tính toán thiết kế dầm chủ

tính toán thiết kế dầm chủ

chơng 5

Tính toán thiết kế dầm chủ

5.1 tính nội lực dầm chủ:

Nội lực dầm chủ do tĩnh tải và lực điều chỉnh đã đợc tính ở phần trớc Trong phần này, ta sẽ tính nội lực

do hoạt tải, rồi tổng hợp nội lực cuối cùng Dựa trên kết quả đó, sẽ tiến hành tính toán bố trí cốt thép và kiểm toán các tiết diện dầm.

5.8.1 1 Tính nội lực do hoạt tải :

a Hoạt tải tác dụng gồm có:

Ngời đi: 3T/m2

Xe ô tô HL93 theo qui định ở điều 3.6 [1] cụ thể nh sau:

Nội lực lớn nhất của hoạt tải xe phải đợc lấy theo giá trị lớn hơn của các trờng hợp sau:

 Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với tải trọng làn thiết kế (HL93M).

 Hiệu ứng của xe tải thiết kế tổ hợp với tải trọng làn thiết kế (HL93K).

 Đối với mô men âm giữa các điểm uốn ngợc chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ

đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh tr

-ớc xe này cách trục bánh sau xe kia là 15000mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế; khoảng cách giữa các trục 145 kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm (HL93S).

b Tính hệ số phân bố ngang của hoạt tải:

Do mặt cắt ngang chỉ có hai dầm chủ, nên hệ số phân bố hoạt tải lên dầm chủ đợc tính bằng phơng pháp

1.8 1.2

(3)

25 150 25

(2) (1)

1370

30 30 50

1.35 1.5

25

30 30

(1) - cho tải trọng xe thiết kế (2) - cho tải trọng làn thiết kế (1) - cho tải trọng ng ời

Sơ đồ tính hệ số phân bố ngang

c Tính nội lực do hoạt tải :

Lng PL ng m.[lan PL lan xe(LLIM)]

trong đó:

m : hệ số làn xe.

PLng : nội lực do tải trọng bộ hành.

PLlàn : nội lực do tải trọng làn thiết kế.

LL + IM : nội lực do tải trọng xe thiết kế và lực xung kích.

ng , làn , xe : hệ số phân bố ngang của các tải trọng tơng ứng.

Với cách tính các hệ số phân bố ngang nh phần trên, các hoạt tải sẽ đợc chất lên kết cấu theo sơ đồ sau:

 Tải trọng bộ hành: xếp tải trọng phân bố đều 0.3 T/m.

 Tải trọng làn thiết kế: xếp tải trọng phân bố đều 0.93 T/m.

 Tải trọng xe thiết kế: xếp tải trọng các trục bánh xe (P) tơng ứng với các loại xe.

Sử dụng chơng trình Sap 2000 để phân tích kết cấu, ta sẽ thu đợc kết quả là biểu đồ bao nội lực cho từng hoạt tải trên, từ đó tổng hợp đợc biểu đồ bao nội lực do tất cả các hoạt tải thiết kế.

5.2 Tổng hợp nội lực do tĩnh tải, hoạt tải, và lực điều chỉnh:

ii Q i i[D DC i W DW iPT PTL(LLIM)iL PL i]Trong đó:

i = 0.95 : hệ số điều chỉnh tải trọng.

DC : nội lực do tĩnh tải 1 (trọng lợng dầm, bản mặt cầu).

DW: nội lực do tĩnh tải 2 (trọng lợng lớp phủ mặt cầu, lan can, ).

PT : nội lực do lực điều chỉnh của các dây văng.

LL + IM: nội lực do hoạt tải xe ô tô và xung kích.

PL : nội lực do hoạt tải phân bố (ngời đi và tải trọng làn thiết kế)

D, W , L : là các hệ số tơng ứng với từng loại tải trọng, có giá trị tuỳ thuộc vào tổ hợp cần tính.

bảng 73A : Mômen UốN TíCH Luỹ TRONG DầM

DC01

2.65 2.65 391.905 50.850 621.041 -13.3045.3 5.30 675.416 33.161 1095.483 -92.5187.95 7.95 851.728 -53.049 1425.402 -237.622

10.6 10.60 877.850 -252.714 1569.266 -493.551

DC02

0 10.60 877.850 -252.714 1569.266 -493.5512.65 13.25 1056.522 -222.172 1852.303 -491.0875.3 15.90 1134.418 -259.694 2001.717 -554.0577.95 18.55 1113.780 -365.281 2021.430 -682.46210.6 21.20 997.373 -539.046 1916.367 -876.415

DC03

0 21.20 997.373 -539.046 1916.367 -876.4152.65 23.85 1127.370 -428.440 2069.621 -767.9915.3 26.50 1167.079 -385.898 2107.604 -725.0017.95 29.15 1118.258 -411.421 2033.393 -747.44610.6 31.80 983.237 -505.122 1851.153 -835.439

DC04

0 31.80 983.237 -505.122 1851.153 -835.4392.65 34.45 1069.988 -379.115 1927.648 -696.2045.3 37.10 1073.706 -321.172 1901.570 -622.4037.95 39.75 994.947 -331.293 1773.889 -614.03610.6 42.40 835.103 -409.593 1547.131 -671.218

DC05

0 42.40 835.103 -409.593 1547.131 -671.2182.65 45.05 916.136 -279.088 1615.963 -521.5435.3 47.70 828.406 -216.758 1432.192 -437.4977.95 50.35 671.632 -223.570 1170.329 -420.77010.6 53.00 469.372 -303.231 874.290 -480.372

DC06

0 53.00 469.372 -303.231 874.290 -480.3722.65 55.65 553.604 -177.223 949.282 -335.8525.3 58.30 555.611 -122.378 925.720 -264.7977.95 60.95 477.893 -144.144 814.434 -283.19010.6 63.60 323.154 -256.079 626.161 -420.596

DC07

0 63.60 323.154 -256.079 626.161 -420.5962.65 66.25 435.770 -147.464 742.691 -298.2725.3 68.90 466.425 -110.630 769.468 -258.8307.95 71.55 413.791 -146.065 704.169 -303.12510.6 74.20 290.106 -256.197 568.295 -435.320

DC08

0 74.20 290.106 -256.197 568.295 -435.3202.65 76.85 398.054 -143.650 675.484 -306.5115.3 79.50 0.000 0.000 648.741 -304.9797.95 82.15 368.862 -137.273 621.998 -303.44710.6 84.80 237.268 -248.010 471.111 -437.099

DC09

0 84.80 237.268 -248.010 471.111 -437.0992.65 87.45 351.907 -134.649 587.341 -319.7125.3 90.10 380.712 -92.149 607.039 -283.5957.95 92.75 323.757 -123.079 530.338 -333.24810.6 95.40 183.355 -233.181 361.366 -478.633

DC10

0 95.40 183.355 -233.181 361.366 -478.6332.65 98.05 221.790 -174.918 379.722 -453.1745.3 100.70 171.485 -216.280 296.972 -558.8107.95 103.35 57.915 -338.847 144.001 -763.30810.6 106.00 -99.549 -517.178 -4.217 -1022.171

DC11

0 106.00 -99.549 -517.178 -4.217 -1022.1712.65 108.65 29.469 -341.581 117.561 -766.5025.3 111.30 117.044 -252.315 241.417 -600.5827.95 113.95 143.588 -242.587 298.840 -530.60710.6 116.60 82.131 -325.346 256.449 -579.234

DC12

0 116.60 82.131 -325.346 256.449 -579.2342.65 119.25 249.862 -196.663 453.526 -420.9035.3 121.90 334.553 -145.926 559.047 -356.1557.95 124.55 333.643 -168.616 568.445 -377.171

10.6 127.20 246.908 -262.297 481.326 -479.688

DC13

0 127.20 246.908 -262.297 481.326 -479.6882.65 129.85 386.287 -156.816 642.847 -362.1465.3 132.50 446.534 -129.750 719.651 -339.0087.95 135.15 424.663 -245.434 706.426 -522.95010.6 137.80 307.634 -356.396 580.352 -655.894

DC14

0 137.80 307.634 -356.396 580.352 -655.8942.65 140.45 437.949 -234.006 726.433 -510.9495.3 143.10 491.133 -192.409 791.298 -464.5737.95 145.75 461.243 -226.672 764.463 -508.21610.6 148.40 347.957 -334.398 645.363 -637.686

DC15

0 148.40 347.957 -334.398 645.363 -637.6862.65 151.05 487.450 -215.851 810.744 -493.8185.3 153.70 547.244 -177.129 890.415 -446.8277.95 156.35 523.941 -213.774 878.344 -488.99110.6 159.00 417.119 -324.092 773.795 -617.351

DC16

0 159.00 417.119 -324.092 773.795 -617.3512.65 161.65 557.150 -216.146 944.139 -483.6195.3 164.30 617.527 -186.666 1028.854 -444.3817.95 166.95 595.644 -232.179 1023.294 -493.64910.6 169.60 490.232 -350.875 925.234 -628.252

DC17

0 169.60 490.232 -350.875 925.234 -628.2522.65 172.25 627.749 -255.650 1096.276 -506.7765.3 174.90 685.482 -234.817 1181.461 -472.6657.95 177.55 662.278 -286.823 1178.683 -523.28810.6 180.20 556.307 -409.904 1084.743 -655.560

DC18

0 180.20 556.307 -409.904 1084.743 -655.5602.65 182.85 696.405 -330.316 1271.724 -545.5485.3 185.50 887.034 -323.777 1600.899 -520.5527.95 188.15 844.840 -388.198 1580.813 -581.50410.6 190.80 718.638 -522.980 1458.980 -714.441

DC19

0 190.80 718.638 -522.980 1458.980 -714.4412.65 193.45 904.549 -363.201 1702.370 -548.8625.3 196.10 1007.928 -275.356 1844.147 -455.4077.95 198.75 1027.890 -258.214 1882.679 -432.00210.6 201.40 964.360 -310.901 1817.835 -477.119

DC20

0 201.40 964.360 -310.901 1817.835 -477.1192.65 204.05 1036.798 -240.213 1937.100 -393.9105.3 206.70 983.691 -286.312 1913.442 -427.3567.95 209.35 850.022 -404.548 1791.875 -533.02210.6 212.00 394.758 -510.703 1061.132 -668.947

HL 0.00 212.00 394.758 -510.703 1061.132 -668.947

4.00 216.00 387.046 -493.958 1053.060 -640.0105.8.2

bảng 74: LựC DọC TRONG DầM CHủ TTGH Sử DụNG Và TTGH Cờng độDầM sd-max sd-min cđ-max cđ-minDC1 -140.523 -315.867 -81.792 -436.782DC2 -353.817 -569.958 -282.700 -728.773DC3 -567.472 -802.953 -491.907 -993.634DC4 -736.431 -974.719 -661.655 -1191.297DC5 -1017.854 -1242.219 -832.443 -1360.608DC6 -1136.708 -1351.250 -976.597 -1508.838DC7 -1151.629 -1359.831 -1094.966 -1634.125

DC8 -1235.757 -1445.003 -1178.500 -1732.582DC9 -1288.441 -1500.859 -1230.185 -1796.674DC10 -1310.528 -1524.951 -1251.993 -1823.354DC11 -1308.970 -1503.326 -1221.987 -1751.616DC12 -1252.416 -1447.394 -1169.263 -1724.536DC13 -1203.673 -1398.944 -1148.207 -1672.004DC14 -1122.410 -1306.269 -1070.056 -1561.782DC15 -1020.293 -1186.198 -972.055 -1414.945DC16 -897.803 -1042.897 -854.355 -1238.956DC17 -756.269 -877.791 -718.070 -1035.834DC18 -601.855 -698.522 -569.127 -814.817DC19 -370.821 -443.492 -343.431 -516.412DC20 -201.170 -261.974 -177.893 -298.255

HL 71.564 67.308 105.886 123.779

5.3 Tính toán thiết kế cốt thép cho dầm chủ:

Tính chất của kết cấu: dầm chủ là cấu kiện bê tông cốt thép thờng, chịu nén và uốn Tỷ lệ độ mảnh của dầm là nhỏ < 22, nên có thể bỏ qua hiệu ứng độ mảnh khi chịu nén Trong qui trình 22 TCN - 272 - 01 không

có qui định cụ thể cho việc thiết kế cốt thép của cấu kiện chịu nén uốn đồng thời có tiết diện không đối xứng, xét đến sự tơng tác của mô men uốn và lực dọc trục Vì vậy, trong đồ án em xin đề xuất thiết kế dầm chủ theo các nội dung sau:

1 Tính toán bố trí cốt thép dọc theo điều kiện cờng độ của cấu kiện chịu uốn:

2.Kiểm tra theo TTGH cờng độ đối với cấu kiện chịu uốn :

2.1-Khả năng chịu mô men uốn: Mr >Mu

5.4 Tính toán bố trí cốt thép dọc theo điều kiện cờng độ của cấu

kiện chịu uốn

 Các số liệu:

1.Đặc tr ng của vật liệu:

Giới hạn chảy của cốt thép fy = 420 MPa

Cờng độ bê tông ở tuổi 28 ngày f'c = 50 MPa

Modun đàn hồi của bê tông Ec = 38000 MPa

Modun đàn hồi của thép Es = 200000 MPa

Hệ số sức kháng  = 0.7

2 Đặc tr ng của tiết diện:

Chiều cao của tiết diện h = 2000.0 mm

Chiều rộng của tiết diện b = 2550.0 mm

f

M A

y

u s





Trong đó :

As diện tích cốt thép chịu kéo cần thiết (mm2).

Mu :là mômen uốn tính toán của tiết diện tính theo tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn cờng độ (Nmm).

 :là hệ số sức kháng của tiết diện

Mn :là sức kháng danh định của tiết diện bê tông (Nmm).

h :là chiều cao của tiết diện (mm)

Nếu đơn vị của Mu là [Tm], của h là [m] thì công thức nh sau:

)85.0( h f

M A

y

n s

2

0 10.60 1569.266 -493.551 24420.571 7680.530 24.0 7.5 40 262.65 13.25 1852.303 -491.087 28825.131 7642.186 28.3 7.5 40 265.3 15.90 2001.717 -554.057 31150.274 8622.112 30.6 8.5 40 267.95 18.55 2021.430 -682.462 31457.056 10620.319 30.9 10.4 40 2610.6 21.20 1916.367 -876.415 29822.082 13638.572 29.3 13.4 40 26

DC0

3

0 21.20 1916.367 -876.415 29822.082 13638.572 29.3 13.4 40 262.65 23.85 2069.621 -767.991 32206.980 11951.301 31.6 11.7 40 265.3 26.50 2107.604 -725.001 32798.069 11282.309 32.2 11.1 40 267.95 29.15 2033.393 -747.446 31643.214 11631.589 31.1 11.4 40 2610.6 31.80 1851.153 -835.439 28807.239 13000.920 28.3 12.8 40 26

DC0

4

0 31.80 1851.153 -835.439 28807.239 13000.920 28.3 12.8 40 262.65 34.45

1927.648 -696.204 29997.634

10834.17

5.3 37.10 1901.570 -622.403 29591.808 9685.693 29.1 9.5 40 267.95 39.75 1773.889 -614.036 27604.868 9555.493 27.1 9.4 40 2610.6 42.40 1547.131 -671.218 24076.110 10445.341 23.7 10.3 40 26

DC0

5

0 42.40 1547.131 -671.218 24076.110 10445.341 23.7 10.3 30 222.65 45.05 1615.963 -521.543 25147.255 8116.142 24.7 8.0 30 225.3 47.70 1432.192 -437.497 22287.453 6808.236 21.9 6.7 30 227.95 50.35 1170.329 -420.770 18212.401 6547.928 17.9 6.4 30 2210.6 53.00 874.290 -480.372 13605.512 7475.436 13.4 7.3 30 22

DC0

6

0 53.00 874.290 -480.372 13605.512 7475.436 13.4 7.3 30 222.65 55.65 949.282 -335.852 14772.523 5226.460 14.5 5.1 30 225.3 58.30 925.720 -264.797 14405.857 4120.713 14.2 4.0 30 227.95 60.95 814.434 -283.190 12674.046 4406.946 12.5 4.3 30 2210.6 63.60 626.161 -420.596 9744.185 6545.230 9.6 6.4 30 22

DC0

7

0 63.60 626.161 -420.596 9744.185 6545.230 9.6 6.4 24 202.65 66.25 742.691 -298.272 11557.600 4641.648 11.4 4.6 24 205.3 68.90 769.468 -258.830 11974.293 4027.848 11.8 4.0 24 207.95 71.55 704.169 -303.125 10958.117 4717.170 10.8 4.6 24 2010.6 74.20 568.295 -435.320 8843.675 6774.362 8.7 6.7 24 20

DC0

8

0 74.20 568.295 -435.320 8843.675 6774.362 8.7 6.7 24 202.65 76.85 675.484 -306.511 10511.735 4769.856 10.3 4.7 24 205.3 79.50 648.741 -304.979 10095.566 4746.018 9.9 4.7 24 207.95 82.15 621.998 -303.447 9679.397 4722.179 9.5 4.6 24 2010.6 84.80 471.111 -437.099 7331.322 6802.037 7.2 6.7 24 20

DC0

9

0 84.80 471.111 -437.099 7331.322 6802.037 7.2 6.7 24 202.65 87.45 587.341 -319.712 9140.069 4975.283 9.0 4.9 24 205.3 90.10 607.039 -283.595 9446.607 4413.248 9.3 4.3 24 207.95 92.75 530.338 -333.248 8252.998 5185.938 8.1 5.1 24 2010.6 95.40 361.366 -478.633 5623.492 7448.384 5.5 7.3 24 20DC1 0 95.40 361.366 -478.633 5623.492 7448.384 5.5 7.3 24 20

2.65 98.05 379.722 -453.174 5909.143 7052.200 5.8 6.9 24 205.3 100.70 296.972 -558.810 4621.415 8696.080 4.5 8.5 24 207.95 103.3

0 256.449 -579.234 3990.799 9013.919 3.9 8.9 24 20

DC1

2

0 116.60 256.449 -579.234 3990.799 9013.919 3.9 8.9 24 202.65 119.2

5 453.526 -420.903 7057.665 6549.999 6.9 6.4 24 205.3 121.90 559.047 -356.155 8699.762 5542.403 8.5 5.4 24 207.95 124.55 568.445 -377.171 8846.009 5869.452 8.7 5.8 24 2010.6 127.20 481.326 -479.688 7490.296 7464.794 7.4 7.3 24 20

DC1

3

0 127.20 481.326 -479.688 7490.296 7464.794 7.4 7.3 24 202.65 129.85 642.847 -362.146 10003.848 5635.634 9.8 5.5 24 205.3 132.50 719.651 -339.008 11199.049 5275.572 11.0 5.2 24 207.95 135.15 706.426 -522.950 10993.240 8138.040 10.8 8.0 24 2010.6 137.80 580.352 -655.894 9031.309 10206.886 8.9 10.0 24 20

0 791.298 -464.573 12314.011 7229.585 12.1 7.1 24 207.95 145.75 764.463 -508.216 11896.400 7908.743 11.7 7.8 24 2010.6 148.40 645.363 -637.686 10043.000 9923.532 9.9 9.7 24 20

DC1

5

0 148.40 645.363 -637.686 10043.000 9923.532 9.9 9.7 30 222.65 151.05 810.744 -493.818 12616.620 7684.692 12.4 7.5 30 225.3 153.70 890.415 -446.827 13856.436 6953.418 13.6 6.8 30 227.95 156.35 878.344 -488.991 13668.594 7609.570 13.4 7.5 30 2210.6 159.0

0 773.795 -617.351 12041.624 9607.075 11.8 9.4 30 22

DC1

6

0 159.00 773.795 -617.351 12041.624 9607.075 11.8 9.4 30 222.65 161.6

5 944.139 -483.619 14692.488 7525.967 14.4 7.4 30 225.3 164.30 1028.854 -444.381 16010.799 6915.360 15.7 6.8 30 227.95 166.95 1023.294 -493.649 15924.271 7682.052 15.6 7.5 30 2210.6 169.60 925.234 -628.252 14398.289 9776.718 14.1 9.6 30 22DC1 0 169.6 925.234 -628.252 14398.289 9776.718 14.1 9.6 36 22

02.65 172.25 1096.276 -506.776 17060.013 7886.337 16.8 7.7 36 225.3 174.9

0 1181.461 -472.665 18385.633 7355.516 18.1 7.2 36 227.95 177.55 1178.683 -523.288 18342.406 8143.293 18.0 8.0 36 2210.6 180.20 1084.743 -655.560 16880.536 10201.678 16.6 10.0 36 22

DC1

8

0 180.20 1084.743 -655.560 16880.536 10201.678 16.6 10.0 36 222.65 182.85 1271.724 -545.548 19790.287 8489.692 19.4 8.3 36 225.3 185.50 1600.899 -520.552 24912.837 8100.713 24.5 8.0 36 227.95 188.15 1580.813 -581.504 24600.263 9049.241 24.2 8.9 36 2210.6 190.80 1458.980 -714.441 22704.319 11117.967 22.3 10.9 36 22

DC1

9

0 190.80 1458.980 -714.441 22704.319 11117.967 22.3 10.9 36 222.65 193.4

5 1702.370 -548.862 26491.902 8541.275 26.0 8.4 36 225.3 196.10 1844.147 -455.407 28698.214 7086.945 28.2 7.0 36 227.95 198.7

5 1882.679 -432.002 29297.831 6722.724 28.8 6.6 36 2210.6 201.40 1817.835 -477.119 28288.746 7424.820 27.8 7.3 36 22

DC2

0

0 201.40 1817.835 -477.119 28288.746 7424.820 27.8 7.3 36 222.65 204.05 1937.100 -393.910 30144.728 6129.941 29.6 6.0 36 225.3 206.70 1913.442 -427.356 29776.558 6650.426 29.3 6.5 36 227.95 209.35 1791.875 -533.022 27884.770 8294.764 27.4 8.1 36 2210.6 212.00 1061.132 -668.947 16513.101 10410.007 16.2 10.2 36 22

5.5 kiểm tra theo ttgh cờng độ đối với cấu kiện chịu uốn:

 Sức kháng uốn:

n

M .Trong đó:

Mu : là mômen uốn tính toán của tiết diện tính theo tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn cờng độ (Nmm).

Mn :là sức kháng danh định của tiết diện bê tông (Nmm).

)2(d a f

A

M n  s y s 

ở đây:

f’c : cờng độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày.

ds : khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo (mm).

a : chiều dày khối ứng suất tơng đơng (mm)

b f

f A a

c

y s

'85.0



b : chiều rộng của tiết diện (mm)

Kết quả kiểm tra nh sau:

kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu m« men d¦¬ng

5.3 144.001 30144 25120 1825 199 1966.340 §¹t

7.95 -4.217 30144 25120 1825 199 1966.340 §¹t

10.6 0.000 30144 25120 1825 199 1966.340 §¹t

kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu m« men d¦¬ng

kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu m« men ©m

kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu m« men ©m

 Kiểm tra giới hạn cốt thép:

Lợng cốt thép tối đa cần thoả mãn:

c/de < 0.42 Trong dó:

de : Khoảng cách thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo (mm).

de =Asfyds/Asfy=ds

c : là khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trục trung hoà (mm).

c = a/1

1 : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất.

Lợng cốt thép tối thiểu cần thoả mãn:

y

c

f

f P

' min  0 03

Trong đó:

Pmin : là tỷ lệ giữa diện tích cốt thép chịu kéo và diện tích tiết diện nguyên.

Pmin = As / Ag Kết quả kiểm tra: