Thiết kế kết cầu bê tông dự ứng lực nhịp giản đơn đường ô tô với tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 05, hoạt tải HL93, chiều dài nhịp 26m, khổ cầu k10+2x1m,căn sau

Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm dọc giữa: - Kiểm tra phạm vi áp dụng:... Tính nội lực dầm chủ do hoạt tải: Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng

Thiết kế môn học Cầu Bê Tông Cốt Thép F1

Mục lục Phần 1: Nội dung thuyết minh

1 Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ

1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu

1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ

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)

12.2 Tính độ võng do tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải)

12.3 Tính độ võng tức thới do hoạt tải có xét lực xung kích

Phần 2: bản vẽ kỹ thuật

(Bản vẽ khổ A1)

Thiết kế môn học Cầu Bê Tông Cốt Thép F1

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:

- 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 = 26 - 20.4=25.2 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= 10 m, chiều rộng vỉa hè B3=1.0 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) = 1000+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25.2=1.134 m Chọn H=1300 mm

- ChiÒu cao bÇu dÇm: H1 = 180mm.

- ChiÒu cao vót cña bông bÇu dÇm:H2 = 150 mm

- ChiÒu cao sên H3 = 630 mm

- ChiÒu dµi dÇm ngang gi÷a dÇm : ln =210 cm

- ChiÒu dµi dÇm ngang trªn gèi : ln 200 cm

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

4

2 25

= 2600 mm

 Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau S= 2100 mm

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

2 / 200

= 1300 mm

 Bề rộng phần hẫng =1250 mm

 Diện tích tiết diện: A=  Ai (cm2)

 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 (cm4)

16000 1280 20480000 2133333.333 2.622E+10

540875 720.875 389903266 52743563661 3.338E+11187.5 192.5 36093.75 585937.5 7533984.4

108000 90 9720000 291600000 1.166E+09

Yc = 631.729137 mm

Id = 6.2662E+11 mm4

 Diện tích tiết diện: A=  Ai (cm2)

 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 (cm4)

Cao(cm)

Rộng(cm)

Aicm2)

Yx(cm)

Sx(cm3)

Iox(cm4)

Ix(cm4)

Eb: Mô đun đàn hồi của vật liệu dầm

0.4

g 3

0.6

g 3

Hệ số phân bố mô men thiết kế của các dầm giữa: gmg=max( gmg1, gmg2)= 0.6368447

- 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:

210   

= 1Trong đó B3 là phần lề ngời đi



2

1

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

gLàn1=

3

2 1



2

1

(210+125-25-100-25)2/210= 0.17619

- Hai hoặc nhiều làn chất tải:

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

de=125-(25+100+25)= -25 cm=-250 mmVậy de=-250 mm nằm trong phạm vi áp dụng công thức: gmb2= egmg

 Các hệ số phân bố đợc lấy nh sau:

gmbHL=gHL1=0.35714286

gmbPL=gPL1=1.48571429

gmblàn=gLàn1=0.17619048

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

- Kiểm tra phạm vi áp dụng:

2

10700 3600

2 ,

Hệ số phân bố lực cắt thiết kế đối với dầm giữa:gvg=max(gvg1, gvg2)= 0.74481

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=-250 mm nằm trong phạm vi áp dụng công thức:

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

ThiÕt kÕ m«n häc CÇu Bª T«ng Cèt ThÐp F1

 DiÖn tÝch tiÕt diÖn ®Çu dÇm: A0= 0.6651 m2

 DiÖn tÝch tiÕt diÖn gi÷a dÇm: A= 0.4375 m2

 Träng lîng hai ®o¹n ®Çu dÇm:

n n n n

L N

N l b H

25 ) 2 2 2 0 09 1 (

k b

S k

2 2

Giai đoạn cha liên hợp: DCdc=1165.957332 kg/m

 Giai đoạn khai thác:

- 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

- 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:

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:





- 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

Thiết kế môn học Cầu Bê Tông Cốt Thép F1

0 12.6 0 12.6 11.4380414 29.19774232 144.119 367.89161.08 11.5431 0.02314286 11.52 11.4380414 29.19774232 131.766 336.3581.5 11.1446 0.04464286 11.1 11.4380414 29.19774232 126.962 324.09496.3 7.0875 0.7875 6.3 11.4380414 29.19774232 72.0597 183.9458

- 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:

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:

So sánh các giá trị tính đợc trong 2 trờng hợp trên, chọn mô men do xe thiết kế:

x Mxetk1(kNm) Mxetk2(kNm) Mxetk(kNm)

1.08 296.78571 273.0557143 296.785711.5 404.07738 371.9940476 404.077386.3 1307.125 1266.875 1307.125

- Mô men gây ra do tải trọng làn: qlàn=9.3 kN/m rải đều trên suốt chiều dài cầu

Mlàn=qlàn M

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 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)

- 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:

VLLg=gvg(1+IM)Vxetk+gvgVlanx + gvgPLVPLx (kN)

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

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= 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:

H f

M A

pu

u psg

9 0 85

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

- 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

f- đờng tên

Ltt- 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

 Xác định góc hợp bởi tiếp tuyến với bó cáp tại mặt cắt đang xét với phơng nằmngang()

 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

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 dầm

f (cm) tg (Rad)) (độ)ộ)) sin y (cm) a (cm) h (cm)

a Giai ®o¹n 1 (tÝnh cho mÆt c¾t gi÷a nhÞp)

- Giai ®o¹n tríc lóc c¨ng kÐo, mÆt c¾t bÞ gi¶m yÕu do c¸c lç luån c¸p

= 136287776243.275 mm4

=> I0= 1.3631011 mm4

b Giai đoạn 2 (tính cho mặt cắt giữa nhịp)

- 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

Thiết kế môn học Cầu Bê Tông Cốt Thép F1

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

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+00

A1 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

MC

LH yd 1.068E+03 1.122E+03 1.155E+03 1.149E+03 1145.365 mm

yt

2 7.315E+02 6.780E+02 6.451E+02 6.513E+02 654.635 mm

I2 3.971E+11 3.563E+11 3.397E+11 3.455E+11 3.507E+11 mm4

IX. Tính toán mất mát ứng suất:

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

 : Tổng mất mát ứng suất trớc (MPa)Các mất mát tức thời:

pF f

pA f

 : Mất mát do thiết bị neo (MPa)

pES f

Các mất mát theo thời gian:

pSR f

pCR f

 : Mất mát do từ biến của bê tông (MPa)

pR f

 :Mất mát do tự chùng(dão) của cốt thép dự ứng lực (MPa)

1 Mất mát do ma sát:

- Mất mát do ma sát giã bó thép dự ứng lực và ống bọc:

fpF = fpj(1 – e-(Kx + ) ) (CT 5.9.5.2.2b-1)Trong đó :

 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

y x

  

 Chiều dài toàn bộ bó cáp: Lcáp=x

ThiÕt kÕ m«n häc CÇu Bª T«ng Cèt ThÐp F1

 ChiÒu dµi ®o¹n c¸p tÝnh tõ ®Çu kÝch tíi ®iÓm ®ang xÐt: x=

0

MCx x MC

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:

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

N 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 50=33941.1255MPa

N: Số lợng các bó cáp ứng suất trớc giống nhau N = 3

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

2

- i - i DCI cgp

P Pe M e f

Pi : Lực nén trong bêtông do ứng suất trớc gây ra tại thời điểm sau khi kích, tức là đã xảy

ra mất mát do ma sát và tụt neo

Pi=APS(fpj-fpF-fpA)

fpj: ứng suất trong thép dự ứng lực khi kích (Mpa); fpj=1302 MPa

Aps: Tổng diện tích của các bó cáp ứng suất trớc; Aps= 5040 mm2= 50.4 cm2

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

A0: Diện tích mặt cắt ngang dầm giai đoạn 1

I0: Mô men quán tính của mặt cắt giai đoạn 1

5 Mất mát do từ biến của bê tông:

- Mất mát dự ứng suất do từ biến có thể lấy bằng :

fpCR = 12,0 fcgp - 7,0 fcdp  0 (5.9.5.4.3-1)Trong đó :

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 ờng xuyên, trừ tải trọng tác động vào lúc thực hiện lực dự ứng lực, đợc tính ở cùng mặt cắttính 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 cha liên hợp

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: