BỘ môn cầu hầm bài tập lớn mố TRỤ cầu nhiệm vụ thiết kế trụ t2 theo tiêu chuẩn 22tcn 272 05

Tính toán các tải trọng tác dụng lên kết cấu... Toàn nhịp có 5 dầm ngang bố trí theo cấu tạo, mặt cầu bằng bê tông cốt thép đúc tại chỗ dầy 20 cm, phía trên là lớp phủ mặt cầu bằng bê tô

PHẦN I

SỐ LIỆU CHUNG

Nhiệm vụ :

+Thiết kế trụ số: T2

+Thiết kế dựa theo tiêu chuẩn 22TCN-272-05

Các thông số cho như sau:

+Gối: * Gối cố định: 310 x460 x56 (mm)-Gối cao su bản thép

*Gối di động: 410 x460 x80 (mm)-Gối cao su bản thép

-Điều kiện nền móng gồm 3 lớp:

+ Lớp 1: Bùn sét dẻo chảy

+ Lớp 2: Cát pha sét, trạng thái chặt vừa

+ Lớp 3: Đá Với điều kiện nền móng ở đây ta sử dụng móng cọc đường kính nhỏ với cao độ mũi cọc đặt vào sâu trong lớp đá (lớp 3) là 0,5m

-Hoạt tải :HL_93 + Người: 3 kN/m

- MNCN = 32, 0 m

- MNTN = 22, 0 m

- MNTT = 27, 0 m

Mục Lục

I Lựa chọn kích thước và kết cấu nhịp

II Tính toán các tải trọng tác dụng lên kết cấu

I Chọn cấu tạo kết cấu nhịp-Cấu tạo trụ:

I 1 Chọn cấu tạo kết cấu nhịp:

Căn cứ số liệu về khổ cầu, chiều dài nhịp chọn kết cấu nhịp như sau :

Mặt cắt ngang gồm 5 dầm chủ dạng chữ I đặt cách nhau 2, 30m Toàn nhịp có 5 dầm

ngang bố trí theo cấu tạo, mặt cầu bằng bê tông cốt thép đúc tại chỗ dầy 20 cm, phía trên

là lớp phủ mặt cầu bằng bê tông át phan dày trung bình 10 cm Cấu tạo lề người đi kiểu

đồng mức Lan can, tay vịn bằng bê tông cồt thép

Cấu tạo dầm chủ: Mặt cắt giữa nhịp

Kích thước (mm)

Trụ thiết kế kiểu trụ thân hẹp cao 6 8 m, móng trụ là móng nông Kính thước của trụ,

kết cấu nhịp, cũng như bố trí tổng thể trình bày trên hình vẽ

m

n

Tấm bản đúc sẵn

b e

S

s

Trong đó :

Amin, Bmin : chiều rộng và chiều dài tối thiểu của mũ trụ ;

( n-1) : số khoảng cách giữa tim các dầm chủ ;

b’0, b’’0 : kích thước thớt gối theo phương dọc cầu ;

a0 : kích thước thớt gối theo phương ngang cầu

15 - 20 cm :khoảng cách nhỏ nhất từ mép thớt gối đến mép bệ kê gối;

b2, và b2, , : khoảng cách từ tim gối đến đầu dầm của các dầm nhịp phải và bên trái trụ phụ thuộc vào chiều dài nhịp;

b3 : khoảng cách giữa hai đầu dầm cạnh nhau ;

Nguyễn Văn B - 7 - Cầu Anh - K46

I 2 2 Lựa chọn kích thước thân trụ và bệ móng: Căn cứ vào qui trình ta lựa chọn

kích thước thân trụ và bệ móng như hình vẽ :

II Tải trọng tính toán

Tải trọng tác dụng lên trụ có nhiều loại, ta sẽ lần lượt tính cho từng loại tải trọng, sau đó tổ hợp các nội lực để chọn tổ hợp nội đưa vào tính toán

b Trọng lượng lan can, gờ chắn:

Vậy P5dn=276 87744 kN

1 2 Trọng lượng lớp phủ và tiện ích:

Pbản mc=hb*Btc*L*gbt=0 18*13*35*24 53= 2009 kN

Plớp phủ= hlp*Bxc*L*glp=0 07*12*35*21 58= 634, 452 kN

Vậy trọng lượng trụ tại đỉnh trụ : P= 2483 48 kN

trọng lượng trụ tại chân trụ: P= 5132 73 kN

II 2 Hoạt tải:

Tính toán giá trị hoạt tải

Tải trọng Điểm Tung độ

ĐAH

Tải trọng Phản lực

5

6

.

2

m 7

Hoạt tải trên nhịp dẫn LL=1286 265 kN

Mô men theo phương dọc cầu: M= 270 67 kN

Mô men theo phương ngang cầu :

II 3 Tải trọng người đi bộ:

3 1 Trường hợp người đi trên cả 2 lề trên cả 2 nhịp:

3 2 Trường hợp người đi trên cả 2 lề nhịp phải (trái):

Tải trọng tiêu chuẩn người đi bộ: q= 3 kN/m

Tải trọng tiêu chuẩn người đi bộ: q= 3 kN/m

II 6 Tải trọng gió (WL, WS)

Kích thước kết cấu hứng gió

Tốc độ gió thiết kế tính theo công thức: V=VBxS

VB: tốc độ gió giật cơ bản VB=38 m/s

S:hệ số điều chỉnh S=1

V=38 m/s

6 1 Tải trọng gió tác động lên công trình (WS)

6 1 1 Tải trọng gió ngang P D

PD=0 0006*V2*At*Cd>1 8At (kN)

V:tốc độ gió thiết kế

Cd:hệ số cản

At:diện tích k/c hay cấu kiện phải tính gió ngang trạng thái ko co hoạt tải tác dụng

Tải trọng gió ngang tác dụng lên KCN V=38 m/s

65 , 2

Vậy WS3=24, 48 kN Đặt cách đáy móng 5 4 m

6 2 Tải trọng gió tác động lên xe cộ (WL)

Tải trọng gió ngang

Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ = 1 5 kN/m

Điểm đặt lực cách mặt đường h = 1 8 m

WL = 49 5 kN

Cách đáy móng 13 638 m Cách đỉnh móng 11 638 m

Tải trọng gió ngang dọc cầu

Tái trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ = 0 75 kN/m

Điểm đặt lực cách mặt đường h = 1 8 m

WL = 24 75 kN

Cách đáy móng 13, 638 m Cách đỉnh móng 11, 638 m

PV= 297, 48 kN

Độ lệch tâm e=Btc/4=3 m

Bảng 1: Lực gió theo phương ngang cầu

III 1 Các tổ hợp và hệ số tổ hợp tại m/c đáy móng

lan can Với V=25m/s

Dọc cầu Ngang cầu

DC D

W

LL, BR, CE,

Tải trọng

giới han

Tải trọng thẳng đứng

1 Tính toán cấu kiện chịu nén

Tổ hợp để kiểm tra là Cường độ 1 N= 10469, 71 kN

Kiểm tra điều kiện uốn theo 2 chiều

NếuP u 0.1 f c'.A g thì kiểm tra theo điều kiện:

0

1 1 1 1

P P P

P rxy rx ry

NếuP u 0.1f c'.A g thì kiểm tra theo điều kiện:

ry uy rx

ux M

M M M

: Hệ số sức kháng đối với cấu kiện chịu nén dọc trục =0 8

ry uy rx

ux M

M M M

rx

M : Sức kháng uốn tính toánđơn trục của mặt cắt theo trục X

ry

M : Sức kháng uốn tính toánđơn trục của mặt cắt theo trục Y

Xác định khả năng chống uốn của thân trụ theo các hướng

d: khoảng cách từ tâm cốt thép chịu nén đến mép chịu nén

a: chiều dày khối ứng suất tương đương

8 971 1

67 26 6 0

16

; =1

-Kiểm toán theo công thức:

Trong đó: Mux:Mô men theo trục x; Mux=Mx

Muy:Mô men theo trục x; Muy=My

v v c s

v v c s

c

TTGH

) ( 1/3

d j A

M

F

A d

Z f

s

s s

c

sa

Ms: Giá trị mômen ở trạng thái giới hạn sử dụng

As: Tổng diện tích cốt thép chịu kéo

n : tỷ số mô đun đàn hồi n= 7

V Kiểm toán mặt cắt đáy móng

Tải trọng

giới han

Tải trọng thẳng đứng

Đối với tải trọng đặt lệch tâm, điều 10 6 3 1 5, đề nghị dùng diện tích có hiệu

A’=B’xL ’ Tải trọng coi như đặt đúng tâm diện tích A, ứng suất đáy móng trên diện tích

A coi như phân bổ đều

L = 9 m : Chiều dài đáy móng

b / Tính khả năng chịu tải của đất nền trong TTGH cường độ đối với móng nông:

max = 170, 18KPa < R= 500 KPa Đạt

4 2/ Kiểm tra trượt của nền móng ( điều 10 6 3 3)

 Cường độ chịu nén của bê tông: f c' 28Mpa

 Môđun đàn hồi của bê tông: Ec=26752 Mpa

 Giới hạn chảy của cốt thép dọc chủ: fy=420 Mpa

 Giới hạn chảy của tất cả các cốt thép khác: 240 Mpa

 Môđun đàn hồi của cốt thép: Es=200000 Mpa

Móng được tính toán với sơ đồ là một cong xon chịu tác dụng của tải trọng bản thân , đất trên móng và phản lực của đất nền

V 4 1 Tính toán cho mặt cắt A_A theo phương ngang câu

Mặt cắt A_A có các kích thước:

Chiều cao (m) Chiều rộng (m) Chiều dài phần cánh hẫng (m)

Bố trí cốt thép phía dưới 59 thanh đường kính 22 mm, khoảng cách giữa các thanh 15

cm, chiều dày lớp bê tông bảo vệ là 3 9 cm Trong bài này ta tính toán với bài toán cốt thép đơn

V 4 1 1 Kiểm tra khả năng chịu uốn

Điều kiện kiểm tra: M r M n M r

M n s y c

Trong đó:

 As: diện tích cốt thép chịu kéo, As=59*3 14*2 2*2 2/4=224, 278 cm2

 fy: giới hạn chảy của cốt thép chịu kéo, fy=420 Mpa

 dc: khoảng cách từ trọng tâm nhóm cốt thép chịu kéo đến thớ trên cùng chịu nén,

dc=1 95 m

 a: chiều cao vùng chịu nén, được xác định theo công thức

cm b

f

f A a

c

y s

398,4900

*28

*85.0

420

*278,224

*85

Mn=224, 278*420*(1 95-0 04398/2)/10=10629 kN m

Mr=0 9*10629=9566 kN m>Mmax=3160, 7kN m Đạt

V 4 1 2 Kiểm tra khả năng kháng cắt của tiết diên

Điều kiện kiểm tra:V u V r V s V c

 Vu: lực cắt tính toán tại mặt cắt, Vu=4682 5 kN

 Vr: sức kháng uốn tính toán của tiết diện, nó được xác định như ở công thức trên

 Vs: sức kháng cắt của cốt thép đai, coi Vs=0

 VC: sức kháng cắt của bê tông

v v c

083.0

 : được lấy theo điều 5 8 3 4 1 (22TCN 272-01) đối với cấu kiện bê tông cốt

 fc’: cường độ chịu nén của bê tông, fc’=28 Mpa

 bv: chiều rộng chịu cắt của tiết diện, bv=b=9000 mm

 dv: chiều cao chịu cắt hiệu quả của tiết diện, lấy giá trị lớn hơn trong hai giá trị

V 4 1 3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép

V 4 1 3 1 Hàm lượng cốt thép tối đa

Điều kiện kiểm toán:

85 0 05 0

* 7

28 28

f

f bh

2803.003.00025.0200.900

278,224

y

c s

f

f bh

Z

3 1

Trong đó:

 dc=50 mm: tính từ thớ bê tông chịu nén ngoài cung đến trọng tâm của thanh cốt thép chịu kéo gần nhất

cốt thép chịu kéo, được bao bởi các mặt của mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lượng các thanh

 Z: thông số bề rộng vết nứt (N/mm), với kết cấu vùi trong đất thì Z=17500 N/mm

Mpa Mpa

f sa 191 , 536 0 6 * 420 252

23 , 15254

VI Tính duyệt mũ trụ

V 1 Sơ đồ tính toán và bố trí cốt thép

Cốt thép được bố trí 1 lớp 11 thanh, đường kính cốt thép 28 mm, khoảng cách

tim cốt thép với mép bê tông là 5 cm, khoảng cách giữa các tim cốt thép là 16 cm

Sơ đồ tính toán là một công xon ngàm một đầu có chiều dài: L l l o

Trong đó: l: chiều dài phần hẫng tính từ thân trụ, l=2, 2 m

Mômen do trọng lượng bản thân (chưa nhân hệ số): 75, 964 kN m

Lực cắt do trọng lượng bản thân (chưa nhân hệ số): 87, 391 kN

Phản lực gối tác dụng nên gối ngoài cùng có thể xác định theo phương pháp nén lệch tâm với Mymax=855, 488 kN, phản lực gối lớn nhất tác dụng lên trụ Pmax=8150, 88 kN Khi

đó phản lực ỏ gối ngoài cùng xác định theo công thức: max max2 3

i

y a

a M N

P P

Trong đó:

 ai: khoảng cách giữa hai dầm đối xứng qua tim cầu, i=1-2

 a3: khoảng cách của hai dầm ngoài cùng, a3=9 6 m

Như vậy giá trị phản lực là:

V 2 Kiểm tra khả năng chịu uốn

Điều kiện kiểm tra:

r n

M n s y c

Trong đó:

 As: diện tích cốt thép chịu kéo, As=11*3 14*2 8*2 8/4=67 698 cm2

 fy: giới hạn chảy của cốt thép chịu kéo, fy=420 Mpa

 dc: khoảng cách từ trọng tâm nhóm cốt thép chịu kéo đến thớ trên cùng chịu nén,

dc=1 35 m

 a: chiều cao vùng chịu nén, được xác định theo công thức

cm b

*28

*85.0

420

*698.67

V 3 Kiểm tra khả năng kháng cắt của tiết diên

Điều kiện kiểm tra:

c s

d

f

A

V s v y v cot cot sin

 fy: giới hạn chảy của cốt đai, fy=240 Mpa

 dv: chiều cao chịu cắt hiệu quả của tiết diện, lấy giá trị lớn hơn trong hai giá trị

0 72 h và 0 9 dc, từ đó ta có dv=1215 mm

 : góc hợp bởi cốt đai và cốt thép dọc, với cốt đai thẳng thì góc này =900

 : góc nghiêng của ứng suất nén chéo truyền lực kéo, đối với mặt cắt bê tông không dự ứng lực theo qui định của điều 5 8 3 4 1 (22 TCN 272-01) có thể lấy góc này

=45o

 Av: diện tích cốt thép chịu cắt trong cụ ly s (mm2)

Cự ly cốt ngang được lấy như sau:

 Nếu V u 0 1f c'b v d v thì:

mm d

S 0 8 v 600

 Nếu V u 0 1f c'b v d v thì:

mm d

S 0 4 v 300

Ta thấy: 0 1f c'b v d v 0 1 * 28 * 1 7 * 1 215 * 103 5783 4kN 1535 615 kN nên cự ly cốt đai S<0 8dv=0 8*121 5=97 2 cm Chọn S=25 cm Khi đó theo điều 5 8 2 5 thì diện tích cốt thép ngang tối thiểu trong cự ly S là:

2 '

240

250

*170028

*2

*083.0083

f

S b f A

y

v c v

Cốt đai chọn là thép có đường kính 20 mm=> diện tích cốt đai trong cự ly S sẽ lớn hơn

Avmin do đó ta sẽ lấy Avmin để kiểm toán Kết quả:

* 215 1

* 240

 : được lấy theo điều 5 8 3 4 1 (22TCN 272-01) đối với cấu kiện bê tông cốt

 fc’: cường độ chịu nén của bê tông, fc’=28 Mpa

 bv: chiều rộng chịu cắt của tiết diện, bv=b=1700 mm

V 4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép

V 4 1 Hàm lượng cốt thép tối đa

Điều kiện kiểm toán:

f

f bh

03.0

Ta có:

002.0420

2803.00028.0140

*170

698.67

A d

Z

3 1

Trong đó:

 dc=50 mm: tính từ thớ bê tông chịu nén ngoài cung đến trọng tâm của thanh cốt thép chịu kéo gần nhất

 A=100*1700/11=15454 545 mm2: diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chịu kéo, được bao bởi các mặt của mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lượng các thanh

 Z: thông số bề rộng vết nứt (N/mm), với cấu kiện làm việc trong môi trường khắc nghiệt lấy Z<=23000 N/mm, lấy Z=23000 N/mm

Mpa Mpa

545 15451

* 50

23000

3 1