đồ án tốt nghiệp chọn mặt cắt ngang kết cấu nhịp và các kích thước cơ bản paii-dầm thép

Mô hình tính toán bản mặt cầu:+ Bản mặt cầu kê lên cả dầm chính và ngang.Khi khoảng cách giữa các dầm ngang lớn hơn 1.5 lần khoảng cách giửa các dầm chủ.. Để sử dụng hương pháp này ta ch

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHỌN MẶT CẮT NGANG KẾT CẤU NHỊP VÀ CÁC KÍCH THƯỚC

CƠ BẢN PAII-DẦM THÉP

I CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

- Loại dầm thép liên hợp chữ I

- Khổ cầu: B = 8 m

- Chiều dài dầm chính: L = 33m

- Số dầm chính: 6 dầm

- Khoảng cách 2 dầm chính: 1,85 m

- Số sường tăng cương đứng (một dầm):11

- Khoảng cách các sường tăng cường: 1,85m

- Số liên kết ngang: 6

- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 4 m

- Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m

II.MẶT CẮT NGANG CẦU:

1.Chọn cầu tạo lớp phủ mặt cầu

- Lớp phủ:

 Bê tông át phan dày: 50 (mm)

 Lớp phòng nước : 10 (mm)

 Độ dốc mui luyện : 2 %

2.Ch ọ n các kích th ướ c c ơ b ả n c ủ a d ầ m ch ủ

2.1Phần dầm thép

2.2Phần bản bê tông cốt thép:

-Phần vút bản : t h  80 mm

45

3 Vật liệu dùng trong thi công

- Thanh và cột lan can (phần thép):

- Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang

I.LAN CAN:

-Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài: D=100 (mm)

đường kính trong: d =90 (mm)

-Khoảng cách 2 cột lan can là 2000 mm

-Khối lượng riêng thép lan can: =0.785x 4

10  (N/mm3)-Rutt thép cacbon số hiệu Ct3: fy = 240 (Mpa)

II.LỀ BỘ HÀNH:

Chọn kích thước lề bộ hành:

Bề dày lớp BTCT hb =80 mm

Chiều cao lề Ho = 300 mm

Bêtông f’c =30MPa , thép AII fy =280MPa

Bề rộng lề bộ hành 1200 mm

Việc tính toán lan can, lề bộ hành như đối với phương án I ( dầm super – T căng trước)

CHƯƠNG III:

BẢN MẶT CẦU

1 Mô hình tính toán bản mặt cầu:

+ Bản mặt cầu kê lên cả dầm chính và ngang.Khi khoảng cách giữa các dầm ngang lớn hơn 1.5 lần khoảng cách giửa các dầm chủ Thì hướng chịu lực chính của bản theo phương ngang cầu

+ Theo điều 4.6.2.1.6 (22 TCN 272_05) cho phép sữ dụng phương pháp phân tích gần đúng là phương pháp dải bản để thiết kế bản mặt cầu Để sử dụng hương 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 đở có độ cứng vô cùng

- Dải dản được xem là 1 tấm có chiều rộng SW kê vuông góc với dầm đỡ

2.Sơ đồ tính bản mặt cầu:

+ Phần cánh hẩng được tính theo sơ đồ dầm công xon

+ Phần bản ở phía trong dầm biên tính theo sơ đồ dầm liên tục

S S

S

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

Khoảng cách giữa 2 dầm chủ là 1,85m

- Bản mặt cầu dày ts 200 mm , Tĩnh tải rãi đều do TTBT bản mặt cầu :

- Lớp phủ mặt cầu gồm :

+ Lớp bêtông nhựa :t1 50mm

+ Lớp vải nhựa phòng nước : t3 10mm

+ Lớp mui luyện :Ta bố trí lớp mui luyện có độ dốc thoát nước là 1.5% Tại mép bó vỉa ta bố trí lớp dày 10mm vào đến giũa nhịp ( mặt cắt ngang ) là 62.5 mm Nên ta lấylớp mui luyện trung bình là : t4 36.25mm

Tổng chiều dày của lớp phủ là :

(đã tính ở phần lan can)

+ Trọng lượng của bản thân thanh lan can tác dụng lên trụ tải tập trung vì có 2 thanh tay vịn

Hệ số xung kích: 1+IM = 1+0.25=1.25

Hệ số điều chỉnh tải trọng:

Hệ số dẻo Hệ số dư thừa Hệ số quan trọng

D

    0.95 x 0.95 x 1.05 = 0.95

Hệ số sức kháng: Bê tông cốt thép thường:  0.9

3.1.Nội lực tại nhịp 1(bản hẫng):

Xét phần hẩng theo dầm côngxol có chiều dài l  h 925mm có tải trọng phân bố gồm tải trọng bản mặt cầu , và tải tập trung như hình vẽ

5 186 2562.5 4062.5 1000 9311000 N.mm

2

3.2.Nội lực 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

- Đối lớp phủ :

Sơ đồ tính đối với lớp phủ

Mô men tại giữa nhịp 2 khi xét sơ đồ chỉ có lớp phủ như trên là :

-Xét trên toàn bộ nhịp :

Ta cũng có sơ đồ tính như sau :tải trọng lề bộ hành đặt tại mép vỉa ,tải trọng gờ đặt tại trọng tâm

Sơ đồ tính cho nhịp 2

Ta tính mô men tại giữa nhịp

Với P1

1 P1

S

M 872635 9252

5 576562 450000 187500 3353124.5 N.mm8

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

Sơ đồ tính như sau :

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

Để đơn giản trong việc tính toán ta xét sơ đồ tính là dầm giản đơn , rồi sau đó ta nhân hệ số quy đổi để được giá trị của dầm liên tục

Do khoảng cách giữa 2 dầm chủ S = 2000mm < 4600mm , nên ta phải thiết kế theo bánh của trục P = 145000 N

4.1 Xác định bề rộng có hiệu đối với nhịp trong :

Bề rộng dãi tương đương :

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

Bề rộng bánh xe : b2 510mm

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

- Khi xe đặt 2 bánh lên giữa nhịp ( hệ só làn m = 1)

Bê rộng truyền lực từ bánh xe đến bản mặt cầu :

P 145000

p 73.51 N / mm

b 1972.5

4.3.Hoạt tải do người :

Hoạt tải người phân bố trong lề bộ hành 1200mm , 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 :

Sơ đồ tính nhịp hẫng do hoạt tải

Ta đưa lực phân bố về lực tập trung PL 1800N đặt trục tiếp lên bản mặt cầu như sơ đồ tính trên để an toàn ta đặt tại mép bản hẫng

Sơ đồ tính cho nhịp 2

Mô men do PL gây ra tại l =1400 mm là

*TTGHSD:

p =93.85 N/mm

1850772.5

4.5.Tổ hợp tải trọng tác dụng lên bản mặt cầu :

4.5.1.Xét cho phần hẫng :

4.6.Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu :

Giá trị max nằm ở nhịp 3 , nên ta chọn giá trị mômen để thiết kế thép sẽ là :

- Trạng thái cường độ là :

+ Giá trị tại gối( mômen âm ) : MgU  3085850N.mm

1 2 U

M 2204237 N.mm

- Trạng thái sử dụng :

+ Giá trị tại gối( mômen âm ) : MgS  -2412306.7 N.mm

1 2 S

M 1723111.5 N.mm

4.6.1.Vật liệu thiết kế cho bản :

+ Bê tông bản mặt cầu :

4.6.2.Bố trí cho bản mặt cầu cho ứng với giátrị mômen âm

Ta có giá trị mômen là : MgU  3085850N.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 :a =37mm

 ds ts  a0 200 37 163mm 

Vùng chịu nén của bê tông là :

A 753.16 0.004

b d 1000 163

  min

Theo điều kiện trên hàm lượng cốt thép min thoả mãn

Diện tích cốt thép khi đó là : As  753.18mm2

Ta chọn thép  12 bố trí với khoảng cách a = 200 mm

Khoảng cách giữa các thanh thép a =200 mm < 1.5xbề dày =1.5x200=300 mm Thoả mãn điều kiện

Ta bố trí 6 cây thép trên 1000 mm , khoảng cách mỗi cây là 200 mm

4.6.3.Bố trí thép cho bản mặt cầu ứng với giá trị mômen dương :

Với giá trị giữa nhịp ( mômen dương ) : 

1 2 U

Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép ngoài bê tông chịu nén :

A 601.98 0.0036

b d 1000 163

  min

Theo điều kiện trên hàm lượng cốt thép min thoả mãn

Diện tích cốt thép là : As  602mm2

Ta chọn thép  12 bố trí với khoảng cách a = 200 mm

Khoảng cách giữa các thanh thép a =200 mm < 1.5xbề dày =1.5x200=300 mm Thoả mãn điều kiện

Ta bố trí 6 cây thép trên 1000 mm , khoảng cách mỗi cây là 200 mm

4.7.Kiểm tra điều kiện nứt :

4.7.1.Đối với mặt dưới của bản :

Với giá trị mômen tác dụng là 

1 2 S

M 1723111.5 N.mm

- Ứng suất cốt thép khi chịu mômen dương :

Chọn lớp bảo vệ là : a0 30mm

Khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép :

Tỷ số môđun đàn hồi thép trên môđun đàn hồi bêtông :   

s c

- Ứng suất cho phép trong cốt thép :

Thông số bề rộng vết nứt :trong điều kiện khắc nghiệt và bản làm việc theo phương ngang lấy

Theo điều kiện khả năng chịu nứt : f s f sa 0.6f y

Vậy thoả điểu kiện chống nứt

4.7.2.Đối với mặt trên của bản :

Với giá trị mômen tác dụng là MgS  -2412306.7 N.mm

- Ứng suất cốt thép khi chịu mômen dương :

Chọn lớp bảo vệ là : a0 30mm

Khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép :

Ac 64000  2

A 10666.67 mm

Tỷ số môđun đàn hồi thép trên môđun đàn hồi bêtông :

s c

- Ứng suất cho phép trong cốt thép :

Thông số bề rộng vết nứt :trong điều kiện khắc nghiệt và bản làm việc theo phương ngang lấy

Theo điều kiện khả năng chịu nứt : f s f sa 0.6f y

Vậy thoả điểu kiện chống nứt

Bố trí thép cho bản mặt cầu trên 1m dài

CHƯƠNG IV:

TÍNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN DẦM

I.Chọn tiết diện dầm như hình vẽ:

1.Xác định các đặc trưng hình học của tiết diêïn dầm giai đoạn 1 (tiết diện dầm thép)

a.xác định diện tích mặt cắt ngang dầm:

*xác định trục trung hoà của tiết diện

+chọn trục X-X’đi qua mép trên của tiết diện như hình vẽ:

+ Mô đun mặt cắt (mô men tĩnh)của dầm thép đối với trục X-X’:

S X X ' A xY i i=3002010+123016635+400251263+500251288 =41275550mm3

+ khoảng cách từ trục X-X’ đến trục trung hoà X'NC X NC(trọng tâm tiết diện)

X' X o

Trong tiết diện dầm liên hợp thép –bê tông cốt thép có 2 loại vật liệu chính:

Thép: thép dầm chủ + cốt thép dọc trong bản mặt cầu

Bê tông:bản bê tông

Hai loại vật liệu này có mô đun đàn hồi khác nhau , vì vậy để xác định các đặc trưng hình học chung cho tiết diện ,khi tính toán ta phải đưa vào hệ số tính đổi có giá trị bằng tỉ số môđun giữa hai loại vật liệu để quy đổi phần vật liệu bê tông trong tiết diênthành loại vật liệu thép:

Ở đây bản làm bằng bê tông có f c'  30MPa, theo điều 6.10.3.1.1b-22TCN272-05 ta co giá trị tỉ số mô đun đàn hồi n 8

a xác định chiều rộng có hiệu của bản cánh (b i)

Theo điều 4.6.2.6-22TCN272-05 chiều rộng hữu hiệu của bản bê tông dầm giữa

trong tác dụng liên hợp được xác định như sau:

b.Tiết diện liên hợp ngắn hạn

*xác định diện tích mặt cắt ngang dầm:

-Diện tích phần dầm thép: (đã tính ở bước trên)

A s  48180 mm2

-Diện tích phần cốt thép dọc bản:

2

2 ct

*Xác định mô men quán tính của tiết diện liên hợp đối với trục trung hoà của nó

- Xác định trục trung hoà của tiết diện liên hợp

+mô đun mặt cắt (mô men tĩnh) của dầm liên hợp đối với trụcX'NC X NC:

+khoảng cách từ trục X'NC  X NC(trọng tâm phần dầm thép) đến trục trung hoà của

tiết diện liên hợp :

' x 'NC xNC o

*Xác định mô men kháng uốn của tiết diện tại đỉnh dầm thép (xét tại điểm ngay thớ dưới bản vút bê tông)

c.Tiết diện liên hợp dài hạn

* Xác định diện tích mặt cắt ngang dầm:

-Diện tích phần dầm thép: (đã tính ở bước trên)

* Xác định mô men quán tính của tiết diện liên hợp đối với trục trung hoà của nó

-Xác định trục trung hoà của tiết diện liên hợp

+mô đun mặt cắt (mô men tĩnh) của dầm liên hợp đối với trụcX'NC X NC:

+khoảng cách từ trục X'NC  X NC(trọng tâm phần dầm thép) đến trục trung hoà của

tiết diện liên hợp :

'' x 'NC xNCo

* Xác định mô men quán tính của tiết diện liên hợp đối với trục trung hoà của nó (X'LT  X LT)

a xác định chiều rộng có hiệu của bản cánh (b o)

Theo điều 4.6.2.6-22TCN272-05 chiều rộng hữu hiệu của bản bê tông dầm biên

trong tác dung liên hợp được xác định như sau:

Ta tính như dầm giữa:(dầm biên và dầm giữa như nhau)

Ta có bảng tổng kết sau: mô men kháng uốn tại thớ dưới dầm thép

DẦM GIỮA (DẦM TRONG) Đặc trưng Tiết diện dầm thép Tiết diện dầm Tiết diện dầm

liên hợp liên hợp

Giai đoạn 1 Ngắn hạn-giai đoạn 2 Dài hạn-giai đoạn 2

Mômen kháng uốn thớ dưới

Mômen kháng uốn thớ trên

Mômen kháng uốn tại mép

Mômen kháng uốn tại đỉnh

Mômen quán tính của tiết

* Tính độ cứng ngang của dầm I n

-Chọn thép bố trí liên kết ngang là thép cán định hình L 100 x 100 x 10 mm

+ Diện tích: A = 1920 mm2

+ Bề rộng: b = 100 mm

+ Dày: d = 10 mm

+ Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép dưới của thép: Zo = 28.3 mm

- Diện tích phần bản bê tông cắt trên 1000 mm dài:

Aban = 200 x 1000 = 200000 mm2

- Diện tích quy đổi bê tông về cốt thép (tiết diện dài hạn)

2 ban

En

A 4 A 8333.33 + 4 1920

I.Tính hệ số phân bố ngang cho hoạt tải:

1.Hệ số phân bố mômen:

-Xác định hệ số phân bố tải trọng khi xếp một làn xe trên cầu:

Theo quy định ở bảng 4.6.2.2.2c-1 TC 22TCN 272-05, trường hợp xếp một làn chịu tảithì hệ số phân bố được tính theo quy tắc đòn bẩy:

Do d e 1500 mm và điều kiện sau:

3 4

14000

0.412 0.534000

nén lệch tâm để tính hệ số phân bố ngang

Vì một trong hai điều kiện trên không thoả mãn nên áp dụng phương pháp nén lệchtâm là hợp lý

Chọn thép liên kết ngang là thép góc đều cạnh:L180x180x16

Vậy áp dụng phương pháp nén lệch tâm tính hspbn là hợp lý

1 Xếp cho 1 làn xe :

xét cho dầm biên(dầm bất lợi nhất)

Gọi độ cứng các dầm là như nhau:EJ1EJ2 EJ3 EJ4 EJ5 EJ0 EJ

Gọi a a a0, ,1 2 tương ứng là khoãng cách 2 dầm biên,2 dầm 1 và 4, 2 dầm 2 và 3 ,

Khoãng cách tính được là:a 0  10 m,a 1  6 m, a 2  2 m

Ta có:Ji 6EJ và i

a đối với dầm biên :

*xe tải(xe 2 trục và xe 3trục)

j 0 1

b Đối với dầm trong :

*xe tải(xe 2 trục và xe 3trục)

j 0 1

2.Xếp cho 2 làn xe

Khi xếp 2 làn xe chỉ có độ lệch tâm e của xe thay đổi

a Đối với dầm trong : e = 0.5 m

j 0 1

m.g 0.202m.g 0.309m.g 0.497

3.Tổng hợp các hệ số phân bố ngang dùng trong thiết kế:

Dầm biên Mômen 0.309 0.309 0.309 0.497

II.Tính hệ số phân bố ngang cho tĩnh tải:

Kết cấu nhịp gồm 6 dầm chủ ,khổ cầu rộng 8000 mm hai lề người đi mỗi lề là 1200 mm

1.tính hệ số phân bố cho dầm biên (0):với α = 0.005

Vẽ đường ảnh hưởng cho dầm biên

Tra bảng được các giá trị

+ d: chiều dài phần hẫng.d = 925 mm

+ dk: khoảng cách giửa các dầm chính dk = 1850 mm

2.tính hệ số phân bố cho dầm trong (1):với α = 0.005

Vẽ đường ảnh hưởng cho dầm trong

- Tra bảng được các giá trị

+ dk: khoảng cách giửa các dầm chính dk = 2000 mm

- Vẽ đường ảnh hưởng:

III.xếp tĩnh tải của dầm chính theo phương ngang cầu:

1.Tải trọng tác dụng lên dầm chủ: (xét cho 1 mm theo phương dọc cầu)

P5 =

4

2050 100 0.25 10

2.56 N2

2.Chất tải lên đường ảnh hưởng dầm biên

+ Tải trọng lan can:

Tải trọng lan can: P3 = 4.33 N đặt tại mép phần hẫng L =925 mm Theo đah ta có:

+ Tải trọng lề bộ hành:

Tải trọng lề bộ hành: P =2.56 N 5 đặt tại mép hẫng và mép bó vỉa

Theo đah ta có:

+ Tải trọng bó vỉa:

Tải trọng bó vỉa: P4 = 1.5 N đặt tại mép phần hẫng L =925 mm

Theo đah ta có:

+ Tải trọng bản mặt cầu:

Tải trọng bản mặt cầu: q = 0.005 N / mm 1 đặt đều lên toàn bề rộng cầu Diện tích đường ảnh hưởng:

+ Tải trọng lớp phủ:

Tải trọng lớp phủ: q = 0.003 N / mm 2 đặt đều lên toàn bề rộng cầu Diện tích đường ảnh hưởng:

3.Chất tải lên đường ảnh hưởng dầm giữa:

+ Tải trọng lan can:

Tải trọng lan can: P3 = 4.33 N đặt tại mép phần hẫng L =925 mm Theo đah ta có:

+ Tải trọng lề bộ hành:

Tải trọng lề bộ hành: P =2.56 N 5 đặt tại mép hẫng và mép bó vỉa

Theo đah ta có:

+ Tải trọng bó vỉa:

Tải trọng bó vỉa: P4 = 1.5 N đặt tại mép phần hẫng L =925 mm

Theo đah ta có:

y 0.318

y 0.04

DC = P (y3-bv 4 +bh y ) 1.5 (0.318 0.04) 0.42 N / mm-bh    

+ Tải trọng bản mặt cầu:

Tải trọng bản mặt cầu: q = 0.005 N / mm 1 đặt đều lên toàn bề rộng cầu

Diện tích đường ảnh hưởng:

DC3-matcau = q (1    ) 0.005 (2014.48 166.86) 9.24 N / mm    

+ Tải trọng lớp phủ:

Tải trọng lớp phủ: q = 0.003 N / mm 2 đặt đều lên toàn bề rộng cầu

Diện tích đường ảnh hưởng:

DWlopphu = q (1    ) 0.003 (1187.24 29.61) 3.47 N / mm   

4 Tổng hợp tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ theo phương dọc cầu

Dựa vào quá trình làm việc của dầm chia thành 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Tải trọng bản thân dầm chu û+ phần vút + liên kết ngang + neo + sườn tăng cường + mối nối + bản mặt cầu

- Giai đoạn 2: Tải trọng lớp phủ + lan can + lề bộ hành +bó vỉa + tiện ích công cộng

CHƯƠNG V:

TÍNH NỘI LỰC TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG

I Xác định nội lực do hoạt tải tại các mặt cắt

Kiểm tra dầm chủ tại các mặt cắt sau:

-Tại mặt cắt gối (I-I): L0=0

-Tại mặt cắt ¼ dầm (II-II): cách gối một khoảng: L =8100 mm1

-Tại mặt cắt liên kết ngang ( III-III) cách gối một khoảng: L =12000 mm3-Tại mặt cắt giữa dầm (IV-IV): cách gối một khoảng: L =16200 mm4

1.Nội lực do hoạt tải gây ra

Hoạt tải tác dụng lên cầu gồm có: 0.5x HL93 + Tải người

0.5xHL93 gồm có:

+Tải xe 3 trục và tải trọng làn

+Tải trọng xe 2 trục và tải trọng làn

-Xe 3 trục:

Trục trước: P = 0.5 35 = 17.5 KN3 

Trục sau: P1 = P2 = 0.5 145=72.5 KN

-Xe 2 trục: P1 = P2 = 0.5 110 = 55 KN

-Tải trọng làn: wlan = 0.5 9.3 =4.65 KN/m

-Tải trọng người bộ hành:wnguoi= 0.003 2250 = 6.75 KN/m

1.1.Mặt cắt I-I

* Vẽ đường ảnh hưởng M,V

-Đường ảnh hưởng M có tung độ: y = 0

-Đường ảnh V có tung độ: y’= 0, y’’= 1

-Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt:

= L = 32.4 = 16.2

+ V(-)= 0

*Xếp tải lên vị trí bất lợi nhất, xác định nội lực:

-Xét cho xe tải 3 trục thiết kế

*Vẽ đường ảnh hưởng M,V

-Đường ảnh hưởng M có tung độ: y = 4.125

-Đường ảnh V có tung độ: y’= 0.25, y’’= 0.75

-Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt:

*Xếp tải lên vị trí bất lợi nhất, xác định nội lực:

-Xét cho xe tải 3 trục thiết kế