đồ án tốt nghiệp thiết kế kĩ thuật

Chơng I : thiết kế lan can bộ hànhThiết kế lan can bộ hành : Nh trên ta đã chọn theo định hình tay vịn là các ống thép, ta coi tay vịn nh đợc kê tự do lên hai gối là các cột lan can, do

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPThiÕt kÕ kÜ thuËt

Chơng I : thiết kế lan can bộ hành

Thiết kế lan can bộ hành :

Nh trên ta đã chọn theo định hình tay vịn là các ống thép, ta coi tay vịn nh đợc kê tự do lên hai gối là các cột lan can, do vậy tay vịn sẽ làm việc nh là dầm đơn giản kê tự do lên hai gối dới tác dụng của lực tập trung P = 130 kg và tải trọng bản thân phân bố đều :

Mômen uốn tại giữa nhịp :

- Do trọng lợng bản thân : Mt = n g L2/8 = 1,1 0,024 1,852/8 = 0,011 (Tm)

- Do tải trọng tập trung : Mh = P L/4 = 0,13 1,85/4 = 0,06 (Tm)

Trong đó n là Hệ số vợt tải của trọng lợng bản thân tay vịn

+Mômen toàn bộ do tải trọng tập trung và tĩnh tải :

Mtb = Mt + Mh = 0,011 + 0,06 = 0,071 (Tm)

+Khả năng chịu lực của tay vịn:

Đặc trung hình học của tiết diện

D=110 d=101 d=4,5mm

5.4

110−

= 0,96

Ta thấy nội lực quá nhỏ so với cờng độ của thép nên ta không cần tính toán mà chỉ cần chọn ống thép theo cấu tạo

Chơng II : thiết kế bản mặt cầu

II.1 Nguyên lí tính toán bản mặt cầu :

Bản mặt cầu đợc cấu tạo liền khối với sờn dầm không bố trí bản chắn ngang nên chỉ tồn tại liên kết theo phơng dọc cầu với sờn dầm

Ta tơng ứng có hai sơ đồ tính toán nh sau :

- Bản kê hai cạnh làm việc theo chiều thẳng góc với chiều xe chạy

- Bản mút thừa

Tính toán nội lực :

Nội lực tính toán cho 1m rộng bản theo chiều xe chạy để xác định :

- Nội lực trong bản mút thừa

- Nội lực tại ngàm và giữa bản kê hai cạnh

- Tại tiết diện giữa nhịp : M1/2 = β Mo

dầm đơn giản có nhịp bằng nhịp tính toán lb của bản tơng ứng với tải trọng thực tế 1m rộng bản phải chịu, tải trọng này phải đặt sao cho Mo là lớn nhất

Đối với lực cắt : Xác định nh trong dầm đơn giản có nhịp lb

Mômen tính toán tại ngàm lấy giá trị mômen lớn nhất do tải trọng gây ra tính theo hai sơ

đồ trên

Nội lực tính toán với hai tổ hợp tải trọng :

- Tổ hợp 1 : Tĩnh tải, đoàn xe H30 và tải trọng ngời đi bộ

- Tổ hợp 2 : Tĩnh tải và xe nặng HK80

II.2 Các kích thớc của bản mặt cầu

ở tất cả các nhịp thiết kế, kích thớc mặt cắt ngang phần bản mặt cầu đều nh hình vẽ dới

Cờng độ chịu kéo tính toán trong giai đoạn khai thác : R2 = 11400 (Kg/cm2)

Cấu tạo bản mặt cầu

Theo tính chất chịu lực có thể chia bản thành hai phần tính toán với hai sơ đồ khác nhau

Phần cánh hẫng làm việc theo sơ đồ bản mút thừa, nhịp tính toán 2,55m

Phần bản nằm giữa hai sờn dầm làm việc theo sơ đồ bản kê hai cạnh có nhịp tính toán vuông góc với hớng xe chạy, nhịp tính toán 6,18 m

II.3 Tính toán nội lực bản mút thừa (tính cho 1 m rộng bản)

+Trọng lợng của lan can + đá vỉa gờ chắn bánh:

đợc tính toán nh tải trọng tập trung có trị số nh sau (nt= 1,1) :

