Đồ án thiết kế cầu BTCT thường L =20m có dầm ngang

=> Trọng lượng các bộ phận trên được tính cho 1m chiều dài dầm chủ, do đó ta có thể gọi là tĩnh tải giai đoạn I dải đều.. => Trọng lượng các bộ phận trên được tính cho 1m chiều dài dầm c

MôC LôC

1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1.1 Số liệu chung

1.2 Vật liệu chế tạo dầm

2 CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP

2.1 Chiều dài tính toán KCN

2.2 Quy mô mặt cắt ngang cầu

2.3 Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ

2.3.1 Mặt cắt L/2 và L/4

2.3.2 Mặt cắt gối

2.4 Cấu tạo bản bêtông mặt cầu

2.5 Cấu tạo dầm ngang

2.6 Cấu tạo ván khuôn cố định

2.7 Đặc trưng hình học của mặt cắt

2.7.1 Xác định bề rộng bản cánh hữu hiệu

2.7.1.1 Dầm trong

2.7.1.2 Dầm biên

2.7.2 Đặc trưng hình học của mặt cắt dầm trong

2.7.2.1 Mặt cắt L/2 và L/4

2.7.2.2 Mặt cắt gối

2.7.2.3 Tổng hợp đặc trưng hình học mặt cắt

3 TÍNH TOÁN HIỆU ỨNG LỰC

3.1 Các hệ số tính toán

3.2 Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ

3.2.1 Dầm trong

3.2.1.1 Trọng lượng bản thân dầm trong

3.2.1.2 Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu

3.2.1.3 Trọng lượng dải đều của dầm ngang

3.2.1.4 Trọng lượng dải đều của ván khuôn

3.2.1.5 Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu

3.2.2 Dầm biên

3.2.1.1 Trọng lượng bản thân dầm biên

3.2.2.2 Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu

3.2.2.3 Trọng lượng dải đều của dầm ngang

3.2.2.4 Trọng lượng dải đều của ván khuôn

3.2.2.5 Trọng lượng dải đều của lan can

3.2.2.6 Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu

3.2.3 Tính toán nội lực do tĩnh tải

3.2.3.1 Các mặt cắt tính toán

3.2.3.2 Vẽ đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt tính toán

3.3 Tính toán nội lực do hoạt tải

3.3.1 Xác định hệ số phân bố ngang

3.3.1.1 Xác định hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy

3.3.1.1.1 Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm biên

3.3.1.1.2 Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm trong

3.3.1.2 Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93

3.3.1.2.1 Điều kiện tính toán

3.3.1.2.2 Tính tham số độ cứng dọc

3.3.1.2.3 Tính hệ số ngang mômen

3.3.1.2.4 Tính hệ số PBN lực cắt

3.3.1.3 Tổng hợp hệ số phân bố ngang

3.3.1.3.1 Hệ số PBN đối với dầm biên

3.3.1.3.2 Hệ số PBN đối với dầm trong

3.3.1.3.3 Hệ số phân bố ngang tính toán

3.3.2 Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người

3.3.3 Tính nội lực do xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế

3.3.3.1 Nguyên tắc tính toán

3.3.3.2 Tính mômen do hoạt tải tại các mặt cắt

3.3.3.3 Tính lực cắt do hoạt tải tại các mặt cắt

3.3.3.4 Tổng hợp nội lực do hoạt tải

3.4 Tổng hợp nội lực

4 CHỌN BÓ CÁP DỰ ỨNG LỰC

4.1 Đặc trưng vật liệu

4.1.1 Cáp dự ứng lực

4.1.2 Bê tông

4.1.3 Cốt thép thường

4.2 Sơ bộ chọn bó cáp DƯL

4.2.1 Theo trạng thái giới hạn cường độ

4.2.2 Sơ bộ chọn cáp DƯL

4.3 Bố trí cáp DƯL

5 MẤT MÁT ỨNG SUẤT

5.1 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi

5.2 Mất mát ứng suất do co ngót

5.3 Mất mát ứng suất do từ biến

5.4 Các mất mát ứng suất tại lúc truyền lực

5.6 Tổng các mất mát ứng suất

6 KIỂM TOÁN THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

6.1 §iÒu kiÖn kiÓm to¸n øng suÊt trong bª t«ng ………

6.2 KiÓm tra øng suÊt nÐn trong bª t«ng khi khai th¸c 6.3 KiÓm tra øng suÊt kÐo trong bª t«ng khi khai th¸c 6.4 KiÓm to¸n øng suÊt trong bª t«ng giai ®o¹n thi c«ng 6.5Tính toán độ võng và độ vồng 6.5.1 Tính độ võng (xét tại mặt cắt giữa nhịp) 6.5.2 Tính độ võng do hoạt tải có xét đến lực xung kích 7 KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

7.1 Kiểm toán cường độ chịu uốn

7.2 Kiểm tra lượng cốt thép tối đa, lượng cốt thép tối thiểu

7.2.1 Lượng cốt thép tối đa

7.2.2 Lượng cốt thép tối thiểu

7.3 Kiểm toán sức kháng cắt

7.3.1 Công thức kiểm toán

8 THiết kế bản mặt cầu

1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1.1 Số liệu chung

- Quy mô thiết kế: Cầu dầm BTCT DƯL nhịp giản đơn.

+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: f ' c =40 MPa

+ Trọng lượng riêng của bêtông: γc =23 kN/m3

- Bêtông bản mặt cầu:

+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: f ' cs =30 MPa

+ Trọng lượng riêng của bêtông: γc =23 kN/m3

- Cáp DƯL: Sử dụng loại cáp tao xoắn 7 sợi 12.7mm theo tiêu chuẩnASTM 416

- Các chỉ tiêu cáp DƯL:

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

+ US trong thép DƯLf pj=0.75 fpu f pj=1.395 ×10 3Mpa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu:

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

2 CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP

2.1 Chiều dài tính toán KCN

- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh = 20 m

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

- Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh - 2.a Ltt = 19,4m

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.blc Bcau = 12 m

Hình 1 Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp

+ Bề rộng bản cánh trên: b7= 850 mm

+ Bề rộng vút bản cánh trên: b4= 325 mm+ Chiều cao vút bản cánh trên: h4= 100 mm

- Kích thước gờ kê ván khuôn cố định:

+ Chiều cao vút bản cánh trên: h8 = 31 mm

- Kích thước gờ kê ván khuôn cố định:

2.4 Cấu tạo bản bêtông mặt cầu

- Chiều dài phần cánh hẫng phía trong: S/2 = 1150 mm

- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp Hcb = 1400 mm

2.5 Cấu tạo dầm ngang

+ 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu, Ltt/8 =2425 mm.

+ 6 lần chiều dày bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày sườn dầm hoặc1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính

2.7.2 Đặc trưng hình học của mặt cắt

Do dầm trong và dầm biên có cấu tạo giống nhau nên ta tính ĐTHH của

mặt cắt dầm trong, mặt cắt dầm biên tương tự

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

- Mômen tĩnh của mặt cắt với trục nằm ngang đi qua đáy dầm:

2 1

So = 320856667 mm3

Y o = 615.257271 mm

Yo t 584.742729 mm

Io = 8.887E+10 mm4

2.7.2.2 Đặc trưng hình học của mặt cắt mặt cắt gối

Hình 6: Chia mặt cắt gối thành các khối

- Lực xung kích 1+IM:

+ Trạng thái giới hạn cường độ: 1+IM=1.25

+ Trạng thái giới hạn mỏi: 1+IM=1.15

- Hệ số làn xe: Cầu được thiết kế với n = 2 làn Nên hệ số làn xe m = 1.00

I: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác 

I =1.05+ 

D: Hệ số liên quan đến tính dẻo 

D =0.95+ R: Hệ số liên quan đến tính dư R =0.95Vậy:  = 0.95

3.2 Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ

- Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ bao gồm: Tĩnh tải giai đoạn I và Tĩnhtải giai đoạn II

- Tĩnh tải giai đoạn I:

+ Trọng lượng bản thân dầm chủ

+ Trọng lượng bản bêtông mặt cầu

+ Trọng lượng hệ liên kết ngang cầu

+ Trọng lượng ván khuôn

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

ta có thể gọi là tĩnh tải giai đoạn I dải đều

- Tĩnh tải giai đoạn II:

+ 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 đó

ta có thể gọi là tĩnh tải giai đoạn II dải đều

3.2.1 Dầm trong

3.2.1.1 Trọng lượng dải đều dầm trong

- Do mặt cắt dầm chủ có thể thay đổi tiết diện từ mặt cắt gối đến mặt cắtgiữa nhịp nên trọng lượng bản thân dầm chủ được xác định với 3 phần Chiềudài mặt cắt thay đổi như sau:

Hình 7: Cấu tạo mặt cắt thay đổi tiết diện

x1 = 1000mm x2 = 500mm x3 = 1500mm

- Trọng lượng các đoạn dầm:

+ Trọng lượng đoạn dầm tại mặt cắt gối: pgôi  2 A xc gôi 1

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

p  2 .A x

Trong đó:

+ c : Trọng lượng riêng của bêtông dầm, c = 23kN/m3

+ Agoi: Diện tích mặt cắt gối, Agoi = 807077mm2

+ x1: Chiều dài mặt cắt có tiết diện Agoi, x1 = 1000mm

 Trọng lượng của dầm ngang:

Trọng lượng dầm ngang tại gối

Trọng lượng dầm ngang tại mặt cắt trung gian

Trọng lượng dải đều của dầm ngang trên 1m chiều dài dầm trong

3.2.1.2 Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu

Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu:

+  : Trọng lượng của bản bê tông mặt cầuc cs = 23 kN/m3

+ ts: Chiều dày của bản bêtông ts = 0,2 m

+ btr: Bề rộng bản cánh tính toán của dầm trong btr = 2,4 m

3.2.1.3 Trọng lượng dải đều của ván khuôn

- Cấu tạo ván khuôn:

3.2.1.4 Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu

- Cấu tạo bản bêtông mặt cầu:

+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu hmc = 0,074m

+ Trọng lượng riêng lớp phủ mặt cầu: a = 22,5 kN/m3

- Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu: Ta coi lớp phủ mặt cầu cóchiều dày không đổi trên mặt cắt ngang cầu:

- Do dầm biên và dầm trong có cấu tạo giống nhau nên trọng lượng dải đểu

của dầm biên xác định như sau:

3.2.2.2 Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu

Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu:

+  : Trọng lượng của bản bê tông mặt cầuc cs = 23 kN/m3

+ ts: Chiều dày của bản bêtông ts = 0,2 m

+ bbiên: Bề rộng bản cánh tính toán của dầm trong bbiên = 2,0 m

3.2.2.3 Trọng lượng dải đều của ván khuôn

- Cấu tạo ván khuôn:

3.2.2.4 Trọng lượng dải đều của lan can

- Cấu tạo lan can cầu:

èng trßn 120 ThÐp vu«ng 50x20mm ThÐp vu«ng 60x80mm

Hình 8: Cấu tạo lan can

- Trọng lượng dải đều của lan can, tay vịn có thể lấy sơ bộ, qlc = 0,1kN/m

- Trọng lượng dải đều của chân lan can: Để thiên về an toàn và tiện chotính toán, trọng lượng dải đều chân lan can được tính như sau:

clc

nh

0,75.b h L q

+ bclc: Bề rộng chân lan can, bclc = 0,5n

+ hclc: Chiều cao chân lan can, hclc = 0,6m

+ 0,75: Hệ số tính toán gần đúng xét đến cấu tạo thực chân lan can

Do đó:

q clc=0.75× 0.5 ×0.6 ×20 × 23

20 +0,1=5,28 kN /m

3.2.2.5 Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu

- Cấu tạo bản bêtông mặt cầu:

+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu hmc = 0,074m

+ Trọng lượng riêng lớp phủ mặt cầu: a = 22,5 kN/m3

- Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu: Ta coi lớp phủ mặt cầu cóchiều dày không đổi trên mặt cắt ngang cầu:

+ Bề rộng lớp phủ mặt cầu của dầm biên được xác định như sau:

b mc biên=b biên−b lc=2.4−0.5=1.9 m

+ Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu

Bảng tổng hợp tĩnh tải tác dụng lên dầm biên và dầm trong

3.2.3 Tính toán nội lực do tĩnh tải

3.2.3.1 Các mặt cắt tính toán

- Về nguyên tắc khi tính toán nội lực ta thường chia dầm chủ ra thànhnhiều mặt cắt, khoảng cách giữa các mặt cắt từ 1-2m Tuy nhiên thực tế ta chỉcần xác định nội lực tại các mặt cắt quan trọng phục vụ cho việc tính duyệtdầm 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

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

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

3.2.3.2 Vẽ đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt tính toán

- Vẽ đường ảnh hưởng tại 3 mặt cắt:

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

x.(L x)2



 

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

2 V

x2.L

- Để tính nội lực do tĩnh tải thì ta đặt tĩnh tải trực tiếp lên ĐAH và tínhtoán nội lực theo các công thức:

V : Lực cắt tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải.

+M, : Tổng diện tích đường ảnh hưởng mômen uốn và lực cắt củaV

mặt cắt cần xác định nội lực

- Bảng tổng hợp nội lực dầm trong do tĩnh tải:

Bảng tổng hợp nội lực dầm biên do tĩnh tải:

3.3 Tính toán nội lực do hoạt tải

3.3.1 Xác định hệ số phân bố ngang

3.3.1.1 Xác định hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy

3.3.1.1.1 Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm biên

- Điều kiện tính toán:

y2 y4 y1 y3

Hình 10: Tính hệ số phân bố ngang cho dầm biên

- Xếp tải trọng bất lợi lên ĐAH phản lực gối

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

- Hệ số PBN đối với tải trọng người dải đều:

Nhân xét: trường hợp xếp tải trọng xe phần lề người đi bộ nguy hiểm hơn so vớixếp tải trọng người ( 9,3/3=3,1>3) vì vậy bỏ qua hiệu ứng do tải trọng người

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

3.3.1.1.2 Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm trong

- Đối với dầm trong thì ảnh hưởng của tải trọng người là không đáng kể ta

bỏ qua

3.3.1.2 Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93

3.3.1.2.1 Điều kiện tính toán

- Phương pháp tính hệ số phân bố ngang trong 22TCN272 – 05 chỉ ápdụng khi thoả mãn các điều kiện sau:

+ Bề rộng mặt cầu không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp.

+ Số dầm chủ 4.

+ Các dầm chủ song song với nhau và có độ cứng xấp xỉ nhau

+ Phần hẫng của đường xe chạy 910mm trừ khi có quy định khác.+ Mặt cắt ngang cầu phù hợp với quy định trong bảng theo quy trình

3 , 0 4 , 0

4300 06

S S

g M damtrong=0.06+(24004300)0.4×(194002400 )0.3×(19400 ×200 3,8 ×1011 3)0.1=0.523

+ Trường hợp số làn xếp tải  2 làn:

g M =

1 , 0 3

2 , 0 6 , 0

2900 075

S S

=

g M damtrong=0.075+(24002900)0.6×(194002400 )0.2×(19400 ×200 3,8 ×1011 2)0.1=0.718

- Hệ số phân bố ngang cho dầm biên:

+ Trường hợp có 1 làn xếp tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy:

- Hệ số phân bố ngang lực cắt cho dầm biên:

+ Trường hợp có 1 làn xếp tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy:

3000



= 0,6 + 700/3000 = 0,833 => g v = 0,833 x 0,456 =0.388

3.3.1.3 Tổng hợp hệ số phân bố ngang

3.3.1.3.1 Hệ số PBN đối với dầm biên

3.3.1.3.2 Hệ số PBN đối với dầm trong

3.3.1.3.3 Hệ số phân bố ngang tính toán

Hệ số phân bố ngang tính toán cho dầm biên

Hệ số phân bố ngang tính toán cho dầm trong

3.3.2 Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người

- Để tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người thì ta xếp tải trọng dảiđều bất lợi lên ĐAH và tinh toán nội lực

- Công thức tính toán nội lực do tải trọng làn:

+ h : Hệ số tải trọng của hoạt tải.

+ Tải trọng làn và tải trọng người không xét đến hệ số xung kích

- Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng làn và tải trọng người cho dầm biên

- Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng làn và tải trọng người cho dầm trong

3.3.3 Tính nội lực do xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế

3.3.3.1 Nguyên tắc tính toán

- Để tính nội lực do xe tải và xe 3 trục ta xếp tải trực tiếp tải trọng lênĐAH nội lực theo sơ đồ bất lợi nhất và tính toán nội lực

+ Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục

xe của xe tải thiết kế là 4.3m

- Cách xếp tải:

+ Trường hợp 1: Xếp xe sao cho hợp lực của các trục xe và trục xe gầnnhất cách đều tung độ của đường ảnh hưởng

+ Trường hợp 2: Xếp trục xe trực tiếp lên tung độ đường ảnh hưởng

- Công thức tính toán nội lực do xe tải và xe 3 trục thiết kế:

+ y , y : Là tung độ ĐAH mômen và lực cắt tại vị trí trục thứ i.Mi Vi

+ gh: Hệ số phân bố ngang của hoạt tải, tải trọng làn và tải trọng người

+ 1+IM: Hệ số xung kích của hoạt tải

+ h : Hệ số tải trọng của hoạt tải.

3.3.3.2.Tính mômen do hoạt tải tại các mặt cắt

- Xếp trục xe trực tiếp lên tung độ đường ảnh hưởng

Hình 11: Xếp tải lên ĐAH mô men tại mặt cắt L/4

- Xếp tải lên đường ảnh hưởng lực cắt

3.3.3.4 Tổng hợp nội lực do hoạt tải

- Bảng nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm biên

M=γ¿m × g M × k∑P i y i(1+ℑ)

- Bảng nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm trong

M=γ¿m × g M × k∑P i y i(1+ℑ)

+TH1: Tĩnh tải + Xe tải thiết kế +tải trọng làn +đoàn Người.

+TH2: Tĩnh tải + Xe 2 trục thiết kế +tải trọng làn +đoàn Người

- Bảng nội lực tác dụng lên dầm biên (trạng thái giới hạn sử dụng)

- Bảng nội lực tác dụng lên dầm biên (trạng thái giới hạn cường độ)

Bảng nội lực tác dụng lên dầm trong (trạng thái giới hạn sử dụng)

Bảng nội lực tác dụng lên dầm trong (trạng thái giới hạn cường độ)

Kết luận: Dầm bất lợi là dầm biên Mu = 4983,5 kN.m

- Các chỉ tiêu của cáp DƯL:

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

+ Hệ số quy đổi hình dạng ứng suất   = 0,9

- Trong giai đoạn tạo DƯL fps = 0.6fpu=0,6.1860= 1116 Mpa

- Ứng suất trong cốt thép khi kích fpj = 0.7fpu=0,7.1860= 1395 Mpa

4.1.2 Bê tông

- Bêtông dầm:

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

+ Trọng lượng riêng của bêtông: γc =23 kN/m3

+ Mô đun đàn hồi E cs  0,043 1.5c f cs' = 29997,9MPa

- Bêtông bản mặt cầu:

+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: f ' cs =30 MPa

+ Trọng lượng riêng của bêtông: γc =23 kN/m3

+ Mô đun đàn hồi E cs  0,043 1.5c f cs' =0,043.251.5 30= 25979MPa

4.1.3 Cốt thép thường