Thiết kế cầu Skew (Có sơ đồ)
Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về thiết kế cầu xiên với sự trợ giúp của sơ đồ.
Hành vi của cầu xiên khác với các cầu thông thường và do đó, việc thiết kế cầu xiên cần đặc biệt chú ý. Trong các cây cầu bình thường, bản sàn boong vuông góc với các giá đỡ và do đó, tải trọng đặt trên bản sàn được chuyển đến các giá đỡ được đặt bình thường lên bản.
Mặt khác, tải trọng truyền tải từ một cây cầu xiên là một vấn đề phức tạp bởi vì luôn có sự nghi ngờ về hướng mà bản sàn sẽ trải dài và cách thức mà tải sẽ được chuyển đến hỗ trợ.
Người ta tin rằng tải trọng di chuyển đến hỗ trợ tỷ lệ với độ cứng của các đường khác nhau và vì độ dày của tấm là như nhau ở mọi nơi, độ cứng sẽ tối đa dọc theo nhịp ngắn nhất là dọc theo nhịp bình thường đối với các mặt của trụ hoặc mố cầu.
Trong hình 9.1, mặc dù nhịp của boong là chiều dài BC hoặc DE, bản sàn sẽ trải dọc theo AB hoặc CD là khoảng cách ngắn nhất giữa các giá đỡ. Do đó, mặt phẳng ứng suất cực đại trong một tấm xiên không song song với đường trung tâm của đường và độ võng của tấm như vậy tạo ra bề mặt bị cong vênh.
Hiệu ứng của xiên trong các tấm sàn có góc nghiêng lên tới 20 độ, không quá quan trọng và trong việc thiết kế những cây cầu như vậy, chiều dài song song với đường trung tâm của đường được lấy làm nhịp. Độ dày của tấm và cốt thép được tính toán với chiều dài nhịp này và cốt thép được đặt song song với đường trung tâm của đường.
Các thanh phân phối, tuy nhiên, được đặt song song với các hỗ trợ như bình thường. Khi góc nghiêng thay đổi từ 20 độ đến 50 độ, hiệu ứng nghiêng sẽ trở nên đáng kể và bản sàn có xu hướng kéo dài bình thường đến các giá đỡ.
Trong các trường hợp như vậy, độ dày của tấm được xác định với nhịp ngắn nhất nhưng cốt thép được gia công trên cơ sở nhịp ngắn nhất được nhân với Sec. 2 (là góc nghiêng) và được đặt song song với đường như trong hình 9.2a, các thanh phân phối được đặt song song với các giá đỡ như bình thường.
Nó cũng là một thực tế phổ biến để đặt cốt thép vuông góc với giá đỡ khi góc nghiêng nằm trong khoảng từ 20 độ đến 50 độ.
Độ dày và cốt thép được xác định với nhịp bình thường đối với giá đỡ nhưng vì khi đặt cốt thép vuông góc với các giá đỡ, cốt thép góc trong khu vực ABF hoặc CDE (Hình 9.1) không có bất kỳ hỗ trợ nào ở một bên để nghỉ ngơi, tấm bên dưới lối đi bộ (đối với cầu có lối đi bộ) hoặc bên dưới lề đường (đối với cầu không có lối đi bộ) sẽ được cung cấp thêm cốt thép để hoạt động như một chùm che giấu.
Ngoài ra, dầm lan can như minh họa trong hình 9.2b và 9.2c cũng có thể được cung cấp dọc theo cạnh của tấm. Các dầm lan can như vậy được làm phẳng với đáy của tấm và mở rộng trên tấm đến độ cao cần thiết để tạo thành lan can rắn. Loại sàn này đòi hỏi số lượng thép ít hơn trong các tấm nhưng dầm lan can cần thêm chi phí.
Đối với các cầu xiên góc hơn 50 độ, nên sử dụng dầm mặc dù các nhịp tương đối ít hơn. Trong trường hợp chiều rộng của cầu không nhiều, dầm cầu có thể được đặt song song với đường và độ dày của tấm và cốt thép có thể được thiết kế với khoảng cách của dầm là nhịp.
Cốt thép được đặt bình thường cho dầm (Hình 9.3a). Tuy nhiên, trong các đường chéo đa làn rộng hơn với các góc nghiêng lớn, tốt nhất nên sử dụng các dầm ở các góc phải cho các giá đỡ. Trong các trường hợp như vậy một lần nữa, các phần hình tam giác cần dầm lan can để hỗ trợ một đầu của dầm. Cốt thép được sử dụng bình thường cho dầm cầu như trong hình 9.3b.
Phản ứng tại Hỗ trợ:
Nó đã được quan sát thấy rằng do ảnh hưởng của xiên, các phản ứng tại các hỗ trợ không bằng nhau nhưng tương tự nhiều hơn ở các góc tới khó hiểu và ít hơn ở các góc góc phụ thuộc vào góc nghiêng.
