tính toán cầu dẫn

tính toán cầu dẫn

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN CẦU DẪN CẦU

5.1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNH

5.1.1 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG

1 Tải trọng ô tô

Ô tô H30 hoạt động theo phương dọc cầu dẫn, sơ đồ tải trọng ô tô:

- Các thông số chính của xe H30

XE ÔTÔ H30Kích thước ghi bằng m

2 Tải trọng bản thân:

Quá trình khai báo phần mềm SAP2000 tự hiểu

5.1.2 TỔ HỢP TẢI TRỌNG:

Sơ đồ tải trọng = Bản thân + Ôtô

5.2 XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI CHỊU UỐN CỦA CỌC:

Chiều dài chịu uốn của cọc được xác định sơ bộ theo công thức :

d η 0 L uốn

Bảng : Kết quả tính toán chiều dài chịu uốn của cọc

2

D

th N

U

qd F L L

5.3 SƠ ĐỒ TÍNH

Áp dụng những phương pháp tính toán phần tử hữu hạn để giải nội lực thông qua

sử dụng phần mềm SAP2000 số liệu kết quả tính toán

MÔ HÌNH CẦU DẪN

5.4 NỘI LƯC KHUNG KHÔNG GIAN

BIỂU ĐỒ MOMENT: M3-3 CỦA MÔ HÌNH CẦU DẪN:

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT: SHEAR 2-2 CỦA MÔ HÌNH CẦU DẪN:

5.5 TÍNH TOÁN BÊTÔNG CỐT THÉP

5.5.1 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU

1 Bê tông

Bê tông sử dụng là bê tông M300 đá 12 với các đặc trưng cơ học như sau:+ Modul đàn hồi Eb =290000 KG/cm2

+ Cường độ chịu nén tính toán Rn = 130 KG/cm2

+ Cường độ chịu kéo tính toán Rk = 10 KG/cm2

2 Cốt thép

Cốt thép sử dụng:

- Cốt thép sử dụng cho sàn, dầm: Thép AII có các đặc trưng cơ học như sau:+ Modul đàn hồi Ea = 2100000 KG/cm2

+ Cường độ chịu kéo tính toán Ra = 2800 KG/cm2

+ Cường độ chịu nén tính toán Ra' = 2800 KG/cm2

+ Cường độ chịu cắt tính toán Rad = 2240 KG/cm2

- Cốt thép sử dụng cho cốt đai: Thép AI có các đặc trưng cơ học như sau:+ Modul đàn hồi Ea = 2100000 KG/cm2

+ Cường độ chịu kéo tính toán Ra = 2300 KG/cm2

+ Cường độ chịu nén tính toán Ra' = 2300 KG/cm2

+ Cường độ chịu cắt tính toán Rad = 1800 KG/cm2

5.5.2 TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM NGANG CẦU DẪN

Từ kết quả giải nội lực cho ra kết quả như sau:

DAMNGANG45 TOHOP 0.0006117 8.178 56.78871 312

DAMNGANG46 TOHOP 0.0009312 8.1704 56.39464 320

DAMNGANG59 TOHOP 0.0006454 6.8833 57.19047 313

DAMNGANG60 TOHOP 0.000968 6.7799 56.4894 321

DAMNGANG113 TOHOP -0.008 -9.21 -5.639 293

1 Tính toán cốt thép dọc

a Tiết diện chịu moment âm (ở gối)

90 80 130 0.0067

=

a R

bh n

R att

Chọn theo cấu tạo4φ20 (Fa = 12.568cm2) Bố trí cốt thép như hình vẽ

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

=> Chiều cao có ích của tiết diện: ho = h – a = 100-10= 90(cm)

Cánh nằm trong vùng nén tham gia chịu lực với sườn Chiều rộng cánh dầm đưa vào tính toán là:

bc = b + 2.c1

Trong đó:

c1 là độ vươn của cánh được lấy trị số bé hơn trong ba trị số sau:

+ Một nữa khoảng cách hai mép trong của dầm: 0.5520 = 260(cm)

+ Một phần sáu nhịp tính toán của dầm : 61 (600) = 100 (cm)

+ Chín lần chiều cao bản cánh: 925 = 225(cm)

h ) = 13028025(90 – 252 ) = 70525000(Kg.cm)

⇒ Mc > Mmax ⇒ Trục trung hoà qua cánh, tính với tiết diện chữ nhật: b’

c h

0h

'cb.n

cm 22.445 2800

90 280 130 0.0192 0

h c b n R att

Chọn 5φ22 (Fa = 22.62 cm2) Bố trí cốt thép như hình vẽ

Kiểm tra a: Theo hình athật = a0 + 2φ =5+22.4 =6.2(cm)

Ta thấy a=10 (cm) > athật =6.1(cm) thiên về an toàn nên giả thiết là hợp lý

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

2 Tính toán cốt thép ngang

- Kiểm tra các điều kiện hạn chế về lực cắt:

Chọn đai 4 nhánh φ10AI, fa = 0.785(cm2), Rad= 1800 (Kg/cm2)

- Khoảng cách U được lấy giá trị bé hơn 3 giá trị sau:

u d f n ad

HÌnh : Mặt cắt bố trí cốt thép dầm ngang

DẦM NGANG CẦU DẪN

5.5.3 TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM DỌC CẦU DẪN

Từ kết quả giải nội lực cho ra kết quả như sau:

Mmin = -34.84 (Tm)

Qmax = 65.89 (T)

1 Tính toán cốt thép dọc

a Tiết diện chịu moment âm (ở gối)

90 80 130 0.042

=

a R

bh n

R att

Chọn 5φ20(Fa = 15.71 cm2) Bố trí cốt thép như hình vẽ

Kiểm tra a: Theo hình athật = a0 + φ2 = 5+1.0 = 6 (cm)

Ta thấy a=10 (cm)> athật = 6(cm) ⇒ Giả thiết là hợp lý

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

=> Chiều cao có ích của tiết diện: ho = h – a =100-10 = 90(cm)

Cánh nằm trong vùng nén tham gia chịu lực với sườn Chiều rộng cánh dầm đưa vào tính toán là:

bc = b + 2.c1

Trong đó:

c1 là độ vươn của cánh được lấy trị số bé hơn trong ba trị số sau:

+ Một nữa khoảng cách hai mép trong của dầm: 0,5400 = 200(cm)

+ Một phần sáu nhịp tính toán của dầm : 61 (600) = 100 (cm)

+ Chín lần chiều cao bản cánh: 925 = 225(cm)

h ) = 13020025(94 – 252 ) = 52975000(Kg.cm)

⇒ Mc > Mmax⇒ Trục trung hoà qua cánh, tính với tiết diện chữ nhật: b’

c h

0h

'cb.n

cm 24.44 2800

94 80 2 130 0.02 0

h c b n R

att

Chọn 5φ25 (Fa = 24.545 cm2) Bố trí cốt thép như hình vẽ

Kiểm tra a: Theo hình athật = a0 + 2φ =5+22.5 = 6.25(cm)

Ta thấy a=10(cm) > athật = 6.25(cm) thiên về an toàn nên giả thiết là hợp lý

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

2 Tính toán cốt thép ngang

- Kiểm tra các điều kiện hạn chế về lực cắt:

Qmax = 65.89(T)

Qmax > K1.Rk.b.ho = 0.6  10  80  90 = 43200 (Kg) = 43.2 (T)

Qmax < K0.Rn.b.ho = 0,35 130  80  90= 327600 (Kg) = 327.6 (T)

⇒ K1.Rk.b.ho < Qmax < K0.Rn.b.ho : Phải tính cốt thép chịu lực cắt

Chọn đai 2 nhánh φ10AI, fa = 0,785(cm2), Rad= 1800 (Kg/cm2)

- Khoảng cách U được lấy giá trị bé hơn 3 giá trị sau:

Q

2 0 h b k R 8 a f n ad

64420

2 90 80 10

umax = 201 2 ( )

64420

2 90 80 10 2

2 0 2

cm Q

h b k R

u

d f n ad

Hình : Mặt cắt bố trí cốt thép dầm dọc`

DẦM DỌC CẦU DẪN

5.5.4 TÍNH TOÁN CỐT THÉP BẢN CẦU DẪN

1 Số liệu tính toán

Kết quả nội lực từ SAP2000

241 240 Shell-Thin Combination -1.313 -6.566

256 255 Shell-Thin Combination -1.295 -6.474

256 255 Shell-Thin Combination -1.313 -6.566

271 270 Shell-Thin Combination -1.295 -6.474

Bản có chiều dày 25cm, cấu tạo như hình vẽ:

Kích thước ô bản tính toán

BẢN BÊTÔNG 25cmBÊTÔNG NHỰA DÀY 6cm

Tính toán với trường hợp ôtô H30 dọc theo phương dài bản, trên bản không có hàng hóa Tính toán cho 1m chiều dài bản.

- Ôtô H30 hoạt động trên cầu dẫn với các thông số tính toán:

6 1.6

0.6 1.9 0.5 0.5

- Chiều dài vệt bánh xe và diện phân bố áp lực:

Trường hợp 4:

TÍNH MOMENT UỐN TRONG BẢN BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 :

MOMENT THEO PHƯƠNG 11(M11) TOHOPBAO

MOMENT THEO PHƯƠNG 22(M22) TOHOPBAO

2 Tính toán BTCT bản

a Theo phương cạnh ngắn L 1

Chọn a0 = 5(cm) ⇒ h0 = h – a0 = 25 – 5 = 30(cm)

h=25(cm): Chiều dày bản BTCT.

0 h b n R

.

× 20 100

11 22

100% =1.105%

0 h b n R

11 22

M

20 100 130

.

× 30 100

11 22

100 %= 1.105%

0 h b n R

M

20 100 130

357000

= 0.069

α = 1- 1 − 2 A = 1- 1 − 2 × 0 026 = 0.072

Fa = α.Rn.b.h0 = 0.072×130×100×20 = 6.686 (cm2)

⇒ Đặt theo cấu tạo φ16a100, AII (Fa = 22.11 cm2)

µ =

0 h

.

× 30 100

11 22

100 %= 1.105%

5.6 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN MỞ RỘNG VẾT NỨT (tính theo TTGH II)

Tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt cần đảm bảo bề rộng vết nứt:

at < [at] = 0.25(mm)

Bề rộng khe nứt của cấu kiện BTCT được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế sau:

)mm(

3 d)

P2070.(

a

Ea C.Kn

Trong đó:

+ K = 1 - Đối với cấu kiện chịu uốn và nén lệch tâm,

+ K = 1.2 – Đối với cấu kiện chịu kéo

+ C: Hệ số xét tính chất tác dụng của tải trọng

C = 1: Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn

C = 1.5: Đối với tải tác dụng dài hạn

+ Hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép η:

Đối với thanh thép có gơ øη= 1

Đối với thép sợi có gờ hoặc dây bện η = 1.2

Đối với thép thanh tròn trơn η = 1.3

Đối với sợi thép trơn η = 1.4

b a

F 100

Đối với cấu kiện chịu kéo đúng tâm:

2100aF100p

=µ

=

+ d: Đường kính cốt thép

Trong trường hợp có nhiều loại đường kính khác nhau thì đường kính tương đươngnhư sau:

∑

∑

=

i n i

n

2 i d d

+ Modul đàn hồi của cốt thép: Ea = 2100000 (KG/cm2)

+ Ứng suất trong cốt thép σa tính theo công thức:

1 Z a

(cm)

Bảng tính toán kiểm tra kết quả

DAMNGANG 5574000 22.62 80 90 6.09 86.955 2833.869 0.314 0.195

564000 12.568 80 90 3.38 88.308 508.174 0.175 0.039 DAM DOC 6690000 24.545 80 90 6.61 86.696 3143.871 0.341 0.215

3440000 15.71 80 90 4.23 87.885 2491.532 0.218 0.190

Kết quả bề rộng vết nứt tính được nhỏ hơn bề rộng vết nứt cho phép

⇒ Cấu kiện thỏa điều kiện mở rộng vết nứt

5.7 KIỂM TRA ÉP LÕM BẢN MẶT CẦU

Kiểm tra ép lõm bản ứng với trường hợp Ôtô H30:

Lực ép lõm: P=6T

Bêtông nhựa phủ dày: h1=60mm

Chiều dày bản: h=250mm

Chiều dày lớp bêtông bảo vệ: a=50mm

Chiều cao làm việc: h0 = h-a = 200mm

Bêtông sử dụng: M300

Cường độ chịu kéo của bêtông: Rp = 10 Kg/cm2

Diện tích tiết tiếp xúc của bánh xe: a2×b2 = 200×600mm

⇒ Diện truyền tải lên mặt cầu:

a1 = a2 + 2h1 ×tg300 = 200 + 2×60×tg300 = 269,3 mm

b1 = b2 + 2h1 ×tg300 = 600 + 2×60×tg300 = 669.3 mm

Tính bản 2 lớp cốt thép chịu ép lõm được tiến hành từ điều kiện sau:

o h tb D p R b m P n c

Sơ đồ kiểm tra bản chịu ép lõm

kn = 1.15: Hệ số cấp công trình(Bảng 1 TCVN 4116-85)

n = 1.25: Hệ số vượt tải (Bảng 3 TCVN 4116-85)

nc = 1: Hệ số tổ hợp tải trọng (Bảng 2 TCVN 4116-85)

⇒ kn×nc×n×P=1.15×1×1,25×6=8.625(T)

Tính: mb×Rp×Dtb× o

Trong đó:

mb = 1: Hệ số điều kiện làm việc của bêtông

Dtb: Chu vi chịu ép lõm trung bình

Rp: Cường độ chịu kéo của bêtông

⇒ mb×Rp×Dtb×ho=1×10×1957.2×20 = 39144(Kg) = 39.144 (T)

Kiểm tra: kn× nc× n × P=8,625(T) < mb×Rp×Dtb×ho=39.144 (T)

⇒ Bản thỏa điều kiện ép lõm