Tính toán thiết kế bản mặt cầu?

Khái niệm

Mặt cầu là bộ phận trực tiếp chịu tải trọng giao thông và chủ yếu quyết định chất lượng khai thác của cầu.

Mặt cầu cần bằng phẳng, đủ độ nhám, đảm bảo thoát nước tốt, khai thác thuận tiện, ít hư hỏng và an toàn cho các phương tiện tham gia giao thông.

Trong cầu dầm thép, bản mặt cầu thường được làm bằng BTCT hoặc BTCT dự ứng lực, có thể đúc tại chỗ hoặc lắp ghép.

A. Chọn kích thước bản mặt cầu

a. Bề rộng

Bề rộng mặt cầu có thể bao gồm:

Bề rộng mặt đường xe chạy.

Lề người đi bộ.

Lan can.

Dải phân cách.

Gờ chắn bánh.

b. Chiều dày

Chiều dày bản mặt cầu bê tông (không kể lớp hao mòn) không được nhỏ hơn 175 mm.

Mặt cầu có thể là mặt cầu trần, trong đó bánh xe chạy trực tiếp trên mặt bê tông; khi đó bên trên mặt cầu cần có lớp chống hao mòn dày 10 ÷ 15 mm.

Các phần hẫng mặt cầu phải có chiều dày tối thiểu:

200 mm đối với phần hẫng đỡ hệ thống nhô cao, tường phòng hộ hoặc rào chắn bê tông.

300 mm đối với hệ thống cột nhô cao ở cạnh bên.

Ngoài ra chiều dày bản còn phải thỏa mãn điều kiện chịu lực theo tiêu chuẩn thiết kế.

B. Xác định nội lực trong bản

a. Xác định sơ đồ tính toán

Xác định bản làm việc 1 phương hay 2 phương

Ldài = max(S, d)

Lngắn = min(S, d)

Trong đó:

S: khoảng cách giữa hai dầm dọc chủ.

d: khoảng cách giữa hai dầm ngang.

Trường hợp 1

Nếu:

Ldài/Lngắn ≥ 1,5

⇒ Bản làm việc theo 1 phương (bản kê 2 cạnh).

Trường hợp 2

Nếu:

Ldài/Lngắn < 1,5

⇒ Bản làm việc theo 2 phương (bản kê 4 cạnh).

Đối với cầu dầm thép

Sơ đồ bản hẫng để tính phần hẫng bản mặt cầu.

Sơ đồ bản kiểu dầm liên tục kê trên các dầm chủ để tính phần bản phía trong.

Có thể dùng sơ đồ bản ngàm hai đầu và quy đổi gần đúng theo sơ đồ bản giản đơn có xét hệ số điều chỉnh.

b. Hoạt tải xe dùng để tính toán

Khi dải bản chính nằm ngang có nhịp không quá 4600 mm: thiết kế theo bánh xe trục 145000 N.

Khi nhịp vượt quá 4600 mm: thiết kế theo bánh xe trục 145000 N và tải trọng làn.

Khi dải bản chính nằm dọc: thiết kế với xe tải, xe hai trục và tải trọng làn.

Không xét lực ly tâm và lực hãm khi tính toán bản mặt cầu.

c. Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

Chiều rộng tiếp xúc theo phương ngang cầu:

b = 510 mm

d. Chiều rộng dải bản tương đương

Đối với cầu BTCT

Khi tính phần hẫng:

E = 1140 + 0,833X

Khi tính mômen dương:

E+ = 660 + 0,55S

Khi tính mômen âm:

E− = 1220 + 0,25S

Trong đó:

X: khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải.

S: khoảng cách giữa các cấu kiện đỡ.

e. Tính toán phần hẫng bản mặt cầu

Sơ đồ tính

Bản hẫng (dầm công xôn).

Lấy 1 m chiều rộng bản theo phương dọc cầu để tính toán.

Tải trọng tác dụng

Tĩnh tải

Trọng lượng bản thân bản mặt cầu.

Trọng lượng lớp phủ.

Trọng lượng lan can.

Trọng lượng gờ chắn bánh.

Trọng lượng bê tông lề người đi bộ.

Hoạt tải xe

Có thể gồm tải trọng bánh xe hoặc tải trọng bánh xe kết hợp tải trọng làn.

Quy đổi về chiều rộng tính toán 1 m để xác định nội lực.

Tổ hợp tải trọng

Q = η[γDCQDC + γDWQDW + γLLQxe + γLLQlàn + γPLQPL]

f. Tính toán phần bản mặt cầu bên trong

Sơ đồ tính

Bản kiểu dầm liên tục kê trên các dầm chủ.

Lấy 1 m chiều rộng bản theo phương dọc cầu để tính toán.

Trình tự

Vẽ đường ảnh hưởng nội lực.

Xác định nội lực do tĩnh tải.

Xác định nội lực do hoạt tải.

Tổ hợp tải trọng.

Công thức tổ hợp

Q = η[γDCQDC + γDWQDW + γLLQxe + γLLQlàn + γPLQPL]

Lưu ý

Khi tính nội lực do tĩnh tải:

Giá trị gây bất lợi lấy γ > 1.

Giá trị làm giảm bất lợi lấy γ < 1.