đồ án tốt nghiệp thiết kế cầu bê tông cốt thép dưl 6 dầm có mặt cắt chữ i chế tạo bằng bêtông

Từ đó xác định đợc các đờng tên và toạ độ các bó cáp tại các mặt cắt Bảng toạ độ các yếu tố và góc của cốt thép... I S fcgp = ứng suất bê tông tại trọng tâm thép dự ứng lực lúc truyền lự

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯL 6 DẦM CÓ MẶT CẮT CHỮ I CHẾ TẠO BẰNG BÊTÔNG

Cờng độ chịu kéo tiêu chuẩn fpu=1860 MPa

- Thép thờng : G60 fu = 620Mpa , fy = 420 Mpa

- Quy trình thiết kế 22TCN 272- 05

* Yêu cầu:

- Nội dung bản thuyết minh đầy đủ rõ ràng

- Bản vẽ thể hiện mặt chính dầm, mặt cắt ngang, bố trí cốt thép …

bản vẽ trên giấy A1 hoặc A0

Phần 1: Nội dung thuyết minh

1 Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ

1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu

Tổng chiều dài toàn dầm là 27 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0,3 mét để kêgối Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 26,4 mét

Nghiêm Xuân Bằng - 2 - Lớp Cầu- Đờng BộB – K43

Cầu gồm 6 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có fc’= 40MPa, đợc đổtại chỗ bằng bêtông fc’=35MPa, tạo thành mặt cắt liên hợp Trong quá trình thicông, kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối để tạo dốc ngang thoát nớc

Mặt cắt ngang vị trí L/2 Mặt cắt ngang vị trí trên gối

Nghiêm Xuân Bằng - 3 - Lớp Cầu- Đờng BộB – K43

b3 b4

- ChiÒu cao bÇu díi H1 = 18 cm

- ChiÒu cao dÇm liªn hîp h= H + hf =140+ 18=158 cm

- ChiÒu cao vót díi H2 = 17 cm

- ChiÒu cao sên H3 = 57 cm

- ChiÒu cao vót trªn H4 =12 cm

- ChiÒu cao gê trªn H5 =12 cm

- ChiÒu cao gê trªn cïng H6 =4cm

1.2.3 Cấu tạo dầm ngang

50 100

Tim gối dầma

+ Mặt cắt cách gối 0,72 H ( Kiểm tra lực cắt ) x1 = 0,72 h

+ Mặt cắt thay đổi tiết diện x2 = 1,5 m

H’2 = H2 + H3 + H4 + H5 - H’3

Nghiêm Xuân Bằng - 5 - Lớp Cầu- Đờng BộB – K43

2.1.2 XÐt mÆt c¾t bÊt lîi vÒ lùc c¾t c¸ch gèi dv

BÒ réng sên dÇm cña mÆt c¾t n»m trong kho¶ng 1 ÷ 1.5 m kÓ tõ mÆt c¾t gèi :

17 16

17

22.5 22.5

61.0

12 12

50 38

2.2 Hệ số làn

Số làn thiết kế : chiều rộng phần xe chạy B1 = 8 m

6B110.5 m nên ta bố trí hai làn xe nlan=2

Hệ số làn : tra theo quy trình với nlan= 2  mlan=1

2.3 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men

2.3.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men đối với các dầm giữa

Khoảng cách từ trọng tâm của dầm không liên hợp tới trọng tâm của bản mặt:

Tỷ lệ mô đun đàn hồi giữa dầm và bản mặt:

Cờng độ chịu nén của bê tông làm dầm: '

E cban 0.043 (2500)x 1.5 35

=31798.93 Mpa

1.069 31798.93

cdam cban

Với dầm chữ I hệ số phân bố ngang đợc tính theo công thức sau:

Với một làn thiết kế chịu tải:

0.1 0.3

2 0.075

2900

g mg

Ta thấy tất cả các điều kiện đều thoả mãn  Chọn g mg=0.6662

2.3.2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men của dầm biên

Ta thấy de <-300mm  dùng phơng pháp đoàn bẩy để tính hệ số phân bố ngang và chỉtính cho một làn chất tải

1800 600

250 2000

150

y4 y3 y2

y11

k

S S B y

k

S S B B y

k

S S B B B y

S

4 3 2 4

60 110 220 35 200 25 60

0.4545 220

k

S S B B B y

2.4 Phân bố hoạt tải đối với lực cắt.

2.4.1 Phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm dọc giữa

-Với một làn thiết kế chịu tải hệ số làn m 1.2

1

2200 (0.36 ) 1.2 (0.36 ) 1.2

Hệ số phân bố lực cắt thiết kế đối với dầm giữa:gvg= max(gvg1, gvg2)= 0.7788

2.4.2 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm dọc biên:

- Kiểm tra phạm vi áp dụng: de=-1500 mm không nằm trong phạm vi áp dụngcông thức: gvb2= egvg Sử dụng phơng pháp đòn bẩy để tính

- Tơng tự nh tính hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men trong dầm biên:

 GvbHL=gHL1= 0.02727

 GvbPL=gPL1= 1.06362

 Gvblàn=gLàn1= 0.19092

2.4.3 Hệ số điều chỉnh tải trọng:

- Hệ số dẻo D, đối với các bộ phận và liên kết thông thờng lấy D=1

- Hệ số độ d thừa R, đối với mức d thừa thông thờng lấy R=1

- Hệ số độ quan trọng I, đối với cầu thiết kế là quan trọng lấy I=1.05

Vậy hệ số điều chỉnh tải trọng: =111.05=1.05>0.95.

3 Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trng.

3.1 Xác định tĩnh tải

3.1.1 Tĩnh tải dầm chủ

+Xét đoạn dầm từ đầu đến mặt cắt thay đổi tiết diện

Lấy diện tích tiết diện: Ao= 0.717 m2

2200 1100

1.4205 2200

k b

B

S S y

 TÜnh t¶i do lan can t¸c dông lªn dÇm biªn:

 Giai ®o¹n cha liªn hîp: DCdc=13747.25kg m/

 Giai ®o¹n khai th¸c:mÆt c¾t liªn hîp

DCg=DCdc+DCbmg+DCdn+DClcg+DCvk=1145.604+990+214.316 +0+182 =2531.920kg/m=24.838kN/m

 Giai ®o¹n cha liªn hîp: DCdc=1145.604 kg/m

 Giai ®o¹n khai th¸c: MÆt c¾t liªn hîp

Lµn thiÕt kÕ 3600 mm

H×nh 3.6.1.2.2-1 - §Æc trng cña xe t¶i thiÕt kÕ

3.2.2 Xe hai trục thiết kế

Xe hai trục gồm một cặp trục 110kN cách nhau 1200mm Cự ly chiều ngang củacác bánh xe lấy bằng 1800mm

3.5m

1.8m1.2m

- Tĩnh tải : Tĩnh tải giai đoạn 1 DC1và tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2+ DW)

- Hoạt tải gồm cả lực xung kích(IL+IM) : Xe HL 93, tải trọng ngời đi bộ

- Nội lực do căng cáp ứng suất trớc Bỏ qua các tải trọng do co ngót, từ biến,nhiệt độ, lún, gió, động đất

+ Để xác định nội lực, ta vẽ đờng ảnh hởng cho các mặt cắt cần tính rồi xếp tĩnh tảilên đờng ảnh hởng Nội lực đợc xác định theo công thức:

- Mômen: Mu= .p..g

- Lực cắt: Vu= .g(p.+-.p.-)

Trong đó: : Diện tích đờng ảnh hởng mômen tại mặt cắt đang xét

+: Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt dơng tại mặt cắt đang xét

+: Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét

: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác

=1.05

+ Đờng ảnh hởng mômen tại các mặt cắt đặc trng:

+ M« men t¸c dông lªn dÇm biªn do tÜnh t¶i:

- Giai ®o¹n cha liªn hîp:

1.1376 12.663 29.652 2.80 375.483 35.456

+ M« men t¸c dông lªn dÇm gi÷a do tÜnh t¶i:

- Giai ®o¹n cha liªn hîp: Gièng dÇm biªn giai ®o¹n cha liªn hîp

- Giai ®o¹n khai th¸c:

MDCg=DCg.gM

MDWg=DWb.gMB¶ng tÝnh:

- Giai đoạn cha liên hợp: VDCdc=DCdc.g V

Trong đó: V- Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt

 Giai đoạn khai thác: VDCb=DCb.g V

 Giai đoạn khai thác: VDwb=DWb.g V

+ Lực cắt của dầm giữa do tĩnh tải:

- Giai đoạn cha liên hợp: Tơng tự cho kết quả giống dầm biên

- Giai đoạn khai thác:

13.2 2.93 -2.93 0 24.838 3.83 0 0

3.3.2 Tính nội lực dầm chủ do hoạt tải:

Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa hai trục 145 kN

của xe tải thiết kế Truck đều lấy = 4.3 m

a Mô men do hoạt tải HL93 và PL tác dụng tại các mặt cắt dầm:

 Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp 2:

X y M1 y M2 y M3 M truck1 y M4 y M5 M tandem1 M xetk

 Xếp xe sao cho hợp lực của các trục xe và trục xe gần nhất cách đều tung

độ lớn nhất của đờng ảnh hởng

Với xe tải thiết kế (truck) 35(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x)

=> x= 1,455 m

x=1,455m Hợp lực

110 KN

110 KN

1,2m x=0,6m Hợp lực

 Nội lực xe thiết kế sẽ đợc lấy bằng giá trị lớn hơn trong các giá trị trên

 Công thức tính:

Mtruck= yM1.145+yM2.145+yM3.35 (kN)

Mtandem= yM4.110+yM5.110 (kN)

Mxetk=max(Mtruck,Mtandem)

 Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp

+So sánh các giá trị tính đợc trong 3 trờng hợp trên, chọn mô men do xe thiết kế:

Trong đó B3 là chiều rộng vỉa hè.

+Tính lực cắt tại 5 mặt cắt đặc trng trong 2 trờng hợp xếp xe bất lợi sau:

+ Công thức tính lực cắt do xe tải thiết kế:

Vtruck=145.yV1+145yV2+35yV3 + Công thức tính lực cắt do xe 2 trục thiết kế:

Vtandem=110(yV3+yV4) Trong đó, yV1 là tung độ đờng ảnh hởng lực cắt tơng ứng tại các mặt cắt đặt cáctrục xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế nh hình vẽ

6.6 6.58125 9.3 61.20563

+Lùc c¾t do t¶i träng ngêi ®i g©y ra ë dÇm biªn:

Coi nh dÇm biªn chÞu toµn bé t¶i träng ngêi ®i: PL=300kg/m2=3kN/m2

VPLx=PL.B3 Vd (kN)B¶ng tÝnh:

Kết quả tính toán đợc thống kê trong các bảng dới đây:

+ Bảng tính toán đối với mô men

Kết quả tính toán đợc thống kê trong các bảng dới đây:

+ Bảng tính toán đối với mô men

Giới hạn chảy fpy=0.85xfpu=0.85x1860=1581 MPa.

 Các giới hạn ứng suất cho các bó thép DUL (TCN 5.9.3-1): ứng suất bóthép do dự ứng lực hoặc ở trạng thái giới hạn sử dụng với DUL căng saukhông vợt quá các giá trị:

Trớc khi đệm neo, dùng fs ngắn hạn: 0.9fpy=0.9x1581=1422.9 MPa

Tại các neo và các bộ nối cáp ngay sau bộ neo: 0.7fpu=0.7x1860=1302 MPa

ở cuối vùng mất mát ở tấm đệm neo ngay sau bộ neo: 0.7 fpu=1302 MPa

ở trạng thái giới hạn sử dụng sau toàn bộ mất mát: 0.8fpy= 0.8x1581 =1264.8 MPa

 Mô đun đàn hồi cáp: Ep=197000 MPa

Diện tích mặt cắt ngang cốt thép dự ứng lực cần thiết theo công thức kinh nghiệm:

Apsg =

u pu

A

A =

3

3.03 10 140

Từ đó xác định đợc các đờng tên và toạ độ các bó cáp tại các mặt cắt

Bảng toạ độ các yếu tố và góc của cốt thép

( PS i. PSi)

i PS

PSi i

y n mm C

* Mặt cắt dV: x1 =1.138 m

Tạo độ trọng tâm cốt thép dự ứng lực:

9 1 1

1

( PS i. PSi)

i PS

PSi i

y n mm C

1

( PS i PSi)

i PS

PSi i

y n mm C

1

( PS i PSi)

i PS

PSi i

y n mm C

( PS i PSi)

i PS

PSi i

y n mm C

4.1 Đặc trng tính đổi của mặt cắt dầm cha liên hợp

Quy đổi thép DƯL thành diện tích Ap, đặt tại trọng tâm đám thép DƯL

Chiều cao dầm: H = 1.4 m

A = 4.133 x 105 mm2

Id = 9.745 x 1010 mm4

E n

i

i i

eq ce eq

S y A

4.2.2 Bề rộng hữu hiệu dầm biên

Đối với đầm biên bề rộng hữu hiệu của bản có thể lấy bằng nửa bề rộng hữu hỉệu của dầm giữa cộng với giá trị nhỏ hơn trong các giá trị sau:

+ 1/8 chiều dài nhịp

Bbản1 = 3.3 m+ 6 lần bề dày trung bình bản cộng với giá trị lớn hơn trong hai giá trị bề rộng sờn dầm và 1/4 bề rộng bản trên dầm I

Bbản2 = 6.hf + max , 3

4

w

b b

E n E

Bề rộng bản quy đổi cho dầm giữa: bban.g = n’ (bhh.g)

Bề rộng bản quy đổi cho dầm biên: bban.b = n’ (bhh.b)

Bhh.b(m) 2.057 2.057 2.057 2.057 2.0574.3 §Æc tr ng h×nh häc giai ®o¹n 2( mÆt c¾t liªn hîp )

§Æc trng h×nh häc mÆt c¾t dÇm biªn

ChiÒu dµy cña b¶n: hf = 18 cm

Kho¶ng c¸ch tõ träng t©m cña b¶n tíi thí díi cña dÇm lµ:

2

f bm

h

y  H ybm = 1.49 m

BÒ réng tÝnh to¸n cña b¶n: lÊy b»ng bÒ réng h÷u hiÖu cho dÇm biªn

Bban.b = 2.057 mDiÖn tÝch phÇn b¶n mÆt cÇu:

Mặt cắt liên hợp

5 Tính toán mất mát ứng suất

Tổng mất mát ứng suất trong các cấu kiện kéo trớc:

f pES: Mất mát do co ngắn đàn hồi (MPa)

Các mất mát theo thời gian:

E

f f E

 

Trong đó :

Ep: Môdun đàn hồi của cáp DƯL Ep=197000 MPa

Eci: Mô đun đàn hồi của bê tông lúc truyền lực Eci = 4800 40=30357.87 Mpa

nc : số lợng các tao thép ứng suất trớc giống nhau, nc = 44

fcgp: Tổng ứng suất bê tông ở trọng tâm các bó thép ứng suất trớc do lực ứng suất trớcsau kích và tự trọng của cấu kiện ở các mặt cắt có mômen max (Mpa)

Ưng suất trong cốt thép DƯL do lực dự ứng:

fps = 0.7fpy fps = 1.107x105 Mpa

Độ lệch tâm của cốt thép DƯL đối với mặt cắt dầm I cha liên hợp:

eps1=Ycmc - Cps

I S

fcgp = ứng suất bê tông tại trọng tâm thép dự ứng lực lúc truyền lực (MPa)

fcdp=đổi ứng suất thay bê tông tại trọng tâm thép dự ứng lực do tải trọng th ờng xuyên, trừ tải trọng tác động vào lúc thực hiện lực dự ứng lực, đợc tính ở cùng mặtcắt tính fcgP(MPa)

 : Diện tích đờng ảnh hởng mô men

e1: Độ lệch của trọng tâm các bó thép so với trục trung hoà của tiết diện ch a liênhợp

elh: Độ lệch của trọng tâm các bó thép so với trục trung hoà của tiết diện liên hợp

I1: Mô men quán tính của tiết diện cha liên hợp

Ilh: Mô men quán tính của tiết diện liên hợp

 Kết quả tính toán nội lực đã có:

log(24 )

0.55 10

pj pR

py

f t f

pj pR

py

f t f

1

pR

f

 =66.146MPa+ Sau khi truyền lực

2

pR

f

 =138-0.4 f pES  0.2   f pSR f pCRBảng tính:

6.1 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn c ờng độ I

Trạng thái giới hạn cờng độ phải đợc xem xét đến để đảm bảo cờng độ và sự ổn

định cả về cục bộ và toàn thể đợc dự phòng để chịu đợc các tổ hợp tải trọng quantrọng theo thống kê đợc định ra để cầu chịu đợc trong tuổi thọ thiết kế của nó

Trạng thái giới hạn cờng độ dùng để kiểm toán các mặt cờng độ và ổn định

Mặt cắt liên hợp có dạng chữ T sau khi quy đổi

6.1.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn

0.85f'c

A'sf'y 0.85  f'cbhc 0.85  f'c(bc -b)

Apsfps Asfy Aps

As

b

bc

A's

Với mặt cắt hình T chịu uốn quanh một trục và hai trục cùng với lực nén dọc trục

nh quy định ở Điều 5.7.4.5 và sự phân bố ứng suất lấy gần đúng nh quy định ở Điều5.7.2.2, với bó dự ứng lực có dính bám, và khi chiều dày bản cánh chịu nén nhỏ hơn c,xác định theo Phơng trình 5.7.3.1.1-3, sức kháng uốn danh định của mặt cắt có thểxác định nh sau :

a d f

(5.7.3.2.2-1)trong đó :

Aps = diện tích thép dự ứng lực(mm2) , Aps = 6160mm2

fps = ứng suất trung bình trong cốt thép dự ứng lực ở sức kháng uốn danh định,

As = diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực(mm2), As = 0

fy = giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

ds = khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không dựứng lực (mm)

A's = diện tích cốt thép chịu nén (mm2), A's = 0

y

f 

= giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa)

d's = khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén(mm)

f w c

1 c

s y s ps ps

b f 0,85

)h b (b f 0,85 f

A' f A f A c

0,85

f A f A f

A c

1 c

y s y s ps ps

c = khoảng cách tính từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết

là thép dự ứng lực của bó tao thép đã bị chảy dẻo đợc cho trong Phơng trình

3 và 4 đối với trạng thái làm việc của mặt cắt chữ T và trạng thái làm việccủa mặt cắt chữ nhật (mm)

e

điểm có dính bám riêng biệt

tính mọi mất mát (MPa)

Mức ứng suất trong cốt thép chịu nén phải đợc xem xét, nếu ứng suất của cốt thépchịu nén không đạt đến giới hạn chảy thì phải dùng trị số ứng suất thực tế theo ph ơngtrình 3 thay cho giá trị f’y

Tính c: giả sử trục trung hòa đI qua bản cánh

0.00616 1860

0.20.85 40 0.764 2.2

C < hf = 0.2078m  điều giả sử là đúng tức là trục trung hòa đi qua cánh

Mô men kháng danh định tại các mặt cắt

6.1.2 Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc

+ Lợng cốt thép tối đa (A.5.7.3.3.1)

Phải thoả mãn điều kiện 0.42

e

d c

de = dP =1472 mm (Do coi As = 0 (A.5.7.3.3.1-2))

c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục TH

c=200mm

Vậy mặt cắt giữa nhịp thoả mãn về hàm lợng thép tối đa.

+ Lợng cốt thép tối thiểu: theo quy trình

Trừ khi có các quy định khác, còn ở bất kỳ một mặt cắt nào đó của cấu kiện chịuuốn, lợng cốt thép thờng và cốt thép dự ứng lực chịu kéo phải đủ để phát triển sứckháng uốn tính toán, Mr, ít nhất bằng 1 trong 2 giá trị sau, lấy giá trị nhỏ hơn:

 1,2 lần sức kháng nứt đợc xác định trên cơ sở phân bố ứng suất đàn hồi và cờng

độ chịu kéo khi uốn, fr, của bê tông theo quy định trong Điều 5.4.2.6, hoặc

 1,33 lần mômen tính toán cần thiết dới tổ hợp tải trọng - cờng độ thích hợp quy

định trong bảng 3.4.1.1

Phải áp dụng các quy định của Điều 5.10.8

Đối với các cấu kiện không có thép dự ứng lực thì lợng cốt thép tối thiểu quy định ở

đây có thể coi là thoả mãn nếu:

fc = cờng độ quy định của bê tông (MPa)

fy = cờng độ chảy dẻo của thép chịu kéo (MPa)

Đối với các dầm chữ T có bản bụng dầm chịu kéo, việc xác định tỷ lệ cốt thépthờng thực tế, , để so sánh với yêu cầu của phơng trình 1, phải căn cứ vào chiềurộng của bản bụng dầm

Mr > min ( 1,2Mcr, 1,33Mu) (Điều A,5.7.3.3.2)(bảng 23 và 30)

Trong đó Mcr : Sức kháng nứt đợc xác định trên cơ sở phân bố phân bố ứng suất đànhồi và cờng độ chịu kéo khi uốn, fr (A.5.4.2.6)

0 0

2

2 2

2

Ư 2

2 2 1

1

I

y M I

y e P A

P I

y M I

y M I

y M I

y

o ttbt

d j j

d IM LL

d W D

d DC

d

6.1.3 Khống chế nứt bằng phân bố cốt thép

Các quy định ở đây đợc áp dụng cho tất cả cốt thép của các cấu kiện bê tông cốtthép trừ bản mặt cầu đợc thiết kế theo Điều 9.7.2, trong đó sự kéo của mặt cắt ngangvợt quá 80% cờng độ chịu kéo do uốn nh quy định ở Điều 5.4.2.6, ở tổ hợp tải trọngtrạng thái giới hạn sử dụng đợc áp dụng quy định ở Bảng 3.4.1-1.

Các cấu kiện phải đợc cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép thờng ở trạng tháigiới hạn sử dụng, fsa, không vợt quá :

y 1/3

c

A) (d

Z

trong đó :

dc = chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho đến tâm của

thanh hay sợi đặt gần nhất; nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dàytịnh của lớp bê tông bảo vệ dc không đợc lớn hơn 50mm

dc= 50mm

A = diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và đ

-ợc bao bởi các mặt của mặt cắt ngang và đờng thẳng song song với trục

đích tính toán, phải lấy chiều dày tịnh của lớp bê tông bảo vệ không đợclớn hơn 50 mm

đối với mặt cắt giữa nhịp:

6.1.4 Tính cốt đai và kiểm toán cắt theo trạng thái giới hạn CĐ1:

6.1.4.1 Tại đoạn dầm gần gối

Công thức tính sức kháng cắt