ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG THIẾT KẾ CẦU DẦM BẢN NGUYÊN KHỐI

- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt: -Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra: - Khí hậu khắc nghiệt: Z 23000 N / mm - Ứng suất cho phép trong cốt thép: - Giả thiết ta

CHƯƠNG I:

SỐ LIỆU THIẾT KẾ

I.1 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN:

Dầm bản nguyên khối căng sau ,đổ bê tông tai chổ, liên tục ba nhịp có các kích thước cơbản sau

Kích thước mặt cắt ngang: B-K: 9.5-1.4

Chiều dài mỗi nhịp L = 22m

Khoảng cách giữa 2 cột lan can là :2.5m

I.2 THÔNG SỐ CỦA VẬT LIỆU:

- Thanh và cột lan can (phần thép):

fpu = 1860 MpaĐường kính của ông ren: Đường kính trong: 80mm

Đường kính ngoài: 87mm

CHƯƠNG II LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH

2.1 LAN CAN:

2.1.1 Thanh lan can:

- Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm và kính trong

d = 95 mm

- Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm

s 7.85 10 N / mm

  

- Thép cacbon số hiệu CT3: f = 240 MPay

2.1.1.1 Tải trong tác dụng lên thanh lan can:

Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can

- Theo phương thẳng đứng (y):

+ Tĩnh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can

Tải phân bố: w = 0.37 N/mm

- Theo phương ngang:

+ Hoạt tải:

Tải phân bố: w = 0.37 N/mm

- Tải tập trung P = 890 N được đặt theo phương hớp lực của g và w

2.1.1.2 Nội lực của thanh lan can:

g L 0.06 2000

- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp:

+ Tải phân bố:

y w

+ Tải tập trung:

y P

- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp:

+ Tải phân bố:

x w

+ DC 1.25: hệ số tải trọng cho tĩnh tải

+ LL 1.75: hệ số tải trọng cho hoạt tải

2.1.1.3 Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh lan can:

n

Trong đó:

+: là hệ số sức kháng:  = 1

+ M: là mômen lớn nhất do tĩnh và hoạt tải

+ Mn: sức kháng của tiết diện

Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu lực

2.1.2 Cột lan can

Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan (hình 2.2)

Hình 2.2: sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can

Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chịu lực lực xô ngang vào cột vàkiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân

* Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can:

- Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)

+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào cột 1lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N

Hình 2.3: Mặt cắt I-I

- Mômen tại mặt cắt I-I:

- Sức kháng của tiết diện: Mn  f Sy

+ S mômen kháng uốn của tiết diện

 Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả năng chịu lực

* Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:(cấu kiện chính)

K 140

rl 

Trong đó:

+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu

+ l 700 mm: chiều dài không được giằng (l  h)

+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại đỉnh cột vì tiết diện ởnay là nhỏ nhất)

Vậy thỏa mãn điều kiện mảnh

2.2.LỀ BỘ HÀNH:

2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:

* Xét trên 1000 mm dài

- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm

- Tiết diện chịu lực b x h = 1200 mm x 100 mm

- Chọn y = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông:

- Xác định diện tích cốt thép:

'

2 c

Hình 2.6: Bố trí cốt thép trên lề bộ hành

2.2.4 Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng: (kiểm tra nứt)

Điều kiện:

3

0.6min

- Tiết diện kiểm toán:

Tiết diện chữ nhật có b x h = 1200 mm x 100 mm

- Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gầnnhất:

 c

M 990000 N.mm

- Khối lượng riêng của bêtông: 3

c 2500 Kg / m

 

- Môđun đàn hồi của bêtông:

(Theo 22TCN272-01) cho ta:

1.5

E 0.043  f '

0.043 2500 1.5 28 28441.827 MPa

- Môđun đàn hồi của thép:Es 200000 MPa

- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:  s  

c

n E 28441.827 7

- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:

-Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:

- Khí hậu khắc nghiệt: Z 23000 N / mm

- Ứng suất cho phép trong cốt thép:

- Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.6 và hình 2.7

- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của bó vỉa dạng tường như sau:

+ Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo

+ Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải

Bảng 2.1: Lực tác dụng vào lan can

Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tácdụng(mm)

+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng:

M : sức kháng của dầm đỉnh

H: chiều cao tường

c

L : chiều dài đường chảy

t

L : chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu

Ft : lực xô ngang quy định ở bảng 2.1 200

2.3.1 Xác định Mc: (Tính trên 1000 mm dài)

- Tiết diện tính toán b x h = 1000 mm x 100 mm và bố trí cốât thép (hình 2.7)

200 200

200 100

Hình 2.7: Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa the phương đứng

- Cốt thép dùng 14a200 mm, 1000 mm dài có 5 thanh

- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí tươngtự

- Diện tích cốt thép As:

2 s

  s

- M HW : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng:

- Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.7)

Hình 2.8: tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu

- Cốt thép dùng 212mm

- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí tươngtự

- Diện tích cốt thép As:

  

2 s

- Xác định chiều cao vùng nén: a

S y ' c

Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất

2.3.3 Chiều dài đường chảy: (L )c

Chiều cao bó vỉa: H=200 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên Mb 0

* Với trường hợp xe va vào giữa tường:

- Chiều dài đường chảy:

3.1- XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN TRONG CẦU BẢN:

3.1.1 Chiều cao của bản:

Theo bài yêu cầu thì đây là bản liên tục và bằng bê tông cốt thép dự ứng lực nên:

Chiều cao min của bản được xác định theo công thức:

Với chiều dài nhịp : L=29000mm

p

Vậy chọn chiều cao của bản là : h = 1200mm

3.1.1 Chiều rộng làm việc của cầu bản:

3.1.1.1 Chiều rộng làm việc của bản trong:

3.1.1.1.1 Một làn xe chất tải:

Bề rộng của dải bản được xác định theo công thức:

Bề rộng của lan can: 2L c 2 250mm500mm

Bề rộng của lề bộ hành : 2   K 2 1400mm 2800mm

Bề rộng phần xe chạy: B 9500mm

3.1.1.1.2 Nhiều làn xe chất tải:

Bề rộng của dải bản xác dịnh theo công thức:

12800

64002

mm N

3.1.1.2 Chiều rộng làm việc của dải biên:

Ta chọn bề rộng có hiệu của dải biên là :1800mm

3.2 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGXOL:

theo phương dọc cầu:

Hình 3.3: Sơ đồ tĩnh tải lan can, lề bộ hành tác dụng lên bản mặt cầu

* Trọng lượng bản thân:

Chiều dầy của bản mặt cầu congxol:h f 200 4002 mm

* Trọng lượng lan can, lề bộ hành:

- Trọng lượng tường bêtông:

b1 = 250 mm: bề rộng của lan can hần bê tông

h1 = 790 mm: chiều cao của lan can phần bê tông

- Trọng lượng lề bộ hành người đi: (tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa vàlan can phần bê tông chịu một nửa)

h2 =100mm bề dầy của bê tông lề bộ hành

b2 =1400-200=1200mm phần bề rộng của phần lề bộ hành

- Trong lượng thanh lan can tay vịn: trên 1 nhịp có hai thanh: Ф100 dày 5 mm, dài

- Trên toàn chiều dài cầu có 72500mm có 36 đoạn 2000mm:

 Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:

Cột lan can=Tấm thép T1+ Tấm thép T2 +Tấm thép T3

Hình 3.4: chi tiết cột lan ca



(2 800  100) 10 150 7.85 10 N / mm 225.948 N    5 

Trọng lượng tấm thép T 2: 69.944 N

Trọng lượng tấm thép T 3: 22.564 N

- Trọng lượng một cột lan can:

- Trọng lượng lớp phủ mặt lề bộ hành cầu:

DWDWh W1000 2.25 10  595 1000 2.185 /  N mm

3.2.2 Hoạt tải:

- Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1000 mm trong trường hợp này chỉ có tải của

người đi bộ truyền xuống (hoạt tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa và lan can phần bê tông chịu một nửa, là lực tập trung tại đầu bản hửng)



3 PL

PL 1000 b 3 10 1000 1400

(b = 1400 mm: bề rộng phần lề bộ hành)

- Do lề bộ hành 14000mm rộng hơn phần hẫng LC =1300mm nên hoạt tải xe không xếpvào được

3.2.3 Nội lực trong bản hẫng:

- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.5):

Hình 3.5: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng

- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:

c s

y

f a b A

280

c s

smin suy ra chọn A

s = A

smin = 1285.714mm

2

Bố trí cốt thép:

Chọn

9 14@100 A s 1384.74mm2

Vậy chọn cốt thép theo phương ngang cầu là14@100

Cốt thép theo phương dọc cầu là 16@184

3.3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TRONG BẢN DO HOẠT TẢI:

Hoạt tải gồm : 0.75 HL93 + tải trọng người

(xét trên 1000mm theo phương doc cầu)

3.3.1 Mặt cắt I-I: Là mặt cắt tại giữa nhịp thứ nhất cách gối đầu tin một đoạn

4.3m 4.3m 1.2m

+ Đường ảnh hưởng của lực cắt:

* Bên trái gối:

4.3m 4.3m 1.2m

4.3m 9m

3.3.5 Mặt cắt IV-IV: Là mặt cắt ở vị trí Ltt/4=7250mm của nhịp giữa

+ Đường ảnh hưởng của lực cắt:

4.3m 4.3m 1.2m

21750 29000 21750

MC 4-4 7250

1.2m

dah M4

3.3.6 Mặt cắt V-V: Là mặt cắt tại giữa nhịp giữa.

+ Đường ảnh hưởng của lực cắt:

4.3m 4.3m 1.2m

3

3 (9 )

0.75 110000 (0.5 0.450) 78375.0000.75 145000 (0.5 0.325) 0.75 35000 0.165 94050.0000.75 145000 (0.5 0.152) 0.75 35000 0.0267 71605.875

Bảng tổng hợp nội lực do hoạt tải :0.75HL93+ Tải người

(Chưa nhân hệ số)

3.4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DO CÁC TẢI TRỌNG TỈNH TẢI:

Xét trên một đơn vị độ dài 1000mm theo phương doc cầu, ta có:

 Tỉnh tải giai đoạn 1: Gồm tải trọng của bản cầu

( ) ( )

Vậy nội lực do hoạt tải gây ra trên 1200mm rộng được xác định như sau:

12003900

12003900

i LL LL

i LL LL

V V

M M

Bảng tổng hợp nội lực do hoạt tải gây ra ở dải trong

(Ch a nhân h s )ưa nhân hệ số) ệ số) ố)

i LL LL

i LL LL

V V M M

GIAI ĐOẠN 1 GIAI ĐOẠN 2

3.6 TỔNG HỢP NỘI LỰC DO HOẠT TẢI VÀ TỈNH TẢI:

+ Ta có nhân xét sau:

Qua bảng nội lực ta thấy nội lực do xe 2 trục tác dụng lên dải bản bé hơn nội lực xe 3 trục.Vậy ta chọn nội lực do hoạt tải xe 3 trục để tổ hợp

Xe 3 trục +Tải trọng làn + tải trọng người bộ hành

+ Ta chỉ tổ hợp chi tiết tai mặt cắt I-I, các mặt cắt còn lại làm tương tự

3.6.1 Chọn hệ số sước kháng :

Đây là bê tông cốt thép DƯL nên ta có:

Trạng thái giới hạn cường độ 1: Theo mômen   1

Theo lực cắt   0.9Các trạng thái giới hạn còn lại :   1

3.6.2 Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng:    D R

Trạng thái giới hạn cường độ 1 Trạng thái giới hạn sử dụng

Hệ số dư thừa R 1.05 không áp dụng

3.6.3 Chọn tổ hợp tải trọng:

Ta chỉ xét trạng thái giới hạn cường độ 1 và trạng thái giới hạn sử dụng

Bảng hệ số tải trọng:

Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn cường độ 1: (TTGHCĐ 1)

31

3.6.4 Tổ hợp tải trọng:

3.6.4.1 Tổ hợp tải trọng của hoạt tải:

Mặt cắt I-I:( dải trong)

V 1.05 1.75 1.25 41186.538+11519.852+1083.444117758.887N

Tương tư ta có các bảng tổng hợp sau:

Bảng tổng hợp mơ men do hoạt tải

3.7 BỐ TRÍ CÁP CHO DẦM BẢN :

Số bó cáp được chọn sơ bộ là : 2 bó

Số tao cáp trong mỗi bó cáp là: 12 tao

Cáp DƯ L đường kính 12.7mm (ASTM-A416-85 Cấp 270) có:

Aps = 98.7mm2Số tao cáp trong một bó: 12 tao

Hình 3.7: Bố trí cáp DƯ L tại mặt cắt đầu dải và giữa dải

3.8 TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN DẢI BẢN:

Nhận xét: Ta nhận thấy dải biên và dải giữa khi quy đổi ta cũng được tiết diện chử I nhưnhau Mặt khác nội lực của dải biên luôn lớn hơn nội lực của dải giữa nên từ đây ta lấy nội lực của dải biên để tính toán.

Ta thấy dải bản làm việc theo 2 giai đoạn :

+ Giai đoạn 1: Dải bản làm việc theo tiết diện có lỗ

Hệ số quy đổi từ thép thường sang bê tông là:

200000

7.00228564.471

S S Ci

E n E

Diện tích thép dọc trong dải bản:

2

23.14 16 7

1406.720mm4

s

+ Giai đoạn 2: Dải bản làm việc theo tiết diện đặc

Ta căng cáp sau t= 5 ngày kể từ khi thi cong xong bản cầu

Mơ đun đàn hồi của cáp tại thời điểm này được xác định theo cơng thức:

Ci

197000

6.928564.471

PS PS C

E n E

Chọn thép doc cầu là 14@ 200

Tiết diện được quy đổi như sau:

Hình 3.8: Quy đổi tiết diện.

Ta tính toán tren tiết diện đã quy đổi

Gọi x-x là trục đi qua đáy của tiết diện Ta có:

+ Giai đoạn 1:(có lỗ)

Hình 3.9: Tiết diện giai đoạn 1.

Diện tích của tiết diện:

x b

K y A

Hình 3.10: Tiết diện giai đoạn 2.

Diện tích của tiết diện:

K C A

3.14 87

591.6654



Mô men tỉnh của tiết diện đối với trục x-x tai mặt cắtII-II:

x b

K y



Mặt cắt III-III (tại gối):

Mặt cắt này và các mặt cắt tại gối có tiết diện hình chử nhật có kích thước

3 7.002 1406.720 40-5941.665 (1200 275) 5941.665 (1200 425)2

x b

K y

Bảng tổng hợp đăc trưng hình học:

 : Mất mát ứng suất do biến dạng từ biến (Mpa)

3.91 Các mất mát ứng suất tức thời:

3.9.1.1 Mất mát ứng suất do ma sát: f PF

Ta tính mất mát ứng suất tai các vị trí các mặt cắt.

Hệ số ma sát: Sử dụng tao cáp có ống thép mạ cứng nên

76.6 10 ; 0.2

k     (bảng 5.9.5.2.2.b-1 Mục 5.9.5.2.2b tiêu chuẩn)Thế vào công thức ta có bảng tổng hợp sau:

Mặt cắt MC I-I MC II-II MC III-III MC IV-IV MC V-V

3.9.1.2 Mất mát ứng suất do ép sát neo:f PA

Gọi độ tụt neo là    3 12mm

Chọn độ tụt neo   6mmđể tính

Mất mát ứng suất do ép sát neo ở đầu là lớn nhất và nó giảm dần vào trong

Gọi x là chiều dài ảnh hưởng của ứng suất ép sát neo,tại mặt cắt I-I được xác định theo công thức:

127409.115mm> 36955.215mm

P PF

L E x

3.9.1.3Mất mát ứng suất do nén đàn hồi: f PES

Mất mát ứng suất do nén đàn hồi trên dải bản được xem là bằng nhau và bằng mất mát tại mặt cắt III-III và được xác định theo công thức:

P

Ci

E N

N là số lần căng cáp: N=2

Eci=28564.471MPa:modun đàn hồi của bê tông sau thời gian t=5 ngày (xác định ở

+ M DC2 ' 1651039932.845 Nmm: Mô men lớn nhất tại mặt cắt III-III do tỉnh tải

giai đoạn 1 gây ra ở trạng thái GHSD.(vì không cho nứt)

+ Độ lệch tâm:d s y to215 603.204= 388.204  mm

(ds:khoảng cách từ mép trên của dải bản đến trọng tâm của 2 ống ren)+ Pi lực căng cáp được xác định

Để tìm f PES thì chúng ta phải dùng phương pháp giải lặp vì f pi cũng chưa biết

Chọn f PES 0ta tìm được ff pi  f cpg PESđến khi nào f PES(chọn) =f PES(tính) thì đó là giátrị cần tìm

Quá trình giải lặp được tổng kết ở bảng sau:

Vậy chọn f PES 29.622 MPa

3.9.2 Các mất mát ứng suất theo thời gian:

3.9.2.1 Mất mát ứng suất do co ngót: f PSR

Độ ẩm tương đối bao quanh kết cấu chọn H=70

Ta có:

93 0.85 93 0.85 70 33.5

PSR

      

3.9.2.2 Mất mát ứng suất do từ biến:

Ta xem biến dạng từ biến trong bê tông là bằng nhau tai các vị trí, xét tai mặt cắt III-III vì nội lực do tỉnh tải gây ra tai mặt cắt náy là lớn nhất

Ci

f E

2

2

cdp C

Ci

f E

M M =153079170.776Nmm (đđđược tổng hợp trên ở giai đoạn 2 theo TTGHSD)

3.9.2.3 Mất mát ứng suất do chùng nhảo của cáp:

Được xác định như sau:

Tổng ứng suất mất mát tại cá mặt cắt được tổng hợp dưới bảng sau:

Bảng tổng hợp mất mát ứng suất:

Mất mát ƯS do Kí hiệu MC I-I MC II-II MC III-III MC IV-IV MC V-V

Ma sat f PF 5.440 22.077 82.667 104.536 126.032

3.10 KIỂM TOÁN DẦM THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG:

3.10.1 Kiểm tra dầm trong giai đoạn truyền lực:

Cường độ chịu nén của bê tông khi truyền lực căng cáp (t=5 ngày) là: f ci' 28.242 MPa

Ưùng suất nén cho phép : 0.6 ' 0.6 28.242f ci   MPa16.945MPa

Ưùng suất kéo cho phép: 0.25 f ci' 0.25  28.242 1.328 MPa1.38MPa

Tải trọng tác dụng giai đoạn này gồm:

+ Trọng lượng bản thân dải bản

+ Lực căng cáp

(Cả hai loại này đều có hệ số  p 1)

Ưùng suất ở thớ trên và thớ dưới của tiết diện của dải bản được xác định như sau:

P f A  lực căng thực tế trong cáp

Mg Mô men do tỉnh tải giai đoạn 1 gây ra ở TTSD

tto khoảng cách từ mép trên của tiết điên đến truc trung hòa giai đoạn 1

tbo khoảng cách từ mép dưới của tiết điên đến truc trung hòa giai đoạn 1

Ds khoảng cách từ mép trên của tiết diên đến trọng tâm các bó cáp

Ta có bảng tổng hợp kiểm tra giai đoạn truyền lự tại các mặt cắt: