Thiết kế cầu khung cứng (có sơ đồ)

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về thiết kế cầu khung cứng với sự trợ giúp của sơ đồ.

Giới thiệu về Cầu khung cứng nhắc:

Trong các cầu khung cứng, sàn được kết nối cứng nhắc với các mố và trụ. Kiểu cấu trúc này có thể là một đơn vị nhịp đơn hoặc một đơn vị nhiều nhịp như được chỉ ra trong Hình 12.1. Tất cả những lợi thế của một cây cầu nhịp liên tục có mặt ở đây.

Các tính năng sau đây là những lợi thế bổ sung của các cầu khung cứng so với các cầu liên tục:

i) Độ cứng hơn của cấu trúc.

ii) Ít khoảnh khắc hơn trong bộ bài được chuyển một phần cho các thành viên hỗ trợ.

iii) Không yêu cầu vòng bi.

iv) Bề ngoài thẩm mỹ tốt hơn cấu trúc nhịp liên tục.

Như trong các nhịp cầu liên tục, các cấu trúc này cũng đòi hỏi vật liệu nền tảng kiên cường. Các phân tích, tuy nhiên, tốn nhiều công sức hơn so với trước đây.

Các khung có thể được bản lề hoặc cố định tại đế như minh họa trong Hình 12.1. Khi có bản lề, các khoảnh khắc được chuyển đến cơ sở chỉ xoay các giá đỡ dọc, do đó làm giảm đáng kể các khoảnh khắc và không có khoảnh khắc nào được chuyển sang các bước chân; chỉ có tải trọng thẳng đứng và thời điểm gây ra bởi lực đẩy ở mức bản lề mới được xem xét trong việc thiết kế các bước chân.

Mặt khác, trong các cấu trúc cơ sở cố định, các khoảnh khắc từ cấu trúc thượng tầng cuối cùng được chuyển sang các bước chân vì các giá đỡ dọc không thể xoay độc lập mà không xoay các bước cùng với chúng. Do đó, rõ ràng là trong các khung có bản lề, các khoảnh khắc ở chân đế và các bè rất ít nhưng các khoảnh khắc nhịp lớn hơn các khung cố định.

Vì các khung cố định được thiết kế dựa trên giả định rằng các thành viên dọc không xoay ở chân đế, chỉ có thể đạt được trạng thái này nếu nền móng có thể nằm trên nền đá cứng hoặc nền không có năng suất.

Các loại cầu khung cứng nhắc:

Một vài loại cầu khung cứng đã được minh họa trong hình 4.5 và 4.6. Có thể sử dụng các khung cứng của tấm cứng có nhịp dài tới 25 m trong khi các khung cứng của loại sàn và dầm có thể được sử dụng lên đến nhịp 35 m. Trong các cầu vượt đường bộ, loại khung cổng đúc hẫng như được chỉ ra trong hình 4.6 thường được ưa chuộng.

Cống hộp khung cứng hoặc cầu nhỏ (một hoặc nhiều hình 4.5) thường được sử dụng ở những nơi đất nền yếu và diện tích nền rộng hơn là mong muốn để giảm áp lực nền trong các giá trị an toàn cho phép đối với loại đất.

Cấu trúc tỷ lệ của cầu khung cứng nhắc:

Tỷ lệ giữa nhịp trung gian và nhịp cuối của cầu khung cứng như sau:

Đối với cầu phiến 1, 20 đến 1, 30

Đối với cầu dầm và dầm cầu 1, 35 đến 1, 40

Để ước tính sơ bộ mặt cắt, kích thước của nhịp giữa và phần hỗ trợ cho cầu bê tông rắn có thể được lấy tương ứng là L / 35 và L / 15. Các đường cong soffit cho cầu khung cứng thường được làm giống như các đường cong cho cầu liên tục.

Phương pháp phân tích và thiết kế cân nhắc của cầu khung cứng nhắc:

Trong việc phân tích các cấu trúc khung cứng, phương pháp phân phối mô men thường được sử dụng. Đối phó với các cây cầu liên tục, phương pháp phân phối mô men phù hợp nhất cho thiết kế thực tế bởi vì các phần của các cấu trúc khác nhau ở các điểm khác nhau mà các phương pháp khác rất tốn công và do đó, không phù hợp.

Nếu các giá trị của các yếu tố độ cứng, các yếu tố chuyển giao và các khoảnh khắc kết thúc cố định cho các khớp khác nhau của cấu trúc khung cứng được biết đến, việc sử dụng phương pháp phân phối mô men rất đơn giản.

Hiệu ứng nhiệt độ:

Sự tăng hoặc giảm nhiệt độ gây ra sự giãn dài hoặc co lại của các sàn tạo ra các khoảnh khắc kết thúc cố định trên các thành viên thẳng đứng như được giải thích sau đây (Hình 12.2).

Độ giãn dài hoặc co của boong BC do biến thiên nhiệt độ của t = 2 = L 2 αt.

Độ giãn dài hoặc co của boong AB hoặc CD do biến thiên nhiệt độ của t = δ 1 = L 1 αt nhưng do độ giãn dài hoặc co của boong BC bằng δ 2, chuyển động của A hoặc C sẽ là ( 1 + + ½ δ 2 ).

Khoảnh khắc kết thúc cố định trên một thành viên thẳng đứng có mômen quán tính, I và độ võng,, có thể được cho bởi

FEM = 6 EIδ / (L) 2 (12.1)

Các khoảnh khắc kết thúc cố định được phát triển ở trên cùng và dưới cùng của tất cả các thành viên dọc theo phương trình 12.1 có thể được phân phối trên tất cả các thành viên.

Ảnh hưởng của co ngót, gió, địa chấn và dòng nước:

Do sự co ngót của bê tông, các hợp đồng boong gây ra do đó có tính chất tương tự như sự giảm nhiệt độ. Thông thường, hiệu ứng do co ngót được giả định là tương đương với cường độ được tạo ra bởi sự giảm nhiệt độ.

Gió thổi theo hướng nghiêng đến các trụ có thể làm phát sinh những khoảnh khắc lắc lư sẽ được chia sẻ bởi tất cả các thành viên của khung sau khi phân phối.

Lực địa chấn hoạt động trên boong, trụ và mố sẽ gây ra những khoảnh khắc trong các thành viên của khung vì lực gió sẽ gây ra.

Dòng chảy chéo chảy qua sông đập vào các trụ và mố và điều này sẽ tạo ra những khoảnh khắc trên các thành viên như gió sẽ làm.

Quy trình thiết kế cầu khung cứng nhắc:

1. Chọn độ dài nhịp cho nhịp cuối và nhịp trung gian phù hợp với điều kiện địa điểm và loại cầu. Độ sâu ở giữa nhịp và tại các hỗ trợ sẽ được giả định.

2. Chọn đường cong soffit và tìm độ sâu ở các phần khác nhau. Tính toán các khoảnh khắc kết thúc cố định do tải trọng chết phân phối đồng đều và tải trọng kéo từ các bảng thiết kế tiêu chuẩn, chẳng hạn như Ứng dụng phân phối mô men , do Hiệp hội bê tông Ấn Độ, Ấn Độ công bố.

3. Tìm các giá trị của các yếu tố độ cứng và các yếu tố chuyển giao từ các bảng thiết kế sau khi đánh giá các giá trị của các hằng số khung như a A, a B, r A, r B, h c, v.v.

Các yếu tố phân phối có thể được xác định như sau:

Trong đó D AB = hệ số phân phối cho thành viên AB.

S AB = Hệ số độ cứng cho AB.

S = Tổng các yếu tố độ cứng của tất cả các thành viên của khớp đó.

4. Các khoảnh khắc kết thúc tải cố định sẽ được phân phối và thực hiện hiệu chỉnh Sway nếu cần.

5. Để đánh giá các khoảnh khắc tải trực tiếp trên các thành viên, phải vẽ sơ đồ đường ảnh hưởng cho từng thành viên. Quy trình sẽ rất tốn công nếu có được các khoảnh khắc bằng cách đặt tải trọng đơn vị trên mỗi phần (có thể có 5 đến 10 phần trên mỗi nhịp tùy thuộc vào độ dài nhịp) và phân phối các khoảnh khắc kết thúc cố định do tải trọng đơn vị với hiệu chỉnh lắc cần thiết.

Phương pháp có thể được đơn giản hóa nếu thủ tục đưa ra dưới đây được tuân theo.

6. Đặt tải trọng đơn vị tại bất kỳ vị trí nào (Hình 12.3) và thu được các khoảnh khắc kết thúc cố định x và y ở cuối B và C. Phân phối các khoảnh khắc kết thúc cố định này cho tất cả các thành viên. Các khoảnh khắc thu được tại các phần khác nhau là các khoảnh khắc tải trực tiếp (đàn hồi) do tải trọng đơn vị đang xem xét.

Sau khi hiệu chỉnh lắc lư cần thiết, phương trình mô men theo x và y sẽ đưa ra tọa độ của sơ đồ đường ảnh hưởng mômen uốn tại các phần khác nhau cho tải trọng đơn vị đó. Bây giờ, từ các bảng hoặc biểu đồ, các giá trị của x và y cho tải đơn vị tại các vị trí tải khác nhau có thể được biết từ đó các tọa độ của đường ảnh hưởng diag. tại các phần khác nhau cho vị trí tải khác nhau có thể được tính toán.

Quy trình được nêu ở trên sẽ yêu cầu một bộ phân phối mô men và một bộ hiệu chỉnh lắc lư các phương trình mô men cho mỗi nhịp.

Biểu đồ đường ảnh hưởng thu được theo phương pháp được mô tả sẽ chỉ dành cho mô men đàn hồi. Biểu đồ khoảnh khắc miễn phí sẽ phải được đặt chồng lên trên để có được sơ đồ đường ảnh hưởng nett. Các khoảnh khắc tải trực tiếp sau đó có thể được lấy từ sơ đồ đường ảnh hưởng.

7. Thực hiện các khoảnh khắc trên các thành viên khác nhau và tại các phần khác nhau do nhiệt độ, co ngót, gió, dòng nước, áp lực đất trên mố cầu, lực địa chấn, v.v.

8. Các khoảnh khắc thu được do tải trọng và hiệu ứng khác nhau như được liệt kê ở trên có thể được tóm tắt theo cách sao cho các khoảnh khắc thiết kế vòng cung tối đa cho tất cả các trường hợp kết hợp có thể.

9. Kiểm tra sự đầy đủ của các phần liên quan đến ứng suất bê tông và cung cấp cốt thép cần thiết để phục vụ cho thời điểm thiết kế.

10. Chi tiết ra cốt thép đúng cách.