Báo cáo nghiên cứu Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông

Nhóm 9

---Mục Lục--I. Các khái niệm chung ..................................................................................................... 1
1. Định nghĩa .................................................................................................................. 1
II. Tải trọng tác dụng lên cầu ............................................................................................. 4
1. Kết cấu phần trên cầu................................................................................................. 4
a. Lan can ..................................................................................................................... 4
b. Lề bộ hành: ............................................................................................................... 6
c. Bản măt cầu............................................................................................................... 6
d. Dầm ngang ................................................................................................................ 9
e. Dầm chính ................................................................................................................. 9
2. Kết cấu phần dưới cầu.............................................................................................. 11
a. Tải trọng tác dụng lên mố cầu .................................................................................. 11
b. Tải trọng tác dụng lên trụ cầu ................................................................................... 14

I.

Các khái niệm chung
1. Định nghĩa
─ Nguyên lý thiết kế: nội lực do tải trọng gây ra (nội lực momen, lực cắt và tùy thuộc vào
loại kết cấu), phải nhỏ hơn hoặc bằng sức kháng tính toán
─ Trạng thái giới hạn (TTGH): là trạng thái khi cấu kiện, liên kết vượt qua thì không làm
việc bình thường hay mất khả năng chịu lực, phá hoại
+ TTGH cường độ I: tổ hợp tải trọng cơ bản gồm tĩnh tải và hoạt tải xe, không xét
đén hướng gió
+ TTGH cường độ II: tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió vận tốc vượt quá
25m/s, tức là tổ hợp bao gồm tĩnh tải, tác động gió, không xét đến hoạt tải
+ TTGH cường đọ III: tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn của
cầu với gió có vận tốc 25m/s, tổ hợp này xét đến hoạt tải, tĩnh tải, tác động gió
+ TTGH sử dụng: tổ hợp tải trọng dung để kiểm tra cầu trong điều kiện làm việc bình
thường, có xét đến tải trọng gió gây ra. Kiểm tra cầu trong TTGH này bao gồm: độ

võng, bề rộng vết nứt trong kết cấu BTCT, BTCT dự ứng lực, sự chảy dẻo của kết
cấu thép và trượt của các liên kết có nguy cơ trượt do tác dụng của hoạt tải xe, ổn
định mái dốc

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 1


Nhóm 9

+ TTGH mỏi: tổ hợp tải trọng gây mỏi và đứt gãy liên quan đến hoạt tải xe trùng
phục và xung kích dưới tác dụng của một xe tải đơn chiếc. Tổ hợp này chỉ xét đến
tác dụng do một xe tải và lực xung kích, lực ly tâm gây ra
+ TTGH đặc biệt: tổ hợp này xét đến động đất, lức va của tàu thuyền và xe cộ, tổ hợp
này thì hệ số tổ hợp của tải trọng là 0.5
2. Tổ hợp và hệ số tải trọng
Bảng - Tổ hợp và hệ số tải trọng
Tổ hợp

tải
trọng
Trạng
Thái giới hạn

DC
D
W
EH
EV

LL

IM
CE
BR
PL

Cùng một lúc chỉ dùng
một trong
WA WS

WL FR

TU

các tải trọng

CR
EQ

CT

CV

Cường độ I

1,75 1,00 -

-

1,00

0,5/1.20 -

-

-

Cường độ II

-

-

1,00

0,5/1.20 -

-

-

Cường độ III

1,35 1,00 0,4

1,00 1,00

0,5/1.20 -

-

-

Đặc biệt

0,50 1,00 -

-

-

1,00

1,00

1.0

1,00 1,00 0,3

1,00 1,00

1,0/1.20 -

-

-

0,7
5

0,75 -

-

-

-

-

Sử dụng
Mỏi chỉ có
LL, IM & CE

1,00 1,4

-

1,00

-

1,00

-

2.1 Tĩnh tải (tải trọng thường xuyên):
Trọng lượng bản thân của cấu kiện, phụ kiện…
Nếu không có số liệu chi tiết thì có thể lấy trọng lượng riêng theo bản sau:
Bảng - Tỷ trọng
Vật liệu

Tỷ trọng (Kg/m3)
Hộp kim nhôm

2800

Lớp phủ bê tông at-phan

2250

Xỉ than

960

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 2


Nhóm 9

Cát chặt, phù sa hay đất sét

Bê tông

1925

Nhẹ

1775

Cát nhẹ

1925

Thường

2400

Cát rời, phù sa, sỏi

1600

Đất sét mềm

1600

Sỏi, cuội, macadam hoặc batlat

2250

Thép

7850

Đá xây

2725

Nước

Ngọt

1000

Mặn

1025

Bảng- Hệ số tải trọng dùng tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên

Loại tải trọng

Hệ số tải trọng
Lớn nhất

Nhỏ nhất

DC: cấu kiện và các thiết bị phụ

1,25

0,90

DW: lớp phủ mặt cầu và các tiện ích

1,50

0,65

+Chủ động

1,50

0,90

+Nghỉ

1,35

0,90

+Kết cấu tường chắn

1,35

1,00

+Kết cấu vùi cứng

1,30

0,90

+Khung cứng

1,35

0,90

+Kết cấu vùi mềm khác với cổng hộp thép

1,95

0,90

EH: Áp lực ngang của đất

EV: Áp lực đất thẳng đứng

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 3


Nhóm 9

2.2 Hoạt tải (tải trọng nhất thời): là tải trọng mà không ngừng thay đổi vị trí cuả mình
trên công trình
Bảng- Các ký hiệu của hoạt tải
Ký
Hiệu

Tên tải trọng

Tên tải trọng

Ký
hiệu

BR

Lực hảm xe

PL

Tải trọng người đi

CE

Lực ly tâm

TU

Nhiệt độ đều

CR

Từ biến

LL

Hoạt tải xe

CT

Lực va xe

WL

Gió trên hoạt tải

CV

Lực và tàu thủy

WS

Tải trọng gió trên kết cấu

EQ

Động đất

FR

Ma sát

IM

Lực xung kích của xe

WA

Tải trọng nước và áp lực dòng đẩy

2.3. Các tải trọng đặc biệt
Động đất
Va xô
II. Tải trọng tác dụng lên cầu
1. Kết cấu phần trên cầu
a. Lan can
─ Trạng thái giới hạn cường độ:
+ Các trạng thái giới hạn cường độ của lan can đươc áp dụng bằng cách dùng tổ hợp tải
trọng thích hợp (bảng tổ hợp và hệ số tổ hợp tải trọng) và các tải trọng được quy

định.
+ Các hệ số sức kháng đối với các cột và lan can phải dùng trong quy định trong các điều
5.5.4 và 6.5.4 (tiêu chuẩn 272-05).
─ Trạng thái giới hạn đặc biệt: các lực truyền từ lan can cầu tới mặt cầu có thể xác định
bằng cách phân tích các lực giới hạn của hệ thống lan can cầu, dùng các tải trọng trong
điều 13.7.3.3. Các lực đó được xem là các tải trọng tính toán tại trạng thái giới hạn đặc
biệt.
─ Tải trọng tác dụng lên lan can:
+ Tỉnh tải:
 Trọng lượng kết cấu bản thân: trọng lượng trụ lan can, trọng lượng thanh lan can
Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 4


Nhóm 9

Tải trọng tác dụng lên thanh lan can
+ Hoạt tải:

Va chạm của xe vào lan can:

Lực va tải giữa nhịp.

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 5


Nhóm 9

10

00

80

b. Lề bộ hành:
Xét trên chiều dài 1000mm

1500

Lề bộ hành
─

Hoạt

tải

người: PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm
─

- Tĩnh tải: DC
= 1000 x 80 x 0.25 x 10-4 = 2 N/mm
PL=3 KN/m
q=2 KN/m

1500

Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành
c.

Bản măt cầu

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 6


Nhóm 9

─

Sơ đồ tính toán của bản mặt cầu
Tĩnh tải: cho 1m theo phương ngang bề rộng cầu

Tải trọng lớp phủ bề mặt cầu

Mô hình tải trọng tác dụng lên cánh hẫng
+ Tải trọng do bản thân lan can
Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 7


Nhóm 9

+ Tải trọng do gờ chắn bánh xe
+ Tĩnh tải do lớp phủ

─

Hoạt tải: tải trọng xe, hoạt tải làn, cho 1m theo phương ngang cầu

Phân bố tải trọng của bánh xe
Phân bố bánh xe trên dải mặt cầu

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 8

Nhóm 9

d. Dầm ngang
─ Các phân số cho trong Bảng 9-6 phải được sử dụng cùng với một tải
trọng trục thiết kế 145 kN.
─ Đối với các cự ly của các dầm của hệ mặt cầu nằm ngoài phạm vi áp dụng đã cho, thì tất
cả các hoạt tải thiết kế phải được xét
Bảng 9-6 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men và lực cắt cho dầm ngang
Loại mặt cầu

Phần số của tải trọng
bánh xe cho mỗi dầm sàn

Bê tông
Lưới thép

Lưới thép
Tấm mặt cầu thép lượn
sóng

S
1800

Phạm vi áp dụng

S ≤ 1800

S

tg ≤ 100

1400

S ≤ 1500

S

tg ≥ 100

1800

S ≥ 1800

S
1700

tg ≥ 50

E.Dầm chính
Phương pháp hệ số phân phối ngang (phân bố ngang)
+ Để thiết kế một hệ thống phức tạp như cầu, cần phải phân chia hệ thống thành
những thành những hệ con, những hệ con này lại bao gồm các kết cấu thành
phần.
+ Đối với cầu, hệ con sẽ là : kết cấu nhịp, mố – trụ, móng. Các kết cấu thành phần
là dầm chính, dầm ngang, bản mặt cầu, lan can, gối cầu, cọc, móng

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 9

Nhóm 9

+ Có thể xem xét sự làm việc của từng kết cấu thông qua hệ số phân phối tải
trọng theo công thức sau.
Hoạt tải hiệu dụng = Hệ số phân bố × Hoạt tải đặt lên cấu nhịp
─ Phân loại mặt cắt ngang KCN

Bảng 9-1 Kết cấu phần trên của cầu thông thường
─ Hệ số phân bố cho moment

Bảng 9-2 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men trong các dầm giữa
─ Để thiết kế sơ bộ có thể chấp nhận (Kg / Lt3S )0,1 = 1

Bảng 9-3 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men trong dầm dọc biê
─ Hệ số phân bố cho lực cắt
Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 10


Nhóm 9

Bảng 9-4 Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm giữa

Bảng 9-5 Sự phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong dầm biên
─ Bất kể phương pháp phân tích nào được áp dụng, tức là phương pháp xấp xỉ hay
phương pháp chính xác, các dầm biên của cầu nhiều dầm phải có sức
kháng ≥ sức kháng của dầm trong

2. Kết cấu phần dưới cầu
a. Tải trọng tác dụng lên mố cầu

Các tải trọng tác dụng lên mố
─ Tĩnh tải: trọng lượng bản thân của mố DC
Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 11


Nhóm 9

─ Hoạt tải: tải trọng đất nằm ngang EH, hoạt tải chất thêm LS, tải trọng từ kết cấu nhip
truyền xuống N
+ Tải trọng đất nằm ngang EH và hoạt tải chất thêm LS

Tải trọng EH, LS
+ Tải trọng từ kết cấu nhịp truyền xuống

Tải trọng kết cấu nhịp truyền xuống
 Hoạt tải xe trên kết cấu nhịp

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 12


Nhóm 9

Hoạt tải của xe
 Độ lệch tâm theo phương dọc so với tim bệ móng

Xe tải thiết kế

Xe 2 trục thiết kế

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 13


Nhóm 9

+ Tải trọng người đi PL: được tính bằng công thức
PL= 2.q PL.W
Trong đó: qPL tải trọng người rải đều
W diện tích đường ảnh hưởng
Vd: qPL=3 kN/N
W=16.1 m
 PL= 97.2 KN

Tải trọng người đi bộ
+ Tải trọng gió lên kết cấu WS
+ Tải trọng gió lên xe WL
b. Tải trọng tác dụng lên trụ cầu

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 14


Nhóm 9

Tải trọng tác dụng lên trụ cầu
─ Tĩnh tải: trọng lượng trụ, trọng lượng kết cấu trên nhịp, trọng lượng lớp phủ mặt cầu

Trọng lượng bản thân trụ
Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 15

Nhóm 9

Trụ cầu
─ Hoạt tải:

Tải kết cấu nhịp truyền xuống trụ
+ Xe tải kết hợp với tải trọng làn: tải trọng của xe tác dụng lên trụ

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 16


Nhóm 9

Xe tải và tải trọng làn trên nhịp

Xe đặc biệt và tải trọng làn trên nhịp

Độ lệch tâm theo phương ngang cầu
+ Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ WL
Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 17


Nhóm 9

Gió tác dụng lên xe cộ theo phương ngang cầu
+ Tải trọng gió lên trụ WS: gió tác dụng lên mũ trụ, gió tác dụng lên cột trụ, gió tác dụng
lên thân trụ
+ Lực do nước WA: lực đẩy nổi, lực do dòng chảy

Lực do dòng chảy

+ Tải trọng người PL

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 18


Nhóm 9

Người đi trên 1

Người đi trên cả hai lề trên nhịp phải
+ Lực va tàu
• Yêu cầu của tiêu chuẩn là các cầu cần phải được thiết kế chịu va tàu, hoặc phải được bảo
vệ.
• Trên nguyên tắc chủ đầu tư : thiết lập và duyệt tàu thiết kế,vận tốc thiết kế, và đáp ứng
các yêu cầu phối hợp của cục Đường sông, Cục Hàng Hải Việt Nam.

Cấp sông

Tải trọng tàu bè trên sông cho phép
DWT ( tấn) của
DWT ( tấn) của xà
tàu
lan

I
Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 19

2000

500


Nhóm 9

II

1000

500

III

300

400

IV

200

400

V

100

100

VI

40

100

Tàu trên sông qua cầu

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 20


Nhóm 9

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 21


Nhóm 9

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 22


Nhóm 9

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 23


Nhóm 9

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 24

Nhóm 9

Tải trọng tác dụng lên công trình cầu giao thông 25