Đồ án thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực chữ i căng sau l = 24,5 m, số nhịp n = 5

Chiểu dài : L = 1740 mm Khối lượng của thanh giằng trên và dưới trong một nhịp mặt cắt ngang cầu AM..... xếp tho phương dọc cầu, theo phương ngang cầu tải trọng này phân bố theo chiểu rộ

PHAN I:

SO LIEU TONG QUAT

VA PHUONG AN SO BO

CHƯƠNG I: _

SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1 SO LIEU THIET KE:

- Chiéu dai nhip: L = 24.5 m

- Chiéu dai tinh todn: Ly = 23.9m

K/hiệu lớp Chiểu Độ ẩm | Dung trọng | Dung trọng | Lực đính Góc ma địa chất day(m) | W(%) tự nhiên đẩy nổi đơn vịC | sáttrong Đất sét pha cát

- Đảm bảo về mặt kinh tế : hao phí xây dựng cầu là ít nhất, hoàn vốn nhanh và

thu lợi nhuận cao

- Đảm bảo về mặt kỹ thuật : Đảm bảo đủ khả năng chịu lực theo yêu câu thiết

kế, đảm bảo ổn định và thời gian sử dụng lâu đài

- Đảm bảo về mặt mỹ quan : hòa cùng và tạo dáng đẹp cho cảnh quan xung quanh

Dựa vào ba nguyên tắc trên ta phải chú ý một số vấn để sau :

+ Phương án thiết kế lập ra phải dựa trên điều kiện địa chất, thủy văn và

khổ thông thuyền

+ Cố gắn tận dụng những kết cấu định hình sẵn có để công xưởng hóa và cơ giới hóa hàng loạt nhằm giảm giá thành công trình

+ Tận dụng vật liệu sẵn có tại địa phương

+ Ap dụng những phương pháp thi công tiên tiến nhằm đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình

CHUONG II:

THIET KE CAU DAM GIAN DON DAM THEP

LIEN HOP BE TONG COT THEP

D Các số liệu thiế kế:

Kết cấu nhịp gồm có 5dầm chính

Khoảng cách giữa 2 trục của dầm chính : 2100 mm

Chiêu dài toàn dâm : 24500 mm

Chiêu dài tính toán : 23900 mm

Kết cấu lan can lề bộ hành giống như phương án sơ bộ I

Khoảng cách các hệ LKN là 4000 mm Được cấu tạo như trong bản vẽ

Chiểu dài nhịp tính toán : Ltt = 23900 mm

Chiểu cao của dầm thép : h = 1600 mm

Chiều rộng bản cánh trên của dầm : bc = 300 mm

Bề dày bản cánh trên của dầm : tc = 25 mm

Chiéu day ban sudn dam : tw = 18 mm

Chiểu rộng cánh dưới dầm bf = 400 mm

Bề dày cánh dưới dầm : t = 25 mm

Bề dày bản phủ : tfl = 25 mm

Chiểu cao bản sườn dầm : d = 1600 - 25 - 25 - 25 = 1525 mm

Phần bản bê tông cốt thép:

Bắn làm bằng bê tông mác 30 có : / = 30 MPa

Chiểu dày bản bê tông : ts = 200 mm

1I2) Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép:

Diên tích mặt cắt ngang dâm :

Tỉ số mô dun giữa thép và bê tông :

Bản bê tông có /; =30/Pa, theo điểu 6.10.3.1.1b ta có :n =8

Xác định bể rông có hiệu của bản cánh:

Theo điều 4.6.2.6 chiều rộng có hiệu trong bản bê tông dâm giữa trong tác dụng liên

hợp được xác định như sau :

L,,/4 = 23900/4= 5975mm

b, = min412¢, + max(t,,;b, /2) = 12x200 + max(18,150)mm = 2550mm

S = 2100mm

b, = 2100mm

1.3.1) Tiết diện liên hợp ngắn han:

THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰƯNGLỰC -5- SVTH: ĐỖ HÀ PHƯƠNG

Trong d6 22 14 sé thanh thép trong pham vi b,

Diện tích phân bản bê tông đã được quy đổi thành thép

A= A, 2100x200 + 300x100 + 1007

iy = 57500

Vậy diện tích mặt cắt ngang dầm A, = 57450+2486.88+57500 = 117436.88 mm

Mô men tĩnh của dầm đối với trục trung hoà của tiết điện nguyên của dâm thép :

Trong d6 22 14 sé thanh thép trong pham vi b,

Diện tích phân bản bê tông đã được quy đổi thành thép

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện nguyên dầm thép đến trục trung hoà

tiết diện liên hợp dài hạn :

C= Soo _ 22666860 _ 286

A, 7910355 -

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện liên hợp dài hạn đến mép trên dầm thép

Vy, = y„ —e = 995.29 ~ 286.5 = 708.79

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện liên hợp dài hạn đến mép dưới dầm thép

v„„=h— y„ =1600— 708.79 = 891.21

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện liên hợp dài hạn đến mép trên bản bê tông

Vy, = y„y +í, +h, = 708.79 + 200 + 100 = 1008.79

Mô men quán tính của tiết diện liên hợp dài hạn

Hatede edd ru) otf Boba (rm 4) Jot[ fet cá + |]

Tỉ số mô dun giữa thép và bê tông :

Bản bê tông có / =30A/Pa, theo điều 6.10.3.1.1b ta có :n =8

Xác định bể rộng có hiệu của bản cánh:

Theo điều 4.6.2.6 chiều rộng có hiệu trong bản bê tông dầm biên trong tác dụng liên

hợp được xác định như sau :

Trong đó 20 là số thanh thép trong phạm vi b„

Diện tích phần bản bê tông đã được quy đổi thành thép

4, _ 2100x200 + 300x100+ 100”

Vậy diện tích mặt cắt ngang dim A, = 57450+2486.88+57500 = 117436.88 mm”

Mô men tnh của dầm đối với trục trung hoà của tiết diện nguyên của dâm thép

h

bh, Hy 4 hệ — +————+—

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện liên hợp ngắn hạn đến mép trên bản bê tông

Trong d6 20 1A sé thanh thép trong pham vi b,

Diện tích phần bản bê tông đã được quy đổi thành thép

4, _ 2100x200 + 300x100+ 100”

Aad

Vậy diện tích mặt cắt ngang dầm A, = 57450+2486.88+19167 = 79103.88 mm?

Mô men tnh của dầm đối với trục trung hoà của tiết diện nguyên của dâm thép

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện liên hợp dài hạn đến mép dưới dầm thép

„„ = h— y„, =1600— 708.79 = 891.21

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện liên hợp dài hạn đến mép trên bẩn bê tông

Vow = Pin +t, +h, = 708.79 + 200+ 100 = 1008.79

Mô men quán tính của tiết diện liên hợp dài hạn

1, =l+Ac?+A t = Ss e cr| You ou fs " bts sy t 2 | FT) nl 12 St ets| You ets] Yow S| [A ny) > + bale +b,h nl 12 ch, Yat + : 2

Tỉ lệ mô đun đàn hồi giữa thép dầm và bê tông bẩn mặt cầu

Mô đun đàn hồi của vật liệu thép làm dầm

lạ = 21351881439 mmỶ : Mô men quán tính của tiết diện nguyên dầm thép

A = 57450 mnÏ : diện tính của tiết diện nguyên dâm thép

e,= + N+ Vu = “+ 100 g + 995,29 =1195,29mm : Khoảng cách từ trọng tâm dầm thép đến trọng tâm bản mat cau:

K, = 6,79.(21351881439 + 57450 1 195,29?) = 7,023.10!"

> Hệ số phân bố mô men

Khi có một làn xe chat tai : (mg)

S,, 04 (“ny0.3 5, K, 4300) CO) { # ans

THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰƯNGLỰC -10- SVTH: ĐỖ HÀ PHƯƠNG

> Hệ số phân bố mô men

Khi có 1 làn xe xếp tải: tỉnh theo nguyên tắc đòn bẩy

Dâm giữa =

Domes = A pmen= Yt, S=2.5x 10% x200x2100=1.05kg/mm

> Trọng lượng lan can tay vịn và lễ bộ hành

Giả thiết tải trọng lan can, lễ bộ hành được qui về bó vỉa và truyền xuống

dầm biên và dầm giữa là khác nhau, phần nằm ngoài bản hẩng sẽ do dầm biên chịu, còn phần nằm trong sẽ chia cho dầm biên và dầm trong chịu theo tỉ lệ khoảng cách từ

Thanh giằng trên và dưới là thép góc đều cạnh LI40x140x12 ,có các đặc trưng

Diện tích tiết diện : A, = 3250 mm?

Khối lượng : m = 25,5 KG/m

Chiểu dài : L = 1740 mm

Khối lượng của thanh giằng trên và dưới trong một nhịp mặt cắt ngang cầu

AM ` ‹

Thanh giằng xiên là thép góc đều cạnh L100x100x10 ,có các đặc trưng

Diện tích tiết diện : A, = 1920 mm?

Xe hai trục: gồm có hai trục, mỗi trục nặng 110KN, khoảng cách giữa hai trục

không đổi là 1200mm, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm

1200mm

THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰƯNGLỰC -13- SVTH: ĐỖ HÀ PHƯƠNG

Tải trọng làn: bao gồm tải trọng rải đều 9,3N/mm xếp tho phương dọc cầu,

theo phương ngang cầu tải trọng này phân bố theo chiểu rộng 3000mm, tải trọng làn

có thể xe dịch theo phương ngang để gây ra nội lực lớn nhất

9,3KN/m

PIT) TPP Pt tt

Tải trọng người đi bộ: là tại trọng phân bố được qui định độ lớn là 3.10 MPa

Tải trọng xung kích: là tải trọng đưa vào tải trọng xe 3 trục hay xe hai trục lấy bằng 25% tại trọng của mỗi xe

1L6.2) Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trưng:

Trong đó : X; ,X; ,X:, là khoảng cách từ vị trí gối đầm

Đường ảnh hưởng mô men và lực cắt của các mặt cắt đặc trưng :

1J@ ——— Đ.AHQ GỐI

23.9

Đ.AH MÔ MEN L/2

5.975 0,5| @® Đ.AH LỰC CẮT L/2

©lo,s

11.95 25.9

o,, = ya,,.x, =+0,5.11950 = 2987.5

yx„ tung độ đường ảnh hưởng momen tại xự

ydx_ ya„ tung độ dương và âm của đah lực cắt tại xx

> Xác định nội lực cho dầm

Tĩnh tải:

Mô men

Giai đoạn 1 : chịu tác dụng của tải trọng bản thân dầm ,trọng lượng bản mặt cầu và

trọng lượng của hệ liên kết ngang

Dầm giữa

Trạng thái giới hạn sử dụng

Min, = G0, (8) + Sime + Syy) = 71401.250.(0,451+ 1.05 + 0.04) = 110029.3263KGn

Trạng thái giới hạn cường độ

Mix, = 6.0,„,(125.g, +1,258,„ +1,/25g,„) = 71401.250x1.25.(0.451+ 1.05 + 0.04) = 137536.6578KG.n

Dam biên

Trạng thái giới hạn sử dụng

Mii) = G-Qy (Sy + Some + Sin) = 71401.250x(0.451 + 1.05 + 0.02) = 108601.3013KG.m

Trạng thái giới hạn cường độ

M 67 = G-On 1525.8 4 +1258 pine +125 jin) = 71401.250x1.25.(0.451+ 1.05 + 0.02) = 135751.6266KG.m

Giai đoạn 2 : chịu tác dụng của tải trọng lan can ,lể bộ hành và lớp phủ mặt cầu

PUTT TEEPE TELE Seu

5.975 23.9

Dầm giữa:

Trạng thái giới hạn sử dụng

M buns = Op (Ste-ur-g + Saw) = 71401.250x(0.504 + 0.2415) = 53229.63188KG.m

Trạng thái giới hạn cường độ

Min = $y) (Sie-tre + Saw) = 71401.25x1,25(0.504 + 0.2415) = 66537.03984KG.m

Dầm biên

Mon = Qn (Seng + Sav) = 71401.250x(0.557 + 0.2415) = 57013.89813KG.m

Trạng thái giới hạn cường độ

Mijg =Ó@„(8, „_„ + 8¿,) = 71401.250x1,25(0.557 + 0.2415) = 71267.37266KG.m

Lực cắt:

Giai đoan l : chịu tác dụng của tải trọng bản thân dâm ,trọng lượng bản mặt cầu và

trọng lượng của hệ liên kết ngang

Vậy, = @y.(8„ + Some + Sin) = 0.(0,451+ 0,9+ 0,04) =0KG

Trạng thái giới hạn cường độ

Giai đoạn 2 : chịu tác dụng của tải trọng lan can ,lể bộ hành và lớp phủ mặt cầu

Voon = @y (Sic-tn + Say) =V (0,637 + 0,207) = OKG

Trạng thái giới hạn cường độ

Vein = 0.0, (1,258, + 1,54) = 0,95.0.(1, 25.0, 637 + 1,5.0, 207)

=0KG

Hoạt tải

Mô men

Mô men do xe 3 trục thiết kế gây ra

Xét hai trường hợp đặt xe như sau để gây ra nội lực là lớn nhất :

Mô men do xe 2 trục thiết kế gây ra

Xét trường hợp đặt xe như sau để gây ra nội lực là lớn nhất :

Mô men do tải trọng làn gây ra :

Ta có tải trọng làn theo tiêu chuẩn thiết kế: qiạ = 9,3N /mm = 0,93 KG/mm

Mô men do tải trọng người đi bộ gây ra :

Ta có tải trọng người đi bộ theo tiêu chuẩn thiết kế: g„„ = 300KG/z? = 3.10*KG/ mm?

Tổ hợp mô men do hoạt tải gây ra:

0,457 0,5 |e

, 23.9 ,

= Oy Gi, = 2975.0,93 = 3255kg

Lực cắt do tải trọng người đi bộ gây ra

Ta có tải trọng người đi bộ theo tiêu chuẩn thiết kế: g„„ = 300KG/z?=3.10”KG/mmˆ

V, In

Trạng thái giới hạn cường độ

Vivi = m(I, 75V,, (1+ IM).(mg), +1,75¥,,.(mg),, 1,75, By )

= 0,95.(1,75.12942, 5.1, 25.0, 461 +1,75.3255.0,414 + 1,75.1575.0,786)

= 16697,55KG

I.7) Kiểm toán sức kháng uốn của dầm thép:

1L7.1) Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn I:

Trong giai đoạn I chỉ có dâm thép chịu lực ,nh tải bẩn mặt cầu và hệ liên kết ngang là tải trọng để kiểm tra khả năng chịu lực của dầm

Kiểm tra tỷ lê chung cấu tạo:

Cấu kiện chịu uốn phải được cấu tạo sao cho tỷ lệ sau được thỏa mãn :

I: m6 men quán tính của tiết điện nguyên dâm thép ;I =21351881439mm*

E: mô đun đàn hôi của thép làm dầm ,E =200000 MPa = 20000 KG/mm?

f; : ứng suất của bẩn cánh chịu nén do tải trọng tính toán ,f, =7,71 KG/mm”

D : Chiểu cao bản bụngchịu nén trong phạm vi đàm hồi

Mop = 165368875 KG.mm

Mepu : m6 men do phần còn lại của tải trọng thường xuyên (lan can - lề bộ hành ,lớp

phủ) ở trạng thái giới hạn cường độ tác dụng lên tiết điện dầm thép đã liên hợp Khi đó

dầm làm việc theo tiết điện dầm thép liên hợp dài hạn Và tính cho thớ dưới của đầm

thép sẽ gây ra ứng suất lớn hơn để gây bất lợi hơn

Mop¡ = 103038425 KG.mm

M: mô men bổ sung do yêu cầu đạt giới hạn chẩy một trong các biên của dầm thép khi

dầm làm việc theo tiết diện dầm thép liên hợp ngắn hạn Và tính cho thớ dưới của dầm thép sẽ gây ra ứng suất lớn hơn để gây bất lợi hơn

THIET KE CAU BTCT DU UNG LUC -25- SVTH: D6 HA PHUONG

F= M oor -Yu + M aout -Yidtbs + M Video

> Xác định các lực hóa dẻo trên tiết điện dầm

Để đơn giản trong tính toán ta quy đổi phần vút bê tông từ tiết điện hình thang về tiết diện hình chữ nhật tương đương

Chiểu cao vút bằng chiều cao quy đổi : h, = 100 mm

Lực dẻo trong bẩn bụng dầm

P.=t,d.F,

Trong đó :

ty : bé day ban bung dam ,t, = 18 mm

d: chiéu cao ban bung dim, d= 1525 mm

Fy : cường độ chẩy của vật liéu thép lam dam ,F, = 345 MPa = 34,5 KG/mm?

P =18.1525.34,5 = 947025KG

Lực dẻo trong lưới cốt thép dưới dọc bản bê tông:

Pa = MaAeS,

Trong đó :

nụ : số thanh cốt thép ở lưới dưới ban bê tông trong pham vy bể rộng có hiệu ,n„ =10

Aq : dién tích của một thanh cốt thép có đương kính là 610, A, = “ee =78,5mm?

fy : cuGng dé chay déo cua vat liéu lam thép doc ,f, = 280 MPa = 28KG/mm?

nụ : số thanh cốt thép ở lưới dưới bản bê tông trong pham vy bể rộng có hiệu ,n„ =10

Ai: diện tích của một thanh cốt thép có đương kính là $10, A, = —== = 78,5mm

fy : cường độ chảy dẻo của vật liệu làm thép dọc ,f, = 280 MPa = 28KG/mm7

P, =10.78,5.28 = 21980KG

Lực dẻo trong bẩn bê tông vút dầm:

P, = b„„.h,.0,85./ˆ

Trong đó :

7; : cường độ chịu nén của bê tông, /' = 30 MPa = 3KG/mm?

Chiểu rộng quy đổi b„¿ = 400 mm

Chiều cao quy đổi h, = 100 mm

?, = 400.100.0,85.3 = 102000KG

Lực dẻo trong bản bê tông dầm :

P, =b, t,.0,85.f

Trong đó :

ƒ¿ : cường độ chịu nén của bê tông, / = 30 MPa = 3KG/mm”

Chiểu rộng có hiệu của bản bê tông bạ = 1900 mm

Chiểu cao bản bê tông t, = 200 mm

P, =1900.200.0,85.3 = 969000KG

> Xác định vị trí trục trung hòa đẻo (PDA) :trục trung hòa của lực hóa dẻo

Vị trí trục trung hòa được xác định trên cơ sở cân bằng lực dẻo chịu kéo với lực dẻo chịu

Vậy trục trung hòa PDA sẽ đi qua bản bụng của dâm thép

Đặt khoảng cách từ mép dưới bản biên dầm thép đến trục trung hòa PDA là Y

Phần lực dẻo chịu nén trong bẩn bụng được xác định theo công thức :

> Xác định mô men déo M,

Mô men dẻo của tiết diện được xác định theo công thức :

Phân vút bản mat cau:

THIET KE CAU BTCT DU UNG LUC -28- SVTH: ĐỖ HÀ PHƯƠNG

Phân loại tiết diện dầm:

Ta kiểm tra tiết diện theo yêu câu của tiết điện đặc chắc

> Kiểm tra độ mảnh của tiết diện

Nếu tiết diện là đặc chắc thì độ mảnh bụng dầm sẽ thỏa điều kiện :

E =200000 MPAa : mô đun đàn hồi của thép làm dầm

F, = 345 MPa : Cường độ chảy nhỏ nhất của bản cánh chịu nén

— = 31,28 < 3,76 x 200000

> Kiểm tra độ mảnh của bản cánh chịu nén

=90.53 = Điều kiện kiểm tra thỏa man

Nếu tiết diện là đặc chắc thì độ mảnh bản cánh sẽ thỏa điều kiện :

b °— <04382x | E E

Trong đó :

b, = 300 mm : chiều rộng bản cánh chịu nén

t¿= 25 mm: Bể dày bản cánh chịu nén

>az=0<0.382x 32s 34T 9,2 => Điều kiện kiểm tra được thỏa mãn

I.8) Kiểm toán dầm ở trang thái giới hạn cường đô:

IH.8.1) Kiểm toán dầm theo điều kiện chịu uốn:

Điều kiện kiểm tra M, <đ.M,

Trong đó :

M¿ : mô men lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm do toàn bộ tải trọng tác dụng ở trạng thái giới hạn cường độ

M, = 569636606 KG.mm

M, : Sức kháng uốn danh định của tiết diện

ø : Hệ số sức kháng uốn của tiết diện ,ø = 0,9

8 =0.7 đối với F, = 345MPa

đ =1600 mm : Chiểu cao của dầm thép

tạ = 100 mm : Chiều cao của phần vút bê tông

t, = 200 mm : Chiểu cao của bản bê tông mặt cầu

My : Khả năng chịu mô men chảy ban đầu của mặt cắt liên hợp ngắn hạn chịu mô men

dương đã tính được ở trên , My = 1549630253.,12 KG.mm

>M,<¢M,

<> 569636606 < 0,9.1952304868, 03 = 1757074381,22 KG.mm

Vay théa diéu kién kiém todn

IL8.2) Kiểm toán đầm theo điều kiện chịu cắt:

V„ạ : Sức kháng cắt danh định của tiết diện

ø : Hệ số sức kháng cắt của tiết diện ,đ = I

Do đó không cần sườn tăng cường gối (điều 6.10.8.2.1) ,nhung dé gia tăng khả năng chịu

cắt và độ ổn định của dầm tại gối ,ta vẫn bố trí sườn tăng cường gối theo cấu tạo

Kiểm toán cắt cho vách ở vị trí có sườn tăng cường:

Mặt cắt có sườn tăng cường ở vị trí có giá trị lớn nhất là ở đầu dầm ,xé

Vậy thỏa điều kiện kiểm toán

THIET KE CAU BTCT DU UNG LUC -32- SVTH: ĐỖ HÀ PHƯƠNG

CHUONG Ill:

THIET KE CAU DAM GIAN DON DU UNG LUC

CHU I CANG SAU

I SO BO CHON KiCH THUGC DAM CHU:

L1 Tiết điện dầm:

- Chiều cao dầm chi :H = 1350mm

- Chiểu cao bầu dưới :H¡ = 350mm

- Chiều cao vút dưới :H; = 130mm

- Chiểu cao sườn : Hạ = 550mm

- Chiểu cao vút trên : Hy, = 120mm

- Chiéu cao bau trén : Hs = 200mm

- Bề rộng bầu dưới dầm : bị = 650mm

- Bề rộng sườn : ba=200mm

- Bê rộng bầu trên : bạ=600mm

- Bé rong vit dưới : by=225mm

12 Tiết điện dầm qui đổi:

- Chiều cao dâm chủ: h = 1350mm

- Chiểu cao bầu dưới: h, = 435mm

- Chiểu cao sườn: h,= 635mm

- Chiểu cao bầu trên: h;= 280mm

- Bê rộng bầu dưới dầm: bị= 650mm

- Bề rộng sườn: bạ= 200mm

- Bề rộng bầu trên: b= 600mm

1.3 Doan mé réng sườn dầm:

Vì ở đầu dầm có lực cắt lớn và ứng suất cục bộ do lực ứng suất trước gây ra do đó

ta cần phảẩi mở rộng ở đầu dâm để tăng khả năng chịu lực cho đâm va đủ diện tích bố

IIL1 Đặc trưng hình học của dầm chủ xét mặt cắt trên gối: x;=0m

Do ta chưa biết được lượng cáp cần bố trí nên gần đúng ta xem như tiết diện đầm