cau nam thi cong 29-12

Hình 8: Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu As-diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trước mm2  f y– giới hạn chảy quy định của cốt thép Mpa  ds - khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọ

CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

1 Sơ đồ tính:

1.1.Sơ đồ tính toán:

Hình 1: Sơ đồ tính toán bản mặt cầu

1.2.Chiều dày bản:

hao mòn, trọng lượng bản khi tính là t S 190mm Vì bản hẫng của dầm ngoài phảithiết kế với tải trọng xe va vào lan can nên chiều dày bản tăng lên 25 mm nên có

Diện tích tiếp xúc của bánh xe và mặt đường:

- Chiều rộng (ngang cầu) b = 510mm

 LL :hệ số tải trọng của ô tô, LL = 1,75

 IM : lực xung kích (%), trong trường hợp này IM = 0,25

Diện tích phân bố của bánh xe lên bề mặt bản:

- Chiều rộng (phương ngang cầu):

 đối với bản kiểu dầm: b t S 510 190 700  mm

510 215 725

s

- Chiều dài (dọc cầu):

 đối với bản kiểu dầm : l t S 361,59 190 551,59  mm

tải trọng người đi đặt tại tim lề người đi: PL4,0 1 0,75 3   kN

3 Xác định nội lực trong bản mặt cầu (nhịp 22,5 m):

- Nhận xét: gọi La là khoảng cách giữa 2 dầm ngang, La = 11,25 (m)

Lb là khoảng cách giữa 2 dầm chủ, Lb = 2,3 (m)

2,3

a b

- Ta có hai sơ đồ tính: phần cánh hẫng ở dầm biên được tính theo sơ đồ công son,các bản mặt cầu phía trong sử dụng sơ đồ bản ngàm tại hai sườn dầm chủ vớiđường lối phân tích gần đúng như sơ đồ bản giản đơn kê 2 cạnh được tính nhưdầm giản đơn sau đó xét hệ số điều chỉnh cho ngàm.

3.1 Xác định nội lực trong bản kiểu dầm:

 M /2S - mômen tại giữa nhịp của sơ đồ thực 2 đầu ngàm

 M g - mômen tại gối của sơ đồ thực 1 đầu ngàm

 k S/2 0,5 hệ số điều chỉnh cho giữa dầm

 k  g 0,8 hệ số điều chỉnh cho ngàm

 M S/20 - mô men tại giữa nhịp của sơ đồ đơn giản

 E - chiều rộng làm việc của bản ứng với vị trí có mômen dương

► Trường hợp 1: chỉ 1 bánh xe đặt vào vị trí bất lợi nhất trên đường ảnh hưởng mô

men tại giữa nhịp

Sơ đồ tính:

Hình 3: Sơ đồ chất tải trường hợp 1

Ta có:

 - hệ số điều chỉnh tải trọng  DRI 0,95 Chọn  1

 LL - hệ số tải trọng Với trạng thái cường độ 1 thì LL 1,75

 IM – lực xung kích, Với trạng thái cường độ 1 thì IM = 25%

► Trường hợp 2 : 2 bánh xe của 2 chiếc xe tải thiết kế đặt cách nhau 1,2 m Tổ hợp

2 trường hợp này tìm ra trường hợp bất lợi để tính toán cốt thép

Sơ đồ tính:

Hình 4: Sơ đồ chất tải trường hợp 2

Ta có:

 - hệ số điều chỉnh tải trọng  DRI 0,95 Chọn  1

 LL - hệ số tải trọng Với trạng thái cường độ 1 thì LL 1,75

 IM – lực xung kích, Với trạng thái cường độ 1 thì IM = 25%

 Trạng thái giới hạn cường độ I:

 Trị số lực cắt lớn nhất ở sơ đồ ngàm (tại ngàm) bằng trị số lực cắt lớn nhất ở sơ

đồ đơn giản (tại gối), với sơ đồ dầm đơn giản thì lực cắt lớn nhất là tại gối Do vậy ta

vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại gối rồi chất tải sao cho ở vị trí bất lợi nhất Đối vớihoạt tải thì 2 bánh của 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 1,2 m là gây ra lực cắt lớn nhất

lượng lan can rào chắn

 Hoạt tải gồm tải trọng người đi hoặc tải trọng xe tải thiết kế đặt cách méplan can ít nhất là 0,3 m

 Ta tính toán cho hai trường hợp

 Tải trọng bánh xe quy về 1 băng tải chiều dài (b+ ,

s

t ) theo phương ngang cầu cócường độ phân bố cho 1m bề rộng bản:

 Trương hợp 1 : hoạt tải chỉ có tải trọng người đi

Hình 6: Sơ đồ chất tải trường hợp 1

 Theo trạng thái giới hạn sử dụng:

 Trường hợp 2 : lấn làn , cách mép lan can 0.3m xe

Hình 7: Sơ đồ chất tải trường hợp 2

 Theo trạng thái giới hạn sử dụng:

→ Bảng tổng hợp nội lực tính toán bản mặt cầu:

Nội lực thiết kế bản mặt cầu

4.Tính toán cốt thép và kiểm tra bản:

4.1.Tính toán cốt thép cho bản mặt cầu:

c

f = 30 MPa, cốt thép thường

có f y = 400 Mpa

bảo vệ trên và dưới khác nhau Theo tiêu chuẩn 22TCN272-05,ta có:

Lớp bảo vệ:

Hình 8: Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu

 As-diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trước (mm2)

 f y– giới hạn chảy quy định của cốt thép (Mpa)

 ds - khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép không ứng suấttrước (mm)

 As, - diện tích cốt thép chịu nén(mm2)

 f - giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén ( Mpa) y,

 dp,-khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén(mm)

 fc,-cường độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (Mpa)

 b-bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)

 bw-chiều dày của bản bụng hoặc mặt cắt tròn (mm)

 1-hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong TCN 5.7.2.2

 h f - chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T (mm)

 a = c. 1 –chiều dày của khối ứng suất tương đương (mm)

a = c. 1 = ,

.0,85

s y c

u s

y

M A

M d

Khoảng cách lớn nhất của cốt thép chủ của bản bằng 1,5 lần chiều dày bản hoặc

450 mm Với chiều dày bản 190 mm:

-Khoảng cách từ thớ ngoài cùng nến cốt thép chịu kéo: dâm=122 mm

- Tiết diện thép gần đúng tính theo công thức:

52750

u s

'0,03 0,03.30

400

c s

=> Vậy thoả mãn về mặt cường độ

Vậy:Đối với cốt thép ngang bên trên chịu mômen âm, dùng 16 150a

4.1.2.Tính toán cốt thép chịu mômen dương của bản mặt cầu (cho 1m bản) và kiểm tra theo TTGH cường độ 1:

Mômen tính toán cho momen dương của bản mặt cầu: M u 29,80kN m 

- Chọn thép 12

-Khoảng cách từ thớ ngoài cùng đến cốt thép chịu kéo: ddương=149 mm

- Tiết diện thép gần đúng tính theo công thức:

29800

u s

400

c s

1

9,85

11,780,836

=> Vậy thoả mãn về mặt cường độ

Vậy:Đối với cốt thép ngang bên dưới chịu mômen dương, dùng 12 180a

4.1.3 Bố trí cốt thép phân bố:

 Cốt thép phụ theo chiều dọc được đặt dưới đáy bản để phân bố tải trọng bánh xedọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phương ngang Diện tích yêu cầu tính theo phầntrăm cốt thép chính chịu mô men dương Đối với cốt thép chính đặt vuông góc vớihướng xe chạy

Mômen tính toán cho momen âm của bản mặt cầu: M u 57,19kN m 

-Khoảng cách từ thớ ngoài cùng nến cốt thép chịu kéo: dâm=147 mm

- Tiết diện thép gần đúng tính theo công thức:

u s

400

c s

=> Vậy thoả mãn về mặt cường độ

Vậy:Đối với cốt thép ngang bên trên chịu mômen âm của bản hẫng, dùng 16 150a

5 Kiểm tra bản mặt cầu theo TTGH sử dụng :

và ứng suất trong bê tông

5.7.3.4 Các cấu kiện phải được cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép ởTTGHSD fs không được vượt quá:

 Z thông số bề rộng vết nứt (N/mm) , lấy Z= 23000N/mm cho các cấu kiệntrong môi trường khắc nghiệt và khi thiết kế theo phương ngang.

 fs- ứng suất kéo trong bê tông ở TTGHSD

được bao bởi các mặt cắt của MCN và đường thẳng song song với trục trunghoà, chia cho số lượng các thanh thép.(mm2)

