Thiết kế lan can và lề bộ hành - Tài liệu môn Thiết kế đồ họa | Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

Thiết kế lan can và lề bộ hành
1. Cấu tạo lan can và lề bộ hành
Chiều cao lề bộ hành thường dùng 150mm, lớn nhất 200mm (Điều 7.1.1 Phần 13
TCVN11823-17). Chiều cao nhỏ nhất của lan can đường người đi không nhỏ hơn 1070
mm tính từ mặt đường người đi bộ. Khoảng hở giữa 2 thanh lan can không quá 150mm.
Khi dùng cả hai loại cấu kiện ngang và thẳng đứng khoảng hở tịnh 150mm phải áp dụng
đối với phần lan can thấp hơn 685mm và khoảng hở tịnh phía trên là 200mm.
2. Sơ đồ tính các cấu kiện lan can, lề bộ hành 2.1. Thanh lan can
Thanh lan can làm việc theo sơ đồ dầm liên tục với nhịp tính toán là khoảng cách giữa
tim hai trụ lan can. Nếu tính toán với sơ đồ dầm giản đơn thì có thể sử dụng hệ số 0.5
và 0.7 để điều chỉnh biểu đồ momen để xét tính lên tục của kết cấu. Tải trọng tác dụng lên thanh lan can bao gồm:
- Tĩnh tải: trọng lượng bản thân thanh lan can - Hoạt tải: w 0.37  N / ; mm P 890 
N . Trong đó, w là tải trọng phân bố đều, tác
dụng lên cả hai phương đứng và ngang; P là tải trọng tập trung đặt tại vị trí bất lợi
nhất, phương chiều tùy ý. 2.2. Cột lan can
Cột lan can làm việc như một cột chịu nén lệch tâm. Tải trọng tác dụng lên cột lan can bao gồm:
- Tĩnh tải: trọng lượng bản thân của cột lan can và của thanh lan can truyền vào - Hoạt tải: o
Từ thanh lan can truyền vào o
Và một lực tập trung P=890N theo hướng ngang tại trọng tâm của bộ phận
theo hướng dọc; hoặc với lan can cao hơn 1500mm thì tại vị trí cao hơn bề
mặt người đi bộ có hoạt tải P 8  90 0.73L LL
, với L (mm) là khoảng cách giữa các cột lan can. Lưu ý:
Một lan can được thiết kế cho nhiều mục đích sử dụng phải được chứng minh đủ an toàn
khi va chạm với có hoặc không có lề đi bộ. Việc dùng lan can kết hợp xe ô tô người đi bộ
thể hiện trong Hình 2 Phần 13 TCVN11823-17 phải được hạn chế đối với các đường ấn
định tốc độ 70km/h hoặc nhỏ hơn và cần được kiểm tra ở cấp thử nghiệm 1 hoặc cấp thử
nghiệm 2 Điều 7.2 Phần 13 TCVN11823-17. 2.3. Lề bộ hành
Là phần dành cho người đi bộ. Sơ đồ tính của lề bộ hành như một dầm giản đơn. Tải trọng tác dụng bao gồm:
Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân lề bộ hành. Ít khi thảm BTN lên lề bộ hành vì thi công khó.  3 2
Hoạt tải: hoạt tải người, PL 3  1  0 (N / mm )
3. Lan can cầu chỉ dành cho người đi bộ, đi xe đạp (xem thêm trong tiêu chuẩn TCVN 11823-Part 13)
4. Lan can cầu dành cho ô tô 4.1. Qui định chung 4.1.1. Cấp lan can
Lan can được chia thành 5 cấp thử nghiệm, tương ứng với 5 mức độ giao thông khác nhau.
TL-1 (cấp thử nghiệm 1): thông thường được chấp nhận áp dụng cho các công trường với
tốc độ quy định thấp và lưu lượng xe rất thấp, cho các đường phố khu vực có tốc độ thấp.
TL-2 (cấp thử nghiệm 2): được chấp nhận áp dụng cho các công trường và hầu hết các
đường địa phương và đường thu gom với điều kiện tại chỗ thuận lợi và ở nơi dự kiến có
một số lượng nhỏ các xe nặng và tốc độ quy định được giảm.
TL-3 (cấp thử nghiệm 3): được chấp nhận áp dụng cho các đường cao tốc huyết mạch với
hỗn hợp lưu lượng rất thấp của xe tải nặng và điều kiện địa điểm thuận lợi.
