THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU THÉP

THIẾT KẾ CẤU TẠO 2.1 Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu 2.2 Thiết kế dầm chủ... - Diện tích đường ảnh hưởng... Cự ly giữa các cốt thép phải thỏa amax=min3hf,450mm=450mm Thép chịu co n

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU THÉP

1.SỐ LIỆU THIẾT KẾ

2 THIẾT KẾ CẤU TẠO

2.1 Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu

2.2 Thiết kế dầm chủ

- Chiều cao bản bụng C= 1400 mm

2.3 Bố trí chung

*2.130

)3000(

*2

4.2 Xác định mô men cho bản mặt cầu phía trong

4.2.1 Xác định mô men do tĩnh tải gây ra

- Tỉnh tải do dải phân cách DCdpc=0.6*24*0.6=8.50 kN/m

- Mô men do tĩnh tải BMC gây ra

4.2.2 Xác định mô men do hoạt tải gây ra

4.2.2.1 Mô men dương do hoạt tải gây ra

×+

×

=

×+

× + 2 (0.51 0.250) 2.31

145)

0.76m 0.76m 1200

4.2.2.1.2 Trường hợp hai làn xe thiết kế

- Diện tích đường ảnh hưởng

- Mô men dương

MLLtruck4+=P+xω=45.59*0.648=29.54 kNm/m

0.76m 0.76m 1200

4.2.2.1.3 Tính giá trị mô men dương do hoạt tải giữa nhịp

MLLtruck+=0.7Max(m1 MLLtruck1+, m1MLLtruck2+, m1MLLtruck3, m2MLLtruck4)

×

=

×+

× − 2 (0.51 0.21) 1.97

145)

- Diện tích đường ảnh hưởng

0.76m 0.76m 1200

4.2.2.2.2 Trường hợp hai làn xe thiết kế

- Diện tích đường ảnh hưởng

- Mô men dương

MLLtruck4-=P-xω=51.11*0.648=33.12 kNm/m

0.76m 0.76m 1200

4.2.2.2.3 Tính giá trị mô men dương do hoạt tải giữa nhịp

MLLtruck-=0.7Max(m1 MLLtruck1-, m1MLLtruck2-, m1MLLtruck3-, m2MLLtruck4-)

4.3 Xác định mô men cho bản hẫng

4.3.1 Mô men do tĩnh tải

- Tĩnh tải bản mặt cầu DCbmc=hf x γc= 0.25*24=6 kN/ m2

4.3.2 Mô men do hoạt tải gây ra

- Mô men do hoạt tải gây ra

(trong đó X là khoảng cách từ điểm đặt bánh xe đến tim dầm biên)

×+

×

=

×+

× − 2 (0.51 0.21) 1.5563

145)

4.4 Tổ hợp mô men lên BMC theo trạng thái giới hạn cường độ 1

4.4.1 Mô men dương giữa nhịp tác dụng lên BMC phía trong

M+ =η(γDCMDCbmc+ γDW (MDWlp+MDWlp)+ γLL (1+IM)MLLtruck+)

=1.25*5.4+1.5*(1.52+1.3)+1.75*(1+0.25)*20.68=56.22 kNm/m

2= M+=η(γDC(MDCbmc+MDCdpc)+γDW (MDWlp+MDWlp)+ γLL (1+IM)m1MLLtruck3+) = 1.25(5.4+5.4)+ 1.5*(1.52+1.3)+1.75*1.25*21.276=64.27 kNm/m

Mô men dương dùng để tính toán mặt cắt giữa nhịp là:

Mô men dương dùng để tính toán mặt cắt giữa nhịp là:

M-=max(M

-1, M

4.4.3 Mô men tác dụng lên bản hẫng

Mhang=η (γDC (MDCbmc+ MDClc +MDCbh)+ γLL (1+IM)MLLbanhang)

4.5 Tổ hợp mô men lên BMC theo trạng thái giới hạn sử dụng

4.5.1 Mô men dương giữa nhịp tác dụng lên BMC phía trong

Mô men dương dùng để tính toán mặt cắt giữa nhịp là:

M-=max(M

-1, M

4.5.3 Mô men tác dụng lên bản hẫng

Mhang=η (γDC (MDCbmc+ MDClc +MDCbh)+ γLL (1+IM)MLLbanhang)

=1*(5.07+0.1584+8.3214)+1*(1+0.25)*0.9=14.67 kNm/m

- Lực cắt do tĩnh tải dải phân cách gây ra:

VDClc=DClcx(tung độ đường ảnh hưởng)=8.5*0.5=4.25 kN/m

4.6.1.2 Lực cắt do hoạt tải gây ra

4.6.1.2.1 Trường hợp cho 1 làn xe thiết kế

VLL11-=P-xω=51.11*0.8352=42.69 kN/m

* Trường hợp xếp xe thứ hai

0.76m 0.76m

3m 1200

4.6.1.2.3 Lực cắt do hoạt tải gây ra

Dùng mô men tổ hợp theo TTGH CĐ1 để tính thép cho bản mặt cầu, dùng mô men

có giá trị lớn nhất để tính thép cho toàn bản mặt cầu phía trong Mu= 69.78 kNm/m

u

jd f

- Dùng thép Grade60 có fy= 420 Mpa , fu=620 Mpa

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

- j=0.92

⇒As= 69.78/(0.9*0.92*420*103*0.22)=9.1x10-4m=9.1 cm2

φ16⇒As= 200.96 mm2=2.0096 cm2

φ14⇒As=153.86 mm2=1.5386 cm2

⇒ 9.1/2.0096=4.5 ⇒chọn 5φ16a200

Chọn lớp bảo vệ cốt thép chịu nén thớ trên BMC: atren= 60mm

Chọn lớp bảo vệ cốt thép chịu kéo thớ dưới BMC: aduoi=25mm

4.7.2 Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu (cho 1m bản mặt cầu) và kiểm toán theo TTGH CĐ1

4.7.2.1 Kiểm tra sức kháng uốn (TCN 5.7.3.2.1)

- Mô men tính toán cho mô men dương của bản mặt cầu là

4.7.2.3 Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu (TCN 5.7.3.3.2)

- Điều kiện: ρmin ≥ 0,03 f'c /fy

- ρmin tỷ lệ thép chịu kéo và diện tích nguyên

As/hf=0.0010048/0.25=4.02x10-3

- 0.03f'c /fy=0.03*30/420=2.14x10-3

⇒ ρmin =4.02x10 -3 ≥ 0,03 f' c /f y =2.14x10 -3 ĐẠT

4.7.2.4 Kiểm tra cự ly giữa các thanh cốt thép (TCN 5.10.3)

- 22TCN272-05 cự ly các cốt thép không được vượt quá hoặc 1.5 chiều dày của BMC hoặc 450mm

Cự ly tối đa giũa các cốt thép

Smax=min(1.5hf,450)=min(1.5*250,450)=375mm

- TCN 5.10.3.1.1 đối với bê tông đúc tại chổ, cự ly tịnh giữa các thanh song song trong

một lớp không được nhỏ hơn:1.5 lần đường kính danh định của thanh hoặc 1.5 lần kích thước tối đa của cấp phối thô hoặc 38 mm

Smin=max(1.5x16;1.5x20;38)=38 mm

- Trong 1m chiều dài bản đảm bảo bố trí 5 thanh thép

4.7.2.5 Kiểm toán bản theo điều kiện kháng cắt (TCN 5.8.3.2)

Kiểm toán theo công thức: V u ≤ϕV n

Trong đó:

Vu là lực cắt tính toán =132.72 kN/m

ϕ là hệ số sức kháng cắt lấy ϕ=0.9 theo điều 5.5.4.2.1

Vn là sức kháng cắt danh định tính theo điều 5.8.3.3

- Sức kháng cắt danh định Vn phải xác định bằng trị số nhỏ hơn của:

bv là bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng nhỏ nhất trong chiều cao dv

dv là chiều cao chịu cắt hữu hiệu, được lấy bằng chiều cự ly đo thảng góc vói trục trung hòa giữa hợp lực chịu kéo và hợp lực chịu nén do uốn

d f

dv= max(0.9de;0.72h;210-25-60)=max(0.9x217;0.72x250;125)=195.3mm

Phương pháp đơn giản đối với mặt cắt không dự ứng lực: đối với các mặt cắt bê tông không dự ứng lực không chịu kéo dọc trục và có ít nhất một lượng cốt thép ngang tối thiểu quy định trong điều 5.8.2.5 hoặc khi có tổng chiều cao thấp hơn 400mm, ta có thể dùng các giá trị:

s b

4.7.3.1 Kiểm tra sức kháng uốn (TCN 5.7.3.2.1)

- Mô men tính toán cho mô men của bản hẫng là

- Điều kiện: ρmin ≥ 0,03 f'c /fy

- ρmin tỷ lệ thép chịu kéo và diện tích nguyên

As/hf=0.00061544/0.25=2.461x10-3

- 0.03f'c /fy=0.03*30/420=2.14x10-3

⇒ ρmin =2.46x10 -3 ≥ 0,03 f' c /f y =2.14x10 -3 ĐẠT

4.7.3.4 Kiểm tra cự ly giữa các thanh cốt thép (TCN 5.10.3)

- TCN 5.10.3.2 cự ly các cốt thép không được vượt quá hoặc 1.5 chiều dày của BMC

hoặc 450mm Cự ly tối đa giũa các cốt thép

Smax=min(1.5hf,450)=min(1.5*250,450)=375mm

- TCN 5.10.3.1.1 đối với bê tông đúc tại chổ, cự ly tịnh giữa các thanh song song trong

một lớp không được nhỏ hơn:1.5 lần đường kính danh định của thanh hoặc 1.5 lần kích thước tối đa của cấp phối thô hoặc 38 mm

Smin=max(1.5x14;1.5x20;38)=38 mm

- Trong 1m chiều dài bản đảm bảo bố trí 4 thanh thép

4.7.3.5 Kiểm toán bản theo điều kiện kháng cắt (TCN 5.8.3)

Kiểm toán theo công thức: V u ≤ϕV n

Trong đó:

Vu là lực cắt tính toán=29.31 kN

ϕ là hệ số sức kháng cắt lấy ϕ=0.9 theo điều 5.5.4.2.1

Vn là sức kháng cắt danh định tính theo điều 5.8.3.3

- Sức kháng cắt danh định Vn phải xác định bằng trị số nhỏ hơn của:

bv là bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng nhỏ nhất trong chiều cao dv

dv là chiều cao chịu cắt hữu hiệu, được lấy bằng chiều cự ly đo thảng góc vói trục trung hòa giữa hợp lực chịu kéo và hợp lực chịu nén do uốn

d f

dv= max(0.9de;0.72h;210-25-60)=max(0.9x183;0.72x250;125)=180 mm

Phương pháp đơn giản đối với mặt cắt không dự ứng lực: đối với các mặt cắt bê tông không dự ứng lực không chịu kéo dọc trục và có ít nhất một lượng cốt thép ngang tối thiểu quy định trong điều 5.8.2.5 hoặc khi có tổng chiều cao thấp hơn 400mm, ta có thể dùng các giá trị:

Tại những chổ yêu cầu có cốt thép ngang như quy định trong điều 5.8.2.4, diện tích cốt

thép không được ít hơn:

Av=0.083

y

v c

f

s b

Ta thấy V u =101.2 kN<V c như vậy Đạt sức khãng chống cắt Không cần phải bố trị

cốt thép ngang cho bản mặt cầu.

