Xem mẫu
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
CHƯƠNG 3 : NGUYÊN LÝ THI ẾT KẾ THEO TI ÊU CHU ẨN
22TCN-272-05
3.1. QUAN ĐI ỂM CHUNG VỀ THIẾT KẾ
Trong thi ết kế các kỹ s ư phải kiểm tra độ an to àn và ổn định của phương án kh ả thi đã được
chọn. Công tác thi ết kế bao gồm việc tính toán n hằm chứng minh cho những ng ười có trách nhiệm
thấy rằng mọi ti êu chuẩn tính to án và cấu tạo đều đ ược thoả m ãn.
Điều kiện để đảm bảo đ ộ an toàn của một công tr ình là:
Sức kháng của vật liệu Hiệu ứng của tải trọng
Điều kiện tr ên phải được xét tr ên tất cả các bộ phận của kết cấu .
Khi nói v ề sức kháng của vật liệu ta xét khả năng l àm việc tối đa của vật liệu m à ta gọi là trạng
thái giới hạn (TTGH).
Một trạng thái giới hạn l à một trạng thái m à vượt qua nó th ì kết cấu hay một bộ phận n ào đó
không hoàn thành mục tiêu thiết kế đề ra .
Mục tiêu là không vư ợt quá TTGH, tuy nhi ên đó không ph ải là mục tiêu duy nh ất, mà cần xét
đến các mục đích quan trọng khác, nh ư chức năng, mỹ quan, tác động đ ến môi tr ường và yếu tố kinh
tế. Sẽ là không kinh t ế nếu thiết kế một cầ u mà chẳng có bộ phận n ào, chẳng bao giờ bị h ư hỏng. Do
đó cần phải xác định đâu l à giới hạn chấp nhận đ ược trong rủi ro của xác suất phá huỷ . Việc xác định
một miền an to àn chấp nhận đ ược (cường độ lớn h ơn bao nhiêu so v ới hiệu ứng của tải trọng) không
dựa trên ý ki ến chủ quan của một cá nhân n ào mà dựa trên kinh nghi ệm của một tập thể . Tiêu chu ẩn
22TCN272 -05 có th ể đáp ứng đ ược.
3.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ
3.2.1.Thiết kế theo ứng suất cho phép ( ASD - Allowable Stress Design )
Cường độ của vật liệu R
R
F
Q
29
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
≤
≥
3.3. NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA TIÊU CHU ẨN 22TCN 272 - 05
3.3.1 T ổng quát
Cầu phải đ ược thiết kế để đạt đ ược các mục ti êu: thi công đư ợc, an to àn và sử dụng đ ược, có xét
đến các yếu tố: khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế, mỹ quan. Khi thiết kế cầu, để đạt đ ược những mục
30
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
tiêu này, c ần phải thỏa m ãn các trạng thái giới hạn. Kết cấu thiết kế phải có đủ độ dẻo, phải có nhiều
đường truyền lực (có tính d ư) và tầm quan trọng của nó trong khai thác phải đ ược xét đến.
Mỗi cấu kiện v à liên kết phải thỏa m ãn phương trình 3.3 đối với tất cả trạng thái giới hạn.
i iQi ≤ Rn=Rr (3.3)
Trong đó:
Qi: Hi (nội lực do các tác đ ộng bên ngoài sinh ra)
i: hệ số tải trọng: hệ số nhân dựa tr ên thống k ê dùng cho lực
Rn: sức kháng danh định
: hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa tr ên thống kê dùng cho s ức kháng danh định .
Rr: sức kháng tính toán, R r = . Rn
i: hệ số điều chỉnh tải trọng, xé t đến tính dẻo, tính d ư và tầm quan trọng trong khai thác
đối với tải trọng d ùng giá tr ị max
đối với tải trọng d ùng giá tr ị min
D= hệ số liên quan đ ến tính dẻo
= hệ số liên quan đ ến tính d ư
R
= hệ số liên quan đ ến tầm quan trọng trong khai thác
I
Hai hệ số đầu có li ên quan đ ến cường độ của cầu, hệ số thứ ba xét đến sự l àm việc của cầu ở
trạng thái sử dụng.
, = = 1,0.
D R
Tính dẻo là một yếu tố quan trọng đối với sự an to àn của cầu. Nhờ tính dẻo, các bộ phận chịu lực
lớn của kết cấu có thể phân phối lại tải trọng sang những bộ phận khác có dự trữ về c ường độ. Sự phân
phối lại n ày phụ thuộc v ào khả năng biến dạn g của bộ phận chịu lực lớn v à liên quan đ ến sự phát triển
biến dạng dẻo m à không x ảy ra phá hoại.
31
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
.
Khái ni ệm nhiều đ ường truyền lực l à tương đương v ới tính d ư. Các đư ờng truyền
lực đơn hay các k ết cấu cầu không d ư được khuyến cáo không n ên sử dụng.
