Bài giảng Tải trọng, hệ số tải trọng tổ hợp tải trọng

Chương 2:Tải Trọng – Hệ Số Tải Trọng Tổ Hợp Tải Trọng GVHD: ThS. Nguyễn Văn Sơn Bộ Môn: Kỹ Thuật Xây Dựng . Thiết Kế Cầu BTCT Khái Niệm Cơ Bản Quan Điểm Tính Toán: - Mỗi cấu kiện và liên kết phải thoả mãn pt 1 ở tất cả các trạng thái giới hạn: (1) Yi : hệ số tải trọng i : hệ số điều chỉnh tải trọng (tính dẻo, dư, tầm quan trọng)  : hệ số sức kháng ( 1.0) Rn: Sức kháng danh định của vật liệu. Rr : Sức kháng tính toán của vật liệu. Khái Niệm Cơ Bản Các Khái Niệm: - 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 đến gió. - TTGH cường độ II: tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt quá 25m/s, tức là tổ hợp bao gồm tĩnh tải, tác động gió gây ra,…không xét đến tác động do hoạt tải gây ra. - TTGH cường độ 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 sự tác dụng đồng thời của tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió và các tải trọng khác. Khái Niệm Cơ Bản Các Khái Niệm: - TTGH đặc biệt: tổ hợp tải trọng xét đến động đất, lực va của tàu thuyền và xe cộ. Trong tổ hợp này thì hệ số tổ hợp của tải trọng là 0.5. - TTGH sử dụng: tổ hợp tải trọng dùng để kiểm tra cầu trong điều kiện làm việc bình thường và có xét đến tải trọng gió gây ra (kiểm tra với gió có vận tốc 25m/s). Kiểm tra cầu trong TTGH này bao gồm: độ võng, bề rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép, bê tông cốt thép 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. - 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. Tức là tổ hợp này chỉ xét đến tác dụng do một xe tải và lực xung kích, lực ly tâm gây ra. Khái Niệm Cơ Bản Tổ Hợp và Hệ Số Tải Trọng: Tải Trọng Thường Xuyên Khái niệm: - Trọng lượng bản thân của cấu kiện, phụ kiện,… - Nếu không có số liệu chi tiết thì có thể lấy trọng lượng riêng theo bảng sau: Hoạt Tải Làn Xe Thiết Kế: a. Số làn xe thiết kế: - Nếu bề rộng phần xe chạy, w  3500mm thì số làn xe thiết kế, n, là số nguyên của w/3500 - Nếu w < 3500mm thì n = số làn giao thông, bề rộng làn xe thiết kế = bề rộng làn giao thông. - Nếu w = 6000 – 7200 mm thì n = 2 và bề rộng làn xe thiết kế = bề rộng làn giao thông. b. Hệ số làn xe thiết kế: - Dựa vào xác xuất thống kê - Không áp dụng cho TTGH mỏi vì chỉ sử dụng 1 xe tải thiết kế. Hoạt Tải Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: a. Hoạt tải xe HL – 93: LL - Hoạt tải xe HL – 93 bao gồm một tổ hợp của: + Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế, và + Tải trọng làn thiết kế.  Mổi làn chỉ bố trí tổ hợp của xe tải và tải trọng làn thiết kế hoặc xe 2 trục và tải trọng làn thiết kế. Hoạt Tải Xe Cộ Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: a. Xe tải thiết kế: Hoạt Tải Xe Cộ Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: b. Xe 2 trục thiết kế: 1200 mm Hoạt Tải Xe Cộ Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: c. Tải trọng làn thiết kế: - Xét đến tải trọng gây ra do của đoàn xe. - Tải trọng làn thiết kế: tải trọng phân bố đều 9.3 N/mm theo chiều dọc cầu. - Theo phương ngang cầu được giả thiết là phân bố trên bề rộng 3000mm. - Khi xét tải trọng làn không được xét đến lực xung kích. Hoạt Tải Xe Cộ c. Diện tích tiếp xúc của lốp xe: - Giả thiết là một hình chữ nhật có chiều rộng 510mm và chiều dài được xác định theo công thức dưới đây: L = 2.28  10-3  (1 + IM/100)  P ; (mm) A = 510L ; (mm) p = P/A ; (N/mm2); P = 72500N cho xe tải P = 55000N cho xe 2 trục - Áp lực lốp xe là phân bố điều trên diện truyền tải: + Diện truyền tải  diện tích quy định  áp lực quy định + Diện truyền tải < diện quy định  áp lực thực tế: Hoạt Tải Xe Cộ c. Diện tích tiếp xúc của lốp xe: - Xác định diện tích tiếp xúc của lốp xe tải và xe 2 trục ở TTGH Cường độ I: + Ở TTGH cường độ I thì: + Đối với xe tải : P = 72500 N  L = 362 mm; A = 184620 mm2. + Đối với xe 2 trục: P = 55000 N  L = 274 mm; A = 139740 mm2. Hoạt Tải Xe Cộ Tác Dụng của Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: a. Các quy định chung: - Ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau: + Tổ hợp của xe 2 trục thiết kế và tải trọng làn thiết kế. + Tổ hợp của xe tải thiết kế có cự ly các trục thay đổi từ 4.3m đến 9.0m với tải trọng làn thiết kế. + Đối với moment âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng dải đều và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này và trục bánh sau xe kia là 15000mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, nhưng khoảng cách giữa các trục 145KN của mỗi xe phải lấy bằng 4300mm. Hoạt Tải Xe Cộ Tác Dụng của Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: a. Các quy định chung: - Các trục bánh xe không gây ra ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua, tức là nếu một trục xe làm giảm ứng lực lớn nhất đang xem xét thì phải bỏ qua. - Cả tải trọng làn và vị trí của bề rộng 3000mm phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất. - Xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn: + Khi thiết kế bản hẫng: 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can. + Khi thiết kế các bộ phận khác: 600mm tính từ mép làn xe thiết kế. Hoạt Tải Xe Cộ Tác Dụng của Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: b. Đánh giá độ võng do hoạt tải tuỳ ý: - Tải trọng để kiểm tra độ võng phải lấy theo trị số lớn hơn của: + Kết quả tính toán cho một mình xe tải thiết kế, hoặc + Kết quả tính toán của 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế. Hoạt Tải Xe Cộ Tác Dụng của Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: c. Tải trọng thiết kế cho bản mặt cầu, hệ mặt cầu: - Không được áp dụng khi thiết kế BMC theo phương pháp kinh nghiệm. - Khi tính toán bản mặt cầu theo phương pháp dải tương đương (gần đúng) thì ứng lực phải được lấy dựa trên cơ sở sau: + Khi các dải cơ bản là ngang và nhịp không vượt quá 4600mm thì các dải ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145KN. + Khi các dải cơ bản là ngang và nhịp vượt quá 4600mm thì các dải ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145KN và tải trọng làn. + Khi các dải cơ bản là dọc thì các dải dọc phải thiết kế theo tải trọng của xe tải hoặc xe 2 trục thiết kế và tải trọng làn. Hoạt Tải Xe Cộ Tác Dụng của Hoạt Tải của Xe Thiết Kế: d. Tải trọng trên bản hẫng: - Khi thiết kế bản hẫng có chiều dài hẫng không quá 1800mm tính từ trục tim của dầm ngoài cùng đến mặt lan can bằng bê tông liên tục về kết cấu, tải trọng của bánh xe dãy ngoài cùng có thể được thay bằng một tải trọng tuyến phân bố đều với cường độ 14.6N/mm cách bề mặt lan can 300mm. - Phải xét đến tải trọng ngang trên bản hẫng do lực va của xe vào lan can. Hoạt Tải Xe Cộ Tải trọng mỏi: a. Độ lớn và dạng: - Tải trọng mỏi là chỉ do một xe tải thiết kế nhưng khoảng cách giữa các trục 145KN phải là 9000mm. - Phải xét đến lực xung kích khi tính toán tải trọng mỏi. Hoạt Tải Xe Cộ Tải trọng mỏi: b. Tần số: - Tần số lấy theo lưu lượng xe tải trung bình theo ngày của làn xe đơn (ADTT)SL - Áp dụng cho tất cả các cấu kiện của cầu khi cần kiểm tra mỏi - Khi thiếu các thông tin đầy đủ thì (ADTT)SL của làn xe đơn: (ADTT)SL = p×(ADTT) Trong đó: ADTT : số xe tải/ ngày theo một chiều tính trung bình trong tuổi thọ thiết kế. (ADTT)SL : số xe tải/ ngày trong một làn xe đơn tính trung bình trong tuổi thọ thiết kế. p : hệ số phân bố xe tải trong một làn xe đơn, được lấy như sau: Hoạt Tải Xe Cộ Tải trọng bộ hành: PL - Đối với tất cả các lề bộ hành rộng hơn 600mm thì tải trọng người đi bộ bằng 310-3MPa và phải tính đồng thời với hoạt tải xe thiết kế. - Đối với cầu chỉ dành cho người đi bộ và/hoặc đi xe đạp phải thiết kế với hoạt tải là 4.110-3MPa. - Không cần xét đến lực xung kích. Hoạt Tải Xe Cộ Lực Xung Kích: IM - Tác động tĩnh của xe tải hay xe hai trục thiết kế không kể lực hãm xe và lực ly tâm, phải được tăng thêm một tỷ lệ phần trăm theo quy định để xét đến lực xung kích. - Hệ số áp dụng cho hoạt tải tác dụng tĩnh được lấy bằng: (1 + IM/100) - Lực xung kích không được áp dụng: + Cho tải trọng bộ hành và tải trọng làn thiết kế. + Tường chắn không chịu phản lực thẳng đứng từ KCPT + Phần móng nằm hoàn toàn dưới nền đất. - Lực xung kích được lấy như trong bảng sau đây: Hoạt Tải Xe Cộ Lực Ly Tâm: CE - Lực ly tâm lấy bằng tích số của trọng lượng các trục xe tải và xe 2 trục thiết kế với hệ số C. - Tốc độ thiết kế đường bộ dựa theo Tiêu chuẩn thiết kế đường bộ - Lực ly tâm tác dụng theo phương nằm ngang, cách phía trên mặt đường 1800 mm. - Phải xếp xe ở tất cả các làn xe thiết kế và xét đến hệ số làn xe, m. Hoạt Tải Xe Cộ Lực Hãm: BR - Lực hãm lấy bằng 25% trọng lượng của các trục xe tải hay xe thiết kế. - Lực ly tâm tác dụng theo phương nằm ngang, cách phía trên mặt đường 1800 mm theo cả 2 phương dọc cầu. - Phải xếp xe ở tất cả các làn xe thiết kế và xét đến hệ số làn xe, m. - Xem các làn xe đi cùng một chiều để gây ra ứng lực lớn nhất. Hoạt Tải Gió Hoạt Tải Gió Hoạt Tải Gió Gió tác dụng lên công trình cầu Gió tác dụng lên công trình dân dụng Áp Dụng Akashi Kaikyo Bridge (Japan, 1998) Hoạt Tải Gió Tải Trọng Gió Ngang: a. Tổng quát: - Tốc độ gió thiết kế, V, được xác định theo công thức sau: V = VBS Trong đó: + VB : tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp cho vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu + S : hệ số điều chỉnh đối với khu vực đất chịu gió và cao độ mặt cầu. Trong g/đ thi công: 0.85VB Phụ lục E, T43 Hoạt Tải Gió Tải Trọng Gió Ngang: b. Tải trọng gió tác động lên công trình: WS * Tải trọng gió ngang: - Tải trọng gió ngang PD phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng tâm của các phần diện tích thích hợp, và được tính như sau: Trong đó: V : vận tốc gió thiết kế, (m/s). At : diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m2). Cd : hệ số cản gió Hệ Số Cản Gió Cd - Nếu KCPT có mặt đón gió đặc, dốc đứng và không có góc vuốt đáng kể ảnh hưởng đáng kể đến khí động học thì Cd được xác định theo tỉ số b/d: - Nếu KCPT là giàn, lan can, kết cấu phần dưới thì hệ số cản gió Cd được xác định dựa vào bảng 6 của Tiêu chuẩn TCVN 2737-95 - Đối với các KCPT phức tạp khác thì phải tiến hành thí nghiệm trong hầm gió. Hoạt Tải Gió b. Tải trọng gió tác động lên công trình: WS * Tải trọng gió dọc: - Chỉ áp dụng đối với TTGH cường độ II, III và TTGH Sử dụng. - Tải trọng gió dọc được tính toán tương tự như tải trọng gió ngang. - Khi tính toán mố trụ, nếu kết cấu phần trên (KCPT) là giàn hay các dạng kết cấu khác có bề mặt cản gió lớn song song với trục dọc theo dầm chính - Đối với KCPT có mặt trước đặc, hay tiết diện hộp thì tải trọng gió dọc phải lấy bằng 0.25 lần tải trọng gió ngang. - Các tải trọng gió dọc và ngang phải cho tác dụng từng trường hợp riêng lẻ, nếu thấy thích hợp thì kết cấu phải được kiểm tra với hợp lực của gió dọc và ngang có xét đến ảnh hưởng của các góc hướng gió trung gian (không vuông góc). Hoạt Tải Gió c. Tải trọng gió tác động lên xe cộ: WL - Chỉ áp dụng đối với TTGH cường độ III và TTGH Sử dụng - Tải trọng gió ngang lên xe cộ là tải trọng phân bố đều có giá trị là 1.5 KN/m., tác dụng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cầu và đặt ở cao độ 1800 mm so với mặt đường. - Tải trọng gió dọc lên xe cộ là tải trọng phân bố đều có giá trị là 0.75 KN/m., tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cầu và đặt ở cao độ 1800 mm so với mặt đường. - Tác dụng của tải trọng gió dọc và ngang lên xe cộ phải được xét cho từng trường hợp riêng lẻ, nếu thấy thích hợp thì kết cấu phải được kiểm tra với hợp lực của gió dọc và ngang có xét đến ảnh hưởng của các góc hướng gió trung gian (không vuông góc). Hoạt Tải Gió Tải Trọng Gió Đứng: - Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm của tiếtt diện thích hợp theo công thức: , (KN) + Av : diện tích phẳng của mặt cầu hay cấu kiện dùng để tính tải trọng gió thẳng đứng (m2). Chú ý: - Chỉ tính tải trọng này đối với TTGH cường độ III và TTGH sử dụng. - Chỉ tính khi lấy hướng gió tác dụng vuông góc với trục dọc của cầu hay góc lệch nhỏ hơn 50. Khi đó phải tính cùng tải trọng gió ngang theo quy định ở phần trên. Caûm Ôn Caùc Baïn Sinh Vieân Ñaõ Quan Taâm Theo Doõi! THE END