09-Lcan-lebhanh-bmc-dngang (101-128).Doc

Ta xem như bỏ qua tác dụng của các thanh chống.Thanh lan can được xem như dầm liên tục, để đơn giản trong tính toán ta đưa về sơ đồ dầm giản đơn để tính rồi sau đó điều chỉnh bằng các hệ

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH

I TÍNH TOÁN LAN CAN

1.1 Cấu tạo chung

150 20x150=3000

Hai thanh lan can dạng thép ống

Tiết diện thanh lan can: D = 95 mm, d = 86 mm

Khoảng cách hai thanh lan can: 400 mm

Khoảng cách giữa hai trụ lan can: 3000 mm

Bề rộng lề bộ hành: 1500 mm

Bề dầy bản lề bộ hành: 100 mm

Thanh và Trụ lan can làm bằng vật liệu thép có mạ kẽm

T

γ = 7850 kG/m3= 77008.5 N/m3

1.2 Tính toán thanh lan can

1.2.1 Sơ đồ tính toán

Ta xem như bỏ qua tác dụng của các thanh chống.

Thanh lan can được xem như dầm liên tục, để đơn giản trong tính toán ta đưa về sơ đồ dầm giản đơn để tính rồi sau đó điều chỉnh bằng các hệ số

1.2.2 Tải trọng tính toán

Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân thanh lan can

q =A × γ = (π×D / 42 − π×d / 42 )×77008.5

= (π×0.0952 /4−π ×0.0862 /4)×77008.5=98.53 N/m = 0.09853 N/mm

Hoạt tải thiết kế gồm:

+ Lực tập trung P = 890 N theo 2 phương

+ Tải trọng phân bố đều trên chiều dài thanh lan can Lth : W = 0.37 N/mm theo hai phương

+ φ : là hệ số sức kháng φ = 1

+η : là hệ số điều chỉnh tải trọng

+γ : là hệ số tải trọng ( DL

p

γ = 1.25 với tĩnh tải, PL

p

γ =1.75 với hoạt tải người)

+ Mi : là mômen lớn nhất do tỉnh và hoạt tải

+ Mn : sức kháng của tiết diện

+ S : sức kháng của thanh lan can

Chọn các hệ số tải trọng

Ta đưa sơ đồ dầm giản đơn về sơ đồ dầm liên tục bằng các hệ số điều chỉnh :

Momen tại giữa nhịp ở trạng thái giới hạn cường độ:

⇒Lấy momen ở gối để tính toán Mp = Mg = 2044653 N.mm

Tính sức kháng của thanh lan can

Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu lực

1.3 Tính toán trụ lan can

1.3.1 Sơ đồ tính toán

130 CHI TI ẾT N2

Lực dọc do hoạt tải : NLL = 2×P1 = 2×2000 = 4000 N

Momen tại mặt cắt chân cột lan can :

MLL = 2000×703 + 2000×303 = 2012000 N.mm

1.3.3 Nội lực tại chân cột

Nội lực tại mặt cắt chân cột lan can ở trạng thái giới hạn cường độ :

Sức kháng cắt danh định của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ

l là khoảng cách giữa 2 dãy bulông ngoài cùng, l = 120 mm1

m là số bulông trên 1 dãy , m = 2

1202

1203521000

×

×

= 14670 N < Tn = 31654 NVậy bulông đảm bảo khả năng chịu lực

II TÍNH TOÁN LỀ BỘ HÀNH

350 1400

1100

Chiều dày bản lề bộ hành : 100 mm

Chiều dài nhịp tính toán : Ltt = 1100 mm

Tải trọng người bộ hành tác dụng lên bản lấy bằng 3 kPa = 3×10-3 N/mm2

Xét 1 đơn vị chiều dài theo phương dọc cầu để tính toán, lấy bề rộng là 1000 mm

Tải trọng người bộ hành :

Momen tại giữa nhịp ở trạng thái giới hạn sử dụng :

Ta lấy momen tại giữa nhịp của dầm giản đơn để thiết kế cốt thép

2.2 Tính toán cốt thép

Chiều cao tiết diện : h = 100 mm

Chiều rộng tiết diện : b = 1000 mm

'

c

f = 28 MPa = 28 N/mm2

Cường độ chảy của cốt thép f = 280 N/mmy 2

Chọn chiều dày lớp bêtông bảo vệ 20 mm

Chọn thép φ10

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = h – 2 - φ/2 = 100 – 20 – 10/2 = 75 mm

Chọn hệ số sức kháng : φ = 0.9

Chiều dày của khối ứng suất tương đương :

c

2 Md

β - hệ số qui đổi vùng nén

Chiều cao trục trung hoà:

c = a/β1 = 0.992/0.85 = 1.167 mm

Tính giá trị c/ds = 1.167/75 = 0.0156 < 0.42

Diện tích cốt thép

f'× ×

85.0

Chọn 10φ a200 để bố trí cốt thép chịu momen dương củabản lề bộ hành

Bố trí cốt thép chịu momen âm cũng như momen dương

Kiểm tra lại điều kiện c/ds < 0.42

Với cốt thép đã bố trí trong phạm vi 1m bố trí được 6 thanh 10φ

2.3 Kiểm tra ở trạng thái giới hạn sử dụng

Momen tác dụng ở trạng thái giới hạn sử dụng là : Ms = 990000 N.mm

Diện tích cốt thép chịu kéo : A = 471.24 mms 2

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : d = 75 mms

Giả sử dầm đặt trong điều kiện khí hậu bình thường nên có Z = 30000 N/mm

Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 cây thép chịu kéo

A =

n

Ae

= (25×2 )×1000/5 = 10000 mm2

Ae – diện tích bêtông bọc quanh nhóm thép chịu kéo

n – số lượng cốt thép nằm trong vùng kéo

Ứng suất cho phép trong cốt thép :

1/3

f = Z/(d × A) = 30000 /(25 10000 )× 1/ 3=476.2 MPa > 0.6× f =0.6 y ×280 =168 MPa

Lấy f = 0.6sa ×f = 168 MPay

Môđun đàn hồi của cốt thép thường : E = 200000 MPas

Môđun đàn hồi của bêtông : E = c 1.5 '

0.043× γ × f vớiγc = 2400 kg/m3

Lấy momen đối với trục 0 – 0: bx2/2 = n×As×ds - n×As×x

Kiểm tra : f = 30.704 MPa < s f = 168 MPa sa

=> Thỏa điều kiện ở trạng thái giới hạn sử dụng

III KIỂM TOÁN VA XE CHO GỜ CHẮN BÁNH (BÓ VỈA)

Chọn chọn mức độ thiết kế lan can cấp L-3

Theo bảng 13.7.3.3-1 của 22TCN-272-05 ta có:

Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm)

Khi tính lực va vào bó vỉa là xét vào trạng thái giới hạn đặt biệt

Trong các cầu thông thường thì lực Fv, FL không gây nguy hiểm cho bó vỉa nên việc tính toán

ở đây chỉ xét lực phân bố FT trên chiều dài LT

F T

L T

Lc

Tính sức kháng của bó vỉa

Sức kháng của bêtông được xác định theo phương pháp đường chảy

Đối với các va xô trong một phần đoạn tường

Trong đó : Rw - là sức kháng của bó vỉa (N)

Lc - là chiều dài xuất hiện cơ cấu chảy (mm)

Lt - là chiều dài phân bố của lực theo phương dọc (mm)

Mb - là sức kháng của dầm tại đỉnh tường (N.mm)

Mw - là sức kháng uốn của thép ngang trên 1 đơn vị chiều dài (N.mm/mm)

Mc - là sức kháng uốn của thép đứng trên 1 đơn vị chiều dài (N.mm/mm)

H - là chiều cao của bó vỉa (mm)

Trong trường hợp tính cho bó vỉa thì Mb = 0

Tính sức kháng uốn của thép ngang trên toàn chiều cao của bó vỉa

Ta đi tính bài toán tính khả năng chịu lực của bài toán cốt đơn tiết diện chữ nhật

Xác định MWH

Tiết diện tính toán có kích thước

b = 250 mm

h = 200 mm

Số thanh cốt thép ngang dọc theo chiều cao bó vỉa : n = 3, chọn n φ12

Thép dọc theo chiều cao của bó vỉa φ12

Lớp bêtông bảo vệ 2.5 cm

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = h – 2.5 - φ - φ/2 = 20 – 2.5 – 1.2 – 1.2/2 = 15.7 cm

Ta có A = 3.3929 cms 2 > As min = 1.8 cm2 => Thỏa

Ta tính sức kháng uốn của thép ngang

Giả sử : f = s f = 280 MPa = 280 N/mmy 2 = 28 KN/cm2

Chiều dày của khối ứng suất tương đương :

a =

b f

f = 28 MPa nên β1= 0.85 (Theo 5.7.2.2 22TCN - 272 – 05)

Chiều cao trục trung hoà : c = a/β1 = 1.3306/0.85 = 1.565 cm

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = h – 2.5 – φ/2 = 20 – 2.5 – 1.2/2 = 16.9 cm

Kiểm tra điều kiện As >As min

' c min

Ta có A = 6.786 cms 2 > As min = 5.07 cm2 => Thỏa điều kiện As >As min

Ta tính sức kháng uốn của thép đứng

f = 28 MPa nên β1 = 0.85 (Theo 5.7.2.2 22TCN272 – 05)

Chiều cao trục trung hoà : c = a/β1 = 0.7983 /0.85 = 0.9392 cm

Đối với các va xô trong một phần đoạn tường :

Chiều dài đường chảy ;

=> đảm bảo khả năng chịu lực đối với va xô trong một phần đoạn tường

Đối với các va xô tại đầu tường hoặc mối nối

Ta tính chiều dài đường chảy theo công thức

=> đảm bảo khả năng chịu lực đối với va xô tại đầu tường hoặc mối nối

IV TÍNH LỰC TRUYỀN XUỐNG BẢN MẶT CẦU :

Tính trên một đơn vị chiều dài cầu

Tĩnh tải: thanh lan can + cột lan can + thanh chống + bản thân + bản lề bộ hành

Thanh lan can (2 thanh): M1 = 2×qth = 2×0.09853 = 0.19706 N/mm = 197.06 N/m

Cột lan can (n = 12 cột trên 1 nhịp):

M2 =(V1+V2+V3) th

dâm

n L

Bản lề bộ hành: M5 = γbt× ban

b

Lh

Tĩnh tải: bản thân (A = 59800 mm2 ) + bản lề bộ hành

Bản thân bó vỉa 2:

Bản lề bộ hành:

DLt = M5 + M6 = 1467 + 1471.5 = 2938.5 N/m

Hoạt tải: người đi bộ

PLt = 0.003×1400/2 = 2.10 N/mm = 2100 N/m

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU - DẦM NGANG

I SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

- Chiều dày bản mặt cầu: 200 mm, γc = 2.5 T/m3

- Chọn lớp phủ mặt cầu gồm các lớp sau:

+ Lớp bêtông Atphalt dày 40 mm, γ1 = 2.25 T/m3

+ Lớp phòng nước dày 4 mm, γ2 = 1.5 T/m3

+ Lớp muiluyện dày trung bình 26,3 mm, γ3 = 2,2 T/m3

- Trọng lượng trung bình của lớp phủ:

2.25×40+1.5×4+26,3 2,2

=70,3

×

2.18 T/m3

- Độ dốc ngang cầu: 2%

Ta chọn bề rộng tính toán của bản theo phương dọc cầu là 1m

Bề rộng phần xe chạy: 7.5m

Bề rộng mặt cắt ngang cầu :

1050

547

1169 2175 75

II TÍNH NỘI LỰC TRONG BẢN HẪNG (CONSOL)

2.1 Tính nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản hẫng

Để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn ta xem tĩnh tải và hoạt tải truyền xuống bản hẫng ngay tại vị trí đầu mút thừa

DCn = 6228.4 N DC2ban = 4905 N/m

547

Tĩnh tải do tải trọng bản thân bản mặt cầu :

DC2ban = ts ×l×γc= 0.2 ×1×2500 = 500 kg/m = 4905 N/m

Với: l - chiều dài theo phương dọc cầu của bản, l = 1m

γc- khối lượng riêng của bản mặt cầu,γc= 2500 kg/m3

ts - bề dầy bản mặt cầu, ts = 0.2 m

Tĩnh tải do lực tập trung đặt tại bó vỉa phía ngoài:

DCn = DLn×1 = 6228.4×1 = 6228.4 N

Momen tại mặt cắt ngàm do tĩnh tải gây ra:

MDL = DC2ban×Bhang2/2 + DCn×Bhẫng

= 4905×0.5472/2 + 6228.4×0.547 = 4141 N.m

2.2 Tính nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản hẫng

Sơ đồ tính

PLn = 2100 N 547

Hoạt tải do người bộ hành truyền xuống bản hẫng thông qua lực tập trung của bó vỉa phía ngoài:

PLn = 2100×1 = 2100 N (tính cho 1m dài của bản)

(số liệu lấy ở phần tải trọng truyền xuống bản mặt cầu)

Momen tại mặt cắt ngàm do hoạt tải (người bộ hành) gây ra :

2.3 Tổng hợp nội lực

▪ Momen tại mặt cắt ngàm ở trạng thái giới hạn cường độ:

III TÍNH TOÁN BẢN GIỮA :

Phương chịu lực là phương ngang cầu Tính cho 1m dài của bản theo phương dọc cầu

Phần bản mặt cầu chịu tải trọng cục bộ nằm trong khoảng cách giữa 2 mép hộp

1169 2175

Chọn các hệ số tải trọng

3.1 Tính nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản giữa

Sơ đồ tính , tính như dầm giản đơn sau đó nhân thêm hệ số điều chỉnh

DC2 DW

b là chiều dài theo phương dọc cầu của bản b = 1m =1000 mm

tDW - bề dầy lớp phủ, tDW = 70,3

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân bản :

DC2bản = γ ×c b×t = 2.4525s ×10− 5×1000×200 = 4.905 N/mm

γc– khối lượng riêng của bêtông bản mặt cầu, γ = 2500 kg/mc 3 = 2.4525×10− 5 N/mm3

ts – bề dầy bản ts = 200 mm

1.729 N/mm 4.905 N/mm

3.2 Tính nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm giữa

Hoạt tải tác dụng xuống do tải trọng bánh xe

Ta lấy trường hợp bánh xe trục 145 KN để có trường hợp bất lợi nhất

Ở đây ta không xét tải trọng làn vì nhịp bản S =1169 < 4600

(theo 3.6.1.3.3 22TCN272 – 05)

3.2.1 Trường hợp đặt 1 bánh xe

Ta có sơ đồ tính:

1169

249.5 249.5

Bề rộng ảnh hưởng của tải trọng bánh xe 3 trục:

b1 = 510 + 2× tb

DW

t = 510 + 2×80 = 670 mmAùp lực bánh xe lên bản:

Diện làm việc của bản:

Đối với momen dương:

s

M = 22783125 N.mm

3.3 Tổng hợp nội lực:

Đưa về sơ đồ dầm liên tục nhờ các hệ số điều chỉnh :

Trạng thái giới hạn cường độ :

Momen âm tại gối :

Trạng thái giới hạn sử dụng :

Momen âm tại gối :

Bản hẫng Bản giữaTrạng

thái Cường độ Momen dươngMomen âm 73756200 1944497715984516

Momen dương 0 9298659Giá trị dùng để kiểm tra

Momen âm19444976.6

Chiều cao tiết diện : h = 200 mm

Chiều rộng tiết diện : b = 1000 mm

Chọn khoảng cách từ mép trên của bản mặt cầu đến trọng cốt thép chịu kéo:

dc = 40 mm

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = h - dc = 200 – 40 = 160 mm

Chọn hệ số sức kháng : φ = 0.9

Chiều dày của khối ứng suất tương đương :

c

2 Md

y

0.03 ff

A = ρ ×min b ×h = 0.0032×1000×200 = 640 mm2

Chọn 16φ a150 để bố trí cốt thép chịu momen dương của bản mặt cầu.

4.2 Thiết kế cốt thép cho momen âm

u

M = 19444976.6 N.mm

Chiều cao tiết diện : h = 200 mm

Chiều rộng tiết diện : b = 1000 mm

Chọn khoảng cách từ mép trên của bản mặt cầu đến trọng cốt thép chịu kéo:

dc = 40 mm

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = h - dc = 200 – 40 = 160 mm

Chọn hệ số sức kháng : φ = 0.9

Chiều dày của khối ứng suất tương đương :

c

2 Md

Chiều cao trục trung hoà :

y

0.03 ff

V KIỂM TRA Ở TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

5.1 Kiểm tra nứt với momen âm

Momen tác dụng ở trạng thái giới hạn sử dụng là : Ms = 11337724.1 N.mm

Diện tích cốt thép: A = s π 162 7

4

× × = 1407.4 mm2

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : d = h - s d = 200 - 40 = 160 mmc

Giả sử dầm đặt trong điều kiện khí hậu bình thường nên có Z = 30000 N/mm

Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép

Môđun đàn hồi của cốt thép thường : E = 200000 MPas

Môđun đàn hồi của bêtông : E = c 1.5 '

0.043× γ × f vớiγc = 2500 kg/m3

= 1.5

0.043 2500× × 30= 29440.1 MPaTỷ số mođun đàn hồi : n = E /s E = 200000/29440.1 = 6.793c

Kiểm tra : f = 55.76 MPa < s f = 168 MPa sa

=> Thỏa điều kiện ở trạng thái giới hạn sử dụng

5.2 Kiểm tra nứt với momen dương

Ms = 9298659.1 N.mm

Làm tương tự :

f = ×n M ×(d −x) / I = 6.793×9298659.1×(160 – 46.573)/ 156686156 = 45.73 MPa

Kiểm tra : f = 45.73 MPa < s f = 168 MPa sa

=> Thỏa điều kiện ở trạng thái giới hạn sử dụng

VI TÍNH TOÁN DẦM NGANG

Do đối với dầm Super Tee dầm ngang được bố trí ở hai đầu dầm, nên ta chỉ xét trường hợp nguy hiểm là xe đặt cục bộ lên dầm ngang ở đầu dầm

Chiều dài tính toán : L = 1286 mm (theo phương ngang cầu)

Bề rộng dầm ngang: b = 680 mm (theo phương dọc cầu)

Chiều cao dầm ngang trước khi đổ bản mặt cầu: h =700 mm

Chiều cao dầm ngang sau khi đổ bản mặt cầu: h’ = 700+200 = 900 mm

(lấy ở phần thiết kế cấu tạo ở dầm chính)

Bêtông dầm ngang sử dụng có cường độ: 30MPa

Cốt thép đầm ngang: fy = 280 MPa

Chọn các hệ số tải trọng

γ - khối lượng riêng trung bình của lớp phủ

b là chiều dài theo phương dọc cầu của dầm ngang b = 680

tDW - bề dầy lớp phủ

Tĩnh tải bản mặt cầu :

DCbản = γ ×c b×t = 2.4525s ×10−5×680×200 = 3.3354 N/mm

γc– khối lượng riêng của bêtông bản mặt cầu

c

γ = 2500 kg/m3 = 2.4525×10−5 N/mm3

ts – bề dầy bản ts = 200 mm

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân:

DL DC DW

= 1×(1×3102790 +1×243046) = 3345836 N.mm

6.2 Tính nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang

Hoạt tải tác dụng xuống do tải trọng bánh xe

Ta lấy trường hợp bánh xe trục 145 KN để có trường hợp bất lợi nhất

Để thuận tiện cho việc tính toán và thiên về an toàn ta xem tải trọng bánh xe truyền xuống dầm ngang là tải trọng tập trung ở giữa nhịp, và có giá trị là:

6.3 Tổng hợp nội lực:

Đưa về sơ đồ dầm liên tục nhờ các hệ số điều chỉnh :

Trạng thái giới hạn cường độ :

Momen âm tại gối :

Trạng thái giới hạn sử dụng :

Momen âm tại gối :

M = 6866306 N.mm

Sau khi đổ bản mặt cầu, dầm ngang làm việc chung với bản mặt cầu

Tiết diện có h’ = 700+200 = 900 mm

Tính với chiều cao tiết diện : h’ = 900 mm

Chiều rộng tiết diện : b = 680 mm

Bố trí hai lớp thép: dc1 = 40 mm

dc2 = 160 mmKhoảng cách từ trọng tâm thép đến mép trên của tiết diện:

dc = (40+160)/2 = 100 mm

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = h - dc = 900 – 100 = 800 mm

Chọn hệ số sức kháng : φ = 0.9

Chiều dày của khối ứng suất tương đương :

c

2 Md

Bố trí hai lớp thép:

dc1 = 110 mm (4Φ20, D20-2 trong bản vẽ bản liên tục nhiệt)

As1 = 4×3.14×202/4 = 1256.64 mm2

dc2 = 230 mm (6Φ16, D16-3 trong bản vẽ liên tục nhiệt)

As2 = 4×3.14×162/4 = 1206.37 mm2

Khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép trên của tiết diện:

dc = (As1×dc1 + As2×dc2)/(As1 + As2) = 168.78 mm

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = h - dc = 900 – 168.78 = 731.22 mm

Chọn hệ số sức kháng : φ = 0.9

Chiều dày của khối ứng suất tương đương :

a = ds - 2 u

c

2 Md

6.6 Kiểm tra ở trạng thái giới hạn sử dụng

6.6.1.Kiểm tra nứt với momen âm

Momen tác dụng ở trạng thái giới hạn sử dụng là : Ms = 4381605N.mm

Diện tích cốt thép: A = 1900 mms 2 (tổng cộng 5 thanh thép)

Chiều cao có hiệu của mặt cắt : d = 800 mms

dc = 100 mm Giả sử dầm đặt trong điều kiện khí hậu bình thường nên có Z = 30000 N/mm

Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép

Môđun đàn hồi của cốt thép thường : E = 200000 MPas

Môđun đàn hồi của bêtông : E = c 1.5 '

0.043× γ × f vớiγc = 2500 kg/m3

= 0.043 2500× 1.5× 30= 29440.1 MPa

Tỷ số mođun đàn hồi : n = E /s E = 200000/29440.1 = 6.793c

Lấy momen đối với trục 0 – 0: bx2/2 = n×As×ds - n×As×x

×

= 20.085 mmBề rộng bêtông chịu nén :