ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC GIẢN ĐƠN VỚI CÁC THÔNG SỐ

E : chiều rộng có hiệu của dải bản hẫng- Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn: Tổ hợp nội lực cho trạng thái giới hạn cường độ I... + Nội lực do tải trọng người đi bô

Trang 1

A.YÊU CẦU NHIỆM VỤ

* Thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực giản đơn với các thông số :

- Cường độ bê tông dầm: 48 Mpa

- Bề rộng lề đi bộ : 2 m

- Bề rộng xe chạy : 8 m

- Chiều dày nhịp : 36 m

- Công nghệ tạo DƯL : căng sau

- Dạng mặt cắt dầm : chữ T

- Hoạt tải : HL93

- Tải trọng người đi : 3 kN/m2

* Sử dụng tiêu chuẩn : TCVN 11823-2017

B.NỘI DUNG THIẾT KẾ

I Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ:

1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu

-Chiều dài nhịp 36 m ,để 2 đầu dầm mỗi bên 0,4 m để kê gối nên nhịp tính toán là 35,2 m

- Bản mặt cầu có chiều dày 200 mm, tạo thành mặt cắt liên hợp

-Bề rộng lan can : 500mm

-Số lượng dầm chủ : 6 dầm

-Khoảng cách giữa các dầm chủ :2200 mm

-Khoảng cách cánh hẫng : 1000 mm

- Chiều dày lớp phủ mặt cầu: 0,07 m

Trang 2

- Chiều dày lớp phòng nước : 0,02 m

-Giữa phần xe chạy và lề đi bộ phân cách bởi giải phân cách mềm-Mặt cắt lan can

-Bề rộng mối nối giữa 2 dầm : 40 cm

-Bè rộng mỗi noi ngoài dầm : 10 cm

1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ

-Chiều dày bản cánh ts = 0,2 m

Trang 3

-Chiều cao dầm H = 1,7 m

1.3 Chiều cao kết cầu nhịp tối thiều

Đk: hmin=0,045.L < h

Trong đó ta có:

L: Chiều dài nhịp tính toán 35200 mm

Trang 4

suy ra: hmin=0,045.L=0,045.35200=1584 mm< h= 1700 mm

=> Thỏa mãn

1.4.Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu

1.4.1 Đối với dầm giữa

Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy bằng khoảng cách giữa các dầm chủ

1.4.2 Đối với dầm biên

Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể được lấy bằng 1 phần bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong cộng với phần cánh hẫng

II TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

2.1 Phương pháp tính toán nội lực bản mặt cầu

Áp dụng phương pháp tính toán gần đúng ( phương pháp giải bản tương đương )

2.2 Xác định nội lưc các momen cực trị tác dụng lên bản mặt cầu

-Sơ đồ tính

+ Bản được kê lên dầm

+ Mặt cầu có thể phân tích như một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ.-Xác định nội lực do tĩnh tải

+ Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo TCVN 11823-2017

Trang 5

+ Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều do TTBT của bản mặt cầu,TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng.

+ Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1 mét dài bản mặt cầu

Thiết kế bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đều do TTBT bản mặt cầu:

+Hoạt tải HL93 của xe tải thiết kế

+tải trọng người PL là 3KN/m

+Các hệ số trong tính toán các tải trọng của tĩnh tải

-Tính nội lực momen

+ Các vị trí mắt cắt bất lợi nhất M200,M204,M300

Trang 6

S l

M200 M204 M300

Tính nội lực tại mắt cắt M200

Mômen tại mặt cắt M200 là mômen phần hẫng.Sơ đồ tính dạng công xon chịu uốn.