Trong trạng thái giới hạn sử dụng hệ số thay đổi tải trọng h= 1 và hệ số tải trọngcho tỉnh tải và hoạt tải là 1 Do đó mô men dùng để tính ứng suất kéo trong cốt théplà:

M = MDC + MDW + 1,33 MLL

 Việc tính ứng suất kéo trong cốt thép do tải trọng sử dụng dựa trên đặc trưng tiết

diện nứt chuyển sang đàn hồi Dùng tỷ số môdun đàn hồi n = s

5.1 Kiểm tra nứt đối với mômen dương:

 Mômen dương lớn nhất ứng với trạng thái giới hạn sử dụng: M SD 15,9KN m 

thép như hình vẽ dưới Vì lớp bảo vệ tương đối dày, cốt thép phía trên giả thiết nằm

ở phía chịu kéo của trục trung hòa

Hình 9: Sơ đồ tính toán kiểm tra nứt đối với mômen dương

 Tổng mô men tĩnh đối với trục trung hòa ta có:

0,5bx nA d s(  x)nA d x s(  )

của tiết diện nứt chuyển đổi là:

5.2 Kiểm tra nứt đối với mômen âm:

 Mô men âm lớn nhât ở trạng thái giới hạn sử dụng tại ngàm là:

MSD= -28,00 (kN.m)

bản Lần này x giả thiết lớn hơn d' = 31 mm, như vậy cốt thép đáy bản sẽ chịu nén

Hình 10: Sơ đồ tính toán kiểm tra nứt đối với mômen âm

 Cân bằng mô men tĩnh đối với trục trung hòa ta có :

0,5bx2 (n 1)A x d s(  ') nA d s'(  x)

của tiết diện chuyển đổi nứt thành:

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẦM CHỦ

DẦM NGOÀI NHỊP 22,5M ƯST

Thiết kế dầm ngoài, dầm chữ T, bê tông cốt thép ứng suất trước căng trước nhịp22,5m

1 Số liệu thiết kế:

- Sử dụng các thông số của bản mặt cầu đã thiết kế ở trên

- Các thông số của dầm T-22,5m cho như sau:

+/ Chiều dài toàn dầm: L = 22,5m

+/ Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a = 0.3 m

+/ Khẩu độ tính toán: Ltt = L – 2a = 21,9 m

+/ Tải trọng thiết kế: * Hoạt tải HL93

* Tải trọng người đi 4 KN/m2

+/ Vật liệu kết cấu: BTCT ứng suất trước

+/ Công nghệ chế tạo: Căng trước

+/ Quy trình thiết kế: 22TCN 272 – 05

2 Chiều cao dầm tối thiểu:

Tổng chiều dài toàn dầm là 22,5m, 2 đầu dầm kê lên gối mỗi bên là 0,3 m ; chiều

dài nhịp tính toán là L = 21,9m

Cầu gồm 5 dầm chữ T , chế tạo bằng BT có f’c = 45 Mpa

1) Chọn mặt cắt ngang dầm chủ : như đã chọn trong phần sơ bộ.

Kiểm tra điều kiện chiều cao tối thiếu: (TCN 2.5.2.6.3)

hmin= 0,05.L =0,05 22,5= 1,125(m) < 1,2 (m)

 Đạt

2) Chiều rộng bản cánh có hiệu (TCN 4.6.2.6.1):

Chiều dài nhịp có hiệu L= 21900 mm

Đối với bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu của các dầm giữa có thể lấy giá trị nhỏnhất của :

+1/4 chiều dài nhịp hữu hiệu = 1.21900

+12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụngdầm hoặc ½ bề rộng của bản cánh trên của dầm:

12.190 + max(180;0,5.2000) = 3280 mm

Đối với dầm biên, bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy bằng 1/2 bề rộng hữuhiệu của dầm trong cộng với giá trị nhỏ nhất của:

 Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu của các dầm biên là:

Hệ số điều chỉnh Tiêu chuẩn TTGH

cường độ

TTGH

sử dụng

TTGH mỏi

I R

Để thuận lợi cho việc tính toán các thông số ta đưa tiết diện dầm chủ (phần giữa nhịp)

về tiết diện tính toán như hình vẽ:

Hình 11: Chuyển đổi tiết diện tính toán

Diện tích tiết diện dầm chủ:

A = (600.284 + 180.714,75 + 2000.201,25) = 701555(mm2)

Chọn gốc toạ độ tại điểm chính giữa mép dưới của dầm nên:

