Trang 1 MỤC LỤC PHẦN 1 THIẾT KẾ KỸ THUẬT 4 CHƯƠNG I THIẾT KẾ BẢN MẶTCẦU 4 1 CHIỀU DÀY BẢN MẶT CẦU 4 2 TĨNH TẢI 4 3 HOẠT TẢI 5 3 1 Do xe tải thiết kế 5 3 2 Do người đi bộ 6 4 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TẠI NGÀM 6 5 TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẢN KIỂU DẦM 8 5 1 Nguyên lý tính toán 8 5 2 Xác định hoạt tải tác dụng 9 5 3 Xác định mômen dương giữa nhịp 10 5 3 1 Do tĩnh tải và hoạt tải 1 bánh xe gây ra 10 5 3 2 Do tĩnh tải và hoạt tải 2 bánh xe của hai xe gây ra 10 5 3 3 Do tĩnh tải và hoạt tải 2 bánh xe của một xe gây.
Trang 1Trang 1
MỤC LỤC :
PHẦN 1 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT……… …… 4
CHƯƠNG I : THIẾT KẾ BẢN MẶTCẦU……….…4
1 CHIỀU DÀY BẢN MẶT CẦU: 4
2.TĨNH TẢI: 4
3.HOẠT TẢI: 5
3.1 Do xe tải thiết kế: 5
3.2 Do người đi bộ: 6
4 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TẠI NGÀM: 6
5.TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẢN KIỂU DẦM: 8
5.1 Nguyên lý tính toán : 8
5.2 Xác định hoạt tải tác dụng 9
5.3 Xác định mômen dương giữa nhịp: 10
5.3.1 Do tĩnh tải và hoạt tải 1 bánh xe gây ra : 10
5.3.2 Do tĩnh tải và hoạt tải 2 bánh xe của hai xe gây ra : 10
5.3.3 Do tĩnh tải và hoạt tải 2 bánh xe của một xe gây ra : 11
6 TÍNH NỘI LỰC THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG: 12
6.1 Tính mômen và lực cắt tại ngàm của bản hẫng.: 12
6.2 Tính mômen giữa nhịp và lực cắt tại ngàm của bản kiểu dầm: 12
7 TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BẢN THEO TTGHCĐI : 13
7.1.Bố trí cốt thép chịu mômen âm của bản mặt cầu (cho 1m bản) và kiểm tra theo TTGH cường độ 1: Error! Bookmark not defined 7.2.Bố trí cốt thép chịu mômen dương của bản mặt cầu (cho 1m bản) và kiểm tra theo TTGH cường độ 1: Error! Bookmark not defined 7.3 Bố trí cốt thép chịu momen âm của bản hẫng mặt cầu (cho 1m rộng bản) và kiểm tra theo TTGH cường độ 1: Error! Bookmark not defined 7.4 Kiểm tra bản theo điều kiện kháng cắt: 17
7.5 Bố trí cốt thép co ngót và nhiệt độ : 18
8 KIỂM TRA BẢN MẶT CẦU THEO TTGH SỬ DỤNG: 19
8.1 Kiểm tra nứt đối với mômen dương: 19
8.2 Kiểm tra nứt đối với mômen âm: 20
9 BỐ TRÍ CỐT THÉP CẤU TẠO: 21
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẦM CHỦ BTCT……… 24
1 CÁC LOẠI VẬT LIỆU: 22
1.1 Cốt thép dự ứng lực: 22
Trang 2Trang 2
1.2 Cốt thép thường: 22
1.3 Vật liệu bê tông: 22
2 BỐ TRÍ DẦM TRONG MẶT CẮT NGANG CẦU 23
2.1 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ: 23
2.2 Xác định bản cánh hữu hiệu: 23
2.2.1 Đối với dầm giữa: 23
2.2.2 Đối với dầm biên: 24
3.LỰA CHỌN THÔNG SỐ : 24
3.1 Hệ số sức kháng : 24
3.2 Các hệ số cho tĩnh tải: 24
4.TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM CHỦ DO TĨNH TẢI: 24
4.1 Các tĩnh tải tác dụng lên dầm đang thiết kế : 24
4.2 Xác định nội lực do tĩnh tải dầm chủ: 26
4.3 Nội lực dầm chủ do hoạt tải: 30
4.3.1 Xác định hệ số phân bố hoạt tải đối với dầm biên : 30
4.3.2 Xác định Mômen do hoạt tải gây ra:……….…
…… Error! Bookmark not defined 3.3.Lực cắt do hoạt tải gây ra: 41
3.4 Tổ hợp nội lực : 46
5.TÍNH VÀ BỐ TRÍ THÉP DỰ ỨNG LỰC 47
5.1 Vật liệu dùng trong dầm chủ: 47
5.1.1.Thép cường độ cao: 47
5.1.2.Thép thường: 48
5.1.3 Bê tông: 48
5.2 Chọn và bố trí cáp cường độ cao: 48
5.2.1 Xác định lượng cốt thép trong dầm: 48
5.2.1.1 Xác định lượng cốt thép trong dầm theo điều kiện cường độ sữ dụng 48
5.2.1.2 Xác định lượng cốt thép trong dầm theo điều kiện cường độ I: 49
5.2.2 Bố trí cáp Dự ứng lực: 50
5.3 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm : 51
5.3.1.Giai đoạn 1: 51
5.3.2.Giai đoạn 2: Error! Bookmark not defined 6.TÍNH TOÁN MẤT MÁT ỨNG SUẤT 57
6.1 Mất mát ứng suất do biến dạng của neo: 57
6.2 Mất mát do nén đàn hồi: 58
Trang 3Trang 3
6.3 Mất mát ứng suất do ma sát giữa CTDƯLvà thành ống: 59
6.4 Do co co ngót: 60
6.5 Mất mát ứng suất do từ biến : 60
6.6 Mất mát do chùng ứng suất lúc truyền lực: 61
6.6.1 Mất mát do chùng ứng suất tại thời điểm truyền lực : 61
6.6.2 Mất mát do chùng ứng suất sau khi truyền lực : 61
6.7 Tổng mất mát ứng suất trước: 62
7 KIỂM TOÁN DẦM THEO TRẠNG THÁI SỮ DỤNG: 62
7.1 Kiểm tra ứng suất trong bê tông: 62
7.1.1 Giai đoạn 1: 63
7.1.2 Giai đoạn 2: 65
7.2 Kiểm tra độ võng: 68
7.2.1 Trường hợp 1 xe thiết kế: 68
7.2.2 Trường hợp 25% Xe tải thiết kế và Tải trọng làn: 69
8 KIỂM TOÁN THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ 1 (THGHCD1): 70
8.1 Kiểm toán theo điều kiện mô men kháng uốn 70
8.2 Kiểm tra giới hạn cốt thép: 73
8.2.1 Giới hạn cốt thép tối đa: 73
8.2.2 Giới hạn cốt thép tối thiểu: 73
8.3 Tính cốt đai và kiểm toán cắt TTGH cường độ I: 74
PHẦN 2 : THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP……… 79
1 ĐIỀU KIỆN THI CÔNG 79
2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN: 79
2.1 Lao lắp dầm bằng giá long môn: 79
2.2 Lao lắp dầm bằng tổ hợp mút thừa loại lớn: 79
2.3 Lắp dầm bằng công nghệ póoctic: 80
2.4 Kết luận: 80
3 CÁC BƯỚC THI CÔNG : 80
4 TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA PHƯƠNG ÁN CHỌN: 81
4.1 Tính ổn định khi lao dầm: 81
4.2 Tính toán cáp treo dầm: 83
Trang 4Trang 4
PHẦN 1 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT
CHƯƠNG I : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
Sơ đồ tính bản mặt cầu
1 CHIỀU DÀY BẢN MẶT CẦU:
Chiều dày tối thiểu của bản BTCT theo AASHTO là 175mm Chọn chiều dày bản là 200mm
Trang 5Trang 5
Theo 22TCN272–05 4.6.2.1.6, các dãi bản phải được coi như các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn Chiều dài nhịp được lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các dầm chủ, các dầm chủ được coi là tuyệt đối cứng
Cần xác định mômen dương lớn nhất và mômen âm lớn nhất, lực cắt lớn nhất và áp dụng tính toán cho toàn bản
Để xác định nội lực trong bản ta vẽ đường ảnh hưởng tại các vị trí giữa nhịp và gối và xếp tải để xác định nội lực max
Sơ đồ tính tải tác dụng lên bản hẫng
E =1140+0.833x = 1140+0.833×250 = 1348.25 mm
LL = P/2
(b+h)E =
0.65×145/2(0.51+0.20)×1.348 = 49.23 kN/m
Trang 7Trang 7
Hoạt tải Hệ số tải trọng
Với :
γLL – hệ số tải trọng của hoạt tải xe
γPL – hệ số tải trọng của hoạt tải người
γDC – hệ số tải trọng tĩnh tải bản thân kết cấu
γDW – hệ số tải trọng tĩnh tải do lớp phủ mặt cầu
Xét hệ số điều chỉnh tải trọng trường hợp sử dụng các giá trị cực đại của γi:
D×R×I≥ 1
D = hệ số liên quan tính dẻo
R = Hệ số liên quan đến tính dư
I = Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác Lấy =1
L + γ DC DC2 L 2 + γ DW. DW
2
2 3
L + γ LL (1+IM).LL
2
2 4
L ]
+ Trường hợp chỉ có người đi bộ và tải trọng bản thân
M = η.[ γ2 DC DC 1
2
2 1
L + γ DC DC 2 L 2 + γ DW. DW
2
2 3
L + γ PL PL.