- Tải trọng lan can : (hệ số vợt tải 1,1)

Trọng lợng phần bêtông của lan can:

Pbtlc tc = 2,5 (0,15 0,22 1+ 0,5 0,3 1 +

2

15,0)

25.005,0

+ 0,05 0,25) = 0,545 (T)

Pbtlctt = 1,1 0,545 = 0,5995 (T)

Trọng lợng phần thép của lan can :

Pthlctc = [0,13 0, 006 1,46 + 0,0424 0,006 + 3,14 (0,0552 – 0,05052) + 3,14.(0,0452

– 0,04152)] 7,85 = 0,03 (T) (Trọng lợng phần lan can thép phía trên) Pthlctt = 1,1 0,03 = 0,033 (T)

=> Vậy tải trọng toàn bộ lan can là :

g1tc =

2

25,065,

do chiều dài đặt tải λ < 5 m

+Nội lực tại tiết diện ngàm

=

2

55,11.55,1.2

12

2 1

tc tc

=

2

55,11.55,1.5625.02

1125.1

2

tc ng

Mngtt =2,321(T/m)

2 2 1

- Víi ho¹t t¶i H30 : a2 = 0,2m ; b2 = 0,6m ; P = 12 T

=> Cờng độ phân bố của tải trọng tập trung bánh xe (P/2) trên diện đặt tải : Po

84,0.44,0.2

12b

.a.2

PP

1 1

39,984,0.76,0.2

12b

55,11.55,1.g2

1

g

M

2 tc md

tc g

tc lc

tc 2

2 tc

= (1,125.

2

12 + 0,5625 1,55.1,775 + 0,575.2,55 + 0,3 0,55) + 0,276 (0,08 + + 1,5 1,45) + 0,3 1,5 1,45 + 9,39 0,0512

= 5,497 (Tm)

2

4,0.g.n55,0.P55,2

P2

55,11.55,1.g2

1.g

n

M

2 tc md 2

tc g

tc lc

tc 2

2 tc 1

n gtc 1,5.1,45

md 2

+ n Ptc.1,5.1,45

ng h

2,1.g55,1.P2

55,1

g

M

2 tc ng

2 tc md

tc lc

2 tc

2,1.g55,1.P2

55,1

g

M

2 tt ng

2 tt md

tt lc

2 tt

Víi ho¹t t¶i HK80 cã : a2 = 0,2m ; b2 =0,8 m ; P = 20 T

DiÖn tÝch truyÒn ¸p lùc lªn b¶n

a1= a2 + 2.H= 0,44 m

b1= b2 + 2.H= 1,04 m

Diện tích làm việc của bản

=> Cờng độ phân bố của tải trọng tập trung bánh xe (P/2) trên diện đặt tải : Po

85,2104,1.44,0.2

20b

.a.2

PP

1 1

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản

54,1304,1.71,0.2

20b

.a.2

Pp

100

ba = 13.5

30 b2 = 80

40 b1 = 104

45°

1 1

=> Từ đó xác định đợc các giá trị nội lực tính toán lớn nhất tại tiết diện ngàm và tiết diện cuối vút (tiết diện 1-1) nh sau:

45,1.5,1.g2

4,0.g55,0.P55,2

P2

55,11.55,1.g2

tc g

tc lc

tc 2

2 tc

4,0.g.n55,0.P55,2

P2

55,11.55,1.g2

1.g

n

M

2 tc md 2

tc g

tc lc

tc 2

2 tc 1

n gtc 1,5.1,45

md 2

55,1

g

M

2 tc md

tc lc

2 tc

55,1

g

M

2 tt md

tt lc

2 tt

II.4 Tính toán nội lực bản kê hai cạnh (Tính cho 1m rộng bản)

Ta sẽ tính bản làm việc nh kê hai cạnh sau đó nhân với hệ số ngàm

Mặt cắt ngang nh hình vẽ :

1260 800

Sơ đồ tính toán nh hình vẽ:

Mtc bt=g tc 1

8

2 1

l

+g2tc.l2.(l1+l2)/2=0,625

8

18,

4 2 +1,2375.1.(1+2,09)/2

Mtc bt =3,23(T/m)

Mtt bt=1,1.[gtc 1

8

2 1

l

+g1tc.l2.(l2+l2)/2]=1,1.[0,625

8

18,

Sơ đồ xếp xe tính toán nội lực

100 418

Chiều rộng tham gia làm viêc của bản a = a1 + lb/3 và a không nhỏ hơn 2lb/3 nên

a = 0,44 + 6,18/3 = 2,5 m => a< 2lb/3 = 4,12 m nên lấy a= 4,12 m Mặt khác ta có hai bánh của 2 xe khác nhau đặt cạnh nhau (khoảng cách giữa chúng là c = 1,1m), diện tích truyền lực của chúng sát nhau, và do bản có nhịp lớn nên chiều rộng làm việc của bản t-

ơng ứng với hai trục bánh xe trùm lên nhau (a = 4,12 m > d = 1,6m trong đó d là khoảng

a1= a2 + 2.H= 0,44 m

b1= b2 + 2.H= 0,84 m

cách hai trục bánh xe) nên tính gần đúng ta có diện tích tham gia làm việc của bản dới hai bánh xe gần nhau nh sau :

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản

163,294,1.86,2

12)

cb.(

a

Pp

12b

.a.2

Pp

1

tc

=> Từ đó dùng Sap 2000 xác định đợc các giá trị mômen giữa nhịp dầm giản đơn

nh tính toán trong bảng sau :

Sơ đồ tính toán và chất tải xem nh hình vẽ sau :

190 c=110

190

b2=60 b2=60

618 418

Víi ho¹t t¶i HK80 a2 = 0,2m ; b2 =0,8 m ; P = 20 T

- Trờng hợp 1 : Xếp 1 bánh xe ở giữa nhịp bản theo sơ đồ

- Diện tích làm việc của bản

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản :

013,804,1.2,1.2

20b

.a

2

Pp

b1 = 104

Tơng tự nh trên ta có :

- Diện tích truyền áp lực lên bản

- Diện tích làm việc của bản

=> Cờng độ hoạt tải phân bố trên một đơn vị chiều dài tính cho 1 m rộng bản :

013,804,1.2,1.2

20b

.a

2

Pp

Tải trọng HK80 Lớp phủ

=> Theo kết quả tính toán ở 2 phần a, b ta thấy rằng mômen do tải trọng HK80 đứng tại

để tính toán

- Hệ số ngàm K đợc tra bảng phụ thuộc vào sơ đồ tĩnh của bản (1 nhịp hay liên

J.G

l

D.001,

X

3 b

=α

Một cách gần đúng hệ số ngàm K đợc chọn theo giá trị α < 30

Vậy giá trị mômen tính toán lấy nh sau

Mgtc = - 0,8 19,05 = -15,24 Tm Mg(bt)tt = - 0,8 3,56 = - 2,848 Tm

Mg(bt)tc = - 0,8 3,23 = - 2,589 Tm Mg(lp)tt = - 0,8 1,98 = - 1,584 Tm

Mg(lp)tc = - 0,8 1,32 = - 1,056 Tm

Ml/2tc = 0,5 19,05 = 9,525 Tm Ml/2(bt)tt = 0,5 3,56 = 1,78 Tm

Ml/2tc bt = 0,5 3,23 = 1,618 Tm Ml/2(lp)tt = 0,5 1,98 = 0,99 Tm

Ml/2tc = 0,5 1,32 = 0,66 Tm

Bảng nội lực tại các tiết diện

xe vào các vị trí bất lợi nhất sao cho đầu cạnh dài b1 do tải trọng truyền xuống trùng với tiết diện cần tính toán lực cắt, tung độ đờng ảnh hởng lấy ứng với điểm giữa của đoạn b1,

o

b i i

tt

a

y2

P)1.(

n)x2

l.(

g.nQ

Trong đó :

- yx : Tung độ đờng ảnh hởng Q dới các lực bánh xe

- ax : Chiều rộng làm việc của bản tơng ứng với tải trọng đó

- xo : Khoảng cách từ gối đến tiết diện tính lực cắt

- gi : Trọng lợng các lớp mặt đờng và trọng lợng bản thân của bản

- ni : Hệ số vợt tải của tĩnh tải tơng ứng : nmd =1,5 ; nbt =1,1

- nh : Hệ số vợt tải của hoạt tải : Xe H30 nh = 1,4 ; Xe HK80 nh = 1,1

- (1 + à) : Hệ số xung kích của hoạt tải (1 + à) = 1,291 ứng với λ = 6,18m với xe

XÕp xe H30 XÕp xe H30

2 1

104

270 104

148 28

142 84

100 155

Sơ đồ tính toán nh hình vẽ:

Ta có

2.(

.g l x0n

Q tt = b −

Trong đó : lb Chiều dài nhịp bản tính toán

x0 Khoảng cách từ gối đến tiết diện tính lực cắt

7868,0.1,

=

ng tt

2

18,4.(

7868,

=

ng tc

2

18,4.(

7868,0.1,11

7868,01 1

tc

II.4.3.2 Xác định lực cắt khi xếp tải trọng HK80 và tĩnh tải :

• Tại tiết diện 1-1 ta có :

2,1

479,02,1

916,

2,1

479,02,1

916,

2,1

315,02,1

749,

= 12,43 (T)

=> Q2-2tc = (0,7868 + 0,276).(6,18/2 - 1) +

2

20 (

2,1

315,02,1

749,

II.4.3.3 Xác định lực cắt khi xếp tải trọng H30 và tĩnh tải :

• Tại tiết diện 1-1 ta có :

xo = 0 , (1+à) = 1,291 ; yx1 = 0,932 ; yx2 = 0,624 ; yx3 = 0,446 ; yx4 = 0,139

ax1 = ax2 = ax3 = ax4 = 2,86 m ; nh = 1,4

=> Q1-1tt = (1,1 0,7868 + 1,5 0,276).(6,18/2 - 0) +1,4.1,291

2

12 (

86,2

624,086,2

932,

+

86,2

139,086,2

446,

=> Q1-1tc = (0,7868 + 0,276).(6,18/2 - 0) +

2

12 (

86,2

624,086,2

932,

86,2

139,086,2

446,

= 7,770 (T)

• Tại tiết diện 2-2 ta có :

xo = 1m , (1+à) = 1,291 ; yx1 = 0,765 ; yx2 = 0,46 ; yx3 = 0,283 ; yx4 = 0,022

ax1 = ax2 = ax3 = ax4 = 2,86 m ; nh = 1,4

=> Q2-2tt = (1,1 0,7868 + 1,5 0,276).(6,18/2 - 1) +1,4.1,291

2

12 (

86,2

46,086,2

765,

+

86,2

022,086,2

238,

=> Q2-2tt = (0,7868 + 0,276).(6,18/2 - 1) +

2

12 (

86,2

46,086,2

765,

86,2

022,086,2

238,

= 5,3366 (T)

 Ta có bảng kết quả tính toán nh sau :

Bảng kết quả tính toán lực cắt tại tiết diện 1-1 và tiết diện 2-2

Theo kết quả tính toán nội lực ở hai phần trên ta chọn các trị số nội lực nguy hiểm nhất để tính toán, cụ thể nh trong bảng sau (tính cho 1 m dài cầu)

Bảng nội lực tính toán

Nội

Lực

Mngtt (Tm)

Mngtc(Tm)

Ml/2tt (Tm)

Ml/2tc (Tm)

M1-1tt (Tm)

M1-1tc(T)

M h

h b R

R F

u

tt g t

u T

.2

M: Mômen uốn tính toán tại các tiết diện do các giai đoạn làm việc của dầm gây

ra, lấy giá trị dơng và âm lớn nhất đợc tổ hợp so sánh trong giai đoạn thi công và trong giai đoạn khai thác

Rt: Cờng độ tính toán của cốt thép ứng suất trớc trong giai đoạn khai thác

Ru: Cờng độ tính toán của bê tông khi uốn

100.285

10.184,17.25959.100.11400

285.2,1

RT1= 11400(kg/cm2) cờng đọ chịu kéo của cót thép trong giai đoạn khai thác h0= 19,35 (cm) chiều cao làm việc của cốt thép