Tọa độ trọng tâm của tiết diện:

0 549213,99

78, 287015,55

600.284.640,812

SE

LL

- Xe không lấn làn:

Hình 13: Sơ đồ chất tải không lấn làn

Hệ số phân phối ngang của làn xe:

0,362

3

g MI

Hệ số phân phối ngang của làn xe:

0,72

0,362

4.1 Xác định các tải trọng tính toán lên dầm:

Hoạt tải xe ôtô thiết kế và Quy tắc xếp xe( TCN 3.6.1.3)

Hoạt tải HL93:

+ Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế

+ Tải trọng làn thiết kế

Tải trọng người đi bộ( PL )

+ PL =4 kN/m2 phân bố đều trên 21,9 m và tính đồng thời cùng với hoạt tải xe thiếtkế

* Sơ đồ tính: Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm đơn giản nên khoảng cách giữa các trục

của xe tải thiết kế đều lấy = 4,3m

* Cách xếp xe tải lên đường ảnh hưởng: Xếp xe sao cho bất lợi nhất

4.2 Tính toán nội lực do tĩnh tải:

Hình 16: Sơ đồ tính nội lực do tĩnh tải

– Phương pháp xác định nội lực: Vẽ đường ảnh hưởng cho các mặt cắt rồi xếp tĩnhtải rãi đều lên đường ảnh hưởng Nội lực do tĩnh tải gây ra xác định theo các công thứcsau:

– : diện tích đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt đang xét

 : diện tích đường ảnh hưởng lực cắt dương tại mặt cắt đang xét

 : diện tích đường ảnh hưởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét

 : hệ số điều chỉnh tải trọng, liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng khi khai thác xác định theo 22TCN272–05 mục 1.3.2 được xác định theo công thức

DC DC

–Theo trạng thái giới hạn sử dụng:

+Tiết diện L/4:

45,00m

   0, 46 6,16 5,7m 

Hình 18: Đường ảnh hưởng mômen và lực cắt tại tiết diện L/4

+Tiết diện cách gối 0,8m:

 8, 43m2  0,02 10,13 10,11m 

Hình 19: Đường ảnh hưởng mômen và lực cắt tại tiết diện cách gối 0,8m

+Tiết diện cách gối 2,7m:

 25,95m2  0,16 8, 45 8, 29m 

Hình 20: Đường ảnh hưởng mômen và lực cắt tại tiết diện cách gối 2,7m

+Tiết diện tại gôi:

4.3 Tính toán nội lực do hoạt tải:

4.3.1.Mômen do hoạt tải gây ra:

Mômen tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau:

–Theo trạng thái giới hạn cường độ 1:

PL i

i LL

M LL

CĐ

PL LL

i

M LL

SD

PL LL

Trong đó :

+ Pi – trọng lượng các trục xe

+ yi – tung độ đường ảnh hưởng

+  –diện tích đường ảnh hưởng

+ (1 + IM): hệ số xung kích

LL PL

+Tính mômen tại tiết diện L/2:

Hình 22: Đường ảnh hưởng mặt cắt tại tiết diện L/2

+Tính mômen tại tiết diện L/4:

Hình 23: Đường ảnh hưởng mặt cắt tại tiết diện L/4

Hình 23: Đường ảnh hưởng mặt cắt tại tiết diện cách gối 0,8m

+Tính mô men tại tiết diện cách gối 2,7m:

Hình 24: Đường ảnh hưởng mặt cắt tại tiết diện cách gối 2,7m

+Mômen của tiết diện tại gối bằng 0

Bảng tổng hợp tính toán mômen do hoạt tải:

Vị Trí ∑Pi.yi

KN.m

PL KN/m γLL=γγPL gPL mgLL 1+IM η



(m2)

Msd (KN.m)

Mcd1 (KN.m)

4.3.2 Lực cắt do hoạt tải gây ra:

Lực cắt tại các tiết diện do hoạt tải gây ra được tính như sau:

–Theo trạng thái giới hạn cường độ 1:

 : hệ số phân bố tải trọng đối với lực cắt

-Tính toán lực cắt tại tiết diện giữa nhịp L/2:

Hình 25: Đường ảnh hưởng lực cắt tại tiết diện giữa nhịp L/2

Hình 26: Đường ảnh hưởng lực cắt tại tiết diện L/4

-Tính toán lực cắt tại tiết diện cách gối 2,7m:

Hình 27: Đường ảnh hưởng lực cắt tại tiết diện cách gối 2,7m

-Tính toán lực cắt tại tiết diện cách gối 0,8 m:

Hình 28: Đường ảnh hưởng lực cắt tại tiết diện cách gối 0,8m

-Tính toán lực cắt của tiết diện tại gối:

Hình 29: Đường ảnh hưởng lực cắt của tiết diện tại gối

Bảng tổng hợp tính toán lực cắt do hoạt tải:

Vị Trí ∑Pi.yi

KN

PL KN/m γLL=γγPL gPL mgLL 1+IM η



(m)

Vsd (KN)

Vcd1 (KN)

- Sử dụng tao thép Dps = 12,7 mm Diện tích danh định 1 tao 98,71 mm2

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu = 1860 MPa

- Giới hạn chảy: fpy = 0,9 fpu = 1670 MPa

- Mô đun đàn hồi cáp Eps = 197000 MPa

- Sử dụng thép có độ tự chùng thấp của hang VSL: tiêu chuẩn ASTM A416 Grade 270

- Ứng suất trong cốt thép khi kích đệm neo: fpj = 0,81.fpu = 1507 MPa

- Ứng suất trong cốt thép ngay sau khi truyền lực fpt = 0,75.fpu=1395 MPa

- Ứng suất hữu hiệu trong cốt thép sau khi mất mát: fpe = 0,8.fpy=1336 MPa

5.1.2 Thép thường:

- Giới hạn chảy tối thiểu của cốt thép thường: fy = 400 MPa

- Môđun đàn hồi: Es = 200000 MPa

5.1.3 Bê tông:

- Tỷ trọng của bê tông:  c 24kN m/ 3

- Cường độ chịu nén của bê tông quy định ở tuổi 28 ngày '

7

- Cường độ chịu kéo khi uốn:

'0,63 4, 226

5.2 Chọn và bố trí cáp dự ứng lực:

- Mô men tính toán theo TTGH cường độ 1:

Mu = 5308,95 KN.m = 5308,95.106 N.mm

- Đối với cấu kiện BTCT chịu uốn xà chịu kéo ƯST thì hệ số sức kháng:   1.00

*/ Xác định lượng cốt thép theo điều kiện cường độ:

Aps: diện tích mặt cắt ngang cốt thép ƯST

Ayc: diện tích mặt cắt ngang cốt thép ƯST theo yêu cầu

6

25308,95.10

3109, 230,85 0,9 1.0,85.1860.0,9.1200

 = 3109, 23 31,50

98,71  (tao)

Để đảm bảo an toàn và dễ bố trí, chọn 36 tao

Diện tích thép ƯST trong dầm Aps= 36.98,71 = 3553,56 mm2

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến đáy dầm:

i

y y

+ Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo tới đáy dầm: yps = 12,5 cm

+ Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:

e = yd -12,5 = 78,28 -12,5 = 65,78 cm

- Với mặt cắt tại gối:

+ Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo tới đáy dầm: yps = 38,34 cm

+ Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt đến trọng tâm cốt thép :

e = yd -38,34 = 73,62 -38,34 = 35,29 cm

6 Kiểm tra ứng suất:

6.1 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm T căng trước:

- Dầm chữ T căng trước làm việc 1 giai đoạn

- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:

197000

5,80933914,98

- Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi tới đỉnh dầm:

6.2 Xác định sự mất mát ứng suất trước trong cốt thép DƯL:

Theo quy trình 22TCN272-05 tổng sự mất mát ứng suất có thể lấy đối với kết cấu căngsau:

Df pES: Mất mát ứng suất do nén đàn hồi (Mpa)

Df pSR: Mất mát ứng suất do co ngót trong bê tông (MPa)

Df pCR: Mất mát ứng suất do từ biến trong bê tông (Mpa)

Df pR : Mất mát ứng suất do chùng cốt thép DƯL (MPa)

Môđun đàn hồi của bê tôn lúc truyền lực: Eci = 28827,73 MPa

Môđun đàn hồi của thép dự ứng lực: Eps = 197000 Mpa

e: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến trục trung hòa của tiết diện tính toán

Ag: Diện tích tiết diện tính toán của dầm

Ig: Momen quán tính của tiết diện tính toán

Mg: Mômen do trọng lượng bản thân dầm gây ra tại tiết diện tính toán

+ Tiết diện tính toán tại giữa nhịp :

cgp