Đồ Án Thiết Kế Cầu Bê tông cốt thép

Choïn lan can baèng theùp M270M Thanh lan can laøm töø theùp oáng coù caùc thoâng soá kyõ thuaät sau : (Baûng 6.4.1.1 22 TCN27205) Loaïi theùp  ( ) (MPa) (MPa) L (mm) M270M Caáp 345 78.5 450 345 2000 2.1.1 Tính toaùn thanh lan can : Caáu taïo lan can nhö hình veõ :

Chương 2 : TÍNH TOÁN LAN CAN

2.1 TÍNH TOÁN LAN CAN:

- Chọn lan can bằng thép M270M

- Thanh lan can làm từ thép ống có các thông số kỹthuật sau :

(Bảng 6.4.1.1 22 TCN-272-05)

Loại

thép

(KN / m3)

u F

(MPa)

y F

(MPa)

L(mm)M270M

Cấp

345

2.1.1 Tính toán thanh lan can :

Cấu tạo lan can như hình vẽ :

a Tải trọng tác dụng lên thanh lan can :

 = 7850 KG/m3 : khối lượng riêng của thép

F : diện tích tiết diện ngang của thanh thép rỗng

4 2( ) (0.09 0.087 )

4.17 10

 DC = 1.25x78.5x4.17x10-4 = 0.041 KN/m dài dọc cầu

 Hoạt tải tính toán :

Tải trọng tập trung : P tt = n P c = 890 N

Tải trọng phân bố : W = 370 N/m theo phương đứng và ngang

P=890 N DC=0.041kN/m

2 m

DW=0.37kN/m

b Nội lực trong thanh lan can :

- Hệ số hiệu chỉnh tải trọng

Trường hợp sử dụng các giá trị cực đại của i

95.0 R I

D   





Với : D= 1.00 : trường hợp thiết kế thông thường

2

L g

DC

DC 

20.041 2

8

237.075.11

4

289.075.1

Thực tế 2 đầu thanh là ngàm nên momen giữa nhịp phảinhân với hệ số ngàm 0.8

2

237.075.1

1   

2

12

2

289.075.1

Q = Q DC + Q W + Q P =1.24 kN

c Kiểm tra tiết diện thanh lan can đã chọn :

 Kiểm tra tiết diện theo điều kiện kháng uốn (Điều 6.10.4 22TCN 272-2005)

r M

Wx= ( 3 3)

32 D d

= 32

 (0.093-0.0873) = 6.9210-6 (m3)

- Vậy: M=1.0016< Mr=3.114 kN.mThoả điều kiện chịu uốn

2.1.2 Tính toán trụ lan can :

Trụ lan can làm bằng thép có tiết diện hàn chữ I thay

đổi từ trên xuống dưới

a Tải trọng tác dụng lên trụ lan can :

 Tĩnh tải tác dụng lên trụ lan can gồm trọng lượng bảnthân trụ và trọng lượng thanh lan can

Pđứng = Pngang = p P = 1.3 x 890 = 1157 N

Tổng hoạt tải W=0.37N/mm tác dụng lên thanh lan can

Wđđứng = Wngang = 2x2x370 = 1480 N

b Nội lực trong trụ lan can :

- Lực thẳng đứng tác dụng vào trụ

M = (Pngang+Wngang)h +Wh’=(1157+1480)x0.4 +

1480x0.17=1306.4 Nm

c Kiểm tra tiết diện tại chân cột :

 Kiểm tra tỷ lệ cấu tạo chung :

*Theo điều 6.10.2.1 22TCN 272-2005 : 0.1

y

yc I

I

 0.9Trong đó:

Iy: momen quán tính của mặt cắt thép đối với trục

thẳng đứng trong mặt phẳng của bản bụng

Iyc: momen quán tính của bản cánh chịu nén đối của mặt cắt thép quanh trục thẳng đứng trong mặt phẳng của bản bụng

Hình 2.4 Mặt cắt ngang trụ lan can

Diện tích tiết diện chân trụ lan can:

=> 0.1 0.9 0.1 33.33 0.9

66.76

yc y

c

f

E t

Dc _ chiều cao bản bụng trong phạm vi chịu nén.(mm)

Tw _ chiều dày bản bụng (mm)

E _ modun đàn hồi của thép (E =200000 MPa)

Thay vào công thức trên ta được: 2 170 6.77 200000

272-Vn: sức kháng cắt danh định (điều 6.10.7.2 22TCN 272-2005)

Fyw:cường độ chảy nhỏ nhất của bản bụng, Fyw=345 MPa170

42.54

2000002.46 2.46 59.23

E tw

D

46.2

d Tính toán đường hàn giữa trụ lan can và bản đế :

- Trụ lan can liên kết vào bản đế bằng đường hàn góc

có h = 6mm

- Que hàn loại E42 có các chỉ tiêu :

Rk

h = 1800 (KG/cm2) = 180MPa

Vậy : đường hàn đã đủ khả năng chịu lực.

e Tính toán bu lông neo :

Hình 2.6 Bố trí bu lơng nối trụ lan can với bê tơng

- Dùng bulông thường 16mm từ thép cĩ độ bền lớp 5.6 và Rbtc =3450daN/cm2 có các chỉ tiêu :

Cường độ chịu cắt: fvb = 19x104 KN/m2

Cường độ chịu kéo : fcb = 34x104 KN/m2

Cường độ chịu ép mặt: ftb = 21x104 KN/m2

- Tra bảng bulông có các đặc trưng :

Abn = 1.44cm2 : diện tích thực của thân bulông (đã trừgiảm yếu do ren )

Ab = 2.01cm2 : diện tích tiết diện ngang của thân

bulông (phần không bị ren)

- Bản đế dày 10mm bố trí 4 bulông

 Kiểm tra khả năng chịu kéo của bu lơng

x = 34.371x0.9 = 31 KNVậy bu long đu khả năng chịu cắt

2.2 TÍNH TOÁN GỜ CHẮN:

Thông số thiết kế lan can :

Chiều cao tường bê tông : Hw

2.2.1 Điều kiện kiểm toán:

Gờ chắn thiết kế phải thỏa mãn điều kiện :

≥ Ft (13.7.3.3-1) ≥ He (13.7.3.3-1)R: sức kháng của thanh lan canF: lực va của xe vào gờ chắn

Y: chiều cao vị trí đặt kháng lực

He: chiều cao lực va

2.2.2 Xác định các số liệu kiểm toán:

1.2.2.1 Lực va ngang của xe:

Cầu được thiết kế cho đường có tốc độ cao, hỗn hợp nhiều thành phần xe chạy Vì vậy ta chọn mức thiết kế là L3, từ đó suy ra Ft = 240 kN

1.2.2.2 Sức kháng của gờ chắn:

Sức kháng danh định của phần gờ chắn bêtông với tải trọng ngang là Rw được xác định bằng phương pháp đường chảy như sau:

 Đối vối va chạm tại giữa gờ chắn

L L

w b

c w

28

82

2

Với : H _chiều cao gờ chắn, 1000 mm

Lc _chiều dài giới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy

Đối với giữa nhịp tường chắn:

c

w b t

t

c

M

H M M H L

2

Lt _ chiều dài phân bố của lực va theo hướng dọc 1070 mm

Mb _ sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với

Mw nếu có tại đỉnh tường, Mb =0

Mw _ sức kháng uốn của tường

Mc _ sức kháng uốn của tường hẫng

As, _ diện tích cốt thép chịu nén và kéo (mm2)

ds, d’s _ khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo và nén (mm)

fy, f’y _ giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

a = chiều dày của khối ứng suất tương đương (mm)

Þ : hệ số sức kháng uốn

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỐT THÉP ĐIỂN HÌNH

Hình 2.9 Kích thước gờ chắn

Lớp bêtông bảo vệ cốt đai: 50mm

Cốt thép dọc: Þ14

Cốt thép đai: Þ14

As

ChiỊ

u caocãhiƯu

d a MW H

ph©

n

®o¹nb

2 400 153.938 329 6.33862 18959620

3 150 153.938 429 16.903 24471113

Ghi chú: d- trung bình khoảng cách từ mép bêtông

vùng chị nén đến tim cốt thép chịu kéo

 - hệ số kháng uống = 1

a - chiều cao vùng bêtông chịu nén

As – diện tích cốt thép vùng bêtông chịu kéo

BẢNG TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ M C TẠI GIỮA TƯỜNG CHẮN

Momen kháng uốn của từng phân đoạn được tính theo công thức :

DiƯntÝch cètthÐp As

ChiỊucaocãhiƯu

2/mm) (mm) (mm) (Nmm/mm) (Nmm/mm)

f A a

c

y s

'85.0

 Đối với va chạm tại đầu tường chắn :

2

w

c c w b c

w

H

L M M M L L R

c

b t

t c

M

H M M H L

L

22

§KkiĨmto¸n

3 Cét lan can +®Çu têng

CHƯƠNG III BẢN MẶT CẦU3.1 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

SƠ ĐỒ CONGXON

SƠ ĐỒ DẦ M LIÊ N TỤC

Hình 1:Sơ đồ tính bản mặt cầu

Sơ đồ tính toán bản mặt cầu gồm:

- Bản hẫng: đựơc tính theo sơ đồ congxon Chiều dài tính toán đựơc tính tim sườn dầm biên đến mút hẫng

- Phần bản bên trong: được tính theo sơ đồ dầm liên tục, với nhịp là khoảng cách 2 tim dầm chính liền kề, gối kê tại tim dầm chính (tính tốn theo Midas)

3.2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN (THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN I) 3.2.1 Tải trọng tác dụng lên bản mặt cầu

 Hệ số tải trọng

Lọai tải trọng hiệuKí Dạngtác

động

Kí hiệuhệ sốtảitrọng

Hệ số tảitrọng1

Lớp phủ mặt

Hoạt tải xe LL Phânbố n 1.75

Tải trọng người đi PL Phânbố pl 1.75

a) Tĩnh tải tác dụng cho dải bản rộng 1 m theo phương ngang cầu

- Do trọng lượng bản thân:

Trọng lượngtrụ phânbố trêntoàn nhịp(kN/m)

Trọnglượngphần bêtông

(kN/m)

Trọng lượngcủa lan cantrên 1m(kN)

Tổng diệntích mặtcắt(m2)

(kN/m3)

Trọng lượnggờ chắntrên 1m(kN)

- Do lớp phủ mặt cầu:

STT Lớp Chiều dày,(m) (kN/m3) D (kN/m)

1 Lớp phủasphan 0.07 22.5 1.575

 Xác định chiều rộng dải bản tương đương

- Đối với vị trí có momen dương:

660 0.55 660 0.55 2250 1897.5 1000

- Đối với vị trí có momen âm:

1220 0.25 1220 0.25 2250 1782.5 1000

Trong đó: S – khoảng cách giữa hai dầm chủ, (mm)

 Trị số áp lực của tại trọng bánh xe lên dải bản có chiều rộng 1m

o Do xe tải thiết kế: 1  

0.65 tr

f

P LL

b h E

�



 (kN/m)

o Do xe 2 trục thiết kế:

Vì vị trí có momen dương và momen âm đều có E > 1.2 m nên có hai bánh xe hai trục đặt trong phạm vị chiều rộng dải bản tương đương nên cường độ của tải trọng tương đương do bánh xe hai trục gây ra bằng:

0.65 2( 1.2)

ta f

P LL

� �



 �  (kN/m) Trong đó:

 Ptr :tải trọng bánh xe tải ; Ptr = 145/2 = 72.5 kN

 Pta :tải trọng bánh xe 2 trục ; Pta = 110/2 = 55 kN

 b : chiều rộng bánh xe (ngang cầu)

Vì chiều dài nhịp tính toán S = 2250mm < 4600mm  không xét tải trọng làn

 Tải trọng người đi: PL = 3 kN/m2

3.2.2 Nội lực

- Hệ số hiệu chỉnh tải trọng

Trường hợp sử dụng các giá trị cực đại của i

95.0 R I

D   





Với : D= 1.00 : trường hợp thiết kế thông thường

- Hệ số làn “m”:

Số làn chấttải Hệ số làn(m)

- Hệ số lực xung kích IM : IM = 25%

3.2.2.1 Nội lực bản hẫng: Nội lực bản hẫng được tính tại ngàm

2 1 2

2 1 2

2 1

2 1 1 1

L DW

L PL L

DC

L DC

2

800

D W

Nội lực bản liên tục được tính bằng phương pháp chính xác với sơ đồ tính là dầm liên tục vơi gối kê là tim dầm chính, sử dụng phần mềm Midas để tính toán nội lực bản.

*Bước 1: lên mô hình:

*Bước 2: khai báo vật liệu:

*Bước 3: Khai báo mặt cắt

*Bước 4: khai báo tĩnh tải

*Bước 5: Khai báo làn

*Bước 6: khai báo hoạt tải:

*Bước 7: tổ hợp Moment:

*KẾT QUẢ CHẠY MIDAS:

Xem biểu đồ kèm theo

Bảng tổng hợp tổ hợp nội lực bản mặt cầu tại các mặt cắt theo trạng thái giới hạn cường độ I :

3.3 TÍNH TOÁN CỐT THÉP VÀ KIỂM TOÁN BẢN THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I

- Chọn lớp bê tông bảo vệ phía trên : 50mm

- Chọn lớp bê tông bảo vệ phía dưới : 25mm

3.3.1 Bố trí cốt thép bản 2 cạnh ( cho 1m bản mặt cầu) và kiểm toán

Chọn cốt thép 12 để bố trí, diện tích cốt thép = 113.04 mm2

3.3.1.1 Với mặt cắt giữa nhịp ( momen dương)

Tính cốt thép :

- Hệ số sức kháng uốn

2

e f

u n

bd

M R





Trong đó:

de = ds = hf -25-6 = 169 mm = 0.169m ( khoảng cách hữu hiệu

tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm lực kéo của cốt thép chịu kéo)

u bd

21185.0

c

n y

c

f

R f

f = 420 Mpa= giới hạn chảy tối thiểu qui định của

thanh cốt thép

d = 113.04

0.34 = 332.5 mmBố trí cốt thép :

- Không xét đến cốt thép chịu nén (sẽ bố trí cho momen âm của bản mặt cầu)

- Chọn cốt thép 12 a200 để bố trí

 diện tích cốt thép trên 1m bản mặt cầu As = 565.2 mm2Kiểm toán sức kháng uốn (5.7.3.2.1)

Điều kiện : MuMr Mn

Trong đó :

 Mu: momen uốn cực đại tại mặt cắt đang xét tính theo trạng thái giới hạn cường độ

 Mr : sức kháng uốn tính toán

  : hệ số sức kháng ( dùng cho uốn bê tông cốt thép )(5.5.4.2)

f A c

c

y s

85.0

.1 '



c : khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà

1

 : Hệ số qui đổi hình khối ứng suất , lấy theo qui định

ở điều 5.7.2.2 Với bê tông có cường độ lớn hơn 28Mpa, hệ số 1giảm đi theo tỉ lệ 0.05 cho từng 7 Mpa vượt quá 28 MPa

Với fc'= 28 MPa  1= 0.85 – 0.05 = 0.8 > 0.65 , thoả mãn

b = 1000 mm

11.730.85 28 0.85 1000

Vậy mặt cắt thoả mãn về cường độ

Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối đa theo điều kiện chịu uốn (5.7.3.3.1):

e

c

d    , thoả mãn

Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng cốt thép tối đa

Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối thiểu (5.7.3.3.2)

Điều kiện :

y

' c

f03.0

Trong đó : Pmin = tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích

nguyên

Pmin = 595.2 0.003

200 1000

�

0020.0420

2803.003

.0



y

c f

f P

' min 0.03Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng cốt thép tối thiểu

3.3.1.2 Với mặt cắt tại ngàm ( momen âm)

Chọn cốt thép 14 để bố trí, diện tích cốt thép = 153.86 mm2 Tính cốt thép :

- Hệ số sức kháng uốn

2

e f

u n

bd

M R





Trong đó:

de = ds = 143 mm = 0.143m ( khoảng cách hữu hiệu tương

ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm lực kéo của cốt thép chịu kéo)

u bd

21185.0

c

n y

c

f

R f

f = 420 Mpa= giới hạn chảy tối thiểu qui định của

thanh cốt thép

Khoảng cách tính toán giữa các thanh cốt thép

d = 153.86

0.92 = 167.3 mm Bố trí cốt thép :

- Không xét đến cốt thép chịu nén ( bố trí cho momen dương của bản mặt cầu)

- Chọn cốt thép 14 a150 để bố trí

 diện tích cốt thép trên 1m bản mặt cầu As = 1025.7 mm2 Kiểm toán sức kháng uốn (5.7.3.2.1)

Điều kiện : MuMr Mn

Trong đó :

 Mu: momen uốn cực đại tại mặt cắt đang xét tính theo trạng thái giới hạn cường độ

 Mr : sức kháng uốn tính toán

  : hệ số sức kháng (dùng cho uốn bê tông cốt thép)(5.5.4.2.1)

f A c

c

y s

85.0

.1 '



Với fc'= 28 MPa  1= 0.8

b = 1000 mm

21.30.85 28 0.85 1000

Vậy mặt cắt thoả mãn về cường độ

Kiểm toán hàm lượng cốt theo điều kiện chịu uốn (5.7.3.3.1):Điều kiện : 0.42

e

c

d    , thoả mãn

Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng cốt thép tối đa

Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối thiểu (5.7.3.3.2)

Điều kiện :

y

' c

f03.0

2803.003

.0



y

' c

f03.0

Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng cốt thép tối thiểu Kiểm toán mặt cắt theo điều kiện kháng cắt

Điều kiện : VuVn

Trong đó :

 Vu : lực cắt tính toán ; Vu = 143.4 kN

  : hệ số sức kháng cắt (5.5.4.2.1) ; = 0.9

 Vn : Sức kháng cắt danh định (5.8.3.3)

Vn phải đựơc xác định bằng trị số nhỏ hơn của:

p s c

p v v

' c

n 0.25f b d V

Trong đó :

v v

' c

c 0.083 f b d

s

sin)gcotg

(cotdfA

Vs  v y v    (5.8.3.3-4)Trong đó :

 Vc : cường độ kháng cắt danh định của bê tông

 Vs : cường độ kháng cắt danh định của cốt thép sườn

 Vp : thành phần lưc dự ứng lực hữu hiệu trên hướng lực cắt tác dụng, là dương nếu ngược chiều lực cắt

 bv :bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao dv được xác định trong điều 5.8.2.7

 dv : chiều cao chịu cắt hữu hiệu được xác định trong điều 5.8.2.7 – được lấy bằng cự ly đo thẳng góc với trục trung hoà giữa hợp lực kéo và lực nén do uốn, nhưng không cần lấy ít hơn trị số lớn hơn của 0.9dehoặc 0.72h

 s : cự ly cốt thép đai

  :hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt chéo truyềnlực kéo được qui định trong điều 5.8.3.4

  : góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định trong điều 5.8.3.4 (độ)

  : góc nghiêng của cốt thép ngang đối với trục dọc(độ)

 A : diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s

Vì bản không bố trí cốt thép dự ứng lực nên ta bỏ qua

thành phần Vp

 Xác định Vn theo điều 5.8.3.3-2 :

bv = 1000 mmChọn dv max từ 3 giá trị sau:

0.9de = 0.9143 = 128.7 mm0.72h = 0.72200 =144 mm

 = 2.0

 = 450Với h = 200 mm < 400 mm   = 2.0 ;  = 450

Vậy mặt cắt thoả mãn về kháng cắt

3.3.2 Bố trí cốt thép phần âm cho phần hẫng của bản mặt cầu ( cho 1 m bản mặt cầu) và kiểm toán.

 Để thuận tiện cho thi công, bố trí 2 mặt phẳng lưới cốt thép cho bản mặt cầu nên cốt thép cho phần hẫng được bố trí giống cốt thép âm ( 14a150)

 Vì momen tính toán bản hẫng Mu = 19.22 kN.m nhỏ hơn nhiều so với momen âm của bản mặt cầu nên các điều kiện kiểm toán phần hẫng chắc chắn thoả mãn về cường độ

Với tỉ số môđun đàn hồi n:

s 2000002845 7.02

c

E n E

� � = 438.46 (MPa)Vậy f s  141.4 (MPa) �438.46 (MPa)

Tiết diện thoã mãn điều kiện sữ dụng

3.5.2 Tại mặt cắt gối

+ tiết diện bị nứt không có khả năng chịu lực

Ứng suất trong cốt thép ở TTGHSD tại mặt cắt gối

 Gọi x là khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ chịu kéo

Lấy mômen đối với trục trung hoà b�x =n�A (d -x)x s s

2Với tỉ số môđun đàn hồi s 2000002845 7.02

c

E n E

Z là tham số bề rộng vết nứt ( khí hậu ôn hoà Z

= 30000 N/mm)

3 3

� � =351.9 (MPa)Vậy f s  351.5 (MPa) �351.9 (MPa)

Tiết diện thoã mãn điều kiện sữ dụng

CHƯƠNG IVTHIẾT KẾ DẦM NGANG

4.1 GIẢ THUYẾT TÍNH TOÁN

 Dầm ngang làm việc như một dầm hai đầu ngàm

chịu uốn dưới tác dụng của lực thẳng đứng

 Để tính dầm ngang ta đi xác định lực từ bản mặt

cầu truyền xuống

 Khẩu độ tính toán của dầm ngang là khoảng

cách tim giữa hai dầm chủ

4.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG

Vì khoảng cách giữa hai dầm ngang, L 1 =7000 mm > 1800 mm, sự phân bố tải trọng cho dầm ngang được tính theo

phương pháp đòn bẩy

4.2.1 Xác định phản lực từ bản mặt cầu truyền xuống dầm

ngang

a Tĩnh tải

 Để thiên về an toàn, giả thiết mỗi dầm ngang

chịu tĩnh tải của bản mặt cầu, lớp phủ mặt

cầu, trọng lượng bản thân bản mặt cầu như đã tính ở trong chương BMC