TL-4 (cấp thử nghiệm 4): được chấp nhận áp dụng cho đại đa số đường bộ tốc độ cao,
đường cao tốc, quốc lộ với hỗn hợp của các xe tải và xe hạng nặng.
TL-5 (cấp thử nghiệm 5): được chấp nhận áp dụng giống như cấp thử nghiệm bốn và nơi
có xe tải lớn chiếm một phần đáng kể lưu lượng xe trung bình hàng ngày hoặc nơi điều
kiện tại chỗ bất lợi cho mức ngăn chặn cao hơn của lan can.
4.1.2. Chiều cao tối thiểu: được qui định thông qua He
4.1.3. Tải trọng tác dụng lên lan can: bao gồm các lực theo phương dọc lan can
(longitudinal), theo phương ngang (transvers) và theo phương thẳng đứng (vertical) và
lần lượt được ký hiệu là F ,F ,F L T
V như hình bên dưới
4.2. Sức kháng của lan can dạng tường
Lan can dạng tường rất thường được sử dụng trong thực tế nhờ vào tính dễ thi công, sức
kháng moment lớn. Ngoài ra, nhờ bề mặt phẳng, nên lan can dạng tường còn giúp xe cộ
có thể trượt dài theo phương dọc khi va chạm, giúp hạn chế lực va chạm tương tác giữa
tường và xe. Mặt cắt ngang của lan can dạng tường thường có dạng
Mặt cắt ngang lan can dạng tường
4.2.1. Trường hợp va xe ở giữa tường
Khi xảy ra va chạm, giả sử cơ cấu chảy dẻo trong tường lan can bằng BTCT như sau: d x O x
Hình bên trái là sơ đồ lan can khi nhìn từ trên xuống còn hình bên phải là sơ đồ lan can
khi cắt ngang vuông góc với mặt phẳng xe chạy.
Ghi chú: một cơ cấu chảy dẻo là một trạng thái mà ở đó một hoặc một vài mặt cắt của
BTCT bị chảy dẻo toàn tiết diện, làm cho sơ đồ kết cấu bắt đầu không còn ở dạng bất biến hình. Gọi:
Lc là chiều dài đường chảy (ẩn số),
M w là sức kháng uốn cực hạn của tường theo phương đứng (có nghĩa là moment uốn
xuất hiện trong mặt phẳng xe chạy), tính trên 1 đơn vị chiều dài theo phương đứng của
tường. M w phụ thuộc vào kích thước của tường và diện tích cốt thép bố trí theo phương dọc.
M c là sức kháng uốn cực hạn của tường theo phương dọc (có nghĩa là moment uốn xuất
hiện trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng xe chạy và mặt phẳng tường), tính trên 1
đơn vị chiều dài theo phương dọc của tường. M c phụ thuộc vài kích thước của tường và
diện tích cốt thép được bố trí theo phương đứng.
Sức kháng va chạm của tường chính là lực Wt làm xuất hiện cơ cấu chảy dẻo trong
tường. Áp dụng nguyên lý cân bằng năng lượng
Tổng công do ngoại lực gây ra cân bằng với tổng công của nội lực xuất hiện trong tường tương ứng: U W 
- Công do nội lực bao gồm: U U  U w c , trong đó U 4  M .H w w 2  tan 
Gọi  là chuyển vị lớn nhất của tường do va chạm, ta có Lc nên 8 M .H w U  w Lc   t  an   U   M L H c c c ; mà c nên .M L c c U  c H Ft W  t
- Công do ngoại lực: W Force Displacement  . Gọi
Lt là lực phân bố đều
tác dụng vào tường. Chọn gốc tọa độ tại O, trục x có chiều dương từ trái sang phải như hình. Ta có: dW W  . . dx (x); t x2 x2 x2
W  dW  W  (x)dx W   (x)dx W  .    t t t x1 x1 x1 1     W 2 L L L F t c t t W          L  L t  2 c t  2 2 L 2L  c  c
Cân bằng công do ngoại lực và nội lực, tính được 2L  8M H M L  c w c c F    t  2L  L L H c t  c 
Tuy nhiên trong phương trình còn có chứa ẩn số Lc , nên chúng ta chưa thể xác
định được lực va chạm lớn nhất để sinh ra cơ cấu dẻo như giả thiết ban đầu. Trong
thực tế, sức kháng va chạm của tường chính là lực Ft nhỏ nhất có thể sinh ra cơ
cấu chảy dẻo như hình. Từ đó, chiều dài đường chảy có thể được xác định dFt 0  L Arg mi  n F dL c
t  , có thể được xác định từ phương trình c : 2 L  L  8H .M .H t t w L    c 2  2    M  c ; như vậy L L c t
4.2.2. Trường hợp va xe ở đầu (mép) tường
Cơ cấu chảy dẻo khả dĩ trong trường hợp này Chiều dài đường chảy: 2 L  L  H.M .H t t w L      c 2  2  Mc
Sức kháng va chạm của tường 2L  M H M L  c w c c F    t  2L  L L H c t  c 
4.3. Sức kháng của lan can dạng cột và thanh kết hợp (xem thêm trong sách của TS. Mai Lựu)
4.4. Sức kháng của lan can dạng tường kết hợp với cột và thanh (xem thêm trong sách của TS. Mai Lựu) 5. Ví dụ tính toán
Cho một lan can có cấu tạo như sau: 300 50 200 50 z 0 5 D14@150 0 0 5 12D12 8 1 8 @ 5 lôù p phuû BTN y daø y 70 mm 0 8 Baû n maë t caà u
Lan can được thiết kế cấp TL-4. Tính khả năng kháng va xe của lan can cho 2 trường
hợp: (i) va chạm ở giữa tường và (ii) va chạm ở đầu tường. Biết: '
- cường độ nén của bê tông, f 30MPa; c 
- giới hạn chảy của cốt thép f 420MPa y ;
- module đàn hồi của bê tông, E 29440MPa c ;
- module đàn hồi của thép, E 210000MPa s . Giải: Tính Mw :
Nhắc lại phương của moment:
- Phương của 1 lực được biểu thị bằng 1 vector, phương của lực trùng với phương của vector
- Phương của moment cũng được biểu thị bằng 1 vector M sao cho phương của
vector vuông góc với mặt phẳng tác dụng của moment, chiều xoay của moment
theo qui tắc cái đinh ốc chính là chiều của vector M .
M w là sức kháng uốn cực hạn đơn vị của tường theo phương đứng (Mz). Tiết diện tính toán là tiết diện: h=300 50 200 50 50 D14@150 0 12D12 88 150 b= 5@ 80
b=880mm, h=300mm. Thớ chịu kéo là thớ bên trái, chịu nén bên phải. 2  *12 2 As 6  * 67  8.58mm 4 a 50  mm  d h   a 300   50 250  mm s s s
Xác định chiều cao vùng chịu nén qui đổi A f s y 678.58* 420 a   1  2.7mm ' 0.85f b 0.85*30*880 c
Tính chiều cao miền nén thực 0.05 ' 0.05  0.85   ( f  28) 0  .85  (30  28) 0.836  ; 1 7 c 7 a 12.7 c   15.2  mm  0.836 1 c 15.2  0.06 0.6 Tính tỷ số d 250 s
, tiết diện thuộc loại khống chế kéo hoặc chuyển tiếp Tính hệ số     0.65 0.15 dt   1  c
 , trong đó dt là khoảng cách từ mép thớ bê tông chịu nén đến
trọng tâm lớp thép ngoài cùng chịu kéo, ở đây d d  2  50mm t s 150    0.65   0.15  1 2.97   0.9  12.7    nên   0.9 '   *0.85* * * *( a M f a b d  ) r c s 2 12.7 7 0.9  *0.85*30*12.7 *880* (250  ) 6.25  10  ( . N ) mm 2
Kiểm tra hàm lượng cốt thép min (tự làm)  Tính Mcr  Kiểm tra
Tính Mw là moment kháng uốn đơn vị theo phương đứng, có nghĩa là moment kháng
uốn trên 1 đơn vị chiều đứng. Theo phương đứng, dầm có chiều cao là 880mm, như vậy
moment kháng uốn đơn vị theo phương đứng là 7 M (N.mm) 6.25 10  r 4 M   7.1  1  0 ( . N mm / ) mm w 880mm 880 -
M c là sức kháng uốn cực hạn của tường theo phương dọc (có nghĩa là moment
uốn xuất hiện trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng xe chạy và mặt phẳng
tường), tính trên 1 đơn vị chiều dài theo phương dọc của tường. Mc phụ thuộc vài
kích thước của tường và diện tích cốt thép được bố trí theo phương đứng.