Đồ án cầu bê tông cốt thép DUL

Đồ án cầu bê tông cốt thép DUL của trường ĐH Giao Thông Vận Tải đã được duyệt và bảo vệ với kết quả cao, đây là tài liệu bổ ích cho các bạn học môn cầu bê tông tham khảo. Bản chuẩn báo cáo đồ án cầu bê tông cốt thép

THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

***********************

MỤC LỤC

PHẦN I 2

THUYẾT MINH 2

I.1.Chiều dài tính toán của kết cấu nhịp 2

I.3.3.Tính hệ số làn 7

I.3.4.Tính hệ số phân bố ngang momen 8

I.3.5.Hệ số phân bố hoạt tải với lực cắt: 10

II.6.Tính nội lực do tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ 15

II.7.Tính nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ 16

2 Bố trí cốt thép 23

1.Đặc trưng hình học mặt cắt dầm chưa liên hợp 25

2 Bề rộng bản cánh hữu hiệu 26

3 Đặc trưng hình học dầm giai đoạn liên hợp 27

1.Mất mát ứng suất do ma sát 28

2 Mất mát ứng suất do thiết bị neo 30

3 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 30

2 Tính duyệt theo TTGH cường độ: 38

PHẦN I

THUYẾT MINH

I CHỌN CẤU TẠO CỦA KẾT CẤU NHỊP

I.1.Chiều dài tính toán của kết cấu nhịp

- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp là Lnh = 33 m

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối tùy thuộc vào loại gối, ở đây ta sử dụng gối con lăn bằng thép lấy a = 0.3 m

→ Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh – 2a = 33 – 2 0,3 = 32,4 m

I.1.1.Bố trí chung mặt cắt ngang cầu

Khi lựa chọn số dầm nên đảm bảo khoảng cách giữa các dầm S = 1,9÷3,0m là hợp

lí nhất, không nên thiết kế khoảng cách giữa các dầm chủ lớn hơn 3m vì khi đó bản mặtcầu sẽ làm việc rất bất lợi

→ Trong bài toán thiết kế này căn cứ vào bề rộng thiết kế của cầu bằng 11m nên ta chọn

số dầm chủ bằng n = 5 dầm

Khi đó, khoảng cách giữa các dầm chủ S = 220 cm

→ Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bê tông fc’= 45 MPa, bản mặt cầu cóchiều dày 20cm được đổ tại chỗ tạo thành mặt cắt liên hợp Để tạo độ dốc ngang thoátnước trong quá trình thi công sẽ kết hợp thay đổi chiều cao đá kê gối

Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp

Giữa phần xe chạy và lề người đi phân cách bằng giải phân cách mềm

Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:

+ Bề rộng phần xe chạy: Bxe = 700 cm

+ Số làn xe thiết kế: nl = 2 làn

+ Bề rộng lề đi bộ: Ble = 2 × 150cm

+ Bề rộng chân lan can: bclc = 2 × 50cm

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau = 700 + 2×150 +2×50 = 1100cm

+ Số dầm chủ thiết kế: n = 5 dầm

+ Khoảng cách giữa các dầm: S = 220 cm

+ Chiều dài phần cánh hẫng: de = 110 cm

I.1.2.Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.

Để chọn chiều cao dầm chủ ta lựa chọn phụ thuộc vào:

+ Chiều dài nhịp tính toán

+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Quy mô của tải trọng khai thác

Trong bước tính toán sơ bộ ta chọn chiều cao dầm chủ theo công thức kinh nghiệm:

Ở đây, ta chọn chiều cao dầm chủ Hb = 165 cm

Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thước sau:

Các kích thước khác như hình vẽ:

I.2.Chiều cao nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1)

Yêu cầu: hmin=0,045.L < h

Trong đó ta có:

L: Chiều dài nhịp tính toán L=32400mm

h: chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu; h=1650+200=1850mmsuy ra: hmin=0,045.L=0,045.32400=1458mm< h= 1850mm => Thỏa mãn

I.2.1.Cấu tạo bản bê tông mặt cầu

- Kích thước của bản bê tông được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụngcủa tải trọng cục bộ

- Theo quy định của 22TCN 272-05 thì chiều dày bản bê tông mặt cầu phải lớn hơn175mm Đồng thời bản phải đảm bảo điều kiện chịu lực

- Khi thiết kế theo 22TCN 272-05 thì chiều dày bản bê tông thường chọn ts = (18÷20)cm

→Ở đây ta chọn chiều dày bản bê tông mặt cầu là ts = 20cm

- Bản bê tông có thể cấu tạo vút dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn Mụcđích của việc cấu tạo vút bản bê tông là nhằm làm tăng chiều cao dầm, tăng khả năngchịu lực của dầm và chống hiện tượng tập trung ứng suất tại vị trí nách dầm

-Cấu tọa kết cấu mặt cầu:

+Lớp bê tông atphalt dày 5cm

+Lớp phòng nước dày 1cm

→Chiều dày trung bình của lớp phủ mặt cầu là: tmc = 5+1 = 6cm

I.3 Xác định sơ bộ đặc trưng hình học mặt cắt dầm chủ

I.3.1 Xác định kích thước của mặt cắt quy đổi

I.3.1.1 Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông.

Trong tính toán không phải toàn bộ bản bê tông mặt cầu tham gia làm việc chungvới dầm chủ theo phương dọc cầu Bề rộng bản bê tông làm việc chung với dầm chủ haycòn gọi là bề rộng có hiệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài tính toán của dầm,khoảng cách giữa các dầm chủ và bề dày bản bê tông mặt cầu Các quy trình khác nhau

có những quy định khác nhau về bề rộng hữu hiệu này nhưng tựu chung lại đây là phần

bề rộng chịu lực chính cùng dầm chủ, ngoài bề rộng này bản bê tông chủ yếu làm việctheo phương ngang cầu

-Theo 22TCN 272-05 bề rộng bản cánh( bản bê tông) lấy như sau:

-Xác định b1: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

+ 18 Ltt = 18 3240 = 405 cm

+6.ts + max{12

14

t w

b c = 6.20 + 14 80 = 140 cm +d0

t w

b c = 6.20 + 14 80 = 140 cm

+S2 = 2202 = 110 cm

→ Vậy b2 = 110 cm

→Bề rộng tính toán của bản bê tông dầm biên: bs = b1 + b2 = 110 + 110 = 220 cm

→Bề rộng tính toán của bản bê tông dầm trong: bs = 2.bs = 2.110 = 220 cm

Trong đó:

+Ltt : Chiều dài tính toán của nhịp, Ltt = 32,4m

+ts: Chiều dày bản bê tông mặt cầu, ts = 20cm

+bs: Bề rộng tính toán của bản bê tông

+S: Khoảng cách giữa các dầm chủ, S = 220cm

+bc: Bề rộng bản cánh chịu nén của dầm chủ, bc = 80cm

+tw: Chiều dày bản bụng của dầm chủ, tw = 20cm

+de0: Chiều dài phần cánh hẫng, de0 = 110cm

I.3.1.2Cấu tạo dầm ngang.

Chiều cao dầm ngang H n DWt hbt ht f 20+90+10+12 =132 cm

Với f là chiều cao gờ trên của bản cánh

Chiều dày dầm ngang: ttb = 25cm

Chiều dài một dầm ngang: Ltb = S – tw = 220 -20 =200 cm

I.3.2 Tính toán đặc trưng hình học mặt cắt chưa liên hợp.

Xét tại 5 mặt cắt đặc trưng :

 Mặt cắt gối x0 0m

 Mặt cắt cách gối 0,72h ( kiểm tra lực cắt) x10,72h0,72.1.85 1,33 m

 Mặt cắt thay đổi tiết diện x2=1,5m

 Mặt cắt 4; 3 4 8,1

tt L L

 Mặt cắt 2; 4 2 16, 2

tt L L

14 13

=0,85 nếu n  lan 3

Vậy hệ số làn là m=1

I.3.4.Tính hệ số phân bố ngang momen.

a/.Hệ số phân bô hoạt tải đối với mô men trong các dầm giữa( đối với tải trọng HL93)

Với số dầm chủ 4 dầm thì hệ số phân bô ngang với các dầm giữa tính theo côngthức:

 Khi cầu thiết kế một làn chịu tải:

0,1 0,4 0,3

4300

g M

2900

g M

S: là khoảng cách giữa các dầm chủ thoã mãn 1100S=2200<4900mm

L: chiều dài nhịp tính toán thoã mãn 6000<L=32400mm<72000mm

s

t : là chiều dày bản mặt cầu 110<t s=200<300mm

g

K : là hệ số tính theo công thức K g n I A e  g2

Với n: tỉ số giữa mô đun đàn hồi bê tông làm bản mặt và bê tông làm dầm n=1

e g: là khoảng cách từ trọng tâm bản mặt đến trọng tâm dầm

- Hệ số phân bố ngang momen cho dầm biên(do hoạt tải)

