THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰ ỨNG LỰC TIẾT DIỆN T CĂNG TRƯỚC

THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰ ỨNG LỰC TIẾT DIỆN T CĂNG TRƯỚC CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1.1 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN: Chiều dài nhịp tính toán: L = 26.6m Khổ cầu: 8 + 2 x1.0m Tiết diện: chữ T Tải trọng: 0.65HL 93 + 3KNm Công nghệ: căng trước 1.2 THÔNG SỐ VẬT LIỆU : Thanh và cột lan can ( phần thép ) Thép CT3 : fy = 240MPa Lề bộ hành , lan can : Bê tông : fc’ = 30Mpa Thép AII : fy = 280MPa Dầm ngang , dầm chính, mối nối : Bê tông : fc’ = 50Mpa Thép AII : fy = 280MPa Cáp dự ứng lực : 12K15

- Dầm ngang , dầm chính, mối nối :

Bê tông : fc’ = 50Mpa

+ Lớp bêtông Atphan dày 50 mm

+ Lớp bêtông Ximăng bảo vệ dày 40 mm

+ Lớp phòng nước dày 5 mm

- Độ dốc ngang cầu: 1.5 % được tạo bằng thay đổi độ cao đá vỉa ở tại mỗi gối

2.2 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm Trong đóphần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính toándầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu

d? don gi?n ta tính toán theo so d?

Hình 3.1 Sơ đồ tính bản mặt cầu

2.3 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGXON (bản hẫng)

Hình 3.2 Sơ đồ tính cho bản congxon

2.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản congxon

2.3.1.1 Tĩnh tải

Xét tĩnh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:

bó v?a l? b? hành

lan can ph?n bê tông B?n m?t c?u

c?t và thanh lan can b?ng thép

Hình 3.3 Tĩnh tải tác dụng lên bản congxon

* Trọng lượng lan can, lề bộ hành:

- Trọng lượng tường bêtông:

b1 = 250 mm: bề rộng của lan can phần bê tông

h1 = 650 mm: chiều cao của lan can phần bê tông

- Trọng lượng lề bộ hành người đi: (tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa và lancan phần bê tông chịu một nửa)

T +Tấm thép

3

T + Ống liên kết

Hình 3.4 Chi tiết cột lan can

(b = 750 mm: bề rộng phần lề bộ hành)

2.3.2 Nội lực trong congxon

- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.5):

DC = 5N/mmPpl+DC3=1125+4950 N

Hình 3.5 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng

M 0.95 1.25 5 1.25 4950 750 1.75 1125 750

27481250N.mm

750

M 1 1 5 1 4950 750 1 1125 750

25962500N.mm

3.4 Tính nội lực cho bản dầm cạnh dầm biên

Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhịp của bản là khoảng cách giữa hai dầm

L2 = 2200 mm, cách tính ta sẽ tính như dầm đơn giản đặt trên hai gối, xét cho dải bản rộng

DC3= 2187.5N DW=2.19 DC=5N/mm

ηI :

Hệ số quan trọng, I

1.05

η =0.95 0.95 1.05 0.95

P = 103.57N/mm Ppl= 1125N

- Diện làm việc của bản:

+ Khi tính mômen âm tại gối:

×

PL u

2.5 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA

2.5.1 Tĩnh tải và nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản dầm

2.5.1.1 Tĩnh tải

- Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đối với bản dầm giữa thì

sẽ không có tải trọng bó vỉa và tải trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố đầy dầm

+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu:

Hình 3.8 Sơ đồ tính tĩnh tải cho bản dầm giữa

- Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như bản dầm biên

- Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

5 1700 2.19 1700

2.5.2 Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm

- Chỉ có xe3 trục, ta không xét tải trọng làn vì nhịp bản L2 =1900 mm < 4600 mm theoquy định không cần xét tải trọng làn

- Ở đây sẽ có 2 trường hợp đặt tải:

* Trạng thái giới hạn cường độ:

55.44 1700

8

Vậy giá trị mômen âm và mômen dương lớn nhất ứng với trạng thái giới hạn cường độ

và trạng thái giới hạn sử dụng thuộc trường hợp đặt một bánh xe trên bản dầm là:

- Trạng thái giới hạn cường độ:

2.6 THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU

Ta sẽ thiết kế cốt thép tương ứng với các giá trị nội lực ở TTGH cường độ vừa tính ởtrên:

2.6.1 Thiết kế cho phần bản chịu mômen âm

Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trị nội lực trong 1000

mm bản mặt cầu như sau:

Chọn Ф16a200 để bố trí : trong 1000mm có 5 thanh Ф16 có As = 1004.8 mm2

2.6.2 Thiết kế cho phần bản chịu mômen dương

Quá trình tính toán tương tự như trên, ta được kết quả là bố trí thép Ф 16a200

2.7 KIỂM TRA NỨT CHO BẢN MẶT CẦU

Ta sẽ kiểm tra nứt của bản mặt cầu bằng trạng thái giới hạn sử dụng

- Hệ số tính đổi từ thép sang bêtông:

Vậy thoả mãn điều kiện về nứt

2.7.2 Kiểm tra nứt với mômen dương

Làm tương tự như đối với mômen âm ta được

= 800mmVậy chọn chiều cao dầm ngang là : hdn =0.8m

- Bề rộng dầm ngang : b =

15

hdn = 160mm Chọn b=200mm

* Đối với dầm giữa :

Bề rộng bản cánh hử hiệu được xác định như sau:

* Đối với dầm biên:

Bản cánh hữu hiệu của dầm biên được lấy bằng ½ bề rộng bản cánh hữu hiệu dầm giữa cộng với bề rộng phần hẫng

3.2 NỘI LỰC DO TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ

3.2.1 Xác định trọng lượng bản thân dầm chủ

- Do chưa xác định được số lượng cáp nên coi tiết diện bê tông là đặc

- Dầm chủ ở giai đoạn căng trước gồm có: trọng lượng bản thân dầm, trọng lượng phần

mở rộng ở hai đầu dầm, trọng lượng các dầm ngang đúc nguyên khối với dầm chính:

- Tĩnh tải rải đều lên dầm chính xuất hiện ở giai đoạn căng trước

= + + − − + +

=

2 g

A h b h b (H h h ).b h b h b

A 592500mm

1

DC '

: tĩnh tải phần mở rộng rải đều trên dầm chính

- 1 dầm chủ có 5x2=10 phần dầm ngang gắn vào 2 bên sườn dầm chủ

−

1

DC 2.5x10 5925000 0.19 15N / mm

3.2.2Xác định tĩnh tải mối nối ướt tác dụng lên mỗi dầm chính

Mối nối ướt chia làm hai phần mối nối cánh trên của dầm chính và mối nối dầm ngang:

= ' + ''

DC DC DC

- Phần mối nối cánh trên dầm chính: (bản mặt cầu)

+ Có 5 mối nối kích thước:

Chiều rộng b’ = 200 mm

Chiều dày bằng chiều dày bản cánh trên: hf = 200 mm

+ Trọng lượng phần mối nối cánh trên trên một đơn vị chiều dài dầm chính:

- Phần mối nối dầm ngang:

+ Có 25 mối nối kich thước :

+ Tải trọng mối nối:

Mắt cắt tại gối: I-I

Mặt cắt tại vị trí giữa dầm 0.5L: IV-IV

2. Đường ảnh hưởng momen của dầm chủ tại mặt cắt tại 0.5L:

5500 26600

731500002

+ Tổng mômen do tĩnh tải tác dụng lên dầm giữa:

= + =

SI V

1700(m.g) 0.36 0.58

V

1700 1700

3600 10700

3.3.1.2 Hệ số phân bố tải trọng dầm ngoài (dầm biên)

* Xác định hệ số phân bố mômen (dùng phương pháp đòn bẩy)

- Vị trí đặt bánh xe trên bản mặt cầu tương ứng với các tung độ nằm trên đường ảnhhưởng: y1 = 0.547 và y2 = 0

1 0.871.27

Hình 1.3 Tính hệ số phân bố tải trọng cho người đi bộ và tải trọng làn

+ Khi xét 2 làn xe (m = 1) khi đó hệ số phân bố ngang là:

Xe tảithiết kế

Xe hai trụcthiết kế

Tải trọnglàn

Tải trọngngười đi bộDầm

3.3.2 Nội lực của dầm chủ do hoạt tải gây ra

- Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:

+ Xe 3 trục:

Khoảng cách giữa các trục 43000 mmTrọng lượng các trục:

Trục trước: P1 =0.65x35000 NTrục giữa: P2 = 0.65x145000 NTrục sau: P3 =0.65x145000 N+ Với xe 2 trục:

Khoảng cách giữa 2 trục 1200 mmTrọng lượng các trục: P1 = P2 = 0.65x110000 N

- Tải trọng làn là tải trọng phân bố dọc dầm giữa với độ lớn: q = 9.3 N/mm

- Tải trọng người PL: 0.003 x 1000 = 3N/mm

3.3.2.1 Mômen

Đah Momen do hoạt tải tại mặt cắt 0.5L

- Ta chọn cáp là cáp có đường kính 12.7 mm 7 sợi có độ chùng nhão thấp

- Ứng suất kéo dứt của cáp:

- Môdun đàn hồi của bê tông theo thời gian:

Cường độ của bê tông sau 5 ngày:

ps

pu

4582491701M

- Theo kinh nghiệm chọn diện tích gấp từ 1.05 1.2 ÷

lần diện tích tính toán Vậy diệntích cáp cần đặt là:

- Vậy chọn n = 34 tao thiết kế

- Diện tích cáp thực sự đặt trong dầm lúc nàylà:

ps

A n A 34 98.71 3356.14mm

3.5.4 Bố trí cáp

- Cáp được uốn một lần và theo kinh nghiệm người ta bố trí điểm uốn cách đầu dầmkhoảng (0.3-0.4).L Chọn điểm uốn cách đầu dầm một đoạn là: 8000 mm (tại mặt cắt III-III = 0.38L) và góc uốn:

3.5.5.1 Đặc trưng hình học mặt cắt và trọng tâm nhóm cáp D.Ư.L

3.5.5.1.1 Tính toán trọng tâm nhóm cáp D.Ư.L tại các mặt cắt.

Như trên hình vẽ ta có thể dễ dàng tính trọng tâm nhóm cáp D.Ư.L đến mép dưới củabầu (y):

3.5.5.1.2 Đặc trưng hình học tại các mặt cắt (Giai đoạn 1- bản thân dầm)

- Các số liệu kích thước của tiết diện quy đổi là

- Độ lệch tâm (khoảng cách từ trọng tâm nhóm cáp D.Ư.L đến trọng tâm mặt cắt)

*Tính cho mặt cắt I-I (Tại đầu dầm)

Hình 1.12 Đặc trưng hình học của dầm biên (đầu dầm)

- Diện tích tiết diện:

4mm

- Mômen tĩnh đối với trục x’-x:

Hình 1.13 Đặc trưng hình học của dầm biên (giữa dầm)

(Giai đoạn 2)

- Khi tiết diện kể đến mối ướt là lúc đó xem như bê tông đã đạt được cường độ nén 28ngày Nên ta có hệ số quy đổi như sau:

5 p

4 ci

- Tính toán tương tự như các trường hợp giai đoạn 1 ta có bảng tính sau

Bảng tổng hợp đăc trưng hình học của các mặt của dầm giữa

- Giai đoạn 2: (trọng lượng lớp phủ, lan can lề bộ hành, mối nối ướt)

Mô men tĩnh tải giai đoạn 2 sẽ là:

=

DC2 s

=

DC3 s

=

DW s

Lúc này đặc trưng hình học không phải chỉ dầm không thôi mà có kể thêm mối nối ướt

Độ lệch tâm từ trọng tâm nhóm cáp đến trọng tâm mặt cắt thiết diện:

=

e' 611.16mmỨng suất trên bêtông tại trọng tâm bó cáp D.Ư.L do tĩnh tải giai đoạn 2 gây ra:

3.6 KIỂM TOÁN

3.6.1 Kiểm tra khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn truyền lực

- Nhận xét: Các giá trị ứng suất ở các thớ tại các mặt cắt phải thoả mãn ứng suất kéo vànén cho phép thì lúc đó dầm với đảm bảo khả năng chịu lực

ft mang dấu (-) có nghĩa là thớ trên chịu ko vì vậy phải so sánh sánh với ứng suấtnén cho phép

Tại mặt cắt gối có sẽ có 12 cáp uốn với góc uốn theo phương ngang

- Trong đó: A = 100.1 mm2 – diện tích của 1 tao cáp 12.7mm

- Nhận xét: Tại mặt cắt gối mômen bằng 0 và chú ý lúc này tiết diện đã có phần mỡrộng Nên ứng suất cho thớ trên và thớ dưới dầm sẽ là:

Thớ dưới nén, b

f =12.67MPa < 18.182 MPa

Thoả mãn điều kiện chịu nén

3.6.2 Kiểm tra khả năng chịu uốn ở trạng thái giới hạn sử dụng

- Điều kiện để khả năng chịu uốn thoả trong giai đoạn này là tất cả các giá trị ứng suất

của các thớ, trên các mặt cắt khác nhau không được lớn hơn ứng suất cho phép - Ứng suấtnén cho phép:

3.6.2.1 Kiểm toán cho mặt cắt giữa nhịp

- Giá trị tĩnh tải giai đoạn 1:

=

DC1 s

- Giá trị mômen giai đoạn 2 gồm có:

=

DC2 s

DC3 s

=

DW s

=

LL s

Thớ dưới chịu kéo

b

f 3.246MPa 3.36MPa

Thỏa mãn điều kiện chịu kéo

3.6.2.1 Kiểm toán cho mặt cắt gối

- Tại gối không có mômen nên trong công thức kiểm tra sẽ không còn giá trị mômen

714.2 0.97MPa 1080659.8 3.01 10

Thớ trên chịu kéo

- Tiết diện tính toán lúc này là tiết diện chữ T kể cả mối nối ướt

3403.40.85 45 0.729 200 0.58 1860

1561.76147.54mm

- Trong đó: dps =1561.76 mm - Khoảng cách từ trọng tâm nhóm cáp đến trọng tâm củamặt cắt

- Suy ra: c = -147.54 mm < hf = 206.9 mm Lúc này trục trung hòa đi qua cánh, ta phảitính tiết diện hình chữ nhật có kính thước là: b h = 1500 1700 × ×

mm

A f

0.85 f ' bd'

3403.4 1860 0.85 45 0.729 1500 11561

3876

Vậy thoả hàm lượng cốt thép tối đa

3.6.4 Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu

Kiểm toán cho mặt cắt giữa nhịp của dầm biên:

- Mômen giai đoạn 2: (gồm mối nối, lan can lề bộ hành, lớp phủ):

=

DC2 s

=

DC3 s

=

DW s

75 749.4 3.11 10

749.43.11 10

366810264.5MPa

- Mômen tác dụng lên thớ dưới dầm đạt ứng suất lớn nhất:

TÍNH TOÁN CỐT ĐAI CHO DẦM CHÍNH

4.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ CỐT ĐAI

Ta tính toán cho mặt cắt tại gối và mặt cắt giữa

4.2 THIẾT KẾ CỐT ĐAI CHO MẶT CẮT GỐI

- Nội lực tại mặt cắt gối:

a: chiều cao vùng bê tông chịu nén

A0.85 f ' b k f

d3403.4 1860 0.729 1500 500 206.9 0.85 45

33.07mm3403.4

A f

0.85 f ' bd'

3403.4 1860 0.85 45 0.729 15001215.88

f 6.64

1.75x10

E 38010

.+ Diện tích cốt thép thường chạy dọc dầm: có 4 cây

2

2 s

3 p

Trong đó: Ac = 0.5 x h x b1 = 0.5 x 1700 x 500 = 425000 mm2

3 p

200000 314 197000 3403.4 4 108

4.2.5 Xác định khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai

- Khả năng chịu cắt của bê tông:

u v

A f0.083 f ' b

V

S Min(0.8d ;600mm) neáu 0.1

f ' b dVMin(0.4d ;300mm) neáu ³ 0.1

⇒ ≤ 



mmS

600 m

9419m

4.3.1 Thiết kế bước cốt đai cho mặt cắt gối

2

2 s

= 0084

4.3.5 Xác định khả năng chịu cắt của bê tông

- Khả năng chịu cắt của bê tông:

u v

A f0.083 f ' b

V

S min(0.8d ;600mm) neáu 0.1

f ' b dVmin(0.4d ;300mm) neáu ³ 0.1

u

V 277646.72 0.02 0.1

= × =

vmin(0.8d ;600mm) min(0.8 1506.6mm;600 mm) 600 mm



⇒ ≤ 



324.27 mmS

5197476.935 N

So sánh 2 kết quả ta thấy thỏa mãn

Các mặt cắt còn lại tính toán tương tự ta có bước cốt đai như sau: từ đầu dầm đến mặtcắt thay đổi tiết diện S = 100 mm, còn lại S = 200 mm Riêng tại đầu dầm bố trí 5 lướithép