2
2 5
L ] Với :
L1 =1.05m – chiều dài bản hẫng
L2 =0.80m – khoảng cách từ tim lan can đến ngàm
L3 = 0.55m – chiều dài phần có lớp phủ mặt cầu
L4 = 0.605m – chiều dài phần ảnh hưởng của bánh xe lên cánh hẫng
L5 = 0.55m – chiều dài phần người đi bộ trong bản hẫng
Thay các giá trị vào trên ta được :
M = 1.[1.25×4.9×1
2
05
+1.25×4.52× 0.8+ 1.5×1.88×
2
55
] = 28.03 KNm
γ LL γ PL γ DC γ DW 1.75 1.75 1.25 1.5
3KN/M 49.23KN/M
Trang 8Trang 8
M = 1.[1.25×4.9×2
2
05.1+1.25×4.52× 0.8+ 1.5×1.88×
2
55.0+ 1.75×3×
2
55.0]
+ Trường hợp chỉ có người đi bộ và tải trọng bản thân
Nội lực được xét trên 1 m chiều rộng của bản
Bản mặt cầu có thể phân tích như mô hình dải bản liên tục kê lên các gối tựa cứng là các dầm chủ
Đối với bản mặt cầu của các dầm có thể phân tích theo mô hình dải bản ngàm hai đầu và tính theo phương pháp gần đúng với đường lối tính mô men dương ở mặt giữa nhịp của mô hình bản giản đơn kê lên gối 2 khớp
+ Trị số mômen tại mặt cắt giữa nhịp của bản hai đầu ngàm được xác định :
Trang 9Trang 9
M0.5L : Mômen do tải trọng gây ra tại giữa nhịp giản đơn
k: hệ số hiệu chỉnh xét đến tính chất ngàm ở hai đầu
2/14565.0)
(
2/65.0
m kN E
h b
2/14565.0)
(
2/65.0
m kN E
h b
Tiến hành xếp tải lên đường ảnh hưởng
a Trường hợp chỉ có 1 bánh xe đặt tại vị trí giữa nhịp:
b Trường hợp hai bánh xe của hai xe tải đặt cách nhau 1,2m :
Trang 10Trang 10
c Trường hợp hai bánh xe của một xe tải đặt cách nhau 1,8m :
5.3 Xác định mômen dương giữa nhịp:
5.3.1 Do tĩnh tải và hoạt tải 1 bánh xe gây ra :
M0.5L DC.DC1.DC1DW DWDW m.LL1IM.LL.LL
= 1×[1.25×4.9×0 551+1.5×1.88×0 551+1.2×1.75×(1+0.25)×36.57×0.309] = 34.59 kN.m
M0.5L DC.DC1.DC1DW DWDW m.LL1IM.LL.LL
= 1×[1.25×4.9×0 551+1.5×1.88×0 551+1.2×1.75×(1+0.25)×38.04×0.309] = 35.78 kN.m
5.3.2 Do tĩnh tải và hoạt tải 2bánh xe của hai xe gây ra :
M0.5L DC.DC1.DC1DW DWDW m.LL1IM.LL.LL
= 1×[1.25×4.9×0 551+1.5×1.88×0 551+1×1.75×(1+0.25)×36.57×0.317] = 30.28 kN.m
M0.5L DC.DC1.DC1DW DWDW m.LL1IM.LL.LL
Trang 11Trang 11
= 1×[1.25×4.9×0 551+1.5×1.88×0 551+1×1.75×(1+0.25)×38.04×0.317] = 31.31 kN.m
5.3.3 Do tĩnh tải và hoạt tải 2 bánh xe của một xe gây ra :
Suy ra : trường hợp 1 bánh xe của xe tải thiết kế đặt giữa dầm gây mômen lớn nhất Vậy : mômen dương tại giữa nhịp:
M0,5L k0.5L.M0.5L 0.534.5917.30(kNm)
mômen âm tại gối:
M g k g.M0.5L 0.835.7828.60(kNm)
5.4 Xác định lực cắt tại ngàm
Lực cắt tại ngàm được xác định theo phương pháp chất tải thông thường
Ta xét trường hợp hai bánh của xe hai tải ba trục cách nhau 1.2m xếp tải như bên dưới
Trang 126 TÍNH NỘI LỰC THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG:
Khi tính bản theo trạng thái giới hạn sử dụng ( TTGHSD) thì lấy:
L + γ DC DC 2 L 2 + γ DW. DW
2
2 3
L + γ LL (1+IM).LL
2
2 4
L ]
= 1×[1×4.9×
2
05
+ 1×4.52×0.8+ 1×1.88×
2
55
+1×1.25×49.23×
2
605
Trang 13Nội lực thiết kế bản mặt cầu
Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu
7 TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BẢN THEO TTGHCĐI :
Xác định lớp bê tông bảo vệ :
Trang 14a )– A'
s f'y (d'
s –
2
a )+ 0.85f'
c (b– b w )β 1 h r (
2
a –
2
r
h )
Vì không có cốt thép ứng suất trước, b= bw và coi A'
s= 0 nên ta có:
M n = A s f y (d s –
2
a )
Trong đó:
+ As : Diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trước (mm2)
+ fy : Giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)
+ ds : Khoảng cách tải trọng từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo
không ứng suất trước (mm)
+ A'
s : Diện tích cốt thép chịu nén (mm 2)
+ f'y : Giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén (MPa)
+ d'p: Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén + f'
c : Cường độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)
+ b : Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)
+ bw : Chiều dày của bản bụng hoặc mặt cắt tròn (mm)
+ β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong TCN 5 7.2.2 với BT có cường độ > 28MPa hệ số 1 giảm đi theo tỉ lệ 0,05 cho từng 7 Mpa đến khi
vượt quá 28 Mp
+hl : Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T (mm)
a = c.β 1: Chiều dày của khối ứng suất dương (mm) theo TCN 5.7.2.2
a = c β 1 =
w c
y c y s ps ps
b f
f A f A f A
1 '
' ' 85
f A
c
y s
'
85
Trang 15Trang 15
Mômen tính toán cho momen âm của bản mặt cầu
Mu= 29.03 kNm
Cách thực hiện : chọn trước số thanh thép rồi kiểm tra cường độ
Chọn 6 thanh thép 12 diện tích mỗi thanh là 113.1 mm 2
f A
c
y s
'
85
10004085.0
4206.678
38.81344206
Vậy thoả mãn về mặt cường độ
Kiểm tra lượng thép tối đa ( TCN 5.7.3.3.1)
Phải thoả mãn điều kiện
e
c
d 0.42
de = ds = 134 mm (do coi Asp=0, TCN 5.7.3.3.1–2)
c khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà,
38
03
Kiểm tra lượng thép tối thiểu ( TCN 5.7.3.3.1)
Phải thoả mãn điều kiện min 0, 03 'c
y
f f
Trong đó: min tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên
1000 200
6.678
Trang 16Trang 16
vậy min 0, 03 'c
y
f f
Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng thép tối thiểu
Cự ly tối đa của các thanh cốt thép, theo 22TCN272–05 5.10.3.2 trong bản cự ly cốt
thép không được vượt quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450 mm
S max 1.5×200= 300 mm
7.2 Bố trí cốt thép chịu mômen dương của bản mặt cầu (cho 1m bản) và kiểm tra theo TTGH cường độ 1:
Không xét đến cốt thép chịu nén
Mômen tính toán cho momen dương của bản mặt cầu : Mu=17.3 kNm
Cách thực hiện: chọn trước số thanh thép rồi kiểm tra cường độ
Chọn 6thanh thép Φ12 diện tích mỗi thanh là 113.1 mm 2
f A
c
y s
'
85
10004085.0
4206.678
Vậy thoả mãn về mặt cường độ
Kiểm tra lượng thép tối đa ( TCN 5.7.3.3.1)
Phải thoả mãn điều kiện
e
c
d 0.42
de = ds = 154 mm (do coi Asp = 0 , TCN 5.7.3.3.1–2)
c khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà,
c a 11.03mm
76.0
38
03
Kiểm tra lượng thép tối thiểu ( TCN 5.7.3.3.1)
Trang 17Trang 17
Phải thoả mãn điều kiện min 0, 03 'c
y
f f
Trong đó: min tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên
1000 200
6.678
vậy min 0, 03 'c
y
f f
Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng thép tối đa
Cự ly tối đa của các thanh cốt thép, theo 22TCN272–05 5.10.3.2 trong bản cự ly cốt
thép không được vượt quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450 mm
Momen tính toán cho momen âm của bản mặt cầu:
Mr = 38.45 KN.m > Mu = 28.03 KN.m
Ta thấy momen phần hẫng nhỏ hơn momen âm trong nhịp và thỏa mãn về cường độ với thép bố trí giống momen âm trong nhịp nên phần hẫng thỏa mãn các yêu cầu kiểm tra 7.4 Kiểm tra bản theo điều kiện kháng cắt:
Việc kiểm tra sức kháng cắt trong bản được tính theo công thức :
p s c
V d b f
V V V
25.0
Trang 18Trang 18
V c 0,083. f'c.b c.d v
g g
dv fy As
V s (cot cot )sin
+ θ:gúc nghiờng ứng suất nộn chộo được xỏc định trong điều 5.8.3.4
+ α:gúc nghiờng của cốt thộp ngang với trục dọc
+ Av:diện tớch cốt thộp chịu cắt trong cự ly s
+ Vp:thành phần dự ứng lực hữu hiệu trờn hướng lực tỏc dụng, là dương nếu
Tớnh giỏ trị β và θ: đối với các mặt cắt bê tông không dự ứng lực không chịu kéo dọc
trục và có ít nhất một lượng cốt thép ngang tối thiểu quy định trong Điều 5.8.2.5, hoặc
khi có tổng chiều cao thấp hơn 400 mm, có thể dựng các giá trị sau đây : β=2 và θ= 45o
Trang 19Trang 19
y
g s
f
A
A 0.75
Trong đó: Ag là diện tích nguyên mặt cắt, Ag =200×1=200 mm2
fy là cường độ chảy quy định của thanh thép, fy =420MPa
y
g s
8 KIỂM TRA BẢN MẶT CẦU THEO TTGH SỬ DỤNG:
Theo TCN 5.5.2 các vấn đề phải kiểm tra theo TTGH sử dụng là nứt, biến dạng và
ứng suất trong bê tông
Do nhịp của bản nhỏ và không có thép DƯL nên cần kiểm tra nứt theo TCN 5.7.3.4
Các cấu kiện phải được cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép ở TTGHSD fsa
không được vượt quá:
y c
sa
A d
Z f
).( 1/3
bê tông bảo vệ dc không lớn hơn 50 mm
+ Z thông số bề rộng vết nứt (N/mm) , lấy Z= 23000 N/mm cho các cấu kiện
trong môi trường khắc nghiệt và khi thiết kế theo phương ngang
+ fsa ứng suất kéo trong bê tông ở TTGHSD
+ A diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được
bao bởi các mặt cắt của MCN và đường thẳng song song với trục trung hoà,
chia cho số lượng các thanh thép.(mm 2)
8.1.Kiểm tra nứt đối với mômen dương
Mômen dương lớn nhất theo TTGHSD trong bản là M=9.12 kNm
Tính ứng suất trong cốt thép ở mép dưới bản fs :
Xác định vị trí trục trung hoà:
Mômen tĩnh đối với mép dưới của mặt cắt:
Trang 201.20700366
Ứng suất trong cốt thép ở mép dưới bản fs :
29.991012.9
23000
A d
Z f
c
Và f s 8.17 MPa < 0.6fy = 0.6×420=252 MPa, thoã điều kiện chống nứt 8.2.Kiểm tra nứt đối với mômen âm
Mômen âm lớn nhất trong bản là M=21.31 kNm
Trang 21Trang 21
Tính ứng suất trong cốt thép ở mép dưới bản fs :
KC từ trục trung hòa đến mép trên mặt cắt: y’=200 – 99.29 = 100.71 mm
Ứng suất trong cốt thép ở mép dưới bản fs :
71.1001031.21
2
=16667 mm2
1 / 3 1 / 3
1666750
23000
A d
Z f
c
và f s 19.41 MPa < f sa244.4 MPa , thoã điều kiện chống nứt
Vậy bản thoả mãn điều kiện kiểm toán ở trạng thái giới hạn
9 BỐ TRÍ CỐT THÉP CẤU TẠO:
Cốt thép phụ theo chiều dọc được dưới đáy bản để phân bố tải trọng bánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phương ngang Diện tích yêu cầu tính theo phần trăm cốt thép chính chịu momen dương Đối với thép chính đặt vuông góc với hướng xe chạy [A9.7.3.2]
Trang 22Trang 22
CHƯƠNG II:
THIẾT KẾ DẦM CHỦ BTCT DẦM BIÊN CHỮ T ,L = 36 m BẰNG PHƯƠNG PHÁP CĂNG SAU
SỐ LIỆU THIẾT KẾ:
Thiết kế dầm bê tông cốt thép dự ứng lực
Loại dầm : dầm T bê tông cốt thép dự ứng lực căng sau
Chiều dài toàn dầm : L = 36 (m)
Khổ cầu K = 7 + 2x1 (m)
Tao cáp dự ứng lực: Tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính 15.2 mm (Grade 270)
Bê tông grade 40 (MPa)
Quy trình thiết kế : 22TCN 272-05
Tải trọng thiết kế : 0.65 HL93
Tải trọng đoàn người 3 (kN/m2)
NỘI DUNG TÍNH TOÁN
1 CÁC LOẠI VẬT LIỆU:
1.1 Cốt thép dự ứng lực:
Sử dụng tao thép 15.2 mm thép có độ chùng thấp theo tiêu chuẩn ASTM A416 Grade 270
Cường độ kéo quy định của thép dự ứng lực: fpu = 1860 (Mpa)
Giới hạn chảy của thép dự ứng lực: fpy = 0,9.fpu = 1674 (Mpa)
Môđun đàn hồi của thép dự ứng lực: Ep = 197000 (Mpa)
Ưng suất trong thép ứng suất khi kích: fpi = 0,8.fpu = 1674 (Mpa)
1.2 Cốt thép thường:
Giới hạn chảy tối thiểu của cốt thép thanh: fy=420 MPa
Mô đun đàn hồi: Es=200000 MPa
1.3 Vật liệu bê tông:
Cường độ chịu kéo của bê tông ở tuổi 28 ngày : fc’ = 40 (Mpa)
Cường đô chịu nén của bê tông khi tạo ứng suất trước : fci’ = 0,9.fc’ = 36 (Mpa)
Môđun đàn hồi của bê tông dầm: Ec = 0,043.γc1,5 = 31975,4 (Mpa)
Cường độ chịu kéo khi uốn: fr = 0,63 = 3,984 (Mpa)
Trang 23Trang 23
2 BỐ TRÍ DẦM TRONG MẶT CẮT NGANG CẦU
Tổng chiều dài toàn dầm là 36(m), để 2 đầu dầm mỗi bên 0,3 (m) để kê gối Như vậy
chiều dài nhịp tính toán của dầm là 35,4 (m)
Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ T chế tạo bằng bê tông có fc’ = 40 (Mpa) Lớp phủ mặt cầu gồm có các lớp : Lớp bê tông nhựa dày 7.5(cm), lớp phòng nước dày 1(cm), khoảng cách ngang giữa các dầm chủ là: S = 2100 (mm)
2.1 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ:
Theo điều kiện chọn tiết diện 22TCN 5.14.1.2.2
Chọn dầm có mặt cắt chữ T như sau:
`
Kiểm tra điều kiện về chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu:
Yêu cầu : hmin = 0,045L
Trong đó:
+ L: chiều dài nhịp tính toán L= 35400 (mm)
+ hmin : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu,hmin = 1800(mm) 0,045L = 0,045.35400 = 1593 (mm) < 1800 (mm)
2.2 Xác định bản cánh hữu hiệu:
2.2.1.Đối với dầm giữa
Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của :
+ 1/4 chiều dài nhịp = 35400/4 = 8850(mm)
Trang 24+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau: bi = 2100 mm
Kết luận : Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu b = 2100 mm
2.2.2.Đối với dầm biên
Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm kế trong (= 2100/2=1050 mm ) cộng với giá trị nhỏ nhất của :
+ 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu =35400/8=4425 mm
+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản
bụng hoặc 1/2 bề dày bản cánh trên của dầm chủ :
= 6 x 200+ max{200/2
2100/4 = 1725 mm + Bề rộng phần hẫng = 1050 mm
Vậy: bề rộng phần cánh hữu hiệu là =1050 +1050 =2100 mm
