BAO VE DO AN cầu THÉP 10 06

Xét dầm liên hợp với bản bêtông cốt thép có các giai đoạn: .... MỞ ĐẦU : GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP - Thiết kế liên kết giữa các bộ phận trong tiết diện dầm chủ - Thiết

MỤC LỤC:

MỞ ĐẦU : GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP 8

PHẦN A: THIẾT KẾ SƠ BỘ (50%) 9

CHƯƠNG 1 : LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ 10

1 Phương án 1 : DẦM THÉP LIÊN HỢP BMC 10

1.1 Sơ bộ chọn dạng mặt cắt ngang (MCN) và tiết diện dầm 10

1.1.1 Cơ sở tính toán 10

1.1.2 Chọn dạng mặt cắt ngang và chiều dài tính toán 10

1.1.2.1 Chiều dài nhịp tính toán 10

1.1.2.2 Số lượng dầm chủ 10

1.1.2.3 Chọn kiểu dầm chủ 10

1.1.2.4 Bố trí dầm chủ trên mặt cắt ngang 11

1.1.2.5 Các lớp phủ mặt cầu 11

1.1.2.6 Chiều dày bản mặt cầu 11

1.1.3 Sơ bộ chọn tiết diện dầm 11

1.1.3.1 Chọn chiều cao dầm chủ 11

1.1.3.2 Kiểm tra tính cân xứng 12

1.1.3.3 Phân tích đàn hồi hay quá đàn hồi 12

1.1.3.4 Chọn tiết diện dầm chủ 12

1.2 Tính các thông số sơ bộ dầm thép liên hợp bản mặt cầu 13

1.2.1 Khối lượng bản mặt cầu 13

1.2.2 Khối lượng lan can tay vịn, gờ chắn bánh xe, lề người đi bộ 13

1.2.2.1 Lan can tay vịn 13

1.2.2.2 Gờ chắn bánh xe 14

1.2.2.3 Lề người đi bộ 14

1.2.3 Khối lượng các lớp mặt cầu 14

1.2.4 Khối lượng dầm chủ 14

1.3 Tĩnh tải tác dụng lên dầm 15

1.4 Mố và Trụ cầu 15

1.4.1 Mố cầu 15

1.4.2 Trụ cầu 16

1.4.2.1 Trụ T1 16

1.4.2.2 Trụ T2 17

1.5 tính toán số lượng cọc trong mố và trụ cầu 18

1.5.1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu 18

1.5.1.1 Tải trọng tác dụng lên mố cầu 18

1.5.1.1.1 Tĩnh tải tác dụng lên mố 18

1.5.1.1.2 Hoạt tải tác dụng lên mố 19

1.5.1.2 Tải trọng tác dụng lên trụ cầu 20

1.5.1.2.1 Tĩnh tải tác dụng lên trụ 20

1.5.1.2.2 Hoạt tải tác dụng lên trụ 20

1.5.2 Tính số lượng cọc trong bệ móng mố, trụ 21

1.5.2.1 Tính toán sức chịu tải tính toán của cọc 22

1.5.2.1.1 Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu 22

1.5.2.1.2 Sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đất nền 22

1.5.2.1.3 Bố trí cọc trong bệ mố, trụ 24

1.6 Thống kê khối lượng 25

2 PHƯƠNG ÁN 2 : CẦU DÀN THÉP 25

2.1 Sơ đồ dàn 25

2.3 Chọn sơ bộ các bộ phận kết cấu 26

2.3.1 Bản mặt cầu và lớp phủ mặt cầu: 26

2.3.2 Dầm dọc 26

2.3.3 Dầm ngang 26

2.3.4 Liên kết dọc trên và dọc dưới của hai dàn chủ 27

2.3.5 Chọn sơ bộ tiết diện của các thanh dàn chủ 27

2.3.6 Mố cầu 28

2.4 Nội lực trong dàn chủ do hoạt tải 29

2.4.1 Tính toán hệ số phân phối ngang cho dàn chủ 29

2.4.2 Tính toán mô men do hoạt tải gây ra 31

2.4.3 Tính toán sơ bộ trọng lượng dàn chủ 32

2.5 xác định áp lực và tính cọc 33

2.5.1 Tải trọng tác dụng lên mố cầu 33

2.5.2 Tĩnh tải tác dụng lên mố 33

2.5.4 Hoạt tải tác dụng lên mố 34

2.5.5 Bố trí cọc trong bệ mố, trụ 35

2.5.6 Thống kê khối lượng 36

CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ 37

2.1 Số liệu đầu vào 37

2.1.1 Các yếu tố mặt cắt ngang và đặc tính cơ học của vật liệu 37

2.1.2 Chọn tổ hợp tải trọng tác dụng 37

2.1.2.1 TTGH cường độ: 37

2.1.2.2 Trạng thái giới hạn về mặt sử dụng 37

2.1.2.3 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy: 38

2.2 Tính toán 38

2.2.1 Các đặc trưng của tiết diện dầm thép 38

2.2.1.1 Xét dầm liên hợp với bản bêtông cốt thép có các giai đoạn: 38

2.2.1.2 Xác định chiều rộng có hiệu của bản mặt cầu: 38

2.2.1.2.1 Đối với dầm trong: 38

2.2.1.2.2.Đối với dầm ngoài: 38

2.2.2 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép 39

2.2.2.1 Tiết diện dầm thép 39

2.2.2.2 Tiết diện dầm liên hợp dài hạn 3n=24 40

2.2.2.3 Tiết diện dầm liên hợp ngắn hạn n=8 40

2.2 Chọn số lượng làn xe 40

2.3 Hệ số phân bố ngang 40

2.3.1.Hệ số phân bố hoạt tải đối với Momen 41

2.3.2.Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt: 42

2.3.4 Hệ số phân bố tải trọng người đi 43

2.4 Tính nội lực do tĩnh tải 43

2.4.1 Các thành phần tĩnh tải 43

2.4.2 phương pháp xác định nội lực 43

2.4.3.Vẽ đ.a.h nội lực và xếp tải lên đ.a.h tại các tiết diện đặc trưng 44

2.4.3.1 Đường ảnh hưởng mômen 44

2.4.4 Đối với dầm trong 46

2.4.5.đối với dầm biên 49

2.4.6 TTGH mỏi dầm trong 51

3.1.Xác định các ứng suất trong các giai đoạn 53

3.1.1.Giai đoạn dầm thép chưa liên hợp với bản bê tông 53

3.1.2.Giai đoạn tiết diện liên hợp dài hạn 53

3.1.3.Giai đoạn tiết diện liên hợp ngắn hạn 54

3.1.4.Ứng suất tổng cộng trong giai đoạn 54

3.2.Sức kháng của tiết diện 54

3.2.1.Mômen chảy 54

3.2.1.Xác định trục trung hòa dẻo của tiết diện liên hợp 55

3.2.1.1.Xác định các lực dẻo 55

3.2.1.2.Xác định vị trí trục trung hòa dẻo 55

3.2.1.3.Mô men dẻo tiết diện liên hợp 55

3.2.1.4.Chiều cao chịu nén của vách 56

3.2.1.4.1 Chiều cao chịu nén của vách khi làm việc đàn hồi 56

3.2.1.4.1 Chiều cao chịu nén của vách khi chảy hoàn toàn 56

3.2.1.5 Sức kháng cắt 56

PHẦN B: THIẾT KẾ KỸ THUẬT (50%) 58

CHƯƠNG 4: KIỂM TRA MẤT ỔN ĐỊNH CỤC BỘ VÀ TỔNG THỂ 59

4.1.Kiểm tra mất ổn định cục bộ 59

4.1.1Mất ổn định thẳng đứng của vách 59

4.1.2.Mất ổn định của vách do uốn 59

4.1.3.Kiếm tra mất ổn định cục bộ bản biên chịu nén 59

4.2.Kiểm tra mất ổn định tổng thể 59

4.3.Kiểm tra trạng thái giới hạn 60

4.3.1.Kiểm tra về thi công 60

4.3.1.1.Kiểm tra chảy bản biên trên 60

4.3.1.2.Kiểm tra sức kháng uốn 60

4.3.1.3.Kiểm tra mất ổn định vách do uốn 60

4.3.1.4.Kiểm tra chảy bản biên dưới 61

4.3.2.Trạng thái giới hạn sử dụng 61

4.3.2.1.Kiểm tra biến dạng thường xuyên 61

4.3.2.2.Kiểm tra độ võng đàn hồi 61

4.3.3.Trạng thái giới hạn về mỏi 62

4.3.3.1.Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi tại tiết diện giữa nhịp 62

4.3.3.2.Kiểm tra trạng thái giới hạn mỏi đối với vách tại tiết diện gối 63

4.4.4.Trạng thái giới hạn về cường độ 63

4.4.4.1.Kiểm tra sức kháng uốn 63

4.4.4.2.Kiểm tra sức kháng cắt 63

4.4.4.2.Kiểm tra tính dẻo dai trong bản bê tông 63

4.4.4.3.Kiểm tra ứng suất trong bản bê tông 63

4.5.Tính khả thi của kết cấu 64

4.5.1.Chiều dày các bộ phận 64

4.5.2.Cắt bớt bản biên 64

4.6.Thiết kế sườn tăng cường 64

4.6.1.Thiết kế sường tăng cường ngang trung gian 65

4.6.1.1.Độ mảnh 65

4.6.1.2.Độ cứng 65

4.6.1.3.Kiểm tra cường độ 66

4.6.2.Thiết kế sườn tăng cường gối 67

4.6.2.1.Kiểm tra độ mảnh 67

4.6.2.2.Sức kháng của gối 67

4.6.2.3.Sức kháng nén dọc trục 68

4.6.2.4.Sườn tăng cường dọc 68

5.1 Tính toán sức kháng của mối hàn góc(TCN 6.13.2.3.4) 69

5.1.1.Mối hàn góc chịu kéo và nén 69

5.1.2.Mối hàn góc chịu cắt 69

5.2.Tính toán mối hàn góc trong tiết diện dầm chủ ( TCN 6.13.3.4) 69

5.2.1.Cấu tạo mối hàn góc 69

5.2.2.Kích thước các mối hàn góc (TCN 6.13.3.4) 69

5.2.3 Tính toán nội lực trong đường hàn góc: 70

CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ MỐI NỐI DẦM CHỦ 73

6.1.Thiết kế mối nối bu lông: 73

6.1.1.Các yêu cầu về bố trí bu lông: 73

6.1.2.Số lượng bu lông tối thiểu: 73

6.1.3.Khoảng cách bu lông: 73

6.2.Sức kháng tính toán của bu lông: 73

6.2.1.Sức kháng trượt tính toán của bu lông: 73

6.2.2.Sức kháng cắt của bu lông: 74

6.2.3.Sức kháng ép mặt tại lỗ bu lông: 74

6.3.Kiểm tra theo trạng thái giới hạn thi công: 75

6.3.1 kiểm tra trạng thái thi công của bu lông mối nối bản biên trên 75

6.3.2.Kiểm tra trạng thái thi công của bu lông mối nối bản biên dưới: 76

6.3.3.Kiểm tra trạng thái thi công của bu lông mối nối vách: 76

6.3.4.Kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng: 78

6.3.4.1.Kiểm tra bu lông mối nối bản biên trên theo TTGHSD: 79

6.3.4.2.Kiểm tra bu lông mối nối bản biên dưới theo TTGHSD: 79

6.3.5.Kiểm tra theo TTGHCĐ: 79

6.3.5.1.Lực thiết kế theo TTGH CĐ: 79

6.3.5.2.Kiểm tra bu lông mối nối bản biên trên theo TTGH CĐ: 80

6.3.5.3.Kiểm tra bu lông mối nối bản biên dưới theo TTGH CĐ: 80

6.3.5.4.Kiểm tra bu lông mối nối vách theo TTGH CĐ 80

6.3.5.5.Kiểm tra bản nối biên trên theo TTGHCĐ: 82

6.3.5.6.Kiểm tra bản nối biên dưới theo TTGH CĐ: 82

6.3.5.7.Kiểm tra bản nối vách theo TTGHCĐ: 83

CHƯƠNG 7 :THIẾT KẾ HỆ NEO LIÊN KẾT 85

7.1.Tổng quan về neo chồng trượt 85

7.2.Tính toán neo chịu cắt 85

7.3.Trạng thái giới hạn mỏi của neo hình nấm 85

7.3.1.Sự làm việc của neo theo trạng thái giới hạn cường độ 87

7.3.2.Lực cắt nằm ngang danh định Vh 87

7.3.4.Khoảng cách các neo 88

DANH MỤC BẢNG BIỂU:

Bảng 1.1: Trọng lượng mố 15

Bảng 1.2: Trọng lượng trụ T1 17

Bảng 1.3: Trọng lượng trụ T2 17

Bảng 1.4: Tổng hợp khối lượng kết cấu mố trụ 18

Bảng 1.5: Kết quả tính toán áp lực lên trụ cầu 21

Bảng 1.6: sức kháng thân cọc 22

Bảng 1.7:sức kháng mũi cọc 23

Bảng 1.8.: tính toán chọn số cọc 23

Bảng 1.9: Thống kê khối lượng toàn cầu 25

Bảng 2.1 :Sơ đồ kết cấu nhịp 26

Bảng 2.2: kích thước dầm ngang 27

Bảng 2.3: Trọng lượng mố 29

Bảng 2.4: Tung độ Đah tại gối khi xét hoạt tải tải thiết kế và đoàn người 31

Bảng 2.5: Hệ số phân phối ngang của dàn chủ 31

Bảng 2.6: Mô men do hoạt tải xe ba trục và người gây ra tại các tiết diện dàn chủ 31

Bảng 2.7:Mô men do hoạt tải xe hai trục và người gây ra tại các tiết diện dàn chủ 32

