Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m

Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m Đồ án môn học thiết kế cầu BTCT dự ứng lực kéo sau dần T24m khổ cầu 10m

MỤC LỤC

PHẦN I: THIẾT KẾ CƠ SỞ 5

1 Nhiệm vụ thiết kế 5

1.1 Giới thiệu về công trình 5

1.2 Quy trình quy phạm sử dụng 5

1.3 Mục tiêu của dự án 5

1.4 Sự cần thiết phải đầu tư 5

PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 8

CHƯƠNG I CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 8

1 Số liệu thiết kế 8

1.1 Số liệu chung 8

1.2 Vật liệu chế tạo dầm 8

1.3 Cấu tạo nhịp 9

1.4 Quy mô mặt cắt ngang cầu 9

1.5 Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ 10

1.6 Cấu tạo bản bêtông mặt cầu 11

1.7 Cấu tạo dầm ngang 11

CHƯƠNG II ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM 13

2 1 Đặc trưng hình học của mặt cắt 13

2.1.1 Đặc trưng hình học mặt cắt L/2 và L/4 13

2.1.2.Đặc trưng hình học mặt cắt gối 15

2.1.3 Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt 16

Chương III THIẾT KẾ LAN CAN TAY VỊN 17

3.1.Tính toán lan can tay vịn 17

3.1.1 Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can 17

3.1.2 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can 17

3.2 Xác định khả năng chịu lực của thanh và cột lan can 20

3.2.1 Cột lan can Pp 20

3.2.2 Thanh lan can MR 20

3.3 Tổ hợp va xe 21

3.3.1 Va xe ở vị trí giữa tường 21

3.3.2.Va tại đầu tường 22

3.3.3 Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt 23

3.4 Kiểm tra chống truợt của lan can 23

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 24

4.1 Thiết kế cấu tạo bản mặt cầu 24

4.1.1 Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu: 24

4.1.2 Tính toán nội lực .24

4.2 Tính nội lực bản mặt cầu 25

4.2.1 Diện tích tiếp xúc vệt bánh xe 25

4.2.2 Tính nội lực bản hẫng 25

4.2.3 Tính nội lực bản kê hai cạnh 28

4.3 Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu 31

4.3.2 Bố trí cốt thép phía trên của bản mặt cầu theo phương ngang cầu 31

4.4 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ 32

4.4.1 Công thức kiểm toán 32

4.4.2 Tính cho mặt cắt chịu mô men dương lớn nhất 33

4.4.3 Tính cho mặt cắt tại gối của bản kê hai cạnh 34

4.5 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 35

4.5.1 Tính cho mặt cắt giữa nhịp của bản kê hai cạnh 36

4.5.2 Tính cho mặt cắt tại gối của bản kê hai cạnh 37

4.5.3 Tính cho mặt cắt ngàm của bản hẫng 38

4.6 bố trí cốt thép cấu tạo 38

CHƯƠNG V :THIẾT KẾ DẦM CHỦ 40

Tính toán hiệu ứng lực của dầm chủ 40

5.1 Các hệ số tính toán 40

5.2 Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ 40

5.2.1 Dầm trong 40

5.2.2 Dầm biên 43

5.2.3 Tính toán nội lực do tĩnh tải 45

5.3 Tính toán nội lực do hoạt tải 48

5.3.1 Xác định hệ số phân bố ngang 48

5.3.2 Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người 53

5.3.3 Tính nội lực do xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế 54

5.4 Tổng hợp nội lực 65

CHƯƠNG VI: BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN CÁP DỰ ỨNG LỰC 68

6.1 Chọn bó cáp dự ứng lực 68

6.1.1 Đặc trưng vật liệu 68

6.1.2.Sơ bộ chọn bó cáp DƯL 69

6.2 Bố trí cáp DƯL 71

6.2.1 Nguyên tắc bố trí cáp DƯL 71

6.2.2 Bố trí cáp DƯL theo đường cong 71

6.3 đặc trưng hình học của mặt cắt 74

6.3.1 Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I 74

6.3.2 Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II 76

6.4 mất mát ứng suất 78

6.4.1 Các mất mát ứng suất tức thời 79

6.4.2 Các mất mát ứng suất theo thời gian 81

6.5 kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 84

6.5.1 Các giới hạn ứng suất của bê tông 84

6.5.2 Tính toán độ võng và độ vồng 87

6.6 kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ 90

6.6.1 Kiểm toán cường độ chịu uốn 90

6.6.2 Kiểm tra lượng cốt thép tối đa, lượng cốt thép tối thiểu 92

6.6.3 Kiểm toán sức kháng cắt 93

6.7 kiểm toán theo trạng thái giới hạn mỏi 98

6.7.1 Xác định nội lực do tải trọng mỏi 98

6.7.2 Tính ứng suất trong bêtông 99

PHẦN III: THIẾT KẾ TỔ CHỨC BẢN VẼ CHI TIẾT 100

LỜI MỞ ĐẦU

Trong mục tiêu phát triển đến năm 2030, nước ta về cơ bản trở thành một nước công nghiệp Do đó, nhu cầu về xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là phát triển mạng lưới giao thong vận tải đã trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết nhằm phục vụ cho sự phát triển nhanh tróng và bền vững của đất nước Sau thời gian học tập môn Thiết kế cầu tại trường Đại Học Công Nghệ GTVT, em được giao nhiệm vụ thực hiện đồ án thiết kế môn

học(TKMH) là: “ THIẾT KẾ CẦU BTCTDƯL-DỰ ÁN CẦU DIÊU PHONG” dưới

sự hướng dẫn của thầy giáo Phạm Ngọc Trường.

Tuy đồ án TKMH đã hoàn thành song bản thân em tự nhận thấy rằng trong đồ án TKMH này còn có nhiều thiếu sót do chưa chịu đầu tư một khoảng thời gian thích hợp để tìm hiểu quy trình 22TCN 272-05, nghiên cứ sâu về các vấn đề trong đồ án TKMH Em mong rằng sẽ được sự đóng góp ý kiến quý giá của các thầy cô trong quá trình chấm đồ

án TKMH này, để từ đây em sẽ rút ra những bài học để phục vụ quá trình làm đồ án tốt nghiệp sắp tới Em xin cảm ơn!

Đồ án của em gồm 3 phần:

PHẦN I: THIẾT KẾ CƠ SỞ

PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT

PHẦN III: THIẾT KẾ BẢN VẼ THI CÔNG

Vĩnh Yên, ngày 20 tháng 04 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Hữu Quang

PHẦN I: THIẾT KẾ CƠ SỞ

1 Nhiệm vụ thiết kế

1.1 Giới thiệu về công trình.

Cầu DIÊU PHONG là cầu thuộc lý trình Km0- Km 0+164.58 thuộc xã HÒA

PHÚ,huyện Hạ Hòa tỉnh Phú Thọ

Là cầu BTCT DUL thiết kế vĩnh cửu

1.2 Quy trình quy phạm sử dụng.

Trong quá trình làm đồ án em sử dụng 2 quy trình:

• Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05

• Tiêu chuẩn thiết kế đường TCVN-4054-2005

1.3 Mục tiêu của dự án.

Nhằm khắc phục tình trạng ùn tắc giao thông trên tuyến đường, tạo điều kiện cho các phương tiện giao thông lưu thông giữa các vũng được thuận lợi, góp phần vào việc phát triển kinh tế cho vùng miền, đặc biệt là về kinh tế vận tải và du lịch

1.4 Sự cần thiết phải đầu tư

Cùng với sự phát triển ngày càng cao của nền kinh tế quốc dân, trong các đô thị lớn của ta, người và các phương tiện giao thong trong các nút giao cắt ngã ba, ngã tư, đặc biệt vào các giờ cao điểm đã trở nên quá tải và thường xuyên ùn tắc kéo dài Vì vậy để giả quyết vấn đề trên , một trong các biện pháp hiệu quả nhất đó là xây dựng cầu vượt tại các điểm giao cắt lớn

1.5 Điều kiện tự nhiên

Đà Nẵng có địa hình có hướng thấp dần từ đông sang tây bắc Khí hậu toàn tỉnh được chia thành hai tiểu vùng Vùng phía tây bắc có khí hậu nắng nóng, khô hanh

về mùa khô, vùng phía đông và phía nam có khí hậu mát mẻ, ôn hòa Thời tiết chia thành 2 mùa khá rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 kèm theo gió tây nam thịnh hành Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, trong mùa này độ ẩm giảm, gió đong bắc thổi mạnh, bốc hơi lớn, gây khô hạn nghiệm trọng.lượng mưa trung bình toàn tỉnh đạt từ 1600-1800mm

1.6 Điều kiện địa chất

Địa tầng các lớp dưới vị trí xây dựng cầu gồm các lớp như sau:

+ Lớp 1: Sét pha, màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm

+ Lớp 2: cát thô, màu xám trắng, xám vừa, kết cấu rồi rạc,chặt vừa

+ Lớp 3: cuội tảng (D=0.3-0.8 m) xen kẹp cát pha, kết cấu rời rạc

+ Lớp 4: Đá granit xám vàng, xám nâu, phong hóa nặng, vỡ dăm, vỡ vụn,độ cứng cấp 4, (TCR=0%,RQD=0%)

+ Lớp 5: Đá granit màu xám xanh, đốm trắng, phong hóa nhẹ

1.7.Điều kiện thủy văn

+ MNCN: 4.93 m

+MNTN: 1.73 m

1.8.Quy mô kỹ thuật cấp hạng công trình cầu

1.8.1.Vị trí cầu, quy mô, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền

• Chọn vị trí xây dựng cầu

Việc lựa chọn vị trí xây dựng cầu cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây:

- Phù hợp với quy hoạch phát triển giao thông khu vực, ít tác động đến môi

trường dân sinh và xã hội

- Thuận lợi cho hoạt động giao thông

- Thỏa mãn các tiêu chuẩn về yếu tố hình học của tuyến và cầu

-Thỏa mãn các yêu cầu về thủy văn, thủy lực

- thuận lợi cho thi công và tổ chức thi công, có giá thành xây lắp hợp lý

Đối với những cầu nhỏ(L<25m) và cầu trung(L=25-100 m) vị trí cầu được lựa chọn phù hợp vào vị trí tuyến đường do đó cầu có thể chéo, cong hoặc nằm trên dốc Đối với cầu lớn (L>100m), vị trí tuyến đường phụ thuộc vào vị trí cầu, do đó yêu cầu người thiết kế phải có tầm nhìn tổng quát về mặt kỹ thuật, quy hoạch và kinh tế khi chọn vị trí cầu Vị trí này cần đáp ứng các yêu cầu sau:

+ phù hợp với các yêu cầu chung của mặt bằng tuyến và quy hoạch chung của dự

án và của khu vực

+ Vị trí cầu có thể vuông góc hoặc không vuông góc với dòng chảy( sai lệch trên bình đồ không dưới ) Việc lựa chọn này ảnh hưởng tới chiều dài cầu nhằm đảm bảo khẩu đọ thoát nước, tính toán xói lở Nên đặt ở đoạn sông thẳng để tránh xói lở và đoạn hẹp( thì cần lưu ý vấn đề xói lở do thắt hẹp dòng chảy)

+ trắc dọc cầu phải đảm bảo sự êm thuận theo toàn tuyến, bố trí đường cong đứng, cong nằm theo quy định

+ Cầu phải đặt trên long sông có dòng sông ổn định, nơi có nước chảy đều, không xoáy, ít bị bồi lắng, nằm cách vị trí giao nhau giữa các sông tối thiểu 1,5 lần chiều dài nhịp thoát nước của cầu

+Vị trí giữa của mỗi kết cấu nhịp phải đặt trùng với trục dòng chảy, trên cơ sở cần tính đến khả năng biến đổi long song trong quá trình khai thác

+ Phải đảm bảo các trục của dòng chảy song song với nhau( lệch nhau không quá ) và trụ được thiết kế sao cho hướng dòng chảy hướng vào phía giữa nhịp thoát nước Không được để trụ cầu hướng dòng chảy làm xói lở mố cầu

• Quy mô khổ cầu

- Xây dựng cầu vĩnh cửu

- Vận tốc thiết kế : v=60Km/h

- Cấp sông : cấp V

- Độ dốc dọc cầu: Độ dốc dọc lớn nhất 2%

- Độ dốc ngang cầu: Dốc ngang mái 2%

các thông số mặt cắt ngang cầu

Tổng chiều rộng cầu m 11.5

1.8.2 Tải trọng và tiêu chuẩn thiết kế

+ Tải trọng thiết kế: HL93+ Tải trọng đoàn người 3KN

+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05

+Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN4054-2005

1.8.3 Lập các phương án cầu

PHƯƠNG ÁN 1:

“CẦU BTCT DƯL KÉO SAU DẦM I, CÓ 3 NHỊP, MỖI NHỊP 24 m”

• Ưu điểm:

- Rất thuận lợi với các loại nhịp từ (20-33)m

- Ván khuân đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp, có thể sử dụng ván khuân cho nhiều loại dầm

- Mặt cắt I có trọng tâm gần với trọng tâm cốt thép cường độ cao,do vậy hiệu qur khi phân phối lực, cả trong khi căng kéo và giai đoạn sử dụng

- Độ cứng ngang lớn nên hoạt tải phân bố tương đối đều cho các dầm, ít rung trong quá trình khai thác

- Bản mặt cầu đổ bê tong tạ chỗ cùng với dầm ngang,lien hợp với dầm chủ qua cốt thép chờ, do vậy khắc phục triệt để vết nứt dọc so với mối nối dầm T

• Nhược điểm:

- Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm bó cáp và mặt cắt lớn, xuất hiện vết nứt tại thớ trên dầm

- Tĩnh tải dầm lớn, khối lượng bê tong và thép nhiều

- Bản ván khuôn dày 8cm gây them phần tĩnh tải và tốn kém

PHƯƠNG ÁN 2:

“CẦU BTCT DƯL KÉO SAU DẦM T, CÓ 3 NHỊP, MỖI NHỊP 24 m”

• Ưu điểm:

- Rất tiện lợi cho các loại nhịp có các kích thước từ 18 đến 33m

- Ván khuôn đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp

- Có thể đúc ngoài công trường

- Với những dầm có độ lệch tâm giữa trọng tâm dầm và trọng tâm các bó cáp lớn, mặt cắt T rất kinh tế khi bố trí cốt thép

• Nhược điểm:

- Đối với các loại dầm khác nhau phải có nhiều bộ ván khuôn

- Khi độ lệch tâm giữa trọng tâm dầm và trọng tâm các bó cáp nhỏ, mặt cắt T sẽ không hiệu quả và kinh tế khi bố trí cốt thép, trọng tâm của cốt thép khi căng kéo sẽ nằm phía dưới, nó gây lên ứng suất kéo lớn tại bản cánh

- Cầu rung mạnh khi chịu hoạt tải

- Có thể suất hiện vết nứt dọc tại mối nối dọc của bản mặt cầu

PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

+ Giới hạn chảy: fpy = 0,9.fpu fpy = 1670MPa

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu:

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

1.3 Cấu tạo nhịp

- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh = 24 m

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

- Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh - 2.a Ltt = 23.4 m

1.4 Quy mô mặt cắt ngang cầu

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

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau = Bxe + 2.ble + 2.bvs Bcau = 11.5 m

2300 2300

2300 1150

1500 250 7000

250 1500 500

Hình 1: Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp

1.6 Cấu tạo bản bêtông mặt cầu

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

1.7 Cấu tạo dầm ngang

- Theo kinh nghiệm, với L = 24 m ta bố trí 3 dầm ngang:

+ Tổng số lượng dầm ngang toàn cầu:

nng =20

- Cấu tạo dầm ngang tại giữa nhịp:

CHƯƠNG II ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM

+ Ao: Diện tích mặt cắt dầm tại giữa nhịp

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

+ Ao: Diện tích mặt cắt dầm tại gối.

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

Hình dạng Chiều dài Chiều dài Chiều Diện tích Trọng Mô men

2.1.3 Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt

Momen tĩnh tới đáy dầm Sb 4.90E+08 6.46E+08 mm3

Momen tĩnh tới đỉnh dầm St 2.75E+08 3.56E+08 mm3

Chương III THIẾT KẾ LAN CAN TAY VỊN 3.1.Tính toán lan can tay vịn

3.1.1 Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can.

Sử dụng bêtông cấp 30 MPa có: fc’ = 30(MPa)

Thép thanh lan can dùng CT3 Cầu có fy = 200(MPa)

Bố trí khoảng cách giữa các cột lan can là 1650(mm)

Bố trí khe giãn nở vì nhiệt cách nhau 8600(mm) với bề rộng là 20(mm)

3.1.2 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can.

3.1.2.1 Khả năng chịu lực của dầm đỉnh M b

Do không có dầm đỉnh nên Mb = 0

3.1.2.2 Khả năng chịu lực của tường quanh trục thẳng đứng M w H.

Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có momen âm và dương đều bằng nhau

Đối với tiết diện thay đổi ta qui đổi về tiết diện chữ nhật tương đương có diện tích bằng với diện tích ban đầu nhưng không làm thay đổi chiều cao của lan lan

Chia tường thành 3 phần tại 3 vị trí thay đổi tiết diện như hình vẽ:

s y ' c

7,10,9.226,19.280.(150 )

29275147,14(N.mm)

Ta có bảng tổng hợp sau:

Phần

bêtông

Chiều rộng b(mm)

Chiều cao h(mm)

Diện tích cốt thép

MwH (N.mm)

= 46488,47 (kN.mm)

3.1.2.3 Khả năng chịu lực của tường theo trục nằm ngang M c

Phần này chỉ do cốt thép phía trong chịu và cũng chia làm 3 đoạn để tính trung bình

Khi tiết diện thay đổi ta chọn tiết diện lớn nhất ở ngàm để xác định khả năng chịu lực

Thép ở đây dùng thép Ф14 bố trí với a = 200 theo phương dọc cầu

Phương pháp tính tương tự như MwH

Cắt 1 mm theo phương dọc cầu ta có 5 thanh nên diện tích thép trên 1mm dài là:

2

2 S

Diện tích thép

800

34321,89.350 77351,89.450

800 58468,89(Nmm / mm)

Y= 200 (mm): chiều cao của cột lan can

Mp = φ.S.fy: là momen kháng uốn tại mặt cắt ngàm vào tường lan can

S:mo men kháng uốn của tiết diện quanh trục x-x

Momen quán tính của tiết diện:

x x

( )

4 3

c

2 w

Với Lc =2853 (mm) nên chỉ có 1 nhịp tham gia chịu lực vì n.L = 1.1600 = 1600 (mm)

Số cột tham gia chịu lực là 1 cột

+ Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:

2

16.5568611, 21 101462,99.2 1650

2.2.1650 1070127658,86 N

w

R H k.P HR

R R= + =R 290,35 127,66 418,01 kN+ =

+ Chiều cao đặt hợp lựcR

' w

R H R.HH

= > =  Đảm bảo chịu va xe

• Vị tri va tại thanh lan can

Với Lc = 2853 (mm) có 3 nhịp tham gia chịu lực do L = 1650 (mm)

Số cột tham gia chịu lực là 2 cột

+ Sức kháng của thanh và cột lan can:

t

16M (n 1)(n 1)P LR

16.5568611, 21 2.4.101462,99.1650

2.3.1650 1070161767,75 N

= > =  Đảm bảo chịu va xe.

3.3.2.Va tại đầu tường.

( ) ( )

155141,3 N155,14 kN

= > =  Đảm bảo chịu va xe.

Vậy lan can đủ khả năng chịu lực

3.3.3 Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt.

Khi va xe tại khe giãn nở vì nhiệt thì cũng giống trường hợp va xe tại đầu tường nhưng lực Ft phân bố cho hai bên tường Do đó mỗi bên tường chỉ chịu một nửa lực Ft

nên chắc chắn chịu được va xe

3.4 Kiểm tra chống truợt của lan can.

+ Lực cắt do va xe truyền xuống ứng với lan can cấp L3 là:

t CT

Pc trọng lượng tỉnh trên 1 đơn vị chiều dài

Để an toàn ta chỉ lấy phần bêlông

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 4.1 Thiết kế cấu tạo bản mặt cầu

4.1.1 Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu:

1150 2300

2300 2300

2300 1150

1500 250 7000

250 1500 500

Hình 8-Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu

- Chiều dày bản bêtông mặt cầu, ts = 170mm

- Kiểm tra chiều cao tối thiểu:

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

+ Trọng lượng riêng trung bình lớp phủ mặt cầu: γa = 22,5kN/m3

để tính toán và bố trí cho tất cả các mét dài khác của bản theo phương dọc cầu

- Bản 2 cạnh( bản 1 hướng-bản kiểu dầm)

- Hiện nay có các phương pháp tính toán bản mặt cầu như sau:

+ Phương pháp kinh nghiệm: Điều 9.7.2 của tiêu chuẩn gồm các quy định chi tiết về kích thước cấu tạo, số lớp cốt thép, số lượng cốt thép tối thiểu, cấp cốt thép Nếu bố trí cấu tạo bản sao cho tuân theo mọi yêu cầu cấu tạo của điều này thì có thể không cần tính toán

+ Phương pháp truyền thống: Điều 9.7.3 quy định chiều dày,lớp cốt thép, phải căn cứ vào điều này để tính lượng cốt thép chính để chịu moomen sau đó quy định phân bố cốt thép theo hướng phụ vuông góc với hướng chính.

+ Phương pháp chính xác: có thể phần mềm SAP, MIDAS, STAAD, PRO,…

• Phương pháp tính toán nội lực bản mặt cầu:

Áp dụng phương pháp tính toán gần đúng theo TCN(điều 4.6.2 của TCVN 272-05) Mặt cầu có thể phân tích như một dầm liên tục trên các dầm

+ P: Áp lực bánh xe: Với xe tải thiết kế P = 72500N

- Với xe tải thiết kế: L = 2,28.10-3.1,75.1,25.72500 = 361,6mm

Áp lực lốp xe chuyền theo 1 góc 450 lên tấm bản

4.2.2 Tính nội lực bản hẫng

4.2.2.1 Xác định diện tích tiếp xúc vệt bánh xe

- Quy trình 22TCN272-05 quy định: Khi thiết kế bản mặt cầu hẫng có chiều dài hẫng không quá 1800mm tính từ trục tim của dầm ngoài cùng đến măt của lan can bằng bê tông liên tục về kết cấu, tải trọng bánh xe dãy ngoài cùng có thể được thay bằng một tải trọng tuyến phân bố đều với cường độ 14,5N/mm đặt cách bề mặt lan can 300mm

- Tính cho 1m chiều rộng bản

- Hoạt tải sử dụng để tính toán bản mặt cầu là: HL - 93 (AASHTO)

Q p

g1 g2

b1b2

a1 a2

xo

Hình 24: Sơ đồ tính bản hẫng

- Diện tích tiếp xúc vệ bánh xe:

+ Theo phương ngang cầu: b2 = 510mm

+ Theo phương dọc cầu: a2 = L

Với xe tải thiết kế: a2 = L = 361,6mm

- Tải trọng bánh xe truyền theo góc 45o và truyền đến tim bản

- Diện tích phân bố áp lực bánh xe:

a1 = 361,6 + 2.205 = 771,6mm, với xe tải thiết kế

- Chiều rộng làm việc của bản a: a = a1 + 2.xo

Trong đó: xo : Khoảng cách từ mép ngoài của vệt bánh xe đến đường ngàm

xo = de - blc - 300 - b3/2 + b1/2 = 725mm

=> a = 771,6 + 2.725 = 2221,6mm, với xe tải thiết kế

4.2.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên bản hẫng

4.2.2.1.1 Tĩnh tải tác dụng lên bản hẫng

- Tĩnh tải tác dụng cho dải bản rộng b = 1m bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân của bản mặt cầu (Tải trọng phân bố đều)

=+ Tính cho 1m chiều rộng bản:

Với xe tải thiết kế: truck

Đơn

vị Loại tải trọng Vị trí tác dụngTĩnh tải DCDC1 4,25 kN/m Lực phân bố Trên chiều dài 0.92m

Kiểm tra điều kiện: S = 2300mm<4600mm nên chỉ xếp bánh xe trục 145kN.

- Sơ đồ tính như sau:

a1 a2

g1 g2

p

Mo

Hình 25: Sơ đồ tính bản kê hai cạnh

- Chiều dài phân bố: Lb = S – b3 = 2300-170 = 2130mm =2,13m

4.2.3.1 Xác định tải trọng tác dụng lên bản kê hai cạnh

4.2.3.1.1 Tĩnh tải tác dụng lên bản kê hai cạnh

- Tĩnh tải tác dụng cho dải bản rộng b = 1m bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân của bản mặt cầu (tải trọng phân bố đều)

DC1 = γc.ts.b = 25.0,2.1 = 4,25kN/m

+ Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:

DW = γa.hmc.b = 22,5.0,12.1 = 2,73kN/m

4.2.3.1.2 Hoạt tải tác dụng lên bản kê hai cạnh

- Hoạt tải: Gồm 1 bánh xe có tải trọng P = 72500N

4.2.3.2 Nội lực trong bản kê hai cạnh

- Để tính nội lực trong bản kê hai cạnh, ta sẽ tính nội lực trong dầm giản đơn, rồi nhân với hệ số điều chỉnh

- Mômen tiêu chuẩn của mặt cắt giữa nhịp của dầm giản đơn:

+ Mgoi: Mômen tại mặt cắt gối của bản kê hai cạnh

+ Mg: Mômen tại mặt cắt giữa nhịp của bản kê hai cạnh

+ ts: Chiều dày bản mặt cầu

+ h: Chiều cao dầm chủ

Ta có: ts 160 1

0,1

h = 1600 = < 4

- Nội lực trong bản kê hai cạnh:

Nội lực dầm giản đơn Nội lực bản kê hai cạnh Đơn

+ Giới hạn chảy của cốt thép: fy = 420Mpa.

- Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép là: 40mm

- Lượng cốt thép được chọn dựa vào mô men uốn giữa nhịp ở TTGHCĐ có giá trị :

Mumax = 25,013kN.m

- Diện tích cốt thép cần thiết: s u max

y s

M A

+ Giới hạn chảy của cốt thép: fy = 420Mpa

- Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép là: 40mm

- Lượng cốt thép được chọn dựa vào mô men uốn giữa nhịp ở TTGHCĐ lấy giá trị lớn nhất trong các giá trị sau:

+ Mômen tại vị trí gối của bản kê hai cạnh: Mgoi = 35,018kN.m

=> Mumax = 35,018kN.m

- Diện tích cốt thép cần thiết: s u max'

y s

M A

f d

=Trong đó: d's: Là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ chịu nén ngoài cùng của bê tông, ds' = ts – 40= 170 - 40 = 130mm

=>

6

2 s

4.4 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ

4.4.1 Công thức kiểm toán

- Tính sức kháng mômen:

a M A f d

+ c: Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng tới trục trung hòa

- Kiểm toán theo trạng thái dưới hạn cường độ:

Mr = φ.Mn ≥ η.Mumax

+ η: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác xác

định theo: η = ηI.ηD.ηR≥0.95

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

+ ηD: Hệ số liên quan đến tính dẻo ηD = 0.95

+ ηR: Hệ số liên quan đến tính dư với bản liên tục ηR = 0.95

Vậy: η = 0.95 với bản liên tục và η = 1.05 với bản hẫng

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

+ Lượng cốt thép tối đa:

e

c 0,42

d ≤+ Lượng cốt thép tối thiểu:

4.4.2 Tính cho mặt cắt chịu mô men dương lớn nhất

- Mặt cắt chịu mô men dương lớn nhất: Mặt cắt giữa nhịp của sơ đồ bản kê hai cạnh

0,85 .f b

−

=

βTrong đó:

+ As, A's: Diện tích cốt thép chịu kéo, chịu nén (mm2)

As=633,38mm2 ; A's=992,78mm2

+ fc': Cường độ chịu nén của bêtông bản, fcs' = 40MPa

+ β1: Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định:

f 28 0,85 0,05.

+ Es: Mô đun đàn hổi của thép, Es = 200000MPa

+ a: Chiều cao vùng chịu nén của bêtông bản, a = β1.c

+d's: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến đến mép ngoài của mặt cắt, '

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

+ Lượng cốt thép tối đa:

y

0,0048 b.d 1000.130

4.4.3 Tính cho mặt cắt tại gối của bản kê hai cạnh

- Mômen dương lớn nhất tại mặt cắt gối: Mumax = 35,02kN.m

0,85 .f b

−

=

βTrong đó:

+ As, A's: Diện tích cốt thép chịu nén, chịu kéo (mm2)

+ Es: Mô đun đàn hổi của thép, Es = 200000MPa.

+ a: Chiều cao vùng chịu nén của bêtông bản, a = β1.c

+d's: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến đến mép ngoài của mặt cắt, '

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

+ Lượng cốt thép tối đa:

y

A 992,78

0,0076 b.d 1000.130

4.5 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng

- Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng ở đây là kiểm toán nứt của bêtông

- Công thức kiểm tra:

fct ≤ 0,8.fr

Trong đó:

+ fr: Cường độ chịu kéo khi uốn của bêtông

f = 0,63 f = 0,63 40 3,985MPa =

+ fct: Ứng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên

- Nếu fct >0,8.fr, mặt cắt bị nứt Kiểm soát điều kiện hạn chế bề rộng vết nứt:

+ fy: Giới hạn chảy của cốt thép thường

+ dc: Là chiều dày lớp bê tông bảo vệ tính từ tâm của thanh cốt thép đến thớ chịu kéo ngoài cùng của bê tông

+ Z: Là thông số bề rộng vết nứt

Với cấu kiện trong môi trường khắc nghiệt: Z = 23000N/mm

Với cấu kiện trong môi trường thông thường: Z = 30000N/mm

4.5.1 Tính cho mặt cắt giữa nhịp của bản kê hai cạnh

- Mô men uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp của sơ đồ bản kê hai cạnh có:

y là kh,oảng cách từ trọng tâm mặt cắt tới thớ chịu kéo ngoài cùng của mặt cắt

t

y =h-x=85,44mm

Thay số ta được: fct=2,45Mpa

- Ta có: fct = 2,45MPa <0,8.fr = 0,8.3,985 = 3,188MPa => Mặt cắt chưa nứt.

4.5.2 Tính cho mặt cắt tại gối của bản kê hai cạnh

- Mômen uốn mặt cắt gối của bản kê hai cạnh: Mu = 17,072kN.m

y là kh,oảng cách từ trọng tâm mặt cắt tới thớ chịu kéo ngoài cùng của mặt cắt

t

y =h-x=84,56mm

Thay số ta được: fct=3,17Mpa

- Ta có: fct = 3,17MPa <0,8.fr = 0,8.3,985 = 3,188MPa => Mặt cắt chưa nứt.

y là kh,oảng cách từ trọng tâm mặt cắt tới thớ chịu kéo ngoài cùng của mặt cắt

t

y =h-x=84,46mm

Thay số ta được: fct=2,76Mpa

- Ta có: fct = 2,76MPa <0,8.fr = 0,8.3,985 = 3,188MPa => Mặt cắt chưa nứt.

Diện tích cốt théo chịu mô men dương là: As=633,38mm2

CHƯƠNG V :THIẾT KẾ DẦM CHỦ Tính toán hiệu ứng lực của dầm chủ

5.1 Các hệ số tính toán

- Hệ số tải trọng:

+ Hoạt tải HL93 và đoàn người: γh = 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: 

+ η: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác xác định theo: η = ηI.ηD.ηR≥0.95

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

+ ηD: Hệ số liên quan đến tính dẻo ηD = 0.95

Vậy: η = 0.95

5.2 Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ

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

- 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 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

5.2.1 Dầm trong

5.2.1.1 Trọng lượng bản thân dầm trong