4.TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM CHỦ DO TĨNH TẢI:
4.1.Các tĩnh tải tác dụng lên dầm đang thiết kế :
Trong tính toán thiết kế kỹ thuật, do ta có xét sự tham gia mối nối nên tiết diện dầm
chủ giữa và dầm chủ biên có tiết diện giống nhau
Trang 25Trang 25
Tải trọng bản thân dầm DC1
Tiết diện tại giữa dầm và đầu dầm
Tải trọng bản than dầm chủ được xác định theo công thức sau:
DC1= γ.Ag
Trong đó: γ : trọng lượng riêng của dầm, γ =25 (KN/m3)
Ag: diện tích mặt cắt ngang
Mặt cắt chưa mở rộng giữa dầm là: Ag= 0,9 m2
Mặt cắt chưa mở rộng đầu dầm là: Ag= 1,38 m2
+ Chiều dài đoạn vút nguyên : 1.5m
+ Chiều dài đoạn vút xiên dầm : 1 m
DC1= 25(0,9 x 31+1,38 x 3+ (0,9+1,38)
2 .2)/36= 23.83 (KN/m)
Tải trọng do dầm ngang: DC2
Trang 26Trang 26
Theo chiều dọc cầu bố trí dầm ngang tại các vị trí gối đầu dầm, giữa nhịp,và 1/4 nhịp theo ngang cầu bố trí 5 dầm ngang, suy ra tổng số dầm ngang : 5x4 = 20 dầm, trong đó có
8 dầm ngang đầu dầm và 12 dầm ngang giữa dầm.Theo phần tính toán sơ bộ ta có thể tích
1 dầm ngang đầu dầm là 0.48 m3, 1 dầm ngang giữa dầm 0.516 m3
Tĩnh tải rải đều lên một dầm chủ do dầm ngang:
DC2 = (0.48x8+0.516x12)x25
Tải trọng do lan can tay vịn: DC3
Tổng khối lượng phần lan can tay vịn trên 1 nhịp cầu là 325.44 KN nên ta có tải trọng rải đều trên một dầm biên là:
Trang 27+ Lực cắt : V u .g(p. ) với mục đích là tạo ra hiệu ứng tải lớn nhất
Trong đó:
g : tải trọng rải đều
p: hệ số tải trọng
∑=
- : diện tích đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt đang xét
: diện tích đường ảnh hưởng lực cắt dương tại mặt cắt đang xét
: diện tích đường ảnh hưởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét
: hệ số điều chỉnh tải trọng, liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng khi khai thác xác định theo 22TCN272–05 mục 1.3.2 được xác định theo công thức. D .R I Với :
DC DC
Trang 28Trang 28
Mặt cắt L/2: Đah mômen và lực cắt tại mặt cắt giữa nhịp
Mặt cắt 3L/8: Đah mômen và lực cắt tại mặt cắt 3L/8
Mặt cắt L/4: Đah mômen và lực cắt tại mặt cắt L/4
Trang 304.3.Nội lực dầm chủ do hoạt tải
4.3.1 Xác định hệ số phân bố hoạt tải đối với dầm biên :
a Tính toán hệ số phân bố ngang cho mômen của dầm biên:
* Trường hợp 1 làn chất tải : Dùng phương pháp đòn bẩy xác định hệ số phân bố ngang
+ Nếu xe không lấn làn : thì bánh xe cách mép vạch sơn 600 mm
Trang 31Trang 31
Khi tính toán theo phương pháp đòn bẩy ta phải xét hệ số làn m, với một làn xe ta có m=1,2 nên hệ số phân phối tải trọng là
228 0 38 0 2
1 2 1 2
Khi tính toán theo phương pháp đòn bẩy ta phải xét hệ số làn m, với một làn xe ta có m=1,2 nên hệ số phân phối tải trọng là
828 0 ) 26 0 12 1 ( 2
1 2 1 2
Trang 32*Xác định hệ số phân bố ngang cho momen dầm trong : mgtrong M
Công thức xác định theo AASHTO:1100≤ S= 2100 ≤4900(mm) ; 110 ≤ ts=200
≤300(mm) ; 6000 ≤ L=35400 ≤ 73000(mm)
Trường hợp 1 làn chất tải
1 0
3
3 0 4
0
4300
06
0
s
g trong
LL
t L
K L
S S
mg
Trang 33
Trang 33
Hai hoặc nhiều làn chất tải
mgM trong=
1 0
3
2 0 6
0
.2900
075
0
s
g
t L
K L
S S
` + Cường`đàn hồi của dầm :
E dam= '
1 5 1
043
0 c f c 0.043.24001.5 40 = 31975.4Mpa
+ Cường độ chịu nén của bê tông làm bản mặt cầu : f'2 = 40 Mpa
+ Mô dun đàn hồi của bản mặt cầu :
2 5 1
043
4
31975
+ Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm và của bản mặt cầu :
) 2 )
d g
t y d
y – khoảng cách từ đáy dầm đến trọng tâm của dầm
Ta cần xác định các kích thước trong mặt cắt ngang của dầm chủ đã chuyển đổi :
Trang 34Trang 34
*y d I được tính như sau :
Mô men tĩnh của mặt cắt ngang dầm đối với trục xo – xo :
Sxo = 21022.1(180 –
2
1 22
) + 127.920 (
2
9 127
+30) + 6030
2
30 = 1051421.05 cm3
0
cm A
1.222102
9.1273082.1169.12720
12
9.127202
3082.116306012
3060
4 11 4
2 3
2
3 2
3
mm cm
11 2
10075.6)10013.52100900010
6292.3(1)
35400
10075.6
1 0 3 11 1
0
Trang 353 0 4
0
.4300
06
0
s
g trong
LL
t L
K L
S S
210006
3 0 4
0
1 0
3
2 0 6
0
.2900
075
0
s
g
t L
K L
S S
35400
21002900
2100075
2 0 6
0
biên
b Tính toán hệ số phân bố ngang cho lực cắt của dầm biên:
*Trường hợp 1 làn chất tải : Dùng phương pháp đòn bẩy xác định hệ số phân bố
5506.030006
de : khoảng cách từ tim dầm biên tới mép gần nhất của lan can (–300 ≤ de ≤ 1700)
Đk áp dụng:1100≤ S= 2000 ≤4900(mm) ; 110 ≤ ts=200 ≤300(mm) ;6000≤L=37400≤ 73000(mm); 4.109 ≤ Kg=6.075.1011≤ 3.1012
Công thức xác định theo AASHTO
+ một làn chất tải :
Trang 36Trang 36
7600
210036
.0760036
.0
) 1
2
10700
21003600
21002
.0
biên
V e mg
mg
c Tính toán hệ số phân bố ngang cho hoạt tải đoàn người gây ra cho dầm biên:
Hệ số phân bố ngang của hoạt tải đoàn người tính bằng phương pháp đòn bẩy :
Bảng tổng kết hệ số phân bố ngang dầm biên
Hệ số phân bố ngang Ký hiệu Không lấn làn Lấn làn
Trang 37+ yi – tung độ đường ảnh hưởng
+ –diện tích đường ảnh hưởng
+ (1 + IM): hệ số xung kích
+mgLL M, gPL M :hệ số phân bố tải trọng đối với mômen
Đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt giữa nhịp :
Đah mômen mặt cắt L/2 Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/2 của dầm thiết kế:
Loại xe L x Tải trọng trục yi 0.65×Pi.yi ∑0.65×Pi.yi max∑0.65×Pi.yi
Trang 38Trang 38
Đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt 3L/8 nhịp :
Đah mômen mặt cắt 3L/8
Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện 3L/8 của dầm thiết kế:
Loại xe L x Tải trọng trục yi 0.65×Pi.yi ∑0.65×Pi.yi max∑0.65×Pi.yi
Trang 39Trang 39
Đah mômen mặt cắt L/4
Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/4 của dầm thiết kế:
Loại xe L x Tải trọng trục yi 0.65×Pi.yi ∑0.65×Pi.yi max∑0.65×Pi.yi
Đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt L/8 nhịp:
Đah mômen mặt cắt L/8
Trang 40Trang 40
Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện L/8 của dầm thiết kế:
Loại xe L x Tải trọng trục yi 0.65×Pi.yi ∑0.65×Pi.yi max∑0.65×Pi.yi
Đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt cách gối 2.2m :
Đah mômen mặt cắt cách gối 2.2m
Bảng tính mômen do tải trọng trục tác dụng lên tiết diện cách gối 2.2m của dầm thiết kế:
Loại xe L x Tải trọng trục yi 0.65×Pi.yi ∑0.65×Pi.yi max∑0.65×Pi.yi