Câu 23)Nguyên lý thiết kế kết cấu cống và quy trình thiết kế cống?
v Nguyên lý thiết kế kết cấu cống
Cống của đường ô tô là một công trình nhân tạo có đắp đất bên trên. Cống không chỉ chịu tác dụng của tải trọng xe chạy mà còn chịu tải trọng của đất đắp trên nó. Khi chiều cao đất đắp lớn hơn 0,5m, lớp đất sẽ làm giảm yếu ảnh hưởng của tải trọng xe chạy đối với cống, vì vậy không xét đến lực xung kích.
Việc tính toán cống nổi (không có đất đắp bên trên) được tiến hành giống như cầu, vì vậy ở đây chỉ trình bày cách tính toán cống chôn ngầm.
v Qui trình thiết kế cống
Tất cả các công trình cầu cống đều được tính toán theo trạng thái giới hạn, theo qui trình của Bộ GTVT ban hành năm 1979.
- Theo trạng thái giới hạn thứ nhất, bảo đảm công trình không bị phá hoại vì mất cường độ và độ ổn định trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn.
- Theo trạng thái giới hạn thứ hai, bảo đảm công trình không xuất hiện biến dạng chung quá mức trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn.
- Theo trạng thái giới hạn thứ ba, bảo đảm công trình không xuất hiện biến dạng cục bộ không cho phép trong điều kiện khai thác tiêu chuẩn.
Việc tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất là bắt buộc đối với tất cả cầu, cống được tiến hành theo các tham số tính toán sau: hệ số vượt tải (n), hệ số đồng nhất của vật liệu (k), hệ số điều kiện làm việc (m), hệ số động 1+m (chỉ đưa vào với tải trọng ô tô mà không xét đến khi tính toán ổn định chống lật và chống trượt của kết cấu).
Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai hoặc thứ ba thì không xét đến hệ số vượt tải và hệ số động của tải trọng ô tô.
Tính toán theo năng lực chịu tải (TTGH I)
N <= f ( S .K .RH. m) (7-1)
Trong đó:
N – ứng lực tính toán hoặc mô men uốn đã nhân với hệ số vượt tải tương ứng n;
f - hàm số phù hợp với dạng ứng suất (nén, kéo, uốn ..v..v..);
S - đặc trưng hình học của tiết diện;
RH – cường độ tiêu chuẩn của vật liệu;
m – hệ số điều kiện làm việc.
Để đơn giản việc tính toán cầu cống bê tông cốt thép, hệ số đồng nhất K xét đến sai số ngẫu nhiên về phía bất lợi của tính chất vật liệu so với trị số tiêu chuẩn và hệ số điều kiện làm việc m đều được đưa vào trong cường độ tính toán quy đổi của vật liệu.
Tính toán theo biến dạng chung (TTGH II)
delta<= fgh (7-2)
Trong đó:
delta - chuyển vị hay biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra là hàm số của hình dạng kết cấu và tính chất cơ học của vật liêụ;
fgh – trị số chuyển vị hoặc biến dạng cho phép giới hạn.
Trị số độ võng đàn hồi thẳng đứng giới hạn của kết cấu nhịp cầu cống trên đường ô tô cấp I, II, III, IV không được lớn hơn 1/400 nhịp tính toán.
Tính toán theo biến dạng cục bộ – mở rộng và tạo thành vết nứt (TTGH III)
aT<= agh (7-3)
Trong đó:
aT – trị số mở rộng vết nứt lớn nhất có thể;
agh – trị số mở rộng giới hạn của các vết nứt riêng rẽ.
Trị số mở rộng vết nứt lớn nhất aT tính theo công thức sau:
a) Đối với cốt thép trơn
(7-4)
b) Đối với cốt thép có gờ
(7-5)
Trong đó:
sa – ứng suất trong cốt thép;
Ea – mô đun đàn hồi của cốt thép;
y1, y2 – các hệ số xét đến ảnh hưởng của bê tông vùng chịu kéo đến biến dạng của cốt thép;
Các hệ số xét đến ảnh hưởng của vùng bêtông chịu kéo đến biến dạng của cốt thép
Mác bê tông
Bộ phận kết cấu
250 và nhỏ hơn
300 và lớn hơn
y1
y2
y1
y2
Cống và cấu kiện
không tính đến độ mỏi
0,9
0,6
0,7
0,5
Rr – bán kính bố trí cốt thép (cm), tính theo công thức:
Rr = Fr chia beta.(n1.d1+n2.d2+....+ni.di) (7-6)
Trong đó:
Fr – diện tích vùng tác dụng tương hỗ (m2), giới hạn bởi đường viền của mặt cắt và trị số bán kính tác dụng lẫn nhau;
n1, n2, ni – số lượng các thanh có đường kính d1, d2, di... ;
b - hệ số xét đến sự bố trí cốt thép, lấy như sau:
- đặt rời: beta = 1,0;
- bó hai thanh: beta = 0,85;
- bó có 3 thanh và nhiều hàng với số hàng dưới 4: beta = 0,75;
- bó có 3 thanh và nhiều hàng với số hàng trên 4: beta = 0,70.
