chương 4 tính toán phân bố tải trọng cho bộ phận kết cấu cầu

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

TS. Hồ Xuân Nam
Bộ môn Cầu Hầm, Đại học Giao thông Vận tải

S1


CHNG IV:

tính toán phân bố tải trọng
cho các bộ phận kết cấu cầu

1. Các nhóm phương pháp tính toán sự phân bố tải trọng
2. Phương pháp đòn bẩy
3. Phương pháp nén lệch tâm
4. Phương pháp dầm liên tục trên gối đàn hồi
5. Các phương pháp chính xác
6. Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

Cầu bê tông cốt thép – Chương IV

S2


Phân loại theo phương pháp mô hình hoá
-

Giả thiết vật liệu đàn hồi tuyến tính

-

Là kết cấu không gian bao gồm các bộ phận: bản mặt cầu, dầm ngang, dầm chủ cùng tham gia
chịu lực

-

Dựa trên nguyên lý cân bằng lực và tương thích biến dạng

-

Hoạt tải theo phương ngang cầu và dọc cầu di chuyển ở vị trí bất kỳ

-

Phân bố tải trọng giữa các bộ phận phụ thuộc vào độ cứng và liên kết giữa các bộ phận

-

Người ta chia làm 4 nhóm:

Nhóm 1
-

Giả thiết KCN là hệ thanh

-

Các phần bản coi như chỉ chịu lực cục bộ và truyền lực lên dầm dọc và dầm ngang

Nhóm 2

-

Giả thiết KCN như hệ thống các thanh thành mỏng có mặt cắt kín hoặc hở

Nhóm 3
-

Giả thiết KCN là hệ thống dạng bản

Nhóm 4
-

Giả thiết KCN gần với kết cấu thực

-

Dùng các phương pháp phức tạp và có độ chính xác cao sử dụng các phần mềm máy tính
để tính to¸n

1 C¸c nhãm PP tÝnh PBTT

2

3

4

5

6

S3


Phân loại theo phạm vi áp dụng
Các phương pháp đơn giản
-

Phương pháp đòn bẩy

-

Phương pháp nén lệch tâm

-

Phương pháp dầm liên tục trên gối đàn hồi

Các phương pháp chính xác
-

Phương pháp mạng dầm

-

Phương pháp bản trực hướng

-

Phương pháp bản có sườn

-

Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp tra bảng trong 22 TCN-272-05
-

Phương pháp dầm đơn áp dụng cho cầu dầm

-

Phương pháp tuyến dầm áp dụng cho dầm hộp nhiều ngăn

1 C¸c nhãm PP tÝnh PBTT

2

3

4

5

6

S4


phương pháp đòn bẩy

Giả thiết
-

Kết cấu ngang là dầm giản đơn hoặc dầm hẫng gối chốt lên các dầm dọc chủ và bị cắt rời
trên các dầm dọc chủ

-

Khi mặt cắt ngang KCN gồm nhiều hộp có thể giả thiết mặt cắt hộp không quay trong MCN
do độ cứng chống xoắn lớn

Phạm vi áp dụng
-

KCN có 2, 3 dầm dọc hoặc khi độ cứng của liên
kết ngang nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của
dầm dọc

Phương pháp tính
-

Vẽ ĐAH phản lực gối của dầm ngang lên dầm
dọc theo nguyên tắc: tải trọng tác dụng qua kết
cấu ngang lên 2 dầm chủ liền kề phân bố theo
qui tắc đòn bẩy

-

Với dầm hộp có thể giả thiết tung độ ĐAH giữa
các sườn của cùng một hộp bằng 1

-

Đặt tải trọng lên ĐAH phản lực gối để tính
HSPBN theo công thức: K = 0,5.yi hoặc i

1

2 Phương pháp đòn bẩy

3

4

5

6

S5


phương pháp nén lệch tâm
Giả thiết
-

Kết cấu ngang có độ cứng khá lớn, khi chịu tải mặt cắt giữa
nhịp không biến dạng mà chỉ chuyển vị thẳng đứng và quay
đi 1 góc như trong cấu kiện chịu nén lệch tâm

Phạm vi áp dụng

-

KCN có ít nhất 3 dầm ngang trong 1 nhịp

-

Tỉ số B/L 0,5

Phương pháp tính
-

Tính HSPBN cho mỗi dầm chủ theo nguyên tắc như trong
kết cấu chịu nén lệch tâm: áp lực của dầm ngang lên dầm
dọc tỉ lệ với độ võng của dầm dọc đó

1
e.ai
K = +
 n ∑ a2 j


-

1






 I
e.ai I i
K = i +
Khi độ cứng của các dầm khác nhau:
I
a2 j I j
j







Có thể đặt tải trọng lên ĐAH áp lực lên từng dầm để tính
HSPBN theo: K = 0,5.yi hoặc i
2

3 Phương pháp nén lệch tâm

4

5

6

S6


phương pháp dầm liên tục trên gối đàn hồi

Giả thiết
-

Kết cấu ngang như 1 dầm liên tục trên gối đàn hồi là các dầm dọc

-

Hệ số đàn hồi của các gối phụ thuộc vào độ cứng của các dầm dọc

Phạm vi áp dụng
-

d
> 0,005
6.E.I.p
5 l4
P =
384 Ed I d

Các cầu không dầm ngang hoặc khi kết cấu ngang không đủ cứng với: =
Với I=In/a

với a là khoảng cách các dầm ngang

Có thể tính theo công thức:

1,28d 3 I d
=
l 4In

-

Tỉ số B/L > 0,5

-

Vẽ ĐAH áp lực lên các dầm chủ như ĐAH phản
lực gối đàn hồi của dầm liên tục: dùng PP
thông số ban dầu hay phương trình 5 mô men

-

Tung độ của ĐAH ở đầu công xon:

Phương ph¸p tÝnh

Rpn,k = Rpn,0 + dk.(dRMn,0)/d
-

Trong thùc tÕ dïng c¸c bảng tra tung độ Rpn,r
và RMn,0 theo và số nhịp của dầm ngang

-

Đặt tải trọng lên ĐAH áp lực lên từng dầm để
tính HSPBN theo: K = 0,5.yi hoặc i

1

2

3

4 Phương pháp dầm liên tục trên GĐH

5

6

S7


Phạm vi áp dụng các phương pháp đơn giản
Giả thiết
-

Tại mặt cắt trên gối tính HSPBN theo phương pháp đòn bẩy

-

Tại vùng giữa nhịp tính theo phương pháp NLT hoặc dầm liên tục trên GĐH

-

Giữa mặt cắt gối và vùng giữa nhịp HSPBN thay đổi theo qui luật đ ường thẳng

Phạm vi áp dụng

1

< 0,005: tính theo phương pháp NLT trong
vùng giữa 2 dầm ngang đầu nhịp
2

3



> 0,005: tính theo PP dầm liên tục trên GĐH
trong đoạn 1/3L giữa nhịp

4 Phương pháp dầm liên tục trên GĐH

5

6

S8


phương pháp phần tử hữu hạn
Giả thiết
-

Giả thiết KCN gần với kết cấu thực

Phạm vi áp dụng

-

Là 1 trong những phương pháp số mạnh nhất,
có thể mô phỏng bất kỳ loại kết cấu nào với
các điều kiện biên khác nhau

Phương pháp tính
-

Mô hình hầu hết được thiết lập và giải theo phương pháp chuyển vị

-

Sử dụng các phần mềm máy tính để tính toán

1

2

3

4

5 Các phương pháp chính xác

6

S9

Qui định về xếp tải theo phương ngang cầu
-

Tải trọng được xếp theo phương ngang cầu sao cho đạt được hiệu ứng lực cần tính là
lớn nhất

Số làn xe thiết kÕ NL vµ bỊ réng lµn xe BL
-

W < 6m:

NL = 1; BL = 3,5m

-

6m ≤ W < 7m:

NL = 2; BL = W/2

-

7m ≤ W < 10,5m:

NL = 2; BL = 3,5m

-

W 10,5m:

NL = phần nguyên của W/3,5; BL = 3,5m

K/c tèi thiĨu tõ tim b¸nh xe tíi mép đá vỉa, lan can và mép làn xe
-

Khi tính bản hẫng:

300mm tới mép đá vỉa hay lan can

-

Khi tính các bộ phận khác:

600mm tới mép làn xe

1

2

3

4

5

6 Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

S 10


Phạm vi áp dụng

-

Bề rộng mặt cầu không đổi

-

Số dầm n 4

-

Các dầm nằm song song và có độ cứng xấp xỉ
nhau

-

Phần đường xe chạy của phần hẫng d e 910mm

-

Độ cong trên mặt bằng nhỏ hơn giới hạn trong
4.6.1.2

-

Mặt cắt ngang phù hợp với bảng 1 (22 TCN-27205)

1

2

3

4

5

6 Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

S 11


Phạm vi áp dụng
-

Có thể sử dụng để đánh giá các loại xe mà tổng bề rộng tương đương với bề rộng của
xe tải thiết kế

-

Tải trọng thường xuyên của bản mặt cầu và trên bản mặt cầu được coi như phân bố
đều cho các dầm

-

Các dầm biên của cầu nhiều dầm không được có sức kháng nhỏ hơn sức kháng của dầm
trong

Tham số độ cứng dọc
Kg = n.(I+A.eg2)
với n = EB / ED

EB môđun đàn hồi của vật liệu dầm
ED môđun đàn hồi của vật liệu bản
A, I diện tích (mm2) và mômen quán tính (mm4) của mặt cắt dầm không liên hợp
eg khoảng cách giữa trọng tâm mặt cắt dầm chủ và bản mặt cầu (mm)

1

2

3

4

5

6 Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

S 12


Các bảng tra HSPB đối với mô men
-

1

2

3

4

5

Khi thiết kế sơ bộ có thể lấy Kg/(Lts3) và (I/J) bằng 1
Khi cự li dầm thay đổi theo chiều dài cầu phải xác
định số làn xe thiết kế NL theo chiều rộng lòng
đờng w lấy tại giữa nhịp

6 Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

S 13


Các bảng tra HSPB đối với mô men
-

Khoảng cách de có thể lấy giá trị dương hoặc
âm tuỳ theo vị trí của sườn dầm biên so với bó
vỉa hoặc lan can

-

Với cầu dầm bản có vách ngăn ngang hoặc
khung ngang, HSPB đối với dầm biên không
nhỏ hơn khi tính theo PPNLT

-

Khi gãc chÐo cđa 2 ®­êng tim kỊ nhau cđa các
gối tựa không lớn hơn 10 thì có thể giảm M uốn

trong dầm theo bảng 4.6.2.2.2d-1

1

2

3

4

5

6 Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

S 14


Các bảng tra HSPB đối với lực cắt
-

2

3

4

5

Đối với nhưng loại dầm
không có trong bảng,

phân bố tải trọng gần
đầu nhịp phải tính theo
phương pháp đòn bẩy

-

1

Khi thiết kế sơ bộ có thể
lấy I/J bằng 1

Với dầm hộp BT trong
mặt cầu nhiều dầm nếu
I và J không thoả mÃn
điều kiện trong bảng thì
có thể lấy HSPB như
đối với mômen

6 Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

S 15


Các bảng tra HSPB đối với lực cắt
-

Đối với những loại dầm không có trong bảng,
phân bố tải trọng gần đầu nhịp phải tính theo
phơng pháp đòn bẩy

-

Khoảng cách de có thể lấy giá trị dương hoặc
âm tuỳ theo vị trí của sườn dầm biên nằm phía
trong hay ngoài so với bó vỉa hoặc lan can

-

Với cầu dầm bản có vách ngăn ngang hoặc
khung ngang, HSPB đối với dầm biên không
nhỏ hơn khi tính theo PP nén lệch tâm

-

1

2

3

4

5

Phải đưa vào hệ số điều chỉnh đối với tất cả các
dầm tại góc tù

6 Phương pháp HSPB theo 22 TCN-272-05

S 16