CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ LAN CAN ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI

Ta sẽ đi tính từng thành phần trong công thức trên : Ta xét bó vỉa như hình vẽ nên sẽ không có từơng đỉnh : Sức kháng uốn của dầm:  Sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng đứng MW.H

CHƯƠNG I:

THIẾT KẾ LAN CAN ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI

I Một số yêu cầu chung:

Lan can là kết cấu bố trí dọc theo lề cầu để bảo vệ cho xe cộ và người đi không bịrớt xuống sông Lan can còn là công trình thể hiện tính thẩm mỹ, tạo hình thái hài hòa với các công trình và cảnh quan xung quanh

Lan can đường người đi có tác dụng đảm bảo an toàn cho người đi bộ trên cầu

¯ Chiều cao nhỏ nhất của lan can phải bằng 1060 mm tính từ mặt đường người đi

¯ Khoảng cách tĩnh giữa các thanh không được lớn hơn 150 mm

¯ Khi dùng lan can có cả cột đứng và thanh ngang, thì ở phần thấp (65 mm) khoảng cách tĩnh giữa các thanh 150 mm, khoảng cách tĩnh của phần trên không quá 380 mm

¯ Hoạt tải tính toán là tải trọng phân bố đều có cường độ w=0.37 N/mm theo cả hai phương thẳng đứng và nằm ngang Đồng thời lan can phải được tính với 1 tải tập trung 890 N, có thể tác dụng đồng thời với tải trọng phân bố ở trên

II Cấu tạo thanh lan can:

Ta chọn lan can tay vịn và trụ lan can làm bằng vật liệu thép AII

Tiết diện là thép ống có bề dày 5 mm

10x200=2000

a) Cấu tạo thanh lan can trên:

III Thiết kế:

Do tải trọng tác dụng lên mỗi thanh lan can là như nhau nên ta chỉ cần kiểm tra cho thanh lan can có đường kính nhỏ(thanh lan can dưới)

1) Tĩnh tải tác dụng:

Trọng lượng bản thân :

F

g  t

mm / N 105 , 0 1335 10 85 , 7 F g

mm 1335 80

90 4 d D 4 F

mm / N 10 85 , 7

5 t

2 2

2 2

2

3 5

2) Hoạt tải tác dụng:

Sơ đồ tác dụng của hoạt tải:

Độ lớn của tải trọng:

N 5 , 1557 890

75 , 1

2 ( )2 (1,75.0,37)2 (1,75.0,37 1, 25.0,105)2 1,026 /

IV Xác định nội lực trong thanh lan can:

Sơ đồ tính toán:

- Momen lớn nhất trong thanh lan can:

Nmm 10

175 , 129 4

2000 5 , 1557 8

2000 026 , 1 4

PS 8

S W

2 2

513000 Nmm

778750 Nmm

V Mômen kháng uốn của thanh lan can:

S     

Do đó:

Nmm 5368356 280

21303 9 , 0 f S

Vậy : M  M p lan can thoả điều kiện chịu uốn

VI Thiết kế trụ lan can:

1) Sơ đồ cấu tạo trụ lan can:

2) Sơ đồ tính toán và ngoại lực tác dụng:

 Tĩnh tải

- Trọng lượng bản thân

V

Gbt  bt

3 3 3

6

2 2

m 10 48 , 2 mm 10 48 , 2

4 90 4

110 6 6 190 770 5 200 1700 V

48 , 2 10 85 , 7 V

- Trọng lượng lan can

S F

Glc  t

  110 100  2984 mm

4 80 90 4

d D 4 d D 4 F

2 2 2

2

2 2

2 2

2 1

2 1

 Hoạt tải

N890

P 

N 740 2000 37 , 0

Sơ đồ lực tác dụng như hình vẽ ở trên

p

p

3) Nội lực tại chân trụ:

- Lực nén dọc trục

N 975 , 4998

5 , 468 68 , 194 25 , 1 740 2 890 75 , 1

G G 25 , 1 P 2 P 75 , 1

4) Đặc trưng hình học tiết diện nhỏ nhất:

Ta sẽ kiểm toán cho tiết diện nhỏ nhất trên trụ lan can

120 2 5 200

Momen quán tính của tiết diện đối trục x-x

4 6 3

2

3

mm 10 68 , 8 12

120 6 2 5 , 62 5 200 12

5 200

10 68 , 8 A

I r

0.875 760

11.77256.49

K L r

6) Sức chịu nhổ bulông tại chân trụ:

Lực nhổ tác dụng vào bulông

Cân bằng momen quanh bulông thứ 1 ta có

110.2.P55.N

P

Sức kháng cắt của bulông

s ub b

2

4

20 4

d

150

5 30

5

F : Cường độ chịu kéo nhỏ nhất của bulông

MPa 830

Fub  s

N : Số mặt phẳng cắt cho bulông

1

Ns 

Vậy

N 83 , 99085 1

830 314 38 , 0

N F A 38 , 0

u n

P R

Nên

N 2 , 198071 830

314 76 , 0 F A 76 , 0

Thoả điều kiện chịu cắt và nhổ đồng thời

CHƯƠNG II:

THIẾT KẾ BÓ VỈA

I Vật liệu:

Cường độ chảy dẻo của cốt thép thường: f y 400MPa

Cường độ BT lan can: '

30

c

f  MPa

Cường độ BT dầm: f c' 40MPa

Môđun đàn hồi của BT: E c 0.043c1.5 f c' 0.043 2400 1.5 30 27691 MPa

Môđun đàn hồi thép: E s 200000MPa

Tỉ số quy đổi thép sang BT: 200000 7

27691

s c

E n E

II Kiểm toán khả năng chịu lực va xe của bó vỉa:

1) Các yếu tố về lan can:

Ta thiết kế lan can cấp L3

Lực thiết kế cho lan can cấp L3(bảng 13.7.3.3-1) :

Sức kháng cắt danh định của lan can theo chiều ngang :

2

2 c W

b t

2 t t

H M M H 8 2

L 2

M : sức kháng của tường đối với trục ngang (Nmm)

H: chiều cao tường (mm)

t

L : chiều dài phân bố dọc của lực va chạm F t(mm)

c

L : chiều dài tới hạn của dạng đường chảy (mm)

2) Cấu tạo bó vỉa:

Ta sẽ đi tính từng thành phần trong công thức trên :

 Ta xét bó vỉa như hình vẽ nên sẽ không có từơng đỉnh :

Sức kháng uốn của dầm:

 Sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng đứng (MW.H)

Sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng đứng phụ thuộc vào cốtthép ngang trong tường, MW là sức kháng uốn trên một đơn vị chiếu dài theophương trục đứng , ở đây ta xét trên toàn bộ chiếu cao của tường MWH

Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén ta có sức kháng uốn củamomen âm và momen dương bằng nhau vì ta đặt cốt thép đối xứng

2 2

2

4

14 2 4

d 2

Giả sử a = 30 mm

mm 220 30 250

ds   

mm 51 13 250 30 85 , 0

280 8 , 307 b

f 85 0

f A

c

y s

54 , 16 Nmm 16540476 2

51 , 13 220 280 8 , 307 9 , 0

2

a d f A M M

6

s y s n

 Sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng ngang M c

Sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng ngang phụ thuộc vào cốtthép đứng trong tường, Mc là sức kháng uốn trên một đơn vị chiều dài theo

phương trục ngang, sức kháng uốn của thép đứng sẽ tăng từ đỉnh tường đến đáyđá vỉa và momen uốn cũng lớn nhất tại đáy đá vỉa, ta xét trên một đơn vị chiềudài có diện tích cốt thép :

2 2

2

200 4

12 200 4

d

280 56 0 b f 85 0

f A

c

y s

6

.2

Vậy RW > F t (13.7.3.3-1) thoả điều kiện va xe

3) Kiểm tra sức chống cắt tại chân bó vỉa:

 Sự truyền lực giữa lan can và bản mặt cầu :

Giả thiết sức kháng danh định RW phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ

Lc

Lực cắt tại chân tường do va chạm xe cộ VCT trở thành lực kéo T trên một đơn

cv

' c n

c y vf cv

n

A 5 , 5 hayV A

f 2 , 0 V

) P f A ( A

c V

- Diện tích mặt tiếp xúc chịu cắt

c

- Trường hợp bêtông được đổ trên bêtông đã đông cứng và rửa sạch nên

ta có hệ số dính kết c = 0,52 ,   0 , 6

5 , 5 A 5 , 5

mm / N 1500 250

30 2 , 0 A f 2 , 0 cv cv

' c

n

V

 thoả điều kiện Vậy VCT < V n thoả điều kiện chịu cắt

CHƯƠNG III:

THIẾT KẾ BẢN MẶT LỀ BỘ HÀNH

I Sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng:

950

q

II Lực tác dụng:

 Tĩnh tải:

m / T 2 , 0 1 08 , 0 5 , 2 h b

qbt  bt  

 Hoạt tải người đi bộ qui là tải trọng phân bố đều với qht = 0.3 T/m

Tổ hợp tải trọng :

m / T 775 , 0 3 , 0 75 , 1 2 , 0 25 , 1 q 75 1 q 25 1

Momen lớn nhất :

Tm 087 , 0 8

95 , 0 775 , 0 8

ql M

M

2 2

max

III Thiết kế và bố trí cốt thép:

Thiết kế cốt thép cho tiết diện chữ nhật: 80 x 1000 chịu momen uốn Mu

Giả thiết a = 30 mm

mm 50 30 80

45 , 0 018 , 0 50

913 , 0 d c

913 , 0 836 , 0

764 , 0 a c

mm 764 , 0 1000 30 85 , 0 9 , 0

10 87 2 50

50

b f 85 , 0

M 2 d

d a

s 1

4 2

' c

u s

2 s

764 , 0 1000 30 85 , 0 f

b a f 85 , 0 A

y

' c

Thép rất nhỏ nên ta sẽ đặt theo cấu tạo:  10 a 200

Kiểm tra hàm lượng cốt thép trên một mét chiều dài: (410)

% 39 , 0 80 1000 4

10

4 d b

30 03 , 0 f

f 03 , 0

y c '



.f.200.85,0

f.1000.Asa

c '

15 , 5 d c

mm 15 , 5 836 , 0

3 , 4 a c

Bản mặt cầu là kết cấu có dạng bản kê trên hệ dầm mặt cầu gồm các dầm chủ, dầm ngang và dầm dọc phụ, vì vậy bản mặt cầu chủ yếu làm việc chịu uốn cục bộnhư một bản kê trên hệ dầm mặt cầu Ngoài ra bản còn là cánh trên của dầm T, dầm hộp nên còn tham gia chịu nén hoặc kéo khi chịu uốn tổng thể của cầu

Trong cầu bêtông cốt thép bản mặt cầu thường làm bằng bê tông, bê tông dự ứng lực, đúc tại chỗ hoặc lắp ghép

II Cấu tạo bản mặt cầu:

¯ Bản Bêtông cốt thép dày: 20 cm

¯ Lớp phủ Bêtông Atphan dày: 7 cm

¯ Tầng phòng nước dày: 0.4 cm

Bª t«ng atphan: 7 cm

Líp BTCT liªn kÕt: 20cm TÇng phßng n íc: 0.4 cm

III Sơ đồ tính:

Bản của cầu không dầm ngang được tính theo hai bước:

¯ Tính bản chịu lực theo sơ đồ bản hai cạnh

¯ Tính bản chịu lực theo sơ đồ dầm congxon

Sau đó các kết quả tính toán sẽ được so sánh với nhau làm căn cứ tính duyệt mặt cắt và chọn cốt thép

Lực tác dụng bản mặt cầu:

Trọng lượng lớp phủ mặt cầu :

- Lớp phủ bêtông Atfan :

2

950 80 10 5 , 2 1000 10 5 , 2 250 270

DC31  5  5 

- Tải trọng lan can truyền xuống bản hẩng : thực chất lực tập trungqui đổi của lan can không đặt ở mép bản nhưng ta qui ước như vậy đểđơn giản tính toán và thiên về an toàn.

mm / N 4200

1000 2

950 80 10 5 , 2 1000 10 5 , 2 250 520

Plancan 

N 4830 630

4200 P

P

DC32  lancan bovia  

Hệ số :

R D

i η η η

η 

- η D : hệ số liên quan đến tính dẻo: η D= 0,95 (1.3.3)

- η R : hệ số liên quan đến tính dư: η R= 0,95 (1.3.4 )

- η i : hệ số liên quan đến tính quan trọng khai thác:η i= 1,25 (1.3.5 )

95 , 0 25 , 1 95 , 0 95 , 0

Ta xem bản mặt cầu như dầm liên tục được tựa trên các gối tựa

Để đơn giản trong tính toán, khi tính toán cho bản mặt cầu ở phía trong, ta xem như một dầm giản đơn tựa trên 2 gối tựa, sau đó để xét đến tính liên tục ta nhân thêm hệ số xét đến ảnh hưởng liên tục

1210 1, 752.12100.95 1, 25.5 1,5

 Xét trường hợp đặt hai làn xe:

Ta xét trường hợp đặt hai làn xe : hệ số tải trọng n = 1

Bề rộng tác dụng của bánh xe lên bản mặt cầu

mm 650 70 2 510 h

2 510

b1  DW   

Khi xét trường hợp xe lấn làn , trên nhịp bản mặt cầu trong trường hợp này sẽchịu tác dụng của hai bánh xe của 2 xe cách nhau 1,2m , lực phân bố tác dụngcủa 2 bánh xe như hình vẽ

1210

Bề rộng tác dụng của hai bánh xe :

mm18501200

6501200b

b''1 1    > S = 1210mm

Do đó ta chỉ lấy trong phạm vi S = 1210 mm

 Qui tải trọng tác dụng của xe thành lực phân bố với độ lớn p

"

1

145000

78,39 /1850

 Xét trường hợp đặt một làn xe:

Ta xét trường hợp đặt một làn xe : hệ số tải trọng n = 1,2

Bề rộng tác dụng của bánh xe lên bản mặt cầu

mm 650 70 2 510 h

2 510

b1  DW   

Qui tải trọng tác dụng của xe thành lực phân bố với độ lớn p

mm / N 5 , 111 650

2

145000 b

2

P p

7

1, 75.1, 25

111,5.650 6500,95 1,75.1, 25.1, 2 1210

do đó ta xét trường hợp xếp 1 làn xe

V Xét tính liên tục của bản

1) Bề rộng của dải bản ảnh hưởng của bánh xe:

Chiều rộng của dải bản ảnh hưởng của bánh xe được gọi là chiều rộng dảibản tương đương được lấy như trong bảng 22 TCN 272-05 4.6.2.1.3

2) Nội lực trong bản dầm trong:

Trạng thái giới hạn cường độ :

2, 41.100,5 1, 236.10 1000 0,971.10

DC + DW2

P2

595

Ta xét trường hợp đặt một làn xe : hệ số tải trọng n = 1.2 (3.4.1-1)

 Trạng thái giới hạn cường độ :

 1 

6

1,75.1, 2 .0,95.1,75.1, 2.1800.595 2,14.10

VII Tính toán thép cho bản mặt cầu:

a Tính toán thép chịu mômen dương:

Xét : tính toán trên 1 m theo phương dọc cầu Tiết diện tính toán

b x h = 1000 x 200 mmMomen tính toán :

'

7 2

2

.0,85 .2.1,585.10

4,77

0,027 0, 45175

s

a

c d



Xảy ra trường hợp phá hoại dẻo ( 5 7.3.3.1 )

Diện tích cốt thép :

'

20,85 0,85.30.1000.3,99

363,375280

c s

30 03 , 0 f

' f 03 , 0

Diện tích thép trên một đơn vị mm chiều dài : As = 0,56 mm2

Khoảng cách giữa các thanh thép :

.200 0,56.200 112 1,12

Tra bảng thép VIỆT NAM ta chọn thép 12 có As = 113 mm2

Kiểm tra điệu kiện tiết diện bị phá hoại dẻo :

mm 2 , 6 1000 30 200 85 , 0

280 1000 113 b

.

` 200 85 , 0

f 1000 As a

6, 2

7, 410,836

7, 41

0,042 0, 45175

s

a

c d



Thoả điều kiện phá hoại dẻo ( đảm bảo lượng thép tối đa )

Vậy ta chon thép  12 200a mm

b Tính toán thép chịu mômen âm:

Xét: tính toán trên 1 m theo phương dọc cầu Tiết diện tính toán

b x h = 1000 x 200 mmMomen tính toán :

Từ phương trình cân bằng momen :

2

'

7 2

1

2

.0,85 .2.1,946.10

0,9.0,85.30.10004,91

5,880,8365,88

0,0336 0, 45175

c d

447,16280

c s

30 03 , 0 f

' f 03 , 0

Diện tích thép trên một đơn vị mm chiều dài : As = 0,56 mm2

Khoảng cách giữa các thanh thép :

.200 0,56.200 112 1,12

Tra bảng thép VIỆT NAM ta chọn thép 12 có As = 113 mm2

Kiểm tra điệu kiện tiết diện bị phá hoại dẻo :

mm 2 , 6 1000 30 200 85 , 0

280 1000 113 b

.

` 200 85 , 0

f 1000 As a

7, 41

0,042 0, 45175

s

a

c d



Thoả điều kiện phá hoại dẻo ( đảm bảo lượng thép tối đa )

Vậy ta chon thép  12 200a mm

c Tính toán thép chịu mômen âm cho bản hẫng:

Để thuận lợi cho việc thi công ta bố trí thép phần hẫng giống như đối với cốtthép phần bản dầm cho đáy trên  12 200a mmvà đáy dưới 12a200mm Ta chỉtiến hành kiểm toán

Momen tính toán âm của phần hẫng :

u

M = -6,52.10 Nmm6

Do momen tính toán M  M u nên chắc chắn kiểm toán về cường độ thoả mãn

d Tính toán thép phân bố dọc cầu:

Vì bản làm việc theo phương ngang cầu nên ta đặt cốt thép cấu tạo theophương dọc cầu cả đáy trên và đáy dưới của bản mặt cầu để phân bố tải trọngbánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lưc theo phương ngang Diện tích yêu cầutính theo phần trăm cốt thép chính lực Đối với cốt thép chính đặt vuông gócvới hướng xe chạy

% 67 S

3840 sophantram

Vậy ta dùng 67 % diện tích cốt thép dọc

Trên 1m dài ta có thể bố trí 5 12 ( A s 565mm2)

2.67% 0,565.67% 0,38 /

s

Ta chọn thép  10 200a mm có A s= 0,393 mm2 / mm

VIII Kiểm tra điều kiện chịu nứt của bản:

1) Kiểm tra điều kiện chịu nứt của phần bản chịu mômen dương:

Điều kiện chịu nứt của bản , ta xét trên 1 mm chiều dài

y

3 c

sa s

f 6 , 0

A d

Z f

¯ d c:chiều cao tính từ thớ chịu kéo xa nhất đến tim thanh gần nhất 50mm

¯ A: diện tích có hiệu của bêtông chịu kéo trên thanh có cùng trọng tâm với cốt

thép

Dùng trạng thái giới hạn sử dụng để xét vết nứt của bêtông cốt thép thường.Trong trạng thái giới hạn sử dụng hệ số thay đổi tải trọng  1 và hệ số tảitrọng cho tĩnh và hoạt tải là 1

Việc tính ứng suất kéo trong cốt thép do tải trọng sử dụng dựa trên đặc trưngtiết diện nứt chuyển sang đàn hồi

Tỷ số mođun đàn hồi :

200000 E

E n

Ta lần lựơt tính các giá trị trong biểu thức ( * ) :

- Tính fs ( ứng suất trong thép do tải trọng gây ra ) :

Momen quán tính của tiết diện nứt :

1.29,51

7.0,565 175 29,51 922833

c

2

mm 12800 1

12800

A  



MPa 309 12800 32

23000 A

d

Z

3 c

Tính 0 , 6 f y

MPa 168 280 6 , 0 f 6 ,

thoả điều kiện chịu nứt phần bản chịu momen dương

2) Kiểm tra điều kiện chịu nứt của phần bản chịu mômen âm :

Điều kiện chịu nứt của bản , ta xét trên 1 mm chiều dài

y

3 c

sa s

f 6 , 0

A d

Z f

¯ d c:chiều cao tính từ thớ chịu kéo xa nhất đến tim thanh gần nhất 50mm

¯ A: diện tích có hiệu của bêtông chịu kéo trên thanh có cùng trọng tâm với cốt

thép

Tỷ số mođun đàn hồi :

200000 E

E n

Ta lần lựơt tính các giá trị trong biểu thức ( * ) :

- Tính fs ( ứng suất trong thép do tải trọng gây ra ) :

1.29,51

7.0,565 175 29,51 922833

g S

Do đó:

41,195.10

c

2

mm 12800 1

12800

A  



MPa 309 12800 32

23000 A

d

Vậy:

s 0sa, 6 fy

f

f  thoả điều kiện chịu nứt phần bản chịu momen âm

IX Trạng thái giới hạn mỏi

Không cần tính mỏi cho bản mặt cầu bê tông cốt thép khi dùng nhiều dầm chủ (A9.5.3)