đồ án tốt nghiệp thiết kế kết cấu nhịp cầu btdul giản đơn đường ô tô

Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men của dầm biên: - Một làn chất tải: Dùng phơng pháp đòn bẩy, sơ đồ tính nh hình vẽ:... Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm d

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP CẦU BTDUL GIẢN ĐƠN ĐƯỜNG Ô TÔ

2 Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1)

3 Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6)

3.1 Đối với dầm giữa

3.2 Đối với dầm biên

4 Tính toán bản mặt cầu

4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu

4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải

4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ

4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu

4.5 Tính toán cốt thép chiu lực

5 Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải

5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ

5.2 Các hệ số cho tĩnh tải p (Bảng A.3.4.1-2) 5.3 Xác định nội lực

6 Nội lực dầm chủ do hoạt tải

6.1 Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn

6.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng ngời đi bộ

9.3 Mất mát do tụt neo

9.4 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi

9.5 Mất mát ứng suất do co ngót (A.5.9.5.4.2)

9.6 Mất mát ứng suất do từ biến

9.7 Mất mát do dão thép ứng suất trớc

10 Kiểm toán theo - Trạng thái giới hạn cờng độ I

10.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn

10.2 Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc

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

11 Tính toán dầm ngang

11.1 Nội lực do tải trọng cục bộ (hoạt tải) gây ra

11.2 Nội lực do tải trọng phân bố (tĩnh tải)

(B¶n vÏ khæ A1)

Thiết kế môn học cầu bê tông

cốt thép f1

I Nội dung thiết kế:

- Thiết kế kết cấu nhịp cầu BTDUL giản đơn đờng ô tô

Các số liệu thiết kế:

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05

- Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93, Tải trọng ngời đi bộ 300 Kg/m2

II Thiết kế cấu tạo mặt cắt ngang cầu:

+ Chiều dài tính toán: Ltt

- Ltt=Ltoàn nhip – 2a = 33 - 20.4=32.2 m

Trong đó: a là khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối, chọn a=40 cm

+ Số lợng và khoảng cách dầm chủ:

- Chiều rộng phần xe chạy B1= 9 m, chiều rộng vỉa hè B3=1.5 m

- Chọn dạng bố trí lề ngời đi bộ cùng mức, dùng gờ chắn rộng B2=25 cm Cột lancan rộng B4 = 25 cm

 Chiều rộng toàn cầu: B=B1+2(B2+B3+B4) = 900+2(25+100+25)= 1300 cm

- Chọn số lợng dầm chủ Nb= 6, khoảng cách giữa tim các dầm chủ là 210 cm,khoảng cách từ tim dầm biên đến mép ngoài cùng là 125 cm

+ Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.

Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thớc sau:

- Chiều cao toàn dầm tối thiểu thông thờng theo bảng 2.5.2.6.3-1( Tiêu chuẩn22TCN 272-05): H min =0.045 Ltt=0.04532.2=1.449 m Chọn H=1600mm

- Chiều dày sờn dầm tại mặt cắt giữa nhịp là 200mm

- Chiều cao toàn dầm: 1600mm

- Chiều dày sờn dầm: 200mm

- Chiều rộng bầu dầm: 600mm

- Chiều cao bầu dầm: 180mm

- Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 170 mm

2 Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (Theo điều 4.6.2.6.1)

2.1 Đối với dầm giữa:

- Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của

 1/4 chiều dài nhịp = 8.05

4

2 32

2.2 Đối với dầm biên:

- Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầmtrong kề bên (=2100/2=1050 mm) cộng thêm trị số nhỏ nhất của

 1/8 chiều dài nhịp tính toán = 4025

 Yc: kho¶ng c¸ch tõ trôc trung hoµ cña mÆt c¾t tíi trôc x.

Ai(cm2) Yx(cm) Sx(cm3) Iox(cm4) Ix(cm4)

Id= 1.773E+07 cm

3.2.Mặt cắt giữa dầm:

- Chọn gốc tọa độ tại mép dới mặt cắt, các đặc trng hình học đợc tính trong bảngsau:

 Diện tích tiết diện: A=  Ai (cm 2)

 Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục x đi qua đáy dầm: S=  Ai yx (cm3)

 Mô men quán tính đối với trục trung hoà: Id=Ix-A Y2c (cm4)

Cao(cm)

Rộng(cm)

 Diện tích tiết diện: A=  Ai (cm 2)

 Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục x đi qua đáy dầm: S=  Ai yx (cm3)

 Mô men quán tính đối với trục trung hoà: Id=Ix-A Y2 c (cm 4)

Cao(cm)

Rộng(cm)

g 3

Trờng hợp 2 làn chất tải:

gmg2=0.075+

0.1 0.2

0.6

g 3

- Hệ số phân bố mô men thiết kế của các dầm giữa: gmg=max( gmg1, gmg2)= 0.5860

- Hệ số phân bố với tải trọng ngời đi: chia đều cho các dầm giống tĩnh tải

gPLg = 1

6 = 0,167

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

- Một làn chất tải: Dùng phơng pháp đòn bẩy, sơ đồ tính nh hình vẽ:

2

1

(S+Sk-B4-B3-B2)2/STrong đó B4,B3,B2: bề rộng lan can, lề ngời đi, và gờ chắn

gLàn1=

300

2 1



2

1

(210+125-25-150-25)2/210= 0.3260

- Hai hoặc nhiều làn chất tải:

Khoảng cách từ tim dầm chủ ngoài cùng tới mép trong gờ chắn bánh:

de=125-(25+150+25)= -75 cm=-750 mmVậy de=-750 mm không nằm trong phạm vi áp dụng công thức: gmb2= egmg

 Các hệ số phân bố đợc lấy nh sau:

 gmbHL=gHL1=0.1428

 gmbPL=gPL1=1.119

 gmblàn=gLàn1=0.326

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

- Kiểm tra phạm vi áp dụng:

- Trờng hợp 1 làn chất tải:

2 ,

- Hệ số phân bố lực cắt thiết kế đối với dầm giữa:gvg=max(gvg1, gvg2)=0.6363

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

- Kiểm tra phạm vi áp dụng: de=-750 mm không nằm trong phạm vi áp dụng côngthức: 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=0.1428

 GvbPL=gPL1=1.119

 Gvblàn=gLàn1=0.326

6 Hệ số điều chỉnh tải trọng:

Đối với trạng thái giới hạn cờng độ:

- 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

Đối với các trạng thái giới hạn khác: =1

 DiÖn tÝch tiÕt diÖn ®Çu dÇm: A0=8153.25 (cm) = 0.815325 m

 DiÖn tÝch tiÕt diÖn gi÷a dÇm: A=4872.00 (cm2) = 0.4872 m2

 Träng lîng hai ®o¹n ®Çu dÇm:

n n n n

L N

N l b H

 DCvk=2500x(2.1-0.38)x0.04=172 kg/m

5 TÜnh t¶i lan can:

S k )

2(  4

- DÇm gi÷a:

 DClcg=0

 DWg= DW = 350.87kg/m

- Dầm biên:

 Giai đoạn cha liên hợp: DCdc=1300.03 kg/m

 Giai đoạn khai thác:

DCb=DCdc+DCbmb+DCdn+DClcb+0.5DCvk+DCgc=1300.03+1150+275.0 + 310.982+0.5x172+156.25= 3278.2634 kg/m = 32.782634 kN/m

DWb= 276.56 kg/m

8 Hoạt tải HL 93:

- Xe tải thiết kế

- Xe hai trục thiết kế

- Hoạt tải xe thiết kế:

 Xe tải thiết kế+tải trọng làn

 Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn

9 Hoạt tải ngời đi bộ(PL): Pl=3x10-3 MPa

VI Tính toán nội lực:

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

 Hoạt tải gồm cả lực xung kích (1+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

a Tính Mômen

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

- Mô men tác dụng lên dầm biên do tĩnh tải:

 Giai đoạn cha liên hợp:

MDCb(KN.m)

MDWb(KN.m)

1.296 20.026 32.783 3.015 656.498 60.370

- 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(KN.m)

MDWg(KN.m)

- Lực cắt của dầm biên do tĩnh tải:

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

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

DWb(KN/m)

VDCb(KN.m)

VDWb(KN.m)

- 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:

V

(m2)

DCg(KN/m)

DWg(KN/m)

VDCg(KN.m)

VDWg(KN.m)

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:

 Công thức tính:

Mtruck= 145.yM1+145yM2+35.yM3 (kN)Mtandem= yM4.110+yM5.110 (kN)Mxetk=max(Mtruck,Mtandem)Trong đó: yM là tung độ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt có toạ độ X tơng ứng

 Trờng hợp 2:

 Công thức tính:

Mtruck= yM1.145+yM2.145+yM3.35 (kN)Mtandem= yM4.110+yM5.110 (kN)Mxetk=max(Mtruck,Mtandem)Trong đó: yM là tung độ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt có toạ độ X tơng ứng

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

110 KN

110 KN

1,2m x=0,6m Hợp lực

1.296 1.07 1.24 0.00 335.62 1.21968 0.667988 207.64436 335.621.500 1.23 1.43 0.00 385.69 1.40217 0.8581 248.627329 385.698.050 4.96 6.04 2.81 1693.44 5.8875 5.5875 1262.25 1693.44

 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 3:

35 KN

145 KN 145 KN

x=1,455mHợp lực

16.100 6.26 7.69 5.54 2216.52 7.6 7.9 1705 2216.52

- 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

 IM = 0.25

 GvbHL=gHL1=0.1428

 GvbPL=gPL1=1.119

b Lực cắt do hoạt tải HL93 và PL tác dụng tại các mặt cắt dầm:

- 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 các trục

xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế nh hình vẽ

yV3(m)

yV4(m)

yV5(m)

Vtruck(kNm)

Vtandem(kNm)

Vxetk(kNm)0.000 1.000 0.866 0.733 0.963 1.000 296.289 215.901 296.2891.296 0.960 0.826 0.693 0.922 0.960 283.208 207.046 283.2081.500 0.953 0.820 0.686 0.916 0.953 281.149 205.652 281.1498.050 0.750 0.616 0.483 0.713 0.750 215.039 160.901 215.03916.100 0.500 0.366 0.233 0.463 0.500 133.789 105.901 133.789

- Lực cắt gây ra do tải trọng làn: Trờng hợp bất lợi với các mặt cắt trong khoảng từgối tới Ltt/2, chỉ đặt tải trên đờng ảnh hởng dơng

- Lực cắt do tải trọng ngời đi gây ra ở dầm biên:

Coi nh dầm biên chịu toàn bộ tải trọng ngời đi: PL=300kg/m2=3kN/m2

VPLx=PL.B3.Vd (kN)Bảng tính:

 Trạng thái giới hạn cờng độ III:

Kết quả tính toán đợc thống kê trong bảng 1 và bảng 2 dới đây:

Kết quả tính toán cho thấy dầm giữa là dầm bất lợi hơn, vì vậy chọn dầm giữa là dầm tính duyệt.

Max(VuCD1b) = 1105.010 kN Max (VuDBg) = 860.104 kN

Max(VuCD1g) = 1310.314 kN Max( VuSDb) = 759.099 kN

Max(VuDBb) = 865.132 kN Max(VuSDg) = 849.829 kN Max(M uCD1b )= 8844.201 kNm Max(M uDBg ) = 6753.294kNm

Max(M uCD1g ) = 9951.135 kNm

Max(M uDBb ) = 6949.704 kNm Max(M uSdb ) = 6082.927 kNm

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 bó thép

do dự ứng lực hoặc ở trạng thái giới hạn sử dụng với DUL căng sau không vợtquá các giá trị:

Trớc khi đệm neo, dùng fs ngắn hạn: 0.9fpy=0.9x1581=1422.9 MPaTại các neo và các bộ nối cáp ngay sau bộ neo: 0.7fpu=0.7x1860=1302MPa

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

 Diện tích 1 bó cáp: Aps1=1680 mm2

 Mô đun đàn hồi cáp: Ep=197000 MPa

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

Apsg =

u pu

M

Trong đó:

Mu=max(MuCD1g,MuCD1b) = 9951.135 kNm: Mô men tính toán, lấy bằng mô

men tính toán lớn nhất theo TTGH cờng độ

 : Hệ số sức kháng, với cấu kiện BTCT chịu uốn và chịu kéo DUL lấy =1.H: Chiều cao dầm chủ, H=1660 mm=1.60 m

- Diện tích thép DUL trong dầm: Aps=ncAps1=3x1680=5040 mm2

Aps >Apsg=4370.974 mm2: Đạt

2 Bố trí cốt thép dự ứng lực:

- Bố trí trong mặt phẳng đứng, theo phơng dọc cầu:

 Các bó cáp đợc bố trí trong mặt phẳng đứng, phơng dọc cầu theo hìnhparabol

Trong đó:

f- đờng tênLtt- chiều dài nhịp tính toán của dầmx- khoảng cách từ tim gối đến mặt cắt dầm cân xét

- Ta bố trí các bó cáp tại MC đầu dầm và mặt cắt giữa nhịp nh sau:

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

- Theo phơng đứng

 Xét tại mặt cắt 1-1 bất kỳ, thì d chính là giá trị đợc tính bằng hiệu của 0 và

1 Với 0, 1 là góc hợp bởi đờng tiếp tuyến với đờng cong cáp và phơng ngangtại mặt cắt đầu dầm và mặt cắt 1 – 1

 Từ phơng trình đờng cong parabol

x x L L

- Bảng đặc trng các góc :

Trong đó: h: khoảng cách từ bó cáp tới đáy dầm tơng ứng với mặt cắt đang xét

a: khoảng cách từ điểm đặt neo tới đỉnh dầmsố

VIII Tính đặc trng hình học của các mặt cắt dầm:

Đặc trng hình học sẽ đợc xác định theo các giai đoạn hình thành của tiết diện Đốivơí dầm chữ I căng sau sẽ có 3 giai đoạn làm việc

a Giai đoạn 1 (tính cho mặt cắt giữa nhịp)

- Giai đoạn trớc lúc căng kéo, mặt cắt bị giảm yếu do các lỗ luồn cáp

- Các đặc trng hình học gồm có: A0 , I0 ,S0 , yot , y0

- Các lỗ luồn cáp của bó 7 tao có đờng kính Dlỗ= 80mm

- Diện tích 1 lỗ luồn cáp : alỗ =

2.80

a y a

- Giai đoạn sau khi đã căng kéo xong, bơm vữa lấp lòng ống luồn cáp.

- Các đặc trng hình học gồm có: A1 , I1 ,S1 , y1t , y1

- Toàn bộ tiết diên làm việc kể các cốt thép đợc tính đổi ra bê tông theo hệ số

n =

19700038006.9895

- Xác định y1:

y1= 1

1

362317503.509498243.971

- Xác định A2: Diện tích mặt cắt liên hợp

- Quy đổi bê tông bản mặt cầu (fc2’=40Mpa) thành bê tông dầm chủ (fc1’=50Mpa)

thông qua hệ số quy đổi: nb= 33994.485

38006.9895

BTbmc BTdc

E

A2= A1 +0.8942100200 = 498243.971+0.8942100200 = 873903.392mm2

- Xác định S2:Mômen tĩnh của bản mặt cầu (cũng là mô men tĩnh của mặt cắt tính

đổi) đối với trục trung hoà của dầm chủ:

S2=b h f y t I h f .n b

2

I0 1.763E+11 1.509E+11 1.422E+11 1.404E+11 1.363E+11 mm4

n 5.183E+00 5.183E+00 5.183E+00 5.183E+00 5.183E+00A1 8.264E+05 6.032E+05 4.982E+05 4.982E+05 4.982E+05 mm2

S1 6.457E+08 4.596E+08 3.707E+08 3.652E+08 3.623E+08 mm3

A2 1.202E+06 9.788E+05 8.739E+05 8.739E+05 873903.392 mm2

S2 3.451E+08 3.524E+08 3.591E+08 3.633E+08 3.654E+08 mm3

IX Tính toán mất mát ứng suất:

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

 fpj = ứng suất trong thép dự ứng lực khi kích (Mpa)theo điều 5.9.3-1 – 22TCN 272-01 fpj= 0.7fpu= 0.7x1860 =1302 Mpa

 x = Chiều dài bó thép dự ứng lực đo từ đầu kích đến điểm bất kỳ đang xemxét (mm)

 K = Hệ số ma sát lắc (trên mm bó thép ), sử dụng ống bọc bằng vật liệuPolyethylene, có K= 6.6x10-7/mm (Bảng 5.9.5.2.2b-1)

  =Hệ số ma sát, sử dụng ống bọc bằng vật liệu Polyethylene, có =0,23

 : Tổng của giá trị tuyệt đối của thay đổi góc của đờng cáp thép ứng suất

tr-ớc từ đầu kích đến điểm đang xét (Rad)

- Tính chiều dài bó cáp DUL đo từ đầu kích đến điểm đang xét:

Chia trục bó cáp thành nhiều đoạn nhỏ, coi các đoạn nhỏ là biến đổi tuyến tính

 Chiều dài mỗi đoạn: x = 2 2

y x

  

 Chiều dài toàn bộ bó cáp: Lcáp=x

 Chiều dài đoạn cáp tính từ đầu kích tới điểm đang xét: x=

0

MCx x MC





Trong đó: x ,y : Khoảng biến thiên theo phơng ngang và theo phơng đứngcủa trục cáp

2 Mất mát do thiết bị neo:

- Giả thiết biến dạng của các neo gây ra biến dạng đều trên toàn bộ chiều dài một

bó cáp, gây ra trong thiết bị neo một mất mát ứng suất:

fpA= L p

E L



Trong đó: L : độ tụt neo tại mỗi neo, L dao động trong khoảng từ 3 tới 10 mm,trong trờng hợp bình thờng lấy L=6mm/1neo

L : Chiều dài một bó cáp tính từ các đầu neo

Ep : Môdun đàn hồi của cáp DƯL; Ep=197000 MPaThay các số liệu vào ta đợc:

Với Ltb là chiều dài trung bình một bó cáp tính từ đầu các neo:

3 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi:

- Bản chất mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi là do khi căng bó sau sẽ gây mấtmát ứng suất cho những bó căng trớc