CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ GỐI CẦU

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI ĐỨC TÂN

CHƯƠNG VI
THIẾT KẾ GỐI CẦU

I. GIỚI THIỆU CHUNG
- Gối cầu thiết kế đặt tại trụ T1, T2, T7, T8.
- Giải pháp lựa chọn gối cầu: dùng gối cao su được chế tạo bởi các lớp cao su, ở giữa
có dán các tấm thép mỏng. Có thể tham khảo các loại gối do hãng Liểu Châu Trung
Quốc chế tạo với quy cách như sau :
Khả năng biến vò Khả năng biến
Sức chòu nén
Vò trí đặt gối
Kích thước
ngang tối thiểu
vò góc tối thiểu
min(KN)
(mm)
tgÞ
Trụ T1, T2, T7,
300x600x78
1800
30
0.0091
T8
- Ưu điểm của loại gối này là có thể chòu được lực nén thẳng đứng tốt, đảm bảo được
chuyển vò dọc và quay của điểm tựa, đồng thời cũng làm cho gối chòu được lực ngang do
hãm xe và do kết cấu nhòp đặt nghiêng gây ra.
- Loại gối cầu này tốn ít thép, chế tạo và sử dụng đơn giản.

II. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN GỐI CẦU
Kết quả được lấy từ phần thiết kế trụ T1
- Trọng lượng tónh tãi kết cấu phần trên tác dụng lên một gối:
RD = 840.22kN
- Trọng lượng do hoạt tải truyền xuống một gối:
RL = 628.34 kN
III. TÍNH TOÁN GỐI CẦU
- Các giá trò dùng để tính toán gối cầu:
G = 0.95MPa : Mun đàn hồi do lực cắt.
f y = 270MPa : Cường độ chảy thép.
γ = 1.2 : Hệ số tải trọng do nhiệt độ.
- Xác đònh chuyển vò của gối cầu:
+ Chuyển vò do nhiệt độ:
∆ Temp = α × ∆T × L
Trong đó:
α = 10.8 × 10-6/0C: hệ số giãn nở nhiệt (Theo điều 5.4.2.2, với bêtông thường).
∆T : Chênh lệch nhiệt độ.
Biên độ thay đổi nhiệt độ bêtông trong khoảng +10 0C ÷ 470C, nhiệt độ tiến
hành thi công lắp đặt khảng 250C :
Chênh lệch nhiệt độ: ∆T = 47 – 25 = 220 C
L = 37.63m: Chiều dài nhòp tính toán.
Chuyển vò do nhiệt độ:
∆ Temp = α × ∆T × L = 10.8 × 10 −6 × 22 × 37630 = 8.9mm
+ Chuyển vò do co ngót:
∆ Shink = β × µ × L
Trong đó :
SVTH: TRẦN TÂN TIẾN

247

MSSV: CD02099


THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI ĐỨC TÂN

β = 0.0002: Hệ số co ngót giới hạn sau khi lắp đặt mối nối.
µ = 0.8: Hệ số đối với dầm giản đơn.
=> ∆ Shink = β × µ × L = 0.0002 × 0.8 × 37630 = 6.02 mm .
+ Chuyển vò lớn nhất của gối cầu:
∆ s = γ (∆ temp + ∆ shink ) =1.2 × (8.9 + 6.02) =17.9mm < 30mm.
=> Thỏa mãn chuyển vò ngang.
- Xác đònh chiều dày của gối cầu:
Chiều dày gối cầu phải lớn hơn 2 lần chuyển vò lớn nhất của gối cầu:
h rt ≥ 2∆ S
=> h rt ≥ 2∆ S =17.9x2 = 35.8 mm
Chọn :
hrt = 78mm: Chiều dày của gối.
n = 5: Số lớp cao su.
hri : Chiều dày của lớp cao su thứ i.
hr1 = hr5 = 10mm : Chiều dày của 2 lớp cao su ngoài cùng.
hr2 = hr3 = hr4 = 15mm: Chiều dày của các lớp cao su bên trong.
Bố trí 4 lớp thép, mỗi lớp dày 3mm.
- Kích thước gối cầu:
Chọn kích thước gối: LxWxhrt = 300x600x78 mm.
+ Hệ số hình dạng của một lớp gối chất dẻo:
LW
Si =
(14.7.5.1-1)

2hri ( L + W )
Trong đó:
L = 300mm: Chiều dài gối cầu (song song với trục dọc của cầu).
W = 600mm: Bề rộng gối theo phương ngang cầu.
hri = 15mm : Chiều dày lớp cao su lớn nhất của gối.
Si : Hệ số hình dạng gối.
LW
300 × 600
=
= 6.66
=> S i =
2 h ri (L + W) 2 × 15 × (300 + 600)
Đối với gối chòu biến dạng cắt, ứùng suất nén trung bình ở trạng thái giới hạn sử dụng
phải thỏa mãn điều 14.7.5.3:
σ S ≤ 1.66GS ≤ 11MPa
σ L ≤ 0.66GS
Trong đó:
σ S : Ứng suất nén trung bình do tổng tải trọng (Mpa).
R + R L 840.22 + 628.34
σS = D
=
= 8.15 × 10 −3 kN / m 2 = 8.15 MPa.
LW
300 × 600
σ L : Ứng suất nén trung bình do hoạt tải (Mpa).
R
628.34
σL = L =
= 3.49 × 10 −3 kN / mm 2 = 3.49MPa.
LW 300 × 600

G = 0.95 Mpa: Module kháng cắt của chất dẻo (Mpa).
S = 6.66: Hệ số hình dạng của lớp dày nhất của gối.
=> 1.66 × G × S = 1.66 × 0.95 × 6.66 = 10.5MPa
0.66GS = 0.66 × 0.95 × 6.66 = 4.18MPa
SVTH: TRẦN TÂN TIẾN

248

MSSV: CD02099


THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI ĐỨC TÂN

Kiểm tra: σ S = 8.15MPa < 1.66GS = 10.5MPa < 11MPa. => Thỏa mãn.
σ L = 3.49MPa < 0.66GS = 4.18MPa. => Thỏa mãn.
- Biến dạng nén tức thời:
δ = ∑ ε i h ri

Trong đó:
ε i : Ứng biến nén tức thời trong lớp chất dẻo thứ i của gối cán mỏng.
Với σ S = 8.15MPa và S = 6.66 => Tra biểu đồ quan hệ biến dạng tương đối
với ứng suất do nén: ε i = 0.018.

hri : Chiều dày của lớp chất dẻo thứ i trong gối cán mỏng.
Biến dạng nén tức thời của gối:
δ = ∑ ε i h r i = 5x0.018x15 = 1.35 mm.
- Góc xoay lớn nhất của gối:
Khả năng xoay của gối có thể tính toán như sau:

2δ 2 × 1.35
θs =
=
= 0.009 rad < 0.0091 rad.
L
300
=> Thỏa mãn chuyển vò xoay.
- Kiểm tra biến dạng nén và xoay kết hợp của gối:
Đối với các gối hình chữ nhật, để thỏa mãn các yêu cầu không bò nhổ lên, có thể được
dùng nếu như chúng thỏa mãn:
+ Điều kiện chòu tải trọng đứng :
θ
B
∂ S ,uplift = 1.0GS ( S )( ) 2 < σs
(14.7.5.3.5-1)
n hri
+ Biến dạng cắt :

θ
B 
∂ S ,shear = 1.875GS 1 − 0.2( S )( ) 2  > σs
(14.7.5.3.5-2)
n hri 

Trong đó:
n = 5: Số lượng các lớp cao su.
hri = 15mm: Chiều cao của lớp chất dẻo thứ i.
σ i = Ứng suất trong lớp chất dẻo thứ i.
B : Chiều dài của tấm gối nếu quay xung quanh trục ngang của nó, hoặc chiều
rộng của tấm gối nếu xoay xung quanh trục dọc của nó.

B = 300mm.
θ s = 0.009rad: Độ quay xung quanh bất kì trục nào của tấm gối.
Kết quả tính toán:
0.009
300 2
∂ S,uplift = 1.0 × 0.95 × 6.66 × (
)×(
) = 4.56 MPa < σ S = 8.15 Mpa.
5
15
=> Thỏa mãn điều kiện chòu tải trọng đứng.
0.009 300 2
∂ S,shear = 1.875 × 0.95 × 6.66 × [1 − (0.2 ×
)(
) ] = 10.15 Mpa > σ S = 8.15
5
15
Mpa.
=> Thỏa mãn biến dạng cắt.
- Kiểm tra ổn đònh của gối chất dẻo:

SVTH: TRẦN TÂN TIẾN

249

MSSV: CD02099


THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI ĐỨC TÂN

Gối cầu được thiết kế để bảo đảm ổn đònh với các tổ hợp tải trọng ở giới hạn khai
thác.
Ứng suất nén trung bình trên gối được gới hạn bằng một nửa ứng suất tới hạn.
G
σS ≤
2A − B
Trong đó:
h
78
1.92 ×
1.92 rt
300
L =
A=
= 0.053
(14.7.5.3.6-2)
2L
2 × 300
S 1+
6.66 × 1 +
W
600
2.67
2.67
B=
=
L
300 = 0.044

(14.7.5.3.6-3)
S(S + 2.0) 1 +
6.66 × (6.66 + 2) × 1 +
4W
4 × 600
G
0.95
=
=>
= 15.3MPa > σ S = 8.15MP.
(14.7.5.3.6-4)
2A − B 2 × 0.053 − 0.044
=> Thỏa mãn điều kiện ổn đònh của gối.
- Thép gia cường gối cầu:
Thép gia cường gối cầu phải được thiết kế để chòu được ứng suất kéo tạo ra khi bò nén.
Bề dày nén tấm thép hs phải thoả mãn:
+ Tại trạng thái giới hạn khai thác:
3h σ
2 × 15 × 8.15
h S ≥ max S =
= 0.906 mm < 1.6 mm
(14.7.5.3.7-1)
fy
270
+ Tại trạng thái giới hạn mỏi:
2h σ
2 × 15 × 8.15
h S ≥ max S =
=1.482 mm <1.6mm
∆FTH

165

(14.7.5.3.7-2)

Trong đó:
∆FTH = 165Mpa: Hằng số mỏi.
hmax = 15mm: Chiều dày lớn nhất của lớp cao su trong gối.
2. Kết luận:
- Kích thước gối cao su 300 × 600 × 78 mm (Gối do hãng Liểu Châu Trung Quốc chế tạo).
- Hai lớp cao su ngoài dày 10 mm.
- Ba lớp cao su trong dày 15 mm.
- Bốn bản thép, mỗi bản dày 3 mm.

SVTH: TRẦN TÂN TIẾN

250

MSSV: CD02099