Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9150:2012 về Công trình thủy lợi – Cầu máng vỏ mỏng xi măng lưới thép

c

...

...

...

7.3.1.2.2 Trường hợp trục trung hòa đi qua sườn: x > :

a) Sơ đồ tính toán xem hình 12:

Hình 12 – Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ I

b) Khi điều kiện theo phương trình (12) không thỏa mãn, trục trung hòa đi qua sườn, phải dựa vào phương trình momen lấy với trọng tâm của phần cánh chịu kéo suy ra điều kiện về cường độ, quy định theo phương trình (14):

c) Dựa vào phương trình hình chiếu xác định được chiều cao vùng nén theo phương trình (15):

...

...

...

7.4 Tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng

Tính toán cấu kiện xi măng lưới thép trên mặt cắt nghiêng theo phương pháp đàn hồi với ứng suất kéo chính được xác định theo công thức (16):

trong đó:

b là bề rộng nhỏ nhất của sườn;

z = 0,9.h;

h là chiều cao tiết diện;

Nếu kết quả tính toán thoả mãn điều kiện: s₁ £ 0,6m_b4.R_k          (17)

thì cường độ trên mặt cắt nghiêng đảm bảo, cốt thép chỉ đặt theo cấu tạo. Nếu điều kiện (17) không thỏa mãn thì tính toán cốt thép theo điều kiện (18):

...

...

...

7.5 Tính toán nứt và biến dạng

7.5.1 Kiểm tra nứt

Điều kiện để cấu kiện xi măng lưới thép không bị nứt tính theo công thức (19):

trong đó:

g₁ là hệ số biến dạng dẻo lấy như kết cấu bê tông cốt thép;

là cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của vữa xi măng;

W_qd là môđun chống  uốn của tiết diện quy đổi với hàm lượng cốt thép tương đương µ_td tính theo công thức (9).

7.5.2 Tính toán độ võng

...

...

...

trong đó:

E_b là mô đun đàn hồi ban đầu của vữa xi măng;

J_qd là mô men quán tính của tiết diện quy đổi với hàm lượng thép tương đương µ_td tính theo công thức (9).

8 Vật liệu dùng cho kết cấu xi măng lưới thép

8.1 Vữa xi măng

8.1.1 Vữa xi măng để chế tạo kết cấu XMLT còn gọi là vữa bê tông cốt liệu nhỏ (kích thước cỡ hạt nhỏ). Trong vữa chỉ có xi măng, cát, nước, phụ gia (nếu cần), không có đá dăm hoặc sỏi nhỏ. Vật liệu chế tạo vữa phải đảm bảo sạch và được pha trộn theo đúng thành phần tỷ lệ cấp phối quy định.

8.1.2 Vữa xi măng dùng trong kết cấu XMLT thường có số hiệu 30, 40, 50 và 60. Vữa xi măng có số hiệu cao sẽ nâng cao được cường độ, chất lượng và thời gian làm việc của kết cấu. Trong nhiều trường hợp cũng không cần tăng số hiệu vữa lên cao quá, vì khi số hiệu tăng thì cường độ chịu kéo tăng chậm hơn cường độ chịu nén. Khi chế tạo vữa xi măng trước hết phải trộn đều hỗn hợp cát với xi măng theo đúng tỷ lệ quy định, sau đó đong nước theo tỷ lệ đổ vào và tiếp tục trộn cho đến khi đạt được chỉ số dẻo phù hợp.

8.1.3 Xi măng dùng để sản xuất kênh máng XMLT có mác không thấp hơn PC30. Không dùng loại xi măng có canxi clorua hoặc loại xi măng đông cứng nhanh.

...

...

...

8.1.5 Nước dùng để trộn vữa phải phù hợp với quy định hiện hành về chất lượng nước dùng cho vữa thủy công, không chứa váng dầu mỡ và không chứa các chất gây cản trở quá trình đông cứng của xi măng, hàm lượng hữu cơ không quá 15 mg/l, hàm lượng Cl không quá 500 mg/l. Không được dùng nước nhiễm mặn để pha trộn vữa hoặc rửa cát. Nếu dùng nước ngầm hoặc nước ao hồ để trộn vữa thì phải qua thí nghiệm để quyết định. Dùng nước trong hệ thống cấp nước sinh hoạt (nước uống) để trộn vữa xi măng thì không cần phải kiểm tra.

8.1.6 Nếu sử dụng phụ gia để chế tạo vữa XMLT thì phụ gia phải có các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với quy định hiện hành về phụ gia dùng trong vữa thủy công, có đầy đủ chứng chỉ tin cậy và hợp pháp, có bản chỉ dẫn của cơ sở sản xuất về đặc tính phụ gia và cách sử dụng, phải thí nghiệm kiểm tra tác dụng của phụ gia trong vữa để xác định hiệu quả và liều lượng pha trộn thích hợp.

8.2 Lưới thép

8.2.1 Dùng lưới dệt mắt hình vuông hoặc mắt hình chữ nhật, hình quả trám để chế tạo kết cấu XMLT. Đặc trưng hình học của lưới thép được trình bày trong bảng 3.

Bảng 3 - Một số loại lưới thép thông dụng

Loại lưới

N^o lưới

Đường kính sợi thép

mm

...

...

...

mm

Diện tích tiết diện một sợi cm²

Số lượng sợi cho 1 m lưới

Trọng lượng 1 m² lưới

kg

Hàm lượng cốt thép µ khi đặt 1 lưới cho 1 m chiều dài

Lưới dệt

6

0,7

...

...

...

6 x 6

0,00385

0,01131

149

139

0,90

2,70

0,0058

0,0157

...

...

...

0,7

1,1

7 x 7

0,00385

0,00951

130

125

0,80

1,90

...

...

...

0,0119

8

0,7

1,2

8 x 8

0,00385

0,01131

115

109

...

...

...

2,10

0,0044

0,0123

9

10

12

1,0

1,0

1,2

...

...

...

10 x 10

12 x 12

0,00785

0,00785

0,01131

100

91

76

1,30

...

...

...

1,40

0,0078

0,0071

0,0086

Lưới dệt

6

0,7

6 x 6

0,00385

...

...

...

0,90

0,0058

6/12

0,7

6 x 12

0,00385

149/39

-

0,0058/0,0031

...

...

...

1,0

1,2

10 x 10

0,00785

0,01131

91

90

1,20

4,60

...

...

...

0,0100

10/20

1,0

1,2

12 x 20

0,00785

0,01131

91/40

90/48

...

...

...

1,22

0,0071/0,0038

0,0100/0,0053

12

1,0

1,2

12 x 12

0,00785

0,01131

...

...

...

76

0,95

1,35

0,0061

0,0086

12/25

1,0

1,2

12 x 25

...

...

...

0,01131

78/39

78/39

0,72

1,02

0,0061/0,0031

0,0086/0,0044

Lưới hàn

12/8

...

...

...

1,0

1,2

12 x 8

0,00385

0,00785

0,01131

80/115

78/112

76/109

...

...

...

1,17

1,64

0,0081/0,0045

0,0061/0,0088

0,0086/0,0123

12

0,7

1,0

1,2

...

...

...

0,00385

0,00785

0,01131

80

78

76

0,48

0,95

1,35

...

...

...

0,0061

0,0086

12/25

0,7

1,0

1,2

12 x 25

0,00385

0,00785

...

...

...

80/40

78/39

76/39

0,36

0,72

1,02

0,0031/0,0015

0,0061/0,0031

0,0086/0,0044

...

...

...

1) Lưới thép được đánh số theo kích thước của mắt lưới. Trường hợp mắt lưới hình chữ nhật, lưới được đánh số là một phân số với tử số là kích thước mắt lưới theo phương dọc, mẫu số là kích thước mắt lưới theo phương ngang;

2) Số lượng lưới thép và hàm lượng cốt thép trong các cột ghi dưới dạng phân số cũng theo cách trên.

8.2.2 Lưới thép phải được tẩy sạch rỉ trước khi buộc lưới thép vào cốt thép khung xương. Để tẩy sạch các chất bẩn cần ngâm lưới thép vào trong nước sạch khoảng 24 h để giảm thấp nhất mức độ han rỉ, chất ăn mòn, chất hữu cơ, phát hiện chỗ nứt gẫy, lỗ do nổ sắt v.v…. sau đó lấy ra phơi khô trong khoảng 12 h, tiếp đó làm sạch các chất bẩn còn lại như dầu mỡ, rỉ… trước khi buộc lưới. Sau khi buộc lưới phải chú ý kiểm tra độ căng phẳng của lưới, nhất là những chỗ cong, chỗ nối của thép chịu lực. Sợi thép để buộc lưới vào khung xương phải là loại mềm,sạch.

8.2.3 Hàm lượng lưới thép nằm trong khoảng từ 0,4 % đến 0,5 %. Trong 1 cm chiều dày của tiết diện không được đặt quá bốn lớp lưới. Các kết cấu xi măng lưới thép chịu tác dụng va đập hay mài mòn có hàm lượng lưới thép cao nhưng không vượt quá 2,5 % (µ £ 2,5 %).

8.2.4 Để giữ chính xác vị trí của lưới thép khi thi công có thể dùng cốt thép phân bố có đường kính từ 6 mm trở lên nhưng không vượt quá 10 mm, khoảng cách giữa các thanh thép từ 10 cm đến 15 cm. Có thể nối lưới thép bằng phương pháp nối ghép. Chiều dài tối thiểu của đoạn lưới chồng lên nhau lấy theo quy định hiện hành, thông thường lấy từ 8 cm đến 12 cm.

8.2.5 Các lưới thép chịu kéo phải nối so le. Tại một tiết diện hoặc trên đoạn dài nối ghép, diện tích của lưới thép bị nối không được vượt quá 50 %. Đối với lưới hàn thì trên đoạn nối ghép, mỗi lưới phải có ít nhất bốn thanh ngang đã được hàn với tất cả các thanh dọc chịu lực.

8.3 Cốt thép chịu lực

8.3.1 Trong kết cấu XMLT, cốt thép chịu lực (còn gọi là cốt thép khung xương) phải là thép các bon. Mác thép và yêu cầu kỹ thuật của thép theo TCVN 1651 : 2008. Thép chịu lực là thép tròn A1 có đường kính từ F 6 đến F 10. Cốt thép cũng phải đảm bảo độ sạch như lưới thép.

8.3.2 Khi gia công cốt thép chịu lực, trước hết phải kéo thẳng thanh thép, sau đó gia công từng thanh theo đúng kích thước thiết kế. Để đảm bảo độ chính xác và sản xuất nhanh có thể gia công bằng các thiết bị riêng hoặc uốn trên các bàn phóng dạng. Dù gia công theo phương pháp nào thì các sản phẩm đầu  tiên đều phải được kiểm tra cẩn thận về hình dạng và kích thước trước khi gia công hàng loạt. Trong quá trình gia công hàng loạt sau một số lượng nhất định đều phải kiểm tra lại. Khi kiểm tra phải chú ý những vị trí uốn cong và đầu thanh. Hạn chế nối thép trong khung xương. Nếu bắt buộc phải nối thì tại chỗ nối không được làm tăng chiều dầy và phải đảm bảo các quy định cấu tạo cốt thép nối.

...

...

...

Để tăng độ dẻo của vữa xi măng và tăng khả năng chống thấm, cho phép sử dụng các chất phụ gia dùng cho bê tông, được quy định tại 8.1.6.

8.5 Cấp phối vật liệu vữa xi măng lưới thép

Trong thành phần vữa XMLT không có hạt cốt liệu thô (đá sỏi hay đá dăm). Cấp phối vật liệu vữa XMLT phụ thuộc vào mác vữa thiết kế, thông thường tỷ lệ X:C từ 1:4 đến 1:1, tỷ lệ N:X từ 0,3 đến 0,4. Tùy điều kiện thời tiết và nhiệt độ trong quá trình sản xuất cấu kiện XMLT có thể điều chỉnh lượng nước pha trộn nhưng lượng nước không được vượt quá 40 % lượng xi măng (nếu nhiều nước sẽ tạo ra trong vữa xi măng những lỗ rỗng có ảnh hưởng xấu đến cấu trúc và làm giảm cường độ của vữa).

Bảng 4 - Tỷ lệ thể tích của các cốt liệu trong hỗn hợp vữa xi măng

Đơn vị tính bằng %

Loại vữa bê tông

Xi măng

Nước

Cát

...

...

...

1. Bê tông thường

Từ 7 đến 14

Từ 15 đến 20

Từ 20 đến 25

Từ 40 đến 58

2. Bê tông cốt liệu nhỏ

Từ 15 đến 25

Từ 25 đến 35

Từ 40 đến 60

...

...

...

9 Tính toán thiết kế cầu máng xi măng lưới thép

9.1 Yêu cầu kỹ thuật chung

9.1.1 Phải đảm bảo yêu cầu về độ bền (nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất), điều kiện biến dạng (nhóm trạng thái giới hạn thứ hai) tương ứng với các trường hợp thiết kế và cấp thiết kế công trình có xét đến đặc tính phân tán của bố trí cốt thép, kết cấu có thành bụng mỏng và lớp bảo vệ mỏng.

9.1.2  Phải tính toán với các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất do trọng lượng bản thân và các ngoại lực có xét đến tính liên tục tác dụng của chúng đối với tất cả các giai đoạn làm việc của kết cấu từ lúc chế tạo, vận chuyển, thi công đến quá trình khai thác sử dụng.

9.1.3 Phải tính toán nội lực kết cấu cầu máng XMLT theo lý thuyết vỏ mỏng. Cho phép sử dụng các phần mềm chuyên dụng đã được kiểm định để tính toán.

9.1.4 Khối lượng riêng trung bình của XMLT khi có 2 lớp lưới thép lấy 2 400 kg/m³. Khi số lưới thép lớn hơn 2 thì khối lượng riêng của xi măng lưới thép được cộng thêm 50 kg/m³ cho mỗi lớp lưới thép tăng thêm.

9.2 Tải trọng tác dụng lên cầu máng

Tải trọng tác dụng lên cầu máng gồm có:

a) Trọng lượng bản thân cầu máng;

...

...

...

c) Tải trọng người qua lại trên cầu, nếu có lấy bằng 250 daN/m²;

d) Áp lực gió ký hiệu là W, đơn vị là daN/cm², xác định theo công thức (21):

trong đó:

k là hệ số xét tới áp lực gió thay đổi theo chiều cao;

c là hệ số khí động;

W₀ là áp lực gió cơ bản lấy theo bản đồ phân vùng áp lực gió.

Các trị số k, c và W₀ lấy theo TCVN 2737 : 1995;

e) Lực ma sát ở gối đỡ, ký hiệu là T, đơn vị kN, xuất hiện theo phương dọc máng tác dụng lên trụ khi thân máng bị dãn nở hay co ngót nhiệt độ thay đổi, được tính theo công thức (22):

...

...

...

trong đó:

G là lực thẳng đứng tác dụng lên gối đỡ, kN;

f là hệ số ma sát giữa thân máng và gối đỡ, lấy bằng 0,3;

f) Áp lực thủy động, ký hiệu là p, đơn vị là kN/m², tác dụng lên một đơn vị diện tích trụ được tính theo công thức (23). Điểm đặt của hợp lực áp lực thủy động này giả  thiết nằm ở 2/3 chiều sâu của mực nước thiết kế:

trong đó:

n là vận tốc dòng chảy tính toán, m/s;

g là trọng lượng riêng của nước, kN/m³;

g là gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s²;

...

...

...

- Trụ hình vuông: k₁ = 1,5;

- Trụ hình chữ nhật có cạnh dài theo phương dòng chảy: k₁ = 1,3;

- Trụ hình tròn: k₁ = 0,8;

- Trụ hình lưu tuyến: k₁ = 0,6;

g) Các tải trọng khác như động đất, tải trọng cẩu lắp, lực va chạm của vật nổi v.v… tùy từng trường hợp cụ thể mà xem xét.

9.3 Cấu tạo và tính toán kết cấu gối đỡ máng

9.3.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng

9.3.1.1 Tải trọng tác dụng lên gối đỡ gồm có:

a) Lực nằm ngang: gồm áp lực gió tác dụng lên thân máng và mố đỡ, áp lực thủy động của dòng chảy, lực va chạm của vật nổi, lực ma sát theo chiều dọc máng do nhiệt độ thay đổi sinh ra v.v… tác dụng lên mố;

...

...

...

9.3.1.2 Các tải trọng tác dụng lên thân máng như gió ngang, trọng lượng bản thân máng, trọng lượng nước trong máng, trong lượng người đi lại v.v… có thể thay thế bằng các lực tập trung W₁, P₁ và P₂ tác dụng vào đỉnh mố đỡ, xem hình 14.

9.3.1.3 Trong tính toán phải xét tới hai trường hợp tổ hợp tải trọng sau đây:

a) Tổ hợp tải trọng 1 bao gồm trọng lượng bản thân máng (không có nước), áp lực gió ngang, áp lực nước của dòng chảy, lực xung kích của vật nổi, tải trọng người đi lại (nếu có);

b) Tổ hợp tải trọng 2 bao gồm trọng lượng bản thân máng, trọng lượng nước trong máng, áp lực gió ngang, lực xung kích của vật nổi, tải trọng người đi lại (nếu có).

9.3.2 Trụ giữa kiểu trọng lực

9.3.2.1 Chiều dài của đỉnh trụ giữa kiểu trọng lực lấy lớn hơn chiều rộng của đáy máng mỗi bên khoảng 0,2 m. Chiều rộng đỉnh trụ phải đủ lớn để làm gối tựa thân máng. Trụ có chiều cao là H thì chiều rộng đáy trụ b₁ lấy từ H đến H. Bốn mặt trụ thiết kế nghiêng với độ dốc từ 1/20 đến 1/30, mặt trụ phía thượng lưu và hạ lưu có dạng nửa tròn (xem hình 13).

Hình 13 – Mố đỡ kiểu trụ trọng lực

9.3.2.2 Kiểm tra ứng suất nền dưới móng trụ trọng lực do ngoại lực sinh ra theo công thức (24):

...

...

...

trong đó:

N là tổng các lực thẳng đứng, N;

M_x là momen của các lực đối với trục x trong mặt cắt đáy móng trụ, N.m;

M_y là momen của các lực đối với trục y trong mặt cắt đáy móng trụ, N.m;

A là diện tích tiết diện của đáy móng trụ, m²;

W_x là modun chống uốn của mặt cắt đáy móng trụ đối với trục x, m³:

W_y là modun chống uốn của mặt cắt đáy móng trụ đối với trục y, m³:

...

...

...

B_o và H_o là kích thước đáy móng, m (xem hình 13).

9.3.2.3 Kiểm tra trượt của trụ trọng lực theo công thức (25):

trong đó:

N là tổng các lực thẳng đứng;

H là tổng các lực theo phương nằm ngang;

f là hệ số ma sát giữa mặt đáy móng và nền;

k_c là hệ số an toàn chống trượt, lấy bằng 1,3.

9.3.2.4 Kiểm tra lật của trụ trọng lực theo công thức (26):

...

...

...

trong đó:

SM₀ là tổng momen của các lực chống lật;

SM_C là tổng momen của các lực gây lật;

k₀ là hệ số an toàn chống lật, lấy bằng 1,3.

9.3.3 Trụ bên kiểu trọng lực

Các lực tác dụng lên mố bên kiểu trọng lực gồm có áp lực đất, trọng lượng mố bên, các lực do thân máng truyền tới v.v.…Tính toán mố bên kiểu trọng lực giống như tính toán tường chắn đất gồm tính toán ứng suất nền, kiểm tra trượt và kiểm tra lật của mố.

9.3.4 Trụ giữa kiểu khung đơn trên móng băng

9.3.4.1 Quy định chung

Trụ đỡ kiểu khung bê tông cốt thép có thể là khung đơn hoặc khung kép. Thiết kế khung đỡ phải đảm bảo đủ điều kiện chịu lực theo phương ngang và theo phương dọc (trong mặt phẳng khung và trong mặt phẳng theo chiều dòng chảy trong lòng máng) và điều kiện ổn định tương ứng với các trường hợp thiết kế và cấp công trình.

...

...

...

Bố trí kết cấu trụ đỡ kiểu khung đơn đáp ứng các yêu cầu sau :

a) Trụ đỡ kiểu khung đơn có dạng khung một nhịp nhiều tầng, xem hình 14. Khoảng cách giữa hai cột khung phụ thuộc vào bề rộng thân máng. Khung có chiều cao H, kích thước mặt cắt ngang cột khung lấy theo quy định sau:

- Theo phương dọc máng: h₁ lấy từ H đến H, thông thường từ 35 cm đến 70 cm;

- Theo phương ngang máng: b₁ lấy từ 0,5.h₁ đến 0,7.h₁, thông thường từ 30 cm 50 cm;

CHÚ THÍCH:

Hình a) Giá đỡ kiểu khung trên móng băng;

Hình b) Sơ đồ tính toán khung đơn theo phương ngang;

Hình c) Sơ đồ tính toán khung đơn theo phương dọc.

...

...

...

b) Giữa hai cột của khung đỡ phải đặt các dầm ngang. Khoảng cách giữa các dầm ngang lấy không nhỏ hơn khoảng cách giữa hai cột. Dầm ngang có chiều dài L₂, kích thước mặt cắt ngang của dầm lấy theo quy định sau:

- Chiều cao h2 của dầm ngang lấy từ L₂ đến L₂;

- Bề rộng của dầm ngang lấy bằng bề rộng của cột khung đỡ để dễ dàng cho việc thi công;

c) Dầm ngang ở đỉnh trụ phải mở rộng thêm mỗi bên 0,5.h₁ để tăng diện tích đỡ thân máng;

d) Tùy theo sức chịu tải của nền mà thiết kế móng của khung đỡ kiểu móng đơn, móng băng hoặc móng cọc.

9.3.4.3 Tính toán khung đơn theo phương ngang

Thực hiện theo quy định sau:

a) Khung đơn theo phương ngang là khung một nhịp nhiều tầng, có sơ đồ tính toán được tạo bởi các đường trục của hai cột đứng, các dầm ngang và được đặt trên móng. Sơ đồ tính toán là một khung phẳng đặt trên nền đàn hồi. Khi móng có kích thước rất lớn so với kích thước của cột có thể coi chân khung liên kết ngàm tại móng.

b) Sau khi xác định được mômen và lực dọc trong cột đứng, chọn mặt cắt có M_max và N tương ứng, mặt cắt có N_max và M tương ứng để tính toán và bố trí cốt thép theo cấu kiện chịu nén lệch tâm. Chiều dài tính toán mỗi tầng của cột đứng trong mặt phẳng của khung lấy bằng khoảng cách giữa hai dầm ngang. Dầm ngang chịu lực dọc rất nhỏ, khi tính toán cốt thép có thể bỏ qua và được tính như cấu kiện chịu uốn.

...

...

...

9.3.4.4 Tính toán khung đơn theo phương dọc

Tính toán cột đứng của trụ đỡ kiểu khung đơn theo phương dọc như một cột chịu nén trung tâm khi P₁ bằng P₂ hoặc chịu nén lệch tâm khi P₁ khác P₂ (P₁ và P₂ là các lực thẳng đứng từ thân máng phía trái và từ thân máng phía phải truyền xuống cột). Chiều dài tính toán của cột theo phương dọc (phương vuông góc với mặt phẳng của khung) lấy bằng tổng chiều cao H của khung đỡ (xem sơ đồ c, hình 15).

9.3.5 Trụ đỡ kiểu khung đơn trên móng cọc

9.3.5.1 Sơ đồ cấu tạo

Móng cọc đỡ trụ được sử dụng trong trường hợp xây dựng trên nền đất yếu. Cọc được liên kết với trụ đơn, khung đỡ hoặc trụ trọng lực tạo thành kết cấu đỡ thân máng. Khi chiều rộng thân máng dưới 2 m, nhịp máng dài từ 6 m đến 8 m, chiều cao trụ tính từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh nằm trong khoảng từ 3 m đến 5 m thì có thể dùng trụ đơn (một trụ) trên một cọc (xem sơ đồ a, hình 15). Khi chiều rộng máng từ 2 m đến 3 m, chiều dài nhịp từ 10 m đến trên 15 m, có thể dùng khung đơn một tầng hoặc nhiều tầng tùy theo chiều cao trụ, được đặt trên hai cọc (xem sơ đồ b, hình 15) hoặc đặt trên nhiều cọc (xem sơ đồ c, hình 15).

Hình 15 –  Sơ đồ trụ đỡ trên nền cọc

9.3.5.2 Tính toán khung đơn theo phương ngang

Tính toán thiết kế khung đơn theo phương ngang theo quy định sau:

...

...

...

b) Chiều sâu của cọc trong nền và kích thước mặt cắt ngang của cọc chọn sơ bộ từ sức chịu tải của cọc dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng (cọc treo hay cọc chống). Xác định nội lực trong khung đỡ và trong cọc dưới tác dụng của tải trọng ngang có sơ đồ tính toán với giả thiết coi cọc tựa trên nền lò xo có độ cứng (còn gọi là hệ số nền k, đơn vị là t/m²) thay đổi tuyến tính theo chiều sâu, được xác định theo công thức (27):

trong đó:

z là khoảng cách từ mặt nền đến điểm tính toán, m;

b là bề rộng của cột, m;

k₀ là hệ số tỷ lệ, đơn vị là t/m⁴. Khi không có tài liệu thí nghiệm tin cậy, k₀ lấy theo bảng 5:

Bảng 5 - Hệ số tỷ lệ k₀

Đơn vị tính bằng t/m⁴

Loại đất quanh cọc và đặc trưng của đất

...

...

...

Đóng

Nhồi, cọc ống, cọc chống

1. Sét, á sét dẻo chảy (0,75 < I_L £ 1)

Từ 65 đến 250

Từ 50 đến 200

2. Sét, á sét dẻo mềm (0,50 < I_L £ 0,75), á sét dẻo (0 £ I_L £ 1), cát bụi (0,60 £ e £ 0,70)

Từ 250 đến 500

Từ 200 đến 400

3. Sét, á sét gần dẻo và nửa cứng (0, £ I_L £ 0,5), á sét cứng (I_L < 0), cát nhỏ (0,60 £ e £ 0,75), cát hạt trung (0,55 £ e £ 0,70)

...

...

...

Từ 400 đến 600

4. Sét và á sét cứng (I_L < 0), cát hạt thô (0,55 £ e £ 0,70)

Từ 800 đến 1 300

Từ 600 đến 1 000

CHÚ THÍCH:

1) Giá trị nhỏ của hệ số k₀ trong bảng tương ứng với giá trị lớn của trị số độ sệt I_L của đất sét và hệ số rỗng e của đất cát được ghi trong dấu ngoặc đơn. Giá trị lớn của hệ số k₀ tương ứng với giá trị nhỏ của I_L và e. Đối với các đất có những đặc trưng I_L và e nằm ở khoảng trung gian thì hệ số k₀ được xác định bằng phương pháp nội suy tuyến tính ;

2) Hệ số k₀ đối với cát chặt lấy cao hơn 30 % so với giá trị lớn nhất ghi trong bảng cho loại đất dạng sét.

c) Chiều dài tính toán mỗi tầng của cột đứng trong mặt phẳng khung lấy bằng khoảng cách giữa hai dầm ngang, riêng tầng cuối cùng lấy bằng khoảng cách từ dầm ngang cuối cùng đến điểm có momen bằng không đầu tiên trong cọc tính từ mặt đất nền.

9.3.5.3  Tính toán khung đơn theo phương dọc

...

...

...

a) Cột đứng của trụ đỡ kiểu khung đơn được tính toán theo phương dọc như cột khung đơn đặt trên móng băng. Chiều dài tính toán của cột theo phương thẳng góc với mặt phẳng của khung lấy gần đúng bằng 1,3.H, trong đó H là khoảng cách từ đỉnh khung đến mặt đất nền.

b) Dùng phương phấp phần tử hữu hạn với mô hình chuyển vị để xác định nội lực trong khung đỡ kiểu khung trên cọc. Cho phép sử dụng các phần mềm mạnh đã được kiểm nghiệm như SAP2000, ANSYS v.v… để tính toán.

9.4 Tính toán kết cấu thân máng xi măng lưới thép

9.4.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng

Phân tích nội lực và tính toán cốt thép thân máng được tiến hành với các tổ hợp tải trọng sau:

a) Tính toán thiết kế với tổ hợp tải trọng cơ bản gồm trọng lượng bản thân, tải trọng người qua lại, áp lực nước ứng với chiều mực nước thiết kế;

b) Tính toán kiểm tra với tổ hợp tải trọng đặc biệt gồm trọng lượng bản thân, tải trọng người qua lại, áp lực nước ứng với chiều sâu mực nước kiểm tra, tải trọng gió.

9.4.2 Phương pháp phân tích nội lực kết cấu thân máng

9.4.2.1 Thân máng là một kết cấu vỏ mỏng không gian, được gia cường bằng các sườn dọc, sườn ngang và thanh giằng nên việc phân tích nội lực thân máng khá phức tạp. Khi tính toán thiết kế nên dùng phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình chuyển vị. Hiện nay có nhiều phần mềm mạnh đã được kiểm nghiệm cho phép phân tích nội lực và biến dạng của các kết cấu vỏ có hình dạng bất kỳ và chịu tải trọng tùy ý như phần mềm SAP2000, ANSYS, v.v…

...

...

...

9.4.2.3 Tính toán và bố trí thép trong thân máng được tiến hành theo nguyên tắc tính toán các cấu kiện xi măng lưới thép về mặt cường độ, về biến dạng và nứt. Theo phương dọc, cầu máng XMLT được tính toán về mặt cường độ trên mặt cắt vuông góc và mặt cắt nghiêng theo cấu kiện chịu uốn có tiết diện tính toán đưa về dạng chữ T, chữ I hoặc chữ T ngược (^) để xác định lượng cốt thép chịu lực, kiểm tra độ võng và kiểm tra không cho phép xuất hiện vết nứt.

9.4.2.4 Với cầu máng có mặt cắt ngang chữ nhật như ở hình 16 a, có thể lấy tiết diện tính toán như ở hình 16 b. Khi cầu máng có mặt cắt ngang chữ nhật như ở hình 16 c có thể chọn tiết điện tính toán như ở hình 16 d. Bề dày bản bụng của tiết diện tính toán bằng hai lần chiều dày của thành máng.

9.4.2.5 Đối với cầu máng có mặt cắt ngang chữ U khi tính toán về cường độ trên mặt cắt vuông góc và mặt cắt nghiêng theo cấu kiện chịu uốn có tiết diện tính toán cũng được đưa về dạng chữ I, chữ T hoặc chữ T ngược (^) tương tự như máng mặt cắt ngang hình chữ nhật.

Hình 16 –  Sơ đồ tiết diện tính toán máng mặt cắt chữ nhật

9.4.3 Tính toán nội lực thân máng theo lý thuyết dầm

9.4.3.1 Tính toán nội lực thân máng theo phương dọc

9.4.3.1 Tùy theo vị trí các khớp nối và mố đỡ cầu máng, sơ đồ tính toán thân máng theo phương dọc có thể là một dầm đơn, dầm liên tục, dầm một nhịp có một hoặc hai mút thừa.

9.4.3.2 Kết cấu cầu máng nhịp đơn được sử dụng rộng rãi do có ưu điểm dễ thi công và lắp ghép, cấu tạo mối nối chống rò rỉ nước giữa hai đoạn máng cũng dễ dàng vì khớp nối được bố trí ngay ở vị trí gối tựa. Nhược điểm của kết cấu cầu máng nhịp đơn là ở vị trí giữa nhịp có momen uốn lớn, đáy máng sinh ứng suất kéo, bất lợi về mặt chống nứt và chống thấm. Để khắc phụ nhược điểm này với cầu máng có khẩu độ lớn có thể dùng cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước.

...

...

...

trong đó:

q là trọng lượng bản thân máng và trọng lượng nước trong máng;

L là nhịp tính toán của cầu máng.

9.4.3.2  Tính toán nội lực thân máng theo phương ngang

Thực hiện theo quy định sau:

a) Nội lực theo phương ngang máng được tính như một hệ phẳng có bề rộng bằng đơn vị khi không có thanh giằng (xem hình 17), khi có thanh giằng lấy bằng khoảng cách giữa hai thang giằng, được tách ra từ thân máng chịu tất cả các tải trọng tác dụng lên nó gồm có trọng lượng bản thân, áp lực nước, trọng lượng bản thân đường người đi, trọng lượng người qua lại v.v.… Các lực này có chiều hướng xuống dưới và được cân bằng với các lực tương hỗ của hai phần máng hai bên gọi là “lực cắt không cân bằng”.

Hình 17 – Sơ đồ phân phối lực cắt không cân bằng

...

...

...

c) Các thanh giằng có cấu tạo chủ yếu để chịu lực dọc. Nội lực trong khung có thể tìm được bằng phương pháp lực. Nếu bỏ qua momen uốn và lực cắt trong thanh giằng thì khung ngang là kết cấu có một bậc siêu tĩnh.

d) Sơ đồ tính toán nội lực trong máng theo phương ngang của máng hình thang cho ở hình 18 và máng chữ U ở hình 19. Lực tác dụng lên thân máng gồm có:

g là trọng lượng bản thân của máng;

p_n là áp lực nước;

P₀ là lực tập trung do các tải trọng phía trên đỉnh máng tính chuyển về tâm đỉnh vách máng;

M₀ là lmomne tập trung do các tải trọng phía trên đỉnh máng tính chuyển về tâm đỉnh vách máng;

t là lực cắt không cân bằng;

X₁ là lực dọc trục trong thanh giằng;

e) Với máng hình thang và hình chữ nhật, vì lực cắt không cân bằng phân phối cho bản đáy và tai máng quá nhỏ so với vách bên nên có thể xem tổng lực cắt bằng không cân bằng SP phân bố đều lên vách máng. Với máng có mặt cắt chữ U tổng lực cắt không cân bằng phân bố đều lên toàn thân máng và có phương tiếp tuyến với đường trung bình của chiều dày vỏ máng.

...

...

...

Hình 18 – Sơ đồ tính toán máng hình thang

f) Với máng có mặt cắt ngang hình chữ U, sơ đồ tính toán nội lực theo phương ngang máng được biểu diễn ở hình 19, các ký hiệu trong hình vẽ có ý nghĩa tương tự như ở máng mặt cắt hình thang.

g) Lực dọc X₁ trong thanh giằng được xác định theo công thức (30):

trong đó:

d₁₁ là chuyển vị ngang ở điểm O do X₁ bằng 1 sinh ra;

D_1Po, D_1Mo, D_1q, D_1Pn. D_1p là chuyển vị ngang ở điểm O lần lượt do các lực P₀, M₀, q, P_n, t sinh ra.

Hình 19 – Sơ đồ tính toán máng chữ U

...

...

...

trong đó

, ,  là momen, lực cắt, lực dọc do X₁ bằng 1 sinh ra trong hệ cơ bản;

, , là momen, lực cắt, lực dọc do các tải trọng ngoài sinh ra trong hệ cơ bản.

i) Tính toán kiểm tra về độ bền, độ cứng của thân máng XMLT thực hiện theo điều 6.

9.5 Kết cấu khe co giãn

Giữa các đoạn thân máng phải bố trí khe co dãn. Vật liệu làm khe co dãn phải vừa có tính co dãn, vừa có khả năng chống rò rỉ nước, thường làm bằng các tấm cao su hoặc chất dẻo polime, bao tải hoặc sợi đay tẩm nhựa đường, vải sợi thủy tinh, vữa cát nhựa đường, vữa cát nhựa ê-pô-xy v.v... Cho phép sử dụng các loại vật liệu mới hoặc vật liệu truyền thống có tính năng đàn hồi, chống thấm, chống rò rỉ nước và làm việc bền vững trong các điều kiện môi  trường thay đổi làm khe co dãn. Trong một cầu máng cho phép dùng kết hợp nhiều loại vật liệu nói trên. Hình 20 giới thiệu một vài kiểu kết cấu khe co dãn thường dùng.

Kích thước trong hình tính bằng centimét (cm)

...

...

...

PHỤ LỤC A

(Tham khảo)

PHÂN TÍCH NỘI LỰC THÂN MÁNG THEO LÝ THUYẾT DẦM

A.1 Số liệu tính toán

Thiết kế thân cầu máng vỏ mỏng chữ U bằng xi măng lưới thép theo các số liệu thiết kế sau:

- Cầu máng kiểu dầm đơn có chiều dài nhịp :     L = 10 m;

- Đường kính trong của đáy máng:                     D₀ = 1,5 m;

- Chiều sâu mực nước thiết kế:                          H_n = 1,05 m;

...

...

...

A.2 Chọn kích thước mặt cắt ngang thân máng

Kích thước mặt cắt ngang thân máng được sơ họa trên hình A.1:

- Bán kính trong của đáy máng: R₀ = 75 cm;

- Chiều cao đoạn thẳng đứng của vách máng: f = 50 cm;

- Chiều dày vỏ máng: t = 4 cm;

- Bán kính ngoài của cung tròn đáy máng: R₁ = 79 cm;

- Bán kính trung bình của cung tròn đáy máng: R = 77cm.

- Các thanh giằng ngang cách nhau một khoảng L₁ bằng 2,5 m;

- Tiết diện thanh giằng hg x bh = 10 cm x 7 cm;

...

...

...

Hình A.1 – Kích thước mặt cắt ngang thân máng

A.3 Tính toán thân máng theo phương dọc

A.3.1 Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện mặt cắt ngang thân máng:

a) Mặt cắt ngang của thân máng được chia thành 5 phần: phần (1) và phần (2) là diện tích tai máng, phần (3) là diện tích vách thẳng đứng, phần (4) là diện tích tiết diện nửa hình tròn có bán kính R1, phần (5) là diện tích tiết diện hình nửa tròn có bán kính R0. Diện tích tiết diện phần đáy tròn của thân máng bằng diện tích phần (4) trừ diện tích phần (5);

b) Xác định vị trí trục trung tâm x – x và momen quán tính I đối với trục trung tâm của tiết diện mặt cắt ngang thân máng như sau:

1) Diện tích tiết diện ngang thân máng A_C:

2) Toạ độ trọng tâm y_i xác định theo công thức (A.1):

...

...

...

trong đó a_i và y_i lần lượt là diện tích tiết diện mỗi phần thân máng và khoảng cách từ trọng tâm của phần tiết diện đó tới trục đi qua đỉnh máng x₀ - x₀. Kết quả các bước tính toán được ghi vào bảng A.1.

Bảng A.1 - Xác định vị trí trọng tâm của mặt cắt ngang thân máng

Phần máng thứ i

Diện tích Ai

cm²

Toạ độ trọng tâm y_i

cm

A_iy₁

cm³

...

...

...

2 x 10 x 20 = 400

10/2 = 5

400 x 5 = 2 000

(2)

2 x 20 x 5/2 = 100

10 + 5/3 = 11,7

100 x 11,7 = 1 170

(3)

2 x 4 x 50 = 400

...

...

...

40 x 25 = 1 000

(4)

p 792/2 = 9 803

50 + 79/(1,5p) = 83,6

9 803 x 83,6 = 818 860

(5)

- p 792/22 = - 8 835

50 + 79/(1,5p) = 81,9

- 8 830 x 81,9 = 723 040

...

...

...

1 868

108 990

Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến đỉnh máng, cm:

3) Mô men quán tính của tiết diện ngang máng đối với trục quán tính chính trung tâm x – x:

...

...

...

trong đó:

I_i là mô men quán tính của mỗi phần thân máng đối với trục qua trọng tâm của nó và song song với trục trung tâm x- x ;

là phần chuyển trục: = y₁ - y_i

= 58,4 - y_i

Kết quả các bước tính toán được ghi vào bảng A.2.

Bảng A.2 - Xác định mômen quán tính của mặt cắt ngang thân máng

Phần máng thứ i

Diện tích A_i

cm²

...

...

...

, cm

Ai.

m⁴

l_i

cm⁴

(1)

400

58,4 – 4,0 =  53,4

1 135 526

...

...

...

(2)

100

58,4 -11,7 =  46,7

218 000

2 x 20 x 5³/36 = 139

(3)

400

58,4 – 25,0 =  33,4

445 100

...

...

...

(4)

9 803

58,4 - 83,6 = - 25,2

6 211 000

0,00687 x (2x79)⁴ = 4 281 393

(5)

- 8 835

58,4 - 81,9 = - 23,5

- 4 868 340

...

...

...

Tổng cộng

1 868

3 144 631

890 261

A.3.2 Xác định tải trọng phân bố đều q tác dụng lên 1 m dài thân máng:

a) Trọng lượng của bản thân vỏ máng, kN/m: 26,00 x 0,868 = 4,86;

b) Trọng lượng thanh giằng (cách 2,5 m đặt một thanh giằng có tiết diện 0,1 m x 0,07 m), kN/m: 26,00 x 0,10 x 0,07 x 1,5/2,5 = 0,11;

c) Trọng lượng nước ứng với mực nước thiết kế, kN/m:

...

...

...

Tổng cộng tải trọng q, kN/m :

q = 4,86 + 0,11 + 13,34

q = 18,30.

A.3.3 Tính toán và kiểm tra ứng suất theo phương dọc máng:

a) Mô men uốn lớn nhất, M_max, kN.m:

b) Ứng suất kéo lớn nhất tại đáy máng, s_max, daN/cm²:

trong đó :

...

...

...

A.3.4 Tính toán độ võng f của máng, cm:

A.4 Tính toán thân máng theo phương ngang

A.4.1 Xác định lực dọc X₁ trong thanh giằng

A.4.1.1 Xác định khoảng cách k từ trọng tâm tiết diện đến tâm phần đáy máng tròn, cm:

A.4.1.2 Xác định khoảng cách h từ tâm cung tròn đến đường trục thanh giằng nằm ngang, cm:

A.4.1.3 Xác định khoảng cách h₁ từ tâm cung tròn đến đường mặt nước, cm:

...

...

...

A.4.1.5 Xác định các lực tác dụng trong sơ đồ tính toán nội lực theo phương ngang:

a) Lực tập trung P₀, kN/m:

P₀ = 26 x (0,2 x 0,1 + 0,5 x 0,2 x 0,05 + 0,1 x 0,07 x 0,75/2,5)

P₀ = 0,73

b) Mô men tập trung M₀, kN.m/m:

M₀ = - 26 x [0,2 x 10 x 0,5 x (0,2 + 0,04) + 0,5 x 0,2 x 0,05 x (0,02 + 0,2/3)] + 0,11 x 1,5²/12

M₀ = - 0,07.

A.4.1.6 Lực dọc trong thanh giằng xác định theo công thức (30), trong đó các chuyển vị d₁₁, D_1P0, D_1M0, D_1q, D_1Pn, D_1t được xác định theo các công thức sau:

...

...

...

trong đó:

A.4.1.7 Kết quả tính toán xác định lực dọc X₁ trong thanh giằng, kN/m :

...

...

...

A.4.2 Tính toán mômen uốn M và lực dọc trục N tại các mặt cắt

Mômen uốn M và lực dọc trục N tại các mặt cắt bất kỳ xác định theo công thức (28) và công thức (29). Kết quả tính toán ghi vào bảng A.3 và A.4. Biểu đồ mômen uốn và lực dọc được biểu diễn trên hình A.2.

Bảng A.3 – Mômen uốn M tại các mặt cắt M

Đơn vị tính là kN.m

Mômen uốn

Mặt cắt tính toán

0⁰

15⁰

30⁰

...

...

...

60⁰

75⁰

90⁰

y = 0

M_Po

0,000

-0,019

-0,076

-0,165

...

...

...

-0,418

-0,564

0

M_Mo

-0,069

-0,069

-0,069

-0,069

-0,069

...

...

...

-0,069

-0,069

M_q

0,000

-0,015

-0,074

-0,191

-0,376

-0,629

...

...

...

0

M_P

-0,045

-0,207

-0,551

-1,126

-1,953

-3,022

-4,290

...

...

...

M_T

0,017

0,086

0,400

1,011

1,955

3,229

4,783

0

...

...

...

0,277

0,400

0,515

0,613

0,688

0,736

0,752

0

Tổng cộng

...

...

...

0,176

0,145

0,073

-0,037

-0,173

-0,327

-0,069

CHÚ THÍCH:

Mômen làm cho thớ ngoài vỏ máng chịu kéo là dương, chịu nén là âm (dấu -)

...

...

...

Đơn vị tính là kN

Lực dọc

Mặt cắt tính toán

0⁰

15⁰

30⁰

45⁰

60⁰

75⁰

...

...

...

y = 0

N_po

0,732

0,707

0,634

0,518

0,366

0,189

0,000

...

...

...

N_M0

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

...

...

...

0,450

0,629

0,739

0,746

0,628

0,377

0,000

0,000

N_p

...

...

...

-0,210

-0,657

1,404

-2,478

-3,866

-5,513

0,000

N_T

-2,667

...

...

...

-5,673

-6,379

-6,315

-5,396

-3,628

0,000

NX₁

0,000

0,160

...

...

...

0,436

0,534

0,595

0,616

0,000

Tổng cộng

-1,485

-3,074

-4,649

...

...

...

-7,265

-8,100

-8,524

0,732

CHÚ THÍCH :

Lực dọc nén là dương, kéo là âm (dấu -)

Hình A.2  - Biểu đồ mômen uốn M và lực dọc N

A.4.3 Tính toán kiểm tra ứng suất theo phương ngang máng

...

...

...

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt

5 Yêu cầu kỹ thuật chung

...

...

...

6.1 Sơ đồ cấu tạo

6.2 Kết cấu cửa vào, cửa ra

6.3 Kết cấu thân máng

7 Tính toán kết cấu xi măng lưới thép

7.1 Quy định chung

7.2 Tính toán cấu kiện xi măng lưới thép theo phương pháp thứ nhất (I)

7.3 Tính toán cấu kiện xi măng lưới thép theo phương pháp thứ hai (II)

7.4 Tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng

7.5 Tính toán nứt và biến dạng

...

...

...

8.1 Vữa xi măng

8.2 Lưới thép

8.3 Cốt thép chịu lực

8.4 Các chất phụ gia

8.5 Cấp phối vật liệu vữa xi măng lưới thép

9 Tính toán thiết kế cầu máng xi mămg lưới thép

9.1 Yêu cầu kỹ thuật chung

9.2 Tải trọng tác dụng lên cầu máng

9.3 Cấu tạo và tính toán kết cấu gối đỡ máng

...

...

...

9.5 Kết cấu khe co giãn

Phụ lục A (Tham khảo): Phân tích nội lực thân máng theo lý thuyết dầm