948,3

09,

=

b

tt T

F

F

(bó)chọn một bó trên 1m dài mặt cầu

II.5.1.2 Tính toán cốt thép dới :

- Chiều cao làm việc của bản tại tiết diện giữa nhịp

M h

h b R

R F

u

tt l t

u tt

T

.2

2,

10.74,10.235,1935,19.100.11400

285.2,1

RT1= 11400(kg/cm2) cờng độ chịu kéo của cót thép trong giai đoạn khai thác

h0= 19,35 (cm) chiều cao làm việc của cốt thép

Ru= 285 (kg/cm2 cờng độ chịu nén khi uốn

948,3

170,

=

b

tt T F

F

(bó)chọn 2 bó cốt thép ứng suất trớc trên 1 m rộng

Vậy bố trí trong 1m rộng bản 2 bó cốt thép ứng suất trớc, bớc cốt thép là 50 cm

615

615 lưới 1 lưới 2

II.5.2.1 Kiểm tra tiết diện theo cờng độ

896,7.11400

=

−+

=

b R

F R F R F R x

u

d t t

t t t T T

= 3,158< αο.hο = 0,52 59 = 30,68 Với αo là hệ số phụ thuộc vào mác bêtông và nhóm cốt thép nên tra bảng ta đợc

αo= 0,52

Mặt cắt tiết diện nh hình vẽ:

at =2cm ; chiÒu dÇy líp b¶o vÖ líi cèt thÐp díi

at’=2,35cm ; chiÒu dÇy líp b¶o vÖ líi cèt thÐp trªn

aT=6cm ; chiÒu dÇy líp b¶o vÖ cèt thÐp ¦ST

m2=1; hÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖc(x< 0.3.h0)

= 6296661.06 (kg.cm)

=> Mgh > Mtt = 17,184.105 (kg.cm) VËy ®iÒu kiÖn bÒn chÞu uèn tho¶ m·n

- Néi lùc kiÓm tra : Mtt = 10,74 (Tm)

896,7.11400

=

−+

=

b R

F R F R F R

x

u

d t t

t t t T T

= 3,158< αο.hο = 0,52 59 = 30,68 => M«men giíi h¹n ph¸ ho¹i tiÕt diÖn

Mgh=m2 Ru.b.x.(ho- x/2)+Rt.Ft(h0-at’) + Rt.Ft(aT-at)

Trong đó:

at =2cm ; chiều dầy lớp bảo vệ lới cốt thép dới

at’=2,35cm ; chiều dầy lớp bảo vệ lới cốt thép trên

aT=6cm ; chiều dầy lớp bảo vệ cốt thép ƯST

m2=1; hệ số điều kiện làm việc(x< 0.3.h0)

=> Mgh = 285.100.3,158.(19,35 –3,158/2 )+2400.7,91 (19,35-2,95)+

+ 2400.7,91 (6-2,6) = 1975686.525 (kg.cm)

Vậy Mgh > Mtt = 10,74.105 (kgm) nên điều kiện kiểm tra thoả mãn !

- Nội lực kiểm tra : Mtt = 2,32 (Tm)

- Diện tích cốt thép : FT = 7,896cm2 ; Ft = 7,915cm2; Ft’= 7,915 cm2

- Chiều cao làm việc của tiết diện : h0 = 25 – 6 = 19 cm

- Chiều cao vùng nén = .. =11400285..1007,896=3,158

b R

F R x u

T T

(cm) < αο.hο = 30,68cmMặt cắt tiết diện nh hình vẽ:

F T =7,896 cm

=> Mômen giới hạn phá hoại tiết diện

Mgh=m2 Ru.b.x.(ho- x/2)+Rt.Ft(h0-at) + Rt.Ft(aT-at’ )

Trong đó:

at =2cm ; chiều dầy lớp bảo vệ lới cốt thép dới

at’=2,35cm ; chiều dầy lớp bảo vệ lới cốt thép trên

aT=6cm ; chiều dầy lớp bảo vệ cốt thép ƯST

m2=1; hệ số điều kiện làm việc(x< 0.3.h0)

=> Mgh = 285.100.3,158.(19,0 –3,158/2 )+2400.7,91 (19,0-2,6)+

+ 2400.7,91 (6-2,95) = 1937181.063 (kg.cm)

Các ứng suất trong tiết diện của bản đợc tính toán theo trạng thái đàn hồi do ngoại lực và ứng lực trớc gây ra.Tiết diện chịu lực theo hai giai đoạn

a) Xác định đặc trng hình học của tiết diện

yt

yd c

yt

yd

100 at

at aT

+ Giai đoạn 1: Không tính tiết diện lỗ rỗng và cốt thép FT

Diện tích tiết diện

I0=bh3/12+(h/2-yt)2.b.h +nt (yt-at’)2.Ft’+nt(yd-at)2.Ft - (yt-aT)2 ∆FT + Giai đoạn 2: Tính tiết diện lỗ rỗng và cốt thép FT cùng làm việc

Diện tích tiết diện

Khoảng cách từ trục I-I đến đáy và đỉnh tiết diện

ydI = yd +c ; ytI = yt -c

Mômen quán tính của tiết diện quy đổi

Itd =I0 +Ftd c2 + nT FT (ytI - aT)2

Kết quả tính toán thể hiện trong bảng

yd at

at

aT c

+ Giai đoạn 1: Không tính tiết diện lỗ rỗng và cốt thép FT

Diện tích tiết diện

Khoảng cách từ trục trung hoà đến đáy và đỉnh tiết diện

I0=bh3/12+(h/2-yd)2.b.h +nt (yd-at)2.Ft+nt(yt-at’ )2.Ft’ - (yd-aT)2 ∆FT + Giai đoạn 2: Tính tiết diện lỗ rỗng và cốt thép FT cùng làm việc

Diện tích tiết diện

S0

Khoảng cách từ trục I-I đến đáy và đỉnh tiết diện

ydI = yd -c ; ytI = yt +c

Mômen quán tính của tiết diện quy đổi

Itd =I0 +Ftd c2 + nT FT (ydI - aT)2

Kết quả tính toán thể hiện trong bảng:

Bảng tính toán đặc trng hình học

b) Tính mất mát ứng suất trong cốt thép ứng suất trớc

Thi công cầu theo phơng pháp đúc hẫng cân bằng, đúc từng đôi đốt, chờ bêtông đạt cờng

độ căng kéo cốt thép chủ rồi mới tiết hành căng kéo cốt thép cho bản do đó kết cấu là BTCT.ƯST căng sau

Đối với loại kết cấu này có các loại ứng suất hao nh sau:

• Mất mát do ma sát của cốt thép với thành ống hoặc thiết bị néo của giá căng (σ5).

Trong giai đoạn thi công có các loại ứng suất hao sau: σ1, σ2, σ3, σ4, σ5, σ7.

Trong giai đoạn khai thác có các loại ứng suất hao sau: σ1, σ2, σ3.

• Tính ứng suất hao do neo và bê tông dới neo biến dạng và mối nối ép xít (σ4 ) :

Công thức xác định:

H

4 El

l

∆

=σ

Trong đó:

xít lại Trị số ∆l lấy nh sau:

+ Do cốt thép chuyển dịch tơng đối so với neo: lấy 2 (mm) cho mỗi neo+ Do đệm thép và bêtông dới neo bị ép xít lại : Lấy 2mm cho mỗi neo

Bó cáp có neo ở hai đầu do đó: ∆l = 2.(2+2) = 8 (mm)

thành ống rãnh, trị số ứng suất hao đó xác định theo công thức :

σ5 =A.σHK

Trong đó:

σHK: Là ứng suất kiểm tra trong quá trình căng của cốt thép, σHK =14400(Kg/cm 2)

]e

1[

A= − − ( kx + 1 , 3 àθ ) Với θ: Tổng trị tuyệt đối các góc uốn của cốt thép trên chiều dài từ kích đến tiết diện đang

xét (radian)

'18

570

ϕ

=

x : Tổng chiều dài các đoạn rãnh thẳng và cong tính từ kích đến tiết diện đang xét (m)

k : Hệ số xét đến những sai lệch cục bộ về vị trí của các đoạn thẳng và cong của