Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu - Chương IV: Tính toán mố trụ cầu (Phần 2)

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu - Chương IV: Tính toán mố trụ cầu (Phần 2)

1. 8/27/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ môn Cầu và Công trình ngầm Website: Website: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MỐ TRỤ CẦU TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website môn học: Hà Nội, 8‐2013 Tính mố cầu (t.theo) – Co ngót, từ biếncủabêtônglàmkếtcấunhịp(SH, CR) • Tính lựcdọccầutácdụng lên mố tương tự nhưđốivới nhiệt độ TU – Tác động của gió (WS,WL) Trướchết, cầnphảicăn cứ vào bảng phân vùng gió để xác định đượcvận tốc gió thiết. 174 1
2. 8/27/2013 Tính mố cầu (t.theo) Tốc độ gió thiếtkếđượcxácđịnh theo phương trình 3.8.1.1‐1 như sau: V = VB.S trong đó: • VB = tốc độ gió giậtcơ bảntrong3s vớichukỳ xuấthiệnlà 100 năm(chúý, khi tính gió trong quá trình lắprápcóthể lấy0.85 giá trị VB); • S = hệ sốđiềuchỉnh đốivớikhuđấtchịugióvàcaođộ mặt cầu theo quy định trong bảng tra 3.8.1.1‐2. 175 Tính mố cầu (t.theo) 176 2
3. 8/27/2013 Tính mố cầu (t.theo) Tính tảitrọng gió ngang trên kếtcấu(WS) Tảitrọng gió ngang PD phải đượclấy theo chiều tác dụng nằmngangvà đặttạitrọng tâm củacácphầndiệntíchchịugióvàđượctínhnhư sau: 2 PD = 0.0006V AtCd ≥ 1.8 At (KN) trong đó: • V = tốc độ gió thiếtkế tính theo phương trình 3.8.1.1‐1 (m/s) 2 • At = Diệntíchcủakếtcấuhay cấukiệncầntínhtảitrọng gió ngang (m ) • Cd = Hệ số cản được quy định trong hình 3.8.1.2.1‐1 177 Tính mố cầu (t.theo) 178 3
4. 8/27/2013 Tính mố cầu (t.theo) Tính tảitrọng gió dọctrênkếtcấu(WS) Tảitrọng gió dọctrênkếtcấu đượctínhdựa trên quy định của điều 3.8.1.2.2 như sau: 179 Tính mố cầu (t.theo) Tính tảitrọng gió trên xe cộ (WL) Tảitrọng gió dọctrênkếtcấu đượctínhdựa trên quy định của điều 3.8.1.3. như sau: 180 4
5. 8/27/2013 Tính mố cầu (t.theo) Tính tảitrọng gió theo phương thẳng đứng Tảitrọng gió theo phương thẳng đứng đượctínhdựa trên quy định của điều 3.8.2. như sau. Phảilấytảitrọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm củadiện tích thích hợptheocôngthức: 2 Pv = 0.00045 V Av (KN) Trong đó: • V = tốc độ gió thiếtkế tính theo phương trình 3.8.1.1‐1 (m/s) • Av = Diệntíchphẳng củamặtcầuhay cấukiệncầntínhtảitrọng gió thẳng đứng(m2) Chú ý, chỉ tính tảitrọng này cho các TTGH không liên quan đến gió lên hoạttảivàchỉ tính khi lấyhướng gió vuông góc vớitrụcdọccủacầu. Phải đặtlựcgióthẳng đứng cùng vớilựcgiónằm ngang theo quy định theo điều 3.8.1. 181 Ví dụ: tính áp lựccủagió Tổng bề rộng cầuB = 12m; Chiều dài dầmL = 33m; Cầu đượcxâyở phân vùng gió I, xa dân cư, thoáng không có cây cao. Gốitrênmố là gốicốđịnh cao su cốtbản thép, tính áp lựcgiótruyềntừ kếtcấunhịpxuống mố = ? 33m Mố 182 5
6. 8/27/2013 Ví dụ: tính áp lựccủagió 183 Tính mố cầu (t.theo) Lậpsơđồtính sau khi tính toán các tảitrọng tác dụng lên mố: 184 6
7. 8/27/2013 Tính mố cầu (t.theo) • 4.1.5. Kiểmtramố cầu ở TTGH sử dụng – Điều 11.5.2: phảinghiêncứusự chuyểndịch quá mức ở TTGH sử dụng đốivớicácmố, tường chắn – Điều 11.6.2: chuyểnvị củamố và tường chắn ở TTGH sử dụng • Chuyểnvị và độ lún mố: xem phần móng (Chương 10 – 22TCN‐272‐05), các điều 10.6.2.2.3; 10.7.2.3 và 10.8.2.3 • Giớihạn đốivới chuyểnvị củatường chắn thông thường được đề ra dựatrênchứcnăng và loạihìnhtường, tuổithọ dự kiến. Áp dụng các điều 10.6.2.2, 10.7.2.2 và 10.8.2.2 khi thích hợp. 185 Tính mố cầu (t.theo) – Lưuý: AASHTO LRFD 1998 và 22TCN‐272‐05 quy định kiểmtra ổn định tổng thể theo TTGH cường độ (điều 11.5.3) Tuy nhiên, từ phiên bản AASHTO LRFD 2004 trở về sau lại quy định việckiểmtraổn định tổng thể củanền đất ở TTGH sử dụng (AASHTO 11.5.2) • Ổn định tổng thể củanền đất (11.6.2.3) 186 7
8. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo) – Mất ổn định tổng thể củanền đấtsautường chắn: Theo AASHTO 2004, ổn định tổng thể mái dốccần được kiểmtratheo TTGH sử dụng. 187 Tính mố cầu (t.theo) • 4.1.6. Kiểmtramố cầu ở TTGH cường độ – Theo điều (11.6.3) cầnphảithiếtkế các mố, tường chắn ở TTGH cường độ cho các nội dung sau: • Sứcchịutảicủanền đất, hình (a); • Lậtmố, hình (b); • Trượtmố, hình (c); • Mất ổn định chung, hình (d); (AASHTO 2004 kiểmtranội dung này ở TTGH sử dụng). • Xói mòn dướibề mặt; • Sự phá hoạido kéo tuộtcác neo đất, cốtgiacường đất • Sứcchịutảicủa các cấukiệnmố. 188 8
9. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo) • Các hệ số tảitrọng khi kiểmtrasức kháng củanền đất  DC 1.25  EV 1.35  EH 1.50  1.00 WAVH WA 189 Kiểmtramố cầu (t.theo) Phân bố ứng suất tại đáy bệ mố trên nền đất 190 9
10. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo) Phân bố ứng suất tại đáy bệ mố trên nền đá 191 Kiểmtramố cầu (t.theo) • Các hệ số tảitrọng khi kiểmtoánlậtvàtrượt  DC 0.9  EV 1.00  EH 1.50  1.00 WAVH WA 192 10
11. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo)  (1) Kiểmtrađiềukiệnchống lật – Vị trí củatrọng tâm phảnlựcnền đượcxácđịnh bằng cách lấy cân bằng mô men củacáclựctácdụng lên bệ trụ. Ví dụ, sau khi xác định đượccáctảitrọng Mu, Vu, Hu theo TTGH–CĐ: • ƩX =0 => xác định đượclựcma sát F • ƩY =0 => xác định đượcphản lựcnềnN Mu, Vu, Hu F • ƩMC =0 => xác định độ lệch tâm e C N  M C e e N B 193 Kiểmtramố cầu (t.theo) Các điềukiệnsauđây được dùng thay cho việckiểm tra mômen lật không vượt quá mômen chống lật (C11.6.3.3) – Móng trên nền đất: B/2 B/2 • Vị trí hợplựccủaphảnlựcphảinằm trong 1/2 bề rộng tính từ tim của Mu, Vu, Hu đáy bệ mố. Điểmlậtgiả thiết cách mép đáy bệ mố B/4. N C B/4 => e e < {emax = 3B/8} B/8 194 11
12. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo)  (2) Kiểmtrasức kháng đỡ của đấtnền – Công thứctổng quát: Rqiultu q_ max Trong đó: • qult = sức kháng ép mặtcựchạncủa đấtnền 3 • Ri = hệ số triếtgiảmdo lựctácdụng nghiêng = (1 –Hn/Vn) • Hn = lựcngangtácdụng tại đáy móng (chưa nhân hệ số) • Vn = lực đứng tác dụng tại đáy móng (chưa nhân hệ số) • φ = Hệ số sức kháng • qu_max = ứng suấtlớnnhấttại đáy móng 195 Kiểmtramố cầu (t.theo) 196 12
13. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo)  (3) Kiểmtrasức kháng trượt – Công thứctổng quát: s Fru  iP h_ i Trong đó: • φs = hệ số sức kháng trượt(Bảng 10.5.5.1) • Fru = lựcma sát = Nu tan(δb) + ca Be • Nu = hợplựctheophương đứng (đã nhân hệ sốở TTGHCĐ) • δb = góc ma sát giữa đáy bệ móng và đấtnền(độ) • ca = lực dính • Be = chiềudàicóhiệucủabệ móng (phầnchịuphảnlựcnền) • Ph_i = tảitrọng danh định theo phương ngang (gây trượt) • γi = hệ số tảitrọng tương ứngvớitảitrọng Ph_i. 197 Kiểmtramố cầu (t.theo) c kháng theo ứ s ố s (Sức kháng cho các móng nông ệ đỡ củanền) H : độ ng ườ C ng 10.5.5.1 ả TTGH B 198 13
14. 8/27/2013 Kiểmtra (Sức kháng trượt của nền) c kháng theo ứ s ố s cho các móng nông ệ H (t.theo) : độ ng ườ C ng 10.5.5.1 ả TTGH B 199 Kiểmtramố cầu (t.theo)  (4) Kiểmtracường độ củacáccấukiện – Tường đỉnh – Tường thân – Tường cánh – Bệ mố Nội dung kiểmtra: – Uốn – Nén uốn đồng thời(xemphầntínhtrụ) – Cắt 200 14
15. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo) – Mộtsố tiếtdiệncầnkiểmtraở TTGH cường độ: ¸p lùc ®øng do ho¹t t¶i KCPT, LL+I E I J EQ, BR H 1 D G X PH2 Ht P P2 V2 B 3 F  PH1 P P +M K 0.5H 1 V1 +H 2  0.4Ht +V ACA1 Quy −íc (K K H ¸p lùc ngang A, EA)s t 4 do ho¹t t¶i 201 Kiểmtramố cầu (t.theo) – Mộtsố tiếtdiệncầnkiểmtraở TTGH cường độ: 5 11 22 5 3 3 4 4 202 15
16. 8/27/2013 Kiểmtramố cầu (t.theo) – Mộtsố dạng phá hoạicủabệ mố (hoặcbệ trụ) trên nền đất theo TTGH cường độ: Phá hoạido uốn Phá hoạido cắt Phá hoạido vỡ neo bê tông 203 Kiểmtramố cầu (t.theo) – Mộtsố dạng phá hoạicủabệ mố (hoặcbệ trụ) trên nềncọc theo TTGH cường độ: Phá hoại Phá hoại do vỡ neo do cắt bê tông Phá hoại Phá hoại do tụtneo do uốn đầucọc 204 16
17. 8/27/2013 Ví dụ tính mố Mố xây trên nềncátsỏi Nềncóchỉ số NSPT = 22 Sức kháng nền ướctính là 1060 kPa Đất đắpsaumố là cát chặtvừa. 205 Ví dụ tính mố 206 17
18. 8/27/2013 Ví dụ tính mố 207 Chú ý về góc ma sát  trong phạmvi ví dụ này: Ta chỉ xét ảnh hưởng của ma sát giữa đấtvàthân mố tớiáplực ngang do đất đắp(áplựcP xiên góc đượctáchra2 thành phầnPvvàPh). Không xét ảnh hưởng củama sát giữa đấtvà thân mố tớiáplựcngang do tĩnh tảivàhoạttải chấtthêm(coi = 0). 208 18
19. 8/27/2013 Ví dụ tính mố 209 210 19
20. 8/27/2013 Lực tác dụng lên mố theo phương thẳng đứng (chưa nhân hệ số) Tính trọng lượng mố và đất đắp sau mố Vn (kN) d (m) Mô men (kN.m) Khối 1 = (1.830)(0.610)(23.6) = 26.345 0.915 24.11 Khối 2 = (0.690)(1.525)(23.6) = 24.833 1.105 27.44 Khối 3 = (0.230)(0.915)(23.6) = 4.967 1.335 6.63 Khối 4 = (0.380)(2.440)(18.9) = 17.524 1.640 28.74 DL = 109.4 0.990 108.31 LL = 87.5 0.990 86.63 VD = 2.735 1.640 4.49 VL = 8.566 1.640 14.05 Pv = 8.222 1.830 15.05 Lực tác dụng lên mố theo phương ngang (chưa nhân hệ số) Vn (kN) d (m) Mô men (kN.m) Ph = 17.633 ‐1.098 ‐19.36 HD =5.399‐1.373 ‐7.41 HL = 16.906 ‐1.373 ‐23.21 WS =2.900‐2.135 ‐6.19 WL =0.7‐2.135 ‐1.49 BR =3.600‐2.135 ‐7.69 CR+SH+TU =10.9‐2.135 ‐23.27 211 Các hệ số tải trọng cho TTGH Cường độ 1 và 3 TTGH DC EV EH LL BR LS WS WL CR+SH+TU Cường độ 1 1.25 1.35 1.5 1.75 1.75 1.75 0 0 0.5 Cường độ 1 (b) 0.9 1 1.5 1.75 1.75 1.75 0 0 0.5 Cường độ 3 1.25 1.35 1.5 0 0 0 1.4 0 0.5 Cường độ 3 (b) 0.911.500 01.400.5 Lực tác dụng lên mố theo phương thẳng đứng và mô men tương ứng (sau khi nhân hệ số tải trọng) Cường độ 1Cường độ 1 (b) Cường độ 3Cường độ 3 (b) Vu MVu Vu MVu Vu MVu Vu MVu Khối 1 = 32.93 30.13 23.71 21.69 32.93 30.13 23.71 21.69 <‐‐‐ DC Khối 2 = 31.04 34.30 22.35 24.70 31.04 34.30 22.35 24.70 <‐‐‐ DC Khối 3 =6.218.290.005.970.008.290.005.97 <‐‐‐ DC Khối 4 = 23.66 38.80 17.52 28.74 23.66 38.80 17.52 28.74 <‐‐‐ EV DL = 136.75 135.38 98.46 97.48 136.75 135.38 98.46 97.48 <‐‐‐ DC LL = 153.13 151.59 153.13 151.59 0.00 0.00 0.00 0.00 <‐‐‐ LL VD =3.425.612.464.043.425.612.464.04 <‐‐‐ DC VL = 14.99 24.58 14.99 24.58 0.00 0.00 0.00 0.00 <‐‐‐ LL Pv = 12.33 26.33 14.39 26.33 11.51 0.00 4.11 0.00 <‐‐‐ EH Tổng cộng = 414.5 455.0 347.0 385.1 239.3 252.5 168.6 182.6 212 20
21. 8/27/2013 Lực tác dụng lên mố theo phương ngang (sau khi nhân hệ số) Cường độ 1Cường độ 1 (b) Cường độ 3Cường độ 3 (b) Hu MHu Hu MHu Hu MHu Hu MHu Ph = 26.45 ‐29.04 26.45 ‐29.04 26.45 ‐29.04 26.45 ‐29.04 <‐‐‐ EH HD =8.10 ‐11.12 8.10 ‐11.12 8.10 ‐11.12 8.10 ‐11.12 <‐‐‐ EH HL = 29.59 ‐40.62 29.59 ‐40.620.000.000.000.00 <‐‐‐ LS WS =0.000.000.000.004.06‐8.67 4.06 ‐8.67 <‐‐‐ WS WL =0.000.000.000.000.000.000.000.00 <‐‐‐ WL BR =6.30 ‐13.45 6.30 ‐13.450.000.000.000.00 <‐‐‐ BR CR+SH+TU =5.45 ‐11.64 5.45 ‐11.64 5.45 ‐11.64 5.45 ‐11.64 <‐‐‐ CR+SH+TU Tổng cộng = 75.9 ‐105.9 75.9 ‐105.9 44.1 ‐60.5 44.1 ‐60.5 (1) Kiểm tra ổn định chống lật Cường độ 1Cường độ 1 (b) Cường độ 3Cường độ 3 (b) Vu = 414.5 347.0 239.3 168.6 Hu = 75.88 75.88 44.06 44.06 MVu = 455.02 385.12 252.51 182.61 MHu = ‐105.9 ‐105.9 ‐60.5 ‐60.5 M = 349.1 279.3 192.0 122.1 Xo = 0.8424 0.8047 0.8025 0.7244 e = 0.0726 0.1103 0.1125 0.1906 emax = 0.4575 0.4575 0.4575 0.4575 = B/4 % thiết kế dư = 84.1% 75.9% 75.4% 58.3% 213 Tìm vị trí củatrọng tâm phảnlựcnền“e” cho tổ hợpTTGH‐CĐ1 Mc Mc30.08 kNm em 0.0726 NVu414.5 kN Vu = 414.5kN Hu = 75.88kN F M = 349.1kNm N Xo e Vu= 414.5kN emax Hu=75.88kN Mc=30.08kNm B/2 = B/2 = C 915mm 915mm F N MM349.1 kNm Xo 0.8424 m e NVu414.5 kN emax B eXo 0.915 0.8424 0.0726 m 2 B/2 = B/2 = 915mm 915mm 214 21
22. 8/27/2013 (2) Kiểm tra ổn định chống trượt Cường độ 1Cường độ 1 (b) Cường độ 3Cường độ 3 (b) Vu = 414.5 347.0 239.3 168.6 Tan(b) = 0.577 0.577 0.577 0.577 Fr = 239.14 200.22 138.08 97.29  s = 0.8 0.8 0.8 0.8 Hệ số s.kháng trượt  s Fr = 191.3 160.2 110.5 77.8 Hu = 75.88 75.88 44.06 44.06 % thiết kế dư = 60.3% 52.6% 60.1% 43.4% (3) Kiểm tra sức kháng đỡ của nền Cường độ 1Cường độ 1 (b) Cường độ 3Cường độ 3 (b) Vu = 414.5 347.0 239.3 168.6 Hu = 75.88 75.88 44.06 44.06 Hu / Vu =0.180.220.180.26 Ri = 0.545 0.477 0.543 0.403 qult = 1060.0 1060.0 1060.0 1060.0 Ri qult = 577.86 505.59 575.72 427.29  =0.450.450.450.45Hệ số sức kháng đỡ  Ri qult = 260.0 227.5 259.1 192.3 qmax = 245.99 215.60 149.10 116.38 % thiết kế dư = 5.4% 5.2% 42.4% 39.5% 215 Tìm áp lực đáy móng lớnnhấtqmax cho tổ hợpTTGH‐CĐ1 B/2 = B/2 = 915mm 915mm NkNmkN414.5( / ) q 246 max 2Xomm 2 0.8424 2 qmax F C N e 2Xo 216 22