Tiêu chuẩn ngành 22TCN 272:2005 Tiêu chuẩn thiết kế cầu

TIÊU CHUẨN NGÀNH

22TCN 272-05

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU

Phần 1 –

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. PHẠM VI

Các quy định của Bộ Tiêu chuẩn này nhằm dùng cho các công tác thiết kế, đánh giá và khôi phục các cầu cố định và cầu di động trên tuyến đường bộ. Tuy nhiên nó không bao hàm các khía cạnh an toàn của cầu di động cho các loại xe cơ giới, xe điện, xe đặc biệt và người đi bộ. Các quy định của Bộ Tiêu chuẩn này không dùng cho các cầu dành riêng cho đường sắt, đường sắt nội đô (rail-transit) hoặc công trình công cộng. Dự kiến một phần bổ sung về thiết kế cầu đường sắt sẽ được biên soạn trong tương lai.

Với các cầu loại đó, các quy định của Tiêu chuẩn này có thể được áp dụng nếu có thêm những Tiêu chuẩn thiết kế bổ sung khi cần thiết.

Bộ Tiêu chuẩn này chỉ đưa ra những yêu cầu tối thiểu cần cho an toàn công cộng. Chủ đầu tư có thể đòi hỏi sự linh hoạt của thiết kế hoặc chất lượng vật liệu và thi công cao hơn các yêu cầu tối thiểu.

Các quy định của Bộ Tiêu chuẩn này dựa vào phương pháp luận Thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD). Các hệ số được lấy từ lý thuyết độ tin cậy dựa trên kiến thức thống kê hiện nay về tải trọng và tính năng của kết cấu. Những quan điểm an toàn thông qua tính dẻo, tính dư, bảo vệ chống xói lở và va chạm được lưu ý nhấn mạnh..

Bộ Tiêu chuẩn này được biên soạn, dựa trên Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng của AASHTO, xuất bản lần thứ hai (1998), bản in dùng hệ đơn vị quốc tế (SI). Phần giải thích của Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng của AASHTO, xuất bản lần thứ hai, bản in dùng hệ đơn vị quốc tế (SI), bao gồm những thông tin cơ bản và bổ sung, các khuyến nghị và tài liệu tham khảo khác, và có thể giúp ích cho việc sử dụng Bộ Tiêu chuẩn này.

Bộ Tiêu chuẩn này đưa vào sử dụng ngữ nghĩa thống nhất trong toàn bộ nội dung như sau:

· Từ ”phải” có nghĩa là yêu cầu theo đúng quy định của Tiêu chuẩn.

· Từ “cần” có nghĩa là rất nên ưu tiên dùng một tiêu chuẩn đã cho.

· Từ “có thể” có nghĩa là một tiêu chuẩn có thể được áp dụng nhưng cũng cho phép áp dụng một tiêu chuẩn khác của địa phương có tài liệu phù hợp, đã qua kiểm nghiệm và được phê chuẩn phù hợp với phương pháp thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng.

Hệ đơn vị mét (hệ quốc tế) được dùng thống nhất trong Bộ Tiêu chuẩn này.

1.2. CÁC ĐỊNH NGHĨA

Cầu - Một kết cấu bất kỳ vượt khẩu độ không dưới 6m tạo thành một phần của một con đường.

Sụp đổ - Sự thay đổi lớn về hình học của cầu dẫn đến không thể sử dụng được nữa.

Cấu kiện, thành phần - Là một chi tiết kết cấu riêng biệt hoặc một tổ hợp các chi tiết của cầu đòi hỏi phải được xem xét thiết kế riêng.

Thiết kế - Xác định kích thước và cấu tạo các cấu kiện và liên kết của cầu.

Tuổi thọ thiết kế - Khoảng thời gian trong đó nguồn gốc thống kê của tải trọng nhất thời đã dựa vào: với Tiêu chuẩn thiết kế cầu này là 100 năm.

Tính dẻo - Thuộc tính của một cấu kiện hoặc liên kết cho phép đáp ứng không đàn hồi.

Kỹ sư - Người chịu trách nhiệm thiết kế cầu.

Đánh giá - Việc xác định khả năng chịu tải của một cầu hiện có

Trạng thái giới hạn đặc biệt - Trạng thái giới hạn liên quan đến những sự cố như động đất và va xô tàu bè, va xô xe cộ vào công trình có các chu kỳ lặp lại vượt quá tuổi thọ thiết kế của cầu.

Cầu cố định - Cầu có khổ giới hạn (tịnh không) cố định cho thông xe cộ hoặc thông thuyền.

Hiệu ứng lực - Biến dạng, ứng suất hoặc tổ hợp ứng suất (tức là lực dọc trục, lực cắt, mô men uốn hoặc xoắn) gây ra do tác động của tải trọng, của những biến dạng cưỡng bức hoặc của các thay đổi về thể tích.

Trạng thái giới hạn - Điều kiện mà vượt qua nó thì cầu hoặc cấu kiện của cầu ngừng thỏa mãn các quy định đã được dựa vào để thiết kế.

Hệ số tải trọng - Hệ số xét đến chủ yếu là sự biến thiên của các tải trọng, sự thiếu chính xác trong phân tích và xác suất xảy ra cùng một lúc của các tải trọng khác nhau, nhưng cũng liên hệ đến những thống kê về sức kháng thông qua quá trình hiệu chỉnh.

Hệ số điều chỉnh tải trọng - Hệ số xét đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác của cầu.

Mô hình - Sự lý tưởng hóa kết cấu dùng cho mục đích phân tích kết cấu.

Cầu di động - Cầu có khổ giới hạn (tịnh không) có thể thay đổi cho thông xe cộ hoặc thông thuyền.

Kết cấu có nhiều đường truyền lực - Kết cấu có khả năng chịu được các tải trọng đã định sau khi mất đi một cấu kiện hoặc liên kết chịu lực chính.

Sức kháng danh định - Sức kháng của một cấu kiện hoặc liên kết đối với ứng lực được xác định bởi những kích thước ghi trong hồ sơ hợp đồng và bởi ứng suất cho phép, biến dạng hoặc cường độ được ghi rõ của vật liệu.

Chủ đầu tư - Cơ quan hoặc cá nhân có quyền lực pháp lý quyết định đầu tư đối với cầu.

Sử dụng bình thường - Điều kiện sử dụng cầu không bao gồm: loại xe được phép đặc biệt, tải trọng gió với tốc độ vượt quá 25 m/s và các sự cố đặc biệt kể cả xói lở.

Khôi phục - Quá trình mà sức chịu tải của cầu được khôi phục hoặc nâng cao.

Hệ số sức kháng - Hệ số chủ yếu xét đến sự biến thiên của các tính chất của vật liệu, kích thước kết cấu và tay nghề của công nhân và sự không chắc chắn trong dự đoán về sức kháng, nhưng cũng liên hệ đến những thống kê về các tải trọng thông qua quá trình hiệu chỉnh.

Tuổi thọ sử dụng - Khoảng thời gian cầu được dự kiến khai thác an toàn

Trạng thái giới hạn sử dụng - Trạng thái giới hạn liên quan đến ứng suất, biến dạng và vết nứt.

Trạng thái giới hạn cường độ - Trạng thái giới hạn liên quan đến cường độ và ổn định.

1.3. TRIẾT LÝ THIẾT KẾ

1.3.1. TỔNG QUÁT

Cầu phải được thiết kế theo các trạng thái giới hạn quy định để đạt được các mục tiêu thi công được, an toàn và sử dụng được, có xét đến các vấn đề: khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế và mỹ quan như nêu ở Điều 2.5.

Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì phương trình 1.3.2.1-1 luôn luôn cần được thỏa mãn với mọi ứng lực và các tổ hợp được ghi rõ của chúng.

1.3.2. CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

1.3.2.1. Tổng quát

Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn Phương trình 1 với mỗi trạng thái giới hạn, trừ khi được quy định khác. Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng được lấy bằng 1,0, trừ trường hợp với bu lông thì phải áp dụng quy định ở Điều 6.5.5. Mọi trạng thái giới hạn được coi trọng như nhau.

             (1.3.2.1-1)

với:

              (1.3.2.1-2)

Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại của Y_i:

                  (1.3.2.1-3)

trong đó:

Y_i = hệ số tải trọng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực.

F = hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho sức kháng danh định được ghi ở các Phần 5,6,10,11 và 12.

h_i = hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác.

h_D = hệ số liên quan đến tính dẻo được ghi ở Điều 1.3.3.

h_R = hệ số liên quan đến tính dư được ghi ở Điều 1.3.4.

h_I = hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác được ghi ở Điều 1.3.5.

Q_i = ứng lực

R_n = sức kháng danh định

R_r = sức kháng tính toán: FR_n

1.3.2.2. Trạng thái giới hạn sử dụng

Trạng thái giới hạn sử dụng phải xét đến như một biện pháp nhằm hạn chế đối với ứng suất, biến dạng và bề rộng vết nứt dưới điều kiện sử dụng bình thường.

1.3.2.3. Trạng thái giới hạn mỏi và phá hoại giòn

Trạng thái giới hạn mỏi phải được xét đến trong tính toán như một biện pháp nhằm hạn chế về biên độ ứng suất do một xe tải thiết kế gây ra với số chu kỳ biên độ ứng suất dự kiến.

Trạng thái giới hạn phá hoại giòn phải được xét đến như một số yêu cầu về tính bền của vật liệu theo Tiêu chuẩn vật liệu.

1.3.2.4. Trạng thái giới hạn cường độ

Trạng thái giới hạn cường độ phải được xét đến để đảm bảo cường độ và sự ổn định cục bộ và ổn định tổng thể được dự phòng để chịu được các tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê được định ra để cầu chịu được trong phạm vi tuổi thọ thiết kế của nó.

1.3.2.5. Trạng thái giới hạn đặc biệt

Trạng thái giới hạn đặc biệt phải được xét đến để đảm bảo sự tồn tại của cầu khi động đất hoặc lũ lớn hoặc khi bị tàu thủy, xe cộ va, có thể cả trong điều kiện bị xói lở.

1.3.3. TÍNH DẺO

Hệ kết cấu của cầu phải được định kích thước và cấu tạo để đảm bảo sự phát triển đáng kể và có thể nhìn thấy được của các biến dạng không đàn hồi ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt trước khi phá hoại.

Có thể giả định rằng các yêu cầu về tính dẻo được thỏa mãn đối với một kết cấu bê tông ở đó sức kháng của liên kết không thấp hơn 1,3 lần ứng lực lớn nhất do tác động không đàn hồi của các cấu kiện liền kề tác động lên liên kết đó.

Sử dụng các thiết bị tiêu năng có thể được coi là biện pháp làm tăng tính dẻo.

Đối với trạng thái giới hạn cường độ:

h_D ≥ 1,05 cho cấu kiện và liên kết không dẻo.

 = 1,00 cho các thiết kế thông thường và các chi tiết theo đúng Tiêu chuẩn này.

 ≥ 0,95 cho các cấu kiện và liên kết có các biện pháp tăng thêm tính dẻo quy định vượt quá những yêu cầu của Tiêu chuẩn này

Đối với các trạng thái giới hạn khác: h_D = 1,00

1.3.4. TÍNH DƯ

Các kết cấu có nhiều đường truyền lực và kết cấu liên tục cần được sử dụng trừ khi có những lý do bắt buộc khác.

Các bộ phận hoặc cấu kiện chính mà sự hư hỏng của chúng gây ra sập đổ cầu phải được coi là có nguy cơ hư hỏng và hệ kết cấu liên quan không có tính dư, các bộ phận có nguy cơ hư hỏng có thể được xem là phá hoại giòn.

Các bộ phận hoặc cấu kiện mà sự hư hỏng của chúng không gây nên sập đổ cầu được coi là không có nguy cơ hư hỏng và hệ kết cấu liên quan là dư.

Đối với trạng thái giới hạn cường độ:

 h_R ≥ 1,05 cho các bộ phận không dư

 = 1,00 cho các mức dư thông thường

 ≥ 0,95 cho các mức dư đặc biệt

Đối với các trạng thái giới hạn khác:

h_R = 1,00

1.3.5. TẦM QUAN TRỌNG TRONG KHAI THÁC

Điều quy định này chỉ dùng cho trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt. Chủ đầu tư có thể công bố một cầu hoặc bất kỳ cấu kiện hoặc liên kết nào của nó là loại cầu quan trọng trong khai thác.

Đối với trạng thái giới hạn cường độ:

 h_I ≥ 1,05 cho các cầu quan trọng

 = 1,00 cho các cầu điển hình

 ≥ 0,95 cho các cầu tương đối ít quan trọng

Đối với các trạng thái giới hạn khác:

h_I = 1,00

Phần 2 –

THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ ĐẶC ĐIỂM VỊ TRÍ CẦU

2.1. PHẠM VI ĐỀ CẬP

Quy định các yêu cầu tối thiểu về khổ giới hạn, bảo vệ môi trường, mỹ quan, nghiên cứu địa chất, kinh tế, khả năng thông xe, tính bền, khả năng thi công, khả năng kiểm tra và khả năng duy tu được. Các yêu cầu tối thiểu về an toàn giao thông được tóm lược.

Các yêu cầu tối thiểu về thiết bị thoát nước và các biện pháp tự bảo vệ chống nước và nước mặn cũng được đề cập.

Vì nhiều cầu bị phá hoại là do nguyên nhân xói lở nên các vấn đề về thủy văn và thủy lực được đề cập chi tiết.

2.2. CÁC ĐỊNH NGHĨA

Bồi tích - Sự tích lại chung và dần dần phù sa hoặc nâng cao trắc dọc của lòng sông do phù sa bồi lắng.

Lũ kiểm tra xói cầu - Lưu lượng lũ dùng để tính toán xói lở nền móng khi phải kiểm toán cầu vượt sông theo trạng thái giới hạn đặc biệt. Trừ trường hợp có chỉ định khác của Chủ đầu tư, lũ kiểm toán xói cầu phải dùng lũ 500 năm.

Vùng trống - Vùng không có chướng ngại, tương đối bằng ở phía ngoài mép của làn xe để cho các xe đi nhầm có thể quay lại được. Làn xe ở đây không bao gồm lề hoặc làn phụ.

Khổ giới hạn (tịnh không) - Khoảng không gian trống không có chướng ngại, được dành cho thông xe trên cầu hoặc thông xe dưới cầu hoặc thông thuyền dưới cầu.

Xói mòn - Sự hạ thấp chung và dần dần trắc dọc của lòng sông do bị xói lâu ngày.

Lưu lượng lũ thiết kế - Lưu lượng nước lớn nhất mà cầu phải chịu không vượt quá các hạn chế của thiết kế được duyệt.

Lũ thiết kế xói cầu - Lưu lượng dùng để tính toán xói lở nền móng khi thiết kế cầu vượt sông theo trạng thái giới hạn (TTGH) cường độ và TTGH sử dụng. Trừ trường hợp có chỉ định khác của Chủ đầu tư, lũ thiết kế xói lở cần phải dùng lũ 100 năm.

Lũ thiết kế khẩu độ cầu - Lưu lượng đỉnh và mực nước cao nhất (có tính đến ảnh hưởng của sóng hay dòng triều, và ảnh hưởng của nước dềnh khi cần thiết), mà ứng với nó cầu vượt sông hay vượt qua vùng ngập lũ được thiết kế mà không làm kết cấu bị ngập hay không gây ngập lụt quá mức cho phép. Trừ khi có chỉ định khác của Chủ đầu tư, lũ thiết kế cho khẩu độ cầu phải dùng lũ 100 năm.

Hồ chứa nước - Phương tiện quản lý nước mưa không cho chảy qua và xả nhất thời qua kết cấu xả nước đến hệ thống dẫn ở hạ lưu.

Rãnh nhỏ giọt - Vệt lõm ở đáy cấu kiện làm nước chảy trên mặt nhỏ xuống.

Lũ 500 năm - Lũ do mưa bão và/hoặc triều có tần suất xảy ra bằng hoặc vượt quá 0,2% trong bất kỳ năm cho trước nào.

Xói chung - Xói ở sông hoặc trên bãi mà không tập trung ở trụ hoặc ở vật cản khác trên dòng chảy. Ở một con sông xói chung thường tác động đến toàn bộ hoặc gần hết chiều rộng của sông do sự thu hẹp dòng chảy gây ra.

Thủy lực - Khoa học liên quan đến đặc trưng và dòng của chất lỏng, đặc biệt là trong ống cống và kênh, sông.

Thủy văn - Khoa học liên quan đến sự xuất hiện, phân bổ và tuần hoàn của nước trên trái đất, bao gồm mưa, dòng chảy và nước ngầm.

Xói cục bộ - ở sông hoặc trên bãi tập trung ở mố trụ hoặc vật cản khác trên dòng chảy.

Lũ hỗn hợp - Dòng lũ do hai hoặc nhiều nguyên nhân gây ra như triều cường kèm theo gió bão gây ra trên bờ.

Lũ một trăm năm - Lũ do mưa và/hoặc triều có khả năng xảy ra bằng hoặc vượt xác suất 1% trong bất kỳ năm cho trước nào.

Lũ tràn - Dòng lũ mà nếu vượt quá sẽ gây chảy tràn qua đường hoặc cầu, vượt qua đường phân chia lưu vực hoặc qua kết cấu xả khẩn cấp. Điều kiện xói xấu nhất có thể do lũ tràn gây ra.

Cầu xả lũ - Khoảng trống trong nền đường ở bãi sông để cho dòng chảy ở bãi vượt qua.

Kết cấu chỉnh trị sông - Một kết cấu nào đó được xây dựng trong dòng sông hoặc ở trên kề bên hoặc ở gần bờ để nắn dòng sông, gây bồi tích, giảm xói lở, hoặc bằng một số cách khác làm thay đổi dòng chảy và chế độ bồi lắng dòng sông.

Lỗ thoát nước, ống thoát nước - Thiết bị để thoát nước qua mặt cầu.

Bề rộng đường người đi - Khoảng không gian trống dành cho người đi bộ.

Triều cường - Triều ở biên độ tăng xảy ra hai tuần 1 lần khi trăng tròn và ở đầu tuần trăng.

Sông ổn định - Điều kiện tồn tại khi sông có độ dốc lòng và mặt cắt ngang cho phép vận chuyển nước và trầm tích từ lưu vực ở thượng nguồn mà không có xói mòn, bồi tích hoặc xói lở bờ đáng kể.

Địa mạo sông - Nghiên cứu về sông và bãi của nó có xét đến địa hình, hình thái chung của bề mặt đất và những thay đổi xảy ra do xói lở hoặc bồi tích.

Siêu cao - Độ nghiêng của mặt đường để cân bằng một phần lực ly tâm tác động vào xe trên đường cong nằm.

Thủy triều - Chu kỳ nâng và hạ của đại dương do hiệu ứng của mặt trăng và mặt trời tác động lên trái đất quay.

Lưu vực - Vùng địa phương nằm trong đường phân thủy, thường chỉ có một lối xả; tổng diện tích thoát nước gây nên dòng chảy ở một điểm duy nhất.

Đường thủy - Dòng nước, sông, ao, hồ, hoặc đại dương.

Khẩu độ thoát nước - Chiều rộng hoặc khoảng trống của cầu ở giai đoạn quy định, thường được đo theo hướng chính của dòng chảy.

2.3. CÁC ĐẶC TRƯNG VỊ TRÍ

2.3.1. VỊ TRÍ TUYẾN

2.3.1.1. Tổng quát

Khi chọn vị trí cầu phải qua phân tích các phương án có xét về các mặt kinh tế, kỹ thuật, xã hội và môi trường có liên quan cũng như xét đến giá duy tu và kiểm tra kết cấu của nó và với tầm quan trọng tương đối của các mối liên quan trên.

Chú ý thỏa đáng tới rủi ro có thể xảy ra, cần nghiên cứu chọn vị trí cầu tốt để:

· Thỏa mãn các điều kiện gây ra bởi chướng ngại cần vượt;

· Thuận lợi cho việc thực hành hiệu quả công tác thiết kế, thi công, khai thác, kiểm tra và duy tu;

· Cung cấp mức độ mong muốn về phục vụ vận tải và an toàn; và

· Giảm thiểu các tác động bất lợi của đường đến môi trường.

2.3.1.2. Các điểm vượt sông và bãi sông

Phải xác định các điểm vượt sông có xét đến giá thành xây dựng ban đầu và việc tối ưu hóa tổng giá thành công trình, bao gồm các công trình chỉnh trị sông và các biện pháp duy tu, bảo dưỡng cần thiết để giảm xói lở. Nghiên cứu phương án các vị trí vượt sông cần bao gồm các đánh giá về:

· Các đặc trưng thủy văn và thủy lực của sông và vùng ngập của nó, bao gồm sự ổn định dòng lũ lịch sử, biên độ và chu kỳ của thủy triều ở các vị trí vượt sông;

· Ảnh hưởng của cầu đối với phân bổ lũ và nguy cơ xói ở móng cầu;

· Khả năng gây nên những rủi ro mới hoặc làm tăng những rủi ro do lũ;

· Những tác động đến môi trường trên sông và bãi.

Cầu và đường đầu cầu ở bãi sông cần được định vị và thiết kế có xét đến các mục đích và mục tiêu quản lý bãi sông gồm:

· Ngăn ngừa việc sử dụng và phát triển không kinh tế, nhiều rủi ro hoặc không thỏa đáng đối với vùng bãi sông;

· Tránh những xâm phạm lớn về chiều ngang cũng như chiều dọc ở nơi có thể;

· Giảm đến mức tối thiểu các tác động bất lợi của đường và giảm bớt các tác động không tránh được ở nơi có thể;

· Phù hợp với các yêu cầu của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

· Bồi tích và xói mòn dài hạn

· Các cam kết để được chấp thuận về mặt bảo vệ môi trường.

2.3.2. BỐ TRÍ VỊ TRÍ CẦU

2.3.2.1. Tổng quát

Vị trí và hướng tuyến của cầu cần được chọn để thỏa mãn các yêu cầu về an toàn giao thông cả ở trên cầu và ở dưới cầu. Cần xét đến các thay đổi có thể có trong tương lai về hướng hoặc chiều rộng của đường sông, đường bộ hoặc đường sắt mà cầu vượt qua.

Tại nơi thích hợp cần xét trong tương lai có thêm các công trình cho các loại giao thông khác hoặc mở rộng cầu.

2.3.2.2. An toàn giao thông

2.3.2.2.1. Bảo vệ kết cấu

Phải xét đến sự đi lại an toàn của xe cộ ở trên và dưới cầu. Rủi ro do xe đi nhầm trong khu trống cần được giảm đến mức tối thiểu bằng cách đặt những chướng ngại với một cự ly an toàn ở ngoài làn xe.

Cột trụ hoặc của các kết cấu khác mức cầu được bố trí phù hợp với khái niệm vùng trống như được nêu trong Tiêu chuẩn Thiết kế Đường. Ở nơi do những hạn chế thực tế về giá thành kết cấu, loại hình kết cấu, lưu lượng và tốc độ thiết kế của xe, việc bố trí nhịp, mặt nghiêng và địa thế không thực hiện được theo Tiêu chuẩn Thiết kế Đường thì trụ và tường cần được dùng lan can hoặc thiết bị rào chắn khác bảo vệ. Lan can hoặc thiết bị rào chắn khác, nếu được, cần cho chịu lực độc lập, với mặt quay về phía đường của nó phải cách xa mặt mố trụ ít nhất là 600 mm, nếu không thì phải đặt rào chắn cứng.

Mặt của lan can hoặc thiết bị khác phải đặt ở phía ngoài của lề đường ít nhất là 600 mm.

2.3.2.2.2. Bảo vệ người sử dụng

Lan can phải đặt dọc theo mép kết cấu phù hợp với những yêu cầu ở Phần 13.

Tất cả các kết cấu bảo vệ phải có đầy đủ các đặc trưng bề mặt và sự chuyển tiếp để định hướng lại một cách an toàn các xe đi sai.

Trong trường hợp cầu di động, các biển báo nguy hiểm, đèn, chuông, cửa, rào chắn và các thiết bị an toàn khác phải được đặt để bảo vệ người đi bộ, người đi xe đạp và ô tô. Các thiết bị này phải được thiết kế để chúng hoạt động trước khi mở nhịp di động và duy trì cho tới khi nhịp này đã được đóng lại hoàn toàn.

Nếu Chủ đầu tư không yêu cầu khác thì các đường người đi bộ phải được bảo vệ bằng rào chắn.

2.3.2.2.3. Tiêu chuẩn hình học

Các yêu cầu của Tiêu chuẩn Thiết kế Đường phải được thỏa mãn, trường hợp đặc biệt phải được chứng minh và lập hồ sơ. Chiều rộng của lề đường và kích thước của rào chắn giao thông phải đáp ứng các yêu cầu của Chủ đầu tư.

2.3.2.2.4. Mặt đường

Mặt đường trên cầu phải có đặc tính chống trượt, có sống đường, thoát nước và siêu cao phải phù hợp với Tiêu chuẩn Thiết kế Đường

2.3.2.2.5. Va tàu thủy

Kết cấu cầu phải được bảo vệ chống lực va tàu bằng bệ chống va, đập hoặc ụ bảo vệ và/hoặc phải được thiết kế để chịu được ứng lực va tàu như yêu cầu ở Điều 3.14.15. 2.3.3.

2.3.3. TĨNH KHÔNG

2.3.3.1. Thông thuyền

Giấy phép để xây dựng cầu qua đường thủy có thông thuyền phải do Cục Đường sông Việt Nam hoặc Cục Hàng hải Việt nam cấp. Khổ giới hạn thông thuyền cả về chiều đứng lẫn chiều ngang phải được Chủ đầu tư xác lập với sự cộng tác của Cục Đường sông Việt Nam hoặc Cục Hàng hải Việt Nam. Trừ khi có chỉ định khác, khổ giới hạn thông thuyền phải tuân theo Bảng 2.3.3.1.1, lấy từ TCVN 5664-1992

Bảng 2.3.3.1.1 - Khổ giới hạn thông thuyền trên các sông có thông thuyền

2.3.3.2. Khổ giới hạn đứng của đường bộ

Khổ giới hạn đứng của các kết cấu đường bộ phải phù hợp với Tiêu chuẩn Thiết kế Đường. Cần nghiên cứu khả năng giảm khổ giới hạn đứng do lún của kết cấu cầu vượt. Nếu độ lún dự kiến vượt quá 25 mm thì cần được cộng thêm vào khổ giới hạn đã được quy định.

Khổ giới hạn đứng của các giá đỡ biển báo và các cầu vượt cho người đi bộ phải lớn hơn khổ giới hạn kết cấu của đường 300 mm, và khổ giới hạn đứng từ mặt đường đến thanh giằng của kết cấu dàn vượt qua ở phía trên không được nhỏ hơn 5300 mm.

2.3.3.3. Khổ giới hạn ngang của đường bộ

Chiều rộng cầu không được nhỏ hơn chiều rộng của đoạn đường đầu cầu bao gồm cả lề hoặc bó vỉa, rãnh nước và đường người đi.

Khổ giới hạn ngang dưới cầu cần thỏa mãn các yêu cầu của Điều 2.3.2.2.1.

Không có vật thể nào ở trên hoặc ở dưới cầu, ngoài rào chắn, được định vị cách mép của làn xe dưới 1200 mm. Mặt trong của rào chắn không được đặt cách mặt của vật thể đó hoặc mép của làn xe dưới 600 mm.

2.3.3.4. Cầu vượt đường sắt

Các kết cấu được thiết kế để vượt đường sắt phải phù hợp với khổ giới hạn được quy định ở các Hình 1 và 2 và tuân theo các yêu cầu đặc biệt của Chủ đầu tư và Cục đường sắt Việt Nam.

Ghi chú: Khổ giới hạn dưới đây được sử dụng cho tuyến thẳng; với tuyến cong cầu theo 22TCN - 18 - 1979 - Phụ lục 1

Cao độ đỉnh ray

 Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo hơi nước và điêzen

 Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo điện xoay chiều

Số trong ngoặc đơn dùng khi có khó khăn về chiều cao

Hình 2.3.3.4-1 - Khổ giới hạn đường sắt trên đường thẳng trong khu gian (đường sắt khổ 1000 mm)

 Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo hơi nước và điêzen

        Cho các công trình vượt phía trên đường sắt dùng sức kéo điện xoay chiều

Số trong ngoặc đơn dùng khi có khó khăn về chiều cao

Hình 2.3.3.4-2 - Khổ giới hạn đường sắt trên đường thẳng trong khu gian (đường sắt khổ 1435 mm)

2.3.4. MÔI TRƯỜNG

Tác động của cầu và đường đầu cầu đến dân cư địa phương, các di tích lịch sử, đất trồng và các vùng nhạy cảm về mỹ quan, môi trường và sinh thái đều phải được xem xét. Thiết kế phải tuân theo mọi luật lệ quy định về môi trường có liên quan, phải xem xét về địa mạo dòng sông, hệ quả của xói lở lòng sông, cuốn trôi cây cỏ gia cố nền đắp và trong trường hợp cần thiết còn phải xem xét những tác động đến động lực dòng triều cửa sông.

2.4. KHẢO SÁT MÓNG

2.4.1. TỔNG QUÁT

Việc khảo sát tầng phủ, bao gồm công tác khoan và thí nghiệm đất phải được thực hiện theo các quy định ở Điều 10.4 để cung cấp các thông tin thích hợp và đầy đủ cho thiết kế kết cấu phần dưới. Loại hình và giá thành móng phải được xem xét trong nghiên cứu kinh tế và mỹ quan về định vị và chọn phương án cầu.

2.4.2. NGHIÊN CỨU ĐỊA HÌNH

Phải thiết lập bản đồ hiện tại của cầu bằng bản đồ địa hình và ảnh. Nghiên cứu này bao gồm lịch sử vị trí trong quá trình di chuyển của các khối đất, xói lở của đất đá và sự uốn khúc của sông.

2.5. MỤC ĐÍCH THIẾT KẾ

2.5.1. AN TOÀN

Trách nhiệm chính của kỹ sư thiết kế là phải đảm bảo an toàn cho dân chúng.

2.5.2. KHẢ NĂNG KHAI THÁC

2.5.2.1. Tính bền

2.5.2.1.1. Vật liệu

Hồ sơ hợp đồng phải đòi hỏi vật liệu có chất lượng và việc chế tạo và lắp đặt với tiêu chuẩn cao.

Thép kết cấu phải có tính tự bảo vệ, hoặc được bảo vệ bằng hệ thống sơn có tuổi thọ cao hoặc hệ thống bảo vệ ca-tốt.

Cốt thép và tao cáp dự ứng lực trong bê tông ở vùng có hơi nước mặn hoặc chứa nước mặn phải được bảo vệ bởi một tổ hợp phủ keo ê-pô-xy thích hợp và/hoặc được mạ điện, hoặc bảo vệ ca-tốt. Bên ngoài còn có lớp bê tông bảo hộ không bị rỗ, có tỷ trọng và thành phần hóa học của bê tông thích hợp, bao gồm cả biện pháp sơn bề mặt bê tông để chống thấm khí

Các tạo thép dự ứng lực ở trong ống bọc phải được bơm vữa lấp lòng ống hoặc bằng cách khác để bảo vệ chống gỉ.

Phải có biện pháp bảo vệ các vật liệu dễ bị hư hỏng do bức xạ mặt trời và ô nhiễm không khí.

Phải xét đến tính bền của vật liệu tiếp xúc trực tiếp với đất và nước.

2.5.2.1.2. Các biện pháp tự bảo vệ

Cần làm những rãnh xoi nhỏ nước liên tục ở mặt dưới của mặt cầu bê tông và không cách mặt đầu dầm quá 250 mm. Nơi mặt cầu bị đứt quãng bởi các khe co giãn được bịt kín thì mặt đỉnh mố trụ, trừ bệ gối cần làm dốc ít nhất là 5% ra phía mép. Với các khe co giãn kiểu hở, dốc này phải không nhỏ hơn 15%. Trường hợp dùng khe co giãn kiểu hở, gối cầu phải được bảo vệ chống tiếp xúc với nước mặn và rác rưởi.

Mặt đường ở mối nối mặt cầu cần gián đoạn và phải làm cho êm thuận qua bộ mối nối mặt cầu.

Ván khuôn thép phải được bảo vệ chống gỉ theo yêu cầu của Chủ đầu tư.

2.5.2.2. Khả năng kiểm tra

Phải lắp đặt các thang, lối đi bộ, lối đi ven, hố vào có nắp đậy và cáp điện chiếu sáng nếu cần, để kiểm tra cầu khi mà các phương tiện kiểm tra khác không thực hiện được.

Nơi có thể, phải làm các lối vào bên trong các ngăn của cấu kiện hộp với chiều cao thông thủy đủ cao và tới các mặt tiếp xúc, nơi có các dịch chuyển tương đối, để có thể kiểm tra thủ công và bằng mắt.

2.5.2.3. Khả năng duy tu

Cần tránh dùng các hệ kết cấu khó duy tu. Nơi mà khí hậu và môi trường giao thông có thể ảnh hưởng xấu đến mức có thể phải thay mặt cầu trước khi hết tuổi thọ sử dụng của nó thì phải quy định trong hồ sơ hợp đồng về việc thay mặt cầu hoặc phải lắp đặt thêm kết cấu chịu lực.

Diện tích ở xung quanh bệ gối và ở dưới khe co giãn cần được thiết kế thuận tiện cho việc kích, làm vệ sinh, sửa chữa và thay gối cầu và khe co giãn.

Điểm kích phải được thể hiện trong bản vẽ và kết cấu phải được thiết kế chịu lực kích ghi ở Điều 3.4.3.

Cần tránh làm những hốc và góc không vào được. Cần phải tránh làm hoặc phải làm cho chắc chắn các hốc mà có thể dùng làm nơi cư trú cho người và súc vật.

2.5.2.4. Khả năng thông xe thuận tiện

Mặt cầu phải được thiết kế để cho phép xe cộ đi lại êm thuận. Phải đặt bản chuyển tiếp giữa mố cầu và đường dẫn lên cầu. Dung sai xây dựng liên quan đến tiết diện mặt cầu đã được hoàn thiện phải được chỉ rõ trong bản vẽ hoặc trong các chỉ dẫn hoặc các quy định riêng.

Cần phải giảm đến mức tối thiểu số lượng khe co giãn. Các gờ khe co giãn mặt cầu bê tông lộ trên mặt đường phải được bảo vệ chống mài mòn và nứt vỡ. Bản thiết kế để chế tạo trước các khe co giãn cần quy định rằng cụm nối phải được lắp đặt như một khối liền.

Mặt cầu bê tông không có lớp phủ ban đầu cần có lớp bổ sung dày 10 mm để cho phép hiệu chỉnh lại mặt cầu do mài mòn và để bù lại chiều dày mất đi do ma sát.

2.5.2.5. Các tiện ích công cộng khác

Ở nơi có yêu cầu cần phải làm các giá đỡ và bảo đảm cho các tiện ích công cộng khác được truyền qua.

2.5.2.6. Biến dạng

2.5.2.6.1. Tổng quát

Công trình Cầu phải được thiết kế để tránh những hiệu ứng không mong muốn về kết cấu hoặc tâm lý do biến dạng gây nên. Khi các giới hạn về độ võng và chiều cao đã được lựa chọn thì trừ các bản mặt cầu trực hướng, bất cứ sự thay đổi nào so với thực tế đã được xem xét cẩn thận trước đó về độ mảnh và độ võng đều phải được đối chiếu với thiết kế để xác định xem có hoàn thiện không.

Nếu dùng phương pháp phân tích động phải tuân thủ các nguyên tắc và yêu cầu đã nêu ra ở Điều 4.7.

2.5.2.6.2. Tiêu chuẩn về độ võng

Các tiêu chuẩn ở phần này, ngoài các quy định cho mặt cầu trực hướng, được xem như là tùy chọn. Các quy định cho mặt cầu trực hướng được coi là bắt buộc.

Trong khi áp dụng các tiêu chuẩn này, tải trọng xe cần bao gồm lực xung kích. Nếu Chủ đầu tư yêu cầu kiểm tra độ võng thì có thể áp dụng các nguyên tắc sau:

· Khi nghiên cứu độ võng tuyệt đối lớn nhất, tất cả các làn xe thiết kế phải được đặt tải và tất cả các cấu kiện chịu lực cần coi là võng lớn như nhau;

· Về thiết kế cầu liên hợp, mặt cắt ngang thiết kế phải bao gồm toàn bộ chiều rộng của đường và những bộ phận liên tục về kết cấu của lan can, đường người đi và rào chắn ở giữa;

· Khi nghiên cứu chuyển vị tương đối lớn nhất, số lượng và vị trí của các làn đặt tải phải chọn để cho hiệu ứng chênh lệch bất lợi nhất;

· Phải dùng hoạt tải của tổ hợp tải trọng sử dụng trong bảng 3.4.1.1 kể cả lực xung kích IM;

· Hoạt tải phải lấy theo Điều 3.6.1.3.2;

· Các quy định của Điều 3.6.1.1.2 cần được áp dụng; và

· Đối với cầu chéo có thể dùng mặt cắt ngang thẳng góc, với cầu cong và vừa cong vừa chéo có thể dùng mặt cắt ngang xuyên tâm.

Trong khi thiếu các tiêu chuẩn khác, các giới hạn về độ võng sau đây có thể xem xét cho kết cấu thép, nhôm và bê tông.

· Tải trọng xe nói chung............................................................................................ L/800,

· Tải trọng xe và/hoặc người đi bộ........................................................................... L/1000,

· Tải trọng xe ở phần hẫng....................................................................................... L/300,

· Tải trọng xe và/hoặc người đi bộ ở phần hẫng...................................................... L/375.

(L- chiều dài nhịp)

Đối với dầm thép I và dầm tổ hợp cần áp dụng các quy định của Điều 6.10.5 và 6.10.10.2 về kiểm tra độ võng thường xuyên qua kiểm tra ứng suất ở bản cánh dầm.

Các quy định sau đây được dùng cho mặt cầu bằng bản trực hướng:

· Tải trọng xe trên bản mặt cầu................................................................................. L/300,

· Tải trọng xe trên sườn của mặt cầu thép trực hướng............................................ L/1000,

· Tải trọng xe trên sườn của mặt cầu thép trực hướng (độ võng tương đối lớn nhất giữa 2 sườn cạnh nhau).............................................                ...........................................2,5mm

2.5.2.6.3. Tiêu chuẩn lựa chọn tỷ lệ chiều dài - chiều cao nhịp

Nếu chủ đầu tư yêu cầu kiểm tra tỷ lệ chiều dài - chiều cao nhịp, có thể xem xét dùng các giới hạn ở Bảng 1 khi thiếu các tiêu chuẩn khác, trong đó S là chiều dài của bản và L là chiều dài của nhịp, đơn vị đều là mm. Nếu dùng, các giới hạn trong Bảng 1 phải tính cho toàn chiều cao, nếu không có ghi chú.

Bảng 2.5.2.6.3-1 - Chiều cao tối thiểu thông thường dùng cho các kết cấu phần trên có chiều cao không đổi

2.5.2.7. Xét đến việc mở rộng cầu trong tương lai

2.5.2.7.1. Dầm biên trong cầu nhiều dầm

Dù không xét đến việc mở rộng trong tương lai thì năng lực chịu tải của dầm biên cũng không được thấp hơn năng lực chịu tải của dầm bên trong.

2.5.2.7.2. Kết cấu phần dưới

Khi dự kiến sẽ mở rộng cầu trong tương lai thì cần xem xét thiết kế kết cấu phần dưới để có thể mở rộng được.

2.5.3. KHẢ NĂNG THI CÔNG

Cầu phải được thiết kế sao cho việc chế tạo và lắp ráp có thể thực hiện không quá khó khăn hoặc phát sinh sự cố và các ứng lực lắp ráp nằm trong giới hạn cho phép.

Khi phương pháp thi công của cầu không rõ ràng hoặc có thể gây nên ứng suất lắp ráp không chấp nhận được thì ít nhất phải có một phương pháp khả thi được nêu trong hồ sơ hợp đồng. Nếu thiết kế đòi hỏi phải có một số thanh tăng cường tạm và hoặc trụ đỡ khi lắp ráp theo phương pháp được chọn thì các chỉ dẫn về yêu cầu này phải được ghi trong hồ sơ hợp đồng.

Cần tránh các chi tiết hàn ở những chỗ hẹp hoặc phải đổ bê tông qua những khe cốt thép dày đặc.

Cần xét đến các điều kiện khí hậu và thủy lực có thể ảnh hưởng đến việc xây dựng.

2.5.4. TÍNH KINH TẾ

2.5.4.1. Tổng quát

Loại hình kết cấu, chiều dài nhịp và vật liệu phải được lựa chọn có xét đầy đủ đến giá thành dự án. Cần xét đến chi phí tương lai trong tuổi thọ thiết kế của cầu. Các nhân tố địa phương như vật liệu tại chỗ, chế tạo, vị trí của các trở ngại trong vận chuyển và lắp ráp cũng phải được xem xét.

2.5.4.2. Phương án so sánh

Trong trường hợp cá biệt khi các nghiên cứu về kinh tế không đưa ra được sự lựa chọn rõ ràng, Chủ đầu tư có thể yêu cầu chuẩn bị các phương án so sánh và đấu thầu cạnh tranh. Thiết kế của các phương án so sánh phải có cùng độ an toàn, tính sử dụng được và giá trị thẩm mỹ.

Cầu di động qua đường thủy có thông thuyền cần tránh khẳng định ngay là khả thi bổ sung. Nơi có kiến nghị làm cầu di động thì ít nhất cũng phải đưa vào một phương án cầu cố định trong so sánh kinh tế.

2.5.5. MỸ QUAN CẦU

Công trình Cầu phải được bổ sung vẻ đẹp cho cảnh quan xung quanh, có hình dáng đẹp và tạo dáng khỏe khoắn.

Người kỹ sư cần tìm chọn dáng đẹp cho kết cấu bằng cách cải thiện bản thân hình dạng và quan hệ giữa các cấu kiện. Cần tránh áp dụng cách làm đẹp không bình thường và phi kết cấu.

Cần xem xét các chỉ dẫn sau đây:

· Các phương án thiết kế không có trụ hoặc ít trụ hơn cần được nghiên cứu trong giai đoạn chọn địa điểm, vị trí và nghiên cứu chi tiết hơn trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.

· Hình dạng trụ phải phù hợp với hình dáng và chi tiết của kết cấu phần trên.

· Cần tránh những thay đổi đột ngột về hình dáng cấu kiện và loại hình cấu kiện. Khi không thể tránh được ranh giới giữa các loại hình kết cấu khác nhau cần tạo dáng chuyển tiếp hài hòa giữa chúng.

· Không được bỏ qua mà cần chú ý tới các chi tiết như ống thoát nước mặt cầu.

· Nếu buộc phải dùng kết cấu chạy dưới do yêu cầu kỹ thuật hoặc lý do kinh tế, phải chọn hệ kết cấu có bề ngoài thông thoáng và không rối rắm.

· Ở nơi nào có thể, cần tránh dùng kết cấu cầu để làm vật gắn các bảng thông tin, biển chỉ dẫn đường hoặc chiếu sáng.

· Các thanh ngang tăng cường bản bụng không được để lộ ở chính diện trừ các thanh ở gần gối.

· Để vượt khe núi sâu, cần ưu tiên lựa chọn kết cấu dạng vòm.

2.6. THỦY VĂN VÀ THỦY LỰC

2.6.1. TỔNG QUÁT

Các nghiên cứu về thủy văn và thủy lực và những đánh giá về vị trí vượt sông phải được hoàn thành như một phần của thiết kế sơ bộ. Chi tiết của các nghiên cứu này cần tương xứng với tầm quan trọng và những rủi ro liên quan của kết cấu.

Các kết cấu tạm cho Nhà thầu dùng hoặc phục vụ giao thông trong quá trình xây dựng phải được thiết kế có xét đến an toàn của người qua lại và các chủ sở hữu liên đới, cũng như là giảm thiểu tác động lên tài nguyên thiên nhiên trong vùng ngập lũ. Chủ đầu tư có thể cho phép sửa lại các yêu cầu thiết kế phù hợp với thời gian phục vụ đã định và rủi ro về lũ của kết cấu tạm. Hồ sơ hợp đồng về kết cấu phụ phải mô tả trách nhiệm và các rủi ro tương ứng được thừa nhận bởi Cơ quan đường bộ và Nhà thầu.

Khi đánh giá các phương án cầu phải xét đến ổn định dòng chảy, nước dềnh, phân bố dòng chảy, tốc độ chảy, khả năng xói lở, rủi ro do lũ, động lực triều (ở nơi có).

2.6.2. SỐ LIỆU HIỆN TRƯỜNG

Kế hoạch thu thập số liệu cụ thể ở hiện trường phải bao gồm xem xét về:

· Thu thập số liệu khảo sát hàng không và mặt đất với cự ly thích hợp ở thượng lưu và hạ lưu cầu cho dòng chủ và bãi sông;

· Ước tính các yếu tố về độ nhám của dòng chủ và bãi sông trong phạm vi bị ngập được nghiên cứu;

· Lấy mẫu vật liệu dưới đáy sông ở độ sâu đủ để xác định chắc chắn các đặc trưng của vật liệu dùng cho tính xói;

· Khoan tầng phủ;

· Các yếu tố ảnh hưởng đến các mức nước, bao gồm mức nước cao từ sông, hồ chứa, âu tàu, các kết cấu khống chế lũ và triều và các biện pháp khai thác;

· Các nghiên cứu và báo cáo hiện có;

· Thông tin lịch sử sẵn có về đặc tính của sông và sự làm việc của kết cấu trong các đợt lũ trước kia, bao gồm xói lở quan sát được, xói lở bờ và hư hại về kết cấu do vật trôi;

· Những thay đổi về địa mạo dòng sông.

2.6.3. PHÂN TÍCH THỦY VĂN

Chủ đầu tư phải xác định quy mô của các nghiên cứu thủy văn dựa trên việc phân loại đường bộ theo chức năng, luật lệ hiện hành và tai họa lũ lụt tại hiện trường.

Các lũ sau đây cần được điều tra nghiên cứu thỏa đáng trong nghiên cứu thủy văn:

· Nhằm đảm bảo thỏa mãn các tính năng thủy lực của công trình cầu là một bộ phận của tuyến đường, đảm bảo tầm quan trọng của cầu trên tuyến, cũng như để đánh giá sự nguy hiểm của lũ và thỏa mãn các yêu cầu trong quản lý vùng ngập nước lũ thiết kế khẩu độ cầu (xét lũ 100 năm trừ khi có chỉ định khác của Chủ đầu tư).

· Nhằm đánh giá sự rủi ro cho những người sử dụng đường bộ và đánh giá hư hại cho cầu và đường vào cầu- Lũ thiết kế xói cầu (xét lũ 100 năm, trừ khi có chỉ định khác của Chủ đầu tư).

· Nhằm điều tra nghiên cứu tính thích hợp của nền móng cầu trong việc chống xói lở-Lũ kiểm tra xói cầu (xét lũ 500 năm trừ khi có chỉ định khác của Chủ đầu tư).

· Định chuẩn các mức nước và đánh giá tính năng của các công trình hiện có - Các lũ lịch sử.

· Đánh giá các điều kiện môi trường- Các thông tin về lưu lượng dòng chảy cơ bản hoặc dòng chảy lưu lượng thấp và các công trình đi qua cửa sông, biên độ triều cường.

Đối với các công trình vượt qua các nguồn tài nguyên biển/cửa sông, phải điều tra nghiên cứu ảnh hưởng đến biên độ triều của sự dâng cao mức nước biển.

2.6.4. PHÂN TÍCH THỦY LỰC

2.6.4.1. Tổng quát

Người kỹ sư phải dùng các mô hình phân tích và các kỹ thuật đã được Chủ đầu tư duyệt và phù hợp với mức độ yêu cầu của phân tích.

2.6.4.2. Ổn định của dòng chảy

Phải nghiên cứu để đánh giá sự ổn định của dòng chảy và xác định tác động của công trình lên dòng chảy. Các hạng mục sau đây phải được xem xét:

· Khúc sông đang xói, đang bồi hay ở trạng thái cân bằng;

· Đối với điểm vượt sông ở gần ngã ba sông cần xét: hiệu ứng của dòng chủ và dòng phụ trong các quá trình lũ, tốc độ, phân bố dòng, chuyển dịch đứng và ngang của dòng và hiệu ứng của các điều kiện nói trên đối với thiết kế thủy lực cầu;

· Vị trí của điểm vượt sông có triều cần xét đến dòng sông có thẳng, uốn khúc, quanh co hoặc chuyển tiếp không, hoặc có thiết bị kiểm tra để bảo vệ cầu trong điều kiện hiện tại hoặc lường trước trong tương lai không;

· Hiệu ứng của bất kỳ những thay đổi dòng dự kiến;

· Hiệu ứng của việc khai thác cát đá và các hoạt động khác trên dòng sông;

· Những thay đổi tiềm tàng về tốc độ và lưu lượng nước do những thay đổi về sử dụng đất;

· Hiệu ứng của những thay đổi về phân bố dòng theo địa mạo tự nhiên lên kết cấu kiến nghị; và

· Hiệu ứng của những thay đổi địa mạo lên công trình hiện có ở vùng phụ cận và gây ra bởi kết cấu dự kiến.

Đối với điều kiện sông hoặc dòng không ổn định phải tiến hành những nghiên cứu đặc biệt để xác định những thay đổi có thể trong tương lai về mặt bằng và mặt cắt sông và xác định các biện pháp khắc phục liên quan trong thiết kế hoặc trong tương lai vì sự an toàn của cầu và đường đầu cầu.

2.6.4.3. Khẩu độ cầu

Quá trình thiết kế để xác định khẩu độ cầu phải bao gồm:

· Đánh giá sự phân bổ của lũ ở dòng chủ và ở bãi sông cho điều kiện hiện tại,

· Đánh giá các tổ hợp thử của mặt cắt đường, hướng tuyến và chiều dài cần đáp ứng với các mục tiêu thiết kế.

Khi dùng các nghiên cứu về lũ hiện có thì phải xác định độ chính xác của chúng.

Phải thiết kế kích thước cầu phù hợp với lũ thiết kế khẩu độ cầu ứng với lũ 100 năm, trừ khi được Chủ đầu tư chỉ định khác. Có thể chọn chu kỳ tái xuất hiện ít hơn 100 năm nếu có luận cứ kinh tế (như lũ 50 năm hoặc 25 năm cho các cầu trên đường cấp 2 hoặc cấp thấp hơn tham khảo Bảng 10.5.1 trong Tiêu chuẩn thiết kế đường).

Khổ giới hạn tối thiểu theo chiều thẳng đứng của kết cấu trên mực nước tương ứng với lũ thiết kế khẩu độ phải lấy như sau:

· Đến mặt dưới đáy của kết cấu phần trên:

Trong trường hợp dòng lũ có mang theo số lượng lớn các vật trôi hay bùn đá:..........1,0m

Các trường hợp khác:...................................................................................................0,5m

· Đến tấm kê gối:...........................................................................................................0,25m

· Đến cao độ của mọi công trình điều tiết dòng sông:...................................................0,5m

2.6.4.4. Móng cầu

2.6.4.4.1. Tổng quát

Những vấn đề về kết cấu, thủy lực và địa kỹ thuật của thiết kế móng phải được phối hợp và phân biệt giải quyết trước khi duyệt thiết kế sơ bộ.

2.6.4.4.2. Xói lở cầu

Như các yêu cầu ở Điều 3.7.5, xói ở móng cầu được nghiên cứu cho 2 điều kiện:

· Lũ thiết kế xói: Vật liệu đáy sông trong lăng thể xói ở phía trên đường xói chung được giả định là đã được chuyển đi trong các điều kiện thiết kế. Lũ thiết kế do mưa kèm triều dâng hoặc lũ hỗn hợp thường nghiêm trọng hơn là lũ 100 năm hoặc lũ tràn với chu kỳ tái xuất hiện nhỏ hơn. Các trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới sử dụng phải áp dụng cho điều kiện này.

· Lũ kiểm tra xói: ổn định móng cầu phải được nghiên cứu đối với các điều kiện xói gây ra do lũ dâng đột xuất vì bão mưa kèm triều dâng, hoặc lũ hỗn hợp không vượt quá lũ 500 năm hoặc lũ tràn với chu kỳ tái xuất hiện nhỏ hơn. Dự trữ vượt quá yêu cầu về ổn định trong điều kiện này là không cần thiết. Phải áp dụng trạng thái giới hạn đặc biệt cho điều kiện này.

Nếu điều kiện tại chỗ do tích rác và dềnh nước ở gần nơi hợp lưu đòi hỏi phải dùng lũ sự cố lớn hơn thay cho lũ thiết kế xói hoặc lũ kiểm tra xói thì người thiết kế có thể dùng lũ sự cố đó.

Móng mở rộng đặt trên nền đất hoặc đá dễ xói thì đáy của nó cần đặt dưới độ sâu xói do lũ kiểm tra xói gây nên. Móng mở rộng đặt trên nền đá không bị xói phải được thiết kế và thi công để đảm bảo tính toàn vẹn của khối đá chịu lực.

Bệ móng nên được thiết kế với đỉnh bệ thấp hơn mức xói chung tính toán để giảm thiểu trở ngại cho dòng lũ và dẫn đến xói cục bộ. Ngay cả độ sâu thấp hơn cũng cần được xét cho bệ móng đặt trên cọc mà ở đó các cọc có thể bị phá hoại do xói và gỉ vì phô ra trước dòng chảy.

Tại những nơi buộc phải bố trí đỉnh bệ cọc ở cao hơn đáy sông cần chú ý đến xói tiềm tàng trong thiết kế.

Khi dùng trụ chống va hoặc hệ thống bảo vệ trụ khác thì trong thiết kế cần xét đến hiệu ứng lên xói trụ cầu và sự tích rác.

Ổn định của mố trong vùng có dòng chảy xoáy cần được nghiên cứu kỹ và mái dốc nền đắp nhô ra phải được bảo vệ với các biện pháp chống xói phù hợp.

2.6.4.5. Đường đầu cầu

Thiết kế cầu cần phối hợp với thiết kế đường hai đầu cầu ở bãi sông sao cho toàn bộ mô hình dòng chảy được phát triển và phân tích như một thực thể thống nhất và liên quan lẫn nhau.

Nơi nền đường trên bãi sông cản trở lũ vượt qua thì đoạn này cần được thiết kế để giảm thiểu các rủi ro của lũ.

Ở nơi xảy ra sự chảy chệch sang một dòng khác do nước chảy ngược và chướng ngại trên dòng chảy gây ra, phải tiến hành đánh giá lại thiết kế để đảm bảo các yêu cầu pháp lý đối với rủi ro do lũ ở dòng nước khác này.

2.6.5. VỊ TRÍ, CHIỀU DÀI VÀ KHẨU ĐỘ CỐNG

Ngoài các quy định của Điều 2.6.3 và 2.6.4, cần xem xét: các điều kiện sau đây: 0

· Cá và muông thú qua lại;

· Hiệu ứng của tốc độ cao ở cửa ra và dòng tập trung đối với cửa ra, lòng hạ lưu và tài sản liên quan;

· Hiệu ứng nổi ở cửa vào;

· An toàn giao thông;

· Hiệu ứng của nước dềnh ngược, có thể gây ra bởi các công trình chỉnh trị sông phía hạ lưu hoặc thủy triều lúc có bão.

2.6.6. THOÁT NƯỚC MẶT

2.6.6.1. Tổng quát

Mặt cầu và đường đầu cầu cần phải được thiết kế để đảm bảo thoát nước mặt an toàn và hữu hiệu sao cho ít hư hại nhất đối với cầu và an toàn tối đa cho xe cộ đi lại. Mặt cầu, bao gồm mặt đường, đường xe đạp và đường người đi bộ phải được làm có dốc ngang hoặc siêu cao đủ để thoát nước tốt theo hướng ngang. Với các cầu rộng mỗi hướng có trên 3 làn xe có thể phải thiết kế đặc biệt cho thoát nước mặt cầu và/hoặc có thể phải dùng mặt đường nhám đặc biệt để giảm khả năng xe bị quay trượt do mất ma sát.

Nước chảy xuống rãnh đường cần được chặn lại không cho chảy vào cầu. Rãnh thoát nước ở đầu cầu cần phải có đủ khả năng thoát toàn bộ nước được gom lại.

Trong những trường hợp rất nhạy cảm về môi trường mà không thể xả nước trực tiếp từ mặt cầu xuống sông ở phía dưới cần xét đến giải pháp dẫn nước theo đường ống thoát nước dọc gắn ở phía dưới kết cấu nhịp cầu và xả vào nơi phù hợp trên mặt đất tự nhiên ở đầu cầu.

2.6.6.2. Lượng mưa thiết kế

Lượng mưa thiết kế cho thoát nước mặt cầu không được nhỏ hơn lượng mưa thiết kế cho thoát nước mặt đường đầu cầu, trừ khi Chủ đầu tư có quy định khác.

2.6.6.3. Loại hình, kích thước và số lượng ống thoát nước

Số lượng ống thoát nước cần giữ ở mức tối thiểu phù hợp với các yêu cầu thủy lực.

Khi thiếu các chỉ dẫn thực hành khác, đối với cầu mà tốc độ xe thiết kế trên đường nhỏ hơn 75km/giờ thì kích thước và số lượng ống thoát nước cần đảm bảo nước không ngập qua một nửa chiều rộng của bất kỳ làn xe nào. Đối với cầu mà tốc độ xe thiết kế trên đường không nhỏ hơn 75km/giờ cần đảm bảo nước không ngập bất kỳ bộ phận nào của làn xe. Rãnh cần được chặn lại ở chỗ thay đổi dốc để tránh nước chảy qua mặt cầu. Diện tích mặt cắt ngang tối thiểu của ống thoát nước phải lấy là 1cm² trên 1m² mặt cầu. Cự ly tối đa giữa các ống thoát nước dọc cầu không được vượt quá 15m.

Lỗ thoát nước hoặc hố thu nước của mặt cầu phải đủ để thoát nước và dễ làm sạch. Kích thước bên trong tối thiểu của ống thoát nước thông thường không được ít hơn 100 mm

2.6.6.4. Xả nước từ ống thoát nước mặt cầu

Ống thoát nước mặt cầu phải được thiết kế và lắp đặt sao cho nước từ mặt cầu hoặc mặt đường được dẫn ra xa khỏi các cấu kiện của kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới.

Nếu Chủ đầu tư không có đòi hỏi đặc biệt để kiểm tra nước thoát ra từ ống thoát nước và đường ống thì cần xét đến:

· Ít nhất ống phải nhô ra khỏi cấu kiện thấp nhất của kết cấu phần trên là 100 mm,

· Đặt ống thoát nước có miệng loe 450 để xả nước không rơi vào cấu kiện cầu,

· Ở chỗ có thể và được phép có thì thể cho nước chảy tự do hoặc qua cửa thoát nước trên đường người đi;

· Dùng các cút nối có góc không lớn hơn 450; và

· Dùng các ống thông.

Nước chảy từ mặt cầu cần được bố trí phù hợp với các đòi hỏi về môi trường và an toàn giao thông.

2.6.6.5. Thoát nước kết cấu

Các hố thu nước trong kết cấu ở nơi cần có phải đặt ở điểm thấp nhất. Mặt cầu và mặt đường cần thiết kế tránh đọng nước nhất là ở những khe nối mặt cầu. Đối với mặt cầu có mặt không nguyên khối hoặc có ván khuôn để lại cần xét thoát phần nước có thể đọng ở mặt tiếp giáp.

Phần 3 –

TẢI TRỌNG VÀ HỆ SỐ TẢI TRỌNG

3.1. PHẠM VI

Trong phần này quy định những yêu cầu tối thiểu đối với tải trọng và lực, phạm vi áp dụng của chúng, các hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng dùng trong thiết kế các cầu mới. Những quy định về tải trọng cũng được dùng trong đánh giá kết cấu các cầu đang khai thác.

Ở chỗ nào có nhiều mức độ làm việc khác nhau, việc lựa chọn mức độ làm việc thiết kế là trách nhiệm của Chủ đầu tư.

Một hệ số tải trọng tối thiểu được quy định để xác định các ứng lực có thể phát sinh trong quá trình thi công. Các yêu cầu bổ sung cho việc xây dựng các cầu bê tông thi công phân đoạn được quy định trong Điều 5.14.2.

3.2. CÁC ĐỊNH NGHĨA

Áp lực đất chủ động - Áp lực ngang gây ra do đất được kết cấu hay bộ phận kết cấu chắn lại. Áp lực này có xu hướng làm chuyển dịch kết cấu chắn rời khỏi khối đất.

Lăng thể đất chủ động - Lăng thể đất có xu hướng chuyển dịch nếu không có kết cấu hay bộ phận kết cấu chắn giữ lại.

Dao động khí động đàn hồi - Phản ứng đàn hồi theo chu kỳ của kết cấu dưới tác động của gió.

Đơn vị trục xe - Trục đơn hay trục đôi (tandem) của xe

Hộ đạo - Công trình bằng đất dùng để định hướng lại hoặc làm chậm lại sự va xô của xe cộ hoặc tàu thuyền và để ổn định đất đắp, nền đường hoặc đất yếu và các ta luy đào.

Lực ly tâm - Lực ngang do xe chuyển hướng di động trên đường cong.

Làn xe thiết kế - Làn xe quy ước đặt theo chiều ngang trên bề rộng phần xe chạy.

Chiều sâu nước thiết kế - Chiều sâu của nước ở mức nước cao trung bình.

Biến hình - Thay đổi hình học của kết cấu.

Ụ - Vật thể phòng hộ, có thể có hệ thống chắn riêng, thường có mặt tròn và độc lập về kết cấu với cầu.

Lực xung kích - Phần tăng thêm lực tĩnh để xét đến tương tác động giữa cầu và xe cộ đi lại.

Chất lỏng tương đương - Là một chất quy ước có tỷ trọng có thể gây ra cùng áp lực như đất được thay thế để tính toán.

Phần lộ ra - Điều kiện trong đó có một bộ phận của kết cấu phần dưới hay phần trên của cầu có thể bị va chạm bởi bất kỳ bộ phận nào của mũi tàu, ca bin hay cột tàu.

Cực hạn - Tối đa hay tối thiểu.

Vật chắn chống va - Kết cấu phòng hộ cứng được liên kết vào bộ phận kết cấu được bảo vệ hoặc để dẫn luồng hoặc để chuyển hướng các tàu bị chệch hướng.

Tổng thể - Phù hợp với toàn bộ kết cấu phần trên hay toàn bộ cầu.

Tải trọng thường xuyên - Tải trọng và lực không đổi hoặc giả thiết không đổi sau khi hoàn thành việc xây dựng.

Mặt ảnh hưởng - Một bề mặt liên tục hay rời rạc được vẽ ứng với cao độ mặt cầu trong mô hình tính toán mà giá trị tại một điểm của nó nhân với tải trọng tác dụng thẳng góc với mặt cầu tại điểm đó sẽ được ứng lực.

Quy tắc đòn bẩy - Lấy tổng mô men đối với một điểm để tìm phản lực tại điểm thứ hai.

Hóa lỏng - Sự mất cường độ chịu cắt trong đất bão hòa do vượt qua áp lực thủy tĩnh. Trong đất rời bão hòa, sự mất cường độ này có thể do tải trọng tức thời hoặc chu kỳ, đặc biệt trong cát nhỏ đến cát vừa rời rạc hạt đồng nhất.

Tải trọng - Hiệu ứng của gia tốc bao gồm gia tốc trọng trường, biến dạng cưỡng bức hay thay đổi thể tích.

Cục bộ - Tính chất có liên quan với một cấu kiện hoặc cụm lắp ráp của cấu kiện.

Tấn (Megagram (Mg) - 1000 kg (một đơn vị khối lượng).

Dạng thức dao động - Một dạng của biến dạng động ứng với một tần suất dao động.

Đường thủy thông thương - Một đường thủy được xếp hạng thông thương bởi Cục Đường sông Việt Nam hoặc Cục Hàng hải Việt Nam.

Tải trọng danh định - Mức tải trọng thiết kế được lựa chọn theo quy ước.

Đất cố kết thông thường - Đất dưới áp lực đất phủ lớn hơn áp lực đất đã từng hiện diện trong quá khứ ở chỗ đang xét.

Đất quá cố kết - Đất ở dưới áp lực đất phủ hiện nay mà nhỏ hơn áp lực đất phủ đã từng có trong quá khứ.

Tỷ lệ quá cố kết - OCR =

Áp lực đất bị động - áp lực ngang do đất chống lại chuyển vị ngang về phía khối đất của kết cấu hoặc bộ phận kết cấu.

Xe được phép - Xe bất kỳ được phép đi là xe bị hạn chế một cách nào đó về trọng lượng hoặc về kích thước của chúng.

Chỉ số độ tin cậy - Sự đánh giá bằng số lượng về mặt an toàn như là tỷ số của chênh lệch giữa sức kháng bình quân và ứng lực bình quân với độ lệch. Tiêu chuẩn tổ hợp của sức kháng và ứng lực.

Bề rộng lòng đường, Bề rộng phần xe chạy - Khoảng cách tịnh giữa rào chắn và/hoặc đá vỉa.

Nhiệt độ lắp đặt - Nhiệt độ trung bình của kết cấu dùng để xác định kích thước của kết cấu khi lắp thêm một cấu kiện hoặc khi lắp đặt.

Rào chắn liên tục về kết cấu - Rào chắn hoặc bất kỳ bộ phận nào của nó chỉ ngắt ở khe chỗ nối mặt cầu.

Kết cấu phần dưới - Bộ phận kết cấu cầu để đỡ kết cấu nhịp bên trên.

Kết cấu phần trên - Bộ phận kết cấu cầu để vượt nhịp (kết cấu nhịp).

Tải trọng chất thêm - Tải trọng được dùng để mô hình hóa trọng lượng đất đắp hoặc các tải trọng khác tác dụng trên đỉnh của vật liệu chắn giữ.

Xe tải trục - Xe có hai trục đặt sát nhau, thường được liên kết với một khung gầm xe để phân bố tải trọng đều nhau.

Góc ma sát tường - Góc có arctg thể hiện ma sát biểu kiến giữa tường và khối đất.

Bánh xe - Một hoặc hai bánh lốp ở đầu một trục xe.

Dãy bánh xe - Một nhóm bánh xe được xếp theo chiều ngang hoặc chiều dọc.

3.3. KÝ HIỆU

3.3.1. TỔNG QUÁT

A = hệ số gia tốc động đất (3.10.2)

A_t = diện tích của kết cấu hoặc cấu kiện để tính áp lực gió ngang (m³) (3.8.1.2.1)

A_v = diện tích mặt của mặt cầu hoặc cấu kiện để tính áp lực gió thẳng đứng (m²) (3.8.2)

a_B = chiều dài hư hỏng mũi xà lan chở hàng tiêu chuẩn (mm) (3.14.8)

a_s = chiều rộng hư hỏng của mũi tàu (mm) (3.14.6)

BR = lực hãm xe

b = hệ số lực hãm; Tổng chiều rộng cầu (mm) (3.3.2) (3.8.1.2.1)

C = hệ số dùng để tính lực ly tâm (3.6.3)

C_D = hệ số cản (S²N/mm⁴ (3.7.3.1)

C_H = hệ số thủy động học khối lượng (3.14.4)

C_L = hệ số cản ngang (3.7.3.2)

C_d = hệ số cản (S²N/mm⁴) (3.8.1.2.1)

C_n = hệ số vát mũi để tính F_b (3.9.2.2)

C_sm = hệ số đáp ứng động đất đàn hồi cho dạng thức dao động thứ m (3.10.6.1)

c = dính kết đơn vị (MPa) (3.11.5.4).

D_E = chiều dày tối thiểu của lớp đất phủ (mm) (3.6.2.2)

DWT = kích cỡ tàu dựa trên tấn trọng tải (Mg) (3.14.2).

d = chiều cao kết cấu phần trên (mm) (3.8.1.2.1)

g = gia tốc trọng trường (m/s²) (3.6.3)

H = chiều cao cuối cùng của tường chắn (mm) (3.11.5.1)

H_L = chiều cao của khối đầu xà lan tại mũi của nó (mm) (3.14.11.1)

h = chiều cao danh định của sơ đồ áp lực đất (mm) (3.11.5.7)

h_eq = chiều cao tương đương của đất do tải trọng xe (mm) (3.11.6.2)

IM = lực xung kích (3.6.1.2.5)

KE = năng lượng va tàu thiết kế (joule) (3.14.4)

k = hệ số áp lực đất (3.11.6.2)

k_a = hệ số áp lực đất ngang chủ động (3.11.5.1)

k_h = hệ số áp lực đất ngang (3.11.5.1)

k₀ = hệ số áp lực đất ngang ở trạng thái nghỉ (3.11.5.1)

k_p = hệ số áp lực bị động (3.11.5.4)

k_s = hệ số áp lực đất do hoạt tải (3.11.6.1)

LOA = tổng chiều dài của tàu hoặc xà lan lai bao gồm tàu đẩy hoặc kéo (mm) (3.14.2)

M = khối lượng của tàu (Mg) (3.14.4)

m = hệ số làn (3.6.1.1.2)

OCR = tỷ số quá cố kết (3.11.5.2)

P = tải trọng bánh xe tập trung (N); tải trọng (N) (3.6.1.2.5) (3.11.6.1)

P_a = áp lực đất biểu kiến (MPa); hợp lực trên đơn vị bề rộng tường (N/mm) (3.11.5.6) (3.11.5.7)

P_B = lực va xà lan do đâm đầu vào nhau giữa mũi xà lan và vật cứng (N) (3.14.8)

P_BH = lực va tàu giữa mũi tàu và kết cấu phần trên cứng (N) (3.14.7.1)

P_D = tải trọng gió ngang (KN) (3.8.2.1)

P_DH = lực va tàu giữa ca bin tàu và kết cấu phần trên cứng (N) (3.14.7.2).

P_h = thành phần nằm ngang của lực trên đơn vị chiều dài tường do áp lực đất (N/mm) (3.11.5.5)

P_MT = lực va tàu giữa cột tàu và kết cấu phần trên cứng (N) (3.14.7)

P_N = thành phần thẳng đứng của áp lực gió (MPa) (3.8.1.4)

P_p = áp lực đất bị động (MPa) (3.11.5.4)

P_S = lực va tàu do đâm đầu vào nhau giữa mũi tàu và vật cứng (N) (3.14.5)

P_v = lực gió thẳng đứng (KN); thành phần thẳng đứng của lực trên đơn vị chiều dài tường do áp lực đất (N/mm) (3.8.2) (3.11.5.5)

p = áp lực dòng chảy (MPa); áp lực đất cơ bản (MPa) phần của xe tải trong làn đơn; cường độ tải trọng(MPa)(3.7.3.1)(3.11.5.1)(3.6.1.4.2)(3.11.6.1)

Q = cường độ tải trọng (N/mm) (3.11.6.1)

q = tải trọng nói chung (3.4.1)

q_s = hoạt tải tác dụng lớn nhất (MPa)(3.11.6.1)

R = bán kính cong (mm); bán kính của trụ tròn (mm); hệ số điều chỉnh đáp ứng động đất, cự ly tia từ điểm đặt tải tới một điểm trên tường (3.6.3) (3.9.5) (3.10.7.1) (3.11.6.1).

R_BH = tỷ số của chiều cao kết cấu phần trên lộ ra trên tổng chiều cao mũi tàu (3.14.7.1)

R_DH = hệ số chiết giảm lực va ca bin tàu (3.14.7.2)

S = hệ số điều chỉnh đối với địa hình và chiều cao mặt cầu; hệ số liên quan đến điều kiện tại chỗ để xác định tải trọng động đất (3.8.1.1) (3.5.10)

T_m = chu kỳ dao động hạng thứ m(s) (3.10.6.1)

t = chiều dày bản mặt cầu (mm) (3.12.3)

V = vận tốc nước thiết kế (m/s); vận tốc gió thiết kế (m/s); tốc độ va tàu thiết kế (m/s) 3.7.3.1)(3.8.1.1)(3.14.3)

V_B = vận tốc gió cơ bản (m/s) (3.8.1.1)

v = tốc độ thiết kế đường ô tô (m/s)(3.6.3)

w = chiều rộng tịnh của lòng đường (mm)(3.6.1.1.1)

X = cự ly ngang từ lưng tường đến điểm đặt lực (mm)(3.11.6.1)

X₁ = cự ly từ lưng tường đến điểm đầu của tuyến tải trọng (3.11.6.1)

X₂ = chiều dài hoạt tải (mm) (3.11.6.1)

Z = chiều cao ở dưới mặt đất (mm); chiều cao từ mặt đất đến một điểm trên tường đang xem xét (mm); cự ly thẳng đứng từ điểm đặt lực tới cao độ điểm trên tường đang xem xét (mm) (3.11.5.4)(3.11.6.1)

z = chiều sâu ở dưới mặt đất đắp (mm)(3.11.5.1)

a = góc giữa tường móng và đường nối điểm đang xem xét trên tường và điểm góc đáy bệ xa tường nhất (rad) (3.11.6.1)

B = mái dốc tượng trưng của đất lấp (độ) (3.11.5.7)

b = chỉ số an toàn; độ dốc của mặt đất lấp phía sau tường chắn (độ) (3.4.1)(3.11.5.3)

g = tỷ trọng của vật liệu (kg/m³); tỷ trọng của đất (kg/m³) (3.5.1)(3.11.5.1)

g’_s = tỷ trọng hữu hiệu của đất (kg/m³)(3.11.5.6)

g_EQ = hệ số tải trọng đối với hoạt tải tác dụng đồng thời với tải trọng động đất (3.4.1)

g_eq = tỷ trọng tương đương chất lỏng (kg/m³)(3.11.5.5)

g₁ = hệ số tải trọng (3.4.1)

g_p = hệ số tải trọng cho tải trọng thường xuyên (3.4.1)

g_SE = hệ số tải trọng cho lún (3.4.1)

g_TG = hệ số tải trọng cho gradien nhiệt (3.4.1)

D_p = áp lực đất ngang không đổi do hoạt tải rải đều (MPa)(3.11.6.1)

D_ph = phân bố áp lực ngang (MPa) (3.11.6.1)

d = góc ma sát giữa đất lấp và tường (đô); góc giữa tường móng và đường nối điểm đang xem xét trên tường và điểm góc đáy bệ gần tường nhất (rad) (3.11.5.3) (3.11.6.1)

h = điều chỉnh tải trọng quy định trong Điều 1.3.2 (3.4.1)

q = góc của hướng gió (độ); góc của đất lấp tường so với trục đứng (độ); góc giữa hướng dòng chảy với trục dọc của trụ độ)(3.8.1.4)(3.11.5.3)(3.7.3.2)

v = hệ số Poisson (DIM) (3.11.6.1)(3.11.5.3)

j = hệ số sức kháng (3.4.1)

j_t = góc ma sát nội của đất thoát nước (độ)(3.11.5.2)

j’ = góc ma sát nội có hiệu(độ) (3.11.5.3)

3.3.2. TẢI TRỌNG VÀ TÊN TẢI TRỌNG

Các tải trọng và lực thường xuyên và nhất thời sau đây phải được xem xét đến:

· Tải trọng thường xuyên

DD = tải trọng kéo xuống (xét hiện tượng ma sát âm)

DC = tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bị phụ phi kết cấu

DW = tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích công cộng

EH = tải trọng áp lực đất nằm ngang

EL = các hiệu ứng bị hãm tích lũy do phương pháp thi công.

ES = tải trọng đất chất thêm

EV = áp lực thẳng đứng do tự trọng đất đắp.

· Tải trọng nhất thời

BR = lực hãm xe

CE = lực ly tâm

CR = từ biến

CT = lực va xe

CV = lực va tàu

EQ = động đất

FR = ma sát

IM = lực xung kích (lực động) của xe

LL = hoạt tải xe

LS = hoạt tải chất thêm

PL = tải trọng người đi

SE = lún

SH = co ngót

TG = gradien nhiệt

TU = nhiệt độ đều

WA = tải trọng nước và áp lực dòng chảy

WL = gió trên hoạt tải

WS = tải trọng gió trên kết cấu

3.4. CÁC HỆ SỐ VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG

3.4.1. HỆ SỐ TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Tổng ứng lực tính toán phải được lấy như sau:

              (3.4.1-1)

trong đó:

h_i = hệ số điều chỉnh tải trọng lấy theo Điều 1.3.2

Q_i = tải trọng quy định ở đây

g_i = hệ số tải trọng lấy theo Bảng 1 và 2

Các cấu kiện và các liên kết của cầu phải thỏa mãn phương trình 1.3.2.1.1 cho các tổ hợp thích hợp của ứng lực cực hạn tính toán được quy định cho từng trạng thái giới hạn sau đây:

· TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I: Tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn của cầu không xét đến gió

· TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt quá 25m/s

· TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn của cầu với gió có vận tốc 25m/s

· TRẠNG THÁI GIỚI HẠN ĐẶC BIỆT: Tổ hợp tải trọng liên quan đến động đất, lực va của tàu thuyền và xe cộ, và đến một số hiện tượng thủy lực với hoạt tải đã chiết giảm khác với khi là một phần của tải trọng xe va xô, CT.

· TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG: Tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất cả tải trọng lấy theo giá trị danh định. Dùng để kiểm tra độ võng, bề rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực, sự chảy dẻo của kết cấu thép và trượt của các liên kết có nguy cơ trượt do tác dụng của hoạt tải xe. Tổ hợp trọng tải này cũng cần được dùng để khảo sát ổn định mái dốc.

· TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI: Tổ hợp tải trọng gây mỏi và đứt gẫy liên quan đến hoạt tải xe cộ trùng phục và xung kích dưới tác dụng của một xe tải đơn chiếc có cự ly trục được quy định trong Điều 3.6.1.4.1.

Hệ số tải trọng cho các tải trọng khác nhau bao gồm trong một tổ hợp tải trọng thiết kế được lấy như quy định trong Bảng 1. Mọi tập hợp con thỏa đáng của các tổ hợp tải trọng phải được nghiên cứu. Có thể nghiên cứu thêm các tổ hợp tải trọng khác khi chủ đầu tư yêu cầu hoặc người thiết kế xét thấy cần thiết. Đối với mỗi tổ hợp tải trọng, mọi tải trọng được đưa vào tính toán và có liên quan đến cấu kiện được thiết kế bao gồm cả các hiệu ứng đáng kể do tác dụng của xoắn, phải được nhân với hệ số tải trọng tương ứng với hệ số làn lấy theo Điều 3.6.11.2 nếu có thể áp dụng. Kết quả được tổng hợp theo phương trình 1.3.2.1-1 và nhân với hệ số điều chỉnh tải trọng lấy theo Điều 1.3.2.

Các hệ số phải chọn sao cho gây ra tổng ứng lực tính toán cực hạn. Đối với mỗi tổ hợp tải trọng cả trị số cực hạn âm lẫn trị số cực hạn dương đều phải được xem xét.

Trong tổ hợp tải trọng nếu tác dụng của một tải trọng làm giảm tác dụng của một tải trọng khác thì phải lấy giá trị nhỏ nhất của tải trọng làm giảm giá trị tải trọng kia. Đối với tác động của tải trọng thường xuyên thì hệ số tải trọng gây ra tổ hợp bất lợi hơn phải được lựa chọn theo Bảng 2. Khi tải trọng thường xuyên làm tăng sự ổn định hoặc tăng năng lực chịu tải của một cấu kiện hoặc của toàn cầu thì trị số tối thiểu của hệ số tải trọng đối với tải trọng thường xuyên này cũng phải được xem xét.

Trị số lớn hơn của hai trị số quy định cho hệ số tải trọng TU, CR, SH sẽ được dùng để tính biến dạng, còn trị số nhỏ hơn dùng cho các tác động khác.

Khi đánh giá ổn định tổng thể của mái đất có móng hoặc không có móng đều cần khảo sát ở trạng thái giới hạn sử dụng dựa trên tổ hợp tải trọng sử dụng và một hệ số sức kháng phù hợp. Nếu không có các thông tin tốt hơn thì hệ số sức kháng f có thể lấy như sau:

· Khi các thông số địa kỹ thuật được xác định tốt và mái dốc không chống đỡ hoặc không chứa cấu kiện.............................................................................................................0,85

· Khi các thông số địa kỹ thuật dựa trên thông tin chưa đầy đủ hay chưa chính xác hoặc mái dốc có chứa hoặc chống đỡ một cấu kiện..................................................................0,65.

Đối với các kết cấu hộp dạng bản phù hợp với các quy định của Điều 12.9, hệ số hoạt tải đối với hoạt tải xe LL và IM lấy bằng 2,0.

Bảng 3.4.1-1- Tổ hợp và hệ số tải trọng

Ghi chú bảng 3.4.1-1:

1. Khi phải kiểm tra cầu dùng cho xe đặc biệt do Chủ đầu tư quy định hoặc xe có giấy phép thông qua cầu thì hệ số tải trọng của hoạt tải trong tổ hợp cường độ I có thể giảm xuống còn 1,35.

2. Các cầu có tỷ lệ tĩnh tải trên hoạt tải rất cao (tức là cầu nhịp lớn) cần kiểm tra tổ hợp không có hoạt tải, nhưng với hệ số tải trọng bằng 1,50 cho tất cả các kiện chịu tải trọng thường xuyên.

3. Đối với cầu vượt sông ở các trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái sử dụng phải xét đến hậu quả của những thay đổi về móng do lũ thiết kế xói cầu.

4. Đối với các cầu vượt sông, khi kiểm tra các hiệu ứng tải EQ, CT và CV ở trạng thái giới hạn đặc biệt thì tải trọng nước (WA) và chiều sâu xói có thể dựa trên lũ trung bình hàng năm. Tuy nhiên kết cấu phải được kiểm tra về về những hậu quả do các thay đổi do lũ, phải kiểm tra xói ở những trạng thái giới hạn đặc biệt với tải trọng nước tương ứng (WA) nhưng không có các tải trọng EQ, CT hoặc CV tác dụng.

5. Để kiểm tra chiều rộng vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực ở trạng thái giới hạn sử dụng, có thể giảm hệ số tải trọng của hoạt tải xuống 0,80.

6. Để kiểm tra kết cấu thép ở trạng thái giới hạn sử dụng thì hệ số tải trọng của hoạt tải phải tăng lên 1,30.

Bảng 3.4.1-2 - Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên, g_p

Hệ số tải trọng tính cho gradien nhiệt g_TG và lún g_SE cần được xác định trên cơ sở một đồ án cụ thể riêng. Nếu không có thông tin riêng có thể lấy g_TG bằng:

· 0,0 ở các trạng thái giới hạn cường độ và đặc biệt

· 1,0 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi không xét hoạt tải, và

· 0,50 ở trạng thái giới hạn sử dụng khi xét hoạt tải

Đối với cầu thi công phân đoạn, phải xem xét tổ hợp sau đây ở trạng thái giới hạn sử dụng:

DC + DW + EH + EV + ES + WA + CR + SH + TG + EL  (3.4.1-2)

3.4.2. HỆ SỐ TẢI TRỌNG DÙNG CHO TẢI TRỌNG THI CÔNG

Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng kết cấu và các phụ kiện không được lấy nhỏ hơn 1,25.

Trừ khi có quy định khác của Chủ đầu tư, hệ số tải trọng cho tải trọng thi công cho các thiết bị và các tác động xung kích không được lấy nhỏ hơn 1,5. Hệ số tải trọng gió không được lấy nhỏ hơn 1,25. Hệ số của các tải trọng khác phải lấy bằng 1,0.

3.4.3. HỆ SỐ TẢI TRỌNG DÙNG CHO LỰC KÍCH NÂNG HẠ KẾT CẤU NHỊP VÀ LỰC KÉO SAU ĐỐI VỚI CÁP DỰ ỨNG LỰC

3.4.3.1. Lực kích

Trừ khi có quy định khác của Chủ đầu tư, lực kích thiết kế trong khai thác không được nhỏ hơn 1,3 lần phản lực gối liền kề với điểm kích do tải trọng thường xuyên.

Khi kích dầm mà không ngừng giao thông thì lực kích còn phải xét đến phản lực do hoạt tải phù hợp với kế hoạch duy trì giao thông nhân với hệ số tải trọng đối với hoạt tải.

3.4.3.2. Lực đối với vùng neo kéo sau

Lực thiết kế đối với vùng neo kéo sau phải lấy bằng 1,2 lần lực kích lớn nhất.

3.5. TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN

3.5.1. TĨNH TẢI DC, DW VÀ EV

Tĩnh tải bao gồm trọng lượng của tất cả cấu kiện của kết cấu, phụ kiện và tiện ích công cộng kèm theo, trọng lượng đất phủ, trọng lượng mặt cầu, dự phòng phủ bù và mở rộng.

Khi không có đủ số liệu chính xác có thể lấy tỷ trọng như Bảng 1 để tính tĩnh tải

Bảng 3.5.1-1- Tỷ trọng

3.5.2. TẢI TRỌNG ĐẤT EH, ES VÀ DD

Áp lực đất, tải trọng phụ gia trên đất, tải trọng kéo xuống (ma sát âm) được xác định trong Điều 3.11.

3.6. HOẠT TẢI

3.6.1. TẢI TRỌNG TRỌNG LỰC: LL VÀ PL

3.6.1.1. Hoạt tải xe

3.6.1.1.1. Số làn xe thiết kế

Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây w là bề rộng khoảng trống của lòng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn, đơn vị là mm. Cần xét đến khả năng thay đổi trong tương lai về vật lý hoặc chức năng của bề rộng trống của lòng đường của cầu.

Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500 mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn giao thông và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thông.

Lòng đường rộng từ 6000 mm đến 7200 mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng lòng đường.

3.6.1.1.2. Hệ số làn xe

Những quy định của Điều này không được áp dụng cho trạng thái giới hạn mỏi, trong trường hợp đó chỉ dùng với một xe tải thiết kế, bất kể số làn xe thiết kế. Khi dùng hệ số phân phối gần đúng của 1 làn xe đơn như trong Điều 4.6.2.2. và 4.6.2.3, khác với quy tắc đòn bẩy và phương pháp tĩnh học, ứng lực phải được chia cho 1,20.

Ứng lực cực hạn của hoạt tải phải xác định bằng cách xét mỗi tổ hợp có thể của số làn chịu tải nhân với hệ số tương ứng trong Bảng 1.

Hệ số trong Bảng 3.6.1.1.2.1 không được áp dụng kết hợp với hệ số phân bố tải trọng gần đúng quy định trong Điều 4.6.2.2 và 4.6.2.3, trừ khi dùng quy tắc đòn bẩy hay khi có yêu cầu riêng cho dầm ngoài cùng trong cầu dầm- bản quy định trong Điều 6.2.2.2. d thì được áp dụng

Bảng 3.6.1.1.2.1- Hệ số làn “m”

3.6.1.2. Hoạt tải xe ô tô thiết kế

3.6.1.2.1. Tổng quát

Hoạt tải xe ô tô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 sẽ gồm một tổ hợp của:

· Xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế, và

· Tải trọng làn thiết kế

Trừ trường hợp được điều chỉnh trong Điều 3.6.1.3.1, mỗi làn thiết kế được xem xét phải được bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục chồng với tải trọng làn khi áp dụng được. Tải trọng được giả thiết chiếm 3000 mm theo chiều ngang trong một làn xe thiết kế.

3.6.1.2.2. Xe tải thiết kế

Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của xe tải thiết kế phải lấy theo Hình 3.6.1.2.2-1. Lực xung kích lấy theo Điều 3.6.2

Trừ quy định trong Điều 3.6.1.3.1 và 3.6.1.4.1, cự ly giữa 2 trục 145.000N phải thay đổi giữa 4300 và 9000 mm để gây ra ứng lực lớn nhất.

Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải trọng trục cho trong Hình 3.6.1.2.2-1 nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65.

Hình 3.6.1.2.2-1 - Đặc trưng của xe tải thiết kế

3.6.1.2.3. Xe hai trục thiết kế

Xe hai trục gồm một cặp trục 110.000N cách nhau 1200 mm. Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800 mm. Tải trọng động cho phép lấy theo Điều 3.6.2.

Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp V và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải trọng xe hai trục nói trên nhân với hệ số 0,50 hoặc 0,65.

3.6.1.2.4. Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9,3N/mm phân bố đều theo chiều dọc. Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000 mm. ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích.

3.6.1.2.5. Diện tích tiếp xúc của lốp xe

Diện tích tiếp xúc của lốp xe của một bánh xe có một hay hai lốp được giả thiết là một hình chữ nhật có chiều rộng là 510 mm và chiều dài tính bằng mm lấy như sau:

L = 2,28 x 10^-3 g (1 + lM/100)P        (3.6.1.2.5-1)

trong đó:

g = hệ số tải trọng

lM = lực xung kích tính bằng phần trăm

P = 72500 N cho xe tải thiết kế và 55000N cho xe hai trục thiết kế.

Áp lực lốp xe được giả thiết là phân bố đều trên diện tích tiếp xúc. Áp lực lốp xe giả thiết phân bố như sau:

· Trên bề mặt liên tục phân bố đều trên diện tích tiếp xúc quy định

· Trên bề mặt bị gián đoạn phân bố đều trên diện tích tiếp xúc thực tế trong phạm vi vết xe với áp suất tăng theo tỷ số của diện tích quy định trên diện tích tiếp xúc thực tế.

3.6.1.2.6. Phân bố tải trọng bánh xe qua đất đắp

Khi bề dày lớp đất đắp nhỏ hơn 600 mm thì có thể bỏ qua ảnh hưởng của đất đắp đến sự phân bố tải trọng bánh xe. Sự phân bố hoạt tải lên đỉnh cống có thể lấy theo quy định trong Điều 4.6.2.1 và 4.6.3.2 cho bản mặt cầu bắc song song với chiều xe chạy.

Thay cho việc phân tích chính xác hơn hoặc dùng các phương pháp gần đúng được chấp nhận khác về phân bố tải trọng được quy định trong Phần 12, khi bề dày đất đắp lớn hơn 600 mm, tải trọng bánh xe có thể được coi là phân bố đều trên một hình chữ nhật có cạnh lấy bằng kích thước vùng tiếp xúc của lốp quy định trong Điều 3.6.1.2.5 và tăng lên hoặc 1,15 lần bề dày lớp phủ bằng cấp phối chọn lọc, hoặc bằng bề dày lớp phủ trong các trường hợp khác. Phải áp dụng những quy định trong các Điều 3.6.1.1.2 và 3.6.1.3

Khi các vùng phân bố của nhiều bánh xe chập vào nhau thì tổng tải trọng phải được phân bố đều trên diện tích.

Đối với cống một nhịp khi chiều dày lớp đất đắp lơn hơn 2400 mm và lớn hơn chiều dài nhịp thì có thể bỏ qua tác dụng của hoạt tải; đối với cống nhiều nhịp có thể bỏ qua tác dụng của hoạt tải khi bề dày đất đắp lơn hơn khoảng cách giữa bề mặt của các tường đầu của cống.

Khi mô men trong bản bê tông do hoạt tải và lực xung kích dựa trên sự phân bố của tải trọng bánh xe qua đất đắp lớn hơn mô men do hoạt tải và lực xung kích được tính theo Điều 4.6.2.1 và 4.6.3.2 thì phải dùng mô men trong trường hợp sau.

3.6.1.3. Tác dụng của hoạt tải xe thiết kế

3.6.1.3.1. Tổng quát

· Trừ khi có quy định khác, ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau:

· Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế, hoặc

· Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi như trong Điều 3.6.1.2.2 tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, và

· Đối với mô men âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15000 mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế; khoảng cách giữa các trục 145kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300 mm.

Các trục bánh xe không gây ra ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua.

Cả tải trọng làn và vị trí của bề rộng 3000 mm của mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất. Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:

· Khi thiết kế bản hẫng: 300 mm tính từ mép đá vỉa hay lan can

· Khi thiết kế các bộ phận khác: 600 mm tính từ mép làn xe thiết kế.

Trừ khi có quy định khác, chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó mà gây ra ứng lực lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế.

3.6.1.3.2. Chất tải để đánh giá độ võng do hoạt tải tùy ý

Nếu Chủ đầu tư yêu cầu tiêu chuẩn độ võng do hoạt tải tùy ý theo Điều 2.5.2.6.2 thì độ võng cần lấy theo trị số lớn hơn của:

· Kết quả tính toán do chỉ một mình xe tải thiết kế, hoặc

· Kết quả tính toán của 25% xe tải thiết kế cùng với tải trọng làn thiết kế.

3.6.1.3.3. Tải trọng thiết kế dùng cho mặt cầu, hệ mặt cầu và bản đỉnh của cống hộp

Những quy định trong điều này không được áp dụng cho mặt cầu được thiết kế theo quy định của Điều 9.7.2, phương pháp thiết kế theo kinh nghiệm.

Khi bản mặt cầu và bản nắp của cống hộp được thiết kế theo phương pháp dải gần đúng theo Điều 4.6.2.1 thì các ứng lực phải được xác định trên cơ sở sau:

· Khi các dải cơ bản là ngang và nhịp không vượt quá 4600 mm- các dải ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145000 N.

· Khi các dải cơ bản là ngang và nhịp vượt quá 4600 mm - các dải ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145.000 N và tải trọng làn.

· Khi các dải cơ bản là dọc - các dải ngang phải được thiết kế theo tất cả các tải trọng quy định trong Điều 3.6.1.2 bao gồm cả tải trọng làn.

Khi dùng phương pháp tính chính xác phải xét tất cả tải trọng quy định trong Điều 3.6.1.2 bao gồm cả tải trọng làn.

Các kiểu kết cấu kể cả cầu bản phải được thiết kế với tất cả hoạt tải quy định trong Điều 3.6.1.2 bao gồm tải trọng làn.

Tải trọng bánh xe phải được giả thiết là bằng nhau trong phạm vi một đơn vị trục xe và sự tăng tải trọng bánh xe do các lực ly tâm và lực hãm không cần đưa vào tính toán bản mặt cầu.

3.6.1.3.4. Tải trọng trên bản hẫng

Khi thiết kế bản mặt cầu hẫng có chiều dài hẫng không quá 1800 mm tính từ trục tim của dầm ngoài cùng đến mặt của lan can bằng bê tông liên tục về kết cấu, tải trọng bánh xe dãy ngoài cùng có thể được thay bằng một tải trọng tuyến phân bố đều với cường độ 14,6N/mm đặt cách bề mặt lan can 300 mm.

Tải trọng ngang trên bản hẫng do lực va của xe với rào chắn phải phù hợp với quy định của Phần 13.

3.6.1.4. Tải trọng mỏi

3.6.1.4.1. Độ lớn và dạng

Tải trọng tính mỏi là một xe tải thiết kế hoặc là các trục của nó được quy định trong Điều 3.6.1.2.2 nhưng với một khoảng cách không đổi là 9000 mm giữa các trục 145.000N.

Lực xung kích quy định trong Điều 3.6.2 phải được áp dụng cho tải trọng tính mỏi.

3.6.1.4.2. Tần số

Tần số của tải trọng mỏi phải được lấy theo lưu lượng xe tải trung bình ngày của làn xe đơn (ADTTSL).

Tần số này phải được áp dụng cho tất cả các cấu kiện của cầu, dù cho chúng nằm dưới làn xe có số xe tải ít hơn.

Khi thiếu các thông tin tốt hơn thì ADTT của làn xe đơn phải lấy như sau:

ADTT_SL = p x ADTT           (3.6.1.4.2-1)

trong đó:

ADTT = số xe tải/ngày theo một chiều tính trung bình trong tuổi thọ thiết kế;

ADTT_SL = số xe tải/ngày trong một làn xe đơn tính trung bình trong tuổi thọ thiết kế;

p = lấy theo Bảng 3.6.1.4.2-1.

Bảng 3.6.1.4.2 -1 - Phân số xe tải trong một làn xe đơn, p

3.6.1.3.2. Phân bố tải trọng khi tính mỏi

3.6.1.4.3a. Các phương pháp chính xác

Khi cầu được tính toán theo bất kỳ phương pháp chính xác nào được quy định trong Điều 4.6.3 thì một xe tải đơn chiếc phải được bố trí theo chiều ngang và chiều dọc sao cho phạm vi ứng suất trong chi tiết đang xét là lớn nhất, bất kể vị trí dòng xe hay làn xe thiết kế trên mặt cầu.

3.6.1.4.3b. Các phương pháp gần đúng

Khi cầu được tính toán theo sự phân bố gần đúng của tải trọng như quy định trong Điều 4.6.2 phải sử dụng hệ số phân bố cho một làn xe.

3.6.1.3. Tải trọng bộ hành

Đối với tất cả đường bộ hành rộng hơn 600m phải lấy tải trọng người đi bộ bằng 3x10^-3 MPa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế.

Đối với cầu chỉ dành cho người đi bộ và/hoặc đi xe đạp phải thiết kế với hoạt tải là 4x10^-3 MPa.

Khi đường bộ hành, cầu cho người đi bộ và cầu đi xe đạp có dụng ý dùng xe bảo dưỡng và/hoặc xe ngẫu nhiên thì các tải trọng này phải được xét trong thiết kế. Lực xung kích của các loại xe này không cần phải xét.

3.6.2. LỰC XUNG KÍCH: IM

3.6.2.1. Tổng quát

Trừ trường hợp cho phép trong Điều 3.6.2.2, tác động tĩnh học của xe tải hay xe hai trục thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỷ lệ phần trăm được quy định trong bảng 3.6.2.1. -1 cho lực xung kích.

Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh được lấy bằng: (1 + IM/100)

Lực xung kích không được áp dụng cho tải trọng bộ hành hoặc tải trọng làn thiết kế.

Bảng 3.6.2.1-1- Lực xung kích IM

Tác động của lực xung kích đối với các cấu kiện vùi trong đất như trong Phần 12 phải lấy theo Điều 3.6.2.2.

Không cần xét lực xung kích đối với:

· Tường chắn không chịu phản lực thẳng đứng từ kết cấu phần trên

· Thành phần móng nằm hoàn toàn dưới mặt đất

Lực xung kích có thể được chiết giảm cho các cấu kiện trừ mối nối, nếu đã kiểm tra đủ căn cứ theo các quy định của Điều 4.7.2.1

3.6.2.2. Cấu kiện vùi

Lực xung kích tính bằng phần trăm đối với cống và các cấu kiện vùi trong đất nêu trong Phần 12 phải lấy như sau:

IM = 33(1,0 - 4,1x10^-4 D_E) ³ 0%                 (3.6.2.2-1)

trong đó:

D_E = chiều dày tối thiểu của lớp đất phủ phía trên kết cấu (mm)

3.6.3. LỰC LY TÂM: CE

Lực ly tâm được lấy bằng tích số của các trọng lượng trục của xe tải hay xe hai trục với hệ số C lấy như sau;

C =                     (3.6.3-1)

trong đó:

v = tốc độ thiết kế đường ô tô (m/s);

g = gia tốc trọng lực 9,807 (m/s²)

R = bán kính cong của làn xe (m)

Tốc độ thiết kế đường bộ không lấy nhỏ hơn trị số quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế đường bộ.

Phải áp dụng hệ số làn quy định trong Điều 3.6.1.1.2

Lực ly tâm tác dụng theo phương nằm ngang cách phía trên mặt đường 1800 mm

3.6.4. LỰC HÃM: BR

Lực hãm được lấy bằng 25% của trọng lượng các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải theo Điều 3.6.1.1.1 và coi như đi cùng một chiều. Các lực này được coi là tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên mặt đường 1.800 mm theo cả hai chiều dọc để gây ra ứng lực lớn nhất. Tất cả các làn thiết kế phải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đi cùng một chiều trong tương lai.

Phải áp dụng hệ số làn quy định trong Điều 3.6.1.1.2

3.6.5. LỰC VA CỦA XE: CT

3.6.5.1. Bảo vệ kết cấu

Những quy định trong Điều 3.6.5.2 không cần tuân thủ nếu công trình được bảo vệ bởi:

· Nền đắp;

· Kết cấu rào chắn độc lập cao 1370 mm chịu được va, chôn trong đất, đặt trong phạm vi cách bộ phận cần được bảo vệ 3000 mm; hoặc

· Rào chắn cao 1070 mm đặt cách bộ phận cần bảo vệ hơn 3000 mm.

Để đánh giá sự miễn trừ này, rào chắn phải tương đương về cấu tạo và hình học với mức ngăn chặn L3 quy định trong Phần 13.

3.6.5.2. Xe cộ và tàu hỏa va vào kết cấu

Trừ khi được bảo vệ như quy định trong Điều 3.6.5.1, mố trụ đặt trong phạm vi cách mép lòng đường bộ 9000 mm hay trong phạm vi 15000 mm đến tim đường sắt đều phải thiết kế cho một lực tĩnh tương đương là 1.800.000N tác dụng ở bất kỳ hướng nào trong mặt phẳng nằm ngang, cách mặt đất 1200 mm.

Phải áp dụng các quy định của Điều 2.3.2.2.1

3.6.5.3. Xe cộ va vào rào chắn

Phải áp dụng các quy định Phần 13.

3.7. TẢI TRỌNG NƯỚC: WA

3.7.1. ÁP LỰC TĨNH

Áp lực tĩnh của nước được giả thiết là tác động thẳng góc với mặt cản nước. Áp lực được tính toán bằng tích của chiều cao mặt nước phía trên điểm đang tính nhân với tỷ trọng của nước và gia tốc trọng trường.

Mực nước thiết kế trong trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng phải tương ứng với mức lũ thiết kế cho xói. Mực nước thiết kế cho trạng thái giới hạn đặc biệt phải tương ứng với mức lũ kiểm tra xói trừ trường hợp được ghi trong Ghi chú 4 của Bảng 3.4.1-1.

3.7.2. LỰC ĐẨY NỔI

Lực đẩy nổi của nước là một lực đẩy hướng lên trên được lấy bằng tổng của các thành phần thẳng đứng của áp lực tĩnh được xác định trong Điều 3.7.1, tác dụng lên tất cả các bộ phận nằm dưới mức nước thiết kế.

3.7.3. ÁP LỰC DÒNG CHẢY

3.7.3.1. Theo chiều dọc

Áp lực nước chảy tác dụng theo chiều dọc của kết cấu phần dưới phải được tính theo công thức:

p = 5,14 x 10^-4 C_D V²                                       (3.7.3.1-1)

trong đó:

p = áp lực của nước chảy (MPa)

C_D = hệ số cản của trụ lấy theo Bảng 3.7.3.1-1

V = vận tốc nước thiết kế tính theo lũ thiết kế cho xói ở trạng thái giới hạn cường độ và sử dụng và theo lũ kiểm tra xói khi tính theo trạng thái giới hạn đặc biệt (trừ trường hợp được ghi trong Ghi chú 4 ở Bảng 3.4.1-1) (m/s)

Bảng 3.7.3.1-1- Hệ số cản

Lực cản dọc được tính bằng tích của áp lực dòng chảy dọc nhân với hình chiếu của diện tích mặt hứng của trụ.

3.7.3.2. Theo chiều ngang

áp lực ngang phân bố đều trên kết cấu phần dưới do dòng chảy lệch với chiều dọc của trụ một góc q được lấy bằng:

p = 5,14 x 10^-4 C_L V₂                              (3.7.3.2-1)

trong đó:

p = áp lực theo chiều ngang (MPa)

C_L = hệ số cản theo chiều ngang lấy theo Bảng 3.7.3.2-1

Hình 3.7.3.2-1 - Mặt bằng trụ thể hiện áp lực dòng chảy

Bảng 3.7.3.2-1- Hệ số cản theo chiều ngang

Lực cản ngang được tính bằng tích của áp lực dòng chảy theo chiều ngang nhân với diện tích lộ ra của kết cấu.

3.7.4. TẢI TRỌNG SÓNG

Tác dụng của sóng lên kết cấu được xét cho những kết cấu lộ ra khi sự phát triển của lực sóng lớn có thể xuất hiện.

3.7.5. SỰ BIẾN ĐỔI TRONG MÓNG DO TÁC DỤNG CỦA TRẠNG THÁI GIỚI HẠN XÓI

Phải áp dụng những quy định trong Điều 2.6.4.4

Những hậu quả của sự thay đổi điều kiện của móng do tác dụng của lũ thiết kế cho xói phải được xét đến ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng. Nhưng hậu quả của sự thay đổi điều kiện của móng do tác dụng của lũ kiểm tra xói cầu phải được xét đến ở trạng thái giới hạn đặc biệt, trừ trường hợp được ghi trong Ghi chú 4 Bảng 3.4.1-1.

3.8. TẢI TRỌNG GIÓ: WL VÀ WS

3.8.1. TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

3.8.1.1. Tổng quát

Mục này quy định các tải trọng gió nằm ngang tác dụng vào các công trình cầu thông thường. Đối với các kết cấu nhịp lớn hay kết cấu nhạy cảm đối gió như cầu treo dây võng, cầu dây xiên cần có những khảo sát, nghiên cứu đặc biệt về môi trường khí hậu đối với gió và thí nghiệm trong các tuynen gió để xác định các tác động của gió trong thiết kế. Ngoài ra, phải xem xét trạng thái làm việc khí động học của các kết cấu đó theo các yêu cầu của Điều 3.8.3.

Tốc độ gió thiết kế, V, phải được xác định theo công thức:

V = V_B S           (3.8.1.1-1)

trong đó:

V_B = tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu, như quy định trong Bảng 3.8.1.1-1.

S = hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định trong bảng 3.8.1.1-2.

Bảng 3.8.1.1-1- Các giá trị của VB cho các vùng tính gió ở Việt Nam

Để tính gió trong quá trình lắp ráp, có thể nhân các giá trị V_B trong Bảng trên với hệ số 0,85.

Bảng 3.8.1.1-2 - Các giá trị của S

3.8.1.2. Tải trọng gió tác động lên công trình: WS

3.8.1.2.1. Tải trọng gió ngang

Tải trọng gió ngang P_D phải được lấy theo phương tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng tâm của các phần diện tích thích hợp, và được tính như sau:

P_D = 0,0006 V² A_t C_d ³ 1,8 A_t (kN)           (3.8.1.2.1 -1)

trong đó:

V = tốc độ gió thiết kế xác định theo phương trình 3.8.1.1 -1 (m/s)

A_t = diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m²)

C_d = hệ số cản được quy định trong Hình 3.8.1.2.1-1

Diện tích kết cấu hay cấu kiện đang xét phải là diện tích đặc chiếu lên mặt trước vuông góc, trong trạng thái không có hoạt tải tác dụng, với các điều kiện sau đây:

· Đối với kết cấu phần trên (KCPT) có lan can đặc, diện tích KCPT phải bao gồm diện tích của lan can đặc hứng gió, không cần xét ảnh hưởng của lan can không hứng gió.

· Đối với kết cấu phần trên có lan can hở, tải trọng toàn bộ phải lấy bằng tổng tải trọng tác dụng lên kết cấu phần trên, khi đó phải xét lan can hứng và không hứng gió riêng rẽ từng loại. Nếu không che chắn.

· Đối với kết cấu nhịp kiểu dàn, lực gió sẽ được tính toán cho từng bộ phận một cách riêng rẽ cả nơi hướng gió và nơi khuất gió, mà không xét phần bao bọc.

· Đối với các trụ, không xét mặt che chắn.

Hệ số cản C_d phải tính theo các phương pháp sau:

· Đối với KCPT có mặt trước đặc, khi kết cấu quy đổi có các mép cạnh dốc đứng và không có góc vuốt đáy đáng kể về khí động phải lấy C_d theo Hình 3.8.1.2.-1, trong đó:

b = Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can (mm)

d = Chiều cao KCPT bao gồm cá lan can đặc nếu có (mm)

· Đối với KCPT giàn, lan can và kết cấu phần dưới phải lấy lực gió đối với từng cấu kiện với các giá trị C_d theo Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 Bảng 6 hoặc theo tài liệu khác được Chủ đầu tư duyệt.

· Đối với mọi KCPT khác, phải xác định C_d trong hầm thí nghiệm gió.

Hình 3.8.1.2.1.1 - Hệ số cản C_d dùng cho kết cấu phần trên có mặt hứng gió đặc

Ghi chú dùng cho hình 3.8.1.2.1 -1:

1. Các giá trị cho trong hình dựa trên giả thiết là mặt hứng gió thẳng đứng và gió tác dụng nằm ngang.

2. Nếu mặt hứng gió xiên so với mặt thẳng đứng, hệ số cản C_d có thể được giảm 0.5% cứ mỗi độ xiên so với mặt đường và tối đa được giảm 30%.

3. Nếu mặt hứng gió có cả phần đứng lẫn phần dốc hoặc 2 phần dốc nghiêng với góc khác nhau, tải trọng gió phải lấy như sau:

a) Hệ số cản cơ bản C_d tính với chiều cao toàn bộ kết cấu

b) Đối với từng mặt đứng hệ số cản cơ bản tính trên được giảm theo ghi chú 2.

c) Tính tải trọng gió tổng cộng bằng cách dùng hệ số cản thích hợp cho các diện tương ứng.

4. Nếu kết cấu phần trên được nâng cao, phải lấy C_d tăng lên 3% cho mỗi độ nghiêng so với đường nằm ngang, nhưng không quá 25%.

