TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG SẮT VƯỢT SÔNG NHỊP GIẢN ĐƠN – DẦM BTCT DƯL CĂNG TRƯỚC, MẶT CẮT CHỮ[.]
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DỰ ÁN
T ÊN DỰ ÁN
Cầu Ghềnh là cây cầu sắt bắc qua sông Đồng Nai, nối liền phường Bửu Hòa và phường Hiệp Hòa (cù lao Phố) tại thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai Cầu phục vụ tuyến đường sắt Bắc - Nam quan trọng trong khu gian Biên Hòa - Dĩ An, với lỷ trình 1699+860, đóng vai trò then chốt trong hệ thống giao thông vận tải của khu vực.
- Dầm cầu BTCT DUL căng trước, tiết diện dầm chữ I
C ÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG ĐẶC TRƯNG
Lớp 1: bùn sét màu xám nâu có lẫn thực vật ở trạng thái dẻo mềm, nhão Lớp đất này xuất hiện hầu hết ở các lỗ khoan và có bề dầy trung bình là 7 – 8 m
+ Độ sệt: B = 0.8 + Lực dính đơn vị: C = 0.3 kG/m2 + Góc ma sát trong _ = 21deg (độ) + Dung trọng tự nhiên: w = 1.4 kg/ cm2 + Giá trị SPT n = 1 − 4
Lớp 2: Bùn sét pha cát mịn, trạng thái mềm Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan và có chiều dầy trung bình từ 13.2-29m
+ Độ sệt: B = 0.9 + Giá trị SPT n = 1 − 5 Lớp 3: Sét pha cát mịn màu nâu xám, trạng thái dẻo mềm Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan và có chiều dày trung bình từ 16.6 - 19m
Độ sệt của đất là B = 0.65, phản ánh tính chất đặc đặc của lớp đất Giá trị SPT n từ 3 đến 12 cho thấy mức độ nén chặt của đất ở các lớp khác nhau Lớp đất sét màu xám xanh chuyển sang màu nâu vàng, ở trạng thái nửa cứng đến cứng, xuất hiện phổ biến ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 4 đến 15.6 mét, đảm bảo tính ổn định của cấu trúc nền móng.
+ Độ sệt: B = 0.7 + Giá trị SPT n = 29 – 42
KHÍ TƯỢNG - THỦY VĂN
C ÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG ĐẶC TRƯNG
Kết quả các yếu tố khí tượng được thống kê như sau:
Khu vực có nhiều nắng, đặc biệt trong mùa khô từ tháng 11 đến tháng 5, với số giờ nắng vượt quá 200 giờ mỗi tháng Trong khi đó, các tháng ít nắng nhất là tháng 6 và tháng 9, trùng với đỉnh điểm của lượng mưa và mây, ảnh hưởng đến lượng ánh sáng mặt trời chiếu đến khu vực.
Số giờ nắng trung bình trên khu vực:
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Số giờ 244 246 272 239 195 171 180 172 162 182 200 223 2.1.2 Chế độ ẩm
Trong quá trình phát triển hàng năm, độ ẩm có mối quan hệ chặt chẽ với lượng mưa, tăng giảm cùng với các biến đổi của lượng mưa theo mùa Vào mùa mưa, độ ẩm không khí đạt mức cao, trong khi đó vào mùa khô, độ ẩm giảm đáng kể Thời kỳ mưa nhiều kéo theo độ ẩm tương đối lớn, còn mùa khô lại đi kèm với mức độ ẩm thấp Thống kê độ ẩm tương đối theo tháng và năm thể hiện rõ sự dao động của khí hậu trong khu vực, phản ánh chính xác sự thay đổi của điều kiện khí hậu theo mùa.
Tháng I II III IV V VI VI
2.1.3 Chế độ nhiệt Đặc điểm nổi bật trong chế độ nhiệt của khu vực là nền nhiệt độ khá cao, nhiệt độ trung bình năm khoảng 27 o C, nhiệt độ trung bình cao nhất tuyệt đối là 38.3 o C và nhỏ nhất tuyệt đối là 13.2 o C, chênh lệch trung bình tháng nóng nhất là 3 – 4 o C, tháng lạnh nhất là 7 -8 o C
Nhiệt độ không khí ( o C) tháng vào năm trên khu vực:
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm T.bình 25.2 26.9 28.4 29.0 28.6 27.2 26.9 26.8 26.8 26.7 26.4 25.2 27.0 Max 35.0 36.8 37.4 38.3 37.5 36.4 34.7 33.9 33.8 33.7 34.0 33.5 38.3 Min 13.6 14.5 16.5 20.9 21.5 21.5 20.0 21.7 21.9 21.2 18.0 13.2 13.2 2.1.4 Chế độ mưa kì từ tháng XII đến tháng IV năm sau – thời kì thịnh hành của gió Đông, lượng mưa tương đối ít, chỉ chiếm khoảng 15% tổng lượng mưa năm
Trong khu vực miền nhiệt đới gió mùa, biến trình mưa chủ yếu tập trung vào mùa hè, với sự chênh lệch lớn giữa lượng mưa mùa mưa và mùa khô Hiện tượng này đặc trưng bởi có một cực đại chính và một cực tiểu chính, trong đó cực đại thường xuất hiện vào tháng IX, X với lượng mưa trên 300mm, còn cực tiểu xảy ra vào tháng I hoặc tháng II, khi lượng mưa chỉ dưới 10mm.
Tháng có số ngày mưa nhiều nhất là tháng IX, trong khi tháng có ít ngày mưa nhất là tháng II, thể hiện sự phù hợp giữa biến đổi số ngày mưa và lượng mưa tháng theo từng tháng Nội dung này giúp hiểu rõ hơn về xu hướng thời tiết theo mùa trong năm.
Lượng mưa (mm) và số ngày có mưa trên khu vực:
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm T.bình 8 4 13 46 159 235 268 282 298 212 89 28 1642
Lượng mưa ngày trong khu vực không lớn, lượng mưa một ngày lớn nhất theo các tần suất thiết kế tại một số trạm chính trong khu vực
Lượng mưa ngày lớn nhất (mm) theo các tần suất thiết kế trên khu vực:
Trong khu vực, gió có hướng và tốc độ tương đối đồng nhất theo mùa Vào mùa đông, hướng gió thịnh hành là Đông với tần suất từ 30% đến 70% và tốc độ trung bình từ 1.8 đến 2.2 m/s, trong khi vào mùa hè, hướng gió chủ yếu là Tây Nam với tần suất từ 30% đến 55% và tốc độ trung bình khoảng 1.4 đến 1.8 m/s Các số liệu về tốc độ gió trung bình đều được lấy từ trạm thời tiết Tân Sơn Nhất.
