- Để đơn giản tính toán BMC được tách thành 2 phần: phần hẫng và phần giữa hai dầm chủ.. Trong đó phần trong nhịp được tính toán như dầm giản đơn, sau đó xét hệ số điều chỉnh.. H3.1: Tín
Trang 10,5M
0,7M 0,7M
Chương 3: Bản Mặt Cầu 3.1 Giới thiệu.
- Dùng phương pháp dải bản (strip method) để phân tích BMC Khi đó BMC được mô hình hóa như dầm liên tục kê trên các dầm chính TCN 4.6.2.1
- Để đơn giản tính toán BMC được tách thành 2 phần: phần hẫng và phần giữa hai dầm chủ Trong đó phần trong nhịp được tính toán như dầm giản đơn, sau
đó xét hệ số điều chỉnh
H3.1: Tính moment cho bản liên tục bằng hệ số điều chỉnh
tải trọng tập trung hoặc như tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc lốp xe, cộng với chiều cao bản mặt cầu Các dải cần được phần tích bằng lí thuyết dầm cổ điển TCN 4.6.2.1
3.2 Cấu tạo.
3.2.1 Vật liệu.
3.2.1.1 Cốt thép.
Giới hạn chảy fy, MPa 400min chọn => 420
Đường kính cốt thép lớp trên 14mm
Đường kính cốt thép lớp dưới 14mm
Giới hạn chảy, fy, MPa
3.2.1.2 Bê tông.
- Cường độ chịu nén, fc’ 28 MPa
- Mođun đàn hồi Ec= 0,043 (WC)1,5(fc’)0,5=26752,5
3.2.2 Kích thước sơ bộ
- Khối lượng riêng của lớp phủ, Wfws 2250 kg/m3
- Lớp bảo vệ ở mặt trên/dưới 50/25 mm
Khoảng cách giữa 2 dầm chính, S=2200mm
Chiểu rộng biên trên của dầm (bc hoặc bf)
- Chiều dài bản hẫng được xác định sao cho:
M&V của dầm trong và ngoài xấp xỉ nhau
S 5.4.3.2
S 5.4.2.4
S 5.12.3
Trang 23.3 Tải trọng và hiệu ứng của tải trọng.
3.3.1 Tĩnh tải và hiệu ứng.
- Tĩnh tải do BMC và lớp phủ:
- Tĩnh tải do lớp phủ bản mặt cầu:
DW=1x(0,07x22,5+0,005x18)=1,665kN/m
3.3.2 Hoạt tải và hiệu ứng (bản kê).
- Tính như dầm giản đơn và xét hệ số điều chỉnh
- Tải trọng thiết kế dùng cho bản mặt cầu và quy tắc xếp tải áp dụng quy định điều 3.6.1.3.3 (ASSHTO98):
Do nhịp bản S=2200<4600 phải được thiết kế các bánh xe của trục 145kN
Tải trọng bánh xe phải được giả thiết bằng nhau trong 1 đơn vị trục xe và sự tăng tải trọng bánh xe do các lực li tâm và lực hãm không cần đưa vào tính toán bản mặt cầu
Xe tải thiết kế hoặc xe 2 bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kì tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn (3.6.1.3.1):
+ 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can: khi thiết kế bản mút thừa
+ 600mm tính từ mép làn xe thiết kế: khi thiết kế các bộ phận khác + Khi xếp xe lên đường ảnh hưởng sao cho gây ra hiệu ứng lực cực hạn
cả âm và dương
- Chiều rộng dải bản tương đương
Tại nơi có momen dương E=660+0,55S=660+0,55x2200=1870mm
Tại nơi có momen âm E= 1220+0,25S=1220+0,25x2200=1770mm
S: khoảng cách giữa 2 dầm chủ
- Tải trọng bánh xe lên dải bản có chiều rộng 1mm
Cường độ phân bố của tải trọng bánh xe lên dải bản
LL=P/[(b+ts)E]
P-tải trọng bánh xe b-chiều rộng vệt bánh xe (ngang cầu), b=510mm
ts=hf-chiều dày trung bình bản mặt cầu ts=175mm
- Hệ số tải trọng
số tải trọng
Hệ số tải trọng
1 W
[( W) M (1 ) M]
- Hệ số điều chỉnh tải trọng:
TCN 4.6.2.1
Trang 3DW
DC
dah M
S/4=550
LL
2200
LL DW
DC
dah M
S/4
1 0,95
D R l
�
- Hệ số làn m:
- Hệ số lực xung kích:
IM=0,25
- Diện tích phần đường ảnh hưởng do momen tĩnh tải:
2
1 2200
2200 0,605
2 4
M
� �
- Diện tích phần đường ảnh hưởng momen do bánh xe thiết kế (1 hàng xe)
y=378,75mm
2
1
378, 75 685 685 (550 378,75) 0,318
2
M
H3.2: Trường hợp đặt 1 hàng bánh xe (tính M)
- Diện tích phần đường ảnh hưởng momen do bánh xe thiết kế (2 hàng xe)
y=342,5mm
2
342,5 685 0, 235
M
H3.2: Trường hợp đặt 2 hàng bánh xe (tính M) Bảng 3.1: Tính các giá trị do LL, Mo+, Mo- do hoạt tải xe 3 trục.