5. Nêu kết cấu phần trên chịu gió xiên không quá 50 so với hướng nằm ngang, phải tăng C_d lên 15%. Nếu góc xiên vượt 5^o phải chia hệ số cản cho một hệ số theo thí nghiệm.

6. Nếu kết cấu phần trên được nâng cao đồng thời chịu gió xiên, phải lấy hệ số cản theo kết quả khảo sát đặc biệt.

3.8.1.2.2. Tải trọng gió dọc

Đối với mố, trụ, kết cấu phần trên (KCPT) là giàn hay các dạng kết cấu khác có một bề mặt cản gió lớn song song với tim dọc của kết cấu thì phải xét tải trọng gió dọc. Phải tính tải trọng gió dọc theo cách tương tự với tải trọng gió ngang theo Điều 3.8.1.2.1.

Đối với KCPT có mặt trước đặc, tải trọng gió lấy bằng 0.25 lần tải trọng gió ngang theo Điều 3.8.1.2.1.

Các tải trọng gió dọc và ngang phải cho tác dụng trong từng trường hợp đặt tải riêng rẽ, nếu thấy thích hợp thì kết cấu phải kiểm toán bằng hợp lực của gió xét đến ảnh hưởng của các góc hướng gió trung gian (không vuông góc).

3.8.1.3. Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ: WL

Khi xét tổ hợp tải trọng Cường Độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào cả kết cấu và xe cộ. Phải biểu thị tải trọng ngang của gió lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 1.5 kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800 mm so với mặt đường. Phải biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0.75 kN/m tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800 mm so với mặt đường. Phải truyền tải trọng cho kết cấu ở mỗi trường hợp.

Phải đặt tải lực gió ngang và dọc lên xe cộ cho từng trường hợp đặt tải riêng rẽ, nếu thích hợp, phải kiểm toán kết cấu bằng hợp lực gió có xét ảnh hưởng của các góc hướng gió trung gian.

3.8.2. TẢI TRỌNG GIÓ THẲNG ĐỨNG

Phải lấy tải trọng gió thẳng đứng P_v tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theo công thức:

P_v = 0.00045 V² A_v (kN)  (3.8.2-1)

trong đó:

V = tốc độ gió thiết kế được xác định theo phương trình 3.8.1.1-1 (m/s)

A_v = diện tích phẳng của mặt cầu hay câu kiện dùng để tính tải trọng gió thẳng đứng (m²).

Chỉ tính tải trọng này cho các trạng thái giới hạn không liên quan đến gió lên hoạt tải, và chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu. Phải đặt tải lực gió thẳng đứng cùng với lực gió nằm ngang quy định theo Điều 3.8.1.

Có thể dùng phương trình 1 với điều kiện góc nghiêng của gió tác dụng vào kết cấu ít hơn 5^o; nếu vượt quá 5^o, hệ số “nâng bốc” phải được xác định bằng thí nghiệm.

3.8.3. MẤT ỔN ĐỊNH ĐÀN HỒI KHÍ ĐỘNG

3.8.3.1. Tổng quát

Hiệu ứng lực đàn hồi khí động phải được xét trong thiết kế các cầu và các bộ phận có khả năng nhạy cảm với gió. Các cầu và các bộ phận kết cấu của nó có tỷ lệ giữa chiều dài nhịp và chiều rộng hoặc chiều dày vượt quá 30 được coi là nhạy cảm với gió.

Dao động của dây cáp do cộng tác dụng của gió và mưa cũng phải được xét.

3.8.3.2. Hiện tượng đàn hồi khí

Phải xét hiện tượng đàn hồi khí của các kích thích do gió xoáy, rung giật, rung chao đảo hay rung lệch tăng dần khi phù hợp.

3.8.3.3. Kiểm tra đáp ứng động

Cầu và các bộ phận kết cấu của nó bao gồm cả dây cáp phải được thiết kế bảo đảm không bị hỏng do mỏi dưới tác dụng của dao động do gió xoáy hoặc giật. Cầu phải được thiết kế bảo đảm không bị xoắn vặn và chịu được dao động ngang gây thảm họa khi có gió với vận tốc lớn hơn 1,2 lần vận tốc thiết kế có thể tác động đến chiều cao mặt cầu.

3.8.3.4. Thí nghiệm trong hầm gió

Có thể dùng các thí nghiệm trong hầm gió tiêu biểu để thỏa mãn các yêu cầu của các Điều 3.8.3.2 và 3.8.3.3.

3.9. VỀ TẢI TRỌNG BĂNG TUYẾT, KHÔNG BIÊN SOẠN

3.10. HIỆU ỨNG ĐỘNG ĐẤT: EQ

3.10.1. TỔNG QUÁT

Tải trọng động đất phải được lấy bằng một ứng lực nằm ngang được xác định phù hợp với các quy định của Điều 4.7.4 trên cơ sở hệ số ứng xử đàn hồi Csm được quy định trong Điều 3.10.6 và trọng lượng tương đương của kết cấu phần trên và được chỉnh lý bằng hệ số điều chỉnh ứng xử quy định trong Điều 3.10.7.1

Những quy định ở đây được áp dụng với kết cấu phần trên dạng bản, dầm tổ hợp, dầm hộp và giàn thông thường với nhịp không vượt quá 150.000 mm. Đối với những kết cấu khác và cầu với chiều dài nhịp vượt quá 150.000 mm thì Chủ đầu tư phải xác định hoặc chấp nhận những quy định thích hợp. Trừ khi có quy định khác của Chủ đầu tư, các quy định này không áp dụng cho những công trình hoàn toàn bị vùi.

Đối với cống hộp và công trình bị vùi không cần xét hiệu ứng động đất trừ trường hợp công trình đi qua vùng đứt gẫy đang hoạt động.

Phải xét đến khả năng đất bị hóa lỏng và các dốc trượt.

3.10.2. HỆ SỐ GIA TỐC

Khi áp dụng các quy định này hệ số “A” phải được xác định từ bản đồ phân vùng chấn động trong hình 1 và bảng 3.10.4.1 đẳng trị trong Hình 1.

Phải tiến hành những nghiên cứu riêng do chuyên gia giỏi thực hiện để xác định các hệ số gia tốc riêng theo vị trí và kết cấu nếu tồn tại bất kỳ một điều kiện nào dưới đây:

· Vị trí ở gần một đứt gãy đang hoạt động.

· Có thể có những động đất kéo dài trong vùng.

· Do tầm quan trọng của cầu cần xét đến một chu kỳ phô ra dài hơn (tức chu kỳ tái xuất hiện).

Tác động của các điều kiện đất tại chỗ được xét trong Điều 3.10.5.

Hình 3.10.2-1- Các hệ số gia tốc

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

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 Bảng 1 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

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

· 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 C_sm cho dạng thức dao động thứ m được lấy theo:

trong đó:

T_m = 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 C_sm phải lấy theo:

C_sm = A (0,8 + 4,0 T_m)                (3.10.6.2-1)

Nếu chu kỳ dao động của một kiểu bất kỳ lớn hơn 4,0 giây thì trị số C_sm của kiểu đó phải lấy theo:

3.10.7. HỆ SỐ ĐIỀU CHỈNH ĐÁP ỨNG

3.10.7.1. Tổng quát

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

Bảng 3.10.7.1-2 - Hệ số điều chỉnh ứng xử R - Các liên kết

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

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.

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

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 chịu 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 cứu 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 thủy tĩnh phải được bổ sung vào áp lực đất.

Trong trường hợp phía sau tường có thể đọng thành vũng thì tường phải được thiết kế để chịu 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 khuếch đại của áp lực đất chủ động 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:

p = k_h g_s gz (x10^-9)                      (3.11.5.1 -1)

trong đó:

p = áp lực đất cơ bản (MPa)

k_h = hệ số áp lực ngang của đất lấy bằng k_o trong Điều 3.11.5.2 đối với tường không uốn cong hay dịch chuyển, hoặc k_a 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.

g_s = tỷ trọng của đất (kg/m³)

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), k_o

Đối với đất được cố kết bình thường hệ số áp lực đất ngang tĩnh lấy như sau:

k_o = 1 - sinj_f                                    (3.11.5.2 - 1)

trong đó:

j_f = gốc ma sát của đất thoát nước

k_o = 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:

k_o = (1 - sinj_f) (OCR)^sinj_t    (3.11.5.2 - 2)

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

3.11.5.3. Hệ số áp lực chủ động ka

Trị số của hệ số áp lực chủ động có thể lấy bằng:

trong đó:

d = góc ma sát giữa đất đắp và tường lấy như quy định trong Bảng 1 (độ)

b = góc của đất đắp với phương nằm ngang như trong Hình 1 (độ)

q = góc của đất đắp sau tường với phương thẳng đứng như trong Hình 1 (độ)

j = góc nội ma sát hữu hiệu (độ)

Đối với các điều kiện khác với miêu tả trong Hình 1, áp lực đất chủ động có thể tính bằng phương pháp thử dựa theo lý thuyết lăng thể trượt.

Hình 3.11.5.3-1. Chú giải Coulomb về áp lực đất

Bảng 3.11.5.3-1 - Góc ma sát của các loại vật liệu khác nhau

3.11.5.4. Hệ số áp lực bị động, k_p

Đối với đất không dính giá trị của hệ số áp lực bị động có thể lấy từ Hình 1 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 Hình 1 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, j.

Đối với đất dính áp lực bị động có thể xác định theo:

trong đó:

p_p = áp lực đất bị động (MPa)

g_s = tỷ trọng của đất (kg/m³)

z = độ sâu tính từ mặt đất

c = độ dính đơn vị (MPa)

k_p = hệ số áp lực bị động lấy theo Hình 1 và 2 khi thích hợp.

Hình 3.11.5.4-1- Cách tính áp lực đất bị động đối với tường nghiêng nền đắp bằng

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 thỏa 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:

p = g_eq g Z (x 10^-9)                      (3.11.5.5-1)

trong đó

g_eq = tỷ trọng chất lỏng tương đương của đất, không nhỏ hơn 480(kg/m³)

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:

D = 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:

P_v = P_h tan I                  (3.11.5.5-2)

trong đó:

P_h = 0,5g_eq gH² (x 10^-9)    (3.11.5.5-3)

Bảng 3.11.5.5-1- Giá trị điển hình của tỷ trọng chất lỏng tương đương của đất

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.

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:

P_a = 0,65 x 10^-9 k_a g‘_s gH²                       (3.11.5.6-1)

trong đó:

H = chiều cao cuối cùng của tường (mm)

k_a = hệ số áp lực đất chủ động = tan² (45^o - jf/2)

g‘_s = tỷ trọng hữu hiệu của đất (kg/m³)

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:

P_a = 0,5 x 10^-9 g_s g h² k_a                           (3.11.5.7-1)

trong đó:

P_a = hợp lực trên đơn vị chiều rộng (N/mm)

g_s = tỷ trọng đất đắp (kg/m³)

h = chiều cao giả định của sơ đồ áp lực đất ngang lấy theo các Hình 1, 2 và 3 (mm)

k_a = hệ số áp lực chủ động như quy định trong Điều 3.11.5.3, với góc taluy đất đắp b lấy theo quy định trong Hình 2 và 3 và góc d lấy bằng 0,0.

Hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ k_o để xác định an toàn chống phá hỏng kết cấu có thể lấy như sau:

k_o = 1 - sin j_f                                  (3.11.5.7-2)

Hình 3.11.5.7-1 - Phân bố áp lực đất trên tường MSE với mặt đất đắp nằm ngang

Hình 3.11.5.7-2 - Phân bố áp lực đất trên tường MSE với mặt đất đắp dốc

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

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:

D_p = k_s q_s          (3.11.6.1-1)

trong đó:

D_p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của tải trọng chất thêm phân bố đều (MPa)

k_s = hệ số áp lực đất do tác dụng của tải trọng chất thêm

q_s = hoạt tải tác dụng lớn nhất (MPa)

Đối với áp lực đất chủ động k_s phải lấy bằng k_a, với áp lực đất tĩnh k_s phải lấy bằng k_o. 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 D_ph, tính bằng MPa, do dải tải trọng phân bố đều song song với tường có thể lấy bằng:

ở đây:

p = cường độ tải trọng (MPa)

a = góc được quy định trong Hình 1 (RAD)

d = góc được quy định trong Hình 1 (RAD)

Hình 3.11.6.1-1 - áp lực ngang trên tường do dải tải trọng phân bố đều

Phân bố áp lực ngang D ph lên tường, tính bằng MPa, do dải tải trọng tập trung có thể lấy bằng:

ở đây:

P = tải trọng (N)

R = cự ly tia từ điểm tác động của p (ÁP LỰC) 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)

Hình 3.11.6.1-2 - áp lực ngang lên tường do một tải trọng tập trung

Áp lực ngang D_ph, tính bằng MPa, do một tải trọng tuyến dài vô hạn song song với tường có thể lấy bằng:

ở đây:

Q = cường độ tải trọng N/mm

và các ký hiệu khác như xác định ở trên và trong Hình 3

Hình 3.11.6.1-3 - Áp lực ngang lên tường do một tải trọng tuyến dài vô hạn song song với tường

Phân bố áp lực ngang lên tường D_ph, tính bằng MPa, do một tải trọng tuyến dài hữu hạn thẳng góc với tường có thể lấy bằng:

trong đó:

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)

Hình 3.11.6.1- 4 - áp lực ngang lên tường gây ra bởi tải trọng tuyến tính có hạn thẳng góc với tường

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 ô tô 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 ô tô thì chủ 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:

D_p = k g_s g h_eq (x 10^-9)                 (3.11.6.2-1)

trong đó:

D_p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của hoạt tải chất thêm phân bố đều (MPa)

g_s = tỷ trọng của đất (kg/m³)

k = hệ số áp lực đất

h_eq = chiều cao đất tương đương với xe tải thiết kế (mm).

Chiều cao đất tương đương cho tải trọng đường ô tô, 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

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

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 Bảng 1. 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 100 mm đối với sàn cầu bê tông và 40 mm 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

* Ghi chú: Đối với các địa điểm ở phía bắc vĩ độ 16^o B và ở độ cao cao hơn mặt biển trên 700m nhiệt độ thấp nhất trong bảng phải trừ bớt 5^o C.

3.12.2.2. Nhiệt độ lắp đặt

Nhiệt độ lắp đặt cầu hay bộ phận của cầu được 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 0^oC đến 45^oC ở phía bắc vĩ độ 16^oB (đèo Hải Vân) và + 5^oC đến 45^oC ở phía nam vĩ độ 16^oB. 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).

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.

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

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

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 các kết 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 thủy 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 thủy;

· Các vận tốc điển hình của tàu khi di chuyển trên đường thủy 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.

Bảng 3.14.2-1 -Tàu thiết kế cho các cấp đường sông

Bảng 3.14.2-2 - Kích thước tàu thiết kế

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 600 mm 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:

V_S = 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

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.

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:

KE = 500 C_HMV²                       (3.14.4-1)

trong đó:

KE = năng lượng va tàu (joule)

M = lượng rẽ nước của tàu (Mg)

C_H = 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 C_H phải lấy theo:

· Nếu tịnh không dưới sống tàu vượt quá 0,5 lần mớn nước:

C_H = 1,05          (3.14.4-2)

· Nếu tịnh không dưới sống tàu ít hơn 0,1 lần mớn nước:

C_H = 1,25          (3.14.4-3)

Giá trị của C_H 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:

trong đó:

P_s = 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:

trong đó:

a_s = chiều dài hư hỏng của mũi tàu (mm)

KE = năng lượng va của tàu (joule)

P_s = 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:

P_BH = R_BH P_S                                   (3.14.6-1)

trong đó:

a_s = chiều dài hư hỏng của mũi tàu (mm)

KE = năng lượng va của tàu (joule)

P_s = 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:

P_BH = R_BHP_s                   (3.14.7.1-1)

trong đó:

P_BH = lực va của mũi tàu lên kết cấu phần trên bị lộ (N)

R_BH = tỷ số của chiều cao kết cấu phần trên bị lộ trên tổng chiều cao mũi tàu

P_s = 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:

P_DH = R_DHP_s                                     (3.14.7.2-1)

trong đó:

P_DH = lực va của ca bin tàu (N)

R_DH = hệ số chiết giảm được xác định ở đây

P_s = lực va của tàu như quy định trong phương trình 3.14.5.1 (N)

Đối với tàu vượt quá 100 000 DWT, R_DH phải lấy bằng 0,10. Đối với tàu nhỏ hơn 100 000 DWT thì hệ số chiết giảm phải lấy theo:

3.14.7.3. Va với cột tàu

Lực va của cột tàu với kết cấu phần trên phải được lấy theo:

P_MT = 0,10 P_DH                             (3.14.7.3-1)

trong đó:

P_MT = lực va của cột tàu (N)

P_DH = lực va của ca bin tàu quy định trong Phương trình 3.14.7.2-1 (N)

3.14.8. LỰC VA CỦA XÀ LAN VÀO TRỤ

Lực va N vào trụ do xà lan sông phải được lấy như sau:

· Nếu a_B < 100 mm thì:

P_B = 6,0 x 10⁴ a_B                                                (3.14.8-1)

· Nếu a_B ³ 100 mm thì:

P_B = 6,0 x 10⁶ + 1600 a_B                          (3.14.8-2)

trong đó:

P_B = lực va tĩnh tương đương của xà lan (N)

a_B = 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 XÀ LAN

Chiều dài bị hư hỏng theo đường nằm ngang của mũi xà lan sông phải được lấy theo:

trong đó:

a_B = 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

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 xà 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 xà lan, lực va cục bộ được coi như một tải trọng tuyến thẳng đứng phân bố đều trên mũi xà lan như trong Hình 3.

Hình 3.14.11.1-1 - Lực va tập trung của tàu lên trụ

Hình 3.14.11.1-2 - Tải trọng va tàu dạng tuyến lên trụ

Hình 3.14.11.1-3 - Lực va của xà 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.

Phần 4 –

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU

4.1. PHẠM VI

Phần này mô tả các phương pháp phân tích thích hợp để thiết kế và đánh giá các loại cầu, nhưng chỉ giới hạn trong việc mô hình hóa kết cấu và xác định tác động của lực (hiệu ứng lực).

Cũng có thể sử dụng các phương pháp phân tích khác dựa trên các tính chất vật liệu được đưa ra trong các tài liệu và thỏa mãn điều kiện cân bằng và tính tương hợp.

Nhìn chung, các kết cấu cầu được phân tích trên cơ sở tính đàn hồi. Tuy nhiên, phần này cho phép phân tích không đàn hồi hoặc phân bố lại hiệu ứng lực trong một số kết cấu nhịp dầm liên tục. Nó quy định rõ việc phân tích không đàn hồi đối với các cấu kiện chịu nén làm việc ở trạng thái không đàn hồi và được coi như là một trường hợp của các trạng thái giới hạn đặc biệt (cực hạn).

4.2. CÁC ĐỊNH NGHĨA

Phương pháp phân tích được chấp nhận - Phương pháp phân tích không đòi hỏi việc xác minh lại và đã trở thành thông dụng trong thực tế kỹ thuật kết cấu công trình.

Tỉ số mặt cắt - Tỉ số giữa chiều dài và chiều rộng của hình chữ nhật

Các điều kiện biên - Các đặc trưng hạn chế kết cấu về liên kết gối và/hoặc tính liên tục giữa các mô hình kết cấu

Đường bao - Lấy 2 hoặc nhiều hơn các cực trị của các tham số để vẽ đường bao đặc trưng nhằm đạt được một thiết kế thiên về an toàn.

Phương pháp biến dạng cổ điển - Phương pháp phân tích trong đó kết cấu được chia thành các thành phần mà độ cứng của chúng có thể được tính một cách độc lập. Điều kiện cân bằng và tính tương hợp giữa các thành phần được bảo đảm bằng cách xác định biến dạng tại các giao diện.

Phương pháp lực cổ điển - Phương pháp phân tích trong đó kết cấu được chia thành các thành phần tĩnh định và tính tương hợp giữa các thành phần được bảo đảm bằng cách xác định lực tại các giao diện.

Phương pháp giải đúng dần - Một hoặc nhiều phương trình, bao gồm cả những phương trình dựa trên các chuỗi hội tụ cho phép tính toán các hiệu ứng lực bằng cách đưa trực tiếp tải trọng và các tham số kết cấu vào phương trình.

Tính tương hợp (Điều kiện tương thích) - Sự tương đương hình học của chuyển động tại giao diện của các thành phần được nối với nhau.

Thành phần - Một đơn vị kết cấu đòi hỏi thiết kế riêng biệt, từ này đồng nghĩa với từ cấu kiện.

Phép khử dần - Quá trình làm giảm số phương trình phải giải bằng cách tạo mối liên hệ giữa các biến số phải khử dần nhờ việc phân tích các biến số giữ lại.

Chiều rộng của lõi - Chiều rộng kết cấu nhịp liền khối trừ đi phần hẫng của bản mặt cầu.

Mặt cầu - Cấu kiện, có hoặc không có lớp áo đường, trực tiếp chịu tải trọng của bánh xe

Hệ mặt cầu - Kết cấu phần trên, trong đó mặt cầu là một thể thống nhất với các cấu kiện đỡ, hoặc khi mà tác động hoặc biến dạng của các cấu kiện đỡ có ảnh hưởng đáng kể đến sự làm việc của mặt cầu.

Biến dạng - Sự thay đổi hình học của kết cấu do tác dụng của lực, bao gồm chuyển vị dọc trục, chuyển vị cắt hoặc xoay.

Bậc tự do - Một trong số những chuyển dịch tịnh tiến hoặc chuyển vị xoay cần thiết để xác định chuyển động của một nút. Dạng dịch chuyển của các cấu kiện và/hoặc toàn bộ kết cấu có thể được xác định bằng số bậc tự do.

Thiết kế - Việc xác định kích thước và bố trí cấu tạo các cấu kiện và liên kết của cầu nhằm thỏa mãn các yêu cầu của các Tiêu chuẩn kỹ thuật.

Bậc tự do động - Bậc tự do trong đó khối lượng hoặc hiệu ứng của khối lượng đã được xét đến.

Đàn hồi - Sự làm việc của vật liệu kết cấu trong đó tỉ lệ giữa ứng suất và biến dạng là hằng số, và khi lực thôi tác dụng thì vật liệu quay trở lại trạng thái ban đầu như khi chưa chịu tải.

Phần tử - Một phần của cấu kiện hoặc bộ phận được cấu tạo chỉ bằng một loại vật liệu.

Vùng biên - Vùng kết cấu không áp dụng được lý thuyết thông thường về dầm do tính gián đoạn của kết cấu và/hoặc do phân bố của tải trọng tập trung.

Trạng thái cân bằng - Trạng thái có tổng lực và mô men đối với bất kỳ điểm nào trong không gian đều bằng không.

Dầm tương đương - Dầm giản đơn cong hoặc thẳng chịu được cả tác động của lực xoắn và uốn.

Dải tương đương - Một phần tử tuyến tính nhân tạo được tách ra từ mặt cầu để phân tích, trong đó hiệu ứng của lực cực trị tính cho một đường của tải trọng bánh xe, theo phương ngang hoặc dọc, sẽ xấp xỉ bằng các tải trọng này xuất hiện thật trên mặt cầu.

Phương pháp sai phân hữu hạn - Phương pháp phân tích trong đó phương trình vi phân khống chế được thỏa mãn chỉ ở các điểm riêng biệt của kết cấu.

Phương pháp phần tử hữu hạn - Phương pháp phân tích trong đó kết cấu được tách ra thành các phần tử nối với nhau tại các nút, dạng của trường chuyển vị của các phần tử được giả định, tính tương hợp một phần hoặc đầy đủ sẽ được duy trì giữa giao diện của các phần tử, và các chuyển vị nút được xác định bằng cách sử dụng nguyên lý biến đổi năng lượng hoặc phương pháp cân bằng

Phương pháp dải hữu hạn - Phương pháp phân tích trong đó kết cấu được chia thành các dải nhỏ song song, dạng chuyển vị của dải được giả định và tính tương hợp từng phần được duy trì giữa các giao diện của các phần tử. các tham số chuyển vị của mô hình được xác định bằng cách sử dụng nguyên lý biến đổi năng lượng hoặc phương pháp cân bằng.

Phương pháp bản gập - Phương pháp phân tích trong đó kết cấu được chia thành các bản thành phần và cả hai yêu cầu về điều kiện cân bằng và tính tương hợp được thỏa mãn tại các giao diện giữa các phần tử.

Vết bánh xe - Diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

Hiệu ứng lực - Biến dạng, ứng suất hoặc hợp lực, có nghĩa là lực dọc trục, lực cắt, mô men uốn và mô men xoắn gây ra do tải trọng tạo nên biến dạng hoặc thay đổi thể tích.

Nền móng - Cấu kiện đỡ có được sức kháng bằng cách truyền tải trọng của nó lên nền đất hoặc nền đá.

Tác động khung - Tính liên tục ngang giữa bản mặt cầu và bản bụng của mặt cắt ngang rỗng hoặc giữa bản mặt cầu với các cấu kiện chịu lực chính của các cầu rộng.

Tác động khung đối với gió - Sự uốn ngang của bản bụng dầm và của phần giằng khung nếu có, nhờ vậy mà tải trọng gió ngang được truyền một phần hoặc toàn bộ lên bản mặt cầu.

Sự phân tích tổng thể - Sự phân tích kết cấu như một tổng thể

Vị trí khống chế - Vị trí và hướng của tải trọng tức thời để gây ra tác động cực trị của hiệu ứng lực.

Phương pháp mạng dầm tương đương - Phương pháp phân tích mà trong đó toàn bộ hoặc một phần của kết cấu phần trên được tách thành các phần tử trực hướng đại diện cho các đặc trưng của kết cấu.

Tính không đàn hồi - Mọi trạng thái làm việc của kết cấu mà ở đó tỉ lệ giữa ứng suất và biến dạng không phải là một hằng số và một phần của biến dạng vẫn tồn tại sau khi dỡ tải.

Hoạt tải làn xe - Sự tổ hợp giữa 2 trục của xe hai trục với tải trọng phân bố đều, hoặc sự tổ hợp của xe tải thiết kế với tải trọng phân bố đều theo thiết kế.

Lý thuyết biến dạng lớn - Mọi phương pháp phân tích mà các ảnh hưởng của biến dạng lên hiệu ứng lực luôn luôn được xét tới

Nguyên tắc đòn bẩy - Tổng mô men tĩnh tại một điểm để tính phản lực ở điểm thứ hai.

Ứng xử tuyến tính - Sự làm việc của kết cấu trong đó biến dạng tỉ lệ thuận với tải trọng

Phân tích cục bộ - Sự nghiên cứu theo chiều cao mặt cắt về quan hệ ứng suất và biến dạng bên trong cấu kiện hoặc giữa các cấu kiện bằng cách sử dụng các hiệu ứng lực đã tính toán được từ những phân tích tổng thể hơn

Bộ phận, cấu kiện - Như định nghĩa về cấu kiện.

Phương pháp phân tích - Phương pháp dùng toán học đế xác định biến dạng, lực và ứng suất.

Mô hình - Sự lý tưởng hóa theo vật lý hoặc toán học của kết cấu hoặc một bộ phận của nó để phân tích.

Kết cấu liền khối - Các cầu một hộp thép và/hoặc một hộp bê tông kết cấu nhịp cầu bê tông đúc tại chỗ đặc hoặc rỗng, và kết cấu nhịp cầu đúc sẵn bao gồm các phần tử dọc đặc hoặc rỗng được liên kết chặt với nhau bằng cách tạo dự ứng lực căng sau theo chiều ngang.

Nút - Điểm mà ở đó các phần tử hữu hạn hoặc các cấu kiện của hệ mạng dầm gặp nhau. Trong phương pháp sai phân hữu hạn, nút là một điểm mà ở đó phương trình vi phân cơ bản được thỏa mãn.

Ứng xử phi tuyến - Sự làm việc của kết cấu khi mà độ võng không tỉ lệ thuận với tải trọng do ứng suất ở trong phạm vi không đàn hồi, hoặc độ võng gây ra sự thay đổi khá lớn về hiệu ứng lực, hoặc do kết hợp cả hai tình huống trên.

Trực hướng - Vật thể mà theo hai hoặc nhiều phương vuông góc với nhau thì có tính chất vật lý khác nhau.

Nút dàn - Điểm mà ở đó đường tim của các cấu kiện giao nhau, thường gặp ở dàn, vòm, cầu dây xiên và cầu dây võng.

Liên kết chốt - Liên kết giữa các cấu kiện tại một điểm bằng chốt coi như không có ma sát.

Điều kiện biên chốt - Điều kiện biên cho phép quay tự do, nhưng không cho phép tịnh tiến trong mặt phẳng tác dụng.

Điểm uốn ngược - Điểm mà tại đó chiều của mô men uốn thay đổi; đồng nghĩa với từ điểm uốn.

Xe chuẩn xếp hạng - Dãy trục sử dụng như một cơ sở chung để thể hiện khả năng chịu tải của cầu.

Độ cứng - Hiệu ứng lực sinh ra bởi biến dạng đơn vị tương ứng trên đơn vị chiều dài của cấu kiện.

Mô men thứ cấp - Các mô men được sinh ra trong kết cấu siêu tĩnh do tác động của kéo sau.

Chuỗi hoặc Phương pháp điều hòa - Phương pháp phân tích trong đó mô hình tải trọng được phân chia thành các phần nhỏ thích hợp, những phần như vậy tương ứng với một số hạng của chuỗi vô hạn hội tụ, nhờ đó các biến dạng của kết cấu được mô tả.

Góc chéo - Góc giữa đường tim của gối đỡ và đường thẳng vuông góc với tim đường.

Lý thuyết biến dạng nhỏ - Cơ sở cho phương pháp phân tích mà trong đó có thể bỏ qua ảnh hưởng của biến dạng đến các hiệu ứng lực trong kết cấu.

Khoảng cách giữa các dầm - Khoảng cách tim tới tim của các đường gối đỡ

Dầm phân bố - Những dầm không có tiếp xúc vật lý trực tiếp, đỡ mặt cầu bê tông đúc tại chỗ.

Độ cứng - Hiệu ứng lực phát sinh từ biến dạng đơn vị.

Ứng biến - Độ giãn dài trên một đơn vị chiều dài.

Biên độ của ứng suất - Độ chênh đại số giữa các ứng suất cực trị.

Mô hình con - Thành phần cấu thành của mô hình kết cấu tổng thể.

Biến dạng cưỡng bức - Tác động của lún, từ biến và thay đổi nhiệt độ và/hoặc độ ẩm.

Xe Tandem - Xe có hai trục với trọng lượng bằng nhau, đặt kề sát nhau và nối cứng với nhau

Tải trọng bánh xe - Một nửa của tải trọng thiết kế của trục xe.

Đường chảy dẻo - Đường khớp nối dẻo.

Phương pháp đường chảy dẻo - Phương pháp phân tích trong đó một số đồ thị đường chảy dẻo có thể có được xem xét để xác định khả năng chịu tải trọng.

4.3. KÝ HIỆU

A = diện tích dầm, dầm dọc hoặc bộ phận kết cấu (mm²) (4.6.2.2.1)

A_s = diện tích tổng cộng của các sườn tăng cường (mm²) (4.6.2.6.4)

a = chiều dài vùng chuyển tiếp của bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu của dầm hộp bê tông (mm); cự ly giữa các cấu kiện tăng cứng dọc, hoặc bề rộng sườn cứng trong mặt cầu thép trực hướng (mm) (4.6.2.6.2) (4.6.2.6.4)

B = khoảng cách giữa các dầm ngang (mm) (4.6.2.6.4)

b = chiều dài lốp xe (mm), bề rộng dầm (mm), bề rộng bản cánh dầm đo về mỗi phía của bản bụng đầm (mm) (4.6.2.6.2) (4.6.2.6.4)

b_e = bề rộng bản cánh hữu hiệu tương ứng với vị trí cụ thể của từng phần đoạn nhịp đang xét quy định ở hình 1 (4.6.2.1.8) (4.6.2.6.2)

b_o = bề rộng bản bụng dầm chiếu lên mặt phẳng trung tuyến của kết cấu nhịp cầu (mm) (4.6.2.6.2)

b_m = bề rộng bản cánh hữu hiệu cho phân đoạn phía trong của nhịp xác định theo hình 2: Trường hợp đặc biệt của b_e (mm) (4.6.2.6.2)

b_n = bề rộng bản cánh hữu hiệu đối với các lực pháp tuyến tác dụng tại vùng neo (mm) (4.6.2.6.2)

b_s = bề rộng bản cánh hữu hiệu tại các gối đỡ phía trong hoặc đối với bản cánh hẫng như được xác định theo Hình 2: Trường hợp đặc biệt của b_e (mm) (4.6.2.6.2)

C = hệ số liên tục; Tham số độ cứng (4.6.2.1.8) (4.6.2.2.1)

C_m = hệ số gradien của mô men (4.5.3.2.2b)

C_l = tham số của các gối đỡ chéo (4.6.2.2.2e)

D = D_x/D_y, bề rộng phân bố trên 1 làn (mm) (4.6.2.1.8) (4.6.2.2.1)

D_x = độ cứng chống uốn theo phương của các thanh cốt thép chủ (N.mm²/mm) (4.6.2.1.8)

D_y = độ cứng chống uốn thẳng góc với các thanh cốt thép chủ (N.mm²/mm) (4.6.2.1.8)

d = chiều cao của dầm hoặc dầm dọc phụ (mm) (4.6.2.2.1)

d_e = khoảng cách giữa bản bản bụng phía ngoài của dầm biên và mép trong của đá vỉa hoặc rào chắn giao thông (mm) (4.6.2.2.1)

d_o = chiều cao của kết cấu nhịp (mm) (4.6.2.2.2)

E = mô đun đàn hồi (MPa); bề rộng tương đương (mm) (4.5.3.2.2b) (4.6.2.3)

E_MOD = mô đun đàn hồi của cáp, được cải biến cho các hiệu ứng phi tuyến (MPa) (4.6.3.7)

e = hệ số điều chỉnh phân bố tải trọng, khoảng cách sườn trong mặt cầu thép trực hướng (mm) (4.6.2.6.4)

e_g = khoảng cách giữa các trọng tâm của dầm và mặt cầu (mm) (4.6.2.2.1)

f_c = ứng suất tính toán đã nhân hệ số, được hiệu chỉnh để tính các hiệu ứng lực thứ cấp (MPa) (4.5.3.2.2.2b)

f_2b = ứng suất tương ứng với M_2b (MPa) (4.5.3.2.2.2b)

f_2s = ứng suất tương ứng với M_2s (MPa) (4.5.3.2.2.2b)

g = hệ số phân bố (4.6.2.2.1)

H = chiều cao trung bình của kết cấu phần dưới đỡ gối đang được xét (mm) (4.7.4.4)

H, H₁, H₂ = thành phần nằm ngang của lực cáp (N) (4.6.3.7)

l = mô men quán tính (mm⁴) (4.5.3.2.2b)

l_p = mô men quán tính cực (mm⁴) (4.6.2.2.1)

ls = mô men quán tính của dải tương đương (mm⁴) (4.6.2.1.5)

J = hằng số xoắn St. Venant (mm⁴) (4.6.2.2.1)

K = hệ số chiều dài hữu hiệu cho sườn vòm: hằng số đối với các loại kết cấu khác nhau: hệ số chiều dài hữu hiệu của cột (4.5.3.2.2b) (4.6.2.2.1) (4.6.2.5)

K_g = tham số của độ cứng dọc (mm⁴) (4.6.2.2.1)

k = hệ số sử dụng để tính toán hệ số phân bố cho các cầu nhiều dầm (4.6.2.2.1)

k_s = hệ số cứng của dải (N/mm) (4.6.2.1.5)

L = chiều dài nhịp của bản mặt cầu (mm), chiều dài nhịp (mm), chiều dài nhịp của dầm (mm) (4.6.2.1.8) (4.6.2.2.1)

L₁ = chiều dài nhịp đã được sửa đổi lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong 2 giá trị hoặc chiều dài nhịp thực tế hoặc 18000 (mm) (4.6.2.3)

L₂ = khoảng cách giữa các điểm uốn của dầm ngang (mm) (4.6.2.6.4)

l_i = chiều dài nhịp tương ứng (4.6.2.6.2)

l_u = chiều dài tự do của thanh chịu nén (mm); 1/2 chiều dài của sườn vòm (mm) (4.5.3.2.2b) (4.5.3.2.2c)

M = mô men do hoạt tải trên kết cấu kiểu hệ mạng dầm được lấp đầy một phần hoặc toàn phần (N.mm/mm) (4.6.2.1.8)

M_c = mô men tính toán đã nhân hệ số, được hiệu chỉnh để xét các hiệu ứng thứ cấp (N-mm); (4.5.3.2.2b)

MM = phương pháp đàn hồi nhiều dạng (4.7.4.3.1)

M_1b = mô men ở đầu thanh có giá trị nhỏ hơn của thanh chịu nén do tải trọng trọng lực sinh ra không bị oằn nhiều, mang giá trị dương nếu thanh bị uốn theo đường cong một chiều, mang giá trị âm nếu bị uốn theo đường cong hai chiều (N.mm) (4.5.3.2.2b)

M_2b = mô men trên thanh chịu nén do tải trọng trọng lực tính toán (đã nhân hệ số) không bị oằn lớn tính theo phân tích khung đàn hồi bậc nhất quy ước, luôn mang giá trị dương (N.mm) (4.5.3.2.2b)

M_2s = mô men trên thanh chịu nén do tải trọng trọng lực tính toán hoặc tải trọng ngang tính toán (đã nhân hệ số) sinh ra độ oằn lớn hơn l_u/1500, tính theo phân tích khung đàn hồi bậc nhất quy ước, luôn mang giá trị dương (N.mm) (4.5.3.2.2b)

M_2s = mô men trên thanh chịu nén do tải trọng trọng lực tính toán hoặc tải trọng ngang tính toán (đã nhân hệ số) sinh ra độ oằn lớn hơn l_u/1500 tính theo phân tích khung đàn hồi bậc nhất quy ước, luôn mang giá trị dương (N.mm) (4.5.3.2.2b)

N = chiều dài đỡ tựa tối thiểu (mm) (4.7.4.4)

N_b = số dầm, dầm dọc hay dầm tổ hợp (dàn) (4.6.2.2.1)

N_c = số ô trong dầm hộp bê tông (4.6.2.2.1)

N_L = số làn đường thiết kế (4.6.2.2.1)

n = tỷ số mô dun giữa dầm và mặt cầu (4.6.2.2.1)

P = tải trọng trục xe (N) (4.6.2.1.3)

P_e = tải trọng tới hạn (oằn dọc) Ơ le (N) (4.5.3.2.2b)

P_u = tải trọng tính toán (đã nhân hệ số) dọc trục (N) (4.5.3.2.2b)

p = áp lực lốp xe (MPa) (4.6.2.1.8)

r = hệ số chiết giảm tác dụng của lực dọc trong các cầu chéo (4.6.2.3)

S = khoảng cách của các cấu kiện đỡ (mm); khoảng cách của các dầm hoặc bản bụng dầm (mm), độ xiên của gối đỡ đo từ đường thẳng vuông góc với nhịp (DGE) (4.6.2.1.3) (4.6.2.2.1) (4,7,4,4)

S_b = khoảng cách giữa các thanh của mạng dầm (mm) (4.6.2.1.3)

SM = phương pháp dẻo dạng đơn (4.7.4.3.1)

TH = phương pháp lịch sử thời gian (4.7.4.3.1)

t = chiều dày của bản bản cánh trong mặt cầu thép trực hướng (mm) (4.6.2.6.4)

t_g = chiều dày lưới thép hoặc tấm thép hình lượn sóng (mm) (4.6.2.1.1)

t_o = chiều dày của lớp phủ kết cấu (mm) (4.6.2.2.1)

t_s = chiều dày của bản bê tông (mm) (4.6.2.2.1)

W = bề rộng từ mép tới mép của cầu(mm); tổng trọng lực của dây cáp (N) (4.6.2.2.1)

W_e = một nửa khoảng cách các bản bụng dầm, cộng với tổng các phần hẫng (mm)

W_l = bề rộng mép tới mép đã điều chỉnh của cầu, lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị hoặc bề rộng thực tế hoặc 1800 (mm) (4.6.2.3)

W = khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (4.6.2.1.3)

µ = góc giữa dây cáp và phương nằm ngang (độ); (4.6.3.7)

d_b = mô men hoặc ứng suất phóng đại cho sự uốn nối (4.5.3.2.2b)

d_s = mô men hoặc ứng suất phóng đại cho sự uốn không nối (4.5.3.2.2b)

q = góc chéo (độ) (4.6.2.2.1)

m = hệ số Poisson (4.6.2.2.1)

j = hệ số kháng cho nén dọc trục; (4.5.3.2.2b)

4.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT CẤU ĐƯỢC CHẤP NHẬN

Có thể sử dụng bất cứ phương pháp phân tích kết cấu nào thỏa mãn các yêu cầu về điều kiện cân bằng và tính tương hợp và sử dụng được mối liên hệ ứng suất - biến dạng cho loại vật liệu đang xét, chúng bao gồm các phương pháp sau và danh sách này còn có thể mở rộng hơn nữa:

· Phương pháp chuyển vị và phương pháp lực cổ điển,

· Phương pháp sai phân hữu hạn,

· Phương pháp phần tử hữu hạn,

· Phương pháp bản gấp khúc,

· Phương pháp dải băng hữu hạn,

· Phương pháp tương tự mạng dầm,

· Phương pháp chuỗi hoặc các phương pháp điều hòa khác,

· Phương pháp đường chảy dẻo.

Người thiết kế có trách nhiệm sử dụng các chương trình máy tính để dễ phân tích kết cấu và giải trình cũng như sử dụng các kết quả.

Trong tài liệu tính toán và báo cáo thiết kế cần chỉ rõ tên, phiên bản và ngày phần mềm được đưa vào sử dụng

4.5. MÔ HÌNH TOÁN HỌC

4.5.1. TỔNG QUÁT

Các mô hình toán học phải bao gồm tải trọng, đặc trưng hình học và tính năng vật liệu của kết cấu, và khi thấy thích hợp, cả những đặc trưng ứng xử của móng. Trong việc lựa chọn mô hình, phải dựa vào các trạng thái giới hạn đang xét, định lượng, hiệu ứng lực đang xét và độ chính xác yêu cầu.

Việc xem xét đến các lan can giao thông liên hợp liên tục phải hạn chế chỉ xét trong các trạng thái giới hạn khai thác và trạng thái giới hạn mỏi và trong đánh giá kết cấu, trừ phi quy định cho phép khác.

Không xét đến độ cứng của các lan can, dải tường phân cách giữa và các lan can giao thông không liên tục về mặt kết cấu trong khi phân tích kết cấu.

Phải đưa cách thể hiện thích hợp về đất và/hoặc đá làm móng cầu vào trong mô hình toán học của nền móng.

Khi thiết kế về động đất, phải xét đến sự chuyển động tổng thể và sự hóa lỏng của đất.

4.5.2. SỰ LÀM VIỆC CỦA VẬT LIỆU KẾT CẤU

4.5.2.1. Đàn hồi và không đàn hồi

Khi phân tích phải xét vật liệu của kết cấu làm việc tuyến tính cho đến giới hạn đàn hồi rồi sau đó làm việc không đàn hồi.

Đối với các tác động ở trạng thái giới hạn đặc biệt có thể xét trong phạm vi cả đàn hồi và không đàn hồi.

4.5.2.2. Sự làm việc đàn hồi

Tính chất và các đặc tính của vật liệu đàn hồi phải phù hợp với các quy định trong các Phần 5 và 6. Sự thay đổi các giá trị này do phát triển cường độ của bê tông non tuổi và các tác động của môi trường cần được đưa vào mô hình thích hợp.

Các đặc trưng độ cứng của bê tông và các bộ phận liên hợp phải dựa trên các mặt cắt bị nứt và/hoặc không bị nứt tùy theo trạng thái làm việc của kết cấu dự kiến. Độ cứng của cầu dầm bản có thể dựa trên sự tham gia toàn phần của bản mặt cầu bằng bê tông.

4.5.2.3. Sự làm việc không đàn hồi

Các mặt cắt của cấu kiện có khả năng biến dạng không đàn hồi phải được thể hiện là có thể biến dạng dẻo bằng sự hạn chế hoặc bằng cách khác. Khi sử dụng phép phân tích không đàn hồi thì phải xác định cơ cầu phá hủy dự tính trước và các vị trí khớp sẽ xuất hiện: Trong phân tích kết cấu phải xác nhận rằng sự phá hủy do cắt, do mất ổn định khi uốn dọc và do mất dính kết trong các bộ phận kết cấu chỉ xảy ra sau khi hình thành cơ cấu không đàn hồi khi uốn. Cần xét đến sự chịu tải quá mức dự kiến của cấu kiện mà trong đó khớp dẻo sẽ hình thành. Phải xét đến sự phá vỡ tính nguyên vẹn về hình học của kết cấu do các biến dạng lớn.

Mô hình không đàn hồi phải dựa trên hoặc là kết quả thử nghiệm vật lý hoặc dựa trên mối quan hệ tải trọng - biến dạng thu được bằng thí nghiệm. Ở chỗ nào sự làm việc không đàn hồi có thể xuất hiện bằng biện pháp hạn chế thì các mẫu thử phải bao gồm cả các phần tử tạo ra các hạn chế đó. Ở chỗ nào nội lực cực trị được dự kiến là lặp lại thì việc thử nghiệm cần phản ánh bản chất chu kỳ của chúng.

Ngoại trừ những chỗ được ghi chú, ứng suất và biến dạng phải dựa trên sự phân bố tuyến tính của ứng biến trong mặt cắt ngang của cấu kiện hình lăng trụ. Phải xét đến biến dạng do cắt của các cấu kiện cao. Không được vượt quá giới hạn về biến dạng bê tông, như đã nêu trong Phần 5.

Phải xét sự làm việc không đàn hồi của các cấu kiện chịu nén tại bất cứ chỗ nào thích hợp.

4.5.3. HÌNH HỌC

4.5.3.1. Lý thuyết biến dạng nhỏ

Nếu biến dạng của kết cấu không tạo ra sự thay đổi đáng kể của nội lực do sự tăng độ lệch tâm của các lực kéo hoặc nén thì có thể bỏ qua nội lực phụ thêm này.

4.5.3.2. Lý thuyết biến dạng lớn

4.5.3.2.1. Tổng quát

Nếu biến dạng của kết cấu gây ra thay đổi đáng kể về hiệu ứng lực thì phải xét các tác động của biến dạng trong các phương trình về điều kiện cân bằng.

Ảnh hưởng của biến dạng và tính chất không thẳng của các cấu kiện phải được xét khi phân tích về ổn định và các phân tích về biến dạng lớn.

Đối với các cấu kiện mảnh chịu nén, trong phân tích phải xem xét những tính chất vật liệu phụ thuộc vào thời gian và ứng suất gây ra những thay đổi đáng kể về hình học kết cấu.

Các hiệu ứng tương tác của các lực nén và kéo dọc trục trong các cấu kiện liền kề nhau phải được xem xét khi phân tích về khung và giàn.

Phải dùng tải trọng tính toán và không áp dụng nguyên lý cộng tác dụng của hiệu ứng lực trong phạm vi không tuyến tính. Thứ tự đặt tải trọng trong phân tích không tuyến tính phải theo đúng thứ tự đặt tải trên cầu thực tế.

4.5.3.2.2. Các phương pháp tính xấp xỉ

4.5.3.2.2a. Tổng quát

Ở những chỗ được phép trong Phần 5 và 6, những ảnh hưởng của biến dạng đối với hiệu ứng lực trên các cột kiểu dầm (cột chịu nén lệch tâm) và các vòm thỏa mãn các quy định của Bộ Tiêu chuẩn này có thể tính xấp xỉ bằng phương pháp điều chỉnh bước đơn, thường gọi là phương pháp phóng đại mô men.

4.5.3.2.2b. Sự phóng đại mô men - cột kiểu dầm:

Mô men hoặc ứng suất tính toán có thể được tăng lên để phản ánh tác dụng của biến dạng như sau:

M_c = d_bM_2b + d_sM_2s          (4.5.3.2.2b - 1)

f_c = d_bf_2b + d_sf_2s                                   (4.5.3.2.2b - 2)

trong đó:

ở đây:

P_u = tải trọng tính toán (đã nhân hệ số) dọc trục (N)

P_e = tải trọng uốn dọc tới hạn Ơle (N)

f = hệ số kháng nén dọc trục lấy theo Phần 5 và 6 nơi phù hợp

M_2b = mô men trên thanh (cấu kiện) chịu nén do tải trọng trọng lực tính toán (đã nhân hệ số) mà không dẫn đến oằn đáng kể được tính toán bằng phương pháp khung đàn hồi bậc nhất quy ước, luôn luôn dương (N.mm)

f_2b = ứng suất tương ứng với M_2b (MPa)

M_2s = mô men trên thanh chịu nén do lực ngang tính toán hoặc tải trọng trọng lực tính toán (đã nhân hệ số) mà gây ra độ oằn, D lớn hơn lu/500, được tính bằng phương pháp phân tích khung đàn hồi bậc nhất quy ước, luôn luôn dương (N.mm).

f_2s = ứng suất tương ứng với M_2s (MPa)

Đối với cột bê tông thép liên hợp tải trọng uốn dọc tới hạn Ơ le, Pe phải được xác định như trong Điều 6.9.5.1. Với tất cả các trường hợp khác, P_e phải lấy như sau:

trong đó:

 = chiều dài tự do của thanh chịu nén (mm)

K = hệ số chiều dài hữu hiệu lấy theo Điều 4.6.2.5

E = mô đun đàn hồi (MPa)

l = mô men quán tính đối với trục đang xét (mm4)

Đối với các thanh bê tông chịu nén, các quy định trong Điều 5.7.4.3 cũng áp dụng được

Đối với các thanh giằng chống oằn, d_s lấy giá trị 1,0 trừ khi phân tích cho thấy có thể sử dụng giá trị nhỏ hơn có thể được sử dụng. Với các thanh không có giằng chống oằn, phải xác định d_b như đối với các thanh được giằng và xác định d_s như đối với các thanh không được giằng.

Đối với các thanh có giằng chống oằn và không có tải trọng ngang giữa các gối tựa, C_m có thể lấy như sau:

trong đó:

M_1b = mô men bé hơn tại đầu mút

M_2b = mô men lớn hơn tại đầu mút

Tỉ số M_1b/M_2b được coi là dương nếu cấu kiện bị uốn theo độ cong một chiều và âm nếu nó bị uốn theo độ cong hai chiều.

Với tất cả các trường hợp khác, C_m phải được lấy bằng 1.0.

Trong các kết cấu không được giằng chống oằn, các cấu kiện chịu uốn và các phần móng tạo thành khung, cấu kiện chịu nén phải được thiết kế để chịu tổng các mô men đầu mút của cấu kiện chịu nén tại điểm nối.

Khi các cấu kiện chịu nén bị uốn theo cả hai trục chính, mô men tại mỗi trục phải được nhân với d, được xác định từ các điều kiện hạn chế tương ứng đối với trục đó.

Khi nhóm các cấu kiện chịu nén trên một cao độ bao gồm mố kiểu khung hoặc khi chúng được nối chắc chắn với cùng một kết cấu phần trên và tất cả cùng chống sự oằn của kết cấu, giá trị của d_s phải được tính cho một nhóm cấu kiện với SP_u và SP_e tương đương với tổng của tất cả các cột trong nhóm.

4.5.3.2.2c. Sự phóng đại mô men - các loại vòm

Mô men do hoạt tải và lực xung kích đã tính được nhờ phép phân tích biến dạng nhỏ phải được tăng lên bằng hệ số phóng đại mô men, db, như chỉ ra trong Điều 4.5.3.2.2b, với các định nghĩa sau:

ℓ_u = 1/2 chiều dài của sườn vòm (mm)

K = hệ số chiều dài hữu hiệu như chỉ ra trong Bảng 1

C_m = 1,0

Bảng 4.5.3.2.2c-1- Giá trị K cho chiều dài hữu hiệu của các sườn vòm

4.5.3.2.3. Các phương pháp chính xác

Các phương pháp phân tích chính xác phải được dựa trên khái niệm về các lực thỏa mãn sự cân bằng tại vị trí biến dạng

4.5.4. CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN CỦA MÔ HÌNH

Các điều kiện biên phải thể hiện đước các đặc tính của gối tựa và tính liên tục.

Phải mô hình hóa các điều kiện của móng sao cho thể hiện được các tính chất của đất nằm dưới móng cầu, tác dụng tương hỗ của cọc với đất và các tính chất đàn hồi của cọc.

4.5.5. CẤU KIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG

Có thể mô hình hóa các cấu kiện không có dạng hình lăng trụ bằng cách chia nhỏ các thành phần thành một số các phần tử khung có đặc trưng về độ cứng đại diện cho kết cấu thực tế tại vị trí của cấu kiện.

Có thể mô hình hóa các cấu kiện hoặc các nhóm cấu kiện của các cầu có hoặc không có mặt cắt thay đổi như một cấu kiện đơn tương đương, miễn là thể hiện tất cả các đặc trưng về độ cứng của các cấu kiện hoặc các nhóm cấu kiện. Các đặc trưng về độ cứng tương đương có thể đạt được bằng các phương pháp giải có nghiệm kín, tích phân số, phân tích mô hình con, phương pháp chuỗi và tương tự song song.

4.6. PHÂN TÍCH TĨNH HỌC

4.6.1. ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH HỌC PHẲNG

4.6.1.1. Tỷ số mặt cắt phẳng

Nếu chiều dài nhịp của kết cấu phần trên với các mặt cắt kín cứng chịu xoắn vượt quá 2.5 lần chiều rộng của nó, thì kết cấu phần trên đó có thể được lý tưởng hóa như dầm giản đơn. Các định nghĩa về kích thước sau đây phải được dùng để áp dụng tiêu chuẩn này:

· Bề rộng: Bề rộng phần lõi của bản mặt cầu liền khối hoặc khoảng cách trung bình giữa các mặt ngoài của các bản bụng biên.

· Chiều dài đối với các cầu tựa giản đơn, hình chữ nhật: khoảng cách giữa các mối nối của bản mặt cầu, hoặc

· Chiều dài đối với các cầu liên tục và/hoặc cầu chéo: chiều dài của cạnh dài nhất của hình chữ nhật mà có thể vẽ được trong mặt bằng của bề rộng của nhịp bé nhất, như định nghĩa ở đây.

4.6.1.2. Các kết cấu cong trong mặt bằng

4.6.1.2.1. Tổng quát

Các đoạn của kết cấu nhịp cong trong mặt bằng có các mặt cắt kín cứng chịu xoắn mà góc ở tâm được đối diện bởi một nhịp cong hoặc một phần của nó, nhỏ hơn 12.0^o, có thể được phân tích như các đoạn thẳng.

Ảnh hưởng của độ cong có thể bỏ qua trong các mặt cắt hở với bán kính cong sao cho góc ở tâm được đối diện bởi một nhịp nhỏ hơn giá trị cho trong Bảng 1

Bảng 4.6.1.2.1-1 - Góc giới hạn ở tâm để cho phép bỏ qua độ cong khi xác định mô men uốn ban đầu

4.6.1.2.2. Kết cấu nhịp cứng chịu xoắn kiểu dầm đơn giản

Có thể phân tích kết cấu nhịp cong trong mặt bằng, kiểu dầm đơn giản cứng chịu xoắn uốn thỏa mãn điều kiện của Điều 4.6.1.1 về các hiệu ứng lực tổng thể như đối với dầm có sống cong.

Vị trí đường trục của loại dầm này phải lấy theo đường đi qua trọng tâm của mặt cắt, và phải tính độ lệch tâm của tải trọng bản thân theo phương pháp thể tích.

4.6.1.2.3. Kết cấu nhịp kiểu nhiều dầm

Kết cấu cong trong mặt phẳng nằm ngang mà không phải là các dầm giản đơn cứng chịu xoắn có thể được phân tích theo các mô hình, trong đó các đoạn của dầm dọc được giả thiết là thẳng giữa các giao điểm. Độ lệch tâm thực tế của phân đoạn giữa các giao điểm sẽ không được vượt quá 2,5% chiều dài của phân đoạn.

4.6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH GẦN ĐÚNG

4.6.2.1. Mặt cầu

4.6.2.1.1 Tổng quát

Phương pháp phân tích gần đúng trong đó mặt cầu được chia thành những dải nhỏ vuông góc với các cấu kiện đỡ phải được xem như chấp nhận được đối với các kết cấu nhịp không phải loại mạng dầm được lấp đầy một phần hoặc toàn phần khi áp dụng các quy định trong Điều 4.6.2.1.8.

Khi áp dụng phương pháp dải thì phải lấy mô men dương cực trị trong bất cứ pa-nen sàn giữa các dầm để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men men dương. Tương tự phải lấy mô men âm cực trị trên bất cứ dầm nào để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men âm.

4.6.2.1.2. Khả năng áp dụng

Đối với những loại mặt cầu có những cấu kiện chế tạo sẵn, có thể được phép dùng các công cụ trợ giúp thiết kế thay cho phân tích kết cấu, nếu tính năng của kết cấu nhịp cầu đã được lập thành hồ sơ và có những luận cứ kỹ thuật thỏa đáng. Người kỹ sư phải chịu trách nhiệm về độ chính xác và việc dùng của bất kỳ trợ giúp thiết kế nào đem áp dụng.

Đối với các cầu bản và các bản bê tông có nhịp lớn hơn 4600 mm và có hướng nhịp tính toán là song song với hướng xe chạy, phải áp dụng điều 4.6.2.3.

4.6.2.1.3. Bề rộng của các dải tương đương bên trong

Có thể lấy bề rộng dải tương đương của mặt cầu theo Bảng 1. Khi kết cấu nhịp cầu chủ yếu đặt theo hướng song song với hướng xe chạy, các dải nhỏ đỡ tải trọng trục xe không được lấy lớn hơn 1000 mm cho hệ mạng dầm kiểu hở, và không được lấy lớn hơn 3600 mm cho tất cả các loại mặt cầu khác mà ở đó xét việc chất tải trọng lên nhiều làn. Đối với phần hẫng của mặt cầu, khi thích hợp, có thể sử dụng các quy định trong Điều 3.6.1.3.4 để thay thế bề rộng dải như nêu trong bảng 1 cho phần hẫng của mặt cầu. Các dải tương đương cho mặt cầu mà có nhịp dài chủ yếu bắc qua theo hướng ngang thì không được giới hạn bề rộng. Những ký hiệu sau đây áp dụng cho Bảng 1:

S = khoảng cách của các cấu kiện đỡ (mm)

P = tải trọng trục xe (N)

S_b = khoảng cách của các thanh trong hệ mạng dầm (mm)

+M = mô men dương

-M = mô men âm

X = khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm)

Bảng 4.6.2.1.3-1- Các dải tương đương

4.6.2.1.4. Bề rộng dải tương đương tại các mép của bản

4.6.2.1.4a. Tổng quát

Khi thiết kế, phải xem như có dầm biên quy ước là một dải băng có chiều rộng được quy định dưới đây công thêm bộ phận tăng chiều dày cục bộ gắn liền với nó hay bộ phận nhô ra có tác dụng thêm một phần nào đó của tải trọng làn thiết kế.

4.6.2.1.4b. Các mép dọc

Khi mặt cầu chủ yếu có nhịp bắc theo hướng xe chạy, bề rộng hữu hiệu của dải, có hoặc không có dầm biên, có thể được lấy giá trị bằng tổng của: Khoảng cách giữa mép của bản với bề mặt trong hoặc 4.6.2.3 (lấy cho phù hợp), nhưng chiều rộng hữu hiệu không được vượt quá một trong hai giá

4.6.2.1.4c. Các mép ngang

Bề rộng hữu hiệu của dải, có hoặc không có dầm biên có thể được lấy bằng tổng của: Khoảng cách giữa mép ngang của bản và đường trục của gối, thường là bản bụng dầm cộng với 1/2 bề rộng của dải như trong Điều 4.6.2.1.3, nhưng không vượt quá bề rộng dải tổng cộng, như Điều 4.6.2.1.3.

4.6.2.1.5. Phân bố tải trọng bánh xe

Nếu khoảng cách của các cấu kiện đỡ theo hướng phụ vượt quá 1.5 lần khoảng cách theo hướng chính, tất cả tải trọng bánh xe phải coi như được đặt lên dải chính, và các quy định trong Điều 9.7.3.2 có thể được áp dụng cho hướng phụ.

Nếu khoảng cách của các cấu kiện đỡ theo hướng phụ nhỏ hơn 1.5 lần khoảng cách theo hướng chính, thì mặt cầu phải được mô hình hóa như 1 hệ các dải giao nhau.

Bề rộng của các dải tương đương theo cả hai hướng có thể được lấy như trong Bảng 4.6.2.1.3-1. Mọi tải trọng bánh xe sẽ được phân bố giữa 2 dải giao nhau. Sự phân bố phải được xác định bằng tỉ số giữa độ cứng của dải và tổng của các độ cứng của các dải giao nhau. Nếu không có sự tính toán chính xác hơn thì độ cứng của dải có thể được ước lượng như sau:

K_s =   (4.6.2.1.5-1)

trong đó:

l_s = mô men quán tính của dải tương đương (mm⁴)

S = khoảng cách giữa các cấu kiện đỡ (mm)

4.6.2.1.6. Tính toán các hiệu ứng lực

Các dải phải được coi như các dầm liên tục hoặc dầm đơn giản. Chiều dài nhịp phải được lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ. Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải, các cấu kiện đỡ phải được giả thiết là cứng vô hạn.

Các tải trọng bánh xe có thể được mô hình hóa như tải trọng tập trung hoặc như tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc của lốp xe được chỉ ra trong Điều 3.6.1.2.5, cộng với chiều cao của bản mặt cầu. Các dải cần được phân tích bằng lý thuyết dầm cổ điển

Mặt cắt thiết kế cho các mô men âm và lực cắt có thể được lấy như sau:

· Cho dầm hộp bê tông và đúc liền khối: ở mặt cấu kiện đỡ,

· Cho dầm thép: ở 1/4 bề rộng bản cánh dầm kể từ đường tim của gối,

· Cho dầm bê tông đúc sẵn dạng T hoặc I: ở 1/3 bề rộng của bản cánh dầm, nhưng không quá 380 mm tính từ đường tim của gối,

Trong Điều này, mỗi bản bụng dầm của dầm hộp thép hoặc bê tông có thể được coi như là một cấu kiện đỡ riêng biệt

4.6.2.1.7. Hiệu ứng khung của mặt cắt ngang

Khi mặt cầu là một phần không tách rời của mặt cắt nhiều ngăn hoặc mặt cắt hình hộp hộp, thì độ cứng uốn hoặc xoắn của các thành phần đỡ của mặt cắt, tức là các bản bụng dầm và bản đáy dầm có thể gây ra các nội lực đáng kể trong bản mặt cầu. Phải đưa các thành phần đó vào trong tính toán bản mặt cầu.

Nếu chiều dài của phân đoạn khung được mô hình hóa như bề rộng của dải tương đương, có thể sử dụng các quy định của các Điều 4.6.2.1.3,4.6.2.1.5 và 4.6.2.1.6.

4.6.2.1.8. Sự phân bố hoạt tải trên hệ mạng dầm được lấp đầy một phần hoặc toàn phần

Các mô men tính theo đơn vị N.mm/mm của hệ mạng dầm do hoạt tải trong các mạng dầm được lấp đầy một phần hoặc toàn phần có thể được xác định như sau:

· Các thanh chính nằm ngang hướng xe chạy:

· Các thanh chính song song với hướng xe chạy:

trong đó:

S = chiều dài nhịp (mm),

 500 mm < S < 10000 mm trong P/trình 1, và

 500 mm < S < 5000 mm trong P/trình 2.

C = hệ số liên tục, bằng 1,0 cho nhịp giản đơn và 0,8 cho nhịp liên tục

ℓ = chiều dài lốp xe dọc theo hướng xe chạy, như trong Điều 3.6.1.2.5 (mm).

p = áp lực lốp xe lấy bằng 0.86 MPa

D = D_x/D_y

D_x = độ cứng uốn theo hướng của các thanh chính (N.mm²/mm)

D_y = độ cứng uốn vuông góc với các thanh chính (N.mm²/mm)

Khi các kết quả thí nghiệm không có sẵn, thì hệ số độ cứng, D, có thể lấy như sau:

· Cho mạng dầm được phủ đầy toàn phần ít nhất bằng lớp phủ liền khối dày 38mm..........2.0

· Cho tất cả các loại lưới được lấp đầy toàn phần khác.......................................................2,5

· Cho mạng dầm được phủ đầy một phần ít nhất bằng lớp phủ liền khối dày 38mm......... 8.0

· Cho tất cả các loại mạng dầm được phủ đầy một phần khác...........................................10.0

4.6.2.1.9. Phép phân tích không đàn hồi

Chủ đầu tư có thể cho phép dùng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn không đàn hồi

4.6.2.2. Các loại cầu dầm - bản

4.6.2.2.1. Phạm vi áp dụng

Nếu khoảng cách giữa các tim dầm vượt quá phạm vi áp dụng như chỉ ra trong các Bảng 4.6.2.2.2a-1 đến 4.6.2.2g-1, hoạt tải trên mỗi dầm là phản lực của các làn chịu tải dựa trên nguyên lý đòn bẩy trừ phi có quy định khác.

Quy định của Điều 3.6.1.1.2 không cho dùng các hệ số làn với phương pháp tải trọng xấp xỉ khác so với các phương pháp mô men tĩnh hoặc phương pháp đòn bẩy vì các hệ số đó đã được đưa vào trong các hệ số phân bố.

Các loại cầu nào không thỏa mãn các quy định của Điều này phải được phân tích như Điều 4.6.3.