Tài liệu cầu thép - Nguyễn Văn Nhậm

Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 1 Chương I MỞ ĐẦU 1.1 Nguyên lý thiết kế Hiện nay việc tính toán thiết kế kết cấu công trình được dựa trên các trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn là trạng thái mà nếu vượt quá nó, cầu hoặc bộ phận của cầu sẽ không còn thỏa mãn các yêu cầu đặt ra khi thiết kế nữa. Trong mỗi trạng thái giới hạn (TTGH), mỗi cấu kiện hay liên kết phải thỏa mãn điều kiện ∑ =Φ≤γη rniii RRQ (1-1) trong đó: iη – hệ số điều chỉnh tải trọng, là hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác của cầu; γi – hệ số tải trọng, là hệ số xét đến sự biến thiên của tải trọng, sự thiếu chính xác trong phân tích và xác suất xảy ra cùng một lúc của các tải trọng khác nhau, nhưng cũng liên quan đến thống kê về sức kháng trong quá trình hiệu chỉnh; Qi – hiệu ứng của tải trọng: lực dọc, lực cắt , mômen uốn v.v…ở một bộ phận kết cấu hay liên kết do tải trọng sinh ra; Rn – sức kháng danh định hay sức kháng tiêu chuẩn của một cấu kiện hoặc liên kết. Sức kháng danh định được xác định theo kích thước, ứng suất cho phép, biến dạng hoặc cường độ của vật liệu; Φ – hệ số sức kháng là hệ số chủ yếu xét đến sự biến thiên các tính chất của vật liệu, kích thước của kết cấu và tay nghề của công nhân và sự không chắc chắn trong dự đoán về sức kháng, nhưng cũng liên quan đến những thống kê về tải trọng thông qua trong quá trình hiệu chỉnh; Rr – sức kháng tính toán. 1.2 Các trạng thái giới hạn Về tổng quát có ba trạng thái giới hạn: - Trạng thái giới hạn về cường độ là trạng thái giới hạn có liên quan đến cường độ và ổn định. - Trạng thái giới hạn sử dụng là trạng thái giới hạn liên quan đến ứng suất, biến dạng và vết nứt dưới điều kiện khai thác bình thường. - Trạng thái giới hạn đặc biệt là trạng thái giới hạn liên quan đến các sự cố như động đất, va xô của tàu bè, xe cộ vào công trình, có thể cả trong điều kiện xói lở. Do trạng thái giới hạn về cường độ được chia làm nhiều trường hợp khác nhau nên trong tính toán các cấu kiện hay liên kết phải thỏa mãn điều kiện (1-1) trong các trạng thái giới hạn cụ thể sau đây: Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 2 - Trạng thái giới hạn cường độ I là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng cơ bản khi trên cầu có xe và không có gió. - Trạng thái giới hạn cường độ II là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng khi trên cầu không có xe nhưng có gió với tốc độ gió lớn hơn 25m/s. - Trạng thái giới hạn cường độ III là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng khi trên cầu có xe và có gió với vận tốc 25m/s. - Trạng thái giới hạn mỏi là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng gây ra mỏi và đứt gãy liên quan đến tác dụng lặp đi lặp lại và xung kích của một xe tải với khoảng cách trục cố định (khoảng cách trục giữa và trục sau là 9m). - Trạng thái giới hạn sử dụng là tải trọng giới hạn tính với tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với gió vận tốc 25m/s và với tất cả các tải trọng lấy theo giá trị danh định (trong quy trình cũ gọi là tải trọng tiêu chuẩn) dùng để kiểm tra độ võng, bề rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực, sự chảy dẻo của kết cấu thép và sự trượt của các liên kết có nguy cơ trượt do tác dụng của hoạt tải xe. - Trạng thái giới hạn đặc biệt là trạng thái giới hạn tính với tổ hợp tải trọng có liên quan đến động đất, lực va của tầu thuyền, xe cộ. 1.3 Hệ số điều chỉnh tải trọng Hệ số iη liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng của cầu trong khai thác theo quan hệ: 95.0≥IRDi ηηη=η (1-2) trong đó Dη , Rη và Iη lần lượt là hệ số độ dẻo, hệ số dư và hệ số tầm quan trọng khai thác. Các hệ số này được lấy theo hướng dẫn dưới đây. 1.3.1 Hệ số độ dẻo ηD Khi vật liệu có tính dẻo nếu một bộ phận kết cấu làm việc ra ngoài miền đàn hồi, biến dạng sẽ tăng lên và có sự phân bố lại nội lực sang các bộ phận khác của kết cấu và như vậy kết cấu hay liên kết có tính dẻo làm việc an toàn hơn kết cấu và liên kết không dẻo. Hệ kết cấu cầu phải được xác định kích thước và cấu tạo đảm bảo cho sự phát triển của biến dạng dẻo ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt. Cần phải xét đến ảnh hưởng của tính dẻo trong tính toán, ở đây hệ số dẻo được đặt ở vế trái của biểu thức (1-1), ở phần hiệu ứng của tải trọng nên các cấu kiện và liên kết không dẻo có hệ số ηD lớn hơn. Quy trình quy định như sau: - Đối với trạng thái giới hạn cường độ: ηD ≥ 1,05 cho cấu kiện và liên kết không dẻo. ηD = 1,00 cho các thiết kế thông thường. Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 3 ηD ≥ 0,95 cho các cấu kiện hoặc liên kết có biện pháp tăng thêm tính dẻo. - Đối với các trạng thái giới hạn khác: ηD = 1,00. 1.3.2 Hệ số dư Xét đến tính dư là xét đến bậc siêu tĩnh hay số liên kết thừa so với yêu cầu bất biến hình của kết cấu. Tuy nhiên không phải bộ phận nào của kết cấu siêu tĩnh cũng được xem là có tính dư, chẳng hạn dàn trên hình 1-1 là dàn siêu tĩnh bậc 1, các thanh có đánh dấu x là các bộ phận có tính dư vì hư hỏng của một thanh nào đó trong chúng không gây nên sập đổ cầu, trái lại các thanh không đánh dấu x là các thanh không có tính dư vì hư hỏng một trong số các thanh này làm cho dàn trở thành kết cấu biến hình. Xét dầm liên tục hai nhịp như trên hình 1-2, dầm được xem là có tính dư vì khi xuất hiện một khớp dẻo A hoặc B dầm vẫn là hệ bất biến hình và không bị sụp đổ, dầm chỉ được xem là mất khả năng làm việc khi đồng thời xuất hiện cả hai khớp dẻo A và B. Hình 1-1. Cầu dàn Hình 1-2. Cầu dầm Qua hai thí dụ trên có thể thấy ngay trong một kết cấu siêu tĩnh các bộ phận hay cấu kiện mà hư hỏng của chúng gây ra sụp đổ cầu là các bộ phận hay cấu kiện không có tính dư, trái lại các bộ phận hay cấu kiện mà sự hư hỏng của chúng không gây ra sụp đổ cầu là các bộ phận hay cấu kiện có tính dư. Cũng như hệ số dẻo, hệ số dư ηR được xét đến ở vế trái của biểu thức (1-1), ở phần hiệu ứng của tải trọng nên ở bộ phận không có tính dư, ηR có giá trị lớn hơn ở bộ phận có tính dư. Quy trình quy định như sau: - Đối với trạng thái giới hạn cường độ ηR : ηR ≥ 1,05 cho các bộ phận không có tính dư. ηR = 1,00 cho các bộ phận có mức dư thông thường. ηR ≥ 0,95 cho các bộ phận có mức dư đặc biệt. - Đối với các trạng thái giới hạn khác: ηR = 1,00. Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 4 1.3.3 Hệ số tầm quan trọng trong khai thác Tùy theo tính chất quan trọng trong khai thác chủ đầu tư có thể quyết định một cầu hoặc một bộ phận nào của cầu là quan trọng trong khai thác. Quy trình quy định lấy hệ số tầm quan trọng trong khai thác ηI như sau: - Đối với trạng thái giới hạn cường độ: ηI ≥ 1,05 cho các cầu quan trọng; ηI = 1,00 cho các cầu thông thường; ηI ≥ 0,95 cho các cầu ít quan trọng. - Đối với các trạng thái giới hạn khác : ηI = 1,00. 1.4 Hệ số sức kháng của kết cấu thép 1.4.1 Đối với trạng thái giới hạn cường độ Hệ số sức kháng Φ được lấy theo các chỉ dẫn trong bảng 1-1. Bảng 1-1. Hệ số sức kháng Hạng mục Φ Kết cấu chịu uốn Kết cấu chịu cắt Kết cấu thép hoặc thép liên hợp chịu nén dọc trục Kết cấu chịu kéo, đứt trong mặt cắt thực Kết cấu chịu kéo, chảy trong mặt cắt nguyên Ép mặt tựa trên các chốt, các lỗ doa, khoan hoặc bắt bulông trên các bề mặt cán Bulông ép mặt trên vật liệu Neo chịu cắt Bulông A325M và A490M chịu cắt Cắt khối Kim loại hàn trong các đường hàn ngấu hoàn toàn: - Cắt trên diện tích hữu hiệu - Kéo và nén trực giao với diện tích hữu hiệu - Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn Kim loại hàn trong các đường hàn ngấu cục bộ: - Cắt song song với trục đường hàn - Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn - Nén trực giao với diện tích hữu hiệu - Kéo trực giao với diện tích hữu hiệu Kim loại hàn các mối hàn: - Kéo hoặc nén song song với trục đường hàn - Cắt trong chiều cao tính toán của kim loại hàn 1,00 1,00 0,90 0,80 0,95 1,00 0,80 0,85 0,80 0,80 0,85 Lấy theo kim loại được hàn Lấy theo kim loại được hàn 0,80 Lấy theo kim loại được hàn Lấy theo kim loại được hàn 0,80 Lấy theo kim loại được hàn 0,80 Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 5 1.4.2 Đối với các trạng thái giới hạn đặc biệt Hệ số sức kháng trong trạng thái giới hạn đặc biệt, trừ bulông, lấy bằng 1,00. 1.5 Hệ số tải trọng Hệ số tải trọng phụ thuộc vào loại tải trọng: tải trọng thường xuyên, tải trọng tức thời hay tải trọng thi công. Hệ số tải trọng còn phụ thuộc vào tổ hợp tải trọng. Trong mỗi tổ hợp tải trọng các hệ số tải trọng phải chọn sao cho gây ra tổng nội lực tính toán là cực trị (cả giá trị âm và dương), ở đó nếu tác dụng của một tải trọng làm giảm tác dụng của một tải trọng khác thì phải lấy giá trị nhỏ nhất của tải trọng đã làm giảm tác dụng của tải trọng kia bằng cách lấy hệ số tải trọng nhỏ nhất. Hệ số tải trọng của các tải trọng thường xuyên được lấy theo bảng 1-2, còn hệ số tải trọng của các tải trọng tức thời được lấy theo bảng 1-3. Khi cần kiểm tra cầu với xe đặc biệt do chủ đầu tư quy định hoặc xe có giấy phép qua cầu thì hệ số tải trọng của hoạt tải (LL) trong tổ hợp cường độ I có thể giảm xuống còn 1,35. Các cầu có tỷ lệ tĩnh tải trên hoạt tải rất cao (cầu nhịp lớn) cần kiểm tra tổ hợp không có hoạt tải trên cầu (tổ hợp cường độ II) nhưng với hệ số tải trọng bằng 1,5 cho tất cả các tải trọng thường xuyên (γP = 1,5). Bảng 1-2. Hệ số tải trọng của các tải trọng thường xuyên Hệ số tải trọng Loại tải trọng Lớn nhất Nhỏ nhất DC: Cấu kiện và thiết bị phụ 1,25 0,90 DD: Kéo xuống (ma sát âm) 1,80 0,45 DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,50 0,65 EH: Áp lực ngang của đất Chủ động Bị động 1,50 1,35 0,90 0,90 EL: Các ứng suất do lắp ráp 1,00 1,00 EV: Áp lực đất thẳng đứng Ổn định tổng thể Kết cấu tường chắn Kết cấu cứng bị vùi lấp Khung cứng Kết cấu mềm bị vùi lấp và không phải cống hộp thép Cống hộp mềm bằng thép 1,35 1,35 1,30 1,35 1,95 1,50 Không áp dụng 1,00 0,90 0,90 0,90 0,90 ES: Tải trọng đất chất thêm 1,50 0,75 Với cầu vượt sông ở các trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng phải xét đến xói móng mố, trụ do lũ thiết kế. Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 6 Với cầu vượt sông khi kiểm tra các hiệu ứng tải: động đất, lực va xe, lực va tầu ở trạng thái giới hạn đặc biệt thì tải trọng nước và chiều sâu xói có thể dựa trên lũ trung bình hàng năm, tuy nhiên kết cấu phải được kiểm tra với các hậu quả do lũ như kiểm tra xói ở trạng thái giới hạn đặc biệt và tải trọng nước tương ứng nhưng không có các tải trọng động đất, va xô của xe, của tầu thuyền. Khi kiểm tra chiều rộng vết nứt trong kết cấu bê tông dự ứng lực ở trạng thái giới hạn sử dụng có thể giảm hệ số tải trọng của hoạt tải xuống là 0,80. Khi kiểm tra kết cấu thép của trạng thái giới hạn sử dụng thì hệ số tải trọng của hoạt tải phải tăng lên là 1,30. Bảng 1-3. Tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng TU WA WS WL FR CR TG SE SH Cùng một lúc chỉ dùng một trong các tải trọng Tổ hợp tải trọng TTGH DC DD DW EH EV ES LL IM CE BR PL LS EL EQ CT CV Cường độ I γP 1,75 1,00 - - 1,00 0,50/1,20 γTG γSE - - - Cường độ II γP - 1,00 1,40 - 1,00 0,50/1,20 γTG γSE - - - Cường độ III γP 1,35 1,00 0,40 1,00 1,00 0,50/1,20 γTG γSE - - - Đặc biệt γP 0,5 1,00 - - 1,00 - - - 1,00 1,00 1,00 Sử dụng 1,00 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 0,50/1,20 γTG γSE - - - Mỏi, chỉ có LL, IM và CE - 0,75 - - - - - - - - - Ghi chú của bảng 1-3: BR Lực hãm xe. CE Lực ly tâm. CR Từ biến. CT Lực va xe. CV Lực va tàu thuyền. EQ Động đất. IM Tác dụng xung kích của xe. LL Hoạt tải xe. LS Hoạt tải chất thêm. PL Tải trọng người đi. SE Lún. SH Co ngót. TG Chênh lệch nhiệt độ không đều (gradien nhiệt độ). TU Chênh lệch nhiệt độ đều. WA Tải trọng nước và áp lực dòng chảy. Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 7 WL Tải trọng gió lên hoạt tải. WS Tải trọng gió lên cầu. Hệ số tải trọng của gradien nhiệt độ γTG được lấy bằng: 0,00 ở trạng thái giới hạn cường độ và đặc biệt; 1,00 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi không xét hoạt tải; 0,50 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi có xét hoạt tải. Đối với cầu thi công phân đoạn, phải xem xét tổ hợp sau đây ở trạng thái giới hạn sử dụng: DC + DW + EH + EV + ES + WA + CR + SH + TG + EL 1.6 Tải trọng và các hệ số 1.6.1 Tải trọng thường xuyên Tải trọng thường xuyên là tải trọng và lực tác động không đổi hoặc được xem là không đổi sau khi hoàn thành việc xây dựng cầu. Tải trọng thường xuyên của cầu nói chung bao gồm tĩnh tải và tải trọng đất. Đối với kết cấu nhịp thì tải trọng thường xuyên là tĩnh tải bao gồm trọng lượng tất cả cấu kiện của kết cấu, phụ kiện và tiện ích công cộng kèm theo, trọng lượng mặt cầu, dự phòng phủ bù và mở rộng. Khi không có đủ số liệu chính xác có thể lấy khối lượng riêng như trong bảng 1-4 để tính tĩnh tải. Bảng 1-4. Khối lượng riêng của vật liệu Vật liệu Khối lượng riêng (kg/m3) Hợp kim nhôm 2800 Lớp phủ nhựa đường 2250 Xỉ than 960 Cát chặt, phù sa hay đất sét 1925 Nhẹ 1775 Cát nhẹ 1925 Bê tông Thường 2400 Cát rời, phù sa, sỏi 1600 Đất sét mềm 1600 Sỏi, cuội, đá dăm nện hoặc balat 2250 Thép 7850 Đá xây 2725 Ngọt 1000 Nước Mặn 1025 Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 8 1.6.2 Hoạt tải và các hệ số 1.6.2.1 Xe tải thiết kế Xe tải thiết kế (LL) là một xe gồm 3 trục có các thông số như sau (hình 1-3): Tải trọng trục trước 35kN. Tải trọng mỗi trục giữa và trục sau 145kN. Tải trọng tổng cộng 325kN. Khoảng cách từ trục trước đến trục giữa 4300mm. Khoảng cách từ trục giữa đến trục sau (4300 ÷ 9000)mm. Khoảng cách tim hai bánh theo chiều ngang 1800mm. Hình 1-3. Xe tải thiết kế 1.6.2.2 Xe hai trục thiết kế Xe hai trục thiết kế là một xe gồm hai trục có các thông số như sau: Tải trọng mỗi trục 110kN. Tải trọng tổng cộng 220kN. Khoảng cách từ trục trước đến trục sau 1200mm. Khoảng cách tim hai bánh theo chiều ngang 1800mm. Ghi chú: Đối với xe tải và xe hai trục thiết kế, trên các đường cấp IV và thấp hơn, tải trọng xe có thể lấy là tải trọng trục nhân với 0,5 hoặc 0,65 còn khoảng cách trục xe và bánh xe không thay đổi. 1.6.2.3 Tải trọng làn thiết kế Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,30N/mm phân bố đều theo chiều dọc cầu. Theo chiều ngang cầu tải trọng làn được xem là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm. Không tính hệ số xung kích với tải trọng làn. 1.6.2.4 Tải trọng người đi Tải trọng người đi trên cầu ô tô khi lề người đi rộng bằng hoặc hơn 600mm được lấy bằng 3.10-3 MPa. Đối với cầu dành riêng cho người đi bộ hoặc đi xe đạp tải trọng người lấy bằng 4,1.10-3MPa. Không tính hệ số xung kích cho tải trọng người. 4300 mm 4300 mm tíi 9000 mm 35 kN 145 kN 145 kN 1800 mm Lµn thiÕt kÕ 3500 mm 600 mm nãi chung 300 mm mót thõa mÆt cÇu Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 9 1.6.2.5 Hoạt tải thiết kế HL - 93 Hoạt tải thiết kế HL – 93 là một tổ hợp của: - Xe tải và tải trọng làn thiết kế. - Xe hai trục và tải trọng làn thiết kế. Trong mỗi làn xe tải trọng HL - 93 được xếp chồng giữa xe tải hoặc xe hai trục với tải trọng làn. Trên mỗi làn chỉ có một xe tải hoặc một xe hai trục trừ trường hợp có quy định riêng (xem điều 3.6.1.3.1 quy trình). 1.6.2.6 Hệ số làn xe Khi trên cầu đồng thời có một số làn xe cần phải nhân với hệ số làn để xét đến xác suất xảy ra hiệu ứng cực trị. a. Số làn xe thiết kế: Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây w là bề rộng khoảng trống của lòng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn, đơn vị là mm. Cần xét đến khả năng thay đổi chiều rộng phạm vi xe chạy trong tương lai. Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn giao thông và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thông. Lòng đường rộng từ 6000mm đến 7200mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng lòng đường. b. Hệ số làn: Nội lực cực trị của hoạt tải được xác định bằng cách xét mỗi tổ hợp có thể của số làn chịu tải nhân với hệ số làn xe như trong bảng 1-5. Bảng 1-5. Hệ số làn xe Số làn chất tải Hệ số làn 1 1,20 2 1,00 3 0,85 > 3 0,65 Không áp dụng hệ số làn cho trạng thái giới hạn mỏi vì khi tính mỏi chỉ dùng một xe tải thiết kế bất kể số làn xe là bao nhiêu. Không áp dụng hệ số làn kết hợp với hệ số phân bố tải trọng trừ khi dùng quy tắc đòn bẩy hay khi có yêu cầu riêng cho dầm ngoài cùng trong cầu dầm - bản. Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 10 1.6.2.7 Hệ số xung kích Để xét đến tác dụng động của tải trọng, tác dụng tĩnh của xe tải hoặc xe hai trục thiết kế (không kể lực ly tâm và lực hãm phanh) phải được nhân thêm với hệ số xung kích 1+IM/100, trong đó lực xung kích IM được tính theo phần trăm của lực tác dụng và được lấy theo bảng 1-6. Không áp dụng hệ xung kích cho tải trọng làn thiết kế và tải trọng người đi, tường chắn không chịu lực thẳng đứng từ kết cấu phần trên và phần móng nằm hoàn toàn dưới mặt đất. Bảng 1-6. Lực xung kích IM Cấu kiện IM Mối nối bản mặt cầu: Tất cả các trạng thái giới hạn 75% Tất cả các cấu kiện khác: Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gẫy Các trạng thái giới hạn khác 15% 25% 1.6.2.8 Lực ly tâm Lực ly tâm xuất hiện khi xe chạy trên đường cong. Lực ly tâm tác dụng theo phương nằm ngang ở phía trên và cách mặt đường 1800mm, có độ lớn bằng tích số trọng lượng trục của xe tải hay xe hai trục với hệ số C: gR3 V4C 2 = (1-3) trong đó: V – vận tốc thiết kế (m/s); g – gia tốc trọng trường, lấy bằng 9,807 (m/s2); R – bán kính cong của làn xe (m). Khi tính lực ly tâm phải áp dụng hệ số làn. 1.6.2.9 Lực hãm xe Lực hãm xe được lấy bằng 25% trọng lượng các trục của xe tải hoặc xe hai trục thiết kế đặt lên mỗi làn cho tất cả các làn được quy định theo phần 1.6.2.6.a và có xe chạy cùng hướng. Các lực này được xem là tác dụng theo phương nằm ngang cách phía trên mặt đường 1800mm theo một hướng dọc cầu để gây ra nội lực lớn nhất. Đối với những cầu có thể trở thành một chiều trong tương lai thì phải chất tải đồng thời trên tất cả các làn thiết kế. Khi tính lực hãm phải áp dụng hệ số làn. 1.6.2.10 Lực va của xe Không cần tính lực va của xe cộ và tầu hỏa nếu công trình được bảo vệ bởi: Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 11 - Nền đắp. - Rào chắn độc lập chôn trong đất, chịu được va chạm, cao 1370mm, đặt cách bộ phận cần bảo vệ trong phạm vi 3000mm. - Rào chắn cao 1070m đặt cách bộ phận cần bảo vệ hơn 3000mm. a. Xe cộ, tầu hỏa va vào kết cấu: Nếu không được bảo vệ thì mố, trụ đặt trong phạm vi cách lòng đường bộ 9000mm hay trong phạm vi 15000mm đến tim đường sắt đều phải tính với lực tĩnh tương đương đặt trong mặt phẳng nằm ngang, cách mặt đất 1200mm với trị số bằng 1800kN. b. Xe cộ va vào rào chắn, lan can (hình 1-4): Các lực thiết kế lan can và các tiêu chuẩn hình học phải như quy định trong bảng 1-7 và được minh họa trong hình 1-4. Các mức độ ngăn chặn của lan can được lấy theo các chỉ dẫn sau: L1 Mức cấp một, áp dụng cho các khu vực công trường với tốc độ xe cộ thấp và các đường phố địa phương có lưu lượng nhỏ, tốc độ thấp. L2 Mức cấp hai, áp dụng cho các khu vực công trường, hầu hết các đường địa phương và đường thu gom có điều kiện tốt nơi có ít xe nặng và tốc độ giảm. L3 Mức cấp ba, áp dụng cho các đường chính có hỗn hợp các xe tải và các xe nặng. L4 Mức cấp bốn, áp dụng cho đường cao tốc với tốc độ cao, lưu lượng giao thông lớn với tỷ lệ cao hơn của các xe nặng và cho đường bộ với điều kiện tại chỗ xấu. L5 Mức cấp năm, áp dụng cho các đường giống như mức cấp bốn khi có điều kiện tại chỗ chứng minh cần mức độ ngăn chặn cao hơn. Bảng 1-7. Lực thiết kế và các thông số tác dụng đối với lan can đường ô tô Mức độ ngăn chặn của lan can Lực thiết kế và các thông số tác dụng L1 L2 L3 L4 L5 Ft Ngang (kN) 60 120 240 516 550 FL Dọc (kN) 20 40 80 173 183 FV Thẳng đứng (kN) hướng xuống dưới 20 20 80 222 355 Lt và LL (mm) 1220 1220 1070 2440 2440 LV (mm) 5500 5500 5500 12200 12200 He (min) (mm) 460 510 810 1020 1070 Chiều cao lan can nhỏ nhất H (mm) 810 810 810 1020 1370 Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 12 Hình 1-4. Các lực va vào rào chắn, lan can 1.6.2.11 Tải trọng gió a. Tốc độ gió thiết kế: Ở đây chỉ xét tốc độ gió nằm ngang tác dụng vào công trình cầu thông thường, đối với những kết cấu nhịp lớn hay kết cấu nhạy cảm với gió như cầu treo dây võng, cầu dây văng…, cần có những khảo sát, nghiên cứu riêng và thí nghiệm trong các hầm thổi gió để xác định tác động của gió. Tốc độ gió thiết kế được xác định theo công thức: SVV B= (1-4) trong đó: V – tốc độ gió thiết kế (m/s); VB – tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm (p = 1%) lấy theo bảng 1-8; S – hệ số hiệu chỉnh theo địa hình và cao độ, lấy theo bảng 1-9. Bảng 1-8. Các giá trị của VB cho các vùng Vùng tính gió theo TCVN 2737 – 1995 Tốc độ gió giật cơ bản VB (m/s) I II III IV 38 45 53 59 Ghi chú của bảng 1-8: Khi tính gió trong quá trình lắp ráp có thể nhân tốc độ gió giật cơ bản VB cho trong bảng với hệ số 0,85. Lv H Fv Lt và LL FL R1 R2 _ R _ Y Ft Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 13 Bảng 1-9. Hệ số hiệu chỉnh tốc độ gió theo địa hình và cao độ Độ cao mặt cầu trên mặt đất khu vực xung quanh hay trên mặt nước (m) Khu vực trống trải hay mặt nước thoáng Khu vực có rừng hay có nhà cửa với cây, nhà cao tối đa khoảng 10m Khu vực có nhà cửa với đa số nhà cao trên 10m 10 1,09 1,00 0,81 20 1,14 1,06 0,89 30 1,17 1,10 0,94 40 1,20 1,13 0,98 50 1,21 1,16 1,01 b. Tải trọng gió tác dụng lên cầu: - Gió ngang Tải trọng gió ngang PD có phương nằm ngang, đặt ở trọng tâm diện tích chắn gió và có trị số (kN): tdt 2 D A8,1CAV0006,0P ≥= (1-5) trong đó: V – tốc độ gió thiết kế (m/s); At – diện tích chắn gió (m2); Cd – hệ số chắn gió lấy theo đồ thị trên hình 1-5. Hình 1- 5. Hệ số cản Cd dùng cho kết cấu phần trên có mặt hứng gió đặc Diện tích chắn gió At phải là diện tích đặc chiếu lên mặt trước vuông góc với hướng gió, trong trạng thái không có hoạt tải tác dụng với các điều kiện sau: 0,4 0,8 1,2 2,4 2,0 1,6 2,8 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2 6 10 14 2218 14 26 30 Hệ số tối thiểu cho hệ mặt cầu đặt trên dầm I hoặc hệ có nhiều hơn 4 dầm loại khác hoặc hệ dầm hộp H ệ số c ản C d Tỷ số b/d Nguyễn Văn Nhậm – Nguyễn Ngọc Long – Nguyễn Mạnh – Ngô Ngọc Sơn 14 + Đối với kết cấu phần trên có lan can đặc, diện tích At phải bao gồm cả diện tích của lan can đặc hứng gió (lan can đầu gió), không cần xét ảnh hưởng của lan can không hứng gió (lan can cuối gió hay lan can ở phía sau). + Đối với kết cấu phần trên có lan can hở, khi đó phải lấy bằng tổng tải trọng tác dụng lên từng phần bao gồm cả lan can đầu gió và lan can cuối gió khi xem như lan can này không ảnh hưởng gì đến lan can kia. Khi số lan can lớn hơn hai chỉ xét hai lan can có diện tích chắn gió lớn nhất. + Đối với cầu dàn tải trọng gió được tính riêng cho từng dàn, không xét tác dụng chắn gió của dàn nọ đối với dàn kia. + Đối với trụ không xét đến ảnh hưởng của các mặt che chắn. Hệ số cản gió Cd lấy theo hình 1-5, trong đó trục hoành là tỷ số b/d với b là chiều rộng cầu giữa hai mặt lan can và d là chiều cao kết cấu phần trên bao gồm cả lan can đặc nếu có với các chú ý sau: + Khi kết cấu phần trên có mặt chính đặc, mép dốc đứng, không có góc vuốt thoát gió đáng kể thì Cd lấy như trên hình 1-5. + Trong cầu dàn, lan can, kết cấu phần dưới tính riêng, mỗi bộ phận có hệ số Cd tương ứng. + Mọi kết cấu phần trên khác, Cd được xác định theo thí nghiệm trong hầm thổi gió. + Giá trị Cd cho trong hình 1-5 ứng với mặt chắn gió thẳng đứng và gió tác dụng nằm ngang. + Nếu mặt chắn gió xiên với mặt phẳng thẳng đứng, Cd có thể giảm 0,5% cho mỗi độ xiên và giảm tối đa 30%. + Nếu mặt chắn gió có phần đứng và phần xiên hoặc hai phần xiên với góc nghiêng khác nhau thì: Hệ số cản Cd tính với chiều cao toàn bộ kết cấu; Đối với từng phần hệ số cản Cd giảm theo ghi chú ở trên; Tải trọng gió tổng cộng được tính theo tải trọng gió lên từng phần với hệ số cản gió Cd tương ứng. + Nếu kết cấu phần trên có độ dốc phải lấy Cd tăng thêm 3% cho mỗi độ nghiêng so với đường nằm ngang nhưng không quá 25%. + Nếu