Trang 4Mo_LL (2 hàng bánh xe), kNm 39,73 41,71
Bảng 3.2: Giá trị các momen
3.4 Kiểm toán.
3.4.1 Tính cốt thép cho vị trí giữa nhịp BMC.
3.4.3.1 Tính cốt thép.
- Đường kính danh định cốt thép chịu lực 14mm
- Diện tích mặt cắt ngang cốt thép As= 153.94mm2
- Chiều cao làm việc của tiết diện de= 143mm
- Hệ số kháng uốn φf= 0.9
+
2 u
M
φ b.d
'
'
- Lượng cốt thép cần thiết /1mm BMC
A =ρ.d =0,5005mm /mm s e 2
- Khoảng cách tính toán giữa các thanh cốt thép là @307,6mm
- Kết luận: chọn @310mm
3.4.3.2 Kiểm tra cự li cốt thép.
Cự ly tối thiểu của các thanh cốt thép TCN 5.10.3 Đối với bêtông đúc tại chổ, cự ly giữa các thanh trong một lớp ≥
- 1.5 lần đường kính danh định của thanh
- 1.5 lần kích thướt tối đa của cấp phối thô hoặc
- 38mm
Kết luận: Thỏa cự ly tối thiểu giữa các thanh cốt thép
Cự ly tối đa của các thanh cốt thép TCN 5.10.3
- Trong các vách và bản, trừ khi được quy định khác, cự ly giữa các cốt thép không được vượt quá 1.5 lần chiều dày của bộ phận hoặc 450mm
1.5ts= 262,5mm
Kết luận: Thỏa cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép
3.4.3.3 Kiểm tra về hàm lượng cốt thép tối đa TCN 5.7.3.3
Điều kiện: 0.42
e
c
d �
Bảng 3.3: Số liệu
As
y
' c
e
Trang 5- Tính toán:
' c
T
1
a
β
e
c 0.079 0.42
- Kết luận: Thỏa hàm lượng cốt thép tối đa
3.4.3.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu TCN 5.7.3.3
- Đối với các cấu kiện không có thép DƯL thì lượng cốt thép tối thiểu quy định ở đây có thể coi là thỏa mản nếu:
'
y
0.03.f ρ
f
�
Trong đó: ρ*: tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên
Tính toán:
' c y
0.03.f
=0.002
s
A
t @
Kết luận: Thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu
3.4.3.5 Kiểm tra sức kháng uốn của tiết diện.
Điều kiện: M n �M u 0.9 TCN 1.3.2.1-1
Công thức tính toán sức kháng uốn của tiết diện:
M =A f d -0.5an s y e
Tính toán: n
n
+ u
.73 kNm
φM =32.16 kNm
M =26,04kN
M =35
m
�
�
�
�
� Kết luận: Thỏa điều kiện kháng uốn
3.4.2 Tính cốt thép chịu momen âm.
3.4.2.1 Tính cốt thép.
- Đường kính cốt thép chịu lực Ø14mm
- Diện tích mặt cắt ngang cốt thép As= 153.94mm2
- Chiều cao làm việc tiết diện de= 118mm
- Hệ số kháng uốn φf= 0.9 TCN 5.5.4.2
2 u
M
Trang 6'
- Lượng cốt thép cần thiết:
A =ρ.d =0,9204mm s e 2
- Khoảng cách tính toán giữa các thanh cốt thép là @167,25mm
- Kết luận: chọn @130mm
3.4.2.2 Kiểm tra cự li cốt thép.
Cự ly tối thiểu của các thanh cốt thép TCN 5.10.3 Đối với bêtông đúc tại chổ, cự ly giữa các thanh trong một lớp ≥
- 1.5 lần đường kính danh định của thanh
- 1.5 lần kích thướt tối đa của cấp phối thô hoặc
- 38mm
Kết luận: Thỏa cự ly tối thiểu giữa các thanh cốt thép
Cự ly tối đa của các thanh cốt thép TCN 5.10.3
- Trong các vách và bản, trừ khi được quy định khác, cự ly giữa các cốt thép không được vượt quá 1.5 lần chiều dày của bộ phận hoặc 450mm
1.5ts= 285mm
Kết luận: Thỏa cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép
3.4.2.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa.
Điều kiện:
e
c 0.42
d � Bảng 3.4: Số liệu
As
mm
fy
Mpa
f' c
Mpa
de
Tính toán:
' c
T
1
a
β
e
c 0.21 0.42
Kết luận: Thỏa hàm lượng cốt thép tối đa
3.4.2.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu.
- Đối với các cấu kiện không có thép DƯL thì lượng cốt thép tối thiểu quy định ở đây có thể coi là thỏa mản nếu:
Trong đó: ρ*: tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên
- Tính toán:
Trang 7' c y
0.03.f
=0.002 f
s
A
t @
- Kết luận: Thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu
3.4.2.5 Kiểm tra sức kháng uốn của tiết diện.
- Điều kiện: φMn �Mu+ 0.9 TCN 1.3.2.1-1
- Công thức tính toán sức kháng uốn của tiết diện:
M =A f d -0.5an s y e
- Tính toán:
u
n n
-48.68 kNm
φM =43.81 kNm
M =38.32 kNm
M =
�
�
�
�
�
- Kết luận: Thỏa điều kiện kháng uốn
3.4.3 Kiểm toán theo điều kiện kháng uốn ở TTGHSD.
3.4.3.1 Kiếm toán khống chế nứt bằng phân bố cốt thép.
- Điều kiện: fs � TCN 5.7.3.4fsa
f - ứng suất cho phépsa
f - ứng suất kéo trong cốt théps
sa 1/3 y
c
Z
Trong đó:
dc: chiều cao phần bêtông tính từ thế chịu kéo ngoài cùng cho đến tâm của thanh hay sợi
đặt gần nhất, dc ≤ 50mm
A: diện tích phần bêtông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được bao bởi Các mặt của mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hòa
Z: thông số bờ rộng vết nứt (N/mm)
3.4.3.2 Khống chế nứt ở vùng chịu nén dương.
Bảng 3.5: Số liệu
de
mm
Ø mm
As
Lớp bảo
vệ (mm)
fy
MPa
3.4.3.2.1 Xác định ứng suất cho phép f sa.
Tính toán:
Z= 23000N/mm dc=32mm
Trang 8 1/3
c
Z
=276.84MPa
d A
sa
f =252MPa
3.4.3.2.2 Xác định ứng suất trong cốt thép chịu kéo.
- Công thức tính moment tổng quát:
IM
100
Ghi chú: γDC1, γDW, γLL, γLL được lấy theo TTGH Sử Dụng
Bảng 3.6: các giá trị của momen theo TTGHSD
Tính toán:
As= 0.5498 mm2/mm b=1 mm
s e
A
bd
2 0.5
y=d -kd =112.6mm
3 2 4
1
3
+ u s
t
n.M y
I Kết luận: f >f thỏa điều kiện khống chế nứtsa s
3.4.3.3 Khống chế nứt ở vùng chịu nén âm.
Bảng 3.7: Số liệu
de
s
y
MPa
3.4.3.3.1 Xác định ứng suất cho phép f sa
Tính toán:
Z= 23000N/mm
Trang 9c
Z
=243.3MPa
d A
sa
f =243.3MPa
3.4.3.3.2 Xác định ứng suất trong cốt thép chịu kéo.
Tính toán:
As= 1.184 mm2/mm b=1 mm
s e
A
bd
2 0.5
y=d -kd =80.295mm
3 2 4
1
3
+ u s
t
n.M y
I Kết luận: f >f thỏa điều kiện khống chế nứtsa s
3.4.4 Thiết kế cốt thép phân bố theo hướng phụ cho lưới dưới.
- Cốt thép hướng chính được đặt vuông góc với phương xe chạy
- Chiều dài nhịp hữu hiệu của bản mặt cầu
Se= S-bf/2=1950
- Tỷ lệ lượng cốt thép hướng phụ so với hướng chính
%As=min[3840/(Se)0,5; 67%)=67%
- Lượng cốt thép ở hướng chính
Asm=0,4398 mm2/mm
- Lượng cốt thép ở hướng phụ
As=0,295 mm2/mm
- Đường kính và diện tích mặt cắt ngang cốt thép hướng phụ
d=10mm
As=78,54 mm2
- Khoảng cách giữa các thanh cốt thép hướng phụ 266mm
- Chọn bước cốt thép hướng phụ: 130mm
3.4.5 Thiết kế cốt théo phân bố theo hướng phụ cho lưới trên.
- Cốt thép được bố trí theo điều kiện co ngót và nhiệt độ
As≥0,75Ag/fy
0,75Ag/fy=0,3125 mm2/mm
- Lượng cốt thép yêu cầu ở hướng phụ, lưới trên
Trang 10As=78,54 mm2
- Khoảng cách giữa các thanh cốt thép hướng phụ 502,65mm
- Thép phải được phân bố đều trên 2 mặt, trừ các bộ phận mỏng ≤150mm, cốt thép có thể đặt trong 1 lớp
- Cốt thép chịu co ngót và nhiệt độ không được đặt rộng hơn 450mm hoặc 3 lần chiều dày cấu kiện 3ts=525mm
- Chọn bước cốt thép hướng phụ lưới trên 250mm