Câu 5:Các phương án tính toán kết cấu.Nguyên lý tính toán cầu cống theo trạng thái giới hạn?
* Nguyên lý tính toán cầu cống theo trạng thái giới hạn
- Phương pháp ứng suất cho phép
Trước đây phương pháp ứng suất cho phép được áp dụng rộng rãi, và ngay cả hiện nay nó vẫn còn được dùng phổ biến ở nhiều nước Phương Tây. Tuy nhiên phương pháp này chứa đựng nhiều nhược điểm lớn. Cụ thể, trong tính toán đưa vào hệ số an toàn K dựa trên những kinh nghiệm khai thác công trình và trên những nghiên cứu về tác động của tải trọng lên công trình. Trong một hệ số duy nhất này bao gồm tất cả những vấn đề chưa rõ ràng, chưa chính xác của các lĩnh vực: phương pháp tính; sự chênh lệch giữa tải trọng thực tế và tải trọng thiết kế; sai lệch về tính chất cơ lý của vật liệu cũng như kích thước hình dạng tiết diện chế tạo so với thiết kế...
smax£ [s] = R/K (2-1)
R - Độ bền của vật liệu;
K – Hệ số an toàn.
Ø Phương pháp trạng thái giới hạn
Phương pháp trạng thái giới hạn được áp dụng chính thức trong thiết kế các công trình cầu vào năm 1962 theo quy trình CH 200-62.
Trạng thái giới hạn là trạng thái của công trình ở thời điểm không thể thoả mãn các yêu cầu sử dụng bình thường dưới tác dụng của tải trọng. Trạng thái đó có thể là lúc công trình cầu lâm vào tình trạng phá hoại, kết cấu nhịp bị võng quá hoặc rung động quá lớn,..v..v...
Nhiệm vụ của tính toán thiết kế là phải đảm bảo cho công trình không được đạt đến trạng thái đó trong suốt quá trình sử dụng.
Tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn bao gồm:
- Trạng thái giới hạn nhóm thứ nhất: Đảm bảo cho công trình không bị đình chỉ sử dụng do không còn khả năng chịu lực (về cường độ, ổn định, độ chịu mỏi) hoặc do biến dạng dẻo quá lớn.
- Trạng thái giới hạn nhóm thứ hai: Đảm bảo cho công trình không phát sinh biến dạng tổng thể quá lớn (độ võng, dao động, lún) gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường. Đảm bảo độ bền chống nứt cho công trình để tránh gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường hoặc đe doạ sự bền vững của công trình.
Công thức tổng quát khi tính theo phương pháp trạng thái giới hạn có dạng như sau:
S = SSi.ni£w.Rt.k.m (2-2)
Trong đó:
S – nội lực tính toán trong kết cấu.
Si – nội lực do các loại tải trọng tiêu chuẩn gây ra trong kết cấu.
w - đặc trưng hình học của tiết diện.
Rt – cường độ tiêu chuẩn của vật liệu kết cấu.
ni - hệ số vượt tải, tuỳ từng trường hợp hệ số tải trọng có thể lấy lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1, để tạo ra tác động bất lợi nhất cho công trình.
k – hệ số đồng nhất, xét tới các chỉ tiêu thực tế của vật liệu sai khác theo hướng bất lợi so với giá trị tiêu chuẩn.
m – Hệ số điều kiện làm việc, phản ánh sự khác nhau về điều kiện làm việc của vật liệu trong công trình và vật liệu mẫu thí nghiệm, sự khác nhau giữa các chi tiết có kích thước lớn với các mẫu thử có kích thước nhỏ.
- Khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất hoạt tải thẳng đứng còn phải tính tới hệ số động lực học. Tính toán về mỏi chỉ thực hiện đối với cầu bê tông cốt thép trên đường sắt và kết cấu cầu thép.
- Với kết cấu cầu thép chỉ tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai vì nếu xuất hiện đường nứt thì kết cấu sẽ bị phá huỷ.
- Khi tính toán tiết diện, vật liệu được coi là đạt tới giới hạn tối đa về cường độ, ở trạng thái bắt đầu hoặc hoàn toàn dẻo. Tuy nhiên khi xác định nội lực vật liệu vẫn coi như làm việc đàn hồi.
Phương pháp xác suất
Phương pháp xác suất cho phép đánh giá sự làm việc của công trình sát thực tế hơn so với hai phương pháp trên vì nó kể đến tính chất ngẫu nhiên của các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của công trình. Các yếu tố trên theo phương pháp trạng thái giới hạn xử lý bằng cách đưa về các hệ số, sau đó tính theo quan điểm tiên định, trong khi đó phương pháp xác suất đã mô tả tất cả các yếu tố ngẫu nhiên và trực tiếp sử dụng nó để tính toán đánh giá công trình theo lý thuyết độ tin cậy.
Q £ [Q] (2-3)
P ³ [P] (2-4)
Q = 1 – P (2-5)
Trong đó:
Q – xác suất phá huỷ;
P – xác suất tin cậy;
[Q] – xác suất phá huỷ cho phép;
[P] – xác suất tin cậy cho phép.
Câu 6:Tải trọng và các tác động lên công trình cầu?
* Tải trọng và các tác động của chúng
Khái niệm
Công trình cầu chịu tác dụng của rất nhiều tải trọng khác nhau. Trong đó có một số tải trọng thường xuyên tác dụng lên công trình, một số khác chỉ tác dụng vào những thời gian, thậm chí thời điểm nhất định. Khi tính toán, cần phải xét mọi khả năng xuất hiện các tải trọng, có thể gây nguy hiểm cho công trình.
Trong tính toán thiết kế, cần phải xét đến những tải trọng và tác động như sau:
- Tĩnh tải và tác động thường xuyên, bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu; áp lực do trọng lượng đất; áp lực tĩnh của nước; tác động của ứng suất trước, co ngót bê tông, lún của nền đất.
- Hoạt tải và tác động của hoạt tải, bao gồm tải trọng thẳng đứng của xe cộ, đoàn người đi bộ; áp lực đất do hoạt tải đứng trên lăng thể trượt; lực ly tâm; lực lắc ngang, lực hãm, lực kéo của tàu xe.
- Hoạt tải và các tác động khác, bao gồm tải trọng gió; tải trọng do va tàu; tác động của sự thay đổi của nhiệt độ, ma sát gối cầu, tác động của lực động đất và tải trọng thi công.
Trong tính toán, các tải trọng và tác động được phân thành các tổ hợp như sau:
- Tổ hợp chính, bao gồm một hoặc một số tải trọng sau: Tĩnh tải và các tác động thường xuyên, hoạt tải, áp lực đất (do hoạt tải đứng trên lăng thể trượt) và lực ly tâm. Các tải trọng này được gọi là các tải trọng khác.
- Tổ hợp phụlà tổ hợp của một hay một số tải trọng chính cùng xuất hiện với một hoặc một số các tải trọng còn lại (tải trọng phụ), trừ tải trọng thi công và lực động đất.
- Tổ hợp đặc biệtlà tổ hợp của tải trọng thi công hoặc lực động đất cùng xuất hiện với những tải trọng khác.
Tuỳ theo tải trọng và các tổ hợp, trong tính toán sẽ đưa vào các hệ số tính toán tương ứng.
Tĩnh tải
Là các tải trọng thường xuyên tác động lên công trình, bao gồm:
- Trọng lượng bản thân của kết cấu;
- Trọng lượng của các bộ phận bên trên kết cấu;
- Áp lực của phần đất đè lên kết cấu;
- Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên kết cấu nằm trong nước; lực ứng suất trước; lực do co ngót của bê tông cũng là những thành phần luôn luôn tác động lên công trình và ít thay đổi, nên có thể gọi chung là tĩnh tải.
Khi tính toán cần phải đưa vào hệ số siêu tải:
+ Thép, BTCT, bê tông, đá xây: 1,1 và 0,9;
+ Gỗ, đất: 1,2 và 0,9;
+ Mặt đường trên cầu ô tô: 1,5 và 0,9;
+ Mặt đường xe lửa có máng đá dăm: 1,3 và 0,9.
Hoạt tải
Hoạt tải là các tải trọng tác dụng lên công trình một cách ngẫu nhiên, chúng có độ lớn không nhất định và thường xuyên thay đổi vị trí ở trên cầu.
Hoạt tải tác dụng thẳng đứng
- Tải trọng ô tô: Các loại ô tô chạy trên cầu có thành phần và trọng tải rất đa dạng. Để tính toán, người ta phải căn cứ vào sơ đồ tải trọng của đoàn xe tiêu chuẩn, được quy định trong Nhiệm vụ thiết kế. Trong sơ đồ đoàn xe tiêu chuẩn có ghi rõ trọng lượng, khoảng cách giữa các trục xe, khoảng cách tối thiểu giữa các xe (hình 2-3).
- Tải trọng đoàn người đi bộ:Tải trọng đoàn người đi bộ được cho dưới dạng phân bố đều. Trong cầu ô tô và cầu dành cho người đi bộ, tải trọng người thường lấy bằng 300kg/m2.
- Tải trọng xe xích, xe đặc biệt: Đây là các tải trọng rất lớn, nếu xuất hiện, chỉ cho phép qua cầu từng chiếc một và không cho người đi bộ qua cầu.
- Hoạt tải trên đường xe lửa: Được cho dưới dạng các đoàn tàu tiêu chuẩn. Tải trọng người và các máy móc thiết bị (để sửa chữa, chống cháy...) trên phần bộ hành lấy bằng 1000kg/m2.
Các đoàn tải trọng tiêu chuẩn
Trong tính toán, các hoạt tải tiêu chuẩn ở trên được nhân với các hệ số sau đây:
- Hệ số siêu tải: xét đến tải trọng thực tế có thể lớn hơn tải trọng thiết kế.
+ Đối với tải trọng ô tô và người đi bộ: nh = 1,4;
+ Tải trọng xe xích và xe đặc biệt: nh = 1,1;
+ Tải trọng xe lửa: nh = 1,30 1,15 1,10
+ ứng với chiều dài đặt tải l = <50 50¸100 ³ 150(m).- Hệ số động lực học (hệ số xung kích): xét đến việc tăng độ lớn của tải trọng do yếu tố lệch tâm của động cơ ô tô, gồ ghề của mặt đường. Hệ số xung kích phụ thuộc vào loại vật liệu, bộ phận kết cấu, loại tải trọng và chiều dài đặt tải.
+ Đối với kết cấu nhịp cầu thép trên đường ô tô (trừ cầu treo):
(1 + m) = 1 + (2-6)
+ Đối với kết cấu nhịp cầu dầm bê tông cốt thép trên đường ô tô:
(1 + m) = 1,3 khi l£ 5m; (2-7)
1,0 khi l³ 45m;
(khi 5 < l < 45m thì (1 + m) tính bằng cách nội suy)
+ Đối với kết cấu nhịp cầu thép trên đường xe lửa:
(1 + m) = 1 + (2-8)
Nhưng không nhỏ hơn 1,2 khi tính về cường độ và không nhỏ hơn 1,1 khi tính về độ chịu mỏi.
- Hệ số làn xe: Khi tính toán, cần phải xếp tải trọng trên các làn xe vào vị trí sao cho gây bất lợi nhất cho công trình. Trên thực tế, khả năng các đoàn tải trọng cùng một lúc rơi vào vị trí bất lợi là khó xảy ra. Vì vậy, phải kể đến hệ số triết giảm tải trọng, còn gọi là hệ số làn xe. Hệ số này phụ thuộc vào số lượng làn xe chạy trên cầu.
Trong cầu ô tô hoặc cầu xe lửa, khi chiều dài đặt tải lớn hơn 25m, hệ số làn xe b lấy như sau:
số làn xe 2 3 4
b 0,9 0,8 0,7
Trong cầu hỗn hợp, có cả đường xe lửa và đường ô tô, hệ số b có trị số bằng 0,75.
Hoạt tải tác dụng theo phương nằm ngang
Tải trọng tác dụng theo phương nằm ngang tác dụng lên cầu có thể chia thành 3 loại trường hợp:
- Chỉ tác dụng theo phương ngang cầu (lực li tâm, lực lắc ngang)
- Chỉ tác dụng theo phương dọc cầu (lực hãm, lực ma sát ở gối cầu)
- Tác dụng bất kỳ, khi tính toán cần phân tích thành hai trường hợp trên (lực gió, lực va của nước chảy, lực va của tàu thuyền).
Trong tính toán cần xác định độ lớn và điểm đặt của tải trọng.
+ Lực lắc ngang:
Giá trị tiêu chuẩn của lực lắc ngang được lấy như sau:
- Lực lắc ngang do ô tô gây ra được coi là tải trọng phân bố đều, có giá trị 0,4T/m với xe H-30; 0,2T/m với xe H-10 và H-13 (không phân biệt số lượng làn).
- Do xe xích và xe đặc biệt bánh lốp: lực tập trung 4T đối với xe xích HG-60 và 5T với xe HK-80.
- Đối với xe lửa trên đường đơn lấy dưới dạng tải trọng phân bố đều với cường độ bằng 0,025Z (T/m) với Z là cấp hoạt tải thẳng đứng của đoàn tàu tiêu chuẩn.
+ Lực hãm xe:
Khi xe đang chạy trên cầu, bỗng phanh lại một cách đột ngột, cũng như xe đang dừng bắt đầu xuất phát, đều gây ra lực quán tính, tác dụng theo phương dọc cầu, gọi chung là lực hãm.
Đối với ô tô, lực hãm được lấy dưới dạng lực tập trung đặt ở mặt đường xe chạy, giá trị tiêu chuẩn với một làn xe bằng: 0,3P; 0,6P và 0,9P tương ứng với chiều dài đặt lực l <25m; l = 25 ¸ 50m và l > 50m, trong đó P là trọng lượng của xe nặng trong đoàn. Khi có nhiều làn xe cùng chạy theo một hướng thì lực hãm được tính với tất cả các làn.
Đối với xe lửa, lực hãm lấy dưới dạng lực phân bố đều đặt ở độ cao 2m tính từ đỉnh ray, giá trị tiêu chuẩn bằng 10% tải trọng tương đương (với cầu đường đôi tính lực hãm do một đoàn, khi có ba đường trở lên thì tính lực hãm cho hai đoàn).
+ Lực li tâm:
Đối với các cầu nằm trên đường cong nằm, khi xe chạy qua sẽ có lực quán tính li tâm, tác dụng theo phương ngang cầu, hướng ra phía ngoài đường cong. Nếu đường cong có bán kính R (tính bằng m), thì lực li tâm được lấy dưới dạng tải trọng phân bố đều có giá trị tiêu chuẩn bằng:
- Với cầu ô tô (chỉ xét khi R < 600m): điểm đặt tại mặt đường xe chạy
C = ≥ 0,15khi R < 250m; (2-9)
≥ khi R ³ 250m, (2-10)
- Với cầu xe lửa: Điểm đặt ở độ cao 2m tính từ đỉnh ray
C = k £ 0,15k khi V £ 135km/h; (2-11)
C = k £ 0,15k khi V £ 165km/h, (2-12)
Trong đó:
P,SP – trọng lượng xe nặng và tổng trọng lượng các xe trong đoàn xe tính toán;
l – chiều dài đường ảnh hưởng (không lớn hơn chiều dài nhịp);
k – tải trọng tương đương.
+ Lực gió:
Theo phương ngang cầu: Tải trọng gió tiêu chuẩn tác dụng theo phương ngang cầu lên một đơn vị diện tích bề mặt chắn gió được xác định theo công thức:
w = v2/16 = 0,063 v2 (kg/m2) – với v là tốc độ gió (m/s) (2-13)
Trường hợp không có số liệu về tốc độ gió, có thể lấy:
w = 180 kg/m2 khi không có tàu, xe trên cầu;
w = 100 kg/m2 khi có đoàn tàu (cầu xe lửa);
w = 50 kg/m2 khi có ô tô (cầu ô tô).
Diện tích chắn gió của kết cấu được tính theo đường viền thiết kế, tức là diện tích hình chiếu của các bộ phận kết cấu trên mặt phẳng thẳng đứng, vuông góc với hướng gió, có xét đến hệ số chắn gió. Điểm đặt của lực tác dụng là trọng tâm của diện tích đó.
Diện tích chắn gió của đoàn tàu là một dải đặc có chiều cao 3m, điểm tác dụng của lực gió ở độ cao 2m tính từ đỉnh ray. Không tính tải trọng gió đối với đoàn xe ô tô và các phương tiện vận tải khác.
Theo phương dọc cầu: Tảitrọng gió nằm ngang tiêu chuẩn theo phương dọc cầu, lấy bằng 60% tải trọng gió tiêu chuẩn theo phương ngang cầu đối với kết cấu nhịp kiểu dàn hoa. Đối với mố trụ (phần cao hơn mặt đất hoặc MNTN), lực gió theo phương dọc xác định theo diện tích chắn gió với cường độ như tải trọng gió theo phương ngang cầu.
+ Lực ma sát ở gối cầu:
Khi nhiệt đọ môi trường thay đổi, dầm chủ bị co giãn, hoặc khi có hoạt tải trên cầu, điểm kê dầm lên gối sẽ có khuynh hướng dịch chuyển. Do gối cầu có ma sát, sự dịch chuyển bị cản trở, phát sinh lực ngang, gọi là lực ma sát. Lực ma sát tác dụng theo phương dọc cầu, có trị số:
T = f.N (2-14)
Trong đó:
f – hệ số ma sát, lấy bằng 0,05 đối với gối con lăn và 0,5 cho các loại gối khác;
N - áp lực tiêu chuẩn (tính toán, không xét hệ số động lực) thẳng đứng lên gối.
+ Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ
Tác động của sự thay đổi nhiệt độ được tính với các kết cấu siêu tĩnh, kết cấu thép-bê tông liên hợp. Hệ số dãn nở dài do nhiệt độ được lấy như sau:
a = 1.10-5 đối với bê tông và bê tông cốt thép;
a = 1,2.10-5 đối với thép;
a = 0,8.10-5 đối với đá xây.
Biến đổi nhiệt độ tiêu chuẩn được quy định đối với từng loại kết cấu và theo từng vùng lãnh thổ.
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro