đồ án kĩ thuật cầu bê tông cốt thép

Tính n i l c c a b n mút th a trong KC l p ghép: Nguyên lý tính toán: N il c c xác nh trên 1m chi u r ng b n L c t p trung c a bánh xe P2 P2 c quy v t i tr ng phân b có giá tr là: P0 H P2 45 P0 a b1 b1 lb b1 b2 H 45 a1 a2 2H a a1 a a1 lb lb2 g1+g2+Po a: Chi u r ng làm vi c c a b n, xác nh theo Trimosenco

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

1.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẢN MẶT CẦU

- Nguyên lý tính toán: dùng phương pháp dải gần đúng, hoặc nội suy từ các tài liệu khác

- Bề rộng dải tương đương theo bảng 4.6.2.1.3-1:

+ Đối với mômen dương: b= 660+0,55S

+ Đối với mômen âm: b= 1220+0,25S

=> Bản làm việc theo 1 phương mặc dù bản được kê trên 4 cạnh

- Do dải cơ bản nằm ngang và nhịp là S=2700 < 4600 nên ta thiết kế theo các bánh xe của trục

Bản mặt cầu được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm Trong đó phần

bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ liên tục, do đó sau khi tính toán dầm đơn giản

xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu

Bản mặt cầu làm việc theo phương cạnh ngắn nên cắt 1 dải bản rộng 1m như hình vẽ để

tính toán

1.4 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN CONGXON 1.4.1 Xác định nội lực do tĩnh tải

Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo bảng 3.5.1.1 của 22TCN275-05

Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rãi đều do TTBT của bản mặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng

Chọn bề dày bản mặt cầu là 215 mm đã bao gồm 15 mm lớp hao mòn Khi tính sức kháng, lớp phủ bề mặt không được tính toán, bề dày mặt cắt tính toán sức kháng là 200mm

Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1m dài bản mặt cầu

+ Bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đều cho TTBT bản mặt cầu:

DCmc = 0,2.24 = 4,8 kN/m + Thiết kế lớp phủ dày 170 mm, tĩnh tải rải đề do TTBT lớp phủ:

DW = 0,17.22,5 = 3,825 kN/m + Tải trọng lan can cho phần hẫng, tập trung quy đổi của lan can không đặt ở mép bản mặt cầu nhưng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép

DClc = 1,74 kN/m + Trọng lượng bê tông gờ chắn bánh: DCgcb = 0,25.0,25.24 = 1,5 (KN/m) Công thức xác định nội lực tính toán:

kN/m 8,08 - 28 , 1 74 , 1 1 2

1 , 1 1 , 1 925 , 2 1 2

28 , 1 28 , 1 8 , 4 1 95 ,

Cú 2 nhịp giữa cần phải xột đến đú là nhịp giữa cú đặt bú vỉa và nhịp khụng cú bú vỉa:

1.5.1 xột nhịp giữa thứ biờn (cú đặt bú vỉa)

a tĩnh tải:

DWDC

RBTĩnh tải tác dụng lên nhịp giữa

Pbv

275

Giỏ trị mụmen dương tại giữa nhịp:

+ Trạng thỏi giới hạn cường độ:

Gồm cú 2 hoạt tải: tải trọng người, tải trọng xe tải thiết kế đặt như hỡnh vẽ

+ Tải trọng người: lực tập trung cú giỏ trị như sau:

PL = 1x3=3 kN/m

(b = 1500 mm bề rộng lề bộ hành)

+ Tải trọng xe tải thiết kế: đặt một bỏnh xe tải thiết kế:

Tải trọng đông tác dụng lên bản biên

b1 = 510 + 2 D¯W = 510 + 2 ì 130 = 770

1 1b' =b =770 mm

Giỏ trị tải rải đều trờn 1 m chiều rộng