›
›

Bài giảng Tiêu chuẩn thiết kế cầu - Phần 3: Tải trọng và hệ số tải trọng (tiếp)

doc 28 trang hoanguyen 4620
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Tiêu chuẩn thiết kế cầu - Phần 3: Tải trọng và hệ số tải trọng (tiếp)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docbai_giang_tieu_chuan_thiet_ke_cau_phan_3_tai_trong_va_he_so.doc

Nội dung text: Bài giảng Tiêu chuẩn thiết kế cầu - Phần 3: Tải trọng và hệ số tải trọng (tiếp)

  1. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 25 bản đồ phân vùng động đất v à sự phân bố cường độ động đất tối đa I Max trên lã nh thổ việt nam trung quốc đảo hải nam chú thích I -các vùng phát sinh động đất vùng phát sinh động đất ms max=6.6-7.0 h=20-30km, io mã = 8-9 (msk – 64) vùng phát sinh động đất ms max =6.1-6.5 h = 15-20 km io max = 8 (msk =64) vùng phát sinh động đất ms max =5.6-6.0 h = 20-25 km io max = 7 (msk =64) vùng phát sinh động đất ms max =5.1-5.5 h = 15-20 km io max = 7 (msk =64) ii- các vùng chấn động cực đại dự báo vùng chấn động cực đại i max 6 (msk – 64) a = 6 vùng chấn động cực đại i max = 7 (msk – 64) 6 < a < 12 vùng chấn động cực đại i max = 8 (msk – 64) 12< a <24 1 – chấn động tâm đất đã xảy ra ms = 6.6-7.0, h = 23-25 km, io=8 thời gian xảy ra9nawm0 1983 ms = 5.6-6.0, h = 25-30 km, io=7 thời gian xảy ra9nawm0 1961 ms = 5.1-5.5, h = 10-15 km, io=7 thời gian xảy ra9nawm0 1954 Hình 3.10.2-1- Các hệ số gia tốc
  2. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 26 3.10.3. Các mức độ quan trọng Để tính toán về động đất, Chủ đầu tư phải xếp loại cầu đang xét vào một trong ba mức độ quan trọng như sau: Các cầu đặc biệt quan trọng Các cầu thiết yếu, hoặc Các cầu thông thường Cơ sở để xếp loại phải bao gồm các yêu cầu xã hội/sự sống còn và an ninh/quốc phòng. Trong việc phân loại cầu cần xét đến những thay đổi có thể trong tương lai về các điều kiện và các yêu cầu. 3.10.4. Vùng động đất Mỗi cầu phải được xếp vào một trong 3 vùng động đất phù hợp với Bảng 1. Bảng 3.10.4-1 - Vùng động đất Hệ số gia tốc Vùng động đất Cấp (MSK - 64) A 0,09 1 Cấp 6,5 0.09 < A 0,19 2 6,5 < Cấp 7,5 0.19 < A < 0,29 3 7,5 < Cấp 8 3.10.5. Các ảnh hưởng của vị trí công trình 3.10.5.1. Tổng quát ảnh hưởng của vị trí cầu phải được đưa vào trong việc xác định các tải trọng động đất cho cầu. Hệ số thực địa S quy định trong Bảng1 phải dựa trên loại đất được xác định trong các Điều 310.5.2 đến 3.10.5.5. Bảng 3.10.5.1-1- Hệ số thực địa Hệ số thực địa Loại đất I II III IV S 1,0 1,2 1,5 2,0 ở những vị trí công trình không biết đầy đủ chi tiết về tính chất của đất để xác định loại đất, hoặc khi đất không khớp với một trong 4 loại, thì hệ số thực địa S phải lấy theo đất loại II. 3.10.5.2. Đất loại I Đất được xếp vào loại I gồm: Đá các loại hoặc là đá sit dạng kết tinh, hoặc
  3. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 27 Đất cứng có bề dày nhỏ hơn 60000 mm và đất phủ trên nền đá là cát, sỏi cuội hoặc sét cứng trầm tích ổn định. 3.10.5.3. Đất loại II Đất dính cứng hoặc đất rời sâu có bề dày vượt quá 60000 mm và loại đất phủ trên nền đá là cát, sỏi cuội hay sét cứng trầm tích ổn định được xếp vào loại II. 3.10.5.4. Đất loại III Đất sét mềm đến nửa cứng và cát được đặc trưng bởi lớp dày 9000 mm hay hơn nữa là sét mềm hay nửa cứng, có hoặc không có xen lẫn các lớp cát hoặc đất rời khác được xếp vào loại III. 3.10.5.5. Đất loại IV Đất sét mềm hoặc bùn dày hơn 12000 mm được xếp vào loại IV. 3.10.6. Hệ số đáp ứng động đất đàn hồi 3.10.6.1. Tổng quát Ngoài quy định khác Điều 3.10.6.2 hệ số đáp ứng động đất đàn hồi Csm cho dạng thức dao động thứ m được lấy theo: 1,2AS C sm 2 / 3 2,5A (3.10.6.1-1) Tm trong đó: Tm = chu kỳ dao động kiểu thứ m (s) A = hệ số gia tốc lấy theo Điều 3.10.2 S = hệ số thực địa lấy theo Điều 3.10.5 3.10.6.2. Các ngoại lệ Đối với đất loại III và IV và đối với các kiểu dao động khác với kiểu cơ bản có chu kỳ nhỏ hơn 0,3 giây, thì Csm phải lấy theo: Csm = A (0,8 + 4,0 Tm) (3.10.6.2-1) Nếu chu kỳ dao động của một kiểu bất kỳ lớn hơn 4,0 giây thì trị số Csm của kiểu đó phải lấy theo: 3AS C sm 4 / 3 (3.10.6.2-2) Tm 3.10.7. Hệ số điều chỉnh đáp ứng 3.10.7.1. Tổng quát
  4. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 28 Để áp dụng các hệ số điều chỉnh ứng xử đã nói ở đây, các chi tiết kết cấu cần phải thỏa mãn quy định của các Điều 5.10.2.2, 5.10.11 và 5.13.4.6. Trừ những ghi chú ở đây, ứng lực động đất thiết kế của các kết cấu phần dưới và các liên kết giữa các bộ phận của kết cấu được liệt kê trong Bảng 2 phải được xác định bằng cách chia ứng lực rút ra từ phân tích đàn hồi cho hệ số điều chỉnh ứng xử thích hợp R, như quy định trong Bảng 1 và 2 tương ứng. Hệ số R còn được quy định trong Bảng 2 cho các liên kết, các mối nối ướt giữa các bộ phận kết cấu và các kết cấu, chẳng hạn như liên kết cột với bệ móng, có thể được thiết kế để truyền ứng lực lớn nhất có thể phát sinh bởi khớp dẻo của cột hay bệ nhóm cột mà chúng liên kết như quy định trong Điều 3.10.9.4.3. Nếu phương pháp lịch sử thời gian phi đàn hồi được dùng để phân tích, thì hệ số diều chỉnh ứng xử R sẽ lấy bằng 1,0 cho mọi kết cấu phần dưới và liên kết. Bảng 3.10.7.1-1 - Hệ số điều chỉnh ứng xử R - Kết cấu phần dưới Kết cấu Mức độ quan trọng phần dưới Tới hạn Chủ yếu Khác Trụ kiểu tường có kích 1,5 1,5 2,0 thước lớn Bệ cọc BTCT chỉ có cọc thẳng 1,5 2,0 3,0 có cả cọc xiên 1,5 1,5 2,0 Cột đơn 1,5 2,0 3,0 Cọc thép hay thép liên hợp và bệ cọc BTCT chỉ có cọc thẳng 1,5 3,5 5,0 có cả cọc xiên 1,5 2,0 3,0 Bệ nhóm cột 1,5 3,5 5,0 Bảng 3.10.7.1-2 - Hệ số điều chỉnh ứng xử R - Các liên kết Liên kết Tất cả các cấp quan trọng Kết cấu nhịp với mố 0,8 Khe co giãn trong nhịp của kết cấu phần 0,8 trên Cột trụ hay bệ cọc với rầm mũ hay kết cấu 1,0 phần trên Cột hay trụ với móng 1,0 3.10.7.2. áp dụng Tải trọng động đất được giả thiết tác dụng trong mọi phương ngang. Hệ số R được dùng cho cả hai trục trực giao của kết cấu phần dưới. Một trụ BTCT dạng tường có thể được tính toán như là cột đơn theo chiều mảnh nếu thỏa mãn một quy định cho cột trong Phần 5. 3.10.8. Tổ hợp các ứng lực động đất
  5. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 29 Các ứng lực động đất đàn hồi trên mỗi trục chính của một cấu kiện được rút ra từ tính toán theo hai phương thẳng góc phải được tổ hợp thành hai trường hợp tải trọng sau: 100% của giá trị tuyệt đối của các ứng lực theo một trong các chiều vuông góc thứ nhất được tổ hợp với 30% của giá trị tuyệt đối của các ứng lực trong chiều vuông góc thứ hai. 100% của giá trị tuyệt đối của các ứng lực trong chiều vuông góc thứ hai được tổ hợp với 30% của giá trị tuyệt đối của các ứng lực trong chiều vuông góc thứ nhất. 3.10.9. Tính toán lực thiết kế 3.10.9.1. Tổng quát Đối với cầu một nhịp bất kể trong vùng động đất nào, lực liên kết thiết kế nhỏ nhất theo chiều bị cản trở giữa kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới không được lấy nhỏ hơn tích của hệ số thực địa, hệ số gia tốc nhân với tải trọng thường xuyên được phân phối về đó. Bề rộng của bệ gối di động của cầu nhiều nhịp phải phù hợp hoặc với Điều 4.7.4.4 hoặc thiết bị cố định chiều dọc phải phù hợp với Điều 3.10.9.5. 3.10.9.2. Vùng động đất 1 Đối với cầu nằm trong vùng 1 có hệ số gia tốc nhỏ hơn 0,025 và nền đất thuộc loại I hoặc loại II, lực liên kết ngang thiết kế trong chiều cố định không được lấy nhỏ hơn 0.1 lần phản lực thẳng đứng do tải trọng thường xuyên chuyền vào đó và do các hoạt tải giả sử tồn tại trong khi có động đất. Đối với các địa điểm khác trong vùng 1 thì lực liên kết ngang thiết kế trong các chiều cố định không được lấy nhỏ hơn 0.2 lần phản lực thẳng đứng do tải trọng thường xuyên chuyền vào đó và do các hoạt tải giả sử tồn tại trong khi có động đất. Đối với mỗi phân đoạn liền của kết cấu phần trên thì tải trọng thường xuyên được phân phối cho liên kết trên trục gối cố định dùng để xác định lực liên kết thiết kế phải lấy bằng tổng tải trọng thường xuyên của đốt dầm. Nếu mỗi gối đỡ một phân đoạn liền hoặc đỡ một nhịp giản đơn được cố định theo phương ngang thì tải trọng thường xuyên dùng để xác định lực liên kết phải lấy bằng phân lực do tải trọng thường xuyên tác dụng trên gối đó. Mỗi gối cao su và các liên kết của chúng vào khối xây hay bản gối phải được thiết kế để chịu được lực động đất nằm ngang chuyền qua gối. Đối với tất cả các cầu trong vùng động đất 1 và tất cả các cầu một nhịp thì lực cắt do động đất không được nhỏ hơn lực liên kết được quy định ở đây. 3.10.9.3. Vùng động đất 2 Công trình trong vùng động đất 2 phải được tính toán phù hợp với yêu cầu tối thiểu được ghi trong các Điều 4.7.4.1 và 4.7.4.3. Trừ móng, lực động đất thiết kế dùng cho các bộ phận bao gồm cả bệ cọc và tường chắn phải được xác định bằng cách chia lực động đất đàn hồi tính theo Điều 3.10.8 cho hệ số điều chỉnh đáp ứng thích hợp R lấy trong Bảng 3.10.7.1-1.
  6. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 30 Lực động đất thiết kế dùng cho móng, trừ bệ cọc và tường chắn phải được xác định bằng cách chia lực động đất đàn hồi theo Điều 3.10.8 cho một nửa hệ số điều chỉnh đáp ứng R theo Bảng 3.10.7.1-1 đối với cấu kiện kết cấu phần dưới được liên kết vào móng đó. Giá trị của R/2 không được lấy nhỏ hơn 1,0. Khi có một nhóm tải trọng không phải loại Đặc biệt quy định trong Bảng 3.4.1-1, chi phối việc thiết kế các cột, thì phải xem xét khả năng các lực động đất truyền xuống móng có thể lớn hơn lực tính theo cách quy định trên đây, do có thể vượt cường độ của các cột. 3.10.9.4. Vùng động đất 3 3.10.9.4.1. Tổng quát Các kết cấu trong vùng động đất 3 phải được tính toán phù hợp với yêu cầu tối thiểu ghi trong các Điều 4.7.4.1 và 4.7.4.3. 3.10.9.4.2. Lực thiết kế điều chỉnh Lực thiết kế điều chỉnh phải được xác định như trong Điều 3.10.9.3 trừ trường hợp tính móng phải lấy hệ số R bằng 1,0. 3.10.9.4.3. Lực khớp dẻo Khớp dẻo phải biết chắc là xảy ra trước khi kết cấu và/hoặc móng bị phá hoại do vượt ứng suất hay do mất ổn định trong kết cấu và/hoặc trong móng. Khớp dẻo chỉ cho phép xuất hiện trong cột là chỗ dễ kiểm tra và sửa chữa. Sức kháng uốn dẻo của bộ phận kết cấu phần dưới phải được xác định phù hợp với các quy định trong các Phần 5 và 6. Các cấu kiện và bộ phận liên kết với cột trong kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới cũng phải được thiết kế để chịu lực cắt ngang của cột, được xác định theo sức kháng uốn dẻo của cột bằng cách nhân sức kháng danh định của mặt cắt bê tông với 1,30 và của mặt cắt thép với 1,25. Các lực cắt này, được tính trên cơ sở khớp dẻo, có thể coi như lực động đất cực hạn mà cầu có thể khai thác được. 3.10.9.5. Bộ phận cản dọc Lực ma sát không được coi là một thiết bị cản hữu hiệu. Bộ phận cản phải được thiết kế theo một lực được tính bằng hệ số gia tốc nhân với tải trọng thường xuyên của nhịp nhẹ hơn trong hai nhịp hoặc các bộ phận kề bên của kết cấu. Nếu bộ phận cản là ở một điểm mà ở đó chuyển vị tương đối của mặt cắt kết cấu phần trên được thiết kế xảy ra trong quá trình hoạt động của động đất, thì phải cho phép đủ chậm trong bộ phận cản để bộ phận cản chỉ bắt đầu tác dụng sau khi chuyển vị vượt quá trị số thiết kế. Khi bộ phận cản được đặt ở trụ hay cột thì bộ phận cản của mỗi nhịp có thể được liên kết với trụ hay cột tốt hơn là liên kết các nhịp liền kề với nhau. 3.10.9.6. Thiết bị neo giữ
  7. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 31 Đối với vùng động đất 2 và 3, thiết bị neo giữ phải được đặt ở các gối và khớp trong kết cấu liên tục mà ở đó lực động đất thẳng đứng do tải trọng động đất dọc ngược chiều và vượt 50% nhưng không lớn hơn 100% phản lực do tải trọng thường xuyên gây ra . Trong trường hợp này lực nâng thực dùng để thiết kế thiết bị neo giữ phải lấy bằng 10% phản lực do tải trọng thường xuyên có thể phát huy nếu như giả định là dầm kê đơn giản lên gối. Nếu lực động đất thẳng đứng dẫn đến lực nâng thì thiết kế neo giữ phải được tính toán để chiụ được trị số lực lớn hơn trong hai trường hợp sau: 120% hiệu số giữa lực động đất thẳng đứng và phản lực do tải trọng thường xuyên, hoặc 10% phản lực do tải trọng thường xuyên. 3.10.10. Các yêu cầu đối với cầu tạm và xây dựng phân kỳ. Bất kỳ cầu hoặc cầu được xây dựng từng phần nào được coi là tạm cho trên 5 năm thì phải thiết kế theo kết cấu vĩnh cửu và không được dùng các quy định của điều này. Yêu cầu một trận động đất không được gây ra sập đổ toàn bộ hoặc một phần cầu nêu trong Điều 3.10.1 phải áp dụng cho cầu tạm dùng cho giao thông. Yêu cầu đó cũng phải được áp dụng cho các cầu được xây dựng phân kỳ dùng cho giao thông và/hoặc vượt qua đường giao thông. Hệ số gia tốc cho trong Điều 3.10.2 có thể được giảm bằng một hệ số không lớn hơn 2 để tính các lực đàn hồi và chuyển vị của cấu kiện. Các hệ số gia tốc cho các địa điểm xây dựng ở gần các đứt gãy đang hoạt động phải được nghiên cưú riêng. Các hệ số điều chỉnh đáp ứng cho trong Điều 3.10.7 có thể tăng lên bằng một hệ số không lớn hơn 1,5 để tính lực thiết kế. Hệ số này không được áp dụng cho các liên kết như xác định trong Bảng 3.10.7.1-2. Các quy định về chiều rộng gối tối thiểu của Điều 4.7.4.4 phải áp dụng cho mọi cầu tạm và cầu xây dựng từng phần. 3.11. áp lực đất: EH, ES, LS và DD 3.11.1. Tổng quát áp lực đất phải được coi là hàm số của: Loại đất và tỷ trọng của đất, Hàm lượng nước, Tính lưu biến của đất, Độ chặt, Vị trí nước ngầm, Tương tác giữa đất và công trình, Trị số tải trọng chất thêm, và Tác động của động đất. 3.11.2 . Đầm nén Khi lường trước tác dụng của thiết bị đầm máy xảy ra trong cự ly một nửa chiều cao tường lấy bằng chênh cao giữa điểm giao của lớp móng đường đã làm xong với lưng tường và đáy tường thì tác dụng bổ sung của áp lực đất do đầm lèn phải được đưa vào tính toán . 3.11.3. Sự hiện diện của nước Khi đất giữ không được thoát nước thì tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh phải được bổ sung vào áp lực đất.
  8. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 32 Trong trường hợp phía sau tường có thể đọng thành vũng thì tường phải được thiết kế để chịu áp lực đất và áp lực thuỷ tĩnh. áp lực ngang của đất phía dưới mức nước ngầm phải tính với tỷ trọng đất ngậm nước. Nếu mức nước ngầm ở hai phía tường khác nhau thì phải xét tác dụng thấm đến ổn định của tường và khả năng phải đặt đường ống dẫn. áp lực lỗ rỗng sau tường được lấy gần đúng theo phương pháp dòng tịnh hay các phương pháp phân tích khác phải được cộng thêm vào ứng suất nằm ngang hữu hiệu khi tính tổng áp lực ngang của đất lên tường. 3.11.4. Hiệu ứng động đất Hiệu ứng của khả năng khuyếch đại của áp lực đất chủđộng và/hoặc độ chuyển dịch của khối đất bị động do động đất phải được xét đến. 3.11.5. áp lực đất: EH 3.11.5.1. áp lực đất cơ bản áp lực đất cơ bản được giả thiết là phân bố tuyến tính và tỷ lệ với chiều sâu đất và lấy bằng: 9 p k h  s gz (x10 ) ( 3.11.5.1 -1) trong đó: p = áp lực đất cơ bản (MPa) kh = hệ số áp lực ngang của đất lấy bằng ko trong Điều 3.11.5.2 đối với tường không uốn cong hay dịch chuyển, hoặc ka trong các Điều 3.11.5.3; 3.11.5.6 và 3.11.5.7 đối với tường uốn cong hay dịch chuyển đủ để đạt tới điều kiện chủ động tối thiểu. 3 s = tỷ trọng của đất (kg/m ) z = chiều sâu dưới mặt đất (mm) g = hằng số trọng lực (m/s2) Trừ quy định khác đi, tổng tải trọng ngang của đất do trọng lượng đất lấp phải giả định tác dụng ở độ cao 0,4H phía trên đáy tường, trong đó H là tổng chiều cao tường tính từ mặt đất đến đáy móng. 3.11.5.2. Hệ số áp lực tĩnh ( ở trạng thái nghỉ), ko Đối với đất được cố kết bình thường hệ số áp lực đất ngang tĩnh lấy như sau: k0 = 1 - sin f ( 3.11.5.2 - 1) trong đó: f = gốc ma sát của đất thoát nước ko = hệ số áp lực đất tĩnh của đất quá cố kết. Đối với đất quá cố kết hệ số áp lực đất ngang tĩnh có thể giả thiết thay đổi theo hàm số của tỷ lệ quá cố kết hay lịch sử ứng suất và có thể lấy bằng: sin k0 = (1 - sin f )(OCR) t ( 3.11.5.2 - 2)
  9. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 33 trong đó: OCR = tỷ lệ quá cố kết Các giá trị của ko cho các tỷ lệ quá cố kết khác nhau OCR có thể lấy ở Bảng 1. Phù sa, sét, sét dẻo chảy không nên dùng làm đất đắp khi mà vật liệu hạt dễ thoát nước có sẵn. Bảng 3.11.5.2 -1- Hệ số điển hình của áp lực đất ngang tĩnh Hệ số áp lực đất ngang k Loại đất 0 OCR = 1 OCR = 2 OCR = 5 OCR = 10 Cát rời 0,45 0,65 1,10 1,60 Cát vừa 0,40 0,60 1,05 1,55 Cát chặt 0,35 0,55 1,00 1,50 Đất phù sa bùn(ML) 0,50 0,70 1,10 1,60 Sét nhão (CL) 0,60 0,80 1,20 1,65 Sét dẻo chảy (CH) 0,65 0,80 1,10 1,40 3.11.5.3. Hệ số áp lực chủ động ka Trị số của hệ số áp lực chủ động có thể lấy bằng: Sin 2  k (3.11.5.3-1) a Sin 2Sin   ở đây: 2 Sin  Sin   1 (3.11.5.3-2) Sin   Sin   trong đó:  = góc ma sát giữa đất đắp và tường lấy như quy định trong Bảng 1 (độ)  = góc của đất đắp với phương nằm ngang như trong Hình1 ( độ)  = góc của đất đắp sau tường với phương thẳng đứng như trong Hình1 (độ) , = góc nội ma sát hữu hiệu (độ) Đối với các điều kiện khác với miêu tả trong Hình 1, áp lục đất chủ động có thể tính bằng phương pháp thử dựa theo lý thuyết lăng thể trượt. Tường cứng Hình 3.11.5.3-1. Chú giải Coulomb về áp lực đất
  10. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 34 Bảng 3.11.5.3-1 - Góc ma sát của các loại vật liệu khác nhau Góc ma sát Mặt tiếp giáp của vật liệu  (độ) Bê tông toàn khối trên vật liệu nền sau đây: Đá chắc sạch 35 Sỏi cuội, cát sỏi, cát thô sạch 29 đến 31 Cát mịn đến trung bình, phù sa cát trung đến thô phù sa hoặc sỏi cuội chứa sét sạch 24 đến 29 Cát mịn, phù sa hoặc cát mịn đến trung chứa sét sạch 19 đến 24 Phù sa cát mịn, phù sa không dẻo 17 đến 19 Đất sét tiền cố kết rất cứng và rắn 22 đến 26 Đất sét cứng vừa và cứng và đất sét có bùn 17 đến 19 Vật liệu xây trên vật liệu móng có cùng hệ số ma sát Cọc ván thép đối với các loại đất sau: 22 Sỏi, cát sỏi, đá sạch 17 Cát sỏi lẫn phù sa, đá cứng một cỡ sạch 14 Cát lẫn phù sa, cát hoặc sỏi lẫn phù sa hoặc đất sét 11 Phù sa lẫn cát mịn, phù sa không dẻo Bê tông đúc tại chỗ hay lắp ghép, cọc ván bê tông trong các loại đất sau: Sỏi, cát sỏi, đá dăm sạch Cát lẫn phù sa, cát sỏi lẫn phù sa, đá cứng một cỡ sạch 22 đến 26 Cát lẫn phù sa, sỏi hoặc cát lẫn phù sa hoặc sét 17 đến 22 Phù sa lẫn cát mịn phù sa không dẻo 17 14 Các vật liệu kết cấu khác: Khối xây trên khối xây, đá hoá thạch và đá biến chất - đá đẽo mềm trên đá đẽo mềm - đá đẽo cứng trên đá đẽo mềm 35 - đá đẽo cứng trên đá đẽo cứng 33 Khối xây trên gỗ ngang thớ 29 Thép trên cọc ván thép cài vào nhau 26 17 3.11.5.4. Hệ số áp lực bị động, kp Đối với đất không dính giá trị của hệ số áp lực bị động có thể lấy từ Hình 1 cho cho trường hợp tường nghiêng hoặc thẳng đứng và nền đắp bằng hoặc từ Hình 2 cho trường hợp tường thẳng đứng và nền đáp dốc. Đối với điều kiện khác với những miêu tả trong Hình1 và 2 áp lực bị động có thể tính bằng cách sử dụng phương pháp thử dựa trên cơ sở lý thuyết lăng thể trượt. Khi sử dụng lý thuyết lăng thể trượt thì giá trị giới hạn của góc ma sát của tường không nên lấy lớn hơn một nửa góc nội ma sát, . Đối với đất dính áp lực bị động có thể xác định theo: 9 p p k p  sg Z 10 2c k p (3.11.5.4 -1)
  11. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 35 trong đó: pp = áp lực đất bị động (MPa) 3 s = tỷ trọng của đất (kg/m ) z = độ sâu tính từ mặt đất c = độ dính đơn vị (MPa) kp = hệ số áp lực bị động lấy theo Hình1 và 2 khi thích hợp. Hệ số giảm (R) của Kp theo các tỷ số -  Mặt phá hoại p K g n ộ Xoắn ốc đ ị logarit b c áp lực bị động ự l p á ố s Ghi chú : Các đường cong được thể ệ hiện dùng cho /= -1 h Góc nối ma sát  theo độ Hình 3.11.5.4-1- Cách tính áp lực đất bị động đối với tường nghiêng nền đắp bằng
  12. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 36 Hệ số giảm (R) cuả Kp theo các tỷ số / Mặt phá hoại p K g n ộ đ Xoán ốc logarit ị b c ự l p á ố áp lực bị động s ệ h Ghi chú : Các đường cong được thể hiện dùng cho /= -1 góc nội ma sát  theo độ Hình 3.11.5.4-2- Cách tính áp lực đất bị động đối với tường nghiêng, nền đắp dốc 3.11.5.5. Phương pháp chất lỏng tương đương để tính áp lực đất Phương pháp chất lỏng tương đương không được dùng khi đất đắp không thoát nước được. Nếu không thoả mãn tiêu chuẩn này, phải dùng các quy định của các Điều 3.11.3; 3.11.5.1 và 3.11.5.3 để tính áp lực đất ngang. Khi sử dụng phương pháp chất lỏng tương đương, áp lực đất cơ bản p (MPa) có thể lấy như sau: -9 p = eq g Z (x 10 ) (3.11.5.5-1)
  13. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 37 trong đó 3 eq = tỷ trọng chất lỏng tương đương của đất, không nhỏ hơn 480(kg/m ) Tổng hợp tải trọng đất nằm ngang do trọng lượng đất đắp phải được giả thiết là tác dụng tại chiều cao 0,4H phía trên đáy tường chắn, trong đó H là chiều cao toàn bộ của tường lấy từ mặt đất đến đáy móng. Khi phân tích đất đắp dính không thoát nước thì áp lực đất phải tính theo áp lực chất lỏng tương đương. Trị số chuẩn của tỷ trọng chất lỏng tương đương dùng trong thiết kế tường có chiều cao không vượt quá 6000 mm có thể lấy theo Bảng 1, trong đó: = chuyển vị của đỉnh tường theo yêu cầu để đạt được áp lực chủ động nhỏ nhất hoặc áp lực bị động lớn nhất do nghiêng hay chuyển dịch ngang (mm) H = chiều cao tường (mm) i = góc nghiêng của mặt đất đắp đối với tường thẳng nằm ngang (độ) Độ lớn của thành phần thẳng đứng của tổng áp lực đất cho trường hợp mặt đất đắp dốc có thể lấy theo: Pv = Ph tan i (3.11.5.5-2) trong đó: 2 -9 Ph = 0,5eq gH (x 10 ) (3.11.5.5-3) Bảng 3.11.5.5-1- Giá trị điển hình của tỷ trọng chất lỏng tương đương của đất Đất đắp bằng Đất đắp với i = 250 Loại đất Nghỉ /H = 1/240 Nghỉ /H = 1/240 3 3 3 3 eq(kg/m ) eq(kg/m ) eq(kg/m ) eq(kg/m ) Cát hoặc sỏi cuội xốp 880 640 1040 800 Cát hoặc sỏi cuội vừa 800 560 960 720 Cát hoặc cuội sỏi chặt 720 480 880 640 Phù sa chặt (ML) 960 640 1120 800 Đất sét gầy chặt (CL) 1120 720 1280 880 Đất sét béo chặt 9CH) 1280 880 1440 1040 3.11.5.6. áp lực đất biểu kiến của tường neo Có thể cho phép giả thiết về sự phân bố áp lực đất khác với những trường hợp ở đây nếu chúng phù hợp với độ uốn dự kiến của tường. Đối với tường neo có một lớp neo thì áp lực đất có thể giả thiết phân bố tuyến tính tỷ lệ với độ sâu và phải áp dụng những quy định trong các Điều 3.11.5.2, 3.11.5.3 và 3.11.5.4.
  14. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 38 Đối với tường có hai hoặc nhiều lớp neo thì áp lực đất có thể giả thiết không thay đổi theo chiều sâu. Đối với tường được xây dựng từ đỉnh xuống thì áp lực đất được tính như Hình 1, trong đó P a có thể lấy theo: -9 2 Pa = 0,65 x 10 ka 's gH (3.11.5.6-1) trong đó: H = chiều cao cuối cùng của tường (mm) 2 o ka = hệ số áp lực đất chủ động = tan (45 - f/2) 3 's = tỷ trọng hữu hiệu của đất (kg/m ) Hình 3.11.5.6-1 - Phân bố áp lực đất biểu kiến lên tường vĩnh cửu có hai hoặc nhiều lớp neo được thi công từ đỉnh xuống Đối với tường được thi công đất đắp từ đáy lên thì độ lớn tổng hợp lực phân bố đều theo hình chữ nhật có thể giả thiết bằng 130% của tổng hợp lực phân bố tam giác được xác định phù hợp với các quy định của Điều 3.11.5.3. Khi tìm áp lực thiết kế cho một tường neo phải xét đến các chuyển vị của tường có thể ảnh hưởng đến kết cấu liền kề và/hoặc các công trình kỹ thuật ngầm. 3.11.5.7. áp lực đất của tường đất ổn định cơ học (MSE) Hợp lực trên đơn vị chiều rộng phía sau của tường MSE thể hiện trên các Hình 1,2 và 3 được coi là tác dụng tại độ cao h/3 tính từ đáy tường phải được lấy bằng: -9 2 Pa = 0,5 x 10 s g h ka (3.11.5.7-1) trong đó: Pa = hợp lực trên đơn vị chiều rộng (N/mm) 3 s = tỷ trọng đất đắp (kg/m ) h = chiều cao giả định của sơ đồ áp lực đất ngang lấy theo các Hình 1, 2 và 3 (mm) ka = hệ số áp lực chủ động như quy định trong Điều 3.11.5.3, với góc taluy đất đắp  lấy theo quy định trong Hình 2 và 3 và góc  lấy bằng 0,0.
  15. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 39 Hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ ko để xác định an toàn chống phá hỏng kết cấu có thể lấy như sau: k0 = 1- sin f (3.11.5.7-2) Đất lấp bất kỳ Khối đất gia cường Hình 3.11.5.7-1 - Phân bố áp lực đất trên tường MSE với mặt đất đắp nằm ngang Đất lấp bất kỳ Đất lấp bất kỳ Khối đất giaKh cườngối đất gia cường Hình 3.11.5.7-2 - Phân bố áp lực đất trên tường MSE với mặt đất đắp dốc Đất lấp bất kỳ Khối đất gia cường Hình 3.11.5.7-3 - Phân bố áp lực đất trên tường MSE với mặt đất đắp theo đường gẫy khúc 3.11.6 . Tải trọng chất thêm ES và LS 3.11.6.1. Tổng quát
  16. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 40 Khi có một tải trọng chất thêm phải bổ sung thêm một áp lực đất ngang không đổi vào áp lực đất cơ bản - áp lực đất không đổi này có thể lấy bằng: p = ks qs (3.11.6.1-1) trong đó: p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của tải trọng chất thêm phân bố đều (MPa) ks = hệ số áp lực đất do tác dụng của tải trọng chất thêm qs = hoạt tải tác dụng lớn nhất (MPa) Đối với áp lực đất chủ động ks phải lấy bằng ka , với áp lực đất tĩnh ks phải lấy bằng ko. Ngoài ra đối với loại đất đắp và độ dịch chuyển của tường cụ thể có thể dùng giá trị trung gian phù hợp. Phân bố áp lực ngang lên tường ph , tính bằng MPa, do dải tải trọng phân bố đều song song với tường có thể lấy bằng: 2 p ph = sin cos 2 (3.11.6.1-2) ở đây: p = cường độ tải trọng (MPa) = góc được quy định trong Hình 1 (RAD)  = góc được quy định trong Hình 1 (RAD) p (áp lực) p (áp lực) Hình 3.11.6.1-1 - áp lực ngang trên tường do dải tải trọng phân bố đều Phân bố áp lực ngang ph lên tường, tính bằng MPa, do dải tải trọng tập trung có thể lấy bằng: P 3ZX 2 R 1 2v ph = 2 3 (3.11.6.1-3) R R R Z ở đây: P = tải trọng (N)
  17. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 41 R = cự ly tia từ điểm tác động của tải trọng đến một điểm trên tường như quy định trong Hình 2 (mm) X = cự ly ngang từ lưng tường tới điểm tác động của tải trọng (mm) Z = cự ly đứng từ điểm tác động của tải trọng tới cao độ của một điểm trên tường đang xem xét (mm) v = hệ số Poisson (DIM) (3.11.6.1) (áp lực) Hình 3.11.6.1-2 - áp lực ngang lên tường do một tải trọng tập trung áp lực ngang ph , tính bằng MPa, do một tải trọng tuyến dài vô hạn song song với tường có thể lấy bằng: 4Q X 2 Z (3.11.6.1-4) ph R 4 ở đây: Q = cường độ tải trọng N/mm và các ký hiệu khác như xác định ở trên và trong Hình 3 (lực/chiều(lực/ chiều dài)dài) Hình 3.11.6.1-3 - áp lực ngang lên tường do một tải trọng tuyến dài vô hạn song song với tường
  18. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 42 Phân bố áp lực ngang lên tường ph , tính bằng MPa, do một tải trọng tuyến dài hữu hạn thẳng góc với tường có thể lấy bằng: Q 1 1 2v 1 1 2v (3.11.6.1-5) ph Z A 3 Z B 3 Z A B X 2 X 1 trong đó: 2 Z A 1 1 (3.11.6.1-6) X 2 2 Z B 1 1 (3.11.6.1-7) X 1 ở đây: X1 = cự ly từ sau tường đến điểm đầu của tải trong tuyến như quy định trong Hình 4 (mm) X2 = chiều dài của hoạt tải (mm) Z = chiều sâu từ mặt đất đến điểm đang xem xét trên tường (mm) v = hệ số Poisson (DIM) Q = cường độ tải trọng (N/mm) (lực / chiều dài) Hình 3.11.6.1- 4 - áp lực ngang lên tường gây ra bởi tải trọng tuyến tính có hạn thẳng góc với tường
  19. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 43 3.11.6.2. Hoạt tải chất thêm: LS Hoạt tải chất thêm phải được xét đến khi tải trọng xe tác dụng trên mặt đất đắp trong phạm vi một đoạn bằng chiều cao tường ở phía sau mặt sau tường. Đối với đường ôtô cường độ tải trọng phải lấy phù hợp với các quy định của Điều 3.6.1.2. Nếu tải trọng chất thêm khác với đường ôtô thìchủ đầu tư phải quy định và/hoặc chấp nhận một hoạt tải chất thêm phù hợp. Sự tăng áp lực ngang do hoạt tải chất thêm có thể tính theo: -9 p = k s g heq (x 10 ) (3.11.6.2-1) trong đó: p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của hoạt tải chất thêm phân bố đều (MPa) 3 s = tỷ trọng của đất (kg/m ) k = hệ số áp lực đất heq = chiều cao đất tương đương với xe tải thiết kế (mm). Chiều cao đất tương đương cho tải trọng đường ôtô, h eq có thể lấy từ Bảng 1. Đối với chiều cao tường trung gian phải dùng nội suy tuyến tính. Chiều cao tường phải lấy bằng khoảng cách từ mặt đất đắp đến đáy bệ móng. Bảng 3.11.6.2-1 - Chiều cao tương đương của đất dùng cho tải trọng xe Chiều cao tường (mm) heq (mm) 1500 1700 3000 1200 6000 760 9000 610 3.11.6.3. Chiết giảm tải trọng Nếu tải trọng xe chuyển qua một bản được đỡ bởi các bộ phận khác ngoài đất thì có thể được phép chiết giảm tải trọng. 3.11.7. Chiết giảm áp lực đất Đối với cống và cầu và các bộ phận của chúng khi áp lực đất có thể giảm tác dụng bởi các tải trọng hay lực khác, sự chiết giảm đó phải được giới hạn trong phạm vi áp lực đất có thể được coi là tác dụng thường xuyên. Khi thiếu số liệu chính xác hơn, có thể chiết giảm 50% nhưng không được tổ hợp với hệ số tải trọng nhỏ nhất được xác định trong Bảng 3.4.1-2. 3.11.8. Lực kéo xuống (xét ma sát âm) ứng lực do tác động kéo xuống đối với cọc hay cọc khoan do lún của khối đất tiếp giáp với cọc hay cọc khoan phải được xác định theo các quy định của Phần 10. 3.12. ứng lực do biến dạng cưỡng bức: TU, TG, SH, CR, SE
  20. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 44 3.12.1. Tổng quát Nội lực trong cấu kiện do tác dụng của từ biến và co ngót phải được xét đến. Hiệu ứng của gradien nhiệt cần được đưa vào một cách thỏa đáng. Trong phân tích cũng phải đưa vào ứng lực do biến dạng của cấu kiện chịu lực, chuyển vị của điểm tác dụng của tải trọng và chuyển dịch của gối. 3.12.2. Nhiệt độ phân bố đều 3.12.2.1. Biên độ nhiệt độ cầu Nhiệt độ cao nhất và thấp nhất bình quân của cầu phải lấy như quy định trong Bảng1. Để tính toán hiệu lực lực biến dạng nhiệt phải lấy độ chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất bình quân của cầu với nhiệt độ thi công được giả thiết trong thiết kế. Biên độ nhiệt cho trong Bảng 1 áp dụng cho sàn cầu cao tới 2m với lớp mặt dày 100mm đối với sàn cầu bê tông và 40mm đối với sàn cầu thép. Khi dùng sàn cầu cao hơn hoặc chiều dày lớp mặt khác thì cần sửa lại biên độ nhiệt cho phù hợp. Bảng 3.12.2.1-1- Biên độ nhiệt độ cầu Vùng khí hậu Kết cấu bê tông Mặt cầu bê tông trên Mặt cầu thép trên dầm hoặc hộp thép dầm hoặc hộp thép Bắc vĩ độ 16oB +5o C đến +47o C +1o C đến +55o C -3o C đến +63o C (Đèo Hải Vân)* Nam vĩ độ 16oB +10o C đến +47o C +6o C đến +55o C +2o C đến +63o C (Đèo Hải Vân) * Ghi chú: Đối với các địa điểm ở phía bắc vĩ độ 16o B và ở độ cao cao hơn mặt biển trên 700m nhiệt độ thấp nhất trong bảng phải trừ bớt 5o C. 3.12.2.2. Nhiệt độ lắp đặt Nhiệt độ lắp đặt cầu hay bộ phận của cầu đựoc lấy theo trị số trung bình thực tế của nhiệt độ không khí trong 24 giờ ngay trước khi tiến hành lắp đặt. 3.12.2.3. Biên độ nhiệt độ không khí Các biên độ nhiệt độ của cầu quy định trong Bảng 3.12.2.1-1 là dựa trên biên độ nhiệt độ không khí trong bóng râm 0o C dến 45oC ở phía bắc vĩ độ 16oB (đèo Hải Vân) và + 5oC đến 45oC ở phía nam vĩ độ 16oB. Khi có số liệu về nhiệt độ của địa điểm cụ thể, có thể dùng để xác định nhiệt độ không khí trong bóng râm cao nhất và thấp nhất với chu kỳ 100 năm và nhiệt độ cầu trong Bảng 3.12.2.1-1 có thể được sửa lại cho phù hợp. 3.12.3. Gradien nhiệt Các tác động của gradien nhiệt khác nhau trong kết cấu phần trên của cầu cần phải được lấy từ cả hai điều kiện chênh nhiệt dương (mặt trên nóng hơn) và chênh nhiệt âm (mặt trên lạnh hơn).
  21. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 45 Gradien nhiệt theo chiều thẳng đứng trong kết cấu nhịp bê tông hay thép bê tông liên hợp có bản mặt cầu bằng bê tông có thể lấy như trong Hình 1. Các giá trị T1, T2 và T3 trong Hình 1 được cho trong Bảng 1 cho cả hai trường hợp chênh nhiệt dương và âm. Kích thước A trong Hình 1 được lấy như sau: 300 mm cho kết cấu nhịp BTCT có chiều cao 400 mm hay lớn hơn Đối với mặt cắt BTCT có chiều cao thấp hơn 400 mm thì lấy nhỏ hơn chiều cao thực tế 100 mm Đối với kết cấu nhịp thép bê tông liên hợp cự ly “t” phải lấy bằng chiều dày bản mặt cầu bằng bê tông. Đối với kết cấu phần trên gồm mặt cầu bằng thép và dầm hoặc hộp thép gradien nhiệt phải được xác định bằng một phương pháp được thừa nhận và được chủ đầu tư chấp nhận. Gradien nhiệt cho trong Bảng 1 dùng cho mặt cầu có lớp phủ dày 100 mm. Khi dùng chiều dày lớp phủ khác đi thì các giá trị cần sửa lại cho phù hợp. Khi phải tính đến gradien nhiệt thì ứng suất nội và biến dạng của kết cấu do cả gradien nhiệt dương và âm có thể được xác định theo các quy định của Điều 4.6.6. chỉ với kết cấu dầm thép chiều cao Chiều kết cấu phần trên cao kết cấu Hình 3.12.3-1. Gradiend nhiệt trong phương thẳng đứng trong kết cấu nhịp thép và bê tông Bảng 3.12.3-1- Gradient nhiệt Thông số Gradien nhiệt dương Gradien nhiệt âm T1 +23 -7 T2 +6 -1 T3 +3 0 3.12.4. Co ngót khác nhau ở nơi thích hợp, ứng biến do co ngót khác nhau giữa bê tông có tuổi và thành phần khác nhau, giữa bê tông và thép phải được xác định theo các quy định của Phần 5. 3.12.5. Từ biến
  22. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 46 ứng biến do từ biến của bê tông phải phù hợp với các quy định của Phần 5. Khi xác định ứng lực và biến dạng do từ biến phải xét đến sự phụ thuộc theo thời gian và những thay đổi của ứng suất nén. 3.12.6. Độ lún Phải xét đến ứng lực do các giá trị cực hạn của độ lún khác nhau giữa cáckết cấu phần dưới và trong phạm vi các đơn nguyên kết cấu phần dưới. Tính toán độ lún có thể được tiến hành theo các quy định của Điều 10.7.2.3. 3.13. Lực ma sát: FR Lực do ma sát chung gối cầu phải được xác định trên cơ sở của giá trị cực đại của hệ số ma sát giữa các mặt trượt. Khi thích hợp phải xét đến tác động của độ ẩm và khả năng giảm phẩm chất hoặc nhiễm bẩn của mặt trượt hay xoay đối với hệ số ma sát. 3.14. Va của tàu thuyền: CV 3.14.1. Tổng quát Tất cả các cầu vượt qua đường giao thông thuỷ phải được thiết kế xét tàu thuyền va với kết cấu phần dưới và khi thích hợp cả với kết cấu phần trên. Các cầu phải: Thiết kế để chịu được lực va của tàu và/hoặc Phải được bảo vệ đầy đủ bởi vật chắn, ụ chống va, hộ đạo, đảo hoặc các thiết bị có thể bỏ đi khác Chủ đầu tư phải thiết lập và/hoặc duyệt tàu thuyền thiết kế, vận tốc thiết kế và bất kỳ yêu cầu riêng nào cho cầu với sự phối hợp của Cục đường sông Việt nam hoặc Cục hàng hải Việt nam khi thích hợp. Trong điều này đề ra những yêu cầu tối thiểu, có tính khuyến nghị, về tàu thuyền thiết kế, vận tốc thiết kế và tác dụng của các lực va. Chủ đầu tư phải quy định hoặc thông qua mức độ hư hỏng của các cấu kiện cầu, bao gồm các hệ thống phòng vệ để chống đỡ. Khi xác định tải trọng va của tàu và mức độ hư hỏng cho phép phải xét đến: Kích thước, loại hình, điều kiện chất tải và tần suất của tàu sử dụng đường thuỷ; Các vận tốc điển hình của tàu khi di chuyển trên đường thuỷ và sự biến đổi theo mùa của dòng chảy; Vị trí các trụ đỡ trên các luồng thông thương; Độ sâu nước và sự biến đổi theo mùa của nó; Sự đáp ứng kết cấu của cầu đối với lực va; và Tầm quan trọng về kinh tế và chiến lược của cầu trên mạng đường bộ. 3.14.2. Tàu thiết kế Tàu thiết kế được xét cho các cấp đường sông khác nhau cho trong Bảng 1. Kích thước và trọng tải các tàu thiết kế cho trong Bảng 2. Cả hai bảng cho những yêu cầu tối thiểu, có tính khuyến nghị để thiết kế va tàu; như được mô tả trong Điều 3.14.1, tình hình riêng của mỗi công trình nên được xem xét và các đặc trưng của tàu nên sửa đổi nếu cần. Đối với các cầu gần cảng hoặc ở cửa sông cần được xem xét đặc biệt, nơi mà chiều rộng luồng và chiều sâu nước có thể cho phép các tàu lớn hơn rất nhiều so với các tàu cho trong các Bảng 1 và 2.
  23. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 47 Bảng 3.14.2-1 -Tàu thiết kế cho các cấp đường sông Cấp đường sông Tấn trọng tải của tàu thiết kế (DWT) Tầu tự hành Sà lan kéo I 2000 500 II 1000 500 III 300 400 IV 200 400 V 100 100 VI 40 100 Bảng 3.14.2-2 - Kích thước tàu thiết kế Tàu tự hành Sà lan kéo DWT (t) 2000 1000 300 200 100 40 500 400 100 Chiều dài lớn nhất 90 75 38 34 15 8 40 41 27 (LOA) (m) Chiều rộng 12 10,5 7,0 6,6 5 3 10 11,2 6,4 lớn nhất (m) Mớn nước đầy tải 3,5 2,8 2,2 1,7 1,0 0,8 1,7 1,3 1,0 (m) Đối với cầu nhiều nhịp, nơi các phần cầu ở xa luồng thông thuyền chính hoặc đi qua đoạn nước nông hơn, có thể xét loại tàu thiết kế nhỏ hơn đối với các phần cầu đó theo sự chấp thuận của chủ đầu tư. Các phần cầu trên sông với mức nước cao nhất bình quân năm không sâu quá 600mm thì không cần xét. Với các cầu lớn phương pháp luận xác suất mô tả trong Điều 3.14.5 của Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD lần xuất bản thứ hai (1998) có thể được dùng để xác định tàu thiết kế. 3.14.3. Vận tốc va thiết kế Vận tốc va thiết kế V có tính khuyến nghị dùng cho mỗi loại tàu thiết kế phải lấy như trong Bảng 1, trong đó: VS = vận tốc bình quân năm của dòng chảy liền kề bộ phận cầu được xem xét (m/s) Bảng 3.14.3-1- Vận tốc va thiết kế cho tàu thiết kế Tàu thiết kế Vận tốc va thiết kế (m/s) Tàu tự hành 1000 DWT 3,3 +VS Tàu tự hành 1000 DWT 2,5 +VS Sà lan kéo 1,6 +VS Đối với cầu nhiều nhịp, nơi các bộ phận cầu ở xa luồng thông thuyền chính có thể xét loại vận tốc va thiết kế thấp hơn đối với các phần cầu đó theo sự chấp thuận của Chủ đầu tư. Với các cầu lớn phương pháp luận được mô tả trong Điều 3.14.6 của tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD lần xuất bản thứ hai (1998) có thể được dùng để xác định tốc độ va thiết kế.
  24. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 48 3.14.4. Năng lượng va tàu Động năng của tàu chuyển động được hấp thụ trong quá trình va chạm không lệch tâm với trụ cầu được lấy như sau: 2 KE = 500 CHMV (3.14.4-1) trong đó: KE = năng lượng va tàu (joule) M = lượng rẽ nước của tàu (Mg) CH = hệ số khối lượng thủy động học V = vận tốc va tàu (m/s) Khối lượng của tàu M phải dựa trên điều kiện chất hàng của tàu và phải bao gồm khối lượng không tải của tàu cộng với khối lượng hàng đối với tàu có tải hoặc khối lượng nước dằn đối với tàu không tải hoặc ít tải. Khối lượng của xà lan kéo phải là tổng của khối lượng của tàu kéo/đẩy và khối lượng của dãy xà lan trong chiều dài kéo. Hệ số khối lượng thủy động học CH phải lấy theo: Nếu tịnh không dưới sống tàu vượt quá 0,5 lần mớn nước: CH = 1,05 (3.14.4-2) Nếu tịnh không dưới sống tàu ít hơn 0,1 lần mớn nước: CH = 1,25 (3.14.4-3) Giá trị của CH có thể nội suy từ phạm vi trên cho các giá trị trung gian của tĩnh không dưới sống tàu. Tĩnh không dưới sống tàu phải lấy bằng khoảng cách giữa đáy tàu và đáy luồng. 3.14.5. Lực va tàu vào trụ Lực va đâm thẳng đầu tàu vào trụ phải được lấy như sau: 5 PS = 1.2x10 VDWT (3.14.5-1) trong đó: Ps = lực va tàu tĩnh tương đương (N) DWT = tấn trọng tải của tàu (Mg) V = vận tốc va tàu (m/s) 3.14.6. Chiều dài hư hỏng của mũi tàu Chiều dài nằm ngang của mũi tàu bị bẹp bởi va chạm với vật cứng phải được lấy như sau:
  25. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 49 3 KE as = 1.54x10 (3.14.6-1) Ps trong đó: as = chiều dài hư hỏng của mũi tàu (mm) KE = năng lượng va của tàu (joule) Ps = lực va của tàu được xác định theo Phương trình 3.14.5-1 (N) 3.14.7. Lực va của tàu lên kết cấu phần trên 3.14.7.1. Va với mũi tàu Lực va của mũi tàu lên kết cấu phần trên phải được lấy theo: PBH = RBHPs (3.14.7.1-1) trong đó: PBH = lực va của mũi tàu lên kết cấu phần trên bị lộ (N) RBH = tỷ số của chiều cao kết cấu phần trên bị lộ trên tổng chiều cao mũi tàu Ps = lực va của tàu lấy theo Phương trình 3.14.5-1 (N) Về mục đích của điều này, phần bị lộ là đoạn đứng chập nhau giữa tàu và kết cấu phần trên của cầu với chiều cao của vùng va chạm. 3.14.7.2. Va với ca bin tàu Lực va chạm của ca bin tàu với kết cấu phần trên phải được lấy như sau: PDH = RDHPs (3.14.7.2-1) trong đó: PDH = lực va của ca bin tàu (N) RDH = hệ số chiết giảm được xác định ở đây Ps = lực va của tàu như quy định trong phương trình 3.14.5.1 (N) Đối với tàu vượt quá 100 000 DWT, RDH phải lấy bằng 0,10. Đối với tàu nhỏ hơn 100 000 DWT thì hệ số chiết giảm phải lấy theo: DWT RDH = 0,2 - 0,10 (3.14.7.2-2) 100 000 3.14.7.3. Va với cột tàu Lực va của cột tàu với kết cấu phần trên phải được lấy theo:
  26. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 50 PMT = 0,10 PDH (3.14.7.3-1) trong đó: PMT = lực va của cột tàu (N) PDH = lực va của ca bin tàu quy định trong Phương trình 3.14.7.2-1 (N) 3.14.8. Lực va của sà lan vào trụ Lực va N vào trụ do sà lan sông phải được lấy như sau: Nếu aB < 100 mm thì: 4 PB = 6,0 x 10 aB (3.14.8-1) Nếu aB 100 mm thì: 6 PB = 6,0 x 10 + 1600 aB (3.14.8-2) trong đó: PB = lực va tĩnh tương đương của sà lan (N) aB = chiều dài hư hỏng của mũi xà lan quy định trong Phương trình 3.14.9.1 (mm) 3.14.9. Chiều dài hư hỏng của mũi sà lan Chiều dài bị hư hỏng theo đường nằm ngang của mũi sà lan sông phải được lấy theo: 7 a B 3100( 1 1,3x10 KE 1) (3.14.9-1) trong đó: aB = chiều dài hư hỏng của mũi xà lan (mm) KE = năng lượng va của tàu (joule) 3.14.10. Hư hỏng ở trạng thái giới hạn đặc biệt Cho phép hư hỏng hoặc sập đổ cục bộ các bộ phận của kết cấu phần dưới và kết cấu phần trên miễn là: ở trạng thái giới đặc biệt hạn các bộ phận còn lại của kết cấu còn đủ độ dẻo và độ dư để ngăn chặn sự sập đổ của kết cấu phần trên, và Các bộ phận kết cấu bị hư hỏng có thể kiểm tra và sửa chữa một cách tương đối không phức tạp. Có thể làm kết cấu bảo vệ trụ cầu như một cách khác để loại trừ hoặc giảm bớt tải trọng va của tàu thuyền vào kết cấu cầu ở mức độ chấp nhận được. 3.14.11. Tác dụng của lực va 3.14.11.1. Thiết kế kết cấu phần dưới
  27. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 51 Khi thiết kế kết cấu phần dưới lực tĩnh tương đương song song và thẳng góc với đường tim của luồng vận tải phải được tác dụng riêng biệt như sau: 100% lực va thiết kế trong phương song song với đường tim luồng vận tải, hoặc 50% của lực va thiết kế trong phương thẳng góc với đường tim luồng vận tải. Tất cả bộ phận của kết cấu phần dưới lộ ra để có thể tiếp xúc với bất kỳ phần nào của vỏ tàu hay mũi tàu đều phải được thiết kế để chịu được tải trọng va. Khi xác định bộ phận tiếp xúc lộ ra của kết cấu phần dưới với tàu thuyền phải xét đến mũi tàu nhô ra, khoảng nghiêng hoặc thon của tàu và sà lan. Cũng phải xét đến sự va của mũi tàu gây nên tiếp xúc với bất kỳ phân lõm nào của kết cấu phần dưới. Trong hai trường hợp thiết kế ở đây lực va phải tác dụng vào kết cấu phần dưới phù hợp với các giới hạn sau đây: Để tính ổn định tổng thể, lực va thiết kế được coi là một lực tập trung tác dụng lên kết cấu phần dưới ở mức nước cao trung bình hàng năm của đường thủy như trong Hình 1. Để tính lực va cục bộ, lực va thiết kế được tác dụng như một tải trọng tuyến thẳng đứng phân bố đều dọc theo chiều cao của mũi tàu như trong Hình 2. Mũi tàu được coi là nghiêng về phía trước khi xác định diện tích tiếp xúc tiềm tàng của lực va với kết cấu phần dưới. Đối với va sà lan, lực va cục bộ được coi như một tải trọng tuyến thẳng đứng phân bố đều trên mũi sà lan như trong Hình 3. Mớn có tải/chạy dằn Hình 3.14.11.1-1 - Lực va tập trung của tàu lên trụ Mớn có tải/chạy dằn Hình 3.14.11.1-2 - Tải trọng va tầu dạng tuyến lên trụ
  28. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 52 mMớnớn c cóó t ảtải/mớni/ mớn k khônghông t ảtảii Hình 3.14.11.1-3 - Lực va của sà lan lên trụ 3.14.11.2. Thiết kế kết cấu phần trên Khi thiết kế kết cấu phần trên, lực va thiết kế phải tác dụng như một lực tĩnh ngang tương đương lên bộ phận kết cấu nhịp theo chiều song song với đường tim luồng vận tải. 3.14.11. Bảo vệ kết cấu phần dưới Kết cấu bảo vệ có thể được xây dựng để loại trừ hoặc làm giảm va chạm của tàu thuyền với phần lộ ra của kết cấu phần dưới của cầu bao gồm đệm chắn, nhóm cọc, kết cấu đỡ trên cọc, ụ chống va, đảo và kết cấu hỗn hợp của chúng. Có thể cho phép hệ thống bảo vệ bị hư hỏng nặng hoặc sập đổ miễn là các kết cấu này chặn được tàu trước khi va vào trụ cầu hoặc chuyển hướng tàu đi ra khỏi phạm vi trụ.