Thuyet-minh-Do-An-Thiet-Ke-Cau-Thep-Phan Quoc Bao

Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang bằng thép cán chữ I, loại dầm cánh rộng W760x196.. Tại các sườn tăng cường đứng cách khoảng3500mm thì bố trí hệ khung ngang bằn

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

Thép bản mặt cầu, lề bộ hành: CII có Fy=280(Mpa)

Thép đai: : CI có Fy=240(MPa)

Thép chịu lực, cấu tạo : CII có Fy=280(MPa)

Thép làm thanh lan can, cột lan can : M270 cấp 250 có cường độ chảyFy=250MPa

Bê tông bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành : C30 có f c'30 (MPa)

Trọng lượng riêng của thép: 

 S 7.85 10 (N / mm ) 5 3

Trọng lượng riêng của bê tông có cốt thép : 

 C 2.5 10 (N / mm ) 5 3

Trọng lượng lớp phủ bản mặt cầu: w=2.5x10-5 (N/mm3)

a Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng L C :

Bề rộng toàn cầu: Btc=8,000 + 2x1,300 + 2x250 = 11,300mm

Ta có:

12

tc c

11,300 11,300

4.5 7.12,500 1,600 2,500 1,600

Chiều cao gối thiết kế:

Gối 1: 150 mm

Gối 2: 150+Sx2%=150+1,900x2%=188mm

Gối 3: 190+Sx2%=188+1,900x2%=226mm

Các gối còn lại : Đối xứng

c Thiết kế thoát nước mặt cầu:

Đường kính ống: D≥100mm Diện tích ống thoát nước được tính trên cơ sở 1m2mặt cầu tương ứng với ít nhất 1.5cm2 ống thoát nước.Khoảng cách ống tối đa 15m,chiều dài ống vượt qua đáy dầm 100mm

Diện tích mặt cầu S=LxBtc=35,8x 11,3=404.5 m2 vậy cần bố trí ít nhất

404.5X1.5=607 cm2 = 60,700 mm2 ống thoát nước

2

2 1ô

3.14 100

7,8504

Vậy ta chọn 8 ống, khoảng cách ống là 9 m.

Hình 1.1:hình chiếu bằng và mặt cắt ngang cầu

a Chiều dài dầm tính toán :

Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là : a=0.4 m

Chiều dài dầm tính toán : LTT = 35 m

b Chiều cao dầm :

Chiều cao dầm được chọn từ chiều cao tối thiểu trong quy trình và theo kinhnghiệm thiết kế :

Vậy chọn chiều cao dầm thép d=1,150mm

Chiều cao dầm liên hợp H= 1,450mm

c Kích thước tiết diện ngang :

Chiều cao phần vút : hV=100mm

Chiều dày bản bê tông : tS=200 mm

Chiều dày sườn dầm : tW=15 mm

Chiều rộng cánh trên : bC=400 mm

Chiều dày cánh trên : tC=20 mm

Chiều dày cánh dưới : tf=22 mm

Chiều rộng bản phủ : b’f=550 mm

Chiều dày bản phủ : t’f=22 mm

Hình 1.2: Tiết diện dầm chính.

a Sườn Tăng Cường, hệ liên kết ngang:

Hình1.3: Sơ đồ vị trí STC

Chỉ bố trí sườn tăng cường đứng, không bố trí sườn tăng cường dọc

Bố trí 2 sườn tăng cường đứng gối tại đầu mỗi dầm, khoảng cách 200mm

Bố trí sườn tăng cường đứng trung gian khoảng cách 1,500 mm, riêng tại đoạnđầu dầm (từ đầu đến hệ khung ngang đầu tiên) thì bố trí 1 sườn trung gian cách hệkhung ngang 1,200 mm và STC gối 1,200 mm

Tại sườn tăng cường đứng gối đầu tiên, bố trí hệ dầm ngang bằng thép cán chữ

I, loại dầm cánh rộng W760x196 Tại các sườn tăng cường đứng cách khoảng3500mm thì bố trí hệ khung ngang bằng thép L100x100x10 (cho cả thanh xiên vàthanh ngang)

Bề dày của tất cả các sườn tăng cường là 15 mm, kích thước còn lại xem hình

vẽ :