Tốc độ gió trung bình và lớn nhất tại trạm Biên Hòa (m/s): Đặc Trưng
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII T.bình 1.8 2.2 2.4 2.4 1.8 1.6 1.8 1.7 1.7 1.4 1.5 1.6 1.8
T HỦY V ĂN
- Lưu lượng thiết kế Qtk = 481 m3/s
- Mực nước thấp nhất Hmin = −1.59 m
- Mực nước thông thuyền Htt = 0 m
- Mực nước cao nhất Hmax = 1 m
- Vận tốc trung bình dòng Vtb = 0.8 m/s
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CHUNG
Chiều cao mực nước cao nhất : HMNCN = 1 (m) Chiều cso mực nước thấp nhất : HMNT N = -1,59 (m) Chiều cao mực nước thông thuyền : HMNT T = 0 (m)
C ĂN CỨ LÀM THIẾT KẾ
Quá trình thiết kế áp dụng các tiêu chuẩn sau đây:
Quy phạm kỹ thuật khai thác đường sắt Việt Nam của BGTVT 22TCN 340-05
Quy phạm thiết kế DSRSC-CS
L ỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
3.3.1 Căn cứ bố trí kết cấu nhịp, loại dầm
- Xác định chiều dài toàn cầu đảm bảo yêu cầu thoát nước L0:
Sơ bộ ta lấy Lo bằng bề rộng mặt cắt sông ở vị trí MNCN Lo = 185m
Số nhịp Trên toàn cầu n, chiều dài nhịp: n = 185 5, 6
Trong quá trình thiết kế, cần chọn nhịp thông thuyền tại vị trí sâu của lòng sông để đảm bảo khả năng thông thuyền thuận tiện Sau đó, xác định các nhịp còn lại dựa trên vị trí phù hợp, chú ý đến việc đặt kết cấu nhịp để đảm bảo mố trụ ở vị trí hợp lý, không nằm trong khu vực nước sâu hoặc nơi mố ngập nhiều trong nước Ngoài ra, cần lưu ý đến đặc điểm địa chất như dốc bờ sông và các khu vực có đất yếu để đảm bảo kết cấu công trình ổn định và bền vững.
Với Lo = 185m, Btt%m, nên chọn kết cầu dầm giản đơn
Kết hợp số liệu địa chất, thủy văn, mặt cắt ngang sông:
Xác định loại dầm BTCT DUL : Với chiều dài nhịp L3m ta nên chọn kết dầm I BTCT DUL:
- Ván khuôn đơn giản dễ lắp ráp, có thể sử dụng ván khuôn cho nhiều loại dầm
- Độ cúng ngang lớn nên hoạt tải phân bố tương đối đều cho các dầm, ít rung trong quá trình khai thác
Bản mặt cầu đổ bê tông tại chỗ kết hợp với dầm ngang, liên kết chặt chẽ với dầm chủ qua cốt thép chờ, giúp khắc phục hiệu quả hiện tượng nứt dọc tại mối nối dầm T Công tác đổ bê tông tại chỗ đảm bảo tính liên tục và độ bền của kết cấu cầu, giảm thiểu rủi ro nứt vỡ do hiện tượng co ngót và ứng suất tập trung Việc liên hợp giữa các thành phần cấu kiện chính nhờ vào hệ thống cốt thép chờ giúp tăng cường khả năng chịu lực và độ ổn định của toàn bộ công trình.
- Xác định chiều cao kết cấu nhịp đảm bảo điều kiện: H N L TT 0.045
- Chiều dài toàn cầu: Ltc = 207,15(m)
- Mặt cắt ngang cầu: gồm 5 dầm chủ chữ I, khoảng cách giữa các dầm là 2(m)
- Chiều dày bản bê tông mặt cầu: ts = 200(mm)
- Dọc theo chiều dài nhịp bố trí 7 dầm ngang
- Mố cầu: dùng mố U đặt trên móng cọc khoan nhồi d00mm
- Trụ cầu: là trụ đặt thân hẹp đặt trên móng cọc khoan nhồi d00mm
Sử dụng kết cấu mặt cầu trần, tà vẹt đặt trực tiếp lên bản mặt cầu
Số làn đường: Đường đôi
Thanh và trụ lan can đều làm bằng thép
- Xác định cao độ đáy dầm:
+ Đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn MNCN 0.5m đối với sông đồng bằng và 1.0m đối với sông miền núi có đá lăn cây trôi (đường ôtô)
+ Tại những nơi khô cạn hoặc đối với cầu cạn, cầu vượt thì cao độ đáy dầm tại mọi vị trí phải cao hơn mặt đất tự nhiên 1.0m
+ Cao độ đáy dầm phải cao hơn hoặc bằng MNTT cộng với chiều cao thông thuyền
Dầm chính có mặt cắt ngang dạng hình chữ I, được làm bằng bê tông có cường độ 500 Cốt thép dự ứng lực sử dụng loại tao cáp 7 sợi xoắn với đường kính danh định 15,2 mm, đảm bảo sức chịu tải và độ bền cấu trúc.
Số dầm chủ: Chọn sơ bộ 4 dầm chủ
Khoảng cách giữa các dầm chủ: S = 2 m
Để chọn sơ bộ kích thước bầu dầm hợp lý, cần xác định số lượng sơ bộ các bó cốt thép chủ dự ứng lực và cách bố trí chúng trong mặt cắt ngang của bầu dầm Tuy nhiên, khi chưa thực hiện tính toán chi tiết, ta vẫn chưa biết chính xác số lượng cốt thép này Vì vậy, việc tham khảo các đồ án cũ và đồ án định hình có nội dung tương tự về chiều dài nhịp, cấp tải trọng, khổ cầu, dạng kết cấu và công nghệ thi công là rất cần thiết để đưa ra phương án sơ bộ chính xác hơn.
Cáp dự ứng lực 15.2mm
Hình 3 Chọn sơ bộ kích thước dầm chính
Hình 4 Mặt cắt ngang cầu
Chiều cao dầm ngang: h dn 100cm
Khe co giãn là bộ phận quan trọng trong kết cấu nhịp, có chức năng kết nối các kết cấu nhịp với nhau hoặc với mố cầu, giúp đảm bảo sự linh hoạt và ổn định của công trình Việc sử dụng khe co giãn đúng kỹ thuật góp phần giảm thiểu tác động của các hiện tượng co ngót, nhiệt độ hoặc dịch chuyển ngang, từ đó nâng cao tuổi thọ và an toàn của công trình cầu đường Khe co giãn đóng vai trò không thể thiếu trong thiết kế kết cấu nhịp để duy trì sự êm thuận và khả năng chịu lực của toàn bộ hệ thống.
- Chọn khe co dãn cao su bản thép
Hình 5 Khe co giản cao su bản thép
CĐĐT = CĐMĐ – hgối – hđá kê – hKCN
- Được xác định thông qua mực nước thông thuyền:
CĐĐT = CĐĐD - hgối -hđá kê = 3.6-0.2-0.05 = 3.35 m
- Kích thước mũ trụ theo phương ngang cầu:
Trong kết cấu nhịp, n đại diện cho số lượng dầm chủ, giúp đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực của công trình Chiều cao dầm ao là 50 cm, phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo độ bền và an toàn Kích thước gối theo phương ngang của cầu là 30 cm, góp phần tối ưu hóa phân bổ tải trọng Khoảng cách từ mép đá kê gối đến mép xà mũ theo phương ngang cầu là a2, có giá trị bằng 0 cm, giúp duy trì vị trí chính xác của các thành phần cấu trúc Ngoài ra, khoảng cách giữa các dầm chủ rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực và độ ổn định của toàn bộ kết cấu.
- Kích thước mũ trụ theo phương dọc cầu:
Bảng kích thước gối theo phương dọc cầu bao gồm các thông số quan trọng như chiều cao bo (b1), khoảng cách từ mép đá kê gối đến mép mũ trụ (b3), khoảng cách giữa đầu dầm và tường đỉnh trụ (b2), và khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối Việc xác định chính xác các kích thước này đóng vai trò quan trọng trong quá trình thi công, đảm bảo tính ổn định và độ bền của công trình cầu Các thông số này giúp các kỹ sư và nhà xây dựng lựa chọn các bộ phận phù hợp, tối ưu hoá kết cấu và nâng cao tuổi thọ của cầu.
- Tổng chiều dày của xà mũ là 1,5(m),trong đó chiều dày phần thẳng đứng là 0,7(m) còn phần vát là 0,8(m)
- Chiều cao thân trụ bằng : CĐĐT - chiều dày xà mũ – CĐĐM = 3.35 – 1.5-(-6.25) = 8.1 m
Bề dày thân trụ được chọn đảm bảo phần hẫng của xà mũ ≤3m => Ta chọn bề rộng thân trụ = 5.2 (m)
- Chiều dày thân trụ với trụ đặc thân hẹp ta chọn bằng 1,5(m)
- Theo phương ngang cầu bề rộng bệ trụ lớn hơn thân trụ từ 0,5-2(m) về mỗi bên ta chọn bề rộng bệ trụ theo phương ngang cầu bằng 8 (m)
- Theo phương dọc cầu bề rộng của bệ trụ lớn hơn thân trụ từ 1-2(m) về mỗi bên ta chọn bề rộng bệ trụ theo phương dọc cầu bằng 5 (m)
- Chiều dày bệ từ 150-250(cm) ta chọn chiều dày bệ trụ bằng 2(m)
Hình 6 kích thước trụ cầu
Do chiều cao đất đắp Hdd=4,95m 100 b1 (cm) 15 25 35
Hình 7 Kích thước mũ mố theo phương dọc cầu
Bề rộng thân mố theo phương ngang cầu: bằng khoảng cách ngoài của lan can=8.5m Kích thước tường đỉnh:
+ Chiều cao tường đỉnh: htđ= hdc+hđá kê+hgối
Trong đó: hdc: Chiều cao dầm chủ liên hợp bản mặt cầu, hdc=1.85m hđá kê: Chiều cao đá kê gối, hđá kê=0,1 - 0,2m hgối: Chiều cao gối cầu, hgối=0,1 - 0,2m
=> htđ= 1,85+0.2+0.05= 2,1m + Chiều dày tường đỉnh:
Thường chọn chiều dày tường đỉnh từ h td h d h goi h dake h d là chiều cao dầm và bản mặt cầu Chiều dày chân tường đỉnh (0,5 – 0,6)h td
Bề rộng mũ mố theo phương ngang cầu xác định theo khoảng cách giữa các dầm dọc (s) và bề rộng dư ra từ 0,0- 0,4m
Chiều dày bệ móng mố dự kiến =1-2m Kích thước tường cánh:
+ Chiều dày tường cách: Thường được lấy bằng 40-50cm Chọn chiều dày tường đỉnh 50cm
+ Tính toán chiều cao tường cánh:
S Chiều sâu tường cánh ngàm vào đất, chiều cao đất đắp hđắp40m, nên ta có thể chọn loại cọc khoan nhồi BTCT có D00 mm
Hình 9 Mặt cắt ngang cọc MẶT CẮT GIỮA CỌC MẶT CẮT MŨI CỌC
3.5 Thanh lan can, bó vĩa
Thanh và trụ lan can đều làm bằng thép gồm 2 loại thanh có bề dày: 5 mm
Thanh trên có: + Đường kính ngoài : D10(mm)
Thanh dưới có:+ Đường kính ngoài : D20(mm)
Khoảng cách giữa 2 trụ lan can liền kề là 2m
PHẦN II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT
1.1 Trọng lượng thanh lan can: lc s
Với : + F1 là diện tích mặt cắt ngang của thanh lan can trên
+ F2 là diện tích mặt cắt ngang của thanh lan can dưới
+ Phần cánh: T 1 140 5 1500 (mm) + Phần sườn: T 2 160 5 720 (mm) + Phần đế : T 3 140 10 170 (mm)
Hình 1 Cột lan can + Trọng lượng tấn thép phần cánh: s
P 82,42 N + Trọng lượng tấm thép phần sườn:
P 04 , 2 N5 + Trọng lượng tấm thép phần đế:
P 018 8, 6 N + Bỏ qua trọng lượng ống nối và đường hàn
+ Trọng lượng cột lan can:
P P P P 82, 4245, 2 18, 68 146,3 N + Trọng lượng lan can trên 1m dài cầu
Thép bó vỉa tạo thành hành lang an toàn cho người đi bộ, đảm bảo sự an toàn và thuận tiện khi di chuyển Sau khi xác định vị trí thép bó vỉa, công tác bố trí cốt thép đối xứng cho phần lan can trên trong được thực hiện để đảm bảo tính vững chắc và bền bỉ của công trình Thiết kế của phần lan can được xây dựng giống với tiêu chuẩn cấp lan can dành cho các tuyến đường cao tốc, phù hợp với các loại xe tải và xe nặng, nâng cao tính an toàn và khả năng chịu lực của hệ thống lan can.
Thiết kế cốt thép cho bó vỉa dựa trên khả năng chịu lực của thiết diện để đảm bảo tính ổn định và an toàn của kết cấu Đầu tiên, chọn thép đặt trong cấu kiện dựa trên các yêu cầu kỹ thuật, sau đó xác định khả năng chịu lực của thiết diện đó và kiểm tra điều kiện chịu lực Nếu thiết diện đáp ứng các điều kiện đã đề ra, cốt thép đã chọn là hợp lý và có thể sử dụng để bố trí trong thi công.
Cấp lan can có các số liệu sau:
Bảng 2.2.1 Thống kê cốt thép bó vỉa
1.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản hẫng
Bảng 2.2.2 Tổng hợp tĩnh tải tác dụng lên bản hẫng
STT Tải trọng g (kN/m) l (m) Hệ số vượt tải
4 Nền bê tông liên kết tà vẹt g 4 4 l 4 0, 4 1,1
n1 = 1.1 với trạng thái cường độ
Sơ đồ tính bản hẫng:
Hình 3 Tĩnh tải tác dụng lên bản hẫng
+ Giá trị momen tại ngàm:
+ Giá trị lực cắt tại ngàm
Xét tĩnh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:
+ Tĩnh tải tiêu chuẩn của ray và phụ kiện ray : g1 = 2 kN/m ; n1=1,1 + Trọng lượng của bản thân bản mặt cầu:
2 bt 2 g b h 1 0,2 25 5 (kN / m); n 1,4 + Trọng lượng nền bê tông liên kết và tà vẹt: g4 = 4 kN/m; n1=1,1
Hình 4 Tĩnh tải tác dụng lên bản dầm Nội lực do tĩnh tải:
Hình 5 Sơ đồ tính dầm giản đơn
+ Nội lực tính toán tại tiết diện ngàm do hoạt tải gây ra:
Hình 6 Sơ đồ tính quy đổi về 2 đầu ngàm + Tại gối:
M0,5 M 0 0,5 74,04 37,02kNm+ Đối với momen tiêu chuẩn kiểm toán nứt không nhân hệ số vượt tải
Chúng tôi sẽ thiết kế cốt thép dựa trên giá trị nội lực ở trạng thái giới hạn cường độ, vì giá trị nội lực tại trạng thái này lớn hơn so với trạng thái sử dụng, do đó đảm bảo độ an toàn cao hơn Việc này giúp tối ưu hóa cấu trúc và giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và sử dụng công trình Chọn thiết kế theo trạng thái giới hạn cường độ là phương pháp an toàn, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.
Cốt thép trong móng loại CII có cường độ chịu kéo cốt thép dọc Fy = 280 N/mm 2
Cốt thép trong móng loại CI có cường độ chịu kéo cốt thép đai Fy = 175 N/mm 2
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ abv = 40 mm
Hệ số điều kiện làm việc của bê tông γb = 0,9
Thiết kế cho phần bản chịu momen âm:
Thiết kế cốt thép theo 1m chiều dài bản mặt cầu với các giá trị nội lực ở TTGH cường độ đã tính:
+ Momen âm tại gối: M = 51,8 kNm = 51,8 10 6 Nmm
+ Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: ts = 200mm
+ Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm của vùng cốt thép chịu kéo gần nhất:
(với d là đường kính của cốt thép đã chọn)
+ Chiều cao làm việc của tiết diện: h0 = h a '= 20048 = 152 mm
+ Chiều cao vùng bê tông chịu nén:
+ Chọn Ф16a150 để bố trí trong 1m có 8 thanh Ф16 với As = 1607.68mm 2 + Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: s R b min max
Thiết kế cho phần bản chịu momen dương:
Thiết kế cốt thép theo 1m chiều dài bản mặt cầu với các giá trị nội lực ở TTGH cường độ đã tính:
+ Momen dương tại giữa nhịp: M= 37,02 kNm = 37,0210 6 Nmm
+ Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: ts = 200mm
+ Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm của vùng cốt thép chịu kéo gần nhất: d 14
+ Chiều cao vùng bê tông chịu nén:
+ Chọn Ф14a150 để bố trí trong 1m có 8 thanh Ф14 với As = 1230,88 mm 2 + Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: s R b min max
1.3.4 Kiểm toán bản mặt cầu
Tính khả năng chịu lực của tiết diện
+ Chiều cao vùng chịu nén s s
Đủ khả năng chịu lực
Hình 7: Bố trí cốt thép bản mặt cầu
Dầm ngang đóng vai trò liên kết các dầm chủ theo phương ngang của cầu, giúp tăng cường khả năng chịu lực và cứng vững của mặt cầu Nó phân phối tải trọng đều giữa các dầm chủ, nâng cao độ bền và ổn định của công trình cầu.
Khoảng cách giữa các dầm ngang: 4 – 6m
Thiết kế 7 dầm ngang cho 1 nhịp, khoảng cách 2 tim dầm là 5,37m Kích thước như sau:
+ Bề rộng b = 25 cm + Chiều cao: dn 2 dc h h 100 cm
1.4.1 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang
Ray và phụ kiện liên kết ray: g1 = 2 kN/m
Trọng lượng của bản thân bản mặt cầu:
Trọng lượng nền bê tông liên kết và tà vẹt: g4 = 4 kN/m
Trọng lượng bản thân dầm ngang: g 5 1 0,25 25 6,25 kN / m
Dầm ngang và các bộ phận khác: n1 = 1,1 Bản mặt cầu : n2 = 1,4
Hình 8 Tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang Momen giữa nhịp do tính tải:
+ Hệ số vượt tải nh = 1,27 (TCN 18-79 với chiều dài đặt tải λ = 8,5m)
+ Chiều dài đặt tải λ = 8,5m ; Ktd = 67,751,6 = 108,4 (kN/m)
Hình 9 Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang
Nội lực tính toán tại tiết diện ngàm do hoạt tải gây ra:
Hình 10 Sơ đồ tính quy đổi về 2 đầu ngàm
- Hoạt tải theo sơ đồ dầm liên tục:
Hình 12 Biểu đồ lực cắt
Bảng 2.2.3 tổng hợp lực dầm ngang vị trí gối giữa nhịp
Thiết kế thép cho phần dầm chịu momen âm
+ Khoảng cách từ mép chịu kéo đến trọng tâm cốt thép a = 50 mm
+ Hệ số điều kiện làm việc của bê tông γb = 0,9 + Sử dụng bê tông M500 có Rb = 22 Mpa + Thép CII có Rs = 280 Mpa
+ Momen âm tại gối: M 92, 75 10 Nmm 6 + Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 250 mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: h= 1000 mm
+ Chiều cao làm việc của tiết diện: h 0 h a ' 1000 50 950mm
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu và tối đa: s R b min max
Thiết kế thép cho phần dầm chịu momen dương
+ Khoảng cách từ mép chịu kéo đến trọng tâm cốt thép a = 50 mm
+ Thép CII có Rs = 280 Mpa + Momen dương giữa nhịp: M73, 07.10 Nmm 6 + Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 250 mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: h= 1000 mm
+ Chiều cao làm việc của tiết diện: h 0 h a ' 1000 50 950mm
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu và tối đa: s R b min max
Kiểm toán theo TTGH cường độ
+ Chiều cao vùng chịu nén: s s
Vậy tiết diện đủ khả năng chịu lực
Kiểm toán theo TTGH độ võng
Hình 13 Độ võng do hoạt tải
+ Momen quán tính của tiết diện
Đảm bảo độ võng cho phép
Hình 14 Bố trí thép dầm ngang
Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a= 0,4 m
Khẩu độ tính toán: Ltt = L - 2a = 32,2 m
Tải trọng thiết kế: Hoạt tải T16
Dạng kết cấu nhịp: Cầu dầm giản đơn
Vật liệu kết cấu: BTCT dự ứng lực
Công nghệ chế tạo: Căng trước
Chiều rộng sườn dầm: bs = 20cm
Kích thước bầu dầm: bb = 65cm; hb = 25cm
Chiều cao vát bầu: hvb = 20cm
Chiều rộng vát bầu: bvb = 22,5cm
Hình 1 Mặt cắt dầm dọc
2.1.2 Hệ số phân bố tải trọng 2.1.2.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen trong các dầm biên
Với 1 bên chịu tải trọng, dùng phương pháp đòn bẩy
Hình 2 Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang dầm biên tau i
T HANH LAN CAN , BÓ VĨ A
Thanh và trụ lan can đều làm bằng thép gồm 2 loại thanh có bề dày: 5 mm
Thanh trên có: + Đường kính ngoài : D10(mm)
Thanh dưới có:+ Đường kính ngoài : D20(mm)
Khoảng cách giữa 2 trụ lan can liền kề là 2m
PHẦN II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT
1.1 Trọng lượng thanh lan can: lc s
Với : + F1 là diện tích mặt cắt ngang của thanh lan can trên
+ F2 là diện tích mặt cắt ngang của thanh lan can dưới
+ Phần cánh: T 1 140 5 1500 (mm) + Phần sườn: T 2 160 5 720 (mm) + Phần đế : T 3 140 10 170 (mm)
Hình 1 Cột lan can + Trọng lượng tấn thép phần cánh: s
P 82,42 N + Trọng lượng tấm thép phần sườn:
P 04 , 2 N5 + Trọng lượng tấm thép phần đế:
P 018 8, 6 N + Bỏ qua trọng lượng ống nối và đường hàn
+ Trọng lượng cột lan can:
P P P P 82, 4245, 2 18, 68 146,3 N + Trọng lượng lan can trên 1m dài cầu
Thép bó vỉa giúp tạo hành lang an toàn cho người đi bộ, đảm bảo an toàn và tiện nghi trong khu vực đô thị Sau khi xác định vị trí thép bó vỉa, chúng tôi sẽ bố trí cốt thép đối xứng cho phần lan can trên, đảm bảo độ bền vững và khả năng chịu lực Thiết kế lan can tương tự như các cấp lan can thường dùng trên hầu hết các tuyến đường cao tốc, phù hợp với cả xe tải và các phương tiện nặng, nhằm nâng cao tính an toàn và độ bền của công trình.
Thiết kế cốt thép cho bó vỉa dựa trên khả năng chịu lực của thiết diện, trong đó bước đầu tiên là chọn thép đặt trong cấu kiện Tiếp theo, kiểm tra khả năng chịu lực của thiết diện để xác định tính hợp lý của phương án thiết kế Nếu thiết diện đáp ứng các điều kiện chịu lực, cốt thép đã chọn được xác nhận là phù hợp và có thể sử dụng để bố trí trong thi công.
Cấp lan can có các số liệu sau:
Bảng 2.2.1 Thống kê cốt thép bó vỉa
1.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản hẫng
Bảng 2.2.2 Tổng hợp tĩnh tải tác dụng lên bản hẫng
STT Tải trọng g (kN/m) l (m) Hệ số vượt tải
4 Nền bê tông liên kết tà vẹt g 4 4 l 4 0, 4 1,1
n1 = 1.1 với trạng thái cường độ
Sơ đồ tính bản hẫng:
Hình 3 Tĩnh tải tác dụng lên bản hẫng
+ Giá trị momen tại ngàm:
+ Giá trị lực cắt tại ngàm
Xét tĩnh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:
+ Tĩnh tải tiêu chuẩn của ray và phụ kiện ray : g1 = 2 kN/m ; n1=1,1 + Trọng lượng của bản thân bản mặt cầu:
2 bt 2 g b h 1 0,2 25 5 (kN / m); n 1,4 + Trọng lượng nền bê tông liên kết và tà vẹt: g4 = 4 kN/m; n1=1,1
Hình 4 Tĩnh tải tác dụng lên bản dầm Nội lực do tĩnh tải:
Hình 5 Sơ đồ tính dầm giản đơn
+ Nội lực tính toán tại tiết diện ngàm do hoạt tải gây ra:
Hình 6 Sơ đồ tính quy đổi về 2 đầu ngàm + Tại gối:
M0,5 M 0 0,5 74,04 37,02kNm+ Đối với momen tiêu chuẩn kiểm toán nứt không nhân hệ số vượt tải
Chúng tôi sẽ thiết kế cốt thép dựa trên giá trị nội lực tại trạng thái giới hạn cường độ, vì giá trị nội lực ở trạng thái này lớn hơn so với trạng thái sử dụng, do đó đảm bảo mức độ an toàn cao hơn Việc này giúp tối ưu hóa kết cấu, đồng thời giảm thiểu rủi ro phát sinh trong quá trình thi công và sử dụng công trình Áp dụng phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn cường độ là tiêu chuẩn an toàn trong các công trình xây dựng, đảm bảo cấu kiện chịu lực tốt và bền vững lâu dài.
Cốt thép trong móng loại CII có cường độ chịu kéo cốt thép dọc Fy = 280 N/mm 2
Cốt thép trong móng loại CI có cường độ chịu kéo cốt thép đai Fy = 175 N/mm 2
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ abv = 40 mm
Hệ số điều kiện làm việc của bê tông γb = 0,9
Thiết kế cho phần bản chịu momen âm:
Thiết kế cốt thép theo 1m chiều dài bản mặt cầu với các giá trị nội lực ở TTGH cường độ đã tính:
+ Momen âm tại gối: M = 51,8 kNm = 51,8 10 6 Nmm
+ Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: ts = 200mm
+ Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm của vùng cốt thép chịu kéo gần nhất:
(với d là đường kính của cốt thép đã chọn)
+ Chiều cao làm việc của tiết diện: h0 = h a '= 20048 = 152 mm
+ Chiều cao vùng bê tông chịu nén:
+ Chọn Ф16a150 để bố trí trong 1m có 8 thanh Ф16 với As = 1607.68mm 2 + Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: s R b min max
Thiết kế cho phần bản chịu momen dương:
Thiết kế cốt thép theo 1m chiều dài bản mặt cầu với các giá trị nội lực ở TTGH cường độ đã tính:
+ Momen dương tại giữa nhịp: M= 37,02 kNm = 37,0210 6 Nmm
+ Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: ts = 200mm
+ Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm của vùng cốt thép chịu kéo gần nhất: d 14
+ Chiều cao vùng bê tông chịu nén:
+ Chọn Ф14a150 để bố trí trong 1m có 8 thanh Ф14 với As = 1230,88 mm 2 + Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: s R b min max
1.3.4 Kiểm toán bản mặt cầu
Tính khả năng chịu lực của tiết diện
+ Chiều cao vùng chịu nén s s
Đủ khả năng chịu lực
Hình 7: Bố trí cốt thép bản mặt cầu
D ẦM NGANG
Dầm ngang có vai trò liên kết các dầm chủ theo phương ngang của cầu, giúp tăng cường khả năng làm việc của bản mặt cầu Nó góp phần nâng cao độ cứng của cấu trúc và phân phối tải trọng đều giữa các dầm chủ, đảm bảo sự ổn định và bền vững cho toàn bộ công trình cầu.
Khoảng cách giữa các dầm ngang: 4 – 6m
Thiết kế 7 dầm ngang cho 1 nhịp, khoảng cách 2 tim dầm là 5,37m Kích thước như sau:
+ Bề rộng b = 25 cm + Chiều cao: dn 2 dc h h 100 cm
1.4.1 Tải trọng tác dụng lên dầm ngang
Ray và phụ kiện liên kết ray: g1 = 2 kN/m
Trọng lượng của bản thân bản mặt cầu:
Trọng lượng nền bê tông liên kết và tà vẹt: g4 = 4 kN/m
Trọng lượng bản thân dầm ngang: g 5 1 0,25 25 6,25 kN / m
Dầm ngang và các bộ phận khác: n1 = 1,1 Bản mặt cầu : n2 = 1,4
Hình 8 Tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang Momen giữa nhịp do tính tải:
+ Hệ số vượt tải nh = 1,27 (TCN 18-79 với chiều dài đặt tải λ = 8,5m)
+ Chiều dài đặt tải λ = 8,5m ; Ktd = 67,751,6 = 108,4 (kN/m)
Hình 9 Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang
Nội lực tính toán tại tiết diện ngàm do hoạt tải gây ra:
Hình 10 Sơ đồ tính quy đổi về 2 đầu ngàm
- Hoạt tải theo sơ đồ dầm liên tục:
Hình 12 Biểu đồ lực cắt
Bảng 2.2.3 tổng hợp lực dầm ngang vị trí gối giữa nhịp
Thiết kế thép cho phần dầm chịu momen âm
+ Khoảng cách từ mép chịu kéo đến trọng tâm cốt thép a = 50 mm
+ Hệ số điều kiện làm việc của bê tông γb = 0,9 + Sử dụng bê tông M500 có Rb = 22 Mpa + Thép CII có Rs = 280 Mpa
+ Momen âm tại gối: M 92, 75 10 Nmm 6 + Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 250 mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: h= 1000 mm
+ Chiều cao làm việc của tiết diện: h 0 h a ' 1000 50 950mm
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu và tối đa: s R b min max
Thiết kế thép cho phần dầm chịu momen dương
+ Khoảng cách từ mép chịu kéo đến trọng tâm cốt thép a = 50 mm
+ Thép CII có Rs = 280 Mpa + Momen dương giữa nhịp: M73, 07.10 Nmm 6 + Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 250 mm
+ Chiều cao tiết diện tính toán: h= 1000 mm
+ Chiều cao làm việc của tiết diện: h 0 h a ' 1000 50 950mm
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu và tối đa: s R b min max
Kiểm toán theo TTGH cường độ
+ Chiều cao vùng chịu nén: s s
Vậy tiết diện đủ khả năng chịu lực
Kiểm toán theo TTGH độ võng
Hình 13 Độ võng do hoạt tải
+ Momen quán tính của tiết diện
Đảm bảo độ võng cho phép
Hình 14 Bố trí thép dầm ngang
D ẦM CHỦ
Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a= 0,4 m
Khẩu độ tính toán: Ltt = L - 2a = 32,2 m
Tải trọng thiết kế: Hoạt tải T16
Dạng kết cấu nhịp: Cầu dầm giản đơn
Vật liệu kết cấu: BTCT dự ứng lực
Công nghệ chế tạo: Căng trước
Chiều rộng sườn dầm: bs = 20cm
Kích thước bầu dầm: bb = 65cm; hb = 25cm
Chiều cao vát bầu: hvb = 20cm
Chiều rộng vát bầu: bvb = 22,5cm
Hình 1 Mặt cắt dầm dọc
2.1.2 Hệ số phân bố tải trọng 2.1.2.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen trong các dầm biên
Với 1 bên chịu tải trọng, dùng phương pháp đòn bẩy
Hình 2 Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang dầm biên tau i
Trong thiết kế đường sắt, do cự ly cố định giữa các trục nên chỉ cần xem xét trường hợp tải trọng bất lợi nhất cho mỗi dầm Nhờ tính đối xứng của kết cấu, chỉ cần tính một dầm biên và một dầm chủ để đảm bảo độ chính xác Các dầm biên và dầm chủ còn lại có hệ số tương tự, giúp tối ưu hóa phân tích cấu trúc và đảm bảo an toàn tuyệt đối.
Với 2 bên chịu tải trọng, dùng phương pháp nén lệch tâm (m = 0,9)
+ Ta có đường ảnh hưởng cho dầm biên:
+ Trong đó: n – số dầm chủ; ai – khoảng cách giữa 2 dầm đối xứng + Ta có: a1 = 6000 mm; a2 = 2000 mm;
Hình 1 Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp nén lệch tâm i tau y (0,663 0,437 0,063 0,163)
2.1.2.2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen trong các dầm giữa
Với 1 bên chịu tải trọng, dùng phương pháp đòn bẩy
Hình 4 Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang dầm giữa tau i
Do cự ly cố định giữa các trục của đường sắt nên ta chỉ cần xét một trường hợp tải trọng bất lợi nhất cho mỗi dầm
Với 2 bên chịu tải trọng, dùng phương pháp nén lệch tâm (m = 0,9)
+ Ta có đường ảnh hưởng cho dầm trong:
+ Trong đó: n – số dầm chủ; ai – khoảng cách giữa 2 dầm đối xứng + Ta có: a1 = 2000 mm; a2 = 6000 mm;
Hình 5 Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang dầm trong (2 làn) i tau y (0,838 0,462 0,162 0,538)
Bảng 2.2.4 Hệ số phân bố ngang
Tải trọng Dầm biên Dầm giữa Chọn
2.1.3 Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trưng 2.1.3.1 Tĩnh tải
Hình 6 Kích thước 1/2 dầm chủ
Tỷ trọng bê tông dầm chủ: c 25kN /m 3
+ Diện tích tiết diện:F 1 1,65 0,65 2 0,1 0,137 1,1 m 2 + Trọng lượng đoạn dầm:g dc1 2 c F l 1 1 2 25 1,1 1,5 82,5kN
Hình 7 Mặt cắt quy đổi đầu dầm
F2 (0,349 0, 65) (1, 047 0, 2) (0,85 0,174) (0, 65 0, 08)0,6 31 2m + Trọng lượng đoạn dầm:g dc2 2 c F 2 l 2 2 25 0,6132 13,5 413,91kN
Hình 8 Mặt cắt quy đổi giữa dầm
+ Diện tích tiết diện trung bình: 1 2 2
+ Trọng lượng đoạn dầm:g dc3 2 c F 3 l 3 2 25 0,8566 1,5 64,245kN
Tĩnh tải dầm chủ coi là tải trọng rải đều suốt chiều dài dầm:
dc1 dc2 dc3 dc tt g g g 82,5 413,9 64, 245 g 4 m
Bản mặt cầu: g bmc c F bmc c S h 25 2 0.2 10kN / m
Ray + tà vẹt + phụ kiện liên kết: gr = 2 kN/m
Nền bê tông liên kết và tà vẹt: gtv = 4 kN/m
Bảng 2.2.5 Hệ số tải trọng
STT Tải trọng Đơn vị Hệ số vượt tải
1 Gờ chắn tay vịn Kn 1.1
Giai đoạn chưa liên hợp bản mặt cầu: g clh 1,1 g dc 1,1 17,4 19,14kN / m
Giai đoạn khai thác đã đỗ bản mặt cầu:
+ Dầm biên: b dc dn r lc tv bmc g 1,1 (g g g g g ) 1, 4 g 1,1 (17, 4 2,72 2 0,32 4) 1, 4 10 43,084 kN / m
+ Dầm giữa: g dc dn r tv bmc g 1,1 (g g g g ) 1, 4 g 1,1 (17, 4 2, 72 2 4) 1, 4 10 42, 732 kN / m
2.1.3.2 Hoạt tải Các mặt cắt đặc trưng:
Hình 9 Đường ảnh hưởng momen và lực cắt tại gối
+ Diện tích các đường ảnh hưởng:
Mặt cắt tại vị trí thay đổi tiết diện: X 2 1,1m
Hình 10 Đường ảnh hưởng momen và lực cắt tại x = 1,23m + Diện tích các đường ảnh hưởng:
Hình 11 Đường ảnh hưởng momen và lực cắt tại L/4 + Diện tích các đường ảnh hưởng:
Mặt cắt giữa nhịp L/2: 4 L tt 32, 2
Hình 12 Đường ảnh hưởng momen và lực cắt tại L/2 + Diện tích các đường ảnh hưởng:
Tổng hợp diện tích các đường ảnh hưởng tại các mặt cắt:
2.1.4 Tính nội lực do tĩnh tải và hoạt tải 2.1.4.1 Tĩnh tải
Nội lực do tĩnh tải đối với dầm biên:
Bảng 2.2.6 Momen và lực cắt tĩnh tải dầm biên
Q(m) M tt g t t M (kNm) Q tt g tc Q (kN)
Nội lực do tĩnh tải đối với dầm giữa:
Bảng 1 Momen và lực cắt tĩnh tải dầm giữa
Q(m) M tt g t t M (kNm) Q tt g tc Q (kN)
Bảng 2.2.8 Tải trọng tương đương T16 (T/m)
Chiều dài đặt tải (m) Gối Cách gối
Hệ số phân bố ngang:
Nội lực do hoạt tải tàu:
Bảng 2.2.9 Momen do hoạt tải tàu
Bảng 2.2.10 Lực cắt do hoạt tải
Tổng hợp nội lực dầm biên:
Mặt cắt M (kNm) tt M (kNm) ht M(kNm)
Bảng 2.2.12 Lực cắt dầm biên
Mặt cắt Q (kN)tt Q (kN) ht Q(kN)
Mặt cắt M (kNm) tt M (kNm) ht M(kNm)
Bảng 2.2.14 Lực cắt dầm giữa
Mặt cắt Q (kN) tt Q (kN) ht Q(kN)
2.1.5 Bố trí cốt thép 2.1.5.1 Bố trí cốt thường
Lấy giá trị tĩnh tải gây momen lớn nhất: M = 5583,9 kNm
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ abv = 50 mm
Hệ số điều kiện làm việc của bê tông γb = 0,9
Sử dụng bê tông M500 có Rb = 22 Mpa; Rbt = 1.4 Mpa, Eb = 36000 MPa
Thép CIII có Rs = 365 Mpa
Chiều cao làm việc của tiết diện: h0 = ha = 165050 = 1600 mm
Vì dầm DUL nên hàm lượng cốt thép thường lấy 30-50%
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu và tối đa s R b min max
Lực cắt do trọng lượng bản thân dầm gây ra tại gối Q = 693,65kN
Khả năng chịu cắt của bê tông b max bt 0
→ Bê tông đủ khả năng chịu cắt
2.1.5.2 Cốt thép dự ứng lực
- Chiều cao làm việc h0 của dầm
- Ru = 255 (Kg/cm 2 ) Cường độ chịu nén của bê tông (mác 500)
- Diện tích cốt thép DUL
- Chọn loại cáp dự ứng lực có đường kính 15,2mm : F 1tao 1, 4 cm 2
Số tao cáp cần thiết: d
Diện tích cáp thực sự đặt trong dầm lúc này là :
F n F 40 1, 4 56 cm 2.1.5.3 Bố trí cốt thép dự ứng lực
Bố trí cáp theo phương dọc dầm giúp tối ưu hóa hiệu quả chịu lực của cấu trúc Để giảm ứng suất kéo đầu dầm, cần thiết kế các đoạn cáp không dính bám với bê tông bằng cách bọc cáp trong ống nhựa hoặc ống cao su cứng Các cáp được ngăn cách một cách hợp lý để đảm bảo an toàn và độ bền của toàn bộ kết cấu.
Cáp được uốn một lần với các điểm uốn được bố trí như sau:
Bảng 56 Bố trí điểm uốn cáp dự ứng lực Điểm uốn Cách đầu dầm (m) Góc uốn
Ta bố trí các bó cáp tại vị trí giữa dầm và đầu dầm như hình vẽ
Hình 2 Sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực
MẶ T CẮ T I-I MẶ T CẮ T II-II
Tọa độ trọng tâm các cốt thép DUL bầu dầm mặt cắt giữa nhịp IV-IV ( tính đến đáy dầm ):
Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép dự ứng lực đến thớ trên dầm:
2.1.6 Tính duyệt cường độ dầm trong giai đoạn sử dụng theo momen Ở dầm chúng ta thiết kế không bố trí cốt thép ở vùng chịu nén, bỏ qua cốt thép thường
Kiểm tra trường hợp tính toán:
+ R u 255kG / cm 2 là cường độ tính toán chịu uốn của bê tông + Rtr = 175 Kg/cm 2
+ R sd 13950 kG / cm 2 là cường độ tính toán của cốt thép dự ứng lực ở giai đoạn sử dụng
+ Ta có: N 1 N 2 Trục trung hòa đi qua sườn dầm
Điều kiện cường độ: c max gh 2 u c 0 tr c c o h
+ M max 116220000kG.cmlà giá trị momen tính toán lớn nhất hoạt tải gây ra + h 0 165 19,75 145, 25cm là chiều cao có hiệu của dầm
+ m 2 1 là hệ số điều kiện làm việc d2 d tr c c u
là chiều cao khu vực chịu nén gh
N R F 13950 56 781200kG Đặc trưng hình học của dầm được xác định cho 2 tiết diện: tiết diện giữa nhịp và tiết diện cách mép dầm 1,5m
Các trị số F, I tính với tiết diện liên hợp:
+ Mô đun đàn hồi của bê tông: E b 380000kG / cm 2 + Mô đun đàn hồi của cốt thép: E t 1,8 10 kG / cm 6 2
Hệ số quy đổi là yếu tố quan trọng trong phân tích kết cấu bê tông cốt thép, đặc biệt khi xác định đặc trưng hình học của tiết diện nguyên khối có cốt thép căng trước khi đổ bê tông Sau khi căng cốt thép, toàn bộ tiết diện sẽ tham gia chịu lực, do đó, các đặc trưng tiết diện được quy đổi tương đương để phản ánh chính xác khả năng chịu tải của kết cấu Việc này giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và an toàn của công trình xây dựng.
Diện tích mặt cắt ngang quy đổi:
Momen tĩnh của tiết diện đối với đáy dầm:
Khoảng cách từ trục quán tính chính của tiết diện tới đỉnh dầm: x d td y S
Momen quán tính chính của mặt cắt quy đổi:
b20cm là bề dày sườn dầm
h c 22,8cmlà bề dày cánh dầm
b c 200cmlà bề rộng cánh dầm
b 1 65cm là chiều rộng bầu dầm4e
h 1 34,8cmlà chiều cao bầu dầm
h185cmlà chiều cao dầm chủ
Bảng 2.2.17 Kết quả tính toán ở mặt cắt I – I và mặt cắt IV – IV
Mặt cắt at (cm) Ftd (cm 2 ) Sx (cm 3 ) Yd (cm) Yt (cm) Itd (cm 4 )
2.1.8 Tính mất mát ứng suất 2.1.8.1 Mất mát ứng suất do ma sát Mất mát do ma sát giữa cốt thép với thành ống hoặc với liên kết định vị chỗ uốn gãy khúc của cốt thép trong dầm kéo trước khi đổ bê tông
kt 11000kG / cm 2 là ứng suất kiểm tra
P là thành phần của nội lực cốt thép uốn xiên lên bộ định vị điểm uốn
f = 0,3 là hệ số ma sát giữa cốt thép và bộ định vị
Fd là diện tích tiết diện bó cốt thép uốn xiên
Ta tính mất mát ứng suất cho từng bó:
Lấy 5 là ứng suất trung bình mất mát cho các bó cốt thép dự ứng lực: i
2.1.8.2 Mất mát ứng suất do chênh lệch nhiệt độ Mất mát do sự truyền nhiệt giữa cốt thép và bệ khi hấp hơi nóng dưỡng hộ bê tông trong dầm có cốt thép kéo trước khi đổ bê tông
Công thức: 4 20 T T kG / cm 2 với T T 0,5 T
Với Tlà chênh lệch nhiệt độ trong buồng hấp hơi nóng bảo dưỡng bê tông và nhiệt độ bên ngoài không khí
là ứng suất cốt thép có tính đến mất mát ứng suất xuất hiện trước khi nén bê tông tc 2 d
2.1.8.4 Mất mát ứng suất do co ngót và từ biến (σ1và σ2) d
Các trị số biến dạng tương đối do co ngót và đặc trưng từ biến, được ký hiệu là c , r, phụ thuộc vào tuổi của bê tông tại thời điểm nén và điều kiện cứng của bê tông Trong đó, trị số này có giá trị ràng buộc trong khoảng từ 1,5 đến 3, phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố tuổi bê tông và trạng thái cứng của kết cấu Sự hiểu rõ về các trị số biến dạng này giúp cải thiện thiết kế và đảm bảo tính an toàn cho các công trình bê tông cốt thép.
là ứng suất nén của bê tông ở thớ qua trọng tâm của cốt thép đang xét do dự ứng lực đã xét các mất mát ứng suất
yy d a t 107,4 17,2 90,2cmlà khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến trục đi qua trọng tâm tiết diện
Hàm số phản ánh ảnh hưởng của quá trình co ngót và từ biến kéo dài của bê tông đối với trị số ứng suất hao hụt Trị số này phụ thuộc vào đặc trưng từ biến cuối cùng x và tích số n1 f, giúp đánh giá chính xác sự suy giảm ứng suất do các yếu tố co ngót và từ biến kéo dài trong cấu kiện bê tông.
, được xác định như sau:
2.1.8.5 Mất mát ứng suất do bê tông bị nén đàn hồi
Bảng 2.2.18 Thống kê mất mát ứng suất cốt thép dự ứng lực
(Kg/cm 2 ) Mặt cắt giữa nhịp 1017,7 720,85 300 115,65 594,24 2748,44
2.1.9 Kiểm tra nứt dọc khi chế tạo ở thớ dưới tại mặt cắt L/2 Kiểm toán này cần thiết để ngăn ngừa sự xuất hiện vết nứt dọc theo cốt thép vì các ứng suất kéo ngang khi bê tông bị nén dọc Ứng suất nén tại thớ dưới của tiết diện do lực Nd tính với mất mát và momen do tải trọng bản thân Mbt gây ra, được xác định theo công thức: tc d d bt I K b bm d td
Hệ số 1,1 kể đến tác dụng co ngót hạn chế của bê tông
M tc bt 5583,9 kNmlà momen do tải trọng bản thân dầm gây ra ở mặt cắt giữa nhịp
d bm là ứng suất pháp do cốt thép dự ứng lực sinh ra đã xét tới mất mát ứng suất d x d 2 bm d td td e y
Với Nd là lực kéo của bó cốt thép đã trừ đi mất mát d d kt 1 2 3 4 5 6
Thay số vào (*) ta được:
R K = Rn nếu σmin > 0,85σmax t x d 2 bm d td td e y
tc t t bt I min b bm d td
Ta có max d b 17,8kG / cm 2 d 2 b 17,8 Rn Rk 205 kG / cm
2.1.10.Kiểm tra ứng suất cốt thép ở giai đoạn khai thác Kiểm toán tại mặt cắt L/2, xét dầm làm việc dưới tác dụng của momen lớn nhất do tải trọng khai thác tiêu chuẩn và dự ứng lực nhỏ nhất (đã xét với mất mát lớn nhất) Trường hợp này không được xuất hiện vết nứt
Công thức kiểm toán: tc tc d d max bt I bt bm d td
là ứng suất pháp do dự ứng lực sinh ra đã xét tới mất mát ứng suất
+ Nd Fd kt i là lực kéo trong cốt thép đã trừ đi mất mát ứng suất d d kt 1 2 3 4 5 6
+ M tc max 5583,9kNmlà momen do tải trọng tiêu chuẩn gây ra + y d 107, 4 cm ; a 19, 75cm
+ I td 51602365, 4cm 4 ; F td 9611,92 cm 2 Thay số ta có: d 2 bm 132, 4kG / cm
2.1.11.Kiểm toán cường độ và ổn định
Do cốt thép dính bám với bê tông nên ta kiểm tra theo công thức: d nen b t t
+ Rnen= 175 kG/m 2 : Cường độ tính toán
+ F b = 0,8566 m 2 : Diện tích mặt cắt dầm bê tông
+ Rt(0x10 5 kG/m 2 Cường độ chịu nén của thép thường
+ F t : Diện tích mặt cắt cốt thép thường d d kt 1 2 3 4 5 6
Ta thấy chưa tính cốt thép thường mà Vp > Nd rất nhiều
2.1.12.Kiểm toán độ võng giữa dầm
Độ võng do hoạt tải tc 4 h b td gh
+ p tc – tải trọng tương đương tiêu chuẩn đối với đường ảnh hưởng có xét hệ số phân bố ngang
+ l 220cm : chiều dài nhịp tính toán
+ Eb = 380000 kg/cm 2 : modun đàn hồi của bê tông + Itđ – momen quán tính tương đương của dầm
Độ võng do tĩnh tải và lực căng của cáp ứng suất trước tc 4 2 t v b td b td
+ Δt – độ võng do tĩnh tải gây ra + Δv – độ vồng do dự ứng lực + c – hệ số xét đến sự tăng biến dạng do ảnh hưởng của từ biến Môi trường bình thường c = 2
+ N - ứng lực trước có tính mất mát N A5878,6kG + g tc = 17,4 kG/cm là tĩnh tải tiêu chuẩn
+ e – độ lệch tâm của lực N đối với trọng tâm tiết diện: e = yd – a = 107,4– 19,75 = 87,65 cm tc 4 2 t v b td b td