ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Cầu dầm giản đơn liên hợp thép - BTCT - Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Chiều dài nhịp: L = 40 m

ĐỒ ÁN, THIẾT KẾ Cầu dầm giản đơn, liên hợp thép - BTCT, Quy trình thiết kế, 22TCN 272-05, Chiều dài nhịp: L = 40 m

1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau= Bxe +2 ble +2 blc Bcau = 9 m

1.2 Vật liệu chế tạo dầm

- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu:

+ Cường độ đứt quy định nhỏ nhất: fu = 420 MPa

- Vật liệu bê tông chế tạo bản mặt cầu:

+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: fc' = 30 MPa

+ Môđun đàn hồi của bêtông:Ec 0,043.1c,5 fc' Ec = 29440 MPa

- Vật liệu thép chế tạo dầm Thép hợp kim M270 cấp 345W

- Liên kết dầm :

+ Liên kết mối nối dầm bằng bu lông thường

- Mặt cắt ngang dầm chữ T ( dầm I không đối xứng)

- Liên kết ngang: Có bố trí dầm ngang

1.3 Các hệ số tính toán

- Hệ số tải trọng:

- Hệ số xung kích: 1+ IM = 1,25

2 CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP

2.1 Chiều dài tớnh toỏn KCN

2.2 Lựa chọn số dầm chủ trờn mặt cắt ngang

2.3 Quy mụ mặt cắt ngang cầu

Hỡnh 1 Cấu tạo kết cấu nhịp

- Cỏc kớch thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:

+ Chiều dài phần cỏnh hẫng: d = 100 cm oe

Lớp bê tông bảo vệ dày 4cm Lớp phòng nước dày 1cm

Bản mặt cầu dày 20cm Lớp mui luyện dày 2-13cm

Lớp bê tông nhựa dày 5cm

- Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào:

+ Chiều dài nhịp tính toán

+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Quy mô tải trọng khai thác

- Xác định theo điều kiện cường độ

- Xác định theo kinh nghiệm

- Ngoài ra việc lựa chọn dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng của các bản thép hiện có trên thị trường để tránh việc phải cắt bản thép một cách hợp lý

- Trong bước tính toán sơ bộ ta chọn chiều cao dầm thép theo công thức:

+ Chiều cao toàn bộ dầm thép: Hsb = 140 + 4 + 4 = 148 cm

2.5 Cấu tạo bản bêtông mặt cầu

- Kích thước của bản bêtông mặt cầu được xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ

- Chiều dày bản thường chọn ts = (16  25) cm

- Theo quy định của 22 TCN 272 - 05 thì chiều dày bản bêtông mặt cầu phải lớn hơn 175 mm, đồng thời còn phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực

=> Ở đây ta chọn ts = 18 cm

- Bản bêtông cấu tạo vút dạng đường vát chéo để tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí neo liên kết

- Kích thước cấu tạo bản bêtông mặt cầu:

+Chiều dày bản bê tông: ts = 18 cm

Hình 2 Cấu tạo bản bêtông mặt cầu

+ Tổng chiều dày bản cánh chịu nén: tc = 4 cm

- Cấu tạo bản cánh dưới hay bản cánh chịu kéo:

- Cấu tạo bản bêtông:

- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp: Hcb = 148+18+12 = 178 cm

3 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ

3.1 Các giai đoạn làm việc của cầu dầm liên hợp

3.1.1 Trường hợp 1: Cầu dầm liên hợp thi công theo phương pháp lắp ghép hay

lao kéo dọc không có đà giáo hay trụ đỡ ở dưới Trong trường hợp này dầm làm việc theo 2 giai đoạn:

Hình 4: Thi công kết cấu nhịp theo phương pháp lao kéo dọc

- Mặt cắt làm việc:

Hình 5a Mặt cắt dầm tính toán giai đoạn I

- Giai đoạn I: Sau khi thi công xong dầm thép

+ Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt dầm thép

+ Tải trọng tính toán:

1 Trọng lượng bản thân dầm

2 Trọng lượng hệ liên kết dọc và hệ lien kết ngang

3 Trọng lượng bản bêtông và những phần bêtông được đổ cùng với bản

- Giai đoạn II: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo hiệu

- Giai đoạn 1: Trong quá trình thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp

và tải trọng thi công sẽ do đà giáo chịu, như vậy giai đoạn này mặt cắt chưa làm việc

- Giai đoạn 2: Sau khi dỡ đà giáo thì trọng lượng của kết cấu nhịp mới truyền lên các dầm chủ, mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp Như vậy tải trọng tác dụng lên dầm gồm:

+ Tĩnh tải giai đoạn I

+ Tĩnh tải giai đoạn II

D.t.D2

tH.t.b

t t t w w w c

sb c c

S

2 c 1 sb w c 1 sb c c NC

Bảng tổng hợp kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm thép giai đoạn I

Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

3.3 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II

3.3.1 Mặt cắt tính toán

- Giai đoạn II: Khi bản mặt cầu đã đạt được 80% cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT

- Mặt cắt tính toán là: Mặt cắt liên hợp Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II

là ĐTHH của tiết diện liên hợp

Hình 8 Mặt cắt dầm giai đoạn II

3.3.2 Xác định bề rộng tính toán của bản bêtông

t.2

1 = 6.18 + 40

t.2

1 = 6.18 + 40

- Bề rộng tính toán của bản bêtông dầm biên: bs = b1 + b2 = 100+100 = 200cm

- Bề rộng tính toán của bản bêtông dầm trong: bs = 2.b2 = 2.100 = 200cm

3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép

- Vì tiết diện lien hợp có hai vật liệu thép và bê tông nên khi tính đặc trưng hình học ta phải tính đổi về một loại vật liệu Tính đổi bêtông sang thép dựa vào hệ số n

là tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép và bêtông

+ Trường hợp mặt cắt chịu lực ngắn hạn : n

+ Trường hợp mặt cắt chịu lực dài hạn : n = 3n

- Tra bảng hệ số quy đổi từ bêtông sang thép với '

3.3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt dầm biên

3.3.4.1 Mặt cắt tính toán

Hình 10 Mặt cắt dầm biên

3.3.4.2 ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông

- Cốt thép trong bản bêtông mặt cầu được bố trí thành hai lưới là lưới cốt thép phía trên và lưới cốt thép phía dưới của bản Để đơn giản chỉ tính cốt thép theo phương dọc cầu

Hình 11 Bố trí cốt thép trong bản bêtông dầm biên

- Lưới cốt thép phía trên:

+ Đường kính cốt thép:  = 12 mm

+ Diện tích mặt cắt ngang 1 thanh:

4

2.1.1416



+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: nrt = 11 thanh

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: Art = 11.1,131 = 12,44cm2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên bản bêtông: art = 5cm

- Lưới cốt thép phía dưới:

+ Đường kính cốt thép:  = 12 mm

+ Diện tích mặt cắt ngang 1 thanh:

4

2.1.1416



+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: nrt = 11 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 20cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía dưới: Arb = 11.1,131 = 12,44cm2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía dưới đến mép dưới bản bêtông: arb = 5cm

- Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:

3.3.4.3 ĐTHH của mặt cắt liên hợp ngắn hạn

- Mặt cắt liên hợp ngắn hạn được sử dụng để tính toán đối với các tải trọng ngắn hạn như hoạt tải, trong giai đoạn này ta không xét đến ảnh hưởng của hiện tượng từ biến

+ n: Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép và bêtông

+ Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông

+ ANC : Diện tích dầm thép

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiết diện thép:

)YYH.(

A}t.3

2YH.b

ttYH.t.b.{

n

1

S

r 1 sb r h

1 sb h h

h 1 sb h c s h 1 sb s s 1

ST

64705,81488,3

- Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II-II:

YbII Y1Z163,9543, 48 107, 43cm

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

3 s s s

2

ttZYH.t.b12

t.b.n

1

2 3

2ZYH.t.b

ttZYH.t.b12

t.b{n

1I

2

h 1

1 sb h h

3 h h

2 s h 1 1 sb h c

3 h c h

3.3.4.4 ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn

- Mặt cắt liên hợp ngắn hạn được sử dụng để tính toán đối với các tải trọng dài hạn như tĩnh tải giai đoạn II, co ngót, trong giai đoạn này ta phải xét đến ảnh hưởng của hiện tượng từ biến

+ n': Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép và bêtông

+ Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông

+ ANC : Diện tích dầm thép

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiết diện thép:

)YYH.(

A}t.3

2YH.b

ttYH.t.b.{

n

1

S

r 1 sb r h

1 sb h h

h 1 sb h c s h 1 sb s s '

- Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện dầm thép đến trọng tâm tiết diện liên hợp (khoảng cách từ I-I đến II-II):

1 '

1 LT

23311,07

21, 461086,

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

3 s s '

'

s

2

ttZYH.t.b12

t.b.n

1

2 3

2ZYH.t.b

ttZYH.t.b12

t.b{n

1I

2

h 1

1 sb h h

3 h h 2

s h 1 1 sb h c

3 h c '

- Mômen tính của bản bêtông với TTH II-II của tiết diện liên hợp:

Bảng tổng hợp kết quả tính ĐTHH của mặt cắt dầm biên

Đặc Trưng hình học của dầm biên

Đơn

vị

Kí hiệu Giá trị

Kí hiệu Giá trị

3.3.5 Xác định ĐTHH của mặt cắt dầm trong

3.3.5.1 Mặt cắt tính toán

Hình 12 Mặt cắt dầm trong

3.3.5.2 ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông

- Cốt thép trong bản bêtông mặt cầu được bố trí thành hai lưới là lưới cốt thép phía trên và lưới cốt thép phía dưới của bản Để đơn giản chỉ tính cốt thép theo phương dọc dầm

Hình 13: Bố trí cốt thép trong bản bêtông dầm trong

- Lưới cốt thép phía trên:

+ Đường kính cốt thép:  = 12 mm

+ Diện tích mặt cắt ngang 1 thanh:

4

2.1.1416



+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: nrt = 11 thanh

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: Art = 11.1,131 = 12,44cm2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên bản bêtông: art = 5cm

- Lưới cốt thép phía dưới:

+ Đường kính cốt thép:  = 12 mm

+ Diện tích mặt cắt ngang 1 thanh:

4

2.1.1416



+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: nrt = 11 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @ = 20cm

+ Tổng diện tích cốt thép phía dưới: Arb = 11.1,131 = 12,44cm2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía dưới đến mép dưới bản bêtông: arb = 5cm

- Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:

+ n: Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép và bêtông

+ Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông

+ ANC : Diện tích dầm thép

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiết diện thép:

)YYH.(

A}t.3

2YH.b

ttYH.t.b.{

n

1

S

r 1 sb r h

1 sb h h

h 1 sb h c s h 1 sb s s 1

ST

64705,81488,3

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

3 s s s

2

ttZYH.t.b12

t.b.n

1

2 3

+ Mômen quán tính của phần vút bản cánh:

}t3

2ZYH.t.b

ttZYH.t.b12

t.b{n

1I

2

h 1

1 sb h h

3 h h 2

s h 1 1 sb h c

3 h c h

3.3.5.4 ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn

- Mặt cắt liên hợp ngắn hạn được sử dụng để tính toán đối với các tải trọng dài hạn như tĩnh tải giai đoạn II, co ngót, trong giai đoạn này ta phải xét đến ảnh hưởng của hiện tượng từ biến

+ n': Tỷ số giữa môđun đàn hồi của thép và bêtông

+ Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông

+ ANC : Diện tích dầm thép

- Mômen tĩnh của bản bêtông và cốt thép bản đối với TTH I-I của tiết diện thép:

)YYH.(

A}t.3

2YH.b

ttYH.t.b.{

n

1

S

r 1 sb r h

1 sb h h

h 1 sb h c s h 1 sb s s '

- Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện dầm thép đến trọng tâm tiết diện liên hợp (khoảng cách từ I-I đến II-II):

1 '

1 LT

23311,07

21, 461086,

- Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp:

3 s s '

'

s

2

ttZYH.t.b12

t.b.n

1

2 3

2ZYH.t.b

ttZYH.t.b12

t.b{n

1I

2

h 1

1 sb h h

3 h h 2

s h 1 1 sb h c

3 h c '

- Mômen tính của bản bêtông với TTH II-II của tiết diện liên hợp:

Bảng tổng hợp kết quả tính ĐTHH của mặt cắt dầm trong

Đặc Trưng hình học của dầm trong

Đơn

vị

Kí hiệu Giá trị

Kí hiệu Giá trị