Chọn tiết diện cống theo phương pháp trạng thái giới hạn thì tận dụng được vật liệu hơn so với phương pháp ứng suất cho phép. Tuy nhiên trong điều kiện thi công không đảm bảo (thủ công) có thể làm giảm chất lượng của công trình. Vì vậy trong những trường hợp nhất định có thể được phép tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép, nhất là cấu kiện làm bằng bê tông, khối xây, đá xây mà không sợ lãng phí vật liệu.
Đặc điểm chịu lực của cống
Tải trọng tác dụng lên cống có liên quan nhiều với cách thi công cống.
Khi dùng cách đào hố để đặt cống thì không xét đến áp lực đất đặt trên đỉnh cống mà chỉ xét áp lực đất do trọng lượng đất trong hình vòm nửa elíp gây ra.
Khi đặt cống rồi đắp đất thành lớp lên trên thì áp lực thẳng đứng và áp lực nằm ngang tác dụng trên cống sẽ tăng dần. Sau khi đắp nền đường, đất trên đỉnh cống và xung quanh cống lún khác nhau, cột đất trên đỉnh cống lún ít hơn ở xung quanh (hình 7.1) do đó sinh ra lực ma sát f giữa cột đất trên cống và đất đắp xung quanh, lực ma sát này làm tăng áp lực trên cống
Áp lực đất thực tế của nền
Đó là lý do giải thích tại sao sau khi xây dựng nền đường thường thấy hiện tượng đất trên cống vồng lên. Từ đó có thể rút ra kết luận là áp lực của nền đường mới đắp tác dụng lên trên cống cứng không thể nhỏ hơn trọng lượng cột đất trên cống, còn trên cống mềm thì ngược lại.
Căn cứ vào tình hình chịu lực của cống ngầm có thể chia thành cống mềm và cống cứng và kiểm định bằng các công thức sau:
Cống mềm:
(7-7)
Cống cứng:
(7-8)
Trong đó:
E – mô đun đàn hồi của vật liệu cống;
E3 – mô đun biến dạng của đất đắp;
t – chiều dày của cống;
r – bán kính trung bình của cống.
Đối với ống cống mềm, đất ở đáy móng càng chặt thì áp lực thẳng đứng mà cống thu nhận càng nhỏ, đất móng càng xốp, mềm thì áp lực đất thẳng đứng càng lớn.
Câu 24) Đặc điểm chịu lực,sự phân bố của áp lực đất và của tải trọng ?
v Áp lực thẳng đứng
a) Áp lực thẳng đứng của đất đắp trên đỉnh cống
- Công thức thứ nhất:
Giả thiết đất ẩm ướt, áp lực đất tăng liên tục từ mặt đất xuống dưới nhưng không phải tăng tuyến tính mà tăng như sơ đồ (hình 7.2).
Ví dụ: khi chiều rộng là B, chiều cao là H thì áp lực đất trên đơn vị chiều dài bằng diện tích abcd, khi chiều sâu tăng đến 5m thì áp lực đất không tăng nữa.
(7-9)
Trong đó:
q – tải trong phân bố đều thẳng đứng (T/m2);
g0 – dung trọng của đất (T/m2);
B – chiều rộng đơn vị (m);
H – chiều cao đất đắp trên cống, khi H lớn hơn 5m, lấy H = 5m
Sơ đồ phân bố áp lực đất trên đỉnh cống
- Công thức thứ hai:
Giả sử khi đỉnh cống chịu tải trọng thì một bộ phận trọng lượng do cống thu nhận, một bộ phận do lực ma sát với mép hố đảm nhận. Trừ cát và sỏi sạn không có lực dính, lực ma sát bộ phận khá lớn có thể giảm một phần áp lực mà cống thu nhận, tải trọng lớn nhất mà cống thu nhận là:
q = C g0 B2 (7-10)
Trong đó:
C – hệ số tải trọng, tra bảng 7.2;
B – chiều rộng của hố ở đỉnh cống;
g0 – dung trọng của đất (T/m3).