Các cầu có thể đ ược xem l à có tầm quan trọng trong khai thác nếu chúng nằm tr ên con đư ờng
nối giữa các khu dân c ư và bệnh viện hoặc tr ường học, hay l à con đư ờng dành cho l ực lượng công an,
cứu hỏa v à các phương ti ện giải cứu đối với nh à ở, cơ quan và các khu công nghi ệp. Cầu cũng có thể
được coi l à quan trọng nếu chúng giúp giải quyết t ình trạng đi v òng do t ắc đường, giúp tiết kiệm thời
gian và xăng d ầu cho ng ười lao động khi đi l àm và trở về nhà. Nói tóm l ại, khó có thể t ìm thấy tình
huống mà cầu không đ ược coi l à quan trọng trong khai thác. Một ví dụ về cầu không quan trọng l à cầu
trên đường phụ dẫn tới một v ùng hẻo lánh đ ược sử dụng kh ông phải quanh năm.
I
I
0,95
I
32
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
3.3.2. Các trạng thái giới hạn
TTGH cư ờng độ l à một TTGH đ ược quyết định bởi c ường độ tĩnh của vật liệu tại một mặt cắt có
vết nứt đ ã cho. Có 3 t ổ hợp tải trọng c ường độ khác nhau đ ược quy định trong bảng 1.1. Đối với một
bộ phận ri êng biệt của kết cấu cầu, chỉ một hoặc có thể hai trong số các tổ hợp tải trọng n ày cần được
xét đến. Sự khác biệt trong các tổ hợp tải trọng c ường độ chủ yếu li ên quan đ ến các hệ số tải trọng
được quy định đối với hoạt tải. Tổ hợp tải trọng sinh ra hiệu ứng lực lớn nhất đ ược so sánh v ới cường
độ hoặc sức kháng của mặt cắt ngang của cấu kiện.
Trong tính toán s ức kháng đối với hiệu ứng tải trọng đ ã nhân h ệ số như lực dọc trục, lực uốn, lực
cắt hoặc xoắn, sự không chắc chắn đ ược biểu thị qua hệ số giảm c ường độ hay hệ số sức kháng . Hệ
số là hệ số nhân của sức kháng danh định Rn và điều kiện an to àn là tho ả mãn phương trình tổng quát
3.3.
Trong các c ấu kiện BTCT, có những yếu tố không đảm bảo đ ược chính xác nh ư chất lượng vật
liệu, kích th ước mặt cắt ngang, việc đặt cốt thép v à những công thức được dùng để tính sức kháng.
Một số mô h ình phá ho ại có thể đ ược đưa ra với độ chính xác cao h ơn các mô h ình khác và h ậu
quả do sự cố của chúng l à ít nguy hi ểm. Chẳng hạn, dầm chịu uốn th ường được thiết kế t ương đối ít
cốt thép, do đó phá hoại xảy ra do s ự chảy từ từ của cốt thép chịu kéo, trong khi các cột chịu nén
thường bị phá hoại đột ngột không có báo tr ước. Mô h ình phá ho ại do cắt th ường ít đ ược hiểu biết v à
nó là sự kết hợp của mô h ình phá ho ại do kéo v à do nén. Do v ậy, hệ số trong trư ờng hợp này ph ải
nằm trong khoảng giữa hệ số của dầm chịu uốn v à của cột chịu nén. Hậu quả sự phá hoại của cột l à
nghiêm tr ọng hơn của dầm v ì một cột bị phá hoại sẽ kéo theo sự sụp đổ của một số dầm, do đó, dự trữ
33
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
trong thi ết kế cột cần phải lớn h ơn. Tất cả các lý do trên c ũng như các nguyên nhân khác đư ợc phản
ánh trong h ệ số sức kháng, đ ược quy định bởi AASHTO v à được giới thiệu trong bảng sau
Bảng3.1: Hệ số sức kháng đối với các kết cấu thông th ường
Trạng thái giới hạn c ường độ Hệ số
Đối với uốn v à kéo
Bê tông c ốt thép 0,90
Bê tông c ốt thép dự ứng lực 1,00
Đối với cắt v à xoắn
Bê tông có tr ọng lượng trung b ình 0,90
Bê tông nh ẹ 0,70
Đối với nén dọc trục có cốt thép xoắn, trừ tr ường hợp động đất v ùng 3 và 4 0,75
Đối với bộ phận đỡ tựa tr ên bê tông 0,70
Đối với nén trong mô h ình chống và giằng 0,70
Đối với nén tại v ùng neo
Bê tông có tr ọng lượng trung b ình 0,80
Bê tông nh ẹ 0,65
Đối với kéo trong cốt thép tại v ùng neo 1,00
Đối với tr ường hợp uốn v à nén kết hợp, hệ số trong trư ờng hợp nén có thể đ ược lấy tăng l ên
tuyến tính từ giá trị 0,75 ở lực dọc trục nhỏ cho tới hệ số đối với uốn thuần tuý ở lực dọc bằng
không. M ột lực dọc nhỏ đ ược định nghĩa l à 0,10.f’c.Ag với f’c là cường độ chịu nén 28 ng ày của bê
tông và Ag là diện tích mặt cắt ngang nguy ên của cấu kiện chịu nén.
Đối với các dầm chịu kéo hoặc không chịu kéo đ ược đặt cốt thép th ường và cốt thép dự ứng lực
hỗn hợp, hệ số phụ thuộc v ào tỉ lệ dự ứng lực bộ phận ( PPR) và được tính bằng công thức sau:
= 0,90 + 0,10.(PPR)
trong đó:
với
Aps = diện tích cốt thép dự ứng lực,
fpy = giới hạn chảy của cốt thép dự ứng lực,
As = diện tích cốt thép th ường,
fy = giới hạn chảy của cốt thép th ường.
3.4. TẢI TRỌNG V À HỆ SỐ TẢI TRỌNG THEO 22TCN 272 -05
34
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
ηγ
35
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
LL
IM
CE
TU
BR
WA WS WL FR CR TG SE
PL
eq ct cv
SH
LS
EL
p TG SE
p TG SE
p TG SE
- -
p
TG SE
- - -
36
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
37
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
Hoạt tải
3.4.4.1 Ho ạt tải thẳng đứng
- Số làn xe thi ết kế
Bề rộng l àn xe đư ợc lấy bằ ng 3500 mm đ ể phù hợp với quy định của “Ti êu chuẩn thiết kế đ ường
ô tô”. S ố làn xe thi ết kế được xác định bởi phần nguy ên của tỉ số w/3500, trong đó w là bề rộng
khoảng trống của l òng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai r ào chắn, tính bằng mm.
- Hệ số làn xe: Hệ số làn xe đư ợc quy định trong bảng 3.4
- Hoạt tải xe ô tô thiết kế : Hoạt tải xe ô tô tr ên mặt cầu hay các kết cấu phụ trợ có ký hiệu l à
HL-93, là m ột tổ hợp của xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế v à tải trọng l àn thiết kế (hình 1.2).
Bảng 3.5: Hệ số làn xe m
Số làn chất tải Hệ số làn
1 1,20
2 1,00
3 0,85
>3 0,65
* Xe tải thiết kế
Trọng lượng, khoảng cách các trục v à khoảng cách các bánh xe của xe tải thiết kế đ ược cho tr ên
hình 3.1a. Lực xung kích đ ược lấy theo bảng 3.5.
Cự ly giữa hai trục sau của xe phải đ ược thay đổi giữa 4300 mm v à 9000 mm đ ể gây ra ứng lực
lớn nhất.
Đối với các cầu tr ên các tuyến đường cấp IV v à thấp hơn, chủ đầu t ư có thể xác định tải trọng
trục thấp h ơn tải trọng cho tr ên hình 1.1a b ởi các hệ số chiết giảm 0,50 h oặc 0,65.
* Xe hai tr ục thiết kế
Đặc trưng của xe hai trục thi ết kế được cho tr ên hình 3.2b. Lực xung kích đ ược lấy theo bảng
3.5.
Xe hai trục gồm một cặp trục 110 kN cách nhau 1200 mm. Kho ảng cách theo chiều ngang của
các bánh xe b ằng 1800 mm.
Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV v à thấp hơn, chủ đầu t ư có th ể xác định tải trọng hai
trục thấp h ơn tải trọng cho tr ên hình 3.2b b ởi các hệ số chiết giảm 0,50 hoặc 0,65
* Tải trọng l àn thiết kế
Tải trọng l àn thiết kế là tải trọng có c ường độ 9,3 N/mm phân bố đều theo chiều dọc cầu. Theo
chiều ngang cầu, tải trọng đ ược giả thiết l à phân b ố đều tr ên bề rộng 3000 mm. Khi tính nội lực do tải
trọng làn thiết kế, không xét tác động xung kích.
38
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
35 kN 145 kN 145 kN
4300 4300 tíi 900mm
mmm
600 mm nãi chung
300mm mót thõa cña mÆt cÇu
Lµn thiÕt kÕ 3600 mm
Hình 3.1: Đặc trưng của xe tải thiết kế v à xe hai t rục thiết kế
Hình 3.2: Hoạt tải thiết kế theo Ti êu chuẩn 22 TCN 272 -01 và AASHTO LRFD
* Lực xung kích
Tác động tĩnh học của xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế phải đ ược lấy tăng th êm một tỉ lệ
phần trăm cho tác động xung kích IM, được qu y định trong bảng 3.5.
Bảng 3.5: Lực xung kích IM
Cấu kiện IM
Mối nối bản mặt cầu, đối với tất cả các trạng thái
75%
giới hạn
Tất các các cấu kiện khác
Trạng thái giới hạn mỏi 15%
25%
Các trạng thái giới hạn khác
39
nguon tai.lieu . vn
