Đồ án cầu BTCT ƯST chữ I căng sau

Hướng dẫn đồ án cầu BTCT 1 L=25m Số dầm chủ n=5 Chiều cao dầm h=1800mm Bản hs=200mm Khổ cầu B=11m Bản hẫn 1m

M C L C

Ch ng 1 TIÊU CHU N THI T K , TÍNH CH T V T LI U VÀ T I

TR NG S D NG TRONG THI T K 4 

I TIÊU CHU N THI T K 4 

II M C TIÊU THI T K 4 

III T I TR NG THI T K 4 

1 T nh t i: 4 

2 Ho t t i: 4 

IV V T LI U 4 

1 V t li u thép: 4 

1.1 Thép ng su t tr c: 4 

1.2 Thép th ng: 5 

2 V t li u bê tông: 5 

Ch ng 2 THI T K B N M T C U 6 

I C U T O B N M T C U VÀ C I M LÀM VI C 6 

1 C u t o: 6 

2 c đi m làm vi c: 6 

II TR NG L NG CÁC B PH N 6 

1 Lan can: 6 

2 L p bê tông nh a: 7 

3 B n m t c u: 7 

4 B n h ng: 7 

III XÁC NH N I L C DO T NH T I 7 

1 N i l c do b n m t c u (tr ph n cánh h ng): 9 

2 N i l c do tr ng l ng b n h ng: 9 

3 N i l c do tr ng l ng l p ph m t c u: 10 

4 N i l c do lan can: 10 

IV XÁC NH N I L C DO HO T T I 10 

1 Mô men d ng l n nh t do ho t t i: 11 

1.1 Tr ng h p 1: 11 

1.2 Tr ng h p 2: 11 

1.3 So sánh tr ng h p 1 và 2: 12 

2 Mô men âm l n nh t t i các g i trong do ho t t i: 12 

2.1 Tr ng h p 1: 12 

2.2 Tr ng h p 2: 13 

3 Mô men âm do ho t t i trên b n h ng: 13 

V T H P N I L C B N: 14 

1 Tr ng thái gi i h n c ng đ 1: 14 

2 Tr ng thái gi i h n s d ng: 14 

VI CH N TI T DI N C T THÉP 15 

1 C t thép ch u mômen d ng: 16 

2 C t thép ch u mômen âm: 16 

3 C t thép phân b : 17 

4 C t thép ch ng co ngót và nhi t đ : 17 

VII KI M TRA N T THEO TTGH S D NG 17 

1 i u ki n ki m tra: 17 

2 Ki m tra c t thép ch u mômen d ng: 18 

3 Ki m tra c t thép ch u mômen âm: 19 

4 B trí c t thép b n: (Xem b n v ) 20 

Ch ng 3 THI T K D M CH 21 

I C U T O K T C U NH P 21 

II TÍNH TOÁN XÁC NH N I L C D M CH 22 

1 Xác đ nh n i l c do t nh t i: 22 

1.1 Xác đ nh t nh t i cho m t d m ch : 22 

1.1.1 T nh t i giai đo n 1 (g1) - Giai đo n c ng kéo c t thép: 22 

1.1.2 T nh t i giai đo n 2 (g2) 22 

1.1.3 T nh t i giai đo n 3 (g3) 23 

1.2 ng nh h ng mômen, l c c t: 23 

1.3 Tính toán n i l c do t nh t i gây ra: 23 

1.3.1 Tính di n tích đ ng nh h ng t i các m t c t: 23 

1.3.2 N i l c do t nh t i (không h s ): 24 

2 N i l c do ho t t i: 24 

2.1 H s phân ph i ho t t i: 24 

2.1.1 Ki m tra đi u ki n áp d ng: 24 

2.1.2 Ch n d ng m t c t ngang phù h p: 24 

2.1.3 Tính tham s đ c ng d c: 24 

2.1.4 H s phân ph i mômen: 26 

2.1.5 H s phân ph i l c c t: 28 

2.1.6 T ng h p k t qu tính toán h s phân ph i ho t t i: 28 

2.2 N i l c do ho t t i (không h s ): 28 

2.2.1 M t c t 100 (g i): 28 

2.2.2 M t c t 105 (gi a nh p): 29 

2.2.3 T ng t tính M, V cho các m t c t 101, 102, 103 và 104 31 

3 T h p n i l c theo các TTGH: 32 

3.1 Tr ng thái gi i h n c ng đ 1: 32 

3.2 Tr ng thái gi i h n s d ng: 33 

III TÍNH VÀ B TRÍ C T THÉP D NG L C 35 

1 Tính c t thép: 35 

2 B trí và u n c t thép d ng l c: 35 

2.1 B trí các bó thép nh hình v : 35 

2.2 T t c các bó đ u u n cong d ng parabol b c 2: 36 

2.3 Tính chi u dài và t a đ c a các bó c t thép: 36 

2.3.1 Chi u dài 1 bó: 36 

2.3.2 T a đ y và H: 37 

2.4 Tìm tr ng tâm c t thép d ng l c: 43 

3 Tính đ c tr ng hình h c ti t di n: 44 

3.1 M t c t 105 (gi a nh p): 44 

3.1.1 Giai đo n 1: 44 

3.1.2 Giai đo n 2: 45 

3.1.3 Giai đo n 3: 46 

3.2 M t c t 100 (t i g i): 47 

3.2.1 Giai đo n 1: 47 

3.2.2 Giai đo n 2: 48 

3.2.3 Giai đo n 3: 49 

3.3 M t c t 101: 50 

3.3.1 Giai đo n 1: 50 

3.3.2 Giai đo n 2: 51 

3.3.3 Giai đo n 3: 51 

3.4 M t c t 102: 52 

3.4.1 Giai đo n 1: 52 

3.4.2 Giai đo n 2: 53 

3.4.3 Giai đo n 3: 54 

3.5 M t c t 103: 55 

3.5.1 Giai đo n 1: 55 

3.5.2 Giai đo n 2: 56 

3.5.3 Giai đo n 3: 56 

3.6 M t c t 104: 58 

3.6.1 Giai đo n 1: 58 

3.6.2 Giai đo n 2: 59 

3.6.3 Giai đo n 3: 59 

4 Tính toán m t mát ng su t trong các bó cáp d ng l c: 61 

4.1 Tính m t mát ng su t do ma sát gi a bó cáp ng su t tr c và ng b c: 61 

4.2 Tính m t mát do thi t b neo: 66 

4.3 Tính toán m t mát do co ng n đàn h i: 66 

4.4 Tính m t ma sát do co ngót: 67 

4.5 Tính m t mát do t bi n c a bêtông: 68 

4.6 Tính m t mát do t chùng cáp: 69 

5 Ki m toán theo TTGH s d ng: 70 

5.1 Ki m tra ng su t MC 105 (gi a nh p): 70 

5.1.1 Giai đo n c ng kéo c t thép (ngay sau khi đóng neo): 70 

5.1.2 Giai đo n khai thác (sau m t mát toàn b ): 70 

5.2 Ki m tra ng su t t i m t c t g i (MC100): 71 

5.2.1 Giai đo n c ng kéo: 71 

5.2.2 Giai đo n khai thác: 72 

6 Ki m tra theo TTGH c ng đ 1: 72 

6.1 Xác đ nh b r ng b n cánh có hi u tham gia làm vi c cùng v i d m: 72 

6.2 Quy đ i ti t di n d m v i b r ng b n cánh có hi u sang ti t di n tính toán: 73 

6.3 Ki m toán s c kháng u n t i ti t di n gi a nh p d m: 73 

6.4 Ki m tra hàm l ng c t thép t i đa: 75 

6.5 Ki m tra hàm l ng c t thép t i thi u: 76 

6.6 Ki m tra s c kháng c t c a ti t di n: 76 

6.6.3 Gi thi t = 38,5o, cotg = 1,257 Tính x1 79 

6.6.4 B trí c t đai tr c r i ki m tra: 79 

7 Tính đ võng k t c u nh p: 81 

7.1 Ki m tra đ võng do ho t t i: 81 

7.2 Tính đ võng do t nh t i - l c c ng tr c và đ v ng (t i MC105): 82  7.2.1 võng do l c c ng CT DUL: 82 

7.2.2 võng do tr ng l ng b n thân d m (giai đo n 1): 82 

Ch ng 1 TIÊU CHU N THI T K , TÍNH CH T

V T LI U VÀ T I TR NG S D NG TRONG

THI T K

I TIÊU CHU N THI T K

Tiêu ch n thi t k c u 22TCN 272 : 2005

II M C TIÊU THI T K

- Thi t k phù h p v i đa s nhà th u, v i v t li u có s n trong vùng, trong

T i tr ng b n thân k t c u và các b ph n phi k t c u: Lan can, l p ph m t

c u, thi t b thoát n c, chi u sáng

- C ng đ kéo quy đ nh c a thép ng su t tr c: fpu = 1860 (Mpa)

C10 10 Bê tông t o ph ng đáy móng

- B n làm vi c c c b , kê lên các d m ngang và d m ch

- Nh p c a b n theo ph ng ngang c u là kho ng cách gi a tim các d m ch

S = 2,2 (m); theo ph ng d c c u có 6 d m ngang kho ng cách gi a các d m ngang: L2 = 7,0 (m) Do L2 > 1,5.S = 3,3, nên trong tính toán g n đúng, ta s thi t

k b n kê hai c nh làm vi c theo ph ng ngang c u, có nh p S = 2,2 (m)  ta áp

d ng ph ng pháp d i b n theo ASSHTO đ tính toán thi t k b n m t c u

B ng 20 Tính toán tr ng tâm lan can

Hình

Kích th c (mm)

Di n tích (mm 2 )

X i S i X i

Hình 1 (Ch nh t) 300 680 204.000 150 30.600.000Hình 2 (Tam giác) 200 180 18.000 367 6.600.000Hình 3 (Ch nh t) 200 250 50.000 400 20.000.000

B n m t c u đ c xem nh các d i b n n m vuông góc v i d m ch Mômen

d ng l n nh t c a b n n m khu v c gi a hai d m ch T ng t , mômen âm l n

nh t n m trên đ nh m i d m D i b n ngang đ c coi là liên t c nhi u nh p, có nh p

b ng kho ng cách hai d m ch D m ch đ c coi là c ng tuy t đ i xác đ nh

l c c t và mômen u n t i các v trí ta l p đ ng nh h ng c a d m liên t c b n

nh p hai đ u h ng Tra ph l c A - Sách C u bê tông c t thép trên đ ng ô tô - T p

1 c a GS.TS Lê ình Tâm, ta l p đ c các đ ng nh h ng nh sau:

- Chi u dài đo n b n h ng: L = 1.100 (mm)

- Kho ng cách t tr ng tâm lan can đ n g i th nh t:

L1 = 1100 - 210 = 890 (mm)

- Kho ng cách t mép lan can đ n g i th nh t:

L2 = 1100 - 500 = 600 (mm)

Các đ ng nh h ng c a b n m t c u cho trong b ng A1, ph l c A, sách

C u bê tông c t thép trên đ ng ô tô - T p 1 - GS.TS Lê ình Tâm i v i t i

tr ng phân b đ u, l y di n tích trong b ng nhân v i S đ tính l c c t và S2đ tính

mô men

MS = WS  Akhông h ng  S2

M204S = 0,00471  0,0772  2.2002

= 1.760 (N/mm) M300S = 0,00471  (-0,1071)  2.2002

= -1.402 (N/mm) M3000 = 0,00471  0,135  1.1002

= 769 (N/mm)

nh h n 300 (mm) khi thi t k b n h ng và không nh h n 600 (mm) tính t tim bánh xe đ n các b ph n khác

Chi u r ng có hi u c a d i b n trong (mm) ch u t i tr ng bánh xe c a b n

m t c u đ t i ch là:

- Khi tính b n h ng: 1440 + 0,833.X

- Khi tính mômen d ng: 660 + 0,55.S

- Khi tính mômen âm: 1220 + 0,25.S

Trong đó X là kho ng cách t bánh xe đ n tim g i, S là kho ng cách gi a các d m ch

1 xe

1

S

PSyym204

870.1

500.72200.20254,0204,02,1204

1.2 Tr ng h p 2:

Khi x p 2 làn xe H s làn xe m = 1,0

Hình 07 S đ x p 2 làn xe lên đ ng nh h ng M204

Mô men t i ti t di n 204:

wd 4

3 2 1 xe

2

S

PSyyyym204

870.1

500.720021,00086,00254,0204,00,1204

M204xe = max(M2041xe, M2042xe) = M2041xe = 18.280 (N.mm)

2 Mô men âm l n nh t t i các g i trong do ho t t i:

Chi u r ng d i b n khi tính mô men âm là:

Hình 08 S đ x p 1 làn xe lên đ ng nh h ng M300

Mô men t i ti t di n 300:

wa 2

1 xe

1

S

PSyym300

770.1

500.72200.20789,01029,02,1300

x p 2 làn xe s không nguy hi m b ng tr ng h p x p 1 làn xe (khi m = 1,2)

3 Mô men âm do ho t t i trên b n h ng:

Hình 09 S đ x p 1 làn xe lên đ ng nh h ng M200

- Mô men âm l n nh t t i ti t di n 200 do ho t t i:

mm1S

PXm200M

0 w

xe    

mm1390.1

500.723002,1200

2 Tr ng thái gi i h n s d ng:

B ng 24 T h p n i l c theo TTGH s d ng

V trí MS M0 MPb MDW 1,25*Mxe Giá tr

M204SD 1.760 -1.402 -2.999 442 22.850 20.651 M300SD -2.441 769 1.646 -728 -24.574 -25.328

f.03,0d

3003,0AMin

2 s

* Kho ng cách l n nh t c a c t thép ch b ng 1,5 l n chi u dày b n ho c

450 (mm):

smax = 1,5  200 = 300 (mm)

/mm) t

- Ch n D14 a180, As = 0,855 (mm2/mm)

1313085,0

400855,0b.f.85,0

f.A

725.42d.330

/mm) t

- Th ch n D14a180 mm, As = 0,855 (mm2/mm)

1313085,0

400855,0b.f.85,0

f.A

.Mn 44.785 (N.mm/mm) > Mu = 42.752 (N.mm/mm) t

* i v i c t thép ngang bên trên ch u mômen âm dùng D14a180mm

C t thép ph theo chi u d c đ c đ t d i đáy b n đ phân b t i tr ng bánh

xe d c theo c u đ n c t thép ch u l c theo ph ng ngang Di n tích yêu c u tính theo ph n tr m c t thép chính ch u mômen d ng i v i c t thép chính đ t vuông góc v i h ng xe ch y:

S ph n tr m = 67%

S

840.3c



200200.2

840.3

120075,0f

A.75,0A

f

c sa

s   , trong đó:

- Z = 23.000 (N/mm), là tham s chi u r ng v t n t cho đi u ki n môi tr ng

kh c nghi t;

- dc - Chi u cao tính t th ch u kéo xa nh t đ n tim thanh g n nh t ≤ 50 mm

- A - Di n tích có hi u c a bê tông ch u kéo trên thanh có cùng tr ng tâm v i

c t thép

Dùng t s mô đun đàn h i n = Es/Ec đ chuy n c t thép sang bê tông t ng

đ ng Es = 200.000 (Mpa)

700.27302400

043,0f 043,0

Ec  1c,5 c'   1,5  (Mpa)

n = Es/Ec = 200.000/27.700 ả 7

Hình 11 Ti t di n n t ch u mômen d ng

- Gi thi t c t thép phía trên n m th ch u kéo c a tr c trung hòa nh hình

v L y t ng mômen t nh đ i v i tr c trung hòa ta có:

' s 3

cr n.A d'-x n.A d-x3

x.b

651.207x-dI

1Mnf

f.6,0

;Ad

Zmin

- Gi thi t c t thép phía d i n m th ch u kéo c a tr c trung hòa nh hình

v L y t ng mômen t nh đ i v i tr c trung hòa ta có:

s 3

cr n.A d'-x n.A d-x3

x.b

328.257x-dI

1Mnf

f.6,0

;Ad

Zmin

VDC

tt

c dc

1.1.2 T nh t i giai đo n 2 (g2)

Giai đo n l p d m ch , đ bê tông d m ngang và b n m t c u:

- Tr ng l ng d m ngang gi thi t phân b đ u theo chi u dài d m ch :

Th tích 6 đo n d m ngang phân b cho 1 d m ch :

Vdn = Vdn/nh p : 4 = 11,5 : 4 = 2,875 (m3)

02,22

,34

24875,2L

VDC

tt

c dn

- Tr ng l ng t m ván khuôn đ l i: Tính trong ph m vi t m ván khuôn n m

gi a hai d m ch (b = 1,55 m)

72,3241,055,1L

LhbDC

tt

c tt c

- Tr ng l ng b n m t c u: Tính trong ph m vi b n m t c u n m gi a tim hai d m ch (b = S = 2,2 m)

LhbDC

tt

c tt c

2P

tt

lp tt

.043,0

f.043,0E

En

' D _ c 5 , 1 c

' B _ c 5 , 1 c D

B ng 27 Xác đ nh tr ng tâm d m ch

Hình Kích th c (m)

Di n tích, Si(m2)

5448,0S

y.Si

Kg   2g    2  (m4)= 0,711012

(mm4) 2.1.4 H s phân ph i mômen:

, 0 tt

4 , 0 1

KL

S4300

S06,0.2,1g

12 3

, 0 4

, 0 1

1071,0200

.34

22004300

220006

,0.2,1

- Tr ng h p có hai làn xe:

m

1 , 0 3 s tt g 2

, 0 tt

6 , 0 2

KL

S2900

S075,0

g        

12 2

, 0 6

, 0 2

1071,0200

.34

22002900

2200075

,0

b) D m biên (d m 1):

- Tr ng h p có m t làn xe: Tính toán theo ph ng pháp đòn b y

Hình 19 X p 1 làn xe, tính h s phân ph i mômen đ i v i d m biên

400S

60077

,02800

d77,0

mgM2= e  M

3 , 2

g = 1  0,613 = 0,613

S36,0m

200.2600.7

200.220,0700

.10

S600

.7

S20,0g

0 2 0

2 2

60060,03000

d60,0

mg1V2= e  V

3 , 2

g = 1  0,212 = 0,212 2.1.6 T ng h p k t qu tính toán h s phân ph i ho t t i:

Hình 20 X p ho t t i lên đ ng nh h ng V100

y1 = 1

874,02,34

3,42,34

749,02

,34

3,43,42,34

965,02,34

2,12,34

a) Mô men:

Hình 21 X p ho t t i lên đ ng nh h ng M105

55,81,172

,34

1,172,34L

3,41,17y3,4y

2 L 2 L 3

95,755,81,17

2,11,17y2,1

2 L 2 L

Hình 22 X p ho t t i lên đ ng nh h ng V105

y1 = 0,5

374,05,01,17

3,41,175,03,4y

2 L 2 L

249,05,01,17

6,81,175,06,8y

2 L 2 L

465,05,01,17

2,11,175,02,1y

2 L 2 L

B ng 29 B ng tính mômen t i các m t c t

M t

c t y1 y2 y3 y4 MTR MTad MLN

M (kNm)

B ng 31 T h p mômen theo TTGH c ng đ 1

M t

M u C 1 (kNm)

V25,1V

)kN(2,1063,599,46VVV

V LN

xe ht

lp a 3 3

M25,1M

)m.kN(9,9073,5076,400M

M

M

M LN

xe ht

lp a 3 3

Giai đo n 1 Giai đo n 2 Giai đo n 3 3 giai đo n

V 1 (kN)

M 1 (kN.m)

V 2 (kN)

M 2 (kN.m)

V 3 (kN)

M 3 (kN.m)

V SD (kN)

M SD (kN.m)

III TÍNH VÀ B TRÍ C T THÉP D NG L C

1 Tính c t thép:

D ki n ch n lo i tao cáp ng su t tr c có đ ng kính d = 15,2 (mm), di n tích 1 tao Api = 140 (mm2), gom các tao cáp thành t ng bó nh , m i bó g m 7 tao thì di n tích bó cáp là:

Fpi = 7  Api = 7  140 = 980 (mm2

)

C ng đ ch u kéo c a thép ng su t tr c: fpu = 1860 (Mpa)

T i gi a nh p, mômen u n tính toán là: MuC 1 = 12.625,2 (kN.m)

D m có chi u cao h = 2000 (mm) bao g m c chi u dày ph n b n m t c u

Vi c l a ch n di n tích c t thép ng su t tr c d a vào công th c kinh nghi m sau đây:

Zf

MA

T

u 1 C 0

18009,02

tth9,0

700.1336.1

102,625.12

608200.34L

- Bó 2: a = 90 (mm), f = 150 - 90 = 60 (mm)

200.343

608200.34L

908200.34L

908200.34L

12108200.34L

13408

200.34L

f.4

604x.xll

f.4

2

H = f + a - y = 60 + 90 - 22 = 128 (mm)

- Bó 2: a = 90 (mm); f = 60 (mm);

y =   34.200 3.420 3.420 22

200.34

604x.xll

f.4

904x.xll

f.4

904x.xll

f.4

210.14x.xll

f.4

340.14x.xll

f.4

604x.xll

f.4

604x.xll

f.4

904x.xll

f.4

2

H = f + a - y = 90 + 210 - 58 = 242 (mm)

- Bó 4: a = 210 (mm); f = 90 (mm);

y =   34.200 6.840 6.840 58

200.34

904x.xll

f.4

210.14x.xll

f.4

340.14x.xll

f.4

604x.xll

f.4

604x.xll

f.4

904x.xll

f.4

904x.xll

f.4

210.14x.xll

f.4

2

H = f + a - y = 1.210 + 90 - 1.016 = 284 (mm)

- Bó 6: a = 210 (mm); f = 1.340 (mm);

y =   34.200 10.260 10.260 1.026

200.34

340.14x.xll

f.4

604x.xll

f.4

604x.xll

f.4

904x.xll

f.4

904x.xll

f.4

210.14x.xll

f.4

340.14x.xll

f.4

H (mm)

y (mm)

H (mm)

y (mm)

H (mm)

y (mm)

H (mm)

y (mm)

H (mm)

y (mm)

15501300

23002150ay

.6

1068864

22682128ay

.6

69252622422112ay

.6

42428422242100ay

b b

* M t c t 104:

mm169a

.6

2642142138292ay

.6

3210390ay

d.nF

2 2

b

Sy

1

0 d d

1 d t

1 H y

y 1.800 - 855 = 945 (mm)

+ H s quy đ i t thép sang bê tông: 5,5

750.35

000.195E

En

I

11 t

1

1 1

945

105,2y

)

875.666

700.799.22A

Sc

2

1 1

+  d  1

1 d

2 y c

y 855 - 34 = 821 (mm)

2 d t

2 H y

y 1.800 - 821 = 979 (mm)

yy.A.ncAI