- Công thức thứ ba:
Giả sử đất hoàn toàn ẩm ướt không có tác dụng ma sát thì:
q = g0 H (7-11)
Trong đó:
H – chiều cao từ tiết diện tính toán đến đỉnh mặt đường (m);
g0 – dung trọng của đất (T/m3).
- Công thức thứ tư:(trích qui trình thiết kế cống theo TTGH của Bộ GTVT, HN 1979)
Áp lực đất tiêu chuẩn tác dụng trên đốt cống do trọng lượng bản thân của đất đắp, tính theo công thức sau:
q = C g0 H (7-12)
Trong đó:
C – hệ số không thứ nguyên, tính như sau:
C = 1 + A m tgj (7-13)
Với (7-14)
Khi thì lấy (7-15)
H – chiều cao đất đắp trên cống, tính từ đỉnh cống đến đỉnh mặt đường (m);
m - hệ số áp lực ngang của đất đắp;
m = tg2 (450 - j/2) (7-16)
j và g0 – góc ma sát trong và dung trọng tiêu chuẩn của đất đắp;
h – khoảng cách từ đáy móng đến đỉnh cống (m);
D - đường kính bên ngoài của cống (m);
S – hệ số lấy phụ thuộc vào đặc trưng của đất - bảng 7.3.
Giá trị của hệ số S
Đặc trưng độ cứng của đốt cống
Đặc trưng của nền móng
Hệ số S
Đốt cống cứng
Nền móng có độ cứng lớn như đá, móng cọc
Nền móng chặt như cát, á cát, á sét chặt
Nền móng không chặt như cát xốp, á sét và sét dẻo
15
10
5
Đốt cống mềm
Nt
0
Trong trường hợp đất hoàn toàn không có lực ma sát thì sử dụng công thức thứ ba là chính xác.
Áp lực đất thẳng đứng tác dụng lên cống cứng và cống mềm căn bản giống nhau. Nhưng khi trong đất tồn tại lực ma sát thì áp lực thẳng đứng mà cống mềm và cống cứng thu nhận lại khác nhau rất nhiều. Vì vậy cần phải xét đến để chọn công thức tính toán thích hợp.
Trong thực tế tính toán, đối với cống tròn cứng thì dùng công thức thứ tư, cống tròn mềm dùng công thức thứ ba. Với cống bản do khẩu độ thường lớn, tỷ lệ giữa chiều cao đất đắp trên cống và khẩu độ cống tương đối nhỏ cho nên thường dùng công thức thứ ba để tính áp lực đất.
b) Áp lực thẳng đứng của tải trọng xe tác dụng lên cống
Hiện có nhiều cách tính, trong đó phương pháp an toàn là từ mép vệt bánh xe phân bố rộng ra một góc 300 xuống phía dưới. Khi chiều sâu đất đắp ≥ 4m có thể áp dụng lý thuyết bán không gian vô hạn đàn hồi và tính như sau:
- Khi trên mặt đất chịu tác dụng của một lực tập trung:
(7-17)
Trong đó:
s - ứng suất thẳng đứng trên điểm tính toán;
P – tải trọng tập trung;
H – chiều sâu từ mặt đất đến điểm tính toán;
R – khoảng cách từ điểm đặt lực đến điểm tính toán.
Ứng suất đứng lớn nhất trên mặt trực tiếp chịu lực bằng:
(7-18)
- Khi chịu tác dụng của tải trọng xe xích hoặc các tải trọng hình băng khác thì:
s = a P (7-19)
Trong đó:
P – tải trọng phân bố đều trên mặt đất;
a - hệ số tra bảng 7.4.
v Áp lực ngang
- Áp lực nằm ngang của đất:
eq = m g0 H (7-20)
Trong đó:
eq - áp lực đất nằm ngang (T/m2);
m = tg2 (450 - j/2);
H – chiều cao từ tiết diện tính toán đến đỉnh mặt đường (m);
j - góc ma sát trong của đất;
g0 – dung trọng của đất (T/m2).
- Áp lực nằm ngang của tải trọng xe chạy gây ra:
ep = m P
Trong đó:
ep - áp lực ngang của tải trọng xe chạy (T/m2);
m - hệ số áp lực ngang của đất;
P - áp lực thẳng đứng của tải trọng xe (T/m2).
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro