Nhập môn Cầu - Nguyên lý thiết kế và tính toán (tt)

Nội dung text: Nhập môn Cầu - Nguyên lý thiết kế và tính toán (tt)

1. 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: ‐in‐ vietnamese/nhap‐mon‐cau Hà Nội, 10‐2013 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) • 2.3‐8. Tổ hợpnộilực – (1) Mô men • Mô men do các tĩnh tảiDC và DW (chưa nhân hệ số) M M DCDC DC A M M DWDW DW A • Mô men do hoạttải(chưa nhân hệ số) M HL93_ TH 1 MmLL ax M HL93_ TH 2 MmgIMPyA MTrucMM 19.3 3   HL93_ TH 1 LL  i i LL M mgMTrucMM 19.3 IM P2  y  A HL93_ TH 2 LL  i i LL 161 1
2. 11/12/2013 Tổ hợpnộilực (t.theo) MmgIMPyA MTrucMM 19.3 3   HL93_ TH 1 LL  i i LL M mgMTrucMM 19.3 IM P2  y  A HL93_ TH 2 LL  i i LL trong đó: M • ALL = diệntíchđường ảnh hưởng mô men khi tính hoạttải M M M (đốivớikếtcấunhịpdầmgiản đơnthìADC = ADW =ALL ) M • m.gLL = (hệ số làn xe) ×(hệ số phân bố ngang củamômen) • P = trọng lượng trụcxe • y = tung độ đường ảnh hưởng nộilựctạivị trí lựcP • (1+IM) = 1.25 = hệ số xung kích áp dụng cho hoạttảixe. 162 Tổ hợpnộilực (t.theo) • Mô men tính toán tổ hợptheoTTGH CĐ1: MMMMCÐ1  DC DC  DW DW  LL LL MMMMCÐ1  1.25 DC 1.5 DW 1.75 LL • Mô men tính toán tổ hợptheoTTGH Sử dụng: MMMMSD 1  DC DC DW DW  LL LL MMMMSD 11 DC 1 DW 1 LL 163 2
3. 11/12/2013 Tổ hợpnộilực (t.theo) – (2) Lựccắt • Lựccắtdo các tĩnh tảiDC và DW (chưa nhân hệ số) V VDCADCDC V VDWADWDW • Lựccắtdo hoạttải(chưa nhân hệ số) VHLTH93_ 1 VmLL ax VHLTH93_ 2 VmgIMPyA VTrucVV 19.3 3   HL93_ TH 1 LL  i i LL VmgIMPyA VTrucVV 19.3 2   HL93_ TH 2 LL  i i LL 164 Tổ hợpnộilực (t.theo) • Lựccắttínhtoántổ hợptheoTTGH CĐ1: VVVVCÐ1  DC DC  DW DW  LL LL VVVVCÐ1  1.25 DC 1.5 DW 1.75 LL • Lựccắttínhtoántổ hợptheoTTGH Sử dụng: VVVVSD 1  DC DC DW DW  LL LL VVVVSD 11 DC 1 DW 1 LL 165 3
4. 11/12/2013 Ví dụ tính toán Đề bài: Cho kếtcấunhịpdầm đơngiản(1 dầmchủ, 1 làn xe): • ChiềudàinhịptínhtoánLtt = 32m • Trọng lượng dầmchủ DC = 14 KN/m • Trọng lượng các lớpphủ mặtcầuDW = 5KN/m • Hoạttảitácdụng: HL93 Ltt = 32 m Yêu cầu: • Xác định các giá trị mô men tiêu chuẩnMDC, MDW và MLL tại½ nhịpdo các tảitrọng tương ứng DC, DW và hoạttảiHL93 gây ra. • Xác định mômen tính toán Mu tại½ nhịptheoTTGH cường độ 1 nếugiả thiếthệ sốđiềuchỉnh tảitrọng η = 1.05. • Xác định mômen tính toán MSD tại½ nhịptheoTTGH sử dụng. 166 HoạttảiHL93  Pi 325KN  Pi 220KN Ứng lựclớnnhấtphải đượclấytheocácgiátrị lớnhơncủacáctrường hợpsau: . Hiệu ứng củaXe3 trụcthiếtkế tổ hợpvớihiệu ứng củaTảitrọng làn thiếtkế, hoặc . Hiệu ứng củaXe2 trụcthiếtkế tổ hợpvớihiệu ứng củaTảitrọng làn thiếtkế 167 4
5. 11/12/2013 Ltt = 32 m wDC = 14 KN/m wDW = 5 KN/m Diện tích đ.a.h: A = 128 m2. đ.a.h (M) 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 145KN 145KN 35KN đ.a.h (M) 5.85 m 5.85 m Diện tích đ.a.h: A = 128 m2. 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
6. 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 chuẩntạitiếtdiện½ nhịp • Do trọng lượng bản thân: DC MDC = 1792 KN.m • Do trọng lượng lớpphủ: DW MDW = 640 KN.m • Do hoạttảiHL93 MKNmHL93_ TH 1 4748 M LL mKNmax  4748  MKNmHL93_ TH 2 3969 171 6
7. 11/12/2013 Ví dụ tính toán (t.theo)  Mômentínhtoántạitiếtdiện½ nhịptheoTTGH 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)  Mômentínhtoántạitiếtdiện½ nhịptheoTTGH 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
8. 11/12/2013 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) • 2.3‐9. Nguyên tắc phân tích và đánh giá kếtcấu – Kếtcấucầu nói chung là mộthệ không gian phứctạp – Nộilựcdo nhiều nguyên nhân: • Tĩnh tải, hoạttải • Co ngót, từ biếncủabêtông • Sự thay đổi nhiệt độ – Nhìn chung, các kếtcấucầu đượcphântíchtrêngiả thiếtvật liệulàmviệc ở giai đoạn đàn hồituyến tính. • Ngoài ra còn áp dụng các giả thiếtcủaSứcbềnvậtliệuvà Cơ họckếtcấu. 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 phứctạp, mất nhiềuthờigian mô hình hóa (ít dùng) • Nhóm 2: các phương pháp tính gần đúng (quy về bài toán đơngiảnhơn) – Phương pháp này cho kếtquả tính chấpnhận được nhưng lại đơngiảnnênđượcsử dụng phổ biến 175 8
9. 11/12/2013 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) – Nhóm phương pháp tính thứ nhất • Giả thiết: xem kếtcấunhịpcầulàtậphợpcácphầntử hữuhạn– PTHH –(cóthể là các phầntử thanh, phầntử tấm ) đươc liên kếtvới nhau tại các nút hoặc đường biên phầntử. • Phương pháp tính: dựavàođiềukiệncânbằng, liên tụctại liên kếtgiữacácphầntử sau đóthiếtlậpcácphương trình chính tắc để tìm các ẩnsố là các chuyểnvị hoặcnộilựctronghệ. • Hiệnnay có nhiềuphầnmềmthương mạinhư SAP2000, MIDAS đã ứng dụng phương pháp PTHH để tính toán nộilực các kếtcấucầuchokếtquả có độ chính xác cao. Tuy nhiên, mức độ chính xác còn phụ thuộc vào cách mô hình hóa kếtcấu, sai khác vềđặctrưng hình họcvàđặctínhvậtliệu củacácphầntử so vớithựctế 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
10. 11/12/2013 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) Node • Rigid Link Link Element BARRIERTổng quanFrame về Elementphương pháp tính cầu (t.theo) (for girders and railing barriers) Frame Element (for pier caps) Frame Element Shell Element Frame Element (for H-piles) (for deck) (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 đơngiảnhơncóthể mô hình hóa kếtcấunhư sau: – Xem kếtcấunhịplàmộthệ thanh có cùng cao độ đặt trên các gốicầu. – Bảnmặtcầumộtcáchgần đúng đượccoinhư là một phầncủatiếtdiệndầmdọcvàdầmngang. – Nhậnxét: cách mô hình hóa kếtcấu này phù hợpvới kếtcấucầudầm, giàn, khung, gần đúng đốivớimộtsố loạicầubảnrỗng, và không chính xác đốivớicầubản đặc(dạng tấm). 179 10
11. 11/12/2013 Nguyên lý T.kế và tính toán (t.theo) – Nhóm phương pháp tính thứ hai: • Việc phân tích kếtcấunhịp không gian có thểđược đơn giản hóa thành việc phân tích kếtcấucủamộtdầm đơnlẻ bằng cách đưavàosử dụng khái niệmvề “Hệ số phân bố ngang”. • Phương pháp này đơngiảnvàhiệuquả cao đốivớicầu dầm đơngiảnnênđượcsử dụng phổ biến. • Nội dung tính nộilựcnhư sau: – Theo phương ngang cầu » Tính nộilựcbảnmặtcầu » Tính nộilựcdầmngang(nếucó) – Theo phương dọccầu » Tính nộilựcdầmchủ » Tính nộilựcdầmdọcphụ (nếucó) 180 11