Đồ Án Cầu Bê Tông Dầm T Căng Sau Đại học GTVT (Thuyết minh + Bản vẽ)

Do đó, phương pháp tính cụ thể: + Bản mặt cầu: tính theo bản hẫng và bản một phương + Dầm ngang: tính như dầm ngang liên tục có gối là các dầm chính.. Tải trọng tác dụng lên thanh lan

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU CHUNG

I SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

− Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 27.5 m

− Bề rộng phần đường xe chạy: B = 8.2 m

− Lề bộ hành: 2xK = 2×0.8 m

− Chiều rộng phần lan can: 2x0.25 m

→ Khổ cầu: 8.2 + 2×0.8 = 9.8 m

− Loại thiết diện dầm chính: T - căng sau

− Tải trọng thiết kế: HL93, PL = 3x10-3(MPa) = 300 KG/m2

− Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05, Bộ Giao Thông Vận Tải

II MẶT CẮT NGANG CẦU:

_ Số dầm chính: 6 dầm

_ Khoảng cách giữa các dầm chính: d = 1.8 m

_ Chiều dày bản mặt cầu: t= 20 cm

_ Lan can, tay vịn bằng ống sắt tráng kẽm

III PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ: Sử dụng kết cấu nhịp có dầm ngang, dầm chủ làm việc

theo tiết diện T Do đó, phương pháp tính cụ thể:

+ Bản mặt cầu: tính theo bản hẫng và bản một phương

+ Dầm ngang: tính như dầm ngang liên tục có gối là các dầm chính Khoảng cách giữa các dầm ngang là 27.5/5 = 5.5 m Có tất cả 6 dầm ngang

+ Dầm chính : tính như dầm giản đơn Tiết diện dầm không thay đổi Khoảng cách giữa

2 dầm chính là:1.8 m Có tất cả 6 dầm chính

IV SƠ BỘ CHỌN CỐT THÉP - BÊ TÔNG CHO CÁC BỘ PHẬN:

1 Lan can - Lề bộ hành :

• Bêtông có cường độ chịu nén đủ 28 ngày: f’c = 28 MPa

• Cốt thép AI, fy = 225 MPa (tra sách Kết Cấu BTCT theo tiêu chuẩn 356-05, tác giả Phan

Quang Minh)

2 Bản mặt cầu:

• Bêtông có cường độ chịu nén của bê tông đủ 28 ngày: f’c = 40 MPa

• Cốt thép AII, fy = 280 MPa

3 Dầm ngang:

• Bêtông có cường độ chịu nén đủ 28 ngày: f’c = 40 MPa

• Cốt thép AII, fy = 280 MPa (tra sách Kết Cấu BTCT theo tiêu chuẩn 356-05, tác giả

Phan Quang Minh)

4 Dầm chủ :

• Bêtông có cường độ chịu nén đủ 28 ngày: f’c = 40 MPa

• Cốt thép thường: cốt thép AII, fy = 280 MPa

• Cốt thép dự ứng lực loại tao 7 sợi có đường kính danh định 12.7mm

- Cường độ kéo đứt: fpu = 1860 MPa

- Mô đun đàn hồi của tao cáp: Ep = 197 000 MPa

CHƯƠNG II:

LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH

I LAN CAN:

1 Thanh lan can:

- Sơ đồ tính của thanh lan can là một dầm liên tục trên gối là các trụ lan can Để đơn giảntrong tính toán, cho phép ta tính thanh lan can như một dầm đơn giản tựa trên gối là hai trụ lancan gần nhất Sau đó nhân với hệ số hiệu chỉnh đưa về dầm liên tục

- Chọn thanh lan can thép ống:

+ Đường kính ngoài: D =100 (mm)

+ Đường kính trong: d = 90 (mm)

- Toàn cầu có 16 trụ lan can Khoảng cách 2 trụ lan can là 1870 mm

- Khối lượng riêng thép lan can: γs=0.785x10− 4 (N/mm3)

- Cốt thép AI có fy = 225 (Mpa)

a Tải trọng tác dụng lên thanh lan can:

- Tĩnh tải : trọng lượng tính toán của bản thân thanh lan can

- Hoạt tải xét cho phương đứng và phương ngang :

w = 0.37 N/mm (tải trọng phân bố đều)

P = 890 N (tải trọng tập trung giữa thanh lan can đặt theo phương hợp lực)

* Sơ đồ truyền tải:

b Nội lực lớn nhất ở giữa nhịp:

-η là hệ số điều chỉnh tải trọng:

η = η ×η ×η =D R I 0.95 0.95 1.05 0.95× × =

+ Với: ηD= 0.95 cho các bộ phận có tính dẻo hoặc các bộ phận có tăng cường tính dẻo

ηR= 0.95 đối với bộ phận dư thừa

ηI= 1.05 đối với cầu quan trọng

-γ là hệ số tải trọng (γ =DC 1.25 với tĩnh tải, γ =LL 1.75 với hoạt tải cho lan can )

- Hệ số sức kháng Φ =1 (Φ tra 6.5.4.2 qui trình )

* TTGHCĐ (trạng thái giới hạn cường độ)

c Nội lực trong dầm liên tục :

Hệ số xét tới yếu tố ngàm tại: Giữa nhịp: 0.5

⇒ Φ×Mn =7592667.3N.mm M> u =782810.95 N.mm

Kết Luận: Ta thấy momen tại gối và giữa nhịp đều nhỏ hơn sức kháng uốn của thanh Vậy

thanh lan can vẫn làm việc an toàn

2 Trụ lan can:

- Sơ đồ tính dạng cột ngàm tại phần bêtông đỡ lan can

- Chọn trụ lan can là thép bản được là từ thép AI

- Chọn ống thép liên kết giữa thanh lan can vào trụ có tiết diện như sau:

+ Có đường kính ngoài: D = 88 mm

+ Có đường kính trong: d = 78 mm

a Tải trọng tác dụng lên trụ lan can:

T1 T2

V2 : Thể tích tấm thép T2

Mặt cắt tại chân trụ

* Tiết diện được quy về như sau: là tiết diện chữ I có:

+ Chiều cao cột thép: 720 mm

* Tính toán nội lực tại mặt cắt ngàm (chân trụ) :

c Kiểm tra khả năng chịu lực của trụ lan can:

* Các đặc trưng tiết diện:

F

k l

+ Trong đó :

k: hệ số chiều dài có hiệu k = 2 vì có đầu tự do

l: chiều dài không liên kết kết l= 720 mm

rs: bán kính quán tính đối với trục mất ổn định (trục mất ổn định là trục Y-Y)

r = 35 mm

φc = 0.9 [Điều 6.5.4.2] đối với cấu kiện chịu nén

* Sức kháng uốn có hệ số được tính theo công thức:

Mrx,Mry : Sức kháng uốn có hệ số đối với trục x, y (KNm) theo [Điều 6.10.6.11 và 6.12]

- Đối với cánh :

Lấy k=1.49 theo Bảng 6.9.4.2.1

d Kiểm tra khả năng chịu nhổ của bulông:

- Cân bằng momen quanh tâm trục đối xứng ta được lực nhổ trong bulông:

( 300) ( ) 650 40

691.9 300 (691.9 890) 650

4030895.125

- Sức kháng nhổ tính toán của bulông (tính theo điều 6.8.2.1 qui trình)

U=1 : hệ số triết giảm

Fu = 820 MPa cường độ chịu kéo nhỏ nhất qui định của bulông có d<22

Thay số: Pr = 0.8 314 820× × = 205984 N

⇒So sánh ta thấy lực kéo trong bulông do các tải trọng tác dụng N=30895.125 N nhỏ hơn khảnăng chịu kéo của bulông Pr =205984 N Bulông vẫn làm việc an toàn

II LỀ BỘ HÀNH:

1 Chọn kích thước lề bộ hành:

- Lề bộ hành có bề rộng: K = 0.8 (m)

- Chọn bề dày bản: hb = 100 (mm)

- Chiều cao lề: H0 = 200 (mm)

- Bê tông f’c =28 MPa , cốt thép AI fy =225 MPa

- Cắt bề rộng 1m để tính toán

2 Tính bản: Lề bộ hành làm việc theo bản kê 2 cạnh vì vậy khi tính nội lực cho bản ta xem là

dầm đơn giản được kê lên gối là bó vỉa:

a Tải trọng tác dụng:

+ Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân bản :

b Nội lực và sơ đồ tính:

Xem lề như dầm đơn giản ta có mômen ở giữa:

q

c Tín h cốt thép : tiết diện chịu lực bxh = 1000 mm x 100 mm

Giả thiết: abv =25 mm → ds = h-abv =100-25 = 75 (cm)

Chiều cao vùng nén:

20.85

u c

M ds

75

c

23.588225

fc a b

mm fy

Chọn giá trị ρmin đđể thiết kế cốt thép: As = b×ds×ρmin = 1000×75×0.005 = 375 mm2

d Bố trí cốt thép: Chọn thép 5φ 10 a200 với Fa = 392.5 mm2, bố trí 2 phương (trong đóphương dọc cầu đặt theo cấu tạo)

l = 600 m

e Kiểm tra nứt trong dầm (bản của lề bộ hành):

- Tiết diện kiểm toán: tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 mm x 100 mm

- Bê tông có môđun đàn hồi:

* Kiểm tra điều kiện nứt :

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép chịu nén của bê tông là :

⇒ Ứng suất của thép khi chịu mômen là:

- Ứng suất cho phép trong cốt thép:

Với thông số bề rộng vết nứt trong điều kiện khắc nghiệt Z = 23000 N/mm

- Theo điều kiện khả năng chịu nứt :f 9.15 MPa fs = < sa =135 MPa

* Vậy thoả điều kiện chống nứt

3 Kiểm tra khả năng chịu lực của bó vỉa:

Bó vỉa ( gờ chắn bánh) ta tính toán như lan can đường ô tô

Chọn cấp lan can là cấp L3 có các thông số theo tiêu chuẩn:

Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm)

Phương thẳng đứng

Khi xét bĩ vỉa ta chỉ xét tới lực Ft phân bố trên chiều dài Lt

Chọn cốt thép chịu lực AI có: fy = 225 Mpa

Cấp bê tông: f c'=28 Mpa

Kích thước bó vỉa: 200x200 mm

Cốt thép : Phương đứng : chọn thép đai φ14 200a

Phương dọc cầu: chọn thép dọc 4 12φ

a) Khả năng chịu lực của cốt thép đai ( M c ) :

Mc : sức kháng uốn cực hạn của bó vỉa dạng tường đối với trục nằm ngang

Xét 1 đơn vị chiều dài (1 mm) theo phương dọc cầu của bó vỉa :

Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa theo phương đứng

Diện tích cốt thép đai trong phạm vi 1 mm:

Các thông số đặc trưng hình học: b=1mm ; h = 200mm ; ds=175 mm

Hệ số qui đổi: β =1 0.85 vì f c'=28Mpa

Chiều cao chịu nén :

7.288.565mm0.85

a c

Khả năng chịu lực của tiết diện :

b) Khả năng chịu lực của cốt thép dọc H.Mw :

HMw: sức kháng uốn cực hạn của bó vỉa dạng tường đối với trục thẳng đứng

Cốt thép vùng kéo có 2 thanh φ12 => As= A’s=2 122

Chiều cao vùng nén :

=> Rw > Ft => tường thoả điều kiện va xe giữa tường

+ TH xe va đầu tường, bó vỉa làm việc như 1 côngsol khi có va xe :

Chiều dài đường chảy:

=> Rw > Ft => tường thoả điều kiện va xe đầu tường

4 Kiểm tra trượt của lan can và bản mặt cầu:

- Sức kháng cắt danh định Rw phải truyền qua mối nối bởi ma sát cắt

- Biểu đồ phân tích lực truyền từ lan can xuống bản mặt cầu :

- Giả thiết Rw phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ Lc Lực cắt tại chân tường do va xe

VCT trở thành lực kéo T trên 1 đơn vị chiều dài trên bản mặt cầu :

- Sức kháng cắt danh định Vn của mặt tiếp xúc ( Điều 5.8.4.1-1 )

Vn c.A= CV + µ.(A fVf y +P )C không vượt quá: 



C CV CV

0.2f ' A 5.5.A

- Trong đó :

+ ACV :diện tích tiếp xúc chịu cắt cho 1mm dài: ACV = 200x1=200 mm2/mm

+ AVf :diện tích cốt thép neo của mặt chịu cắt cho 1mm dài

2 Vf

f 225 MPa 225 N / mm (cường độ chảy của cốt thép)

+ Pc: lực nén do tĩnh tải (bó vỉa + ½ lề bộ hành)

+ chọn c = 0.52 vൠ= 0.6λ; λ =1 cho bê tông tỷ trọng thường theo Điều 5.8.4.2 trong

qui trình đối với bê tông đổ phủ lên bê tông sạch, đã cứng và không có sữa xi măng nhưng

không được tạo nhám

- Đối với 1mm chiều rộng bản thiết kế :

- Đoạn uốn cong còn lại: luốn = 180 mm

- Kết luận: neo cốt thép từ bó vỉa vào bản mặt cầu để đảm bảo lan can không bị trượt ra khỏi bản mặt cầu khi va xe: 2þ14 a200

Bố trí cốt thép cho lề bộ hành

CHƯƠNG III :

BẢN MẶT CẦU

1 Mô hình tính toán bản mặt cầu:

1800

damngang damchinh

S

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 như các 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

2 Sơ đồ tính bản mặt cầu:

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

3 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải (tính cho 1 mét dài bản):

- Khoảng cách giữa 2 dầm chủ là: L2 =1800 mm

- Chọn chiều dày bản mặt cầu ts =200mm, tĩnh tải rải đều do trọng lượng bản thân bản mặt cầu :

DC2 =0.25 10× −4× ×t 1000 0.25 10s = × −4×200 1000 5× = N/mm

- Lớp phủ mặt cầu từ trên xuống gồm:

+ Lớp bêtông nhựa : t1 =70 mm

+ Lớp bảo vệ : t2 =40 mm

+ Lớp vải nhựa phòng nước : t3 =5 mm

+ Lớp mui luyện: ta bố trí lớp mui luyện có độ dốc thoát nước là 2% Tại mép bó vỉa ta bố trí lớp dày 10 mm vào đến giữa nhịp ( mặt cắt ngang ) là 92 mm Nên ta lấy lớp mui luyện trung bình là : t4 =51 mm

- Tổng chiều dày của lớp phủ là :

2

- Hệ số xung kích: 1+IM = 1+0.25=1.25

- Hệ số điều chỉnh tải trọng:

Hệ số dẻo Hệ số dưthừa Hệ số quantrọng

D I R 0.95 x 0.95 x 1.05 = 0.95

η = η η η =D I R 0.95 x 1.05 x 1.05 = 1.047+ Hệ số sức kháng: Bê tông cốt thép thường: φ =0.9

3.1 Nội lực do tĩnh tải tại nhịp 1 (bản hẫng):

- Xét phần hẫng theo dầm côngxol có chiều dài lh =650 mm có tải trọng phân bố gồm tải trọng bản mặt cầu, và tải tập trung như hình vẽ

5 416.7 750 4062.5 650 4455230 N.mm2

3.2 Nội lực do tĩnh tải tại nhịp 2 : Tải trọng tác dụng xuống nhịp bao gồm trọng lượng lớp

phủ, trọng lượng bó vỉa , lề bộ hành Xét nhịp có sơ đồ tính là nhịp đơn giản

* Tải trọng lớp phủ DW

Mômen không hệ số tại giữa nhịp 2:

M 187500 9002

5 112500 225000 1363275 3725775 N.mm

8

3.3 Nội lực do tĩnh tải tại nhịp 3: Nhịp tính toán chỉ còn chịu trọng lượng bản mặt cầu và lớp

4 Xác định nội lực do hoạt tải xe và người:

4.1 Xác định bề rộng có hiệu đối với bản kiểu dầm (nhịp trong):

- Bề rộng dải tương đương :

+ Mômen dương :SW+ =660 0.55 L+ × 2 =660 0.55 1800 1650 mm+ × =

+ Mômen âm : SW− =1220 0.25 S 1220 0.25 1800 1670 mm+ × = + × =

4.2 Hoạt tải do HL-93:

- Khi xe đặt 1 bánh lên giữa nhịp (hệ số làn xe m = 1.2)

+ Bề rộng bánh xe : b2 =510 mm

+ Bề rộng truyền lực từ bánh xe đến bản mặt cầu :

- Khi xe đặt 2 bánh lên giữa nhịp ( hệ số làn m = 1), gọi là trường hợp lấn làn

+ Bềâ rộng truyền lực từ bánh xe đến bản mặt cầu :

P 145000

2042b

4.3 Hoạt tải do người (PL):

Hoạt tải người phân bố trong lề bộ hành 800mm, trên đoạn đó hoạt tải người phân bố có giá trị là :3 N/mm ( đã nhân cho 1m dài theo phương dọc cầu ) tập trung tại tim lề bộ hành chia đều sang hai bên với giá trị :

- Trường hợp đặt 2 bánh xe (trường hợp lấn làn):

5 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên bản mặt cầu:

5.1 Xét cho nhịp 1 (nhịp hẫng):

1670

−

− +

2 S LL 2

M 1000

M 0.5 M

SW36843847.43 10000.5 3725775 180000 13117689.75 N.mm

3 U LL 2

M 1000

M 0.5 M

SW62326455.72 10000.5 4352484.38 21063046.95 N.mm

3 S LL 2

M 1000

M 0.5 M

SW37489597.43 10000.5 3391875 + 13056421.57 N.mm

1650

6 Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu :

* Giá trị max nằm ở nhịp 2, nên ta chọn giá trị mômen để thiết kế thép sẽ là:

- Trạng thái cường độ là :

+ Giá trị tại gối ( mômen âm ) : g = −

- Trạng thái sử dụng là :

+ Giá trị tại gối ( mômen âm ) : g = −

7 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu:

- Bê tông bản mặt cầu :

8 Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu:

8.1 Với giá trị mô men âm:

- Ta có giá trị mômen âm tại gối là : g = −

U

M 29208036.67 N.mm

- Để tính thép cho phần trên của bản mặt cầu ta làm các bước tính toán như sau :

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

- Hệ số quy đổi biểu đồ ứng suất vùng nén:

- Diện tích cốt thép lúc này là :

'

2 c

- Theo điều kiện trên hàm lượng cốt thép nhỏ nhất không thoả mãn

* Vậy ta phải lấy hàm lượng cốt thép tối thiểu tính toán As =As(min) =857.143mm2

Ta chọn thép φ =16 bố trí với khoảng cách a = 200 mm

× ×

× ×

s y ' c

A f 857.143 280

0.85 40 10000.85 f b

-Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau:

8.2 Với giá trị mô men dương:

- Ta có giá trị mô men dương tại giữa nhịp: 12 =

- Hệ số quy đổi biểu đồ ứng suất vùng nén :

- Theo điều kiện trên hàm lượng cốt thép min không thoả mãn

* Vậy ta phải lấy hàm lượng cốt thép tối thiểu tính toán As =As(min) = 857.143 mm2

Ta chọn thép φ =16 bố trí với khoảng cách a = 200 mm

× ×

× ×

s y ' c

A f 857.143 280

0.85 40 10000.85 f b

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất:

9 Kiểm tra điều kiện nứt:

9.1 Đối với thớ dưới của bản mặt cầu:

- Với giá trị mômen tác dụng là 12 =

S

M 13117689.75 N.mm

- Ứng suất cốt thép khi chịu mômen dương:

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép chịu nén của bê tông là :

*Vì f fs ≤ sa =0.6 f× y nên thõa điều kiện chịu nứt

9.2 Đối với thớ trên của bản mặt cầu:

- Các bước tính tương tự như trên

- Với giá trị mômen tác dụng là g =

Bố trí thép cho bản mặt cầu trên 1m dài

CHƯƠNG IV :

DẦM NGANG

Kết cấu nhịp có 6 dầm ngang, khoảng cách giữa các dầm ngang là L1 =5500 mm, các dầm ngang được tính như dầm liên tục với các gối là các dầm chủ :

Khoảng cách giữa các dầm chủ : L2 = 1800 mm

Kích thước dầm ngang như sau : h = 1000 mm

b = 200 mm

Cốt thép AII, giới hạn chảy: fy = 280 (Mpa)

Bê tông có cường độ chịu nén: f'c = 40 (Mpa)

1 Xác định nội lực tác dụng lên dầm ngang:

9.3N/m 110KN

145KN 145KN 35KN

1

1.1 Xác định nội lực do tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang

- Tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang bao gồm:

+ Bản mặt cầu:

8

1.2 Xác định nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang:

Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang gồm: xe 3 trục, xe 2 trục và tải trọng làn

1.2.1 Nội lực do hoạt tải xe tác dụng lên dầm ngang:

a) 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

- Xác định hệ số phân bố tải trọng ξ

1.2.2 Nội lực tác dụng do tải trọng làn tác dụng lên dầm ngang:

- Tải trọng làn tác dụng lên dầm ngang: q' = q ×ω

1.3 Tổ hợp nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang:

Vì xe 2 trục cho nội lực trên dầm ngang lớn hơn nên ta chỉ tổ hợp nội lực cho xe 2 trục với tải trọng làn:

2 Thiết kế cốt thép cho dầm ngang:

- Tại mặt cắt giữa nhịp:

giua

U

M = 65543140.4 N.mm + Chọn khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông là: a = 40 mm

+ Dầm ngang có:28 MPa < f'c = 40 Mpa < 56 MPa⇒

= × × × = × × × =

'

2 c