Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép

Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải.Lấy mô men dơng lớn nhất để đặt tải cho các vùng có mô men dơng, tơng tự đối với mô men âm.. Các yếu tố thuộc về tính tải tác dụng lên bản mặt cầ

Trang 1

C¸c sè liÖu cho tríc

DÇm I, chiÒu dµi toµn dÇm lµ L = 22 mÐt, kÕt cÊu kÐo tríc.

Khæ cÇu K10.5m Kh«ng cã ngêi ®i.3 làn xe

T¶i träng thiÕt kÕ HL 93

Lo¹i cèt thÐp dù øng lùc: bã sîi song song 24Ф5.

Trang 2

1 Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ.

1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu.

Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là a = 0.3 m

Chiều dài tính toán của nhịp sẽ là Ltt = 22-2ì0.3 = 21.4 m

Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bê tông có fc’ = 45 MPa,

Bản mặt cầu có chiều dày 20 cm, đổ tại chỗ bằng bê tông có fc’ = 45 MPa,

tạo thành mặt cắt liên hợp Trong quá trình thi công, độ dốc ngang mặt cầu

đợc chế tạo bằng cách kê cao các gối

Dầm chủ tiết diện chữ I với các kích thớc sau:

- Chiều cao toàn dầm : 125 cm

- Chiều rộng bầu dầm : 60 cm

- Chiều cao vút của bụng bầu dầm : 20 cm

- Chiều rộng cánh dầm : 80 cm

- Phần ghờ đỡ bản bê tông đổ trớc : 10 cm mỗi bên

Các kích thớc khác xem ở hình vẽ

Trang 3

600 800

600

1.3 Chiều cao kết cầu nhịp.

Yêu cầu hmin = 0.045Ltt trong đó

L = 21.4 m là chiều dài nhịp tính toán

hmin là chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu

hmin = 1250 + 200 = 1450 mm

Theo yêu cầu hmin = 0.963 m do đó thoả mãn yêu cầu về chiều cao tối thiểu

3 Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu.

3.1 Đối với dầm giữa.

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

3.2 Đối với dầm biên.

Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm trong cộng với trị số nhỏ nhất trong các trị số sau:

+ 1/8 chiều dài nhịp tính toán = 0.125x21400 = 2675 mm

+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với trị số lớn hơn giữa 1/2 bể rộng sờn dầm hoặc 1/4 chiều dày cánh dầm

= 6x200+max(0.5x200,0.25x600) = 1350 mm

+ Bề rộng phần hẫng = 1200 mm

Vậy be’ = 2.4m

Dầm giữa (b i ) 2400 mm Dầm biên (b e ) 2400 mm

Trang 4

4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải.

Lấy mô men dơng lớn nhất để đặt tải cho các vùng có mô men dơng, tơng

tự đối với mô men âm Sơ đồ trong đồ án này là dầm liên tục 3 nhịp đối

xứng, các vị trí cần tính toán là a, b, c, d, e nh trên hình

Theo quy định thì chiều dài nhịp phải lấy bằng khoảng cách S giữa tim hai

dầm liền kề và để xác định hiệu ứng lực trong các dải thì các cấu kiện đỡ đợc

giả thiết là cứng tuyệt đối

Các tải trọng bánh xe có thể đợc mô hình hoá theo hai kiểu là tải trọng tập

trung và tải trọng vệt, để đơn giản trong tính toán ta coi tải trọng bánh xe là

các tải trọng tập trung

Các yếu tố thuộc về tính tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải trải

đều do TTBT của bản mặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can

tác dụng lên phần hẫng Ta tính cho một mét dài bản mặt cầu theo 2 phơng

dọc và ngang cầu.

+ Bản mặt cầu dày 200 mm, tỷ trọng là 24 kN/m3

gDC(bmc) = 200.1000.24.10-6 = 4.8 kN/m+ Thiết kế lớp phủ dày 75 mm, tỷ trọng lớp phủ là 22.5 kN/m3

gDW = 75.1000.22.5.10-6 = 1.665 kN/m

+ Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi

của lan can không đặt ở mép bản mặt cầu, nhng để đỡ mất công tính toán và

cũng thiên về an toàn hơn nên ta coi đặt ở mép

gDC(Lan can) = 7.456 kN/m

Để tính nội lực cho các mặt cắt b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng của các

mặt cắt rồi xếp tải lên đờng ảnh hởng Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu

Trang 5

là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta dùng chơng trình hỗ trợ là Sap hoặc Midas để vẽ và tính toán.

Công thức xác định nội lực tính toán:

MU = η(γPMDC1+γPMDC2+γPMDW)

η : Là hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d và tầm quan trọng trong khai thác lấy η = 0.95

γP : Là hệ số tĩnh tải đợc lấy theo bảng sau:

DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1.25 – 0.9 1

Trang 6

VËt liÖu : Bª t«ng theo tiªu chuÈn ASTM Grade 4000.

Ph©n chia c¸c trêng hîp t¶i vµ tÝnh to¸n cho ta kÕt qu¶ sau:

Trang 8

4.3 Xác định nội lực do hoạt tải

Do trong đồ án này cầu thiết kế dành riêng cho xe chạy nên không phải tính tải trọng bộ hành đồng thời với hoạt tải xe thiết kế

Tải trọng thiết kế dùng cho bản mặt cầu và quy tắc xếp tải: áp dụng theo

điều 3.6.1.3.3 của quy trình

+ Do nhịp của bản S = 2400 < 4600 mm nên phải đợc thiết kế theo các bánh xe của trục 145 kN

+ Tải trọng bánh xe phải đợc giả thiết là bằng nhau trọng phạm vi một đơn

vị trục xe và sự tăng tải trọng bánh xe do các lực ly tâm và lực hãm không cần đa vào tính toán bản mặt cầu

+ Xe đợc xếp theo chiều ngang cầu sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh nào cũng không đợc nhỏ hơn:

* 300 mét tính từ mép đá vỉa hoặc lan can khi thiết kể bản mút thừa

* 600 mét tính từ mép làn xe thiết kế khi tính các bộ phận khác

+ Phải xếp tải sao cho gây đợc hiệu ứng bất lợi nhất cả âm và dơng

Bề rộng dải tơng đơng theo điều 4.6.2.1.3:

- Phần hẫng:SW = 1140 + 0.833X = 1140 + 0.833ì400 = 1264.95 mm,

do X = 950 – 500 – 300 = 150 mmMô men dơng M+:

P(N) : là tải trọng trục xe

4.3 Nội lực do hoạt tải.

Theo phơng ngang thì khoảng cách các trục của Truck và Tandem là nh nhau (1.8 mét) Nhng trục của Truck nặng hơn của Tandem do đó việc tính nội lực do Tandem là không cần thiết mà chỉ cần tính cho Truck

Trang 9

Căn cứ vào sơ đồ xếp tải trên ta tính đợc các giá trị trong bảng sau:

Công thức xác định mô men trong TTGHSD cho một mét dài bản mặt cầu:

- Lớp bảo vệ: Theo bảng A5.12.3-1 ta có:

+ Mép trên bản a = 60 mm vì bản chịu mài mòn của vầu lốp xe.+ Mép dới bản a = 25 mm

- Sức kháng uốn của bản:

Mr = ФMn

Ф = 0.9 ở TTGHCĐ1 là hệ số sức kháng theo điều 5.5.4.2.1Mr: Sức kháng uốn tính toán

Mn: Sức kháng uốn danh định

- Đối với cấu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng là hình chữ nhật cạnh 0.85fc’ thì sức kháng uốn danh định tính nh sau:

Trang 10

Vì không có thép ứng suất trớc nên : As’ = 0; b = bw’.

Do đó

Trong đó:

As : Diện tích cốt thép thờng chịu kéo

fy : Giới hạn chảy quy đinh của cốt thép

ds : Khoảng cách từ trọng tâm CT thờng chịu kéo đến thớ nén ngoài cùng

As’: Diện tích CT chịu nén

fy' : Giới hạn chảy của CT chịu nén

dp’: Khoảng cách từ trọng tâm CT chịu nén đến thớ nén ngoài cùng

b : Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện

bw: Chiều dày bản bụng

β1 : Hệ số chuyển đổ biểu đồ ứng suất

a = cì β1 : Chiều dày khối ứng suất tơng đơng

Theo TTGHCĐ 1 thì cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ khả năng chịu lực

4.5.1 Bố trí cốt thép chịu mô men âm của bản mặt cầu (cho 1 mét dài

bản mặt cầu) và kiểm toán theo TTGHCĐ 1.

+ Không xét đến cốt thép chịu nén ( sẽ bố trí cho mô men dơng của bản mặt cầu)

+ Mô men tính toán cho mô men âm của bản mặt cầu

Trang 11

M n =A s f s (d p - )=10005.312*420.(132- ).10 -6 = 53.115 KNm

Vậy mặt cắt thoả mãn về cờng độ

+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa

Lợng cốt thép tối đa phải thoả mãn điều kiện

Với c = 16.249 là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến TTH

Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng cốt thép tối đa

+ Lợng cốt thép tối thiểu phải thoả mãn:

Vậy mặt cắt thoả mãn điều kiện về hàm lợng cốt thép tối thiểu

+ Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép

Theo điều 5.10.3.2, trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450 mm

Trang 12

Vậy mặt cắt thoả mãn về cờng độ.

Vậy mặt cắt thoả mãn về cờng độ

+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa

Lợng cốt thép tối đa phải thoả mãn điều kiện

Với c = 16.249 là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến TTH

Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng cốt thép tối đa

+ Lợng cốt thép tối thiểu phải thoả mãn:

Vậy mặt cắt thoả mãn điều kiện về hàm lợng cốt thép tối thiểu

Trang 13

+ Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép.

Theo điều 5.10.3.2, trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450 mm

Smax < 1.5ì200 = 250 (mm)

4.5.3 Bố trí cốt thép âm cho phần hẫng của bản mặt cầu.

+ Đê thuận tiện cho thi công: Bố trí 2 mặt phẳng lới cốt thép cho bản mặt cầu nên cốt thép âm cho phần hẫng đợc bố trí giống cốt thép âm ở trên ( tức dùng 5 thanh Ф16) Sau đây ta tiến hành kiểm toán

+ Mô men tính toán cho phần hẫng:

Mu = 29.86 (kNm)Với giá trị này thì chắc chắn sẽ thoả mãn kiểm toán thôi

4.5.4 Bố trí cốt thép do co ngót và nhiệt độ.

+ Theo điều A5.10.8 cốt thép cho các ứng suất do co ngót và thay đổi nhiệt

độ phải đợc đặt gần bề mặt bê tông lộ ra trớc các thay đổi nhiệt độ hàng ngày Đối với các cấu kiện mỏng hơn 1.2 mét, diện tích cốt thép mỗi hớng không đợc nhỏ hơn:

Chiều dày có hiệu 200 mm  Chiều dày thực là 200 + 30 = 230 mm

 Ag = 230ì1 = 230 (mm2)

Cốt thép do co ngót và nhiệt độ không đợc đặt rộng hơn hoặc bằng 3 lần chiều dày cấu kiện (3ì200 = 600 mm) hoặc 450 mm Cốt thép co ngót và nhiệt độ theo phơng dọc cầu là 0.5ìAs = 0.2065 (mm2)

4.5.5 Kiểm tra bản mặt cầu theo TTGH sử dụng (kiểm soát nứt ).

Trong trạng thái giới hạn sử dụng phải kiểm tra về nứt, biến dạng và ứng suất trong bê tông

Do nhịp của bản nhỏ và không có thép dự ứng lực nên trong đồ án này chỉ kiểm toán nứt đối với bản mặt cầu theo điều 5.7.3.4

Các cấu kiện phải đợc cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng fsa không đợc vợt quá khoảng sau:

Trong đó:

de : Chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho đến tâm của thanh hay sợi đặt gần nhất; nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tĩnh của lớp bê tông bảo vệ dc < 50 mm

Trang 14

A : Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và đợc bao bởi các mặt cắt của mặt cắt ngang và đờng thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lợng các thanh cốt thép (mm2).

4.5.5.1 Kiểm tra nứt đối với mô men d ơng.

+ Mô men tĩnh của mặt cắt đối với trục đi qua đáy (hình)

+ Diện tích mặt cắt: A = b.h+n.As +n.As’ = 209537.219 (mm2) + Khoảng cách từ TTH đến mép dới của mặt cắt:

Trang 15

ờng thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lợng của các thanh hay sợi )

=>

do vậy lấy f sa =0.6f y =252 Mpa > f S = 10.978Mpa (Thoả mãn)

Vậy thoả mãn nứt đối với mô men dơng

4.5.5.2 Kiểm tra nứt đối với mô men âm.

do vậy lấy f sa =207 Mpa > f S = 64,025 Mpa Thoả mãn

Vậy bản mặt cầu thoả mãn điều kiện kiểm toán nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng.

Vậy bản mặt cầu thoả mãn điều kiện kiểm toán nứt ở TTGHSD

5 Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải.

5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ.

+ Tải trọng bản thân dầm: DCdc: Là toàn bộ tĩnh tải kết cấu trừ tĩnh tải lớp mặt hao mòn dự phòng và tải trọng chuyên dụng Hai phần của tĩnh tải đ-

ợc tính nh sau:

gDC1(dc) = γAg

Trong đó:

Trang 16

Ag là diện tích mặt cắt ngang của dầm khi cha mở rộng, tính đợc Ag =

Trang 17

Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ do các tấm đỡ:

5.1.4 Tải trọng do bản mặt cầu

Bản mặt cầu dày 200mm, rộng 10500mm

5.1.5 Tải trọng do lan can

DC2 : Trọng lượng lan can xuất hiện ở giai đoạn khai thác sau các mất mát

Ta sử dụng loại lan can theo tiêu chuẩn AASHTO

=> Tĩnh tải DC2 tác dụng cho dầm biên

Trang 18

5,2.1 Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải

Để xác định nội lực, ta vẽ đường ảnh hưởng cho các mặt cắt cần tính rồi xếp tĩnh tải rải đều lên đường ảnh hưởng Nội lực được xác định theo công thức:

(Tương tự như tính toán bản mặt cầu với mục đích tạo ra hiệu ứng tải lớn nhất)

Trong đó:

ω- Diện tích đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt đang xét

η: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư, và sự quan trọng trong khai thác xác định theo Điều (A.1.3.2)

Trang 19

Hệ số liờn quan đến tớnh dẻo ηD = 0,95 theo Điều (A.1.3.3)

Hệ số liờn quan đến tớnh dư ηR = 0,95 theo Điều (A.1.3.4)

Hệ số liờn quan đến tầm quan trọng khi khai thỏc ηi = 1,05theo Điều (A.1.3.5)

a) Mô men tại mặt cắt giữa dầm.

Trạng thái giới hạn cờng độ I.

Diện tích đờng ảnh hởng mô men ω 57.24m2

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) Mu(dt) 2261.0372kNm

Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) Mu(dn) 2859.0593kN/m

Trạng thái giới hạn sử dụng

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) Mu(dt) 1843.4142kNm

Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) Mu(dn) 2253.8593kNm

Trang 20

b) Mô men tại mặt cắt L/4.

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) 1695.778kNm Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) 2144.294kN/m

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) 1382.561kNm Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) 1690.395kNm

c) Mặt cắt cách gối 0.8 mét.

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) 325.4882kNm Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) 411.5767kN/m

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) 265.3692kNm Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) 324.4549kNm

5.3.2 Tính cho lực cắt.

a) Lực cắt tại mặt cắt giữa dầm.

Diện tích dơng của đah lực cắt ω+ 2.675m2

Diện tích âm của đah lực cắt ω- 2.925m2 Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) Vu 26.98891kN Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) Vu 32.089kN

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) Vu -8.05125kN Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) Vu -9.8439kN

Trang 21

b) Lực cắt tại mặt cắt L/4.

Diện tích âm của đah lực cắt ω- 0.669m2

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can) Vu 227.7881kN

Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lc) Vu 277.4205kN

c) Lực cắt tại mặt cắt cách gối 0.8m.

Diện tích âm của đah lực cắt ω- 0.015m2

d) Lực cắt tại mặt cắt gối.

Diện tích âm của đah lực cắt ω- 0m2

Trang 22

Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải gây ra.

5.3.3 Xác định nội lực do hoạt tải.

5.3.3.1 Xác định hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men.

* Đối với dầm giữa (AASHTO bảng 4.6.2.2.2b-1):

-Một làn thiết kế chịu tải :

Trang 23

= = 0,06+ = 0,472

-Hai làn thiết kế chịu tải:

* Đối với dầm biên (AASHTO Bảng 4.6.2.2.2.c-1)

-Một làn thiết kế chịu tải

5.3.3.2 Hệ số phân phối hoạt tải theo làn đối với lực cắt

*Đối với dầm giữa (ASSHTO Bảng 4.6.2.2.3a-1):

Trang 24

= = = 0,676

-Hai làn thiết kế chịu tải

*Đối với dầm biờn (AASHTO bảng 4.6.2.2.3b-1):

- Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

- Quy tắc xếp tải : Xếp tải lên đờng ảnh hởng sao cho hợp lực giữa các trục

xe và trục gần nó nhất cách đều vị trí tung độ lớn nhất của đờng ảnh hởng.Với sơ đồ xếp tải cho dầm giản đơn ta sử dụng xe 3 trục có cự ly trục sau là 4.3 mét là đủ

Trang 25

110 KN

1,2m x=0,6m

Xác định đợc khoảng cách từ hợp lực các trục của xe tải đến trục giữa của

nó là x = 1.455 mét, và nằm ở khoảng giữa hai trục sau Còn xe hai trục thì hợp lực chắc chắn phải ở giữa rồi

Trang 26

5.4.2 Xếp tải HL 93+lải trọng làn lên đờng ảnh hởng mô men.

Trang 27

Tải trọng Vị trí Tung độ Tải trọng Phản lực Đơn vị

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	577,02 KB