Bài giảng Nhập môn cầu: Chương 2 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P4)

11/12/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: 

Website:  />
NHẬP MÔN CẦU
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học:  />Link dự phòng: 
/>vietnamese/nhap‐mon‐cau

Hà Nội, 10‐2013

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
• 2.3‐8. Tổ hợp nội lực
– (1) Mô men
• Mô men do các tĩnh tải DC và DW (chưa nhân hệ số)
M
M DC  DC  ADC
M
M DW  DW  ADW

• Mô men do hoạt tải (chưa nhân hệ số)
 M HL 93_ TH 1
M LL  max 
 M HL 93_ TH 2








M HL 93_ TH 1  m  g LLM 1  IM   Pi 3 Truc  y iM  9.3  ALLM 


M
2 Truc
M
M
 y i  9.3  ALL 
M HL 93_ TH 2  m  g LL 1  IM   Pi
161

1


11/12/2013

Tổ hợp nội lực (t.theo)







M HL 93_ TH 1  m  g LLM 1  IM   Pi 3 Truc  y iM  9.3  ALLM 



M 
2 Truc
M
M 
M HL 93_ TH 2  m  g LL 1  IM   Pi
 y i  9.3  ALL



trong đó:
• ALLM = diện tích đường ảnh hưởng mô men khi tính hoạt tải
(đối với kết cấu nhịp dầm giản đơn thì ADCM = ADWM = ALLM)  
• m.gLLM = (hệ số làn xe) × (hệ số phân bố ngang của mô men)
• P = trọng lượng trục xe
• y = tung độ đường ảnh hưởng nội lực tại vị trí lực P
• (1+IM) = 1.25 = hệ số xung kích áp dụng cho hoạt tải xe.
162

Tổ hợp nội lực (t.theo)
• Mô men tính toán tổ hợp theo TTGH CĐ1:

M CÐ1      DC  M DC   DW  M DW   LL  M LL 
M CÐ1    1.25  M DC  1.5  M DW  1.75  M LL 

• Mô men tính toán tổ hợp theo TTGH Sử dụng:

M SD  1   DC  M DC   DW  M DW   LL  M LL 

M SD  1 1 M DC  1 M DW  1 M LL 
163

2


11/12/2013

Tổ hợp nội lực (t.theo)
– (2) Lực cắt
• Lực cắt do các tĩnh tải DC và DW (chưa nhân hệ số)
V
VDC  DC  ADC
V
VDW  DW  ADW

• Lực cắt do hoạt tải (chưa nhân hệ số)
VHL 93_ TH 1
VLL  max 
VHL 93_ TH 2


1  IM    P



 y   9.3  A

VHL 93_ TH 1  m  g VLL 1  IM   Pi 3 Truc  yVi  9.3  AVLL 
VHL 93_ TH 2  m  g VLL

2 Truc

i

V

V

i

LL



164

Tổ hợp nội lực (t.theo)
• Lực cắt tính toán tổ hợp theo TTGH CĐ1:

VCÐ1      DC  VDC   DW  VDW   LL  VLL 
VCÐ1    1.25  VDC  1.5  VDW  1.75  VLL 

• Lực cắt tính toán tổ hợp theo TTGH Sử dụng:

VSD  1   DC  VDC   DW  VDW   LL  VLL 

VSD  1 1 VDC  1 VDW  1 VLL 
165

3


11/12/2013

Ví dụ tính toán
Đề bài: Cho kết cấu nhịp dầm đơn giản (1 dầm chủ, 1 làn xe): 
• Chiều dài nhịp tính toán Ltt = 32m
• Trọng lượng dầm chủ DC = 14 KN/m
• Trọng lượng các lớp phủ mặt cầu DW = 5KN/m
• Hoạt tải tác dụng: HL93

Ltt = 32 m

Yêu cầu: 
• Xác định các giá trị mô men tiêu chuẩn MDC, MDW và MLL tại ½ 
nhịp do các tải trọng tương ứng DC, DW và hoạt tải HL93 gây ra.
• Xác định mômen tính toán Mu tại ½ nhịp theo TTGH cường độ 1 
nếu giả thiết hệ số điều chỉnh tải trọng η = 1.05.
• Xác định mômen tính toán MSD tại ½ nhịp theo TTGH sử dụng.
166

Hoạt tải HL93
 P  325KN
i

 P  220KN
i

Ứng lực lớn nhất phải được lấy theo các giá trị lớn hơn của các trường hợp sau:

 Hiệu ứng của Xe 3 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng của Tải trọng làn thiết kế, hoặc
 Hiệu ứng của Xe 2 trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng của Tải trọng làn thiết kế
167

4


11/12/2013

Ltt = 32 m
wDC = 14 KN/m
wDW = 5 KN/m

đ.a.h (M)

Diện tích đ.a.h: A = 128 m2.

Ltt / 4 = 8 m

MDC = (wDC*A) = (14*128) = 1792 KN.m
MDW = (wDW*A) = (5*128) = 640 KN.m
168

Ltt = 32 m
9.3 KN/m

35KN

145KN 145KN

đ.a.h (M)
5.85 m
Diện tích đ.a.h: 
A = 128 m2.

5.85 m
8 m

MHL93_TH1 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)}
MHL93_TH1 = (1.2*1) * {(1+0.25)*(35*5.85+145*8+145*5.85) + 
+ (9.3*128)}
MHL93_TH1 = 1.2 * {2766.3 + 1190.4} = 4748KN.m
169

5


11/12/2013

Ltt = 32 m
9.3 KN/m

110KN 110KN
đ.a.h (M)
7.4 m
Diện tích đ.a.h:
A = 128 m2.

8 m

MHL93_TH2 = m.g * {(1+IM)*Σ(Pi*Yi) + (9.3*A)}
MHL93_TH2 = (1.2*1) * {(1+0.25)*(110*8+110*7.4) + (9.3*128)}
MHL93_TH2 = 1.2 * {2117.5 + 1190.4} = 3969KN.m
170

Ví dụ tính toán (t.theo)
 Các giá trị mômen tiêu chuẩn tại tiết diện ½ nhịp
• Do trọng lượng bản thân: DC
MDC = 1792 KN.m
• Do trọng lượng lớp phủ: DW
MDW = 640 KN.m
• Do hoạt tải HL93
 M HL 93_ TH 1  4748 KNm 
M LL  max 
  4748KNm
 M HL 93_ TH 2  3969 KNm 
171

6


11/12/2013

Ví dụ tính toán (t.theo)

 Mômen tính toán tại tiết diện ½ nhịp theo TTGH cường
độ I:
Mu = η * [γDCMDC + γDW MDW + γLLMLL ]   
Mu = 1.05 * [1.25*1792 + 1.5* 640 + 1.75*4747]
Mu = 1.05*[2240 + 960 + 8307]

Mu = 12082 KN.m

172

Ví dụ tính toán (t.theo)

 Mômen tính toán tại tiết diện ½ nhịp theo TTGH sử
dụng:
MSD = η * [γDCMDC + γDW MDW + γLLMLL ]   
MSD = 1 * [1*1792 + 1* 640 + 1*4747]
MSD = [1792 + 640 + 4747]
MSD = 7179 KN.m

173

7


11/12/2013

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
• 2.3‐9. Nguyên tắc phân tích và đánh giá kết cấu
– Kết cấu cầu nói chung là một hệ không gian phức tạp
– Nội lực do nhiều nguyên nhân:
• Tĩnh tải, hoạt tải …
• Co ngót, từ biến của bê tông
• Sự thay đổi nhiệt độ …
– Nhìn chung, các kết cấu cầu được phân tích trên giả thiết vật
liệu làm việc ở giai đoạn đàn hồi tuyến tính.
• Ngoài ra còn áp dụng các giả thiết của Sức bền vật liệu và

Cơ học kết cấu.
174

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
– Phân loại các nhóm phương pháp tính
• Nhóm 1: các phương pháp chính xác cao (sử dụng PTHH)
– Nhóm phương pháp này phức tạp, mất nhiều thời gian
mô hình hóa (ít dùng)
• Nhóm 2: các phương pháp tính gần đúng (quy về bài toán
đơn giản hơn)
– Phương pháp này cho kết quả tính chấp nhận được
nhưng lại đơn giản nên được sử dụng phổ biến

175

8


11/12/2013

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
– Nhóm phương pháp tính thứ nhất
• Giả thiết: xem kết cấu nhịp cầu là tập hợp các phần tử hữu hạn –
PTHH – (có thể là các phần tử thanh, phần tử tấm…) đươc liên
kết với nhau tại các nút hoặc đường biên phần tử.
• Phương pháp tính: dựa vào điều kiện cân bằng, liên tục tại liên
kết giữa các phần tử sau đó thiết lập các phương trình chính tắc
để tìm các ẩn số là các chuyển vị hoặc nội lực trong hệ.
• Hiện nay có nhiều phần mềm thương mại như SAP2000, 
MIDAS… đã ứng dụng phương pháp PTHH để tính toán nội lực

các kết cấu cầu cho kết quả có độ chính xác cao. 
Tuy nhiên, mức độ chính xác còn phụ thuộc vào cách mô hình
hóa kết cấu, sai khác về đặc trưng hình học và đặc tính vật liệu
của các phần tử so với thực tế…
176

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
Mô hình hóa cầu theo nhóm phương pháp có độ chính xác cao

177

9


11/12/2013

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
Node

• Tổng quan về phương pháp tính cầu (t.theo)
Rigid Link

Frame Element
(for girders and
railing barriers)

BARRIER

Frame Element
(for pier caps)

Shell Element
(for deck)

Link Element

Frame Element
(for H-piles)

Frame Element
(for diaphragms)

DECK
GIRDER

DIAPHRAGM

Link Element
(represent bearings)

BEARING

H-pile
PIER CAP
Fixed

Fixed

Fixed

178

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
• Hoặc để đơn giản hơn có thể mô hình hóa kết cấu như sau:
– Xem kết cấu nhịp là một hệ thanh có cùng cao độ đặt
trên các gối cầu.
– Bản mặt cầu một cách gần đúng được coi như là một
phần của tiết diện dầm dọc và dầm ngang.
– Nhận xét: cách mô hình hóa kết cấu này phù hợp với
kết cấu cầu dầm, giàn, khung, gần đúng đối với một số
loại cầu bản rỗng, và không chính xác đối với cầu bản
đặc (dạng tấm).
179

10


11/12/2013

Nguyên lý T.kế và tính toán … (t.theo)
– Nhóm phương pháp tính thứ hai:
• Việc phân tích kết cấu nhịp không gian có thể được đơn
giản hóa thành việc phân tích kết cấu của một dầm đơn lẻ
bằng cách đưa vào sử dụng khái niệm về “Hệ số phân bố
ngang”. 
• Phương pháp này đơn giản và hiệu quả cao đối với cầu
dầm đơn giản nên được sử dụng phổ biến.
• Nội dung tính nội lực như sau:
– Theo phương ngang cầu
» Tính nội lực bản mặt cầu

» Tính nội lực dầm ngang (nếu có)

– Theo phương dọc cầu
» Tính nội lực dầm chủ
» Tính nội lực dầm dọc phụ (nếu có) 
180

11