DC2

dah M200

DW DC1 P/2=72,5kN

Trong đó : m : hệ số làn xe m = 1.2 với 1 làn xe

Trang 7

E : chiều rộng có hiệu của dải bản hẫng

- Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn:

Tổ hợp nội lực cho trạng thái giới hạn cường độ I

Trang 8

Sơ đồ xếp tải mặt cắt M204Xác định momen nội lực do tác động của tĩnh tải các giai đoạn :

+ Do tĩnh tải giai đoạn 1

+ Tĩnh tải giai đoạn 2

y1,y2 : tung độ đường ảnh hưởng M204 tại điểm đặt trục bánh xe

Trong đó : m : hệ số làn xe m = 1 với 2 làn xe

y1,y2,y3,y4 : tung độ đường ảnh hưởng M204 tại điểm đặt trục bánh xe

Trang 9

+ Nội lực do tải trọng người đi bộ

Trang 10

Sơ đồ xếp tải lên mặt cắt 300

Xác định momen nội lực:

+ Do tĩnh tải giai đoạn 1

+ Tĩnh tải giai đoạn 2

y1,y2 : tung độ đường ảnh hưởng M300 tại điểm đặt trục bánh xe

Trang 11

Tổ hợp nội lực cho trạng thái giới hạn sử dụng I

2.2 Lựa chọn các kích thước và các đặc trưng vật liệu cho bản mặt cầu

Vật liệu bê tông bản mặt cầu :

Bê tông :

Cường độ của bê tông f'c= 45Mpa

Khối lượng riêng bê tông Wc1= 23,499 kN/m3

Mô đun đàn hồi

Thép :

Cường đồ chảy dẻo fy = 420 MPa

Khối lượng riêng : 78,5 kN/m

Mô đun đàn hồi Es = 200000 MPa

2.3 Bố trí cốt thép và kiểm toán

2.3.1 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu

Bê tông bản mặt cầu:

2 '0.33 1

Trang 12

Cốt thép:

2.3.2 Tính toán cốt thép chịu lực

b: Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)

f’c : Cường độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày

a : chiều dày của khối ứng suất tương đương (mm)

Trang 13

Theo kinh nghiệm ta có thể lấy giá trị

( ) (0.92 0.95)2

Trang 14

2.2.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

Cốt thép phân bố là cốt thép bố trí vuông góc và cùng lưới với cốt thép chịu momen

Ở đây cốt thép hướng chính vuông góc với làn xe ta xét điều kiện:

Trang 15

Trong bản mặt cầu, diện tích cốt thép ở trên mỗi mm, trên mỗi mặt và trong mỗi hướng phải thỏa mãn:

III Tính toán nội lực dầm chủ

3.1 Tải trọng tác dụng nên dầm chủ:

3.2 Xác định tải trọng tác dụng (tải trọng rải đều trên một dầm chủ)

-Tĩnh tải giai đoạn 1 : DC

Ta có:

gDC1(dc) = .Ag Trong đó:

Trang 16

+ Ag :Diện tích mặt cắt ngang trung bình của dầm

Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ do dầm ngang:

Trang 17

Ta có 5 mối nối bên trong và 2 mối nối bên ngoài lan can

23, 499 (0, 2 0, 4 5 0,1 0, 2 2)

1, 723 6



kN/m-Tĩnh tải giai đoạn 2 : DW

+Tải trọng do lan can

Bảng tổng hợp tĩnh tảiSuy ra: DC=25,636 kN/m

Trang 18

- Momen quán tính dầm T = 0,3186.1012 mm4

a Hệ số phân phối ngang cho momen dầm trong:

- Một làn xe chất tải :

- Nhiều làn xe chất tải :

Áp dụng trong phạm vi sau :

b Hệ số phân phối ngang momen cho dầm biên

- Một làn xe chất tải :

Tính theo nguyên tắc đòn bẩy

s

S t L n

22 22

SE

M

Trang 19

Với : m=1,2 là hệ số làn xe (1 làn )

- Nhiều làn xe chất tải :

-de là khoảng cách từ tim dầm ngoài đến mép lan can, là âm nếu tim dầm ngoài nằmngoài mép lan can( -0.3≤de≤1.7m)

3.3.2 Xác định hệ số phân phối ngang cho lực cắt

a Hệ số phân phối ngang lực cắt cho dầm trong

- Một làn chất tải :

0,36 0, 649

7600

SI V

Phạm vi áp dụng :

b Hệ số phân phối ngang lực cắt cho dầm ngoài

- Một làn xe :

Tính theo nguyên tắc đòn bẩy (giống momen) ta có :

0,655

SE V

s

S t L n

Trang 20

Với : 0, 6 3000 0, 767

e d

-de là khoảng cách từ tim dầm ngoài đến mép lan can, là âm nếu tim dầm ngoài nằm ngoài mép lan can( -0.3≤de≤1.7m)

Kết luận : Hệ số phân phối ngang momen : 0,655

Hệ số phân phối ngang lực cắt : 0,769

3.3.3 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng người đi bộ

Tính theo nguyên tắc đòn bẩy ( cho cả momen và lực cắt )

Dầm biên:

gPLdầm biên= m.0,5.(y1+y2)=1,2.0,5.(0,955+0).2=1,146

Với m=1,2 hệ số làn xe (1 làn xe )

Dầm trong :

gPLdầm trong = 1/6

Vậy : Hệ số phân phối ngang của tải trọng người đi bộ là 1,146

3.4 Tính toán nội lực trong dầm

Xét 5 mặt cắt ( đối xứng nhau)

x

L/2 3L/8

L/4 L/8

0

Ltt

Trang 21

-Tại mặt cắt gối :

Trang 28

Tổng hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn :

+ Tổng hợp nội lực theo trạng thái giới hạn cường độ :

- Trường hợp không kể đến người đi bộ :

Trang 29

Với +DC là hệ số tải trọng tĩnh tải giai đoạn 1, lấy bằng 1.25

+DW là hệ số tải trọng tĩnh tải giai đoạn 2, lấy bằng 1,5

+LL là hệ số tải trọng tính cho hoạt tải, lấy bằng 1.75

+ Tổng hợp nội lực theo trạng thái giới hạn sử dụng :

- Trường hợp không kể đến người đi bộ :

Với +DC là hệ số tải trọng tĩnh tải giai đoạn 1, lấy bằng 1

+DW là hệ số tải trọng tĩnh tải giai đoạn 2, lấy bằng 1

+LL là hệ số tải trọng tính cho hoạt tải, lấy bằng 1

Ta có bảng tổ hợp:

M t cắt ặt cắt N i lực ội lực TH tổ hợp n i lực ội lực TTGH cường đ 1 ội lực TTGH sử dụng 1

N i lực ội lực Max

Gối

xét đến người đi bội lực Lực cắt k xét người đi bội lực 1458Φ10 As=628(mm2).406 1019.8Φ10 As=628(mm2)12 1794.341

xét đến người đi bội lực 1794.341 1221.8Φ10 As=628(mm2)78Φ10 As=628(mm2) L/8Φ10 As=628(mm2) Momen

k xét người đi bội lực 5142.38Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2) 3642.079

5615.527 xét đến người đi bội lực 5615.527 3926.675

Lực cắt k xét người đi bội lực 1155.8Φ10 As=628(mm2)35 8Φ10 As=628(mm2)02.169 1404.742

Trang 30

xét đến người đi bội lực 1404.742 951.8Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)

L/4

Momen k xét người đi bội lực 8Φ10 As=628(mm2)772.114 6217.455 9590.445

xét đến người đi bội lực 9590.445 6709.68Φ10 As=628(mm2)5 Lực cắt k xét người đi bội lực 8Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)0.322 600.8Φ10 As=628(mm2)05 1052.29

xét đến người đi bội lực 1052.29 704.244

3L/8Φ10 As=628(mm2)

Momen k xét người đi bội lực 108Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)1.357 7721.421 11918Φ10 As=628(mm2).235

xét đến người đi bội lực 11918Φ10 As=628(mm2).235 8Φ10 As=628(mm2)345.108Φ10 As=628(mm2) Lực cắt k xét người đi bội lực 577.496 38Φ10 As=628(mm2)3.007 691.666

xét đến người đi bội lực 691.666 451.68Φ10 As=628(mm2)1

L/2

Momen k xét người đi bội lực 1158Φ10 As=628(mm2)1.98Φ10 As=628(mm2)3 8Φ10 As=628(mm2)221.267 12692.12

xét đến người đi bội lực 12692.12 8Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)9.019 Lực cắt k xét người đi bội lực 301.28Φ10 As=628(mm2)6 18Φ10 As=628(mm2)1.224 367.8Φ10 As=628(mm2)19

xét đến người đi bội lực 367.8Φ10 As=628(mm2)19 221.244

Từ bảng trên :

+Biểu đồ bao momen:

THSD1THCÐ1

3926.675

6709.685

8345.108 8889.0195615.527

Trang 31

IV Tính toán lựa chọn các đặc trưng của vật liệu dầm chủ

4.1 Bê tông :

Cường độ chịu nén của bê tông f'c =48Mpa

Tỷ trọng của bê tông : 23,499 kN/m3

Mô đun đàn hồi của bê tông : 33678,89 Mpa

Cường độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu tạo ứng suất :

+ f'ci=0.85f'c= 40,8 Mpa

4.2 Cốt thép :

4.2.1 Cốt thép thường :

Mô đun đàn hồi của thép Es=200000 Mpa

Cường độ chảy deo fy = 420 Mpa

Khối lượng riêng :78,5 kN/m3

4.2.2 Cốt thép dự ứng lực :

Tao cáp cấp 270

Cường độ chịu kéo fpu = 1860 Mpa

Trang 32

Giớ hạn chảy fpy=0.9fpu= 1674 Mpa

V Chọn cáp và bố trí cáp dự ứng lực

5.1 Thiết kế cáp dự ứng lực

Tính toán sơ bộ lượng thép dự ứng lực :

Tính toán theo điều kiện 2: điều kiện về cường độ

Dầm BTCT DUL có tiết diện dạng chữ T tính sơ bộ diện tích thép dự ứng lực :

6

12692,12.10

6627,545 0,72 (0,9 / 2) 0,72 1860 (0,9 1700 100)

ps

tao

A n A

5.2 Bố trí cáp dự ứng lực cho dầm chủ :

Ta bố trí 5 bó ,mỗi bó là 10 tao

Chọn ống bọc cáp bằng thép có đường kính d =95 mm, D =102 mm

Trang 33

Bố trí cáp tại mặt căt L/2 và mặt cắt gối

Biểu đồ thể hiện cáp trong dầmVới mặt cắt giữa nhịp :trọng tâm cốt thép chịu kéo tới đáy dầm là :

aT =190 mm

Với mặt cắt đầu dầm : trọng tâm cốt thép chịu kéo tới đáy dầm là :

aT =850 mm

5.3 Tính toán đặc trưng hình học

Đặc trưng hình học đối với các mặt cắt

Trang 34

5.3.1 Đối với mặt cắt giữa nhịp

Dầm chủ quy đổi :

Tên bộ phận hiệu Kí

Kích thướ c

Đơn vị

Chiều dày bản

Chiều rộng bầu

Chiều rộng bản

Trang 35

+Giai đoạn 1 : không tính diện tích của lỗ hoặc rãnh và cốt thép FT và FT’

Hệ số tính đổi :

Trang 36

Momen tĩnh của Ftd với đáy tiết diện là

Momen quán tính không kể lỗ :

-Momen quán tính của tiết diện

+Giai đoạn 2: căng cáp dự ứng lực và bơm vữa bê tông

-Diện tích tiết diện tương đương

Trang 38

5.3.2 Mặt cắt đầu dầm

+ Giai đoạn 1: chưa căng cáp dự ứng lực

1

2 6

Trang 39

Momen tĩnh của tiết diện

W

3 6

+ Giai đoạn 2: căng cáp dự ứng lực và bơm vữa bê tông

Trang 40

+ ΔffpA là mất mát thiết bị neo (MPa)

Ta phải tính toán mất mát cho tất cả mặt cắt nhưng để rút ngắn ta chỉ tính toán mất mát tại mặt cắt giữa nhịp và tại mặt cắt gối

Trang 41

6.1.MẤT MÁT ỨNG SUẤT DO TRƯỢT NEO

A P S

f L







Trong đó:

+LS làchiều dài bó cáp

2

83

A P S

Trang 42

+ f là ứng suất trong bó cốt thép DƯL tại đầu neo khi đóng đầu neo(MPa) pj

+ x là chiều dài bó cốt thép DƯL tính từ đầu kích đến tiết diện tính toán(mm)+ k là hệ số ma sát lắc; với ống bọc là ống thép mạ, k 6.6 10 7

(*) Đối với mặt cắt giữa dầm

Bó cáp Gia trị thay đổi góc nghiêng Mất mát do ma sát

Trang 43

dầm tại tiết diện có momen lớn nhất được tính như sau :

Trang 44

+Ig là mô men quán tính của tiết diện tính toán I  g 3, 48 10 mm 11 4



( )31474,37

+Ag là diện tích tiết diện tính toán của dầm A = 0,975.10 mmg 6 2

Vậy:

( )31474,37

Trang 45

+H là độ ẩm không khi tương đối trung bình hàng năm (%) H = 0.85

+Ag là diện tích tiết diện

Tính cho mặt cắt giữa nhịp

VII.Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ 1

7.1 Kiểm toán cường độ chịu uốn (mặt cắt giữa nhịp)

TTGH cường độ I phải xem xét để đảm bảo cường độ và sự ổn định cả về cục bộ và tổng thể suốt tuổi thọ thiết kế của kết cấu

Điều kiện kiểm toán theo mô men kháng uốn:

Trang 46

Các giả thiết

tích chịu nén quy ước

tiết diện vẫn còn phẳng sau khi chịu lực

w f

Momen kháng uốn danh định của dầm:

' w

+ b là chiều rộng của bề mặt cấu kiện chịu nén b=1800(mm)

Trang 47

+

' 1

280.85 0.05 0,707 0.65

7

c f

1 w

0.85 ( ) h

178,3 5

89 )8

(0

f

m A

KẾT LUẬN : Dầm đảm bảo khả năng chịu uốn

7.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

b Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

Trang 48

Khống chế hàm lượng thép tối thiểu nhằm mục đích bảo đảm không phá hoiaj đột ngột do kéo Khả năng này xuất hiện khi sức kháng mô men do cốt thép chịu kéo nhỏ hơncường độ mô men nứt tiết diện nguyên của bê tông.

Cốt thép tối thiểu phải thỏa mãn điều kiện :

Trang 49

7.3 Kiểm toán theo điều kiện sức kháng cắt(tại gối)

Công thức kiểm tra:

(cot cot )sin

v y v s

mất mát ứng suất

Astri là diện tích của bó cốt hép ứng suất thứ i

f pi là ứng suất trong bó cốt thép thứ i

Trang 50

3 0.08Φ10 As=628(mm2)5 33.54 37.949 1509.511 179415.58Φ10 As=628(mm2)

108Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)05.47 4

5 0.017 33.58Φ10 As=628(mm2) 7.68Φ10 As=628(mm2)2 1539.738Φ10 As=628(mm2)

36643.999 3

ax 0.72 1224(mm)0.9 1359(mm)

p

v

p

a d

+ Nu lực dọc tính toán Nu = 0

Trang 51

+ As, Aps là diện tích cốt thép dọc , diện tích cốt thép dự ứng lực (mm2)

+ Dựa vào bảng 4 phần 5 TCVN 11823-2017

Giả thiết chọn β = 3.14

c v

Trang 52

(cot cot )sin

Đặt thép đai theo cấu tạo Chọn đường kính thanh thép đai là ø12 dùng đại 2

Chọn khoảng cách giữa các thép đai là s = 100 (mm)

như sau

cotg 226.19 280 1800 cotg 22.5

2752197.67( )100

Ta thấy Vu =18Φ10 As=628(mm2)8Φ10 As=628(mm2)5602 (N) < 0.9.Vn = 4742120.917 (N)

KẾT LUẬN : dầm đủ khả năng chịu cắt

Trang 53

7.5 Kiểm toán theo TTGH SD

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	0,93 MB