Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1 - Chương VII: Cầu dầm bê tông cốt thép DƯL nhịp giản đơn (Phần 6)

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1 - Chương VII: Cầu dầm bê tông cốt thép DƯL nhịp giản đơn (Phần 6)

1. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Website: Website: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU BTCT 1 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: Link dự phòng: ‐in‐ vietnamese/cau‐btct‐1 Hà Nội, 1‐2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • 7.4.7. Kiểmtragiớihạncốtthéptối đa – Điều 5.7.3.3.1. TCN272‐05 quy định hàm lượng thép chịukéo tối đaphải đượcgiớihạnsaocho: cd 0.42 e trong đó, • c là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tớitrục trung hòa • de là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đếntrọng tâm củahợplựcgiữalựckéotrongcốtthépdựứng lựcvà lựckéotrongcốtthépthường Afdps ps p Afd s y s de Afps ps Af s y 573 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 1
2. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Nếu điềukiệncd 0.42 e không đượcthỏamãn, tiếtdiện đang xét được coi là có quá nhiều thép, khi đóbiếndạng trong cốt thép còn nhỏ dẫn đếntiếtdiệncókhả năng bị phá hoại giòn do bê tông vùng nén vỡ (dầmbị phá hoại độtngộtmà không có dấuhiệucảnh báo trước). 0.85f'c C C a = 1c c d p de ds Apsfps Apsfps Asfy Asfy 574 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • 7.4.8. Kiểmtragiớihạnthéptốithiểu – Điều 5.7.3.3.2. quy định lượng cốtthépchịukéotrongbấtkỳ tiếtdiệnchịuuốnnàophải đủ để phát triểnsức kháng uốn tính toán (Mr = ɸMn). – Điềukiệnkiểmtralàsức kháng uốntínhtoánMr phảilớnhơn hoặcbằng giá trị nhỏ nhấtcủa(1.2 lầnsức kháng nứtMcr tính theo phân bốư.s. đàn hồihoặc1.33 lầnmômen uốntínhtoán Mu) 1.2M cr M n min 1.33M u – Sức kháng nứtMcr đượctínhtheođàn hồi ứng vớicường độ 0.5 chịukéokhiuốncủabêtônglà: fr = 0.63(f’c) 575 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 2
3. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – VớikếtcấuBTCT DƯL sức kháng nứt đượctínhnhư sau: Sc M cr Sf c r f cpe M dnc 1 Sf c r Snc trong đó: • Sc = mô men chống uốncủatiếtdiện liên hợp đốivớithớ chịu kéo ngoài cùng do tác dụng củatảitrọng ngoài; • Snc = mô men chống uốncủatiếtdiệnchưa liên hợp đốivới thớ chịu kéo ngoài cùng đã dùng để tính Sc; • Mdnc = mô men chưa nhân hệ số do tĩnh tảilàtrọng lượng bảnthâncủadầmchưa liên hợp; f 0.63 f ' • fr = cường độ chịukéokhiuốncủabêtông rc 576 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) Sc M cr Sf c r f cpe M dnc 1 Sf c r Snc • fcpe = ứng suất trong bê tông do riêng ứng lựctrướcsau mấtmátư.s gây ra (tạithớ chịu kéo ngoài cùng do tải trọng gây ra). ApsfAfe ps  ps ps fcpe ASgnc • e = độ lệch tâm củalựcnéntrướctrongdầmchưa liên hợp • Aps = diệntíchcốtthépdựứng lực; • fps = ứng suất trung bình trong cốtthépdựứng lực; • Ag = diệntíchtiếtdiệndầmchưa liên hợp; Chú ý: các giá trị fr và fcpe trong công thứctínhMcr phải đượclấytheogiátrị tuyệt đối. 577 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 3
4. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • 7.4.9. Kiểmtoánđộ võng dầmtheoTTGH sử dụng – Biếndạng do tảitrọng khai thác quá lớnsẽ gây hư hỏng các lớpmặtcầu, nứtcụcbộ trong bảnmặtcầu – Ngoài ra, biếndạng lớncũng gây cảm giác không an toàn cho người qua cầu. Do vậy, điều 2.5.2.6.2 quy định như sau:  Độ võng giớihạnkhikếtcấuchịuhoạttảixe: • Vớidầm(hoặcbản) đơngiản ≤ Lnhịp /800 • Vớidầmhẫng ≤ Lhẫng /300  Độ võng giớihạnkhikếtcấuchịuhoạttảixevà/hoặcngười: • Vớidầm(hoặcbản) đơngiản ≤ Lnhịp /1000 • Vớidầmhẫng ≤ Lhẫng /375 578 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Khi tính võng do hoạttảicókểđếnhệ số xung kích (1+IM) và hệ số làn xe. Theo (3.6.1.3.2), hoạttảiphảilấytrị số lớnhơn của2 tổ hợpsau: • Mộtxetải3 trụccóxétIM • Tảitrọng làn + 25% hiệu ứng củaxetải3 trụccóxétIM – Theo (2.5.2.6.2), tấtcả các làn đềuchấttảivàcácdầmchủđều giả thiếtchịutảibằng nhau. Nghĩalàhệ số phân phốingang củatảitrọng bằng số làn xe chia cho số dầmchủ (g = nl/ndc). – Khi tính gần đúng độ võng tứcthời(do hoạttải) có thể dùng mô đun đàn hồicủabêtôngEc và mô men quán tính củatiết diệnnguyênIg (5.7.3.6.2) 579 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 4
5. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) b q x P EI EI L L x 5.qL4 – Độ võng giữanhịpdo tải phân bố q: 384EI . – Độ võng tại điểmbấtkỳ cách gốitrái1 đoạnlàx củadầm đơn giảnchịutảitrọng tập trung cách gốitrái1 đoạnlàb: Pbx 222 x L bx 6 EIL 580 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • 7.4.10. Kiểmtrasức kháng cắt – Công thứckiểmtra: VVun  Trong đó: • Vu = lựccắttínhtoántheoTTGH cường độ 1 • ɸ = hệ số sức kháng (vớikếtcấuBTCT lấy= 0.9) • Vn = sức kháng cắtdanhđịnh VVVcsp Vn min ' 0.25 fcvbd v V p • Vc = sức kháng cắtdanhđịnh củabêtông ' Vfbdccvv 0.083 581 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 5
6. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • Vs = sức kháng cắtdanhđịnh củacốt thép trong sườndầm Afd cot cot sin V vyv s s • Vp = lựccắtdo cốtthépdựứng lực(N), Vp lấylàdương nếu ngượcchiềuvớilựccắttínhtoán. • dv = chiềucaochịucắthữuhiệu, là khoảng cách từ trọng tâm cốtthépchịukéođến 0.9de trọng tâm vùng nén và không nhỏ hơn dhv max 0.72 2 giá trị (0.9de hoặc 0.72hdầm), vớide là a d khoảng cách từ trọng tâm thép chịukéo e 2 tớithớ chịu nén ngoài cùng. 582 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) Afd cot cot sin Vfbd 0.083 ' V vyv ccvvs s • bv = bề rộng bảnbụng nhỏ nhấttrongchiềucaodv • s = cự ly cốt đai • β = hệ số xét đếnkhả năng bê tông bị nứtchéotruyềnlực kéo ‐ 5.8.3.4 • θ = góc nghiêng của ứng suất nén chéo (độ) ‐ 5.8.3.4 • α = góc nghiêng củacốtthépđai so vớitrụcdọc(độ) 2 • Av = diệntíchcốtthépchịucắttrongcự ly “s” (mm ) 583 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 6
7. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Khi cốt đai bố trí thẳng đứng thì α = 90o, lúc đócôngthứctính sức kháng cắtdanhđịnh củacốt thép trong sườndầmcóthể viếtlạinhư sau: Afd cot V vyv s s 584 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Xác định Vp = ? n ii i VAfpstrp  sin i 1 i • A str = diệntíchcủabócốtthépứng suấtthứ i i • f p = ứng suất trong bó cốtthépthứ i sau mấtmát • γi = góc nghiêng củabócốtthépthứ i theo phương ngang Trục trung hòa tiếtdiện liên hợp Trục trung hòa tiếtdiệndầm I 585 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 7
8. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Xác định d và b = ? v v 0.9d A fd Afd e d pspsp sys e A fAf • Chiềucao dhv max 0.72 ps ps s y a d e 2 a • Chiềurộng b = b de v w h bw 586 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Xác định β và θ bằng cách tra bảng và dựavàothôngsố v/f’c và εx trong đó: • v = ứng suấtcắt trong bê tông VV  v upvới ɸ là hệ số sức kháng lấy theo 5.5.4.2. bdvv • εx = biếndạng dọctrụctrongcốtthépở phía chịukéokhi uốncủadầm Mduv/ 0.5 N u 0.5 V u cot Aps f po  x 0.002 EAss EA pps 587 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 8
9. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) Mduv/ 0.5 N u 0.5 V u cot Aps f po  x 0.002 EAss EA pps • Nếu εx < 0 , (âm) thì giá trị tuyệt đốicủanóđượcgiảmbằng cách nhân vớihệ số là Fε EAss EA pps F EAcc EA ss EA p ps Trong đó: 2 • Ac = diện tích bê tông phía chịukéodo uốn(mm) • Aps = diệntíchcốtthépdựứng lực phía chịukéouốntrừđi sự thiếu phát triển đầy đủ ở mặtcắt đượcnghiêncứu (mm2) • Nu = lựcdọctínhtoánlấydương khi chịunén(N) • Vu = lựccắttínhtoán(N) 588 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) Mduv/ 0.5 N u 0.5 V u cot Aps f po  x 0.002 EAss EA pps • As = diệntíchcốtthépthường phía chịukéouốntrừđisự thiếu phát triển đầy đủ ở mặtcắtnghiêncứu(mm2) • Mu = mô men tính toán (N.mm) • fpo = ứng suất trong thép dựứng lựckhiứng suất trong bê tông xung quanh bằng 0 (MPa) Ep fffpo pe pc Ec • fpe = ứng suấtcóhiệutrongcốtthépdựứng lựcsaucác mấtmát • fpc = ứng suất nén trong bê tông tạitrọng tâm tiếtdiệnsau các mấtmát 589 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 9
10. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • Xác định thông sốβtheo điều 5.8.3.4.2 TCN272‐05 590 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • Xác định thông sốθtheo điều 5.8.3.4.2 TCN272‐05 591 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 10
11. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) 592 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Trình tự các bướckiểmtoándầmchịucắtcócốtthépsườn: • B1. Vẽ các biểu đồ bao củalựccắtVu và mômen Mu theo TTGH cường độ 1 (thường vẽ 10 điểm/ 1 nhịp) • B2. Xác định khoảng cách trọng tâm vùng kéo và nén dv • B3. Xác định ứng suấtcắtdanhđịnh v = Vu/(ɸdvbv) và sau đóxácđịnh tỷ số v/f’c . Nếutỷ số này > 0.25 thì cầnphải tăng tiếtdiệnchịucắt. • B4. Sơ bộ giả thiết góc nghiêng ứng suất nén chéo θ1 = 40˚ => xác định ứng biếntrongcốt thép vùng kéo εx1. • B5. Theo giá trị v/f’c và εx1 tra bảng xác định θ2. Nếusaisố giữa θ1 và θ2 lớnthìtheoθ2 tính lặplại εx2. Tính lặp đếnkhisaisố giữa2 bướclànhỏđạtyêucầuthì chọnbằng giá trịβbảng và hình vẽ. 593 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 11
12. Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Tuyển 4/8/2014 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) • B6. Xác định sức kháng cắtyêucầucủacốt đai trong mặt cắt đang tính toán. Vu ' VVpfbds 0.083 cvv v – Chọncốt đai chống cắt: • Để thuậnlợichothicông, thông thường chọn đường kính cốt đai không đổinhưng khoảng cách s thay đổităng dần theo sự giảmdầncủalựccắtdọc theo chiềudàicủadầm. • Xác định khoảng cách yêu cầucủacốt đai Afd cot cot sin s vyv Vs vớiAv = diệntíchcủa thanh cốt đai và fy = cường độ chảy củacốt đai. 594 Thiếtkế tiếtdiệndầmBTCT DƯL (t.theo) – Ngoài ra, theo (5.8.2.7) bướccốt đai chống cắtphảithỏamãn các điềukiệnsau: • Khi Vu < 0.1f’cbvdv thì: s ≤ 0.8 dv và 600mm (5.8.2.7‐1) • Khi Vu ≥ 0.1f’cbvdv thì: s ≤ 0.4 dv và 300mm (5.8.2.7‐2) 595 Bộ môn Cầu và CTN ‐ ĐHXD 12