Hình 1.4: Kích thước STC

Mối nối sử dụng bulong cường độ cao Hình 1.5: Neo

Số lượng mối nối là 2, đặt đối xứng nhau qua tim cầu,

vị trí đặt mối nối khoảng L /3 và 2 tt L /3, cách đầu dầm 12 m tt

VI THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH, BẢN MẶT CẦU

Ở phần này chỉ thiết kế cấu tạo và bố trí thép, tính tĩnh tải, khơng tính tốn nộilực và tính tốn cốt thép

a LAN CAN:

Ø

Ø

Ø18

Hình 1.6: Kích thước lan can

Cột lan can: chiều dài nhịp 35m, bố trí khoảng cách 2 cột lan can là 2m vậy mỗi bên cầu gồm 18 cột lan can, 17 cặp thanh liên kết, 17 cặp tay vịn

Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép:

T1 100 x 1,570 x 5T2 140 x 740 x 5T3 100 x 150 x 5Thể tích các tấm thép là:

Thể tích tấm thép T1: VT1 = 100 x 1,570 x 5 =785,000 mm3Thể tích tấm thép T2: VT2 = 140 x 740 x 5 =518,000 mm3Thể tích tấm thép T3: VT3 = 100 x 150 x 5 = 75,000 mm3

Sơ đồ tính toán và ngoại lực tác dụng:

Hình 2.3.2 Sơ đồ tính toán ngoại lực tác dụng vào lan cana

 Đặc trưng hình học tiết diện nhỏ nhất:

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

Hình 2.3.3.Tính toán đặc trưng tiết diện.

Diện tích của tiết diện

61.36 ( )1,700

K L r

Sức chịu nhổ bulông tại chân trụ:

Hình 2.3.4: Sơ đồ tính toán sức chịu nhổ bu lông tại chân trụ

0.38 0.38 314 830 1 99085,83 ( )

Ta có

1 1426.25

0, 014 0,33 99085,83

u n

P R

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

 Thanh lan can

 Tĩnh tải tác dụng:

Trọng lượng bản thân:

s

g  F

   

s

-5 s

Hình 2.2.2: – Sơ đồ tính tốn nội lực trong thanh lan can.

- Momen lớn nhất trong thanh lan can:

Tải trọng phân bố của bản thân dầm:

8(1.25 2.5 1.75 3) 1,425

8Trạng thái giới hạn sử dụng:

Chọn sơ bộ đường kính cốt thép là  =12 (mm) có As=113 (mm2)

Cường độ chảy của thép thường: fy 280(MPa)

Chiều cao làm việc của bản:

d h a 100 31 69 (mm)Chiều cao vùng nén:

Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép max

Theo qui định khoảng cách giữa các thanh thép đứng:

Ta bố trí thép 6 12,a 200 mm

Kiểm tra hàm lượng cốt thép min:

 minTrong đó:

Diện tích cốt thép trên một mét dài:



2

2 s

b d 1000 74

' c min

3.3.3 Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng:

Tiết diện kiểm toán

Cốt thép làm cốt đai AII : 10a200

Cốt thép có mođun đàn hồi Es = 200,000 MPa

MS = 1.12 10 (N.mm) 6Lớp bảo vệ l : a0 20(mm)

Khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép:

2 s

2 c

0.6 f 0.6 280 168 (MPa) 

Theo điều kiện khả năng chịu nứt:

sa s

Vị trí đặt DC3: xác định bằng cách cân bằng momen tại vị trí đặt P2.

Hình 1.7: Vị trí đặt lực DC3

2 1

Vậy DC3 cách mép trái 1 đoạn bằng 615 mm

Chọn và bố trí cốt thép trong lan can, lề bộ hành cầu như hình sau:

Thép dùng cho lề bộ hành là thép CII có Fy=280MPa

Bê tông sử dụng có F’c=30MPa

Hình 1.8: Bố trí cốt thép lan can

 Thiết kế bó vĩa

Ta thiết kế lan can cấp L3

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

Sức kháng danh định của lan can theo chiều ngang:

22

c

W b

2 t t

H.MMH.82

L2

Trong đó:Mb : sức kháng uốn của dầm, nếu có tại đỉnh tường (Nmm)

Mw : sức kháng uốn của tường đối với trục thẳng đứng (Nmm)

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

H : chiều cao tường (mm)

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

Lc : chiều dài tới hạn của dạng đường chảy (mm) Chọn thép 12làm thép dọc và thép đứng.

Bước thanh cốt đứng là a=200 (mm)

Tính toán với:

Chiều rộng: b=250 (mm)

Chiều cao: h=650 (mm)

Tính toán với bài toán cốt đơn

 Sức kháng uốn của thép ngang:M w(Trên một đơn vị chiều dài 1mm)

- Tiết diện tính toán: bxh :1x250 (mm)

Khoảng cách trọng tâm cốt thép tới mép của bó vỉa:

0.85 30 10.85 f b'

=> Thoả mãn điều kiện cốt thép max.

- Khả năng chịu lực của tiết diện:

s '

3 c

Suy ra:   min.Thoả điều kiện cốt thép min.

 Sức kháng uốn của cốt thép đứng M c(Trên một đơn vị chiều dài 1mm):

- tính toán với tiết diện bxh: 1x250 (mm)

0.85 30 10.85 f b

=> Thoả điều kiện cốt thép max.

- Khả năng chịu lực của tiết diện:

2

 Mc  Mn  0.9 45,261 40,825 (N.mm / mm)  Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

s '

3 c

Suy ra:   min Thoả điều kiện cốt thép min

Bố trí thép trong bó vỉa như sau:

Ø12a200

Ø12a150

Hình 3.2.1: bố trí cốt thép cho tường lan can

 Đối với va xe trong một phần đoạn tường:

2.3.1 Chiều dài tường tới hạn trên đó xảy ra cơ cấu đường chảyL c:

L2

2 8 35,586 650+40,825 2,333 190,289 (N)

Suy ra:Rwmin  190,289(N) F 240,000(N)  t 

=> Thõa lực kháng trên một đoạn tường.

 Đối với các va chạm tại đầu tường:

2.4.1 Chiều dài đoạn tường tới hạn:

Suy ra:R w min=168,829 (N) >F t  240,000 (N)

=> Bó vỉa đủ khả năng chịu va xe đầu tường

 Tính toán bó vỉa theo điều kiện chống trượt khi va xe:

- Như đã tính ở trên ta có sức kháng uốn của tường biểu thị qua R w min, vàđây cũng là giá trị dùng tính cho sức kháng cắt của bó vỉa, với giả thiết R w pháttriển theo góc nghiêng 45o, ta có lực cắt tại chân tường do va xe là:



wmin

R 190,289(N)

W CT

 Kết luận: Bó vỉa đủ khả năng chống trượt theo điều kiện lực cắt

Kiểm toán theo điều kiện diện tích tiết diện ngang tối thiểu của chốt trongmặt chịu cắt:

f



Với db = 14 mm

Tính lại chiều dài l hbcó nhân thêm hệ số quy đổi, lấy 0.7 cho lớp phủ phùhợp và 1.2 cho thép bọc epoócxy: l hb  0.7 1.2 255.604 214.707(mm)   

Lấy lớp bê tông bảo vệ thớ dưới bản mặt cầu a bv  25(mm)

Chiều dài đoạn neo thực có thể đạt được là:

A f 0.921 280

0.85 30 1 0.85 f b

2

L2

Suy ra:R w min  438.100 kN 240 kN 

=> Vậy bó vỉa đủ khả năng chịu lực va xe.

c BẢN MẶT CẦU:

Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản consol và bản loại dầm Trong

đó phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính

Cốt thép dùng trong bản mặt cầu là thép CII có cường độ Fy=280 MPa, bê tôngdùng cho bản mặt cầu là loại bê tông có cường độ chịu nén f’c=30 MPa

Do trong phạm vi hẹp của đồ án môn học nên ta bố trí cốt thép trong bản mặtcầu theo yêu cầu cấu tạo như hình dưới

- Chiều dày bản bê tông cốt thép: h2 = 200(mm)

- Lớp bê tông Atfan: 70 (mm)

- Trọng lượng bê tông Atfan: at = 2.5x10-5 (N/mm3)

=>Vậy bản làm việc theo phương ngang

- Tính toán bản mặt cầu theo dải bản ngang rộng 1(mm)

a Sơ đồ tính:

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

Tính bản chịu lực theo sơ đồ bản hai cạnhTính bản chịu lực theo sơ đồ dầm consol

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

b Tính nội lực bản hẫng:

i Tải trọng tác dụng lên bản:

- Sơ đồ tính bản hẩng là ngàm một đầu vào tim dầm biên.

a) Tĩnh tải tác dụng lên bản:

Tính toán bản mặt cầu theo dải bản ngang rộng 1m

- Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

b) Hoạt tải tác dụng lên bản:

- Hoạt tải người đi bộ truyền xuống là tải phân bố đều cường độ q=3x10-3Mpa.Gần đúng coi như truyền thành 2 tải tập trung xuống 2 bó vỉa:

- Do lan can lề bộ hành truyền xuống:

Hệ số liên quan tới tính dẻo:   D 0.95

Hệ số liên quan tới tính dư:   R 1.05

Hệ số liên quan tới tầm quan trọng trong khai thác:   i 1.05

- Vệt bánh xe theo phương dọc cầu: L = 2.28x10-3x(1 + IM/100)P

- Xét tác dụng của tải trọng theo phương dọc cầu ta có chiều rộng dải bảntương đương là:

SW+ = 660 + 0.55S = 660 + 0.55x1,900 = 1,705 (mm)

SW- = 1,220 + 0.25S = 1,220 + 0.25x1,900 = 1,695 (mm)

- Nội lực do tĩnh tải:

Sơ đồ tính:

Hình 3.3.3: Sơ đồ tính toán nội lực bản dầm.

- Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

DC2 = gcxh2xb = 2.5x10-5x200x1 = 5x10-3 (N/mm)

- Trọng lượng lớp phủ:

q1 = gatx hxb = 2.4 x10 x60x1= 1.44x10 (N/mm)Lớp phòng nước:

q2 = gpnxhx b = 1.8x10-5 x5x1 = 9x10-5 (N/mm)Vậy: DW = q1 + q2 = 1.44x10-3 + 9x10-5 = 1.53x10-3 (N/mm)

Trạng thái giới hạn cường độ:

- Nội lực do hoạt tải: HL93

+ Tải trọng trục xe tải thiết kế: P = 72.5 (kN)+ Xét trường hợp đặt 1 làn xe: hệ số làn xe m = 1.2

2 P 2 72,500

1,830b

Hình 3.3.5: Sơ đồ tính trong trường hợp 2 làn xe

Trạng thái giới hạn cường độ:

Vậy nội lực do hoạt tải gây ra:

Trạng thái giới hạn cường độ:

 

M =max M , M =48.46 10 (Nmm)

- Xét tính liên tục của bản mặt cầu:

Trạng thái giới hạn cường độ:

=27,830 (Nmm)

Trạng thái giới hạn sử dụng:

+ Tại gối:

LL DC+DW

1,733SW

=15,590 (Nmm)

d Tính toán cốt thép cho bản mặt cầu

i Tính toán cốt thép chịu mômen dương

- Xét 1(mm) theo phương dọc cầu:

Tiết diện tính toán: bxh:1x200 (mm)Tải trọng tính toán: Mu = 27,830 (N.mm)

Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:

ds = h – as = 200 – 30 = 170 (mm)

=> Vậy thõa điều kiện cốt thép max.

Khoảng cách giữa các thanh cốt thép lấy như sau:

0.85×30×1×2000.85 f b d

Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ ngoài cùng chịu nén:

1

a 8.45c= = =10.1 (mm)

0.836

s

cd

 10.1 0.067 0.42 

151

=> Vậy thỏa hàm lượng thép tối đa.

ii Tính toán cốt thép chịu mômen âm.

- Xét 1mm theo phương dọc cầu:

Tiết diện tính toán: b = 1 (mm)

h = 200 (mm)Tải trọng tính toán: Mu = 37,474 (Nmm)

2 s

0.85×30×1×1500.85 f b d

Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ ngoài cùng chịu nén:

1

a 11.27c= = =13.06 (mm)

0.836

s

cd

 13.06 0.087 0.42 

151

=> Vậy thỏa hàm lượng thép tối đa.

 Kết luận: Thường thì việc bố trí cốt thép cho bản mặt cầu ở hai mặt trên

dưới giống nhau nên trogn bài này ta thiết kế bố trí thép 14a150 cho cả trên và dưới BMC.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẦM CHÍNH

1 Giai đ oạn c hưa l iên h ợp:

Hình 2.1.1: Vị trí trục trung hòa của dầm thép, dầm liên hợp.

2 Đ ặc trưng hình học giai đoạn 2(giai đoạn liên hợp):

a Bề rộng có hiệu dầm trong B i và dầm ngoài B e :

Dầm trong:

12 max( , / 2) 12 200 max(15;400 / 2)

2,50035,000

L

Dầm biên:

6 max( / 2, / 4) 6 200 max(15 / 2,400 / 4)

22501,900 35,000

1,850900

 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (ST):

Bố trí cốt thép trong bản mặt cầu là 12a200 và bê tông bản mặt cầu có cường

độ f’c=30MPa

Diện tích cốt thép dọc bản:

212

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Bi

Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

21,900 2

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép, phụ thuộc vào cường

độ của bê tông làm bản mặt cầu ( f’c = 30Mpa => n = 8 )

Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông (tính phần vt) đến mép trên dầm thép:

251,537, 71 2 ( )

2 Mép dưới bản bê tông: Y ST c b, Y ST s t, 232.7(mm)

3 Mép trên bản bê tông:Y ST c t, Y ST s t, t ht s 232.7 100 200 532.7   mm

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : IST

2

2 3

2 3

(4

2)

 

2 s,b

25, 440,6

0 22 917.3

2(mm )68

 Giai đoạn liên hợp dài hạn (LT):

Diện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

218,591,230 ( )

2 Mép dưới bản bê tông: Y LT c b, Y LT s t,  456.78(mm)

3 Mép trên bản bê tông: , ,

'2 2 2

2 3

011, 432

689,197,207.41

ii Đặc trung hình học dầm biên :

 Giai đoạn liên hợp ngắn hạn (ST):

Bố trí cốt thép trong bản mặt cầu là 12a200 và bê tông bản mặt cầu có cường

độ f’c=30MPa

Diện tích cốt thép dọc bản:

212

Trong đó: n là số thanh thép trong đoạn Be

Diện tích phần bản bê tông quy đổi về thép:

21,850 200 100

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép, phụ thuộc vào cường

độ của bê tông làm bản mặt cầu ( f’c = 30Mpa => n = 8 )

Khoảng cách từ trọng tâm bản bê tông (tính phần vt) đến mép trên dầm thép:

250,366, 75 7 ( )

6 Mép dưới bản bê tông: Y ST c b, Y ST s t, 238.05(mm)

7 Mép trên bản bê tông:Y ST c t, Y ST s t, t ht s 238.05 100 200 538.05   mm

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : IST

2 2 2

2

2 3

2 3

 Giai đoạn liên hợp dài hạn (LT):

Diện tích phầnbản bê tông quy đổi về thép:

Trong đó: n là hệ số quy đổi bê tông bản mặt cầu về thép, phụ thuộc vàocường độ của bê tông làm bản mặt cầu.

Diện tích mặt cắt ngang dầm liên hợp : Ad

2

d s ct c-cd

A =A +A +A =46,290+2,262+17,500 66,052= (mm )Momen tĩnh của diện tích t/d liên hợp lấy đối với trục TH1:

6 Mép dưới bản bê tông: Y LT c b, Y LT s t,  460.92(mm)

7 Mép trên bản bê tông:Y LT c t,  h Y LT s b, 1, 450 689 08760.92(mm)

Momen quán tính của tiết diện liên hợp : ILT

2 3

2

2 3

+ 460.92 100 × ×100 +2,262× 760.9221,549,75

s,t LT 3

LT s,t LT

757,344

679,696,229.92

Bảng tổng hợp các đặc trưng hình học của dầm trong và dầm biên:

23,477,63613,182,465

3 13,182,465 131,093,031 46,753,833

Momen kháng uốn thớ dưới

TẢI TRỌNG – HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG:

1 Tải trọng tác dụng lên cầu:

+ Sườn tăng cường giữa: hình 3.2

Một dầm có: 12 x 2 = 24 sườn tăng cường giữa

Khoảng cách các sườn: do = 3,000 (mm)

Khối lượng một sườn tăng cường: g s1  115.75 ( )N

+ Sườn tăng cường gối và sườn tăng cường có hệ liên kết ngang:hình 3.2

Một dầm có: 4 x 2 = 8 sườn tăng cường gối

Một dầm có: 11 x 2 = 22 sườn tăng cường (1,090x200x15)

Khoảng cách các hệ liên kết ngang: Lb = 3,000 mm

Khối lượng một sườn tăng cường: g s3  256.7 ( )N

-Liên kết khung ngang có 22 liên kết khung ngang trên mỗi dầm

+ Khoảng cách giữa các liên kết ngang 3,000 mm

+ Dùng thép L 100 x 100 x 11.1 (cho cả thanh xiên và thanh ngang)

+ Trọng lượng mỗi mét dài: g lk  168 ( )N

+Thanh ngang dài: 1,830 (mm)

+Thanh xiên dài: 1,045 (mm)

+ Mỗi liên kết ngang có: 2 x 1 = 2 thanh liên kết ngang, 2 x 1 = 2 thanh liênkết xiên

-Liên kết ngang ở đầu dầm:

+Dầm ngang W760x196 dài 1,830 m có khối lượng: