THIẾT KẾ DẦM CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC MẶT CẮT CHỮ T(Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05)

Hệ số điều chỉnh tải trọng Hệ số xét đến tính dẻo của kết cấu ηD =0,95 cho các thiết kế thông thường.. Tuy nhiên thực tế ta chỉ cần xác địnhnội lực tại các mặt cắt quan trọng phục vụ cho

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

CƠ SỞ THÁI NGUYÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Tuấn

Sinh viên thực hiện : Đào Xuân Dũng

Lớp : 64DLCD01

THIẾT KẾ DẦM CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

- Công nghệ tạo ứng lực: Kéo sau

- Cường độ BT của dầm chủ: 46 MPa

- Loại cốt thép DƯL tao 15.2

Lµn thiÕt kÕ 3600 mm

1.2 Các loại vật liệu

- Bêtông dầm:

+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: f c ' = 46 MPa

- Cáp DƯL:

+ Cáp 15.2mm

+ Cường độ chịu kéo: fpu = 1860MPa

+ Giới hạn chảy: fpy = 0,9.fpu fpy = 1674MPa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu:

+ Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: fy = 420 MPa

+ Ứng suất trong thép khi kích fpj=0,8.fpu fpj = 1488 MPa

2 CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP

2.1 Chiều dài tính toán KCN

- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh = 38 m

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 m

- Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh - 2.a Ltt = 37.40m

2.2 Quy mô mặt cắt ngang cầu

- Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:

+ Bề rộng chân lan can: bclc = 0,5m

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau= Bxe + 2.ble + 2.bvs + 2 bclc Bcau =12,3m

- Số dầm chủ thiết kế chọn như sau:

- Đối với cầu ô tô: h/L=1/18 1/20 do đó ta chọn h=1900 mm.

Kiểm tra lại chiều cao dầm tối thiểu hmin=0,045L

+Sườn dầm, kéo sau 165.00 Mm

- Chiều cao tối thiểu của dầm chủ : hmin = 1.683m

2.3.1 Mặt cắt L/2

cấu tạo mặt cắt L/2 2.3.2 Mặt cắt tại gối.

Cấu tạo mặt cắt gối

2.4 Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu

Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của

+ 1/4 chiều dài nhịp = mm

+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày

bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm

=12.200+max = 3300(mm)

+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2000) Khống

chế

Đối với dầm biên

- Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể được lấy bằng 1/2 bề rộng hữu

hiệu của dầm kề trong(=2000/2=1000) cộng trị số nhỏ nhất của

+ 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(= )

+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2

độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính

Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu

Dầm giữa (bi) 2000 mm Dầm biên (be) 2150 mm

+ Ao: Diện tích mặt cắt dầm tại giữa nhịp

+ Ai: Diện tích từng khối đã chia của mặt cắt

stt Hình dạng Chiều dài Chiều dài Chiều cao Diện tích

A A

+ Ao: Diện tích mặt cắt dầm tại gối.

+ Ai: Diện tích từng khối đã chia của mặt cắt

2 Hệ số điều chỉnh tải trọng

Hệ số xét đến tính dẻo của kết cấu ηD =0,95 cho các thiết kế thông thường

Hệ số xét đến tính dư của kết cấu ηR = 0,95 cho các mức dư thông thường

Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khi khai thác ηL =1,05 cho các cầu điển hình

+ Hoạt tải HL93 và đoàn người: γ h = 1,75 và 1,0

- Hệ số xung kích:

+ Trạng thái giới hạn cường độ: 1+ IM = 1,25

+ Trạng thái giới hạn mỏi: 1+ IM = 1,15

- Hệ số điều chỉnh tải trọng: 

+ : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thácxác định theo: = I D.R 0.95

+ I: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác I = 1.05

Vậy: = 0.95

4.2 Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ

- Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân dầm chủ

+ Trọng lượng lớp phủ mặt cầu

+ Trọng lượng lan can

=> Trọng lượng các bộ phận trên được tính cho 1m chiều dài dầm chủ

- Do mặt cắt dầm chủ có thể thay đổi tiết diện từ mặt cắt gối đến mặt cắt giữa

nhịp nên trọng lượng bản thân dầm chủ được xác định với 3 phần Chiều dài mặt

cắt thay đổi như sau:

Cấu tạo mặt cắt thay đổi tiết diện

x1 = 1900mm x2 = 1000mm x3 = 2900mm

- Trọng lượng đoạn dầm có tiết diện là mặt cắt gối:

Trong đó:

+ c : Trọng lượng riêng của bêtông dầm, c = 25 kN/m3

+ Agoi: Diện tích mặt cắt gối, Agoi = 1380000mm2

+ x1: Chiều dài mặt cắt có tiết diện Agoi, x1 = 1900mm

Do đĩ = 25x0.888x(38-2x2.9)=714.84 KN

- Trọng lượng đoạn dầm cĩ tiết diện là mặt cắt thay đổi:

Trong đĩ:

+ c : Trọng lượng riêng của bêtơng dầm, c = 25 kN/m3

+ x2: Chiều dài dầm cĩ tiết diện Atd , x2 = 1000 mm

+ Atd: Diện tích mặt cắt thay đổi tiết diện:

Atd = (Agoi + Anh)/2=(1380000+888000) =1134000 mm2

2x25x1.134x1=56.7 kN

- Trọng lượng dải đều của dầm trong:

4.2.2.2 Trọng lượng dải đều của lan can

Cột lan can=Tấm thép + Tấm thép +Tấm thép + Ống liên kết

Cấu tạo cột lan can

+ Trọng lượng toàn bộ cột lan can

*Trên cột lan can bố trí 2 thanh thép ống Ф100 dầy 8mm dài 2000mm Trọng lượng của 1 thanh phân bố đều trên chiều dài dầm

-Trọng lượng phần lan can bằng thép là

Như vậy trọng lượng lan can là:

g lc = 5.344+0.293=5.637 kN/m

4.2.2.3 Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu

- Cấu tạo bản bêtông mặt cầu:

+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu h mc = 0,12m

+ Trọng lượng riêng lớp phủ mặt cầu: = 22,5kN/m 3

- Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu: Ta coi lớp phủ mặt cầu có chiều dàykhông đổi trên mặt cắt ngang cầu

- Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu tính cho 1 dầm

4.2.3 Tính toán nội lực do tĩnh tải

4.2.3.1 Các mặt cắt tính toán

- Về nguyên tắc khi tính toán nội lực ta thường chia dầm chủ ra thành nhiều mặtcắt, khoảng cách giữa các mặt cắt từ 1-2m Tuy nhiên thực tế ta chỉ cần xác địnhnội lực tại các mặt cắt quan trọng phục vụ cho việc tính duyệt dầm chủ

- Tính toán nội lực tại 3 mặt cắt sau:

+ Mặt cắt có mômen lớn nhất: Mặt cắt giữa nhịp L/2

+ Mặt cắt có lực cắt lớn nhất: Mặt cắt gối

a



+ Mặt cắt có mômen và lực cắt cùng lớn: Mặt cắt L/4.

- Bảng tọa độ các mặt cắt tính toán nội lực:

- Diện tích ĐAH mômen tại mặt cắt cách tim gối đoạn x:

- Diện tích ĐAH lực cắt tại mặt cắt cách tim gối đoạn x:

 (+) : Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt dương tại mặt cắt đang xét.

 (-)  : Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét.

(L x)2.L

 p  : Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thường xuyên, bằng 1,25 đối với

DC, bằng 1,5 đối với DW.

 pmax  : Hệ số tải trọng lớn nhất dùng cho tải trọng thường xuyên, bằng 1,25 đối với DC, bằng 1,5 đối với DW Hệ số này được dùng cho phần tải trọng nằm trên phần đường ảnh hưởng mang dấu dương.

 pmin  : Hệ số tải trọng nhỏ nhất dùng cho tải trọng thường xuyên, bằng 0,9 đối với DC, bằng 0,65 đối với DW Hệ số này được dùng cho phần tải trọng nằm trên phần đường ảnh hưởng mang dấu âm.

g : Các tĩnh tải phân bố đều.

: Hệ số điều chỉnh tải trọng, hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư, và

sự quan trọng trong khai thác xác định theo điều 1.3.2.

= I  D  R  0.95

Hệ số liên quan đến tính dẻo  D = 1 vì cầu được thiết kế thông thường (theo Điều 1.3.3).

Hệ số liên quan đến tính dư  R = 1,05 vì cầu dầm giản đơn nên không

dư (theo Điều 1.3.4).

Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác  I = 1 vì đây là cầu điển hình (theo điều 1.3.5).

Vậy :

 = 1,05

Vẽ các đường ảnh hưởng mô men và lực cắt tại các mặt cắt như hình vẽ bên dưới, sau đó xếp tải trọng lên đường ảnh hưởng.

- Diện tích ĐAH mômen tại mặt cắt cách tim gối đoạn x:

- Diện tích ĐAH lực cắt tại mặt cắt cách tim gối đoạn x:

37.40 m

28.05 9.35

Tung độ ĐAH nhỏ

Cách gối

2.2.7.1 – Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn:

Quy trình 22TCN 272 - 05 đề cập đến phương pháp gần đúng được dùng để phân

bố hoạt tải cho từng dầm (4.6.2.2.2) Không dùng hệ số làn của điều 3.6.1.1.2 với phương pháp vì các hệ số đó đã được đưa vào trong hệ số phân phối, trừ khi dùng phương pháp

mô men tĩnh hoặc các phương pháp đòn bẩy.

Những kích thước liên quan: Chiều cao dầm: H = 1900 mm; khoảng cách của các dầm: S=2000 mm; chiều dài nhịp tính toán: L=37400 mm; khoảng cách từ tim của dầm biên đến mép trong của lan can d e =1150 - 500 = 650mm

Dầm T thuộc phạm vi áp dụng những công thức gần đúng của bảng 4.6.2.2.1.1 và 4.6.2.2.2a-1)

1- Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men uốn:

+ Đối với dầm trong:

- Một làn thiết kế chịu tải :

+ Đối với dầm ngoài (Bảng 4.6.2.2.2.c-1)

- Một làn thiết kế chịu tải : Sử dụng phương pháp đòn bẩy

- Điều kiện tính toán:

+ Tính hệ số PBN do tải trọng người

+ Tính hệ số PBN cho dầm biên do tải trọng HL93 trong trường hợp xếp tảitrên một làn

1 , 0 3

3 , 0 4 , 0

4300 06

S S

2 , 0 6 , 0

2900 075

S S

- Vẽ tung độ ĐAH áp lực gối R1:

Tính hệ số phân bố ngang cho dầm biên

y1=1.325 y2=0.575 y3=1.025 y4=0.125

- Xếp tải trọng bất lợi lên ĐAH phản lực gối

- Tính hệ số PBN đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế

+ ble : Bề rộng của lền người đi bộ

+ y1 : Tung độ ĐAH tại mép ngoài của ĐAH phản lực khi xếp tải trọng người

+ y2 : Tung độ ĐAH tại mép trong của ĐAH phản lực khi xếp tải trọng người

- Kết quả tổng hợp hệ số PBN cho dầm biên:

1150

650 1500

Xếp tải trọng Tung độ ĐAH Hệ số

- Hai làn thiết kế chịu tải:

g M = 1.002x 0.52 =0,521

2- Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt:

+ Đối với dầm trong:

Một làn thiết kế chịu tải : = 0, 623

- Hai làn thiết kế chịu tải g v = =0,721

+ Đối với dầm biên:

- Một làn thiết kế chịu tải : dùng phương pháp đòn bẩy nên tương tự như trên:

0,69

- Hai làn thiết kế chịu tải

g v = e g bên trong Trong đó = =0,8167

,

g v  

2 10700 3600

2 ,

Vây hệ số phân bố hoạt tải dùng để tính toán được thể hiện trong bảng:

Hệ số phân bố hoạt tải để tính Dầm trong Dầm ngoài

2.2.7.2 – Tính toán nội lực do hoạt tải:

Hoạt tải xe ôtô thiết kế và quy tắc xếp tải (điều 3.6.1.3):

- Hiệu ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau :

+ Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế.

+ Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi như trong điều 3.6.1.2.2 tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế

- Đối với các mômen âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này đến trục bánh sau xe kia là 15000mm tổ hợp 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế ; khoảng cách giữa các trục 145KN của mỗt xe tải phải lấy bằng 4300mm.

- Các trục bánh xe không gây hiệu ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua.

- Chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó mà gây ra hiệu ứng lực lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế.

* Tải trọng người đi bộ (PL) : Trường hợp này không tính đến

* Sơ đồ tính: Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục của xe tải thiết kế Truck đều lấy bằng 4,3 m.

* Cách xếp xe tải lên đường ảnh hưởng: Xếp xe lên đường ảnh hưởng sao cho gây nên hiệu ứng bất lợi nhất.

2- Tính mô men:

Vẽ đường ảnh hưởng mô men và xếp tải trọng lên đường ảnh hưởng sao cho bất lợi nhất Xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế xếp theo sơ đồ như hình vẽ Tải trọng làn xếp kín trên đường ảnh hưởng mô men Từ đó tính toán được giá trị mô men Kết quả tính toán được cho trong các bảng tính.

Mô men do xe tải TK gây ra (chưa nhân hệ số) (M truck )

Mặt cắt

Tung độ ĐAH ứng với trục 1 (145kN )

Tung độ ĐAH ứng với trục 2 (145kN)

Tung độ ĐAH ứng với trục 3 (35kN)

Mô men chưa

Xêp xe trên § AH m«men t¹i mÆt c¾t L/4

Xêp xe trên § AH m«men t¹i mÆt c¾t L/2

Xêp xe trên § AH momen t¹i mÆt c¾t cách gôi 0,8m

Mô men do xe hai trục gây ra (chưa nhân hệ số) (M tan )

Mặt cắt

Tung độ ĐAH ứng với trục 1 (110kN)

Tung độ ĐAH ứng với trục 2 (110kN)

Mô men chưa

Lực cắt do xe tải TK gây ra (chưa nhân hệ số) Mặt cắt Tung độĐAH Tung độ ĐAHứng với trục 2 ĐAH ứng vớiTung độ Lực cắt chưa

Xêp xe trên § AH lùc c¾t t¹i mÆt c¾t gôi

Xêp xe trên § AH lùc c¾t t¹i mÆt c¾t L/4

Xêp xe trên § AH lùc c¾t t¹i mÆt c¾t L/2

ứng với trục 1 (145kN) (145kN) trục 3 (35kN) nhân hệ số (kN)

Tung độ ĐAH ứng với trục 2 (110kN)

2.2.8 - Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn:

2.2.8.1 – Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cường độ I:

+ Tổ hợp mô men theo trạng thái giới hạn cường độ I (Điều 3.4.1.1) được xác định như sau:

M U =  {1,25.M DC + 1,5 M DW + 1,75 g M [(1+IM) M LL + M lan ]}

Trong đó:

: hệ số điều chỉnh tải trọng,  = 1,05.

M DC : mô men do trọng lượng bản thân dầm + trọng lượng dầm ngang

M DW : mô men do trọng lượng lớp phủ mặt cầu gây ra đối với dầm.

g M : hệ số phân bố ngang dùng để tính mô men.

M LL : giá trị lớn hơn trong hai giá trị của mô men do xe tải thiết kế và

mô men do xe hai trục thiết kế gây ra.

M lan : mô men do tải trọng làn gây ra.

1+IM: hệ số xung kích, 1+IM = 1,25.

+ Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cường độ I (Điều 3.4.1.1)

V lan : lực cắt do tải trọng làn gây ra.

1+IM: hệ số xung kích, 1+IM = 1,25.

Kết quả tính toán cụ thể được lập thành các bảng như sau:

Bảng tính giá trị mô men theo trạng thái giới hạn cường độ I:

Dầm ngoài Mặt cắt

đã nhân hệ số (kN.m)

Cách gối 0,8m 430.28 74.444 234.663 169.41 234.663 136.152 1226.526 1/4 nhịp 3854.2 666.815 2047.94 1509.8 2047.94 1219.544 10900.7 1/2 nhịp 5138.9 889.087 2651.75 1991 2651.75 1626.059 14409.33

Dầm trong Mặt cắt

Bảng tính giá trị lực cắt theo trạng thái giới hạn cường độ I:

Dầm ngoài Mặt cắt

Cách gối 0,8m 526.1 91.02 293.329 211.76 293.329 166.550 1509.908 1/4 nhịp 274.81 47.54 219.031 161.47 219.031 97.824 906.724

Dầm trong Mặt cắt

đã nhân hệ

số (kN) Gối 444.2 95.090 300.281 216.471 300.281 173.910 1460.460 Cách gối 0,8m 425.192 91.021 293.326 208.995 293.326 166.548 1407.833 1/4 nhịp 222.1 47.545 219.031 161.471 219.031 97.824 858.716

2.2.8.2 – Tổ hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng:

+ Tổ hợp mô men theo trạng thái giới hạn sử dụng được xác định như sau:

M DW : mô men do trọng lượng lớp phủ mặt cầu gây ra đối với dầm.

g M : hệ số phân bố ngang dùng để tính mô men.

M LL : giá trị lớn hơn trong hai giá trị của mô men do xe tải thiết kế và

mô men do xe hai trục thiết kế gây ra.

M lan : mô men do tải trọng làn gây ra.

1+IM: hệ số xung kích, 1+IM = 1,25.

+ Tổ hợp lực cắt theo trạng thái giới hạn sử dụng:

V U =  {V DC + V DW + g v [(1+IM) V LL + V lan ]}

V lan : lực cắt do tải trọng làn gây ra.

1+IM: hệ số xung kích, 1+IM = 1,25.

Kết quả tính toán cụ thể được lập thành các bảng như sau

Bảng tính giá trị mô men theo trạng thái giới hạn sử dụng:

Dầm ngoài Mặt cắt

đã nhân hệ số (kN.m)

Cách gối 0,8m 430.28 74.444 234.663 169.41 234.663 136.152 801.0704 1/4 nhịp 3854.2 666.815 2047.94 1509.8 2047.94 1219.544 7128.799 1/2 nhịp 5138.9 889.087 2651.75 1991 2651.75 1626.059 9437.071

Dầm trong

Mặt cắt

đã nhân

hệ số (kN.m)

Cách gối 0,8m 347.76 74.446 169.414 234.6625 234.6625 136.154 645.540

4 3 1/4 nhịp 3114.95 666.815 1509.75 2047.938 2047.9375 1219.544 5747.088 1/2 nhịp 4153.27 889.087 1991 2651.75 2651.75 1626.058 7611.543

Bảng tính giá trị lực cắt theo trạng thái giới hạn sử dụng:

Dầm ngoài Mặt cắt

đã nhân hệ số (kN) Gối 549.61 95.09 300.281 216.47 300.281 173.91 1023.691 Cách gối 0,8m 526.1 91.02 293.329 211.76 293.329 166.5496 985.036 1/4 nhịp 274.81 47.54 219.031 161.47 219.031 97.82438 578.763 1/2 nhịp 0 0.00 137.781 106.47 137.781 43.4775 148.835

+ Diện tích 1 bó cáp Abo = 980 mm2

- Các chỉ tiêu của cáp DƯL:

+ Giới hạn chảy fpy = 0.9fpu fpy = 1674 Mpa

- Các chỉ tiêu của ống bọc vật liệu Polyethylen:

+ Hệ số ma sát lắc trên 1mm bó cáp K = 6,60.10-7 mm-1

- Sử dụng neo cáp DƯL của hãng OVM loại 13-7

- Ứng suất trong cốt thép khi kích fpj = 0.8fpu fpj = 1488 Mpa

3.1.2 Bê tông

- Bê tông dầm:

+ Cường độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tải fci = 0.9 = 41.4 Mpa

+ Môdun đàn hồi của dầm lúc bắt đầu đặt tải Eci = 32250,0Mpa

- Cốt thép theo tiêu chuẩn ASTM 706M

3.2 Sơ bộ chọn bó cáp DƯL

Số bó cáp DƯL được chọn sơ bộ theo TTGHSD và TTGHCĐ nhưng trongphạm vi bài thiết kế này, số bó cáp DƯL được chọn theo TTGHCĐ và kết hợpchọn theo kinh nghiệm

3.2.1 Theo trạng thái giới hạn cường độ

f

c



' c

f

M (A 0,95.f A f ).0,9h M