Kiểm toán sức kháng cắt: Đạt

Để tiện thi công ta bố trí cốt thép chịu mô men âm của phần hẫng của bản mặt cầu giống như phần cốt thép âm cho BMC bên trong đã tính ở trên Lượng cốt thép này là đảm bảo về cường độ vì mô men tính toán cho phần hẫng nhỏ hơn so với mô men âm của phần BMC bên trong

Nếu không ta tiến hành bố trí như đã tính toán cho phần bản hẫng để đảm bảo tính kinh tế

Cự ly giữa các cốt thép phải thỏa amax=min(3hf,450mm)=450mm (Thép chịu co ngót và nhiệt độ không được đặt rộng hơn hoặc 3 lần chiều dày cấu kiện hoặc 450mm)

dc không được lớn hơn 50mm

A diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được bao bởi các mặt của mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hòa, chia cho số lượng của các thanh hay sợi (mm2), nhằm mục đích tính toán, phải lấy chiều dài tịnh của lớp bê tông bảo vệ không được lớn hơn 50mm

c

A) (d

- Chọn diện tích thép cấu tạo là Asct=67/100*10.048=6.73 cm2

- chọn 5φ14a200, diện tích Asctchon=7.693 cm2>Asct=6.73cm2 ĐẠT

Cốt thép phụ theo chiều dọc được đặt dưới đáy bản để phân bố tải trọng bánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phương ngang

5 TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH

5.1 Chọn tiết diện dầm

5.1.1 Chọn cấu tạo dầm chủ

Nguyên tắc chọn thép: thép kết cấu bao gồm giằng liên kết, các khung ngang và tất

cả các loại bản tiếp điểm đều làm bằng thép có chiều dày không nhỏ hơn 8mm TCN

6.7.3

Điều 2.5.7.1 TCN : năng lực chịu tải của dầm biên không được thấp hơn năng

lượng chịu tải của dầm trong Chọn kích thước dầm ngoài ít nhất phải bằng dầm trong Chọn kích thước dầm ngoài và dầm trong như nhau

- Chọn chiều cao dầm chính:Chiều cao tối thiểu của phần dầm I của dầm I liên hợp Bảng

2.5.2.6.3-1: 0.033L=0.033x30000=990 mm

Chiều cao toàn bộ của dầm I liên hợp tối thiểu: 0.04L=0.04x30000=1200mm

Kiến nghị chọn chiều cao dầm: H=1450 mm

- Kích thước chi tiết của kiến nghị chọn nhự mục 2 Thiết kế cấu tạo trình bày ở trên.

- Chiều cao dầm I H= 1450 mm

- Diện tích tiết diện nguyên:A0=0.0498 m2

- Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép dưới dầm:y0d=0.5554 m

- Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép trên dầm: y0t=1.45-0.6153=0.9066 m

- Mô men tĩnh đối với mép dưới dầm: S0d= A0x y0d=0.0277 m3

- Mô men tĩnh đối với mép trên dầm: S0t= A0x y0t=0.0451 m3

- Mô men quán tính qua mép dưới dầm: I0=0.0319 m4

5.1.2.2 Tính đặc trưng hình học của tiết diện liên hợp (Giai đoạn liên hợp bản mặt cầu)

*Trường hợp 1: đối với các tải trọng tạm thời, giả thiết chúng tác dụng vào bản mặt cầu

liên hợp ngắn hạn và mặt cắt bản khi chuyển đổi phải dùng tỷ số mô đun ngắn hạn n

⇒Bề rộng hữu hiệu của dầm trong: Bhhtrong=min(Bban1; Bban2; Bban3)=3m

*Quy đổi bê rộng hữu hiệu bản mặt cầu: b 0.375m

8

3 =

=

- Diện tích tiết diện quy đổi:

* Mô men tĩnh qua mép dưới dầm liên hợp với hệ số quy đổi n=8: S1d=0.1788 m3

* Mô men tĩnh qua mép trên dầm liên hợp với hệ số quy đổi n=8: S1t=0.0705 m3

b Đới với dầm biên: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu có thể bằng 1/2 trị số bề

rộng hữu hiệu của dầm trong kề bên cộng với trị số nhỏ nhất của:

- 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu

⇒Bề rộng hữu hiệu của dầm biên: Bhhbien=1/2Bhhtrong+ min(Bban1; Bban2; Bban3)=2.8 m

*Quy đổi bê rộng hữu hiệu bản mặt cầu: b 0.35m

8

8

=

- Diện tích tiết diện quy đổi:

* Mô men tĩnh qua mép dưới dầm liên hợp với hệ số quy đổi n=8: S1d=0.0932 m3

* Mô men tĩnh qua mép trên dầm liên hợp với hệ số quy đổi n=8: S1t=0.0638 m3

*Trường hợp 2: đối với các tải trọng dài hạn, giả thiết chúng tác dụng vào bản mặt cầu

liên hợp dài hạn và mặt cắt bản khi chuyển đổi phải dùng tỷ số mô đun ngắn hạn 3n

(6.10.3.1.1.b TCN)

Bản mặt cầu có 25≤ f c' =30Mpa≤32⇒n=8

a Đối với dầm giữa

*Quy đổi bê rộng hữu hiệu bản mặt cầu: b 0.125m

24

=

- Diện tích tiết diện quy đổi:

* Mô men tĩnh qua mép dưới dầm liên hợp với hệ số quy đổi 3n=24: S2d=0.0781 m3

* Mô men tĩnh qua mép trên dầm liên hợp với hệ số quy đổi 3n=24: S2t=0.0628 m3

b Đối với dầm biên

*Quy đổi bê rộng hữu hiệu bản mặt cầu: b 0.117m

24

8

=

- Diện tích tiết diện quy đổi:

* Mô men tĩnh qua mép dưới dầm liên hợp với hệ số quy đổi 3n=24: S2d=0.0495 m3

* Mô men tĩnh qua mép trên dầm liên hợp với hệ số quy đổi 3n=24: S2t=0.0605 m3

5.2 Xác định hệ số phân bố ngang (4.6.2.2.2 TCN)

5.2.1 Xác định hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men

Thiết kế sơ bộ, các số hạng Kg/(Lts3) và I/j các số hạng được tính như sau:

- Khoảng cách dầm: S=3000mm

- Chiều dày bản: hf=ts=250 mm

- Diện tích tiết diện dầm: Ag=49800 mm2

- Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm và của BMC: eg=1031.6mm

3

3 0 4 0

430006

.0

=

s tt

g tt

SI

momen

t L

K L

S S

mg

(1.027) 0.497829400

30004300

300006

3 0 4

0

3

2 0 6 0

2900075

.0

=

s tt

g tt

MI

momen

t L

K L

S S

mg

(1.027) 0.723329400

30002900

3000075

2 0 6

0

damtrong

mg

5.2.1.3 Hệ số phân bố cho mô men dầm ngoài cho một làn xe thiết kế

Sơ đồ tính theo phương pháp đòn bẩy

6.0)2.08.0(

*5.0

*2.15

.02

mg

de=Sk-B2+B4= =1300-500-1500=-700mm

Kết quả hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men

Vị trí dầm Số làn chất

tải (làn)

Hệ số làn(m)

Dùng công thức (mg)

PP đòn bẩy (mg)

PP khác(mg)

Chọn(mg)

-5.2.2 Xác định hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt

5.2.2.1 Hệ số phân bố cho lực cắt dầm trong khi một làn chất tải

760036

300036

2

luccat

9547.010700

30003600

30002

.0

damtrong luccat mg mg mg

5.2.2.3 Hệ số phân bố cho lực cắt dầm ngoài cho một làn xe thiết kế

Sơ đồ tính theo phương pháp đòn bẩy

*5.0

*2.15

.02

5.3 Xác định nội lực do tĩnh tải gây ra đối với các dầm chủ

5.3.1 Nội lực do tĩnh tải gây ra đối với các dầm trong

Xác định nội lực tại các mặt cắt sau đây:

5.3.1.1 Nội lực do tĩnh tải giai đoạn 1 gây ra (kN/m)

- Tĩnh tải do trọng lượng bản thân dầm:DC1dam=γs.A0 =78.5x0.0498=3.909 (kN/m)

- Tĩnh tải do hệ liên kết ngang, STC : DC1lkn=αDC1dam (kN/m) (trong đó α là hệ

số tải trọng của hệ liên kết ngang đối với dầm chủ α=0.1-0.12)

5.3.2 Nội lực do tĩnh tải gây ra đối với các dầm biên

Xác định nội lực tại các mặt cắt sau đây:

5.3.2.1 Nội lực do tĩnh tải giai đoạn 1 gây ra (kN/m)

- Tĩnh tải do hệ liên kết ngang, STC : DC1lkn=αDC1dam/2 (kN/m) (trong đó α là

hệ số tải trọng của hệ liên kết ngang đối với dầm chủ α=0.1-0.15)

- Tĩnh tải do lớp phủ bê tông atphan: DW2lp=0.075*0.8*22.5=1.35 kN/m

5.3.3 Xác định mô men và lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm

5.3.3.1 Xác định mô men và lực cắt tác dụng dầm trong

5.3.3.1.1 Xác định mô men tác dụng lên dầm trong

- Mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm trong giai đoạn 1:

Trong đó: ωM là diện tích đường ảnh hưởng mô men tại các mặt cắt đặc trưng (m2)

MDC1gđ1trong tổng mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm trong giai đoạn 1 chưa

nhân hệ số Mô men trong bảnh tính có đơn vị là kNm.

- Mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm trong giai đoạn 2:

VDC1lkntrong 6.37 5.93 4.77 3.18 1.59 0

Trong đó: ωV là diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng (m2)

VDC1gđ1trong tổng lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm trong giai đoạn 1 chưa

nhân hệ số Lực cắt trong bảnh tính có đơn vị là kN

- Lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm trong giai đoạn 2:

Trong đó: ωV là diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng (m2)

5.3.3.2 Xác định mô men và lực cắt tác dụng lên dầm biên

5.3.3.2.1 Xác định mô men tác dụng lên dầm biên

- Mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm biên giai đoạn 1:

Trong đó: ωM là diện tích đường ảnh hưởng mô men tại các mặt cắt đặc trưng (m2)

MDC1gđ1bien tổng mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm biên giai đoạn 1 chưa

nhân hệ số Mô men trong bảnh tính có đơn vị là kNm.

- Mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm biên giai đoạn 2:

Trong đó: ωV là diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng (m2)

VDC1gđ1bien tổng lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm biên giai đoạn 1 chưa

nhân hệ số Lực cắt trong bảnh tính có đơn vị là kN

- Lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm biên giai đoạn 2:

Trong đó: ωV là diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng (m2)

5.4 Xác định nội lực do hoạt tải HL93 gây ra cho các dầm chủ

5.5 Tổ hợp mô men và lực cắt tác dụng lên dầm chủ theo TTGH CĐ1,TTGH SD

5.5.1 Tổ hợp mô men và lực cắt cho dầm trong

- Tổ hợp mô men theo công thức

))

1(

damtrong LL

LLtruck

M damtrong LL

DWtrong DW

1(

damtrong LL

LLtrucki

V damtrong LL

DWtrong DW

=

DC

0.1

5.5.2 Tổ hợp mô men và lực cắt cho dầm biên

- Tổ hợp mô men theo công thức

))

1(

dambien LL

LLlan

M dambien LL

LLtrucki

M dambien LL

DWbien DW

1 (

dambien LL

LLlan

V dambien LL

LLtrucki

V dambien LL

DWbien DW

=

DC

0.1

=

DC