Thiết kế cầu dẫn

Thiết kế cầu dẫn

CHƯƠNG I THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

I.1 Số liệu đầu vào

Cường độ nén quy định của bê tông bản ( 28 ngày ): f’c= 30 Mpa

Ứng suất nến cho phép của bê tông bản 0.45f’c= 13.5 Mpa

Mô đun đàn hồi của bê tông bản mặt cầu Ec=29395 Mpa

Trọng lượng đơn vị bê tông γc = 24.5 KN/m3

Cốt thép thường fy = 400 Mpa

I.1.1 Chiều dày bản

Chiều dày bản tối thiểu theo tiêu chuẩn ASSHTO là 175 mm Chiều dày tối thiểu theo điều kiện chịu lực phụ thuộc vào nhịp bản S, đối với bản đúc tại chỗ liên tục là:

hmin = = = 180 mm Chọn hs =200 mm

Chiều dày lớp phủ bê tông atphan t=74 mm (tính cả lớp phòng nước dày 4mm)

I.1.2 Trọng lượng các bộ phận

Tính theo 1m ngang chiều rộng bản mặt cầu

• Lan can:

Diện tích mặt cắt : Alan can = 0.2719 m2

Trọng lượng của lan can : Pb =24.5 x 0.2719 x 1= 6.66 KN

• Lớp áo đường phủ lên bản dày 74 mm

Wdw = 24.5 x 0.074 = 1.813 KN/m

• Bản mặt cầu dày 200 mm

Ws = 24.5 x 0.2 = 4.905 KN/m

500 500

11000 12000

Bê tông atphan dày 70mm Lớp phòng n ớc dày 4mm Bản mặt cầu dày 200mm Bản đúc sẵn dày 80mm

Hỡnh 1.1 Mặt cắt ngang cầu

1.2 Xỏc định nội lực

Bản mặt cầu được coi như cỏc dải bản nằm vuụng gúc với dầm chủ Mụ men dương lớn nhất của bản nằm ở giữa khu vực giữa 2 dầm chủ Mụ men õm lớn nhất nằm ở trờn mỗi đỉnh dầm Dải bản ngang được coi là liờn tục nhịp, cú cỏc nhịp bằng khoảng cỏch giữa 2 dầm chủ, dầm chủ được coi là tuyệt đối cứng Đểxỏc định lực cắt và mụ men uốn tại cỏc vị trớ cần vẽ đường ảnh hưởng Đường ảnh hưởng R200, M200, M204, M300 như sau:

Sơ đồ tớnh bản dầm mặt cầu

Đường ảnh hưởng R200

được tính theo công thức.

Nội lực = Ws x ( diện tích đường ảnh hưởng)

Tổng hợp các kết quả được ghi vào bảng

Diện tích đường ảnh hưởng Gía trị nội lực

1.2.2 Nội lực do hoạt tải

Khi thiết kế bản mặt cầu theo phương dải bản tương đương ( phương pháp gần đúng) thì hoạt tải sẽ tính theo tải trọng trục 145 KN Tải trọng mỗi bánh xe trên trục giả thiếtbằng nhau và cách nhau 1800 mm Xe tải thiết kế được đặt theo phương ngang để gây nội lực lớn nhất, quy định tim của bánh xe cách lề đường xe chạy ( mặt trong lan can) không nhỏ hơn 300mm

Chiều rộng có hiệu của dải bản chịu tải trọng bánh xe tác dụng lên bản mặt cầu đổ tại chỗ Theo (4.6.2.1.3-1- các dải tương đương) 22TCN272-05

- Khi tính bản hẫng: 1440+0.833 X = 1733 mm

- Khi tính mô men dương: 660 + 0.55S = 1980 mm

- Khi tính mô men âm: 1220 + 0.25 S = 1820 mm

Trong đó: S = 2400 mm

X = 400 mm

500 300 400

72.5KN

Tải trọng bánh xe đặt lên bản hẫngKhi tính toán nội lực có thể tính tải trọng bánh xe như 1 lực tập trung

a. Mô men âm do hoạt tải trên bản hẫng

Chiều rộng có hiệu của dải bản dài 1733 mm, 1 làn xe chất tải lên hệ số làn là m= 1.2

b. Mô men dương lớn nhất do hoạt tải gây ra

Dựa trên kết quả xuất đường ảnh hưởng tại các điểm thử điển hình trên kết cấu nhịp trong Midas ta nhận thấy mô men dương lớn nhất xuất hiện ở vị trí (204)

Chiều rộng có hiệu của dải bản lúc này là 1980 mm

Và trường hợp max nhất khi 1 làn chất tải

c. Mô men âm lớn nhất tại gối do hoạt tải

Đặt hoạt tải để có mô men âm lớn nhất ở gối 300 của mặt cầu khi có 1 xe m=1.2Chiều rộng có hiệu của dải bản lúc này là 1820 mm

d. Phản lực do hoạt tải gây ra

Tải trọng bánh xe ngoài cách mép trong lan can 0.3 m

Chiều rộng làm việc 1733 mm

1 Trạng thái giới hạn cường độ

Tổ hợp tải trọng được tính theo :

η∑γiQi = η [ γp DC + γp .DW + 1.75 ( LL + IM) ]

trong đó :

η = ηD ηR ηI ≥ 0.95

ηD = 0.95 hệ số liên quan đến tính dẻo ( 1.3.3 ) 22TCN 272 -05

ηR =0.95 hệ số liên quan đến tính dư (1.3.4) 22TCN 272 -05

ηI =1.05 hệ số liên quan đến tầm quan trọng khi khai thác ( 1.3.5) 22TCN 272-05

1.4.1 Cốt thép chịu mô men dương

Chọn trước đường kính thép Φ 14 có As =151 mm2 Khoảng cách giữa các thanh

s =150 mm Vậy As trên 1 m rộng = 1006.67 mm2

a = = = 15.79 mmKiểm tra cường độ mô men

ΦMn = ΦAs.fy (d - )Trong đó d = 200 – 30-14/2 = 163 mm

=> ΦMn = 0.9 x 1006.67 x 400 (163 - ) = 56 KN.m

ΦMn = 56 KN.m > M204 = 37.62 KN => OK

Kiểm tra độ dẻo dai

a < 0.35 d = 0.35 x 163 = 57.05 => OKKiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

Min As = 0.00225 x 1000 x d = 366.75 mm2 < 1006.67 mm2 => OK

1.4.2 Cốt thép chịu mô men âm

Chọn trước cốt thép thép Φ 16 có As = 200.96 mm2 Khoảng cách giữa các thanh

s =150 mm Vậy As trên 1 m rộng = 1339.73 mm2

a = = = 21.02 mmKiểm tra cường độ mô men

ΦMn = ΦA’s.fy (d - )Trong đó d = 200 – 40-16/2 = 152 mm

=> ΦMn = 0.9 x 1339.73 x 400 (152 - ) = 68.24 KN.m

ΦMn = 68.24 KN.m > M200 = 44.96 KN => OK

Kiểm tra độ dẻo dai

a < 0.35 d = 0.35 x 152 = 53.2 mm => OKKiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

a Kiểm tra cốt thép chịu mô men dương

Mô men dương tại trạng thái giới hạn sử dụng tại vị trí 204 là :

M204 = MDC + MDW + 1.25 MLL

= 0.777 + 0.177 + 0.287 + 1.25 x 17.36 = 22.941 KN.m

Tính các đặc trưng tiết diện chuyển đội cho mặt cắt rộng 1m có 2 lớp cốt thép Vì lớp bảo vệ tương đối dày, cốt thép phía trên giả thiết nằm ở vùng chịu kéo của trục trung hòa.

0.5bx2 = n.A’s (d’ – x) + n.As(d – x)

0.5 x 1000 x2 = 7 x 1339.73 (48 – x) + 7 x 1006.67 (163-x)

x = 42.46 < 48 mm Vậy giả thiết đúng => mô men quán tính của tiết diện chuyển đổi là :

b kiểm tra cốt thép chịu mô men âm

Mô men âm tại trạng thái giới hạn sử dụng tại vị trí 200 là :

0.5 x 1000 x2 + 6 x 1006.67 ( x -37) = 7 x 1339.73 (152-x)

x = 44 13 > 37 mm vậy giả thiết là đúng

=> mô men quán tính của tiết diện chuyển đổi là :

CHƯƠNG II THIẾT KẾ DẦM CHỦPHẦN 1: ĐIỀU KIỆN TÍNH TOÁN

1.1 Điều kiện chung

Loại dầm Dầm I33 BTCT DƯL căng sau

Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05

Loại cáp dự ứng lực có độ tự trùng thấp

Giới hạn bền của thép dự ứng lực fpu = 1860 Mpa

Giới hạn chảy của thép dự ứng lực fpy = 0.9 fpu = 1674 Mpa

- Các giới hạn ứng suất cho các bó cáp DƯL

Trước khi đệm neo có thể cho phép dùng fs ngắn hạn 0.9fpy = 1507 Mpa

Tại các neo 0.7fpy = 1302 Mpa

Ở cuối vùng mất mát ở tấm đệm neo ngay sau bộ neo 0.74fpu = 1376 Mpa

Ở trạng thái giới hạn sử dụng sau khi đã tính toàn bộ mất mát

0.8 fpy = 1339.2 Mpa

Mô đun đàn hồi của bó thép DƯL Ep=195000 Mpa

Đường kính danh định của 1 tao cáp Dp = 12.7 mm

Diện tích danh định cho 1 tao cáp Astr = 98.7 mm2

Số tao cáp trong 1 bó nstr = 12 tao

Diện tích danh định 1 bó Aps = 1184.4 mm2

Đường kính quy đổi 1 bó cáp Dps = 38.8 mm

Đường kính ống ghen Dduct = 65 mm

Hệ số ma sát µ= 0.25

Chiều dài tụt neo Set = 6 mm

Ứng suất cáp dự ứng lực trong kích fpj = 1395 Mpa

Lực căng cáp P = 1652 KN

Bê tông dầm

Trọng lượng đơn vị bê tông γc = 24.5 KN/m3

Cường độ nén quy định của bê tông f’c = 40 Mpa

Cường độ nén quy định của bê tông khi căng kéo f’ci = 0.9 f’c = 36 Mpa

Ứng suất tạm thời trước khi xảy ra mất mát

• Ứng suất nén 0.6 f’c= 21.6 Mpa

• Ứng suất kéo 0.58 =-3.48 Mpa

Ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng sau khi xảy ra các mất mát

* Ứng suất kéo 0.5 = 3.16 Mpa

Mô đun đàn hồi của bê tông dầm Ec = 0.043 γc = 33943 Mpa

Mô đun đàn hồi tại thời điểm căng kéo Ec = 0.043 γc = 32201 Mpa

Hệ số tính đổi n= Ep/ Ec = 5.75

Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông (mô đun phá hoại) 0.63 = 3.98 Mpa

Độ ẩm tương đối trung bình năm H=85%

Bê tông bản mặt cầu đổ tại chỗ

Cường độ nén quy định của bê tông (28 ngày) f’cs = 30 Mpa

Ứng suất nén cho phép 0.45f’cs = 13.5 Mpa

Mô đun đàn hồi của bê tông bản mặt cầu Ecs = 0.043γc1.5 = 29395 Mpa

Hệ số tính đổi giữa bê tông bản và bê tông dầm ns = Ecs/Ec = 0.87

Cốt thép thường

Giới hạn chảy tối thiểu quy định thanh cốt thép fy = 400 Mpa

Mô đun đàn hồi của thanh cốt thép Es = 200000 Mpa

Diện tích các loại cốt thép

PHẦN 2: TÍNH TOÁN

Dầm được chia ra nhiều mặt cắt để kiểm tra các trạng thái giới hạn cường độ sau này Chia dầm càng nhiều mặt cắt càng chính xác, để giảm bớt khối lượng trong tính toán sau này, có thể chọn vài mặt cắt điển hình như dưới đây để kiểm tra

L/2 Ls/2

2.1.1 Xác định bề rộng bản cánh hữu hiệu (4.6.2.6)

Bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm được lấy bằng 1 nửa bề rộng hữu hiệu của

dầm giữa, cộng giá trị nhỏ hơn trong các giá trị sau

ChiÒu cao

h1 ChiÒu cao c¸nh dưíi 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250

h6 ChiÒu cao phÇn trªn c¸nh 0.080 0.080 0.080 0.080 0.080 h7 ChiÒu cao b¶n mÆt cÇu 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200

- Mô men quán tính với trục trung hoàn

Tiết diện chữ nhật Tiết diện tam giác

Yi : k.c từ trọng tâm hình cơ bản tới đáy dầm

- Mô men quán tính với trục trung hòa

Sau khi thi công xong kết cấu nhịp , đưa công trình vào khai thác, tiết diện dầm

là I liên hợp với bê tông bản mặt cầu

Mômen quán tính đối với hệ toạ độ địa phơng (m4)

-4 0.001125

0.00050

-8

0.00026

-3

0.00019

-8

9 Cáp 0.000896 0.000400 0.000180 0.000092 0.000069 Toàn bộ mặt cắt giai đoạn

1 0.253057 0.213468 0.211585 0.209811 0.209157 Toàn bộ mặt cắt giai đoạn

2 0.260093 0.220840 0.223853 0.226729 0.227793 Toàn bộ mặt cắt giai đoạn

b K.cách từ trục trung hòa đến đáy dầm (m) 0.843 0.834 0.839 0.841 0.842

Yt K.cách từ trục trung hòa đến đỉnh dầm (m) 0.807 0.816 0.811 0.809 0.808

I Mômen quán tính (m4) 0.253 0.213 0.212 0.210 0.209 d

b K cách từ tr tâm ống ghen đến đáy dầm (m) 0.790 0.517 0.334 0.225 0.191

dt K cách từ tr tâm ống ghen đến đỉnh dầm (m) 0.860 1.133 1.316 1.425 1.459

Giai đoạn 2

A Diện tích (m2) 1.129 0.690 0.690 0.690 0.690

Yb K.cách từ trục trung hòa đến đáy dầm (m) 0.841 0.813 0.805 0.801 0.799

Yt K.cách từ trục trung hòa đến đỉnh dầm (m) 0.809 0.837 0.845 0.849 0.851

Yb K.cách từ trục trung hòa đến đáy dầm (m) 1.085 1.165 1.160 1.157 1.157

Yt K.cách từ trục trung hòa đến đỉnh bảnm.cầu (m) 0.765 0.685 0.690 0.693 0.693Ytg K.cách từ trục trung hòa đến đỉnh dầm (m) 0.565 0.485 0.490 0.493 0.493

2.2.1.1 Hệ số phân bố cho mômen

* Một làn thiết kế chịu tải :

Ltt : Chiều dài tính toán của kết cấu nhịp : Ltt = 32300 (mm)

ts – Chiều dày bê tông bản mặt cầu : ts = 200 (mm)

Kg – Tham số độ cứng dọc

Xác định theo:

Kg = ns (I + As eg2)

Với:

Ns: Tỉ số mô đun đàn hồi của vật liệu dầm (Ec) và mô đun của vật liệu bản (Ecs)

I : Mô men quán tính của tiết diện dầm cơ bản

As : Diện tích tiết diện

eg : Khoảng cách giữa trọng tâm dầm cơ bản và trọng tâm bản mặt cầu:

n = = = 1.15

I = 2.2840 x 1011 mm4

Hệ số phân bố lực cắt cho dầm giữa trong trường hợp 1 làn xe trên cầu

* Hai hay nhiều làn thiết kế chịu tải :

m.gMI

cat = 0.2 + - ()2 = 0.816

Hệ số phân bố lực cắt cho dầm giữa trong trường hợp hai hay nhiều làn xe trên cầu

2.2.2 Hệ số phân bố ngang cho dầm biên:

Vậy thỏa mãn các công thức sau

2.2.2.1 Hệ số phân bố cho mômen

* Một làn thiết kế chịu tải :

1200 2400 2400

1800 600

1

0.292

1.042 1.500

mô men = 0.800

* Hai hay nhiều làn thiết kế chịu tải :

m.gME cat = e.m.gMI

cat

Trong đó : e = 0.6 + = 0.6 + = 0.833

X Ls Ls-X

V1 = 4.3 m

m

V2 = 4.3 to 9.0 m (4.3 m used) P1

2.4 Tính toán cốt thép dự ứng lực:

2.4.1 Tính sơ bộ diện tích cáp:

Chọn cáp 12.7 mm tiêu chuẩn ASTM

Mô men quá tính :

Φ = 1 ( hệ số dự ứng lực ) theo 5.5.4.2.1 tiêu chuẩn 22 TCN 272- 05

h : chiều cao tiết diện

Mu : mô men có hệ số theo TTGH CĐ1

1 2 3

3 4

C¸p 3 0.150 0.000 0.000 0.000 0.790 0.000 0.110 0.000 0.003

C¸p 4 0.150 1.000 3.000 10.000 0.515 0.000 0.110 0.110 0.002

C¸p 5 0.150 1.000 3.000 10.000 0.240 0.000 0.110 -0.110 0.001

Ls/2 L/2

1 2 3 4 5

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 7

6.

05 6

7.

06 6

8.

07 5

9.

08 4

10.

09 4

11.

10 3

12.

11 3

13.

12 2

14.

13 1

15.

14 1

16.

15 0

16.

35 0

0.

41 3

0.

43 9

0.

47 1

0.

51 2

0.

55 9

0.

61 4

0.

67 6

0.

27 3

0.

29 5

0.

32 3

0.

35 8

0.

39 8

0.

44 5

0.

49 8

0.

13 3

0.

15 1

0.

17 5

0.

20 3

0.

23 7

0.

27 6

0.

32 0

0.

11 7

0.

12 6

0.

13 8

0.

15 4

0.

17 3

0.

19 6

0.

22 2

0.

11 2

0.

11 5

0.

11 9

0.

12 4

0.

13 0

0.

13 8

0.

14 6

0.1

Phương trình đường cong cáp có dạng : Y= a x2

Như vậy, tại mỗi mặt cắt ứng với giá trị Xi ta đều nhận được 1 giá trị Y tương ứng

với hệ số a riêng cho từng bó cáp số 1 có a= 0.004 , số 2 có a = 0.003, số 3 có a =0.003, số 4 có a = 0.002, số 5 có a= 0.001

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0 C

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0 C

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0 C

0.

11 0

0.

09 9

0.

08 7

0.

07 6

0.

06 5

0.

05 4

0.

04 3

0.

03 2

0.

02 1

0.

01 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0 C

-11 0

0.

-11 0

0.

-09 9

0.

-08 7

0.

-07 6

0.

-06 5

0.

-05 4

0.

-04 3

0.

-03 2

0.

-02 1

0.

-01 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0

0.

0 0 0Đường đi cáp ngang của các bó trong mặt phẳng ZOX có đặc điểm

- Bó 1, bó 2 và bó 3 trùng với trục OX

- Bó 4, bó 5 nằm đối xứng nhau qua bó 3 và có tọa độ Z như trên bảng trên

02 8

4.

03 8

5.

04 7

6.

05 6

7.

06 6

8.

07 5

9.

08 4

10.

09 4

11.

10 3

12.

11 3

13.

12 2

14.

13 1

15.

14 1

16.

15 0

16 50 0

Góc chuyển hướng theo phương đứng (Radian)

0.

09 5

0.

08 8

0.

08 1

0.

07 3

0.

06 6

0.

05 9

0.

08 1

0.

07 5

0.

06 9

0.

06 3

0.

05 7

0.

05 0

0.

06 8

0.

06 2

0.

05 7

0.

05 2

0.

04 7

0.

04 2

0.

04 6

0.

04 2

0.

03 9

0.

03 5

0.

03 2

0.

02 8

0.

01 5

0.

01 4

0.

01 2

0.

01 1

0.

01 0

0.

00 9

0.

00

Phương trỡnh đường cong cỏp cú dạng : Y= a x2

 Gúc chuyển hướng theo phương đứng của đường cong cỏp sẽ là Y’ = 2aX

Tại cỏc mặt cắt sẽ cú cỏc giỏ trị của X từ đú ta cú thể xỏc định đc gúc chuyểnhướng đường cong cỏp

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 7

6.

05 6

7.

06 6

8.

07 5

9.

08 4

10.

09 4

11.

10 3

12.

11 3

13.

12 2

14.

13 1

15.

14 1

16.

15 0

16 35 0

Góc chuyển hướng theo phương ngang (Radian)

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

00 0

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

0.

01 1

Đường cáp 4,5 có tọa độ cáp Z đối xứng quá trục OX, góc chuyển hướng cáp ngang

có 2 giá trị do có 2 dạng: dạng 1 cáp đi song song hoặc trùng với OX nên có giá trị = 0còn đoạn cáp xiên có giá trị θ = = = 0.011

Chiều dài từng bó cáp tại các mặt cắt Công thức xác định chiều dài đường cong cáp

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 7

6.

05 6

7.

06 6

8.

07 5

9.

08 4

10.

09 4

11.

10 3

12.

11 3

13.

12 2

14.

13 1

15.

14 1

16.

15 0

16 50 0

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 8

6.

05 8

7.

06 9

8.

08 0

9.

09 1

10.

10 3

11.

11 5

12.

12 8

13.

14 1

14.

15 5

15.

17 0

16.

18 6

16 38 8 C¸

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 8

6.

05 8

7.

06 8

8.

07 8

9.

08 9

10.

10 0

11.

11 2

12.

12 4

13.

13 6

14.

14 9

15.

16 2

16.

17 6

16 37 7 C¸

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 7

6.

05 7

7.

06 7

8.

07 7

9.

08 8

10.

09 8

11.

10 9

12.

12 0

13.

13 2

14.

14 3

15.

15 6

16.

16 8

16 36 9 C¸

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 7

6.

05 7

7.

06 6

8.

07 6

9.

08 5

10.

09 5

11.

10 5

12.

11 5

13.

12 5

14.

13 6

15.

14 6

16.

15 7

16 35 7 C¸

3.

02 8

4.

03 8

5.

04 7

6.

05 6

7.

06 6

8.

07 5

9.

08 4

10.

09 4

11.

10 3

12.

11 3

13.

12 2

14.

13 2

15.

14 1

16.

15 1

16 35 1