Bảng 2.8: Trọng lượng dàn chủ 33

Bảng 2.9: Thống kê khối lượng toàn cầu 36

Bảng 2.1: Đặt trưng hình học của tiết diện chưa liên hợp 39

Bảng 2.2: Đặt trưng hình học của tiết diện liên hợp dài hạn 40

Bảng 2.3: Đặt trưng hình học của tiết diện ngắn hạn 40

Bảng 2.4: Tỉnh tải của dầm 43

Bảng 2.5 : Tung độ đường ảnh hưởng 45

Bảng 2.6: Diện tích đ.a.h momen và lực cắt các mặt cắt 45

Bảng 2.7: Mômen do tỉnh tải hoạt tải gây ra theo TTGHCD1 46

Bảng 2.8 : Mômen do tỉnh tải hoạt tải gây ra theo TTGHSD 47

Bảng 2.9: Lực cắt do tỉnh tải hoạt tải GĐ2 gây ra theo TTGHCD1 48

Bảng 2.10: Lực cắt do tỉnh tải hoạt tải GĐ2 gây ra theo TTGHSD 48

Bảng 2.11: Mômen do tỉnh tải hoạt tải gây ra theo TTGHCD1 49

Bảng 2.12: Mômen do tỉnh tải hoạt tải gây ra theo TTGHSD 50

Bảng 2.13: Lực cắt do tỉnh tải hoạt tải gây ra theo TTGHCD1 50

Bảng 2.14: Lực cắt do tỉnh tải hoạt tải gây ra theo TTGHSD 50

Bảng 2.15: Tổng nội lực 2 giai đoạn 52

Bảng 3.2: Mô men có hệ số tại vị trí giữa nhịp (kN.m) dầm trong 53

Bảng 3.3: Ứng suất uốn trong dầm chưa liên hợp 53

Bảng 3.4: Ứng suất uốn trong dầm liên hợp dài hạn 53

Bảng 3.5: Ứng suất uốn trong dầm liên hợp ngắn hạn 54

Bảng 3.6: Ứng suất tổng cộng 54

Bảng 3.7: kết quả tính toán lực dẻo trong dầm thép 55

Bảng 3.8: Momen dẻo của tiết diện liên hợp Mp 55

Bảng 3.9: Mô men khi không có hệ số tại vị trí giữa nhịp (kN.m) 56

Bảng 3.10: Ứng suất của bản biên trên của dầm thép (Mpa) 56

Bảng 3.11: Ứng suất của bản biên dưới của dầm thép (Mpa) 56

Bảng 4.1: Tính toán và kiểm tra mất ổn định tổng thể của bảng biên chịu nén 60

Bảng 4.2: Ứng suất uốn trong quá trình thi công 60

Bảng 4.3: Tính hệ số phân phối độ võng 61

Bảng 4.4: Tính toán tải trọng trục 62

Bảng 4.5: Tính toán tải trọng trục 62

Bảng 4.6: Tổng hợp momen và lực cắt mỏi ở Ltt/2 63

Bảng 5.1: Lực cắt trong 1 đơn vị chiều dài đường hàn đối với biên trên 71

Bảng 5.2: Lực cắt trong 1 đơn vị chiều dài đường hàn đối với biên dưới 71

Bảng 6.1:Kết quả tính toán sức kháng trượt của bu lông 74

Bảng 6.2: Kết quả tính toán sức kháng cắt có hệ số của bu lông 74

Bảng 6.3: Tính toán sức kháng ép mặt 75

Bảng 6.4:Mô men ở trạng thái giới hạn sử dụng tại vị trí mố nối (kN.m) 78

Bảng 6.5: Ứng suất của bản biên trên của dầm thép (Mpa) 78

Bảng 6.6: Ứng suất của bản biên dưới của dầm thép (Mpa) 78

Bảng 6.7:Mô men ở trạng thái CĐ1 tại vị trí mố nối (kN.m) 79

Bảng 6.8: Ứng suất của bản biên trên của dầm thép (Mpa) 79

Bảng 6.8: Ứng suất của bản biên dưới của dầm thép (Mpa) 79

Bảng 7.1:Khoảng cách giữa các trục xe phần dương và phần âm 86

Bảng 7.2:Tung độ đường ảnh hưởng phần dương và phần âm 87

Bảng 7.3: Biên độ lực cắt do xe tải mỏi(kN) 87

DANH MỤC HÌNH ẢNH:

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí chung mặt cắt ngang cầu 11

Hình 1.2 Cấu tạo mặt cắt ngang dầm chủ 12

Hình 1.3 Lan can tay vịn 13

Hình 1.4 Gờ chắn bánh xe và lề người đi bộ 14

Hình 1.7 Trụ T1 16

Hình 1.8 Trụ T2 17

Hình 1.9 Đường ảnh hưởng xe tải trọng bản thân tại mố 18

Hình 1.10 Đường ảnh hưởng xe 3 trục, 2 trục tại mố 19

Hình 1.11 Đường ảnh hưởng xe 3 trục, 2 trục,2 xe 3 trục cách nhau 15m tại trụ 20

Hình 1.12 bố trí cọc trong mố M1-M2 24

Hình 1.13 Bố trí cọc trong trụ T1-T2 24

Hình 2.1 Sơ đồ dàn chủ 25

Hình 2.2 Mặt cắt ngang dầm thép tổ hợp hàn 26

Hình 2.3 Hệ liên kết dọc dưới 27

Hình 2.4 Hệ dầm mặt cầu, hệ liên kết dọc trên và dưới 27

Hình 2.5.Mặt bên mố 28

Hình 2.6 Mặt bằng mố 29

Hình 2.7 Mặt cắt ngang tại tim dàn chủ 30

Hình 2.8 Mặt cắt ngang tại tim dàn chủ 30

Hình 2.9 Đường ảnh hưởng mô men do hoạt tải gây ra trên dàn chủ 31

Hình 2.10 Đường ảnh hưởng xe tải trọng bản thân tại mố 34

Hình 2.11 Đường ảnh hưởng xe 3,2 trục tại mố 35

Hình 2.1: Đặt trưng hình học của tiết diện 39

Hình 2.2 Đường ảnh hưởng phản lực dầm biên 42

Hình 2.3 Đường ảnh hưởng momen tại tiết diện x 44

Hình 2.4 Đường ảnh hưởng lực cắt tại tiết diện x 44

Hình 3.2 Các lực dẻo tiết diện chịu uốn 55

Hình 4.1 Đường ảnh hưởng Ltt/2 61

Hình 4.2 Bố trí sườn tăng cường theo phương dọc dầm 64

Hình 4.3 Sườn tăng cường đứng trung gian đầu tiên 65

Hình 4.4 Đường ảnh hưởng lực cắt cách gối 1.85 m 66

Hình 4.5 Sườn tăng cường đứng tại gối 67

Hình 6.1 bố trí bu lông cho mối nối bản biên trên 75

Hình 6.2 bố trí bu lông cho mối nối bản biên dưới 76

Hình 6.3 Bố trí bu lông mối nối vách 76

Hình 7.1 Đường ảnh hưởng lực cắt 86

Hình 7.2 Bố trí neo liên kết theo phương ngang cầu 88

Hình 7.3 Bố trí neo liên kết theo phương dọc cầu tại đầu nhịp 88

MỞ ĐẦU : GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU THÉP

- Thiết kế liên kết giữa các bộ phận trong tiết diện dầm chủ

- Thiết kế mối nối dầm chủ

- Thiết kế hệ neo liên kết

3 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

- Áp dụng tiêu chuẩn ngành: 22TCN 272-05

- Áp dụng tiêu chuẩn AASHTO LRFD Bridge Design Specifications

PHẦN A:

THIẾT KẾ SƠ BỘ (50%)

CHƯƠNG 1 : LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DẦM CHỦ

1 Phương án 1 : DẦM THÉP LIÊN HỢP BMC

1.1 Sơ bộ chọn dạng mặt cắt ngang (MCN) và tiết diện dầm

1.1.1 Cơ sở tính toán

Thiết kế dầm thép chịu uốn theo:

- Trạng thái giới hạn (TTGH) về cường độ

- TTGH sử dụng để kiểm tra độ võng

- TTGH mỏi và nứt gãy cho các chi tiết

- Yêu cầu mỏi cho vách

- Tính khả thi của cấu tạo

1.1.2 Chọn dạng mặt cắt ngang và chiều dài tính toán

1.1.2.1 Chiều dài nhịp tính toán

Chiều dài tính toán cầu dầm giản đơn 1 nhịp: Ltt = 36.2 m

1.1.2.2 Số lượng dầm chủ

Các thông số thiết kế gồm:

- Chiều rộng phần xe chạy: B1 = 7.5 m

- Chiều rộng phần người đi bộ: B2 = 1.25 m

- Chiều rộng cột lan can: B3 = 25 cm

- Chọn dạng bố trí người đi bộ khác mức với phần xe chạy, chiều rộng gờ chắn bánh xe B4 = 25 cm và không tính vào chiều rộng toàn cầu

- Chiều rộng toàn cầu được xác định theo công thức:

- Cường độ chảy Fy = 345 Mpa

- Cường độ chịu kéo Fu = 485 MPa

- Mô đun đàn hồi của thép thường Es = 200000 Mpa

- Bêtông sử dụng cho bản mặt cầu là bêtông có fc’ = 30 MPa

- Thép đường hàn là thép cơ bản A36/M270 cấp 345

MẶT CẮT NGANG CẦU TL : 1/25

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí chung mặt cắt ngang cầu

1.1.2.5 Các lớp phủ mặt cầu

Các lớp mặt cầu được chọn như sau:

- Lớp phủ asphan: 7 cm

- Lớp phịng nước: 0,5 cm

1.1.2.6 Chiều dày bản mặt cầu

Các yêu cầu về cấu tạo bản mặt cầu:

- Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT được quy định ở điều {9.7.1.1} là

175mm (khơng kể lớp hao mịn)

- Khi chọn chiều dày bản phải cộng thêm lớp hao mịn 15mm

- Đối với bảng hẫng của dầm ngồi cùng do phải thiết kế chịu tải trọng va chạm rào

chắn nên chiều dày bản phải tăng lên 25mm (chiều dày tối thiểu ở mút hẫng là

200mm) theo quy định ở điều {13.8.5.3.1}

Chọn chiều dày bản mặt cầu ts = 200mm

1.1.3 Sơ bộ chọn tiết diện dầm

1.1.3.1 Chọn chiều cao dầm chủ

Đối với dầm đơn giản lấy d >=0.04L =>d >=0.04x36.2>=1.45 m

chọn d= 1.55 (m)

Vậy chọn chiều cao dầm chủ d =1.55(m)

- Ta cĩ chiều cao sườn dầm: D 0.95d= 0.95x1.55= 1.473 (m) Chọn D = 1.5 m

- Bản biên bf  D6 16.50.25(m)250(mm)

Chọn bản biên trên cĩ: btf = 300 (mm), bản biên dưới cĩ bbf = 350 (mm)

f f

)(5.1224300

mmt

mmt

) ( 20 mm t

mm t

bf tf

Chiều dày vách: Từ điều kiện

t

t  t t  t   mm Chọn tw = 16 mm

1.1.3.2 Kiểm tra tính cân xứng

Tính cân xứng của vách được kiểm tra theo công thức 3.50

Giới hạn này đảm bảo cho việc tính toán ổn định xoắn ngang là có hiệu quả

1.1.3.3 Phân tích đàn hồi hay quá đàn hồi

Sẽ tính theo đàn hồi Vì nhịp đơn giản nên không có sự phân phối lại mômen 1.1.3.4 Chọn tiết diện dầm chủ

Chiều cao dầm thép liên hợp: 1,55 m

1.2 Tính các thông số sơ bộ dầm thép liên hợp bản mặt cầu

1.2.1 Khối lượng bản mặt cầu

- Khối lượng BMC trên 1m dài dầm chủ:

Bản mặt cầu = (10.5x0,2+((0.6+0.4)/2)x5x0.1) x 10 x2.4= 56,4 KN/m

=> khối lượng thép bmc = 1.128 kN/m

=> Khối lượng BMC = 57.53 kN/m

1.2.2 Khối lượng lan can tay vịn, gờ chắn bánh xe, lề người đi bộ

1.2.2.1 Lan can tay vịn

R30 R35

R30

150

75 150

Hình 1.3 Lan can tay vịn

Phi thép R35 d=3mm As=0.00063 m2 x1

Phi thép R30 d=3mm As=0.00053 m2 x2

Vì ta dùng gờ chắn bánh xe để phân cách phần người đi bộ với phần xe chạy, ta thiết kế lan can tay vịn nên ta không cần tính lực va đập của xe vào Cấu tạo và kích thước như hình vẽ bên dưới (đơn vị mm)

+ Với diện tích phần bệ Ab = 0.0875 m2 , liên tục ở 2 bên cầu

+ Thể tích bê tông phần bể trụ: =0.0875 x 37 x 2 = 6.475 m3

+ Diện tích phần trụ :At = 0.198-0.0014=0.197 m2 , các trụ cách nhau 2 m, tổng số lượng là 20 trụ

+ Thể tích trụ thép phần trụ : =0.197 x0.15 x 20 x 2 = 1.182 m3

Phần lan can tay vịn có dài 37 m

+ Diện tích phần lan can tay vịn As = 0.00063 + 0.00053x2 = 0.00169 m2 , liên tục

ở 2 bên cầu

+ Thể tích thép lan can tay vịn = 0.00169 x 37 x2 = 0.125 m3

+ Vậy, khối lượng toàn bộ lan can là: Gp = (0.125+1.182) x 7.85= 10.26 T

1.2.2.2 Gờ chắn bánh xe

1200 1250

-Thể tích bê tông trong bt : 5.46 - 0.139=5.321 m3

-Trọng lượng bê tông trong tấm bt : 5.321 ×2.4=12.77T

-Tổng trọng lượng tấm bt : 0.139 x 7.85 + 12.77 = 13.86 T

1.2.3 Khối lượng các lớp mặt cầu

- Trọng lượng dải đều của lớp phủ:

+ Lớp BTN dày 7cm có khối lượng trên 1m dài là :

 DC1 (dầm chủ, hệ liên kết ngang, bản mặt cầu) trên 1m dầm chủ

- Do tính chất đối xứng nên mố trái và mố phải có cấu tạo giống nhau

- Cấu tạo mố như hình vẽ dưới đây:

1400 500

STT Tên cấu kiện

Dài Rộng Cao

sl

Thể tích

H lượng

T lượng

T lượng

T lượng

T lượng

Bảng 1.4: Tổng hợp khối lượng kết cấu mố trụ

1.5 tính toán số lượng cọc trong mố và trụ cầu

1.5.1 Tính toán áp lực tác dụng lên mố và trụ cầu

1.5.1.1 Tải trọng tác dụng lên mố cầu

Ở đây hai mố ở hai đầu cầu có chiều cao và tải trọng tác động như nhau, nên ta chỉ tính cho một mố còn mố kia tương tự

Hình 1.9 Đường ảnh hưởng xe tải trọng bản thân tại mố

Rkcn – tĩnh tải ở kết cấu nhịp phần trên tác dụng lên mố

+ Diện tích đường ảnh hưởng

DC - trọng lượng bản thân của kết cấu nhịp bao gồm

DC=74.63 kN/m

DW – tĩnh tải bản thân của các lớp phủ mặt cầu

DW = 12.38 kN/m

Suy ra: Rkcn = 0.95(1.25x 74.63 + 1.5x12.38)x 18.1 = 1923.4 kN

1.5.1.1.2 Hoạt tải tác dụng lên mố

Lần lượt chất tải lên nhịp 37 m theo sơ đồ bên dưới, ta tính được hoạt tải tác dụng lên

mố cầu

Pht – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố

Ta có chiều dài tính toán của nhịp: Ltt = Lnhip – 2a = 37 – 2x0.4 = 36.2 m

- Hoạt tải do xe tải 3 trục, 3 trục thiết kế với tải trọng làn và đoàn người:

+Yi Tung độ đường ảnh hưởng tại Pi

+ Diện tích đường ảnh hưởng

+ PL tải trọng người đi: PL= 3,0 KN/m2

S.sánh hai loại hoạt tải ta có: R3TCĐ1>R2TCĐ1Hoạt tải 0.65HL-93 xe 3 trục bất lợi hơn

1.5.1.2 Tải trọng tác dụng lên trụ cầu

Tổng áp lực tác dụng lên trụ bao gồm :RTrụ

ap = RTT+RHT

1.5.1.2.1 Tĩnh tải tác dụng lên trụ

Tỉnh tải tác dụng lên trụ bao gồm RTT = Rbt + Rkcn

Trong đó : Rbt - trọng lượng bản thân của trụ Rbt = 1.25.GTrụ

.-Hoạt tải do xe tải 3 trục thiết kế với tải trọng làn và đoàn người :

Trường hợp hoạt tải là 2 xe tải thiết kế:

Giá trị RT do 90% của hai xe tải thiết kế tác dụng tại trụ :

1.5.2.1 Tính toán sức chịu tải tính toán của cọc

1.5.2.1.1 Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu

fy: Giới hạn chảy của cốt thép chủ (MPa); fy = 420MPa

Thay vào ta được:

Pvl = 0.85*[0.85*30*103*(1.1304 – 0.01) + 420*103*0.01] = 20368 (kN)

- Sức kháng theo vật liệu tính toán:

Pvltt = *Pvl = 0.75*20368 = 15276 (kN)

1.5.2.1.2 Sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đất nền

- Sức kháng của cọc khoan nhồi trong đất rời: (tham khảo bảng 10.8.3.4.2-1)

+ Sức kháng thân cọc được xác định như sau:

Q s qsi  q qsi  A qsi

Sức kháng thành bên đơn vị danh định (MPa) cho cọc khoan nhồi trong đất rời điều kiện tải trọng không thoát nước có thể được ước tính bằng cách sử dụng số nhát búa SPT, với N ≤ 53 ta có: qs = 0.0028×Nx103

với 53<N≤100 ta có : qs=0.00021x(N-53) x103+0.15 x103

N: Số búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa/300mm)

Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc qs= 0.70 x  v

+ qs :Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc lấy qs= 0.63

Bệ đặt cách mặt đất 2m ta có kết quả tính như sau: giả thuyết cọc dài 22 m

Bảng 1.6: sức kháng thân cọc

(m) li(m)

N (búa/300mm)

Qs (kN/m2)

Asi (m2)

Qs (kN)

với : N ≤ 60 thì: qp = 0.064×Nx103

60 ≤ N thì qp = 3.8 x103

N: Số búa SPT chưa hiệu chỉnh (búa/300mm)

Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc qs= 0.70 x  v

+ qp :Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc lấy qp= 0.41

Fs=1,5 : hệ số an toàn đối với ma sát xung quanh cọc

Fm=2,5 :hệ số an toàn đối với sức chống mũi

1.6 Thống kê khối lượng

Bảng 1.9: Thống kê khối lượng toàn cầu

STT Tên cấu kiện

Thể tích Trọng

lượng thép (kN)

Trọng lượng

Chọn sơ dồ dàn Warren có thanh đứng chiều cao không đổi

10

15

1

mLtt

Chiều dài khoang dàn: chọn d = 10.5 m

Góc nghiêng giữa với thanh ngang: α = 47,6º nằm trong khoảng (40º÷60º)

Sơ đồ dàn như hình 1.1:

47,60°

15 2,41

Hình 2.1 Sơ đồ dàn chủ

Khoảng cách giữa các tim dàn chủ: Đối với cầu xe chạy dưới, bố trí hai dàn chủ với khoảng cách lớn hơn khổ đường xe chạy từ (1÷1,5) m

Chọn khoảng cách giữa hai dàn chủ là B=8,8 m (tính từ tim hai dàn chủ),với khoảng chiều rộng đá vỉa mỗi bên là 0,2 m

Bảng 2.1 :Sơ đồ kết cấu nhịp

Dầm ngang còn phải chọn sao cho đủ độ cao để bố trí vai kê dầm dọc

Vì vậy chiều cao của dầm ngang ddn ≥ hdd + (300 ÷ 400)mm, với chiều cao dầm dọc

dự kiến hdd = 760mm →chiều cao dầm ngang ddn ≥400mm

Chọn chiều cao dầm ngang: ddn =1160m.với dầm hàn D=0,95d = 1050mm

Giới hạn về kích thước dầm dọc theo quy định của AASHTO LRFD 2010 như sau:

Ta có diện tích tiết diện: A=26510 mm2

Từ các điều kiện trên chọn kích thước dầm ngang như sau:

Kích thước dầm ngang được tổng hợp trong bảng 1.2

2.3.4 Liên kết dọc trên và dọc dưới của hai dàn chủ

Hình 2.4 Hệ dầm mặt cầu, hệ liên kết dọc trên và dưới

2.3.5 Chọn sơ bộ tiết diện của các thanh dàn chủ

Để chọn tiết diện của các thanh trong dàn, ta dựa vào giá trị nội lực của các thanh dàn có nội lực nén lớn nhất, các kích thước cơ bản của thanh này sẻ quyết định bề rộng

b của tất cả các thanh và cố gắng giữ không đổi để các thanh liên kết vào nút được thuận lợi Chiều cao h của các thanh biên cũng nên giữ cố định để cho việc cấu tạo dàn được đơn giản

Chiều cao và chiều rộng của thanh chịu nén lớn nhất được xác định theo công thức (kinh nghiệm):

h = Ltt - Ltt2/400=105 – 1052/400 =77 (cm)

b = h – 0,2Ltt = 77 – 0,2x105= 56 (cm)

Trị số h chọn có thể sai số 10(cm) → Chọn h = 60cm, b = 60cm

Chọn tiết diện các thanh kiểu chử H ở biên dàn

Chọn các thanh xiên và thanh đứng có cùng bề rộng với thanh biên để dể liên kết giữa các thanh với nhau, chọn các thanh biên có cùng bề rộng b không đổi để dể liên kết 2.3.6 Mố cầu

- Do tính chất đối xứng nên mố trái và mố phải có cấu tạo giống nhau

- Cấu tạo mố như hình vẽ dưới đây:

2.4 Nội lực trong dàn chủ do hoạt tải

2.4.1 Tính toán hệ số phân phối ngang cho dàn chủ

Mặt cắt ngang và đường ảnh hưởng tại tim dàn chủ được thể hiện trong hình 1.4, xem

khoảng cách giữa hai gối là khoảng cách giữa hai tim dàn chủ

8800

ỐNG THOÁT NƯỚC MẶT CẦU D60

LỚP PHÒNG NƯỚC D = 4 mm BÊ TÔNG NHỰA D = 70 mm BMC D = 200 mm 200

1360 700

Giá trị tung độ đường ảnh hưởng tại gối khi xếp hoạt tải thiết kế và người đi thể hiện

Bảng 2.4: Tung độ Đah tại gối khi xét hoạt tải tải thiết kế và đoàn người

2.4.2 Tính toán mô men do hoạt tải gây ra

Tính LL1/4L do xe tải thiết kế và xe hai trục gây ra:

Hình 2.9 Đường ảnh hưởng mô men do hoạt tải gây ra trên dàn chủ

Bảng 2.6: Mô men do hoạt tải xe ba trục và người gây ra tại các tiết diện dàn chủ M/C (m) L (m) xki L- x(m) ki yi (m) P(kN) 1=P2 (kN) P3 (kN.m) Pixyi ∑Pixyi ω m2 MPL+LL

(kN.m) L/2

PLPL

L

i

â.a.h M 105000

Bảng 2.7:Mô men do hoạt tải xe hai trục và người gây ra tại các tiết diện dàn chủ M/C (m) L (m) xki L- x(m) ki yi (m) P

L/4 26.25 78.75 19.69 1407.84 2794.23 1033.73 34216.34

27.45 77.55 19.39 1386.39 L/8 13.13 91.87 11.49 821.54 1632.35 603.23 19971.41

14.33 90.67 11.34 810.81

2.4.3 Tính toán sơ bộ trọng lượng dàn chủ

Trọng lượng phân bố dàn chủ DCg được xác định theo phương pháp Streletski:

Trọng lượng thép của hệ liên kết: 0,1DCg

Trọng lượng thép của toàn bộ dàn chủ; 1,1DC g

Kết quả được tính ở bảng sau:

Hệ số đặc trưng tải trọng đối với dàn đơn giản

Hệ số phân phối ngang của đoàn người gPL 1.36

Mô men lớn nhất gây ra tai vị trí ¼ nhịp M1/4

2.5.1 Tải trọng tác dụng lên mố cầu

Ở đây hai mố ở hai đầu cầu có chiều cao và tải trọng tác động như nhau, nên ta chỉ tính cho một mố còn mố kia tương tự

Hình 2.10 Đường ảnh hưởng xe tải trọng bản thân tại mố

Rkcn – tĩnh tải ở kết cấu nhịp phần trên tác dụng lên mố

2.5.4 Hoạt tải tác dụng lên mố

Lần lượt chất tải lên nhịp 105 m theo sơ đồ bên dưới, ta tính được hoạt tải tác dụng lên mố cầu

Pht – áp lực do hoạt tải ở phần trên tác dụng lên mố

Ta có chiều dài tính toán của nhịp: Ltt = 105 m

- Hoạt tải do xe tải 2, 3 trục thiết kế với tải trọng làn và đoàn người :

Sơ đồ tính:

R2TCĐ1 = [γLL mn{ (1+IM) xΣPi yi +PL }+ γPL  2TPL]

R2TCĐ1 =0.95[1.751x2{ 1.25 x0.65x(110x1+110x0.967)+9.3x52.5}+ 1.75

2x1.25x3x52.5]= 2862.6 (KN)

S.sánh hai loại hoạt tải ta có: R3TCĐ1>R2TCĐ1Hoạt tải 0.65HL-93 xe 3 trục bất lợi hơn

 Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên mố cầu :

2.5.6 Thống kê khối lượng

Bảng 2.9: Thống kê khối lượng toàn cầu

STT Tên cấu kiện

Thể tích Trọng

lượng thép (kN)

Trọng lượng

CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN NỘI LỰC CỦA DẦM CHỦ 2.1 Số liệu đầu vào

- Khoảng cách giữa các dầm chủ: S = 2100 mm

- Số lượng dầm chủ: n = 5 dầm

- Kiểu dầm chủ: Dầm thép chữ I

2.1.1 Các yếu tố mặt cắt ngang và đặc tính cơ học của vật liệu

- Đối với cầu dầm thép liên hợp thì các yều tố của mặt cắt ngang cầu có liên quan,

có quan hệ mật thiết đến nhau: số lượng dầm, khoảng cách dầm là những yếu tố có liên quan mật thiết với nhau, theo kinh nghiệm thì cho thấy rằng việc bố trí khoảng cách dầm lớn, số lượng dầm chủ ít thì kinh tế hơn so với việc ta bố trí nhiều dầm chủ

- Cường độ chịu kéo: fu= 450 Mpa

- Trọng lượng riêng: γS = 78.5 kN/m3

Bản mặt cầu BTCT có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày : fc' = 30 MPa

Mođuyn đàn hồi : Ec = 0,043.1,5c fc' = 0.043.2500 301,5 = 29440(MPa)

2.1.2 Chọn tổ hợp tải trọng tác dụng

2.1.2.1 TTGH cường độ:

TTGH cường độ là tổ hợp tải trọng xét khi trên cầu có xe và không có gió

U = {1,25DC + 1,5DW + 1,75(LL+IM+PL)}

DC: tĩnh tải các bộ phận của kết cấu và liên kết

DW: trọng lượng của các lớp mặt cầu và thiết bị trên cầu

LL: hoạt tải xe cộ

IM: lực xung kích của xe cộ

PL : tải trọng đoàn người

2.1.2.2 Trạng thái giới hạn về mặt sử dụng

U = 1,0(DC + DW) + 1,3(LL+IM+PL)

2.1.2.3 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy:

U = 0,75(LL+IM)

2.2 Tính toán

2.2.1 Các đặc trưng của tiết diện dầm thép

2.2.1.1 Xét dầm liên hợp với bản bêtông cốt thép có các giai đoạn:

+Trọng lượng của dầm và bản bêtông khi chưa đông cứng là do dầm thép chịu +Tải trọng tĩnh chất thêm là do dầm liên hợp dài hạn chịu

+Hoạt tải và lực xung kích là do tiết diện liên hợp ngắn hạn chịu

2.2.1.2 Xác định chiều rộng có hiệu của bản mặt cầu:

2.2.1.2.1 Đối với dầm trong:

Chiều rộng có hiệu bản cánh là trị số nhỏ nhất của:

- Một phần tư chiều dài nhịp trung bình

- 12 lần chiều dày trung bình của bản cộng với trị số lớn hơn của chiều dày vách hoặc một nửa chiều rộng biên trên của dầm

- Khoảng cách trung bình của hai dầm kề nhau

) 2 / 300

; 16 max(

200 12

) ( 05 9 2 36 25 0

min

m

be

Vậy chiều rộng có hiệu của bản cánh dầm trong be = 2.1 m

2.2.1.2.2.Đối với dầm ngoài:

Chiều rộng có hiệu bản cánh bằng một nửa chiều rộng có hiệu của dầm trong kề bên cộng nhỏ nhất của S:

- Một phần tám chiều dài nhịp có hiệu

- 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với trị số lớn hơn của một nửa chiều dày vách hoặc một phần tư chiều rộng biên trên của dầm

) 4 / 300

; 2 / 16 max(

200 6

) ( 525 4 2 36 125 0 min 1

2.2.2 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm thép

Hình 2.1: Đặt trưng hình học của tiết diện2.2.2.1 Tiết diện dầm thép

Bảng 2.1: Đặt trưng hình học của tiết diện chưa liên hợp

2.2.2.2 Tiết diện dầm liên hợp dài hạn 3n=24

Bảng 2.2: Đặt trưng hình học của tiết diện liên hợp dài hạn

2.2.2.3 Tiết diện dầm liên hợp ngắn hạn n=8

Bảng 2.3: Đặt trưng hình học của tiết diện ngắn hạn

Việc tính toán một cách chính xác sơ đồ tính không gian của cầu dầm thép liên hợp với bản bêtông là hết khó khăn và phức tạp, do đó để đơn giản người ta dùng cách