Đối với độ nghiêng lên tới 20 độ, mức tăng, trong phản ứng ở các góc góc tù là 0 đến 50% và đối với độ nghiêng từ 20 độ đến 50 độ, mức tăng là từ 50% đến 90% của phản ứng trung bình . Phản ứng ở góc góc tù trở thành phản ứng trung bình gấp đôi, do đó làm cho góc góc cấp tính trở thành điểm áp suất bằng không khi góc nghiêng đạt khoảng 60 độ.
Hiệu ứng leo
Các quan sát cho thấy đường chéo dài hơn của sàn xiên nối các góc góc cấp tính có xu hướng kéo dài do có thể do bản chất của sự chuyển tải trên các giá đỡ dẫn đến chuyển động hoặc leo của các góc tới cấp tính như minh họa trong Hình 9.5a .
Hiệu ứng leo này của bản sàn tạo ra sức căng dọc theo đường chéo dài hơn và các vết nứt căng thẳng có thể xuất hiện nếu không có đủ thép để phục vụ cho ứng suất kéo này (Hình 9.5b). Ngoài ra trên tài khoản của leo, các vết nứt nâng và hậu quả xảy ra ở các góc góc cấp tính và thép bổ sung cần phải được cung cấp ở phía trên theo cả hai hướng để ngăn ngừa vết nứt do nâng các góc.
Có thể thấy trong hình 9.5a rằng do sự leo của tấm sàn, lực đẩy đáng kể được gây ra trên các bức tường cánh tại X và Y, tức là tại ngã ba của mố và thành cánh dẫn đến sự phát triển các vết nứt trên tường cánh hoặc thiệt hại nặng nề.
Để tránh thiệt hại cho các bức tường cánh do hiệu ứng leo, một số cơ quan chức năng đã đề nghị cung cấp vòng bi cố định trên mố thay vì vòng bi tự do để chuyển động của boong do hiệu ứng leo trèo được ngăn chặn trên mố cầu.
Đôi khi, bản sàn được cố định vào nắp mố bằng các thanh cốt thép dường như là phương tiện bảo vệ hiệu quả nhất đối với hiệu ứng leo trèo Creep có thể được dừng lại trên các trụ bằng cách cung cấp một số khối nâng hoặc đệm trên các trụ.
Sự sắp xếp này được thể hiện trong hình 9.6:
Bố cục vòng bi:
Biện pháp phòng ngừa nên được thực hiện để bảo vệ chống lại sự di chuyển của boong do leo. Có ý kiến cho rằng các bước sau, nếu được thực hiện, có thể tạo ra kết quả mong muốn.
(i) Có thể sử dụng nhịp lên đến 15, 0 m cho một vòng bi cầu cố định một nhịp trên cả hai mố cầu. Việc xây dựng các cây cầu bê tông nhịp đơn với hai vòng bi cố định đã được Ủy ban Quốc lộ Wisconsin sử dụng trong nhiều năm cho chiều dài nhịp lên tới 45 feet (13, 72 m). Không ai trong số những cây cầu này có dấu hiệu của creep.
(ii) Đối với cầu nhiều nhịp được hỗ trợ đơn giản, vòng bi cố định trên mố và vòng bi tự do hoặc cố định trên các trụ. Với sự sắp xếp này, có thể cần phải sử dụng hai vòng bi miễn phí trên một bến tàu.
Bố trí của vòng bi phải sao cho không có vật cản nào được tạo ra chống lại chuyển động tự do của vòng bi giãn nở. Điều này đòi hỏi các vòng bi phải được định hướng theo góc vuông với dầm thay vì song song với các trụ hoặc mố (tương tự như các giao cắt thông thường). Bố trí điển hình của vòng bi trong cầu xiên được chỉ ra trong hình 9.7.
Bố cục của khe co giãn S:
Sự khác biệt chính trong các kiểu bố trí khác nhau được minh họa trong Hình 9.7 là ở cách cung cấp khe co giãn giữa các sàn liền kề. Để có được khe co giãn thẳng, loại được chỉ ra trong hình.9.7a được sử dụng nhưng nó đòi hỏi chiều rộng trụ nhiều hơn vì một số khoảng trống giữa các ổ trục của các nhịp liền kề vẫn chưa được sử dụng.
Kiểu của hình 9.7b cũng cho khớp thẳng nhưng để giảm chiều rộng của trụ, vòng bi phải được đưa lại gần hơn.
Điều này đòi hỏi phải lấn chiếm boong trên dầm của các nhịp liền kề đạt được bằng cách tạo một rãnh trên các phần bị ảnh hưởng của dầm và tấm sàn nằm trên các rãnh này. Chất độn khớp thích hợp như tấm chì hoặc giấy nhựa có thể được chèn giữa dầm và tấm sàn để di chuyển tự do của khe co giãn.
Chiều rộng của trụ cũng như vị trí của vòng bi cho loại được chỉ ra trong Hình 9.7c giống như trong Hình 9.7b nhưng một loại khe co giãn có răng cưa được sử dụng ở đây với tầm nhìn để tránh loại sắp xếp cần thiết cho cái thứ hai.
Mỗi loại được mô tả trong tài liệu này đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất định và loại phù hợp nhất cho cây cầu đang được xem xét có thể được sử dụng. Những điểm chính mà một nhà thiết kế phải xem xét cẩn thận trong thiết kế cầu xiên đã được mô tả ở đây rất ngắn gọn.
Bây giờ để minh họa các nguyên tắc thiết kế, một ví dụ đã được trình bày dưới đây:
Thí dụ:
Thiết kế một cây cầu xiên vững chắc có nhịp rõ ràng 7, 5 m dọc theo lòng đường mà không có bất kỳ lối đi bộ nào và góc nghiêng 25 độ với tải IRC cho NH Standard. Bê tông m20 và thép lớp S415 sẽ được sử dụng:
Dung dịch:
Do góc nghiêng vượt quá 20 độ, độ dày của tấm có thể được thiết kế với nhịp bình thường đến giá đỡ và cốt thép hoạt động với nhịp này có thể được nhân với Sec. 2 và tương tự có thể được cung cấp song song với đường.
Xóa nhịp bình thường đến các hỗ trợ = 7, 5 cos 25 = 7, 5 x 0, 9063 = 6, 80 m
Khoảng hiệu quả = Khoảng trống rõ ràng + độ sâu hiệu quả
Giả sử chiều dày bản tổng thể là 600 mm, độ sâu hiệu quả là 600 - 40 = 560 mm. = 0, 56 m.
. . . Khoảng hiệu quả = 6, 80 + 0, 56 = 7, 36 m.
Thời điểm tải chết:
. . . Thời điểm tải trọng trên mỗi mét chiều rộng = 1800 × (7.36) 2 = 12.190 Kgm.
Thời điểm tải trực tiếp:
Làn đường duy nhất của xe theo dõi Class 70-R khi được đặt ở trung tâm sẽ tạo ra thời điểm tối đa.
Thép phân phối:
Thép phân phối có thể được tính theo nguyên tắc tương tự như trong trường hợp thiết kế cầu bê tông vuông vắn.
Khoảnh khắc theo hướng ngang = 0, 3 LLM + 0, 2 khoảnh khắc khác = 0, 3 x 13, 520 + 0, 2 x 12, 190 = 6494 Kgm. = 63.600 Nm.
. . . As = 63.600 x 10 3/200 x 543 x0.904 = 648 mm 2
Áp dụng 12 thanh HYSD @ 150 (As = 753 mm 2 )
Cắt và căng thẳng trái phiếu:
Sự gia tăng của phản ứng hỗ trợ gần góc góc tù sẽ được xem xét hợp lý khi xử lý ứng suất cắt và ứng suất liên kết.
Vì góc nghiêng là 25 độ, phản ứng tối đa ở góc góc tù có thể được lấy bằng 1, 55 lần so với phản ứng bình thường (Hình 9, 4). Giá trị tăng trung bình cho một nửa chiều rộng của bộ bài có thể được lấy bằng 1, 30 lần so với phản ứng bình thường.
. . . Cắt DL tối đa trên mỗi mét chiều rộng = 1800 x 7, 36 / 2 x 1, 30 = 8610Kg.
Cắt tải trực tiếp:
Bố trí cốt thép:
Hai loại bố trí cốt thép theo hàng được thể hiện trong hình 9.10 và 9.11 tương ứng. Gia cố ở đầu các góc góc cấp tính được cung cấp để ngăn ngừa các vết nứt do nâng các góc góc cấp tính.
Diện tích của cốt thép chính, nếu được đặt vuông góc với giá đỡ, là 2490 mm 2 trong trường hợp 22 @ 150 mm cho As = 2535 mm 2 . Tuy nhiên, nếu cốt thép được đặt song song với lòng đường, diện tích thép cần thiết = 3038 mm 2 trong đó phải cung cấp 22 Φ @ 125 mm (As = 3040 mm 2 ).
Thông tin chi tiết về vài cây cầu Skew Slab:
Các nhịp (nhịp phải hiệu quả ở góc phải với các giá đỡ) có các chi tiết có sẵn là 4, 37 m, 5, 37 m, 6, 37 m và 8, 37 m với các góc nghiêng 15 ′, 30 ′, 45 ′ và 60 cho mỗi nhịp.
Thiết kế dựa trên bê tông m20 và thép lớp S415. Các đặc điểm nổi bật của những cây cầu xiên này được nêu trong Bảng 9.1 và 9.2. Để biết thêm chi tiết, các kế hoạch tiêu chuẩn theo tham chiếu có thể được tham khảo.
