Đồ Án Cầu Bê Tông Dầm I Căng Trước (Thuyết minh + bản vẽ)

Xác định lực va ngang của xe Ft: Cầu được thiết kế cho đường cao tốc với tổ hợp các xe tải và các xe nặng:... Mc: Sức kháng uốn của tường theo phương ngang Nmm/mm.. Để sử dụng phương phá

THIẾT KẾ MÔN HỌC

ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP PHẦN 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ

 Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a= 250 mm

 Công nghệ chế tạo: Căng trước

 Loại cốt thép DƯL: tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính Dps= 12.7mm

 Cường độ chịu nén tiêu chuẩn: fpu= 1860 Mpa

 Mô đun đàn hồi của thép: E = 200000 Mpa

`Mô đun đàn hồi của tao thép DƯL: Eps = 197000 Mpa

PHẦN 2: THIẾT KẾ CẤU TẠO 2.1 LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC MẶT CẮT NGANG CẦU:

 Chiều dày bản mặt cầu: hf= 200 mm

 Lớp bê tông nhựa dầy : t= 50 mm

2.2.THIẾT KẾ DẦM CHỦ :

 Chiều cao dầm chủ: H = 1150 mm

 Chiều cao bầu dưới: H1 = 180 mm

 Chiều cao vút dưới: H2 = 190 mm

 Chiều cao vút trên: H4 = 115 mm

 Chiều cao cánh trên: H5 = 180 mm

 Chiều rộng bầu dưới: b1 = 554 mm

 Chiều rộng sườn dầm: b2 = 180 mm

 Chiều rộng cánh trên: b3 = 400 mm

 Chiều rộng vút dưới: b4 = 190 mm

 Chiều rộng vút trên: b5 = 115 mm

 Chiều cao dầm liên hợp: h= H+hf= 1350 mm

2.3 CẤU TẠO DẦM NGANG:

 Chiều cao dầm ngang: Hn = 1350 mm (gồm cả BMC)

 Bề rộng dầm ngang: Đầu nhịp: Bn = 250 mm

Giữa nhịp: Bn = 200 mm

 Chiều dài dầm ngang từ tim dầm chính ln = 2000 mm

PHẦN 3: CÁC HỆ SỐ DÙNG TRONG THIẾT KẾ 3.1 HỆ SỐ TẢI TRỌNG:

 D: là hệ số liên quan đến tính dẻo

 R: là hệ số liên quan đến tính dư

 I: là hệ số liên quan đến tầm quan trọng khi khai thác

-oOo -PHẦN 4: THIẾT KẾ LAN CAN

Để bảo đảm an toàn, lan can phải được thiết kế với tải trọng va đập của xe cộ Trị số tải trọng phụ thuộc vào cấp lan can

Thông số thiết kế lan can:

+ Chiều cao tường bêtông: Hw = 870 mm

+ Cường độ bê tông f’c = 30 Mpa+ Cường độ chảy của thep fy = 420 Mpa

I ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN:

Lan can thiết kế phải thoải mãn điều kiện sau:

R > FtTrong đó:

R: Tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can

Ft: Lực va ngang của xe vào lan can

II XÁC ĐỊNH CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

1 Xác định lực va ngang của xe Ft:

Cầu được thiết kế cho đường cao tốc với tổ hợp các xe tải và các xe nặng:

Theo bảng A13.7.3.3-1 QT 22TCN 272-05: Cấp lan can là cấp L-3 có

kN F

e

t

810240

2 Xác định tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can:

Sức kháng của hệ lan can là tổng hợp sức kháng của tường chắn, cột và thanh lan can

Sức kháng của tường chắn có thể được xác định bằng phương pháp đường chảy như sau:

t c w

H

L M M M

L L R

2

8.8).(

2

2

(13.7.3.4-1)

Trong đó:

Rw: Tổng sức kháng của hệ lan can (N)

Lc: Chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy (mm)

Lt: Chiều dài phân bố của lực va theo hướng dọc Ft (mm), điều 13.7.3.3-1

Mw: Sức kháng uốn của tường theo phương đứng (Nmm/mm)

Mc: Sức kháng uốn của tường theo phương ngang (Nmm/mm)

Mb: Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với Mw tại đỉnh tường (Nmm) Do lan can không có tường đỉnh nên Mb = 0

Chiều dài tường giới hạn trên đó xảy ra cơ cấu đường chảy:

c

w b t

t c

M

H M M H L

2

(13.7.3.4-2)

-SỨC KHÁNG UỐN CỦA LAN CAN THEO PHƯƠNG ĐỨNG

Chọn: Lớp bêtông tối thiểu: a = 30 mm

Đường kính thanh cốt thép dọc: ddọc = 14 mm

Đường kính thanh cốt thép đai: dđai = 14 mm

Bước thanh cốt đai: 150 mm

Bảng thông số hình học lan can:

f

f A a

c

y s

78,10470.30.85,0

420.78,307

.85,0



836,0)2830(7

05,085,0)28(

7

05,085,

a h

78,10

08,0149

89,12





s

d C

Suy ra: 0,42

ds C

Điều kiện hàm lượng thép tối đa: ĐẠT Kiểm tra hàm lượng thp tối thiểu:

y

c

f

f' min 0.03



min = As/bds

%214.0420

3003.003

.0

%43.0149

*470

78,307

1000

420.78,307.9,0)2(

d f A

mm B

A

2

400200

2

93,1534

14.4

f

f A a

c

y s

14,10250.30.85,0

420.93,153

.85,0

a h

14,10

048,0249

13,12





s

d C

Suy ra: 0,42

e

d C

Điều kiện hàm lượng thép tối đa: ĐẠT Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu:

y

c

f

f' min 0.03



min = As/bds

%214.0420

3003.003

.0

%24.0249

*250

93,153

1000

420.93,153.9,0)2(

d f A

2 2

2

93,1534

14.4

f

f A a

c

y s

14,10150.30.85,0

420.93,153

.85,0

a h

14,10

034,0349

13,12





s

d C

Suy ra: 0,42

e

d C

Điều kiện hàm lượng thép tối đa: ĐẠT Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu:

y

c

f

f' min 0.03



min = As/bds

%214.0420

3003.003

.0

%26.0349

*150

93,153

1000

420.93,153.9,0)2(

d f A

Vậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:

29,5091275

,2001119

,1419335

,16707

3 2 1 3

i w

BẢNG TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ Mw H :

Diện tích cốt thép As

(mm2)

Chiều cao cĩ hiệu ds

(mm)

b f

f A a

c

y s

' 85 0

i (M H)1

SỨC KHÁNG UỐN CUẢ TƯỜNG THEO PHƯƠNG NGANG:

Xét phần 1 của tường:

b = 1m

h = A = 200 mm

Diện tích thép:

2 2

2

25 , 1026 4

14 150

1000 4

150

Do bố trí thép cách nhau 150mm nên As = 1,02625mm2/mmKhoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:

mm b

f

f A a

c

y s

9 , 16 1000 30 85 , 0

420 25 , 1026

85 , 0

.



mm d

a h

2

14 30

9 , 16

12 , 0 163

22 , 20





s d C

Suy ra:  0 , 42

e

d C

Điều kiện hàm lượng thép tối đa: ĐẠT

Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu:

y

c

f

f' min  0 03 



min = As/bds

% 214 0 420

30 03 0 03

0

% 62 0 163

* 1000

25 , 1026

Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: ĐẠT

2

9 , 16 163 (

1000

420 02625 , 1 9 , 0 ) 2 (

.

d f A

(Lấy hệ số kháng uốn   0 , 9)

Xét phần 2 của tường:

Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi

mm B

A

2

400 200

2

25 , 1026 4

14 150

1000 4

150

f

f A a

c

y s

9 , 16 1000 30 85 , 0

420 25 , 1026

85 , 0

a h

2

14 30

9 , 16

077 , 0 263

22 , 20





s

d C

Suy ra:  0 , 42

de C

Điều kiện hàm lượng thép tối đa: ĐẠT Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu:

y

c

f

f' min  0 03 



min = As/bds

% 214 0 420

30 03 0 03

0

% 39 0 263

* 1000

25 , 1026

Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: ĐẠT

2

9 , 16 263 (

1000

420 02625 , 1 9 , 0 ) 2 (

d f A

Xét phần 3 của tường:

Các giá trị tính toán:

b = 1 m

h = A = 400 mm

Diện tích thép:

2 2

2

25 , 1026 4

14 150

1000 4

150

f

f A a

c

y s

9 , 16 1000 30 85 , 0

420 25 , 1026

85 , 0

a h

2

14 30

9 , 16

055 , 0 363

22 , 20





s

d C



min = As/bds

% 214 0 420

30 03 0 03

0

% 28 0 363

* 1000

25 , 1026

Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: ĐẠT

2

9 , 16 363 (

1000

420 02625 , 1 9 , 0 ) 2 (

d f A

Vậy tổng sức kháng uốn dọc của tường chắn:

48 , 84 870

150 54 , 137 250 75 , 98 470 95 , 59

3 1

H

b M

L M H M M

b t

c

870

2651.48,8429,50912.8)10702651

.2(

2

.8

8)2

H M M H L

L

L

c

w b t

t

48 , 84

) 29 , 50912 0

( 870 )

2

1070 ( 2

1070 )

( 2

2

2 2

kN H

L M H M M L

L

R

w

c c w

b t c

870

1435.48,8429,50912)

10701435

.2(

2

)2

KIỂM TOÁN LAN CAN R ≥ 240 KN (1)

KIỂM TOÁN LAN CAN H≥ 810 KN (2)

KẾT LUẬN: Lan can thỏa mãn ĐK_chịu lực

+Chiều rộng cột lan 2can: Blc = 0.4 m ;

+ Ta chọn bề rộng tính toán theo phương dọc cầu là 1m

+ Mô hình tính toán bản mặt cầu:

 Bản mặt cầu kê lên cả dầm chính và ngang Vì 6625 3.31 1.5

2000

damngang damchinh

S

bản xem như làm việc một phương

 Vì nhịp tính toán có chiều dài nhỏ hơn 4600 mm cho phép sử dụng phương pháp phân tích gần đúng là phương pháp dải bản để thiết kế bản mặt cầu Để

sử dụng phương pháp này ta chấp nhận các giả thiết sau: xem bản mặt cầu nhưcác dải bản liên tục tựa trên các gối cứng là các dầm đỡ có độ cứng vô cùng, Dải bản được xem là 1 tấm có chiều rộng SW kê vuông góc với dầm đỡ+ Sơ đồ tính toán:

 Phần cánh hẫng được tính theo sơ đồ dầm công xon

 Phần bản ở phía trong dầm biên tính theo sơ đồ dầm liên tục Để đơn giản trong tính toán ta dùng sơ đồ tính là dầm giản đơn, sau đó nhân hệ số để đưa

về dầm liên tục

5.2 XÁC ĐỊNH MÔMENT CHO BẢN PHÍA TRONG

5.2.1 Xác định mô men do tĩnh tải gây ra

- Tĩnh tải bản mặt cầu DCbmc=hf xc=0.2*25=5 kN/m2

- Lớp phủ mặt cầu từ trên xuống gồm:

+ Lớp phủ asphan : t1 = 50 mm

+ Lớp chống thấm : t3 = 10 mm

+ Lớp mui luyện: ta lấy lớp mui luyện trung bình là : t4 = 50 mm

- Tổng chiều dày của lớp phủ là :

=> hdw = t1 + t2 + t3 + t4 = 110 mm

- Tĩnh tải lớp phủ DCLP=hLP xLP=0.11*25= 2.75 kN/m2

- Mômen do tĩnh tải BMC gây ra

MDCbmc=DCbmcl2/8= 5*22/8=2.5 kNm/m

- Mô men do tĩnh tải lớp phủ gây ra

5.2.2 Xác định mô men do hoạt tải gây ra

5.2.2.1 Mô men dương do hoạt tải gây ra ở giữa nhịp bản phía trong:

- Theo điều 3.6.1.3.3 khi các dải cơ bản l ngang và nhịp không vượt quá 4600mm

các dãy ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145kN

- Khi thiết kế bản hẫng : 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can

- Khi thiết kế các bộ phận khác : 600mm tính từ mép làn xe thiết kế

b=510 mm

b+ hf=510+200=710 mm=0.71 m

5.2.2.1.1 Trường hợp một làn xe thiết kế

* Có một trục bánh xe trên dãy tính toán

Hình Mô hình tải trọng bánh xe với một trục bánh xe

- Diện tích đường ảnh hưởng

* Có hai trục bánh xe trên dãy tính toán

- Diện tích đường ảnh hưởng

- Mô men dương

5.2.2.2 Mô men âm do hoạt tải gây ra tại bản phía trong: : ta thấy trường hợp có 1 trục

bánh xe thiết kế nguy hiểm hơn 2 trục bánh xe thiết kế nên ta chỉ tính trường hợp 1 trục bánh xe

5.2.2.1.2 Trường hợp hai làn xe thiết kế

- Diện tích đường ảnh hưởng

5.3 Xác định mô men cho bản hẫng

5.3.1 Mô men do tĩnh tải

- Tĩnh tải bản mặt cầu DCbmc=hf x c= 5 kN/ m2

- Tĩnh tải lớp phủ DWlp= 2.75 kN/m2

- Tĩnh tải lan can DClc= 25*(0.2*0.470+0.3*0.25+0.15*0.4)= 5.725kN/m

- Mô men do tĩnh tải bản mặt cầu gây ra

- Mô men do hoạt tải gây ra

5.3.3 Mô men do lực va xe gây ra:

- Tải trọng va xe truyền từ bản lan can xuống: Ở đây ta chỉ thiết kế với tải trọng va xe là Ft

=240 (kN) phân bố trên Lt = 1070 (mm) ( lan can cấp L3 ) Chứ không thiết kế theo điều kiện tương thích về vật liệu vì khả năng chịu lực của tường ở mỗi vị trí khác nhau thí khác nhau

H

 = 278.7x0.87

86.29 1.07 2x0.87  KN m

) 1.2Ft

; Rw ( min

H

 = 278.7 99.18

1.07 2 0.87 x  KN

5.4 Tổ hợp mô men lên BMC theo trạng thái giới hạn cường độ I

5.4.1 Mô men dương giữa nhịp tác dụng lên BMC phía trong

M

= M TT M HT

 = 5.2 + 44.31 = 49.51 KN.mXét tính liên tục: M+ = 49.51 x 0.5 = 24.76 KN.m

5.4.2 Mô men âm tại các gối của BMC phía trong

CD

M =M TT M HT

 = 5.2 + 45.36 = 50.56 KN.mXét tính liên tục: M- = 50.56 x (-0.7) = - 35.39 KN.m

5.4.3 Mô men tác dụng lên bản hẫng

5.5 Tổ hợp mô men lên BMC theo trạng thái giới hạn sử dụng

5.5.1 Mô men dương giữa nhịp tác dụng lên BMC phía trong

SD

M

= M TT M HT

 = 3.88 + 25.32 = 29.2 KN.mXét tính liên tục: M+ = 29.2 x 0.5 = 14.6 KN.m

5.5.2 Mô men âm tại các gối của BMC phía trong

SD

M =M TT M HT = 3.88 + 25.92 = 29.8 KN.m

Xét tính liên tục: M- = 29.8 x (-0.7) = - 20.86 KN.m

5.5.3 Mô men tác dụng lên bản hẫng

Mhang= (DC (MDCbmc+ MDClc )+ DW MDWlp+ LLm (1+IM)MLLtruck)

=1*(2.03+4)+1*0.34+1*1.2*(1+0.25)*12.03=24.42 kNm/m

5.5.4 Mô men tác dụng lên bản hẫng ở TTGH Đặc biệt

Trạng thái giới hạn đặc biệt:

M  M M    M   m(1 IM)M   M 

- Chọn thép có  14mm

- Ta có giá trị mô men âm tại gối theo TTGH Cường độ I Mcd=35.39 KN.m

- Chọn khoảng cách từ mép trên của bản mặt cầu đến trọng cốt thép chịu kéo là:

c c sa

fs : ứng suất kéo trong cốt thép thường ở TTGHSD

fsa : ứng suất kéo giới hạn trong cốt thép thường ở TTGHSD

Z là tham số chiều rộng vết nứt

Lấy Z = 23000 (N/mm) đối với điều kiện môi trường khắc nghiệt

Dc: chiều dày lớp bảo vệ tính từ thớ chịu kéo xa nhất đến trọng tâm của thanh gần nhất nhưng không lớn hơn 50 mm

y: khoảng cách từ trục trung hòa đến trọng tâm cốt thép chịu kéo

Icr: Momen quán tính đối với TTH

- Chọn thép có  12mm

- Ta có giá trị mô men âm tại gối theo TTGH Cường độ I Mcd=24.76 KN.m

- Chọn khoảng cách từ mép trên của bản mặt cầu đến trọng cốt thép chịu kéo là:

1

7.77

9.210.836

252

c c sa

fs : ứng suất kéo trong cốt thép thường ở TTGHSD

fsa : ứng suất kéo giới hạn trong cốt thép thường ở TTGHSD

Z là tham số chiều rộng vết nứt

Lấy Z = 23000 (N/mm) đối với điều kiện môi trường khắc nghiệt

Dc: chiều dày lớp bảo vệ tính từ thớ chịu kéo xa nhất đến trọng tâm của thanh gần nhất nhưng không lớn hơn 50 mm

dc = 5 cm

A: diện tích bê tông có cùng trọng tâm cốt thép chịu kéo chính chia cho số thanh (n)

A = 2dcb/n

y: khoảng cách từ trục trung hòa đến trọng tâm cốt thép chịu kéo

Icr: Momen quán tính đối với TTH

- Chọn thép có  16mm

- Ta có giá trị mô men âm tại gối theo TTGH Cường độ I MĐB=103.93 KN.m

- Chọn khoảng cách từ mép trên của bản mặt cầu đến trọng cốt thép chịu kéo là:

- Hàm lượng thép yêu cầu để chịu moment và lực kéo T là:

5.8.3 Tính As và kiểm tra sức kháng uốn ở trường hợp thiết kế thứ hai :

- Đối với lan can bê tông thì trường hợp này không bất lợi

5.8.4.Tính As và kiểm tra sức kháng uốn ở trường hợp thiết kế thứ ba:

- Ta có giá trị mô men âm tại gối theo TTGH Cường độ I Mcd=42.2 KN.m

- Ta có giá trị moment này nhỏ hơn nhiều so với trường hợp thiết kế thứ nhất nên đương nhiên thỏa

5.8.5.Kiểm tra ĐK_Khống chế vết nứt:

fs ≤ min (fsa, 0.6fy)

fs : ứng suất kéo trong cốt thép thường ở TTGHSD

fsa : ứng suất kéo giới hạn trong cốt thép thường ở TTGHSD

* Tính fsa :

fsa = Z / (dc.A)1/3Trong đó:

Z là tham số chiều rộng vết nứt

Lấy Z = 23000 (N/mm) đối với điều kiện môi trường khắc nghiệt

dc: chiều dày lớp bảo vệ tính từ thớ chịu kéo xa nhất đến trọng tâm của thanh gần nhất nhưng không lớn hơn 50 mm

y: khoảng cách từ trục trung hòa đến trọng tâm cốt thép chịu kéo

Icr: Momen quán tính đối với TTH

5.8.6.Bố trí cốt thép lớp dưới theo phương dọc cầu

sd s

A 3840 67%

5.8.7.Bố trí cốt thép lớp trên theo phương dọc cầu:

- Không đòi hỏi lượng cốt thép xác định ở phần này Lượng thép phần này do người thiết kếquyết định, ta có thể dùng 12@200 để thiết kế

5.8.6.Kiểm tra ĐK_Cốt thép co ngót và nhiệt độ

BMC bố trí cốt thép chịu co ngót và nhiệt độ dưới dạng thanh, thép được phân bố đều trên 2mặt;

Diện tích cốt thép ở mỗi hướng không được nhỏ hơn:

- Các thông số của dầm ngang này

 Chiều cao dầm ngang: H =0.97 m

 Bề rộng dầm ngang: B = 20 cm = 0.2 m

6.1.3 Dầm ngang tại hai đầu nhịp:

 Chiều cao dầm ngang: Hhbs = 0.97 m

6.2 TÍNH TOÁN DẦM NGANG GIỮA NHỊP

6.2.1 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG

6.2.2 XÁC ĐỊNH PHẢN LỰC DO HOẠT TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG

Xe tải thiết kế

Xe 2 trụcTải trọng làna) Theo phương dọc cầu:

- Vì ứng lực do 1 xe gây ra tại giữa nhịp là lớn nhất ta chỉ xét trường hợp đặt 1 xe

* Xếp xe 2 trục lên đường ảnh hưởng theo phương dọc cầu:

Ta thấy xe 2 trục gây ra nội lực lớn hơn xe 3 trục nên ta xếp xe 2 trục lên dầm ngang để tính

toán theo moment lớn nhất giữa nhịp theo phương ngang cầu

6.2.3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TẢI TRỌNG LÀN TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG

- Tải trọng làn tác dụng lên dầm ngang: q'  q 

6.2.4.1 MOMEN DO HOẠT TẢI GÂY RA

Diện tích đường ảnh hưởng:  0.5 2 1 1    (m2)

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

V = m(1 + IM)Riyi + Rlan.A

6.2.6.3 TỔ HỢP LỰC CẮT Ở TTGH_CƯỜNG ĐỘ 1

DC = 1.25

DW= 1.5

LL = 1.75

+ Xác định khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà:

6 , 0 min

3 / 1

) (d A

z f

c

sa  (TCN 5.7.3.4-1)+ Trong đó:

12500( )2

S

E E

1 2

0.2290.288

X X

71.63 10 6 920 229 82.2 / 82.2

36.13 10

s s

6 , 0 min0,6.fy = 0.6x420 = 252 MPa

249.7382.2 min

6 , 0 min

3 / 1

) (d A

z f

c

sa  (TCN 5.7.3.4-1)+ Trong đó:

12500( )2

S

E E

1 2

0.2290.288

X X



  

  => Chọn X = 0.229 m = 229 mm+ Moment quán tính của tiết diện nứt chuyển đổi là:

50.81 10 6 920 229 58.31 / 58.31

36.13 10

s s

6 , 0 min0,6.fy = 0.6x420 = 252 MPa

249.7358.31 min

+ Số liệu tính toán:

- Lực cắt tính toán: Vu = 359.37 KN

- Tiết diện chịu cắt: bxh = 200x970 (mm)

- Bêtông mác 400 : f C' 40MPa

- Thép :fy = 420 MPa (giới hạn chảy thép chịu kéo)

f’y = 420 MPa (giới hạn chảy thép chịu nén)+ Chọn sơ bộ thép đai ø10 để bố trí

+ Kiểm toán theo điều kiện kháng cắt:

Ø = 0,9: Hệ số kháng cắt được lấy theo bảng 5.5.4.2

Vn: Sức kháng cắt danh định được tính theo điều 5.8.3.3

- Sức kháng danh định Vn phải được xác định bằng trị số min(Vn1;Vn2)

Vn1 = Vc + Vs ( thép thường ) ( S5.8.3.3-1)

Vn2 = 0, 25 .f b d c' v v ( S5.8.3.3-2)

- Trong đó:

v v c

d f A

.