Đồ Án Thiết Kế Cầu Bê Tông Cốt Thép

Xác định nội lực do tĩnh tải Mômen tại ngàm là mômen phần hẫng.. Sơ đồ tính là dạng congxon chịu uốn.

Trang 1

PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

1.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẢN MẶT CẦU

- Nguyên lý tính toán: dùng phương pháp dải gần đúng, hoặc nội suy từ các tài liệukhác

- Bề rộng dải tương đương theo bảng 4.6.2.1.3-1:

+ Đối với mômen dương: b= 660+0,55S

+ Đối với mômen âm: b= 1220+0,25S

1.2 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

- Khoảng cách giữa 2 dầm ngang là: L1 = 7350 mm

- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: L2 = 2700 mm

- Xét tỉ số:

L1/L2 = 7350/2700 = 3,34 > 2

=> Bản làm việc theo 1 phương mặc dù bản được kê trên 4 cạnh

- Do dải cơ bản nằm ngang và nhịp là S=2700 < 4600 nên ta thiết kế theo các bánh xecủa trục 145 kN

- Chiều dày bản mặt cầu: hf = 200 mm

- Chọn lớp phủ mặt cầu gồm các lớp sau:

+ Lớp BTN dày: 5cm

+ lớp phòng nước dày: 1 cm

+ Khối lượng lớp phủ tạo độ dốc có chiều dày trung bình 6 cm

1.3 SƠ ĐỒ TÍNH BẢN MẶT CẦU

Bản mặt cầu được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm Trongđó phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ liên tục, do đó sau khi tínhtoán dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu.Bản mặt cầu làm việc theo phương cạnh ngắn nên cắt 1 dải bản rộng 1m nhưhình vẽ để tính toán

Trang 2

1.4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN CONGXON

1.4.1 Xác định nội lực do tĩnh tải

Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo bảng 3.5.1.1 của 22TCN275-05

Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rãi đều do TTBT của bản mặtcầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng

Chọn bề dày bản mặt cầu là 215 mm đã bao gồm 15 mm lớp hao mòn Khi tínhsức kháng, lớp phủ bề mặt không được tính toán, bề dày mặt cắt tính toán sức kháng là200mm

Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1m dài bản mặt cầu

+ Bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đều cho TTBT bản mặt cầu:

DCmc = 0,2.24 = 4,8 kN/m

+ Thiết kế lớp phủ dày 170 mm, tĩnh tải rải đề do TTBT lớp phủ:

DW = 0,17.22,5 = 3,825 kN/m + Tải trọng lan can cho phần hẫng, tập trung quy đổi của lan can không đặt ơmép bản mặt cầu nhưng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ơ mép

DClc = 1,74 kN/m + Trọng lượng bê tông gờ chắn bánh: DCgcb = 0,25.0,25.24 = 1,5 (KN/m)Công thức xác định nội lực tính toán:

γ = Hệ số tĩnh tải; (22TCN 272-05, bảng 3.4.1-2)

1.4.2 Xác định nội lực do tĩnh tải

Mômen tại ngàm là mômen phần hẫng Sơ đồ tính là dạng congxon chịu uốn

550 1280

Trang 3

kN/m8,08 -28,1.74,1.12

1,1.1,1.925,2.12

28,1.28,1.8,4.195,

1.5 TÍNH CHO NHỊP GIỮA

Có 2 nhịp giữa cần phải xét đến đó là nhịp giữa có đặt bó vỉa và nhịp không cóbó vỉa:

1.5.1 xét nhịp giữa thứ biên (có đặt bó vỉa)

a tĩnh tải:

DWDC

RBTÜnh t¶i t¸c dông lªn nhÞp gi÷a

Pbv 275

Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

Gồm có 2 hoạt tải: tải trọng người, tải trọng xe tải thiết kế đặt như hình vẽ

+ Tải trọng người: lực tập trung có giá trị như sau:

PL = 1x3=3 kN/m

(b = 1500 mm bề rộng lề bộ hành)

+ Tải trọng xe tải thiết kế: đặt một bánh xe tải thiết kế:

Trang 4

Tải trọng đông tác dụng lên bản biên

815

+ Bờ̀ rộng bánh xe tiờ́p xúc với bản mặt cõ̀u 510 mm

+ Diện truyờ̀n tải của bánh xe xuụ́ng bản mặt cõ̀u:

mm h

* Khi tính mụmen õm tại gụ́i:

E- = 1220 + 0,25.S = 1220 + 0,25.2200 = 1770 mm = 1,77 m

* Khi tính mụmen dương tại giữa nhịp:

E+= 660 + 0,55.S = 660 + 0,55.2200 = 1870 mm = 1,87 m

- Giá trị mụmen tại giữa nhịp:

+ Do tải trọng xe tải:

- Do tải trọng người:

Trang 5

1.6 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA

1.6.1 Tĩnh tải và nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản dầm

a Tĩnh tải:

Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đối với bản dầmgiữa thì sẽ không có tải trọng bó vỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố đầy dầm

Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như bản dầm biên

* Sơ đồ tính như sau:

Trang 6

- Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

b Hoạt tải:

Chỉ có xe 3 trục, ta không xét tải trọng làn vì nhịp bản L2 =1850 mm < 4600

mm theo quy định không cần xét tải trọng làn

Ở đây ta xét trường hợp chỉ có một bánh xe của một xe

Ta đặt bánh xe ngay tại giữa nhịp để tích toán

Trang 7

* Giá trị nội lực:

* Tại gối:

Trang 8

Vị tri Trạng thái cường đô Trạng thái giới hạn sử dụng

1.7 THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU

Ta sẽ thiết kế cốt thép tương ứng với các giá trị nội lực ơ TTGH cường độ vừatính ơ trên:

1.7.1 Thiết kế cho phần bản chịu mômen âm

Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trị nội lựctrong 1000 mm bản mặt cầu như sau:

- Mômen âm : -53,42

- Chiều rộng tiết diện tính toán: 1000 mm

- Chiều cao tiết diện tính toán: 200 mm

- Cường độ cốt thép:

- Cấp bê tông:

- Tải trọng tác dụng:

- Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùngcốt thép chịu kéo là:

- Chiều cao làm việc của tiết diện:

- Xác định β 1 : do 28 (MPa) f '< c =50 (MPa) 56 (MPa)< nên:

Trang 9

1.7.2 Thiết kế cho phần bản chịu mômen dương

Quá trình tính toán tương tự như trên, ta có kết quả và chọn thép: Ф16a250

1.8 KIỂM TRA NỨT CHO BẢN MẶT CẦU

Ta sẽ kiểm tra nứt cho bản mặt cầu bằng trạng thía giới hạn sử dụng

1.8.1 Kiểm tra nứt với mômen âm:

- Khoảng cách từ cốt thép chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gầnnhất:

Trang 10

- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:

s c

- Khí hậu khắc nghiệt: Z = 23000 N/mm

- Ứng suất cho phép trong cốt thép:

f 115.83 MPa 168 MPas = <

Vậy thõa mãn điều kiện vết vứt

1.8.2 Kiểm tra nứt với mômen dương

Làm tương tự như với mômen âm ta được:

×

7 s

Trang 11

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẦM CHỦ

I: Số liệu thiết kế:

- Chiều dài toàn dầm: L = 33 m

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

- Chiều dài nhịp tính toán: Ltt =33m.

- Số làn xe thiết kế: n=2

- Dạng kết cấu nhịp: cầu dầm

- Dạng mặt cắt: chữ I

- Vật liệu kết cấu: BTCT dự ứng lực

- Công nghệ chế tạo: căng sau

- Loại cốt thép dự ứng lực: Tao thép tao 7 sợi xoắn đường kính 12,7 mm

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: f pu =1860MPa ( theo ASTM A461M)

- Thép thường: G60 f u =620MPa; f y =420MPa

- Số lượng dầm chủ: Nb= 5

- Khoảng cách giữa hai dầm chủ: S= 2,7 m

- Đặc điểm mặt cắt ngang cầu có phần lề bộ hành rộng 1,5m

- Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu, mặt cắt thay đổi TD, Ltt/4; 3Ltt/8; Ltt/2: 5 mặtcắt

- Số lượng dầm ngang: Nn= (Nb-1).5 = 20

- Phần cánh hẫng: Sk= 1,35 m

- Chiều dày trung bình của bản: ts = 20cm

- Vật liệu bê tông:

+ Tỉ trọng bê tông: γ =c 2400 T/m3

+ Cường độ nén ơ 28 ngày tuổi: f’c = 28 Mpa

+ Cường độ nén khi uốn: f’cu = 40 Mpa

+ Cường độ nén lúc đặt tải: f’ci = 36 Mpa

+ Cường độ chịu kéo của bê tông: f’r = 0,36 '

c

+ Mô đuyn đàn hồi của bê tông: Ec 0.043:= ⋅ γc1.5⋅ f'cu Ec 3.198 10 = × MPa4

MPa

Trang 12

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272 – 05.

7.5 6

Toạ độtrọng tâmmặt cắt

YCO(cm)

Mômentĩnh đối vớitrục x

Sox(cm3)

Mômenquán tínhđối với trục

X Jx (cm4)

Mômenquán tínhđối với trụctrung hoà

Io(cm4)Mặt cắt

tại gối 6490.43 81.1 526374 63989643 21292643Mặt cắt

tại giữa

II.1:Các hệ số dùng trong tính toán:

II.1.1:Hệ số làn xe:

Số làn xe thiết kế n Hệ số làn xe m

II.1.2:Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men:

Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men trong các dầm giữa:

Phạm vi áp dụng: Mặt cắt loại (a) trong bảng 4.6.2.2.2.1 (22TCN 272-05)

-Khoảng cách giữa trọng tâm dầm không liên hợp và trọng tâm bản mặt cầu:

Trang 13

S0.06

0,1329400.200

87697.100,3

2940023000,4

4300

23000.06

gK0,2LS0,62900

S0.075

0,1329400.200

87697.10

0,223000,6

2900

23000.075

II.1.3:Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt:

Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm giữa :

- Với 1 làn chịu tải thiết kế:

649,07600

270036

,07600

210700

27003600

23002

,0

0,2107003600

Trang 14

gvg=max(gvg1,gvg2)=0,769

II.1.4:Hệ số điều chỉnh tải trọng:

Hệ số điều chỉnh Chỉ dẫn TTGH cường độ TTGH sử dụng

II.2: Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trưng:

II.2.1 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ:

Như đã tính trong mục 2.1.9.1 tính được tổng cộng tỉnh tải tác dụng lên các dầmchủ:

+ Giai đoạn chưa liên hợp:

II.2.2: Đường ảnh hưởng mô men, lực cắt và sơ đồ xếp tải lên đường ảnh hưởng tại

các mặt cắt đặc trưng:

Trang 17

a, Mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm giữa:

*Giai đoạn chưa quy đổi:

*Giai đoạn khai thác:

Trang 18

b, Lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm giữa:

*Giai đoạn chưa liên hợp:

Trang 19

II.2.4.1:Mô men do xe tải thiết kế tác dụng lên dầm:

Công thức tính: MHLg= gmg.(145.y1M + 145.y2M +35.y3M)

Mặt

cắt bố tải trọngHệ số phân

II.2.4.2: Mô men do xe hai trục tác dụng lên dầm:

Công thức tính: MTandemg= gmg.(110.y1M + 110.y2M )

Mặt

cắt

Hệ số phân bố tải trọng

nhân hệ số phân bố

II.2.4.3:Mô men do tải trọng làn tác dụng lên:

Công thức tính: MLang= gmglan.qlan.ωM

Mặt cắt Hệ số phân bố tảitrọng làn(kN/m)Tải trọng Diện tích đườngảnh hưởng w

Mômen đã nhân hệ số phân bố kNm

II.2.4.4: Tổ hợp mô men do hoạt tải tác dụng:

*Tại các mặt cắt dầm giữa:

IM= 25%

Mxetk=max(MHLg, MTandemg)

MLLg=(1+IM).Mxetk+ MLang

Trang 20

II.2.4.5: Lực cắt do xe tải thiết kế tác dụng lên dầm:

Công thức tính: VHLg= gVg.(145.y1V + 145.y2V +35.y3V)

Tung độ đường ảnh hương

Lực cắt đã nhân hệsố phân bố (KN)

Tung độ đường ảnh hương Lực cắt đã nhân hệ

số phân bố(KN)

II.2.4.7: Lực cắt do tải trọng làn tác dụng lên dầm:

Công thức tính: VLang= gVglan.qlan.ωV

Mặt

cắt

Hệ số phân bố tải

trọng(gVg)

Lực cắt đã nhân hệsố phân bố(kN)

Trang 21

II.2.5: Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt đặc trưng:

II.2.5.1: Tổ hợp nội lực theo các TTGH tại các mặt cắt dầm:

1,Theo TTGH cường độ I (CĐ1):

*Mô men: MuCD1g= 1,0.(1,75.MLLg +1,25.MCDg + 1,5.MDWg)

2,Theo TTGH cường độ II (CD2):

*Mô men: MuCD2g= 1,0.(0.MLLg +1,25.MCDg + 1,5.MDWg)

Trang 22

3,Theo TTGH cường độ III (CD3):

*Mô men: MuCD3g= 1,0.(1,35.MLLg +1,25.MCDg + 1,5.MDWg)

Trang 23

5,Theo TTGH đặc biệt :

*Mô men: MuDBg= 1,0.(0,5.MLLg +1,25.MCDg + 1,5.MDWg)

II.3.1: Chọn sơ bộ số lượng cáp dự ứng lực:

*Đặc trưng vật liệu :Như đã trình bày ơ mục 2.9.3a chọn số bó thép là : N =7 bó và

bố trí như hình vẽ dưới đây:

Trang 24

II.3.2: Bố trí cốt thép DƯL trong dầm:

Ta bố trí cáp DƯL trong tiết diện ngang và chính diện dầm như sau:

Chọn đường cong trục bó cáp dạng đường cong gãy khúc có vuốt tròn

+ Xác định vị trí tim ống cáp tại tiết diện giữa nhịp và tại đầu neo theo chiều đứng(điểm C)

+ Chọn vị trí điểm gãy của đường trục đó là điểm B Xác định được l

+ Nối hai điểm BC, suy ra vị trí điểm A cũng tức là biết h

+ Quyết định bán kính vuốt cong R (hoặc đoạn t) rồi suy ra t (hoặc R) theo các côngthức sau:

l

h arctg l

h

tgα = →α =

2 α

O

R

d =

+ Tung độ tại mặt cắt cách gối một khoảng x là: y=(l−x).tgα (phần nghiêng bó cáp)

và y =R− R2 −(l+t−x)2 (đối với phần cung tròn)

T2 T1

Trang 25

Toạ độ trọng tâm các bó cáp DƯL tại các tiết diện tính từ đáy dầm:

+ Tại mặt cắt x=0.3m(tại gối):

aP =(0,145.2+0,40.2+0,679.1+1,02.1+1,37.1)/7=0,584(m)+ Tại mặt cắt x=2.8m(mặt cắt thay đổi tiết diện):

Trang 26

aP =(0,11.2+0,313.2+0,494.1+0,759.1+1,128.1)/7=0,461(m)+ Tại mặt cắt x=7,650m:

aP =(0,11.2+0,22.2+0,15.1+0,26.1+0,66.1)/7=0,247(m)+ Tại mặt cắt x=11,325m:

aP =(0,11.2+0,22.2+0,11.1+0,22.1+0,33.1)/7=0,189(m)+ Tại mặt cắt x=15,0m:

aP =(0,11.2+0,22.2+0,11.1+0,22.1+0,33.1)/7=0,189(m)

II.4: Tính đặc trưng hình học tiết diện theo các giai đoạn làm việc:

Đối với dầm chế tạo theo công nghệ căng sau, đặc trưng hình học dầm làm việc theo

ba giai đoạn như sau:

II.4.1: Đặc trưng hình học tiết diện trong giai đoạn 1:

Trong thời gian kéo căng cốt thép, mặt cắt dầm chịu lực là mặt cắt giảm yếu bơi các lỗchứa các bó cáp dự ứng lực

Trang 27

S1x=Sox – ∑Acap.aP

Khoảng cách từ trục 1-1 của mặt cắt đến mép trên và mép dưới:

Y1d=S1x/A1; y1t=H-y1d.

Mô men quán tính tính đổi có xét đến giảm yếu:

I10=Io – (πDO4)/64- ∑Acap.(yd-aP)2

(Ở đây ta bỏ qua cốt thép thường ơ thớ chịu kéo và chịu nén)

Mặt cắt A1(cm2) ap(cm) S1x(cm3) y1d(cm) y1t(cm) I10(cm4)

Gối 11561.16 58.4 960808.861 83.1067 76.893 26220953.91x=2.8 6258.15 46.1 515665.765 82.399 77.601 20979873.96x=L/4 6258.15 24.7 520636.557 83.193 76.807 20494963.66x=3L/8 6258.15 18.9 521983.781 83.409 76.591 20326026.71x=L/2 6258.15 18.9 521983.781 83.409 76.591 20326026.71

+ Độ lệch tâm bó cáp so với trục trung hoà 0-0:

Mặt cắt Gối Thay đổi tiết diện L/4 3L/8 L/2

y1d(cm) 83.107 82.399 83.193 83.409 83.409

e1

Trong thời gian vận chuyển và lắp ráp, mặt cắt chưa liên hợp chịu lực với mặt cắt tínhđổi có kể cả cốt thép dự ứng lực

Các đặc trưng hình học tính theo công thức sau:

+ Diện tích mặt cắt tính đổi:

A2=A1+(n-1).APS

APS=68,60 cm2

Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n=Ethep/Ec

Mô đun dàn hồi của thép: Ethép=197000MPa

Mô đun đàn hồi của bê tông dầm:

Ed=0,043.γc1.5.√fc, =31975MPaSuy ra: n=197000/31975=6,161

+ Mô men tĩnh của tiết diện đối với đáy dầm:

S2x=A1.y1d +(n-1)Aps.aP

Trang 28

+ Khoảng cách giữa trục 2-2 và đáy dầm:

y2d=S2x/A2

+ Khoảng cách từ trục 2-2 đến mép trên của mặt cắt:

y2t=H-y2d.+ Mô men quán tính của mặt cắt tính đổi:

I20=I10 + A1.(y1d-y2d)2 + (n-1).APS.(y2d-aP)2

.

Mặt

cắt A2(cm2) ap(cm) S2x(cm3) y2d(cm) y2t(cm) I20(cm4)

Gối 11915.205 58.4 981489.529 82.373 77.627 26430653.49x=2.8 6612.195 46.1 531986.758 80.455 79.545 21421394.89x=L/4 6612.195 24.7 529379.175 80.061 79.939 21641442.75x=3L/8 6612.195 18.9 528677.476 79.955 80.045 21720453.04x=L/2 6612.195 18.9 528677.476 79.955 80.045 21720453.04

+ Độ lệch tâm bó cáp so với trục trung hoà 2-2:

Mặt cắt Gối Thay đổi tiết diện L/4 3L/8 L/2

Y2d(cm) 82.373 80.455 80.061 79.955 79.955

e2(cm) 23.973 34.355 55.361 61.055 61.055

Khi có tải trọng sữ dụng tác động lên kết cấu vì lúc đó đã hình thành mặt cắt dầm liênhợp với bản phía trên có kích thước bfbxhf,với hf là chiều dày trung bình củabản.hf=21cm

-Bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm giữa là giá trị nhỏ nhất trong 3 giá trị sau:

+6hf+1,08/4=1,53m (Đối với các mặt cắt Ltt/8,Ltt/4,3Ltt/8,Ltt/2)

+6hf +0,71=3,01 m (Đối với mặt cắt tại gối)

+ Sk=1,23m

Trang 29

=>bfb=2,33m

Chuyển đổi bêtông bản sang bêtông dầm:n’=Eban/Edầm=0,935

Bề rộng bản quy đổi cho dầm biên là:bban=n’.bfb=2,33.0,935=2,179m

Khoảng cách từ trọng tâm của bản đến thớ dưới của dầm là:

Alh=Abm+ A2.

Khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện đến đáy dầm:

Ydn=Slhn/Alhn.Trong đó: Slhn=A1.y1d+Abm.ybm

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	4,27 MB
File đính kèm	Đồ Án Thiết Kế Cầu Bê Tông Cốt Thép.rar (507 KB)