Trường hợp số làn xếp tải lớn hơn hoặc bằng 2(xếp tải 2 làn)

gM

dambien = e gM

damtrong với e = 0,77 + d e

2800Với de là chiều dài phần hẫng xếp tải, de = deo – blc = 1,1 – 0,5 = 0,6m

Suy ra: e = 0,77 + 2800600 = 0,984

Suy ra: gM

dambien = 0,984 0,605 = 0,595

c/.Hệ số phân bố ngang momen đối với dầm biên(tính bằng phương pháp đòn bẩy)

-Điều kiện tính toán:

+Tính hệ số phân bố ngang do tải trọng người.

+Tính hệ số phân bố ngang cho dầm biên do tải trọng HL93 trong trường hợp xếp tải trên 1 làn.

-Vẽ tung độ ĐAH áp lự gối R1

1 2 3 4 5

1,00 0,18 0,6m 1,8m 0,6m

1,5 1,27 1,0 0,59 0,18 DAH R1

-Xếp tải trọng bất lợi lên đường ảnh hưởng phản lực gối: Khi xếp xe lệch tâm thì tim củabánh xe ngoài cùng phải xếp cách mép chân lan can hoặc gờ chắn bánh tối thiểu là 0,6m.-Tính hệ số phân bố ngang đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế:

-Kết quả tổng hợp hệ số phân bố ngang cho dầm biên:

Hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy

Tải trọng người 1,27 0,59 1,395

d.Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm trong(do tải trọng người).

- Đối với dầm trong thì ảnh hưởng của trải trọng người là không đáng kể Khi đó ta xếptải trọng người lên cả 2 lề đi bộ và coi như tải trọng này phân bố đều cho các dầm chủ:

g = 2n = 25 = 0,4

Với: +n: Là số dầm chủ n = 5 dầm

+2: Số làn đi bộ thiết kế

I.3.5.Hệ số phân bố hoạt tải với lực cắt:

-Đối với dầm chủ giữa

Với thiết kế một làn chịu tải 1

2200

V damtrong

Hệ số phân bố lực cắt được chọn là giá trị max trong 2 giá trị trên g V damtrong 0,649

Điều kiện áp dụng công thức trên thoã mãn

-Đối với dầm biên:

+Trong trường hợp có 1 làn xếp tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy(đã tính ở trên)

ta có: g dambien V = 0,59

+Trong trường hợp số làn xếp tải ≥2 làn:

g dambien V = e g damtrong V Với e = 0,6 + d e

3000 = 0,6 + 3000600 = 0,8Suy ra: g dambien V = 0,800 0,447 = 0,358

I.3.5 Tổng hợp hệ số phân bố ngang

I.3.5.1 Hệ số phân bố ngang đối với dầm biên.

gxetai gxe2ruc glan gnguoi

II XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRƯNG

II.1 Xác định tĩnh tải giai đoạn 1

c Tỉnh tải của dầm ngang

Chiều cao của dầm ngang: Htb = 132cm

Chiều dày của dầm ngang: ttb = 25 cm

Chiều dài một dầm ngang: Ltb = S – tw = 220 -20 =200 cm

Diện tích mặt cắt ngang dầm ngang: Atb = Htb.ttb = 132.25 = 3300 cm2

Trọng lượng của một dầm ngang: Ptb =Atb.Ltb.γc= 3300.10-4.200.10-2.2500 = 1,65.103kg/m

Số dầm ngang trên một hệ theo phương ngang cầu:

nngang = 4 dầm

Tổng số dầm ngang trên toàn cầu: ntb = 5.4 = 20 dầm

Trọng lượng dầm ngang dải đều trên một dầm chủ:

II.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn 2

-Cấu tạo kết cấu mặt cầu:

+Lớp bê tông asphalt dày 5cm

+Lớp phòng nước dày 1cm

Chiều dày trung bình của lớp phủ mặt cầu là: tmc = 6cm

-Tĩnh tải giai đoạn 2:

+Trọng lượng lớp phủ lề đi bộ

+Trọng lượng lớp phủ mặt cầu xe chạy

+Trọng lượng phần chân lan can

- Trọng lượng dải đều của lớp phủ lề đi bộ:

+Bề rộng lề đi bộ: ble = 150cm = 1,5m

+Chiều dày trung bình của lớp phủ lề đi bộ: ts =6cm = 0,06m

+Trọng lượng riêng của bê tông asphalt: γa = 23kN/m3

Suy ra: DWle = b¿.h¿ γ a = 1,5 0,06 23 = 2,07 kN/m

-Trọng lượng dải đều lớp phủ mặt cầu trong phạm vi phần xe chạy:

+Bề rộng phần xe chạy: Bxe = 7m

+Chiều dày trung bình của lớp phủ phần xe chạy tmc = 0,06m

+Trọng lượng riêng của bê tông asphalt: γa = 23kN/m3

Suy ra:

DWmc = t mc B n xe γ a

b = 0,06.7 235 = 1,93 kN/m

-Trọng lượng phần chân lan can:

+Bề rộng chân lan can: Bclc = 0,5m

+Chiều cao chân lan can: hclc = 0,5m

+Hệ số xét đến cấu tạo thực của chân lan can là 0,75

+γc: Trọng lượng riêng của bê tông

Suy ra:

DWclc = b clc h clc 0,75 γ c = 4,69kN/m

-Trọng lượng lan can, tay vịn trong tính toán sơ bộ có thể lấy sơ bộ DCtv = 0,1 kN/m chomỗi bên lan can

Suy ra trọng lượng dải đều của lan can: DWlc = 4,69 + 0,1 = 4,79 kN/m

-Phân bố tĩnh tải lan can gờ chắn và các tiện ích công cộng:

+Cho dầm biên: dùng đường ảnh hưởng phản lực gối

DWlc

1,0 1,5

250

0 1,39

-Tĩnh tải lan can cho dầm biên:

DWlcb = DWlc 1,39 = 4,79 1,39 = 6,6581 kN/m

-Tĩnh tải do lớp phủ lề đi bộ cho dầm biên:

DWlb = DWle  

1 1,39 1 (1,1 0, 25)

1 1,39 1 (1,1 0, 25)

II.3Tổng cộng tĩnh tải tác dụng lên các dầm dọc chủ

 Đối với dầm giữa

-Giai đoạn I: DCdc = 16,011+11+2,037+2,43 = 31,478 kN/m

-Giai đoạn II: DWg =DWmc = 1,93kN/m

 Đối với dầm biên

-Giai đoạn I: DCdc = 31,478 kN/m

-Giai đoạn II: DWdb = DWlcb + DWlb +DWmc= 6,6581+2,1+1,93 = 10,6881 kN/m

II.4 Xác định hoạt tải

a.Xe tải thiết kế

35 kN 145 kN 145 kN

4300 mm 4300 mm tíi 900mm

mmm

600 mm nãi chung 300mm mót thõa cña mÆt cÇu

phân bố hết bề rộng làn 9,3KN/m trên suốt chiều dài toàn càu trên bề rộng 3m

II.5 Đường ảnh hưởng mômen lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng

Các mặt cắt đặc trưng :gồm có 5 mặt cắt :

 Mặt cắt gối x0 0m

 Mặt cắt cách gối 0,72h ( kiểm tra lực cắt) x10,72h0,72.1.85 1,33 m

 Mặt cắt thay đổi tiết diện x2=1,5m

 Mặt cắt 4; 3 4 8,1

tt L L

 Mặt cắt 2; 4 2 16, 2

tt L L

Đường ảnh hưởng tại các mặt cắt:

L x L

16.200 131.220 4.050 -4.050 0.000

II.6.Tính nội lực do tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ

-Tính toán nội lực theo các công thức:

M = ( DC+DW ).M

V = (DC +DW ) VTrong đó:

+DC,DW: Tĩnh tải giai đoạn I và tĩnh tải giai đoạn II cho các dầm chủ và dầmbiên

+M ,V: Tổng diện tích đường ảnh hưởng momen và lực cắt của mặt cắt cầnxác định nội lực

NỘI LỰC DO TĨNH TẢI CHO DẦM BIÊN

Nội lực Diện tíchĐAH Tĩnh tải(kN/m) Giá trị nội lực

II.7.Tính nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ

a Mômen do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ

Đối với các mặt cắt đặc trưng trong phạm vi từ gối đến giữa nhịp 2

tt L

, taxét 2 trường hợp xếp xe bất lợi trên đường ảnh hưởng mômen của các mặt cắt đó nhưhình vẽ sau:

Xe t¶i thiÕt kÕ (Truck)

Xe hai trôc thiÕt kÕ (Tandem)

4,3m 4,3m

Xe hai trôc thiÕt kÕ (Tandem)

Xe t¶i thiÕt kÕ (Truck)

' 2

' 3

' 4

' 5

2245.50 0

1716.00 0

2245.50 0

 Mômen gây ra do tải trọng làn

Tải trọng làn rải đều suất chiều dài cầu và có độ lớn q=9,3KN/m

Mômen do tải trọng làn gây ra tại các mặt cắt đặc trưng xác định bằng phương phápđường ảnh hưởng nhân giá trị của tải trọng làn với diện tích đường ảnh hưởng

 Mô men do tải trọng người đi bộ gây ra ở dầm biên

Coi như dầm biên chịu toàn bộ tải trọng người đi PL=300Kg/m2

3

M PL g B  với B3=1,5m bề rộng người đi bộ

g=9,81m/s2

Tại mặt cắt dầm biên hệ số xung kích IM=25%

(lực xung kích không tính cho tải trọng người đi và tải trọng làn

LLb MbHL xetk mblan lan mbPL PL

Trong đó hệ số phân bố hoạt tải

Với xe tải thiết kế

b.Lực cắt do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ

Đối với các mặt cắt đặc trưng trong phạm vi từ đầu gối đến 2

tt L

, trường hợp xếp xe bấtlợi nhất trên đường ảnh hưởng lực cắt của mặt cắt đó thể hiện trên hình vẽ sau:

Xe hai trôc thiÕt kÕ (Tandem)

Xe t¶i thiÕt kÕ (Truck)

II.8.Tổ hợp tải trọng tại các mặt cắt đặc trưng

a.Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn tại các mặt cắt dầm giữa

Trạng thái giới hạn cường độ I

462.72

DW

độ 1

M 0.000 2057.180 2307.092 9733.040 12874.782

V 1613.348 1495.643 1480.693 913.980 256.281TTGH

+Cốt đai chính có chiều cao bằng với chiều cao của dầm chủ

+Cốt đai phụ được bố trí trong phạm vi bầu dầm theo kích thước của bầu

Bước cốt đai:

+Các mặt cắt trong phạm vi từ đầu dầm đến mặt cắt ¼ dầm, cốt đai nên bố trí vớibước @≤30cm Khu vực đầu dầm cốt đai nên bố trí mau hơn để tăng cường khả năngchịu cắt cho dầm, vì tại đầu dầm lực cắt rất lớn.

+Các mặt cắt trong khu vực giữa dầm nên bố trí với bước @≤50cm

Thép sử dụng làm cốt đai thường là thép tròn trơn Φ6÷ Φ8

2 Bố trí cốt thép dọc cấu tạo

-Cốt thép dọc cấu tạo được bố trí nhằm tạo ra khung cấu tạo, đồng thời làm giảm hiệntượng co ngót và từ biến gây nứt bề mặt cho bê tông dầm chủ

-Thép sử dụng để làm cốt thép cấu tạo thường là thép có gờ Φ10÷ Φ14

-Khoảng cách giữa các thanh cốt thép cấu tạo khoảng 20÷30cm

3 Bố trí cốt thép trong bản bê tông

-Cốt thép trong bản bê tông mặt cầu được bố trí thành 2 lưới là lưới trên và lưới dưới.-Lưới cốt thép trên:

+Khoảng cách giữa các thanh: @=10cm

+Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản bê tông: art=5cmLưới cốt thép phia dưới:

+Khoảng cách giữa các thanh: @=10cm

+Khoảng cách từ tim cốt thép phia dưới đến mép dưới của bản bê tông: arb=5cm

Hệ số quy đổi ứng suất  1 0,9, chiều dài tụt neo l=0,01m

Giới hạn chảy f py 0,9f pu 0,9.1,86 1,674.10 3MPa

ứng suất trong thép DƯL khi kích là f pj 0,75f pu 1,395.103MPa

Diện tích 1 tao cáp A ps1 140mm2

Môđun đàn hồi của cáp E p 197000MPa

Bê tông dầm f c' 45MPa

Môđun tính toán M u maxM uCD g1 ,M uCD b1  12874.782KNm

Đối với cấu kiện bê tông DƯL chịu uốn thì hệ số sức kháng  1

Dự tính số lượng cốt thép dul theo công thức kinh nghiệm sau

6

2 3

12874.782.10

5484

u psg

psg cg ps

A n A

tao

Các bó cáp có thể đặt nhiều hàng ở bầu dầm, mỗi hàng nhiều nhất 5 bó hoặc 3 bó.Chọn dạng đường cong DUL Đường cong parabol bậc 2.

Đối với mỗi mặt cắt dầm cách trên gối 1 khoảng x thì tính tung độ y theo công thức

2

4

tt tt