dẻo trong bản bê tông vút dầm: h h h c
- Lực dẻo trong bản bê tông: s e s c
nên trục trung hòa dẻo
PDA đi qua bản cánh trên dầm thép
- Gọi Y là khoảng cách từ trục trung hòa dẻo PDA đến mép trên dầm thép
- Tổng lực nén phía trên trục trung hòa dẻo PDA:
PN = Ps + Prt + Prb + Ph + PcY/tc
- Tổng lực kéo phía dưới trục trung hòa dẻo PDA:
PN = Pc - PcY/tc + Pw + Pf + P’f
- Cân bằng tổng lực kéo và nén ta có:
- Ta có: 0 < Y < tc => Hợp lý
- Chiều cao chịu nén của bụng dầm ở moment dẻo:
Hình 21 - Lực dẻo tác dụng trên tiết diện dầm liên hợp 3.7.2 Xác định chiều cao chịu nén của bụng dầm trong phạm vi đàn hồi D c
- Ứng suất thớ trên và thớ dưới của dầm thép:
DC1 DC2 DC3 DW LL u u u u u s,t s,t s,t s,t
DC1 DC2 DC3 DW LL u u u u u s,b s,b s,b s,
- Ứng suất thớ trên và thớ dưới của bản bê tông:
- Chiều cao chịu nén của bụng dầm trong phạm vi đàn hồi: s,t c c s,t s,b d.f 130.173,32
DC1 DC2 DC3 DW y u u u u AD
= + + + + 6 7272,90 kNm 3.7.5 Phân loại mặt cắt
- Cường độ chảy của thép bản cánh nhỏ hơn 485MPa.
- Kiểm tra độ mảnh bản bụng: cp w w yc
3.7.6 Yêu cầu về tính dẻo
Khoảng cách từ đỉnh của bản bê tông đến trục trung hòa của mặt cắt liên hợp khi xuất hiện moment dẻo: Dp = tc – Y +th + ts/2 = 2 – 0,24 + 10 + 18/2 = 27,76 cm
Tổng chiều cao mặt cắt liên hợp: Dt = 158 cm
3.7.7 Kiểm tra khả năng chịu uốn
- Ta có: Dp = 27,76 cm > 0,1Dt = 15,8 cm nên sức kháng uốn danh định của mặt cắt tính theo công thức sau: p n p t
- Ứng suất uốn ngang trong bản cánh: f = 0
3.7.8 Kiểm tra khả năng chịu cắt
- Sức kháng cắt danh định của khoang bụng biên (khoang đầu dầm) được tính như sau:
Vcr = CVp = C.0,58.Fyw.D.tw = 1.0,58.250.1000.1,24.0,014 = 2517,20 kN
Khoảng cách giữa các sườn tăng cường ngang: d0 = 85cm < 1,5D = 186cm
Hệ số ổn định chịu cắt: o 2 2
Tỷ số của sức kháng ổn định oằn chịu cắt với cường độ cắt chảy: w yw
- Kiểm toán sức kháng cắt của khoang bụng biên của dầm:
Hệ số sức kháng cắt: ϕv = 1
KIỂM TRA Ở TTGH SỬ DỤNG
3.8.1 Kiểm tra biến dạng không hồi phục
- Ứng suất trong bản cánh do tổ hợp tải trọng sử dụng II gây ra tại tiết diện giữa nhịp:
DC1 DC2 DC3 DW LL s s s s s s,t s,t s,t s,t
DC1 DC2 DC3 DW LL s,b s,b s,b s,
- Ứng suất uốn ngang trong bản cánh: f = 0
- Để ngăn ngừa các biến dạng không hồi phục do hoạt tải gây ra, các bản cánh dầm thép phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
Bản cánh thép trên của mặt cắt liên hợp: fs,t = 137,37 MPa < 0,95RhFyf = 0,95.1.250 = 237,50 MPa
Bản cánh thép dưới của mặt cắt liên hợp: s,b λ h yf f +f 7,63MPa < 0,95R F 0,95.1.250 237,50MPa
Các mặt cắt liên hợp chịu uốn dương trong thi công có chống đỡ cần đảm bảo rằng ứng suất nén trong bản bê tông do tổ hợp tải trọng sử dụng II đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
Trong đó: Ứng suất nén trong bản bê tông do tổ hợp tải trọng sử dụng II:
3.8.2 Thiết kế độ vồng ngược cấu tạo
Thiết kế độ vồng ngược cấu tạo 77mm Chia dầm thành 3 đoạn, bố trí 2 mối nối
3.8.3 Kiểm tra độ võng do hoạt tải
- Theo điều 3.6.1.3.2 / TCVN 11823:2017 thì độ võng do hoạt tải của dầm lấy giá trị lớn hơn trong 2 giá trị:
Kết quả tính toán do chỉ một xe tải thiết kế
Kết quả tính toán của 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế
- Độ võng do hoạt tải khi chỉ có xe tải thiết kế, có sơ đồ đặt tải như hình sau:
Hình 22 - Xếp xe tải thiết kế để tính độ võng tại mặt cắt giữa nhịp
Hình 23 – Sơ đồ tính độ võng ở mặt cắt 1-1 do lực P sinh ra
- Hệ số phân bố tải trọng cho độ võng:
DF = Số làn / Số dầm = 3/8 = 0,375
- Gía trị tải trọng trục:
Sử dụng công thức độ võng tại mặt cắt 1-1 với khoảng cách đến gối trái là Xi, khi tải trọng tập trung P tác động cách gối trái một khoảng a và gối phải một khoảng b.
- Tại mặt cắt giữa nhịp Xi =Ltt/2 nên có công thức tính độ võng như sau:
- Sử dụng công thức trên tính được:
- Độ võng ở dầm biên do xe tải thiết kế:
- Độ võng do 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn:
- Độ võng do hoạt tải 9mm nhỏ hơn độ võng giới hạn 29,4mm
KIỂM TRA Ở TTGH MỎI
- Tải trọng tính mỏi là là một xe tải thiết kế với khoảng cách giữa 2 trục sau là 9m và không xét tải trọng làn.
- Lực xung kích sử dụng cho hoạt tải là 15%
- Hệ số tải trọng: γLL = 1,50
Hệ số làn xe không áp dụng cho tình trạng giao thông mỏi Đối với tác dụng của một làn xe thiết kế, hệ số phân bố ngang của hoạt tải phân tích mỏi được xác định bằng hệ số phân bố ngang ở trạng thái cường độ chia cho hệ số làn xe m.
- Kiểm toán mỏi của bản bụng ở TTGH mỏi I
- Kiểm toán mỏi của bản cánh ở TTGH mỏi II
3.9.1 Kiểm toán mỏi của bản bụng
Hình 24 - Xếp xe tải thiết kế của tải trọng mỏi để tính moment
- Moment do tải trọng mỏi tính toán:
- Ứng suất nén đàn hồi bất lợi trong cánh nén dưới tác dụng của tĩnh tải tiêu chuẩn và tải trọng mỏi tính toán:
DC1 DC2 DC3 DW LL u u u u u s,t s,t s,t s,t
= ,51
