Phần 2 Thiết kế kỹ thuật-Chơng I Tính toán bản mặt cầu

Shoạt + Stĩnh  [S] 1Do trị số của hoạt tải đã đợc qui định, vì vậy để nâng cao khả năngchịu tải trọng của kết cấu và giảm khối lợng vật liệu phải tìm các giảmbớt trị số nội lực do tĩnh

Phần 2 : Thiết kế kỹ thuật Chơng I : Tính toán bản mặt cầu

I Cấu tạo

- Bản mặt cầu đợc đúc liền với dầm dọc và dầm ngang Khoảng cáchgiữa các dầm dọc là 7,9 m Khoảng cách giữa các dầm ngang thay đổituỳ vào từng khoang,tại khoang kề tháp khoảng cách giữa các dầmngang là 2,3 m, tại khoang giữa là 2,33 m, tại các khoang còn lại khoảngcách là 2,2 m Do đó để đơn giản ta xét 1 mét bản mặt cầu kê trên 2 dầmngang kề nhau ( theo sơ đồ bản kê hai cạch), khẩu độ tính toán là 2,33m

- Chiều dày bản bê tông chọn là 25 cm, mác bê tông dùng là 300

Ii TảI trọng tác dụng

- Tải trọng tác dụng bao gồm tĩnh tải bản thân, tĩnh tải lớp phủ mặt cầu

1 = a

2 + 2H = 0,2 + 2 0,1 = 0,4 H: Chiều dày lớp phủ mặt cầu : H=10 cm

Chiều rộng tiếp xúc theo phơng ngang cầu

1

2 = 0,6 mb

1 = b

2 + 2H = 0,6 + 2 0,1 = 0,8 (m)q

H 3 0 =

1

1 b

a

P =

8 , 0 4 , 0

6 = 18,75 T/m 2 q

XB 8 0 =

1

1 b

a

P =

8 , 0 4 , 0

10 = 31,25 T/

m 2

+ Nội lực H

30 M

307

a1 = 0,4

Sơ đồ tính mô men XB80 120

307

0.5825

80 40

307

1 a=2

a1=1

Số thanh cốt thép tính toán là n = Ft / f = 18,3/2,01 = 9,1 thanh.

Vậy ta bố trí 10 thanh 16 mm thành 1 hàng, mỗi thanh cách nhau

10 cm ( bố trí thành lới )

Tính cốt thép cho bản chịu mô men âm

Fct = Mtt / 0,8 h0 Rt = 10,92.105/ 0,8 22,2 2400 =25,6 cm2

Với h0 = h - d/2 - bv =25 - 0,7 – 2,1 = 22,2 cm

Số thanh cốt thép tính toán là n = Ft / f = 25,6/2,01 = 12,7 thanh

Chơng II: Tính toán dầm ngang

I Giả thuyết tính toán

Các bớc tính toán dầm ngang

Bớc 1:

Chỉ xết dầm ngang chịu tải trọng cục bộ do bánh xe ô tô đặt gầnnhau khi đó coi dầm ngang là dầm liên tục kê trên gối là các dầm chủ

Có một phần bản mặt tham gia làm việc cùng dầm ngang, lấy

đoạn bản tham gia:

c = 25 + 6.h

b = 25 + 6 25 = 175 (cm)tiết diện dầm ngang

lp = 1,5 4,7/7,9 = 0,89 T/m+ tĩnh tải bản Q = 0,25.(3,07.7,9 – 2.1,53.1,53)2,5= 12,23T

Tĩnh tải rải đều của bản q

bản = 1,1.4,7/7,9 = 1,7 T/m+ Tĩnh tải dầm ngang q

dn = 1,1 2,5 1,25 = 3,43 (T/m)Sơ đồ tính dầm ngang chịu tĩnh tải

380

105

Dầm ngang

Dầm chủ Phần bản và lớp phủ tác

dụng lên dầm ngang 790

953 , 3 3096 , 0 ( 8

l

953 , 3 3096 , 0 ( 8

C¸c chØ tiªu c¬ së cña vËt liÖu

3.1 TÝnh duyÖt dÇm ngang chÞu m« men d ¬ng

M« men tÝnh to¸n max Mtt

max = 87,36 (T.m)lÊy a = 15cm > h

0 = 105 -15 = 90 cmKiÓm tra vÞ trÝ trôc trung hoµ

8736000

3.2 Tính toán dầm ngang chịu lực cắt

Kiểm tra ứng xuất kéo chủ tại trục trung hoà công thức kiểm tra

 = 

c =

z b

- Q: Lực cắt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

- Z: cánh tay đòn nội ngẫu lực với Z =

t t

p

F R M

Công thức

380 205

2 , 44 3000

.





b R

F R

u

t T

M

p = 205 380 1,702(90 -

2

702 ,

Z =

t t

p

F R

M

=

2 , 44 3000

10 2 ,

đoạn còn lại lấy bớc cốt đai a = 50cm

3.3 Kiểm tra ổn định chống nứt của dầm ngang bề rộng vết nứt

đ ợc xác định theo công thức

a

n =3

t t

t: Mô đun đàn hồi của cốt thép 2.106

Tính toán:

Công thức tính toán 

t =

Z F

M

t tc

10 2 ,

= 1730,97 (kg/cm2)Bán kính ảnh hởng của cốt thép R

R =





 i

i d n F

i d n

F

=

5 , 2 9 1

97 , 1730 5 , 0 67 ,

vậy a

n = 0,00924 cm < [a] = 0,02cm > Đạt yêu cầu

Chơng III: ĐIều chỉnh nội lực Các tải trọng tác dụng:

+ Tĩnh tải giai đoạn 1: Trọng lợng bản thân kết cấu

(dầm dọc, dầm ngang thép và các hệ liên kết)

+ Tĩnh tải giai đoạn 1’: Trọng lợng bản bê tông

+ Tĩnh tải giai đoạn 2: Trọng lợng lớp phủ mặt cầu, lan can, gờ chắnbánh, đèn chiếu sáng

+ Tổ hợp hoạt tải:

15 10

3

Shoạt + Stĩnh  [S] (1)

Do trị số của hoạt tải đã đợc qui định, vì vậy để nâng cao khả năngchịu tải trọng của kết cấu và giảm khối lợng vật liệu phải tìm các giảmbớt trị số nội lực do tĩnh tải gây ra Giải quyết vấn đề này trong CDV gọi

là điều chỉnh nội lực, có nhiều cách để điều chỉnh nội lực trong cầu dâyvăng nh: tạo khớp tạm, căng kéo dây văng trong quá trình thi công Mụctiêu điều chỉnh nội lực trong cầu dây văng là làm cho toàn bộ nội lực dotĩnh tải, do dây văng chịu, hệ dầm cứng chỉ tham gia chịu hoạt tải cùngvới dây văng trong quá trình khai thác, do đó có thể giảm đợc kích thớctiết diện và khả năng chịu lực của kết cấu

Phơng pháp điều chỉnh nội lực thờng dùng hiện nay trong cầu dâyvăng (đặc biệt cầu ít dây, khoang lớn) là căng kéo dây văng Nội lực điềuchỉnh đợc tạo ra trong quá trình thi công và có dấu ngợc với nội lực sinh

ra do tĩnh tải và hoạt tải Khi đó điều kiện cờng độ ở công thức (1) trởthành:

Shoạt + Stĩnh - Sđiều chỉnh  [S]

Trong đó: Sđiều chỉnh là trị số nội lực sinh ra trong quá trình điều chỉnh

Nội lực do tĩnh tải đợc tính với kết cấu cầu sau khi đã điều chỉnhnội lực Trong quá trình thi công theo công nghệ dúc hẫng các khoangdầm sau khi đúc xong đã đủ cờng độ thì tiến hành căng kéo điều chỉnhdây văng tơng ứng tại khoang đó với trị số đã đợc thiết kế

Mục đích của quá trình điều chỉnh nội lực là nhằm tạo ra đợc biểu

đồ mô men của dầm liên tục tựa trên các gối cứng là các điểm neo dây.Trong đó mô men dơng ở giữa khoang và mômen âm trên gối có các trịsố:

gi, di , i tải trọn g tĩnh phân bố đều theo chiều dài khoang và gócnghiêng của dây văng thứ i

 tổng các dây văng bị cắt qua tiết diện đang xét bởi mặt phẳng thẳng

đứng

Trị số mômen và lực cắt do tĩnh tải giai đoạn 1 sau khi đã điều chỉnh nộilực đợc tính với sơ đồ dầm liên tục tựa trên các gối cứng tại các điểm neodây văng Khác với mômen và lực cắt, trị số lực do tĩnh tải sau khi điềuchỉnh đợc tính bằng cách xếp tĩnh tải lên sơ đồ kết cấu hoàn chỉnh(không kể đến lực điều chỉnh của dây văng) ít thay đổi theo độ cứng củadầm chủ và không đổi trong chiều dài khoang

ii Trình tự đIều chỉnh nội lực

1.Trạng thái xuất phát

Điều chỉnh nội lực có thể đợc thực hiện trong quá trình lắp dầm vàdây, hoặc trớc khi đa công trình vào khai thác Trạng thái công trình trớckhi căng kéo gọi là trạng thái xuất phát (trạng thái A) Để giảm khối l-ợng lắp ráp và căng kéo, việc điều chỉnh thờng đợc thực hiện ngay saukhi lắp đặt từng dây

Do thi công theo phơng pháp lắp hẫng có trụ mở rộng nên trạngthái A đợc chọn bao gồm tháp cầu, hai đốt đầu tiên đã lắp và hai dây đầutiên

Bảng kết quả lực điều chỉnh trong các dây văng:

Chơng iv: Tính và kiểm duyệt dây văng

I Tính nội lực trong các dây văng

Nội lực trong dây văng bao gồm:

- Tỉnh tải I ( Trọng lợng dầm dọc, dầm ngang , các hệ liên kết và bảnBT) tác dụng lên sơ đồ CDV khi dầm thép cha liên kết với bản BT

Công thc tính toán nội lực trong giai đoạn này là:

NIi = gItt.i

ĐAH

- Lực điều chỉnh Ni

đc = Xi / sini

- Tỉnh tải II ( Trọng lợng lớp phủ mặt cầu, gờ chắn bánh, lan can, tay vịn,

đèn chiếu sáng) tác dụng lên sơ đồ cầu hoàn chỉnh và dầm thép đã liênhợp với bản BT

- Hoạt tải tác dụng lên sơ đồ CDV đã hoàn chỉnh

Do dùng tải trọng tơng đơng để tính toán nên ta có thể so sánh ngay đểxem tổ hợp hoạt tải nào bất lợi hơn:

Ta có: 0,9 1,4 (1+) H30 qtđH30 + 1,4 Ng qtđNg =

0,9 1,4 1 1,2818 1,7 + 1,4 1,5 0,3 = 3,38

1,1 XB80 qtđXB80 = 1,1 0,7273 3,2 = 2,56

Từ kết quả trên ta thấy tố hợp hoạt tải bất lợi là H30 + Ngời

Công thức tính nội lc cho tĩnh tải II và hoạt tải xếp bất lợi nh sau:

II Kiểm duyệt các dây văng theo cờng độ

Các dây văng đợc làm từ các bó cáp cờng độ cao (bó cáp 7 sơi  5

mm ) có đờng kính danh định là 15,2 mm, diện tích danh định là 1,387

cm2 , và cờng độ giới hạn = 18 T/cm2

Khả năng chịu đựng của vật liệu làm dây tính theo tổ hợp chính:

[] = 0,45 18 = 8,1 T/cm2

Công thức kiểm tra cờng độ là: = N / F  []

Để kiểm duyệt cho tất cả các dây ta lập bảng sau:

Dây Tổng N

(T)

DT dây(cm 2 )

1 Sơ đồ cha liên hợp (giai đoạn I )

Với sơ đồ này dầm thép chịu tác dụng của tĩnh tải phần I và I’gây

ra mô men uốn và lực dọc trong dầm Trong tính toán coi nó nh mộtthanh chịu nén uốn

Mục đích của quá trình điều chỉnh nội lực là nhằm tạo ra đợc biểu

đồ mô men của dầm liên tục tựa trên các gối cứng là các điểm neo dây.Trong đó mô men dơng ở giữa khoang và mômen âm trên gối có các trịsố:

Ng tc

Ng

M  1 , 4

i góc nghiêng của dây văng thứ i

 tổng các dây văng bị cắt qua tiết diện đang xét bởi mặt phẳng thẳng

đứng

Sau khi tính toán ta lập bảng mô men và lực dọc do tĩnh tải I nh sau :

2 Sơ đồ dầm thép đã liên hợp với bản BT ( giai đoạn II )

Với sơ đồ này dầm chủ chịu tác dụng của tĩnh tải phần II (gttII =

2.04 T/m) và hoạt tải Việc xác định mô men và lực dọc do tĩnh tải II

t-ơng tự nh trong giai đoạn I Sau khi tính toán ta lập bảng tính mô men và

lực cắt nh bảng duới

Mô men và lực dọc do hoạt tải đợc xác định bằng cách xếp xe trực

tiếp lên ĐAH nội lực của các mặt cắt tơng ứng Việc xếp xe lên ĐAH

Mô men và lực cắt đợc thực hiên bởi cùng 1 sơ đồ xe Từ đó xác định

đ-ợc mô men và lực cắt bất lợi cho kết cấu

Công thức xác định nội lực do hoạt tải:

DAH Ng

Ng

tc

N   0 , 3  N tt Ng  1 , 4 N tc Ng

i i XB

Ng tc

M   0 , 3 

Gi÷a 25.55

3

32.87

Gi÷a 25.65

16 152.8

9

32.87

II Kiểm duyệt một số mặt cắt

chơng Vi:tính toán tháp cầu

Tháp cầu đợc dùng là

tháp cứng liên kết với trụ, dạng

hình thang Tháp có chiều cao

Tháp cầu đợc tính với hai tổ hợp tải trọng:

Theo phơng dọc cầu tháp làm việc theo sơ đồ thanh chịu nén uốn một

đầu ngàm một đầu gối đàn hồi

1.1 Tính đỉnh tháp:

Xét mặt cắt cuối phần đỉnh tháp ( Tại tiết diện neo dây đầu tiên)

Vẽ ĐAH mô men và ĐAH lực dọc của tiết diện và tính diện tích cácphần ĐAH nh sau:

+ Do tĩnh tải I M=130,6 N= - 186,18; Giá trị tĩnh tải gI = 6,16 T/m

+ Do tĩnh tải II (gII = 2,04 T/m) và hoạt tải M = 116,246 N = 186,18

Từ đờng ảnh hởng mô men và lực dọc của thân tháp ta xếp tải lên đờng

ảnh hởng tơng ứng với hai tổ hợp trên Mmax và Ntơng ứng với hoạt tải xếptrên đờng ảnh hởng mô men xuống đờng ảnh hởng N và ngợc lại

- Chiều dài cánh tay đòn: y = 4,75 (m)

- Mômen tiêu chuẩn: M = 0,18 4,75 14,25 =12,18(Tm)

+ Tính mặt cắt cuối của thân tháp:

* Lực gió tác dụng lên tháp:

- Diện tích chắn gió: S = 1,5 9,5 + 1,5 21 = 45,75 (m2)

- Chiều dài cánh tay đòn: y =15,25(m)

- Mômen tiêu chuẩn: M = 0,18.45,75.15,25 = 125,17(Tm)

* Lực gió tác dụng lên dầm ngang tháp cầu phía trên:

- Chiều dài cánh tay đòn: y = = 20 (m)

- Mômen tiêu chuẩn: M = 86,5.0,18.20,75=323,07 (Tm)

- Với lực nớc cao nhất:

- Chiều dài cánh tay đòn: y = 20,75(m)

và 25% lực dọc đối với các loại gối con lăn

Với chiều đặt tải > 50 (m)

II Tính tháp theo phơng pháp ngang cầu:

Theo phơng ngang cầu tháp đợc chia làm 3 phần: đỉnh, thân tháp, vàchân tháp Mỗi phần có sơ đồ tính khac nhau:

- Đỉnh tháp: làm việc nh thanh một đầu ngàm một đầu tự do

 = 0,5Theo phơng ngang cầu tháp chịu các loại tải trọng:

- Lực gió truyền lên tháp cầu ( Bỏ qua lực gió truyền lên dây > tháp)

- Lực lắc ngang truyền từ dầm chủ sang tháp

1 Tính đỉnh tháp:

1.1 Lực gió ngang cầu:

a Khi có xe chạy trên cầu:

Theo quy trình:  = 50 (kg/m2) = 0,050 (T/m2)

Diện tích chắn gió; S = 2,5 9,5 = 23,75 (m2)

chiều dài cánh tay đòn: y = 4,75 (m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 4,75 23,75 0,05 = 5,64 (Tm)

b Khi không có xe chạy trên cầu:

Theo quy trình:  = 180 (kg/m2) = 0,180 (T/m2)

Diện tích chắn gió S = 2,5 9,5 = 23,75 (m2 )

Chiều dài cánh tay đòn: y = 4,75 (m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 4,75 23,75 0,18 = 20,3 (Tm)

2 Tính thân tháp:

2.1 Lực gió ngang cầu:

a Khi có xe chạy trên cầu:

Theo quy trình:  = 50 (kg/m2) = 0,050 (T/m2)

Diện tích chắn gió; S = 2,5 ( 9,1 + 21) = 76,25(m2)

chiều dài cánh tay đòn: y = 15,25 (m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 76,25 15,25 0,18 = 58,14 (Tm)

b Khi không có xe chạy trên cầu:

Theo quy trình:  = 180 (kg/m2) = 0,180 (T/m2)

Diện tích chắn gió; S = 2,5 ( 9,1 + 21) = 76,25(m2)

chiều dài cánh tay đòn: y = 15,25 (m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 76,25 15,25 0,18 =209.3(Tm)

3 Tính chân tháp:

3.1 Lực gió ngang cầu:

a Khi có xe chạy trên cầu

* Lực gió tác dụng lên tháp cầu với MNTN:

Theo quy tình  = 50 (kg/m2) = 0,050 (T/m2)

Diện tích chắn gió; S = 23,75 + 76,25 + 10,5 3 =131,5(m2)

chiều dài cánh tay đòn: y = 20,75(m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 131,5 20,75 0,05 =136,43(Tm)

* Lực gió tác dụng lên tháp cầu với MNCN

Theo quy tình  = 50 (kg/m2) = 0,050 (T/m2)

Diện tích chắn gió; S = 23,75 + 76,25 +2,5 3 =107,5(m2)

chiều dài cánh tay đòn: y = 23,6(m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 107,5 23,6 0,05 =126,98(Tm)

b Khi không có xe chạy trên cầu

* Lực gió tác dụng lên tháp cầu với MNTN:

Theo quy tình  =180 (kg/m2) = 0,18 (T/m2)

Diện tích chắn gió; S = 23,75 + 76,25 + 10,5 3 =131,5(m2)

chiều dài cánh tay đòn: y = 20,75(m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 131,5 20,75 0,18=491,15(Tm)

* Lực gió tác dụng lên tháp cầu với MNCN

Theo quy tình  = 180 (kg/m2) = 0,18(T/m2)

Diện tích chắn gió; S = 23,75 + 76,25 +2,5 3 =107,5(m2)

chiều dài cánh tay đòn: y = 23,6(m)

Mômen tiêu chuẩn: Mtc = 107,5 23,6 0,18= 456,6(Tm)

4 Lực gió tác dụng lên dầm chủ, lan can:

Diện tích chắn gió dầm chủ: Sdầm chủ = 1,4 206 =288,4 (m2)

Diện tích chắn gió lan can:

Slan can = 0,8.(103 0,8 0,15 + 412 0,15 + 103 0,25 0,3) = 81,88 (m2)Tổng diện tích chắn gió của lan can và dầm chủ:

Để tính đợc tỉa trọng gió tác dụng lên tháp 1 ta phải vẽ đờng ảnh hởngphản lực gối “Tháp” Dùng chơng trình SAP2000 ta vẽ đợc đờng ảnh h-ởng phản lực gối.

n = 1.2(Tổ hợp phụ) 1,425 6,768

1.1 Tính theo phơng ngang cầu:

Tổ hợp tải trọng bất lợi nhất:

N = 147,51 (T)

H = 6,41 (T)

M = 30,45 (Tm)

Tính toán nh cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật:

Theo phơng ngang cầu

Hình vẽ :

bxh = 250x150 (cm)

Tính toán chỉ xét đến N và M

Tổ hợp lực này tơng đơng với một lực dọc N = 147,51 (T) đặt cách mặtcắt tiết diện một khoảng e0

Với e0 = M/N = 30,45 / 147,51 =0,206 (m)

Xét đến sự sai lệch lúc thi công: eng = h/25 = 0,06 (m)

Chiều dài làm việc của phần đỉnh tháp: l0 = 2 9,5 = 19 (m)

Diện tích tiết diện: F = 3,75 (m2)

Mômen quán tính: J = 0,703 (m4)

Bán kính quán tính: r = 0,703/3,75 = 0,187

Xét tỉ số: l0 /r = 19/0,187 = 101,6 >50 m

Xét đến ảnh hởng của uốn dọc và từ biến

Lúc này lực dọc tính toán đợc tăng lên để xét tới sự ảnh hởng kể trên:

edh

dh N m

Trong đó:

medh=

h

e 2 1

h

e 2 m

dh 0

dh 0 dh





Đối với trờng hợp bài toán: eodh = 0

mdh = 0,367 (Ngoại suy theo bảng 5 - 16 quy tình 1979)

Phơng án bố trí cốt thép kinh tế nhất khi : = 0,55

Chiều cao vùng bê tông chịu nén: x = 0 h0 = 0,77 (m)

Viết phơng trình cân bằng mômen với trọng tâm cốt thép chịu kéo:

N.(e0 +h/2 -0,1) = Ru.b.x.(h0- 0,5.x) + Rt’.Ft ‘.(h0 - a’)

diện tích cốt thép chịu nén:

Ft’ =  N (e0 + h/2 – 0,1 ) – Ru b x (h0- 0,5 x ) / Rt’ (h0 – a)

=  401,9 0,856 – 2400 2,5 0,77 ( 1,4 – 0,5 0,77) / 30000 (1,4–0,1)

chiều dài làm việc của phần đỉnh tháp : l0 = 3 m

Bố trí cốt thép đối xứng theo cốt thép chịu kéo:

Từ phơng trình cân bằng hình chiếu ta tính đợc diện tích cốt thép chịukéo:

Ft = 2400 1,5 1,375 + 30000 ( -0,078) – 893,66  / 30000 = 0,057(m2)

2.2 Tính theo phơng ngang cầu:

Tổ hợp bất lợi nhất:

* Chiều dài tự do: lo = 0,7.20,3 = 14,210

* Xét tỉ số: lo/r = 14,210/0,188 = 75,787

> Xét đến từ biến, xét đến ảnh hởng của uốn dọc

Tra bảng 5-16 quy trình 1979: mdh= 0,7 > medh = 0,7

Ntt= Nedh= 433,07 / 0,7 = 618,67 (T)

Hệ số:  =

 0 2 2

r

l F E

N 1

1



75 , 3 10 38 14 , 3

787 , 75 67 , 618 1

1

5 2

3.1 TÝnh theo ph¬ng ngang cÇu:

Tæ hîp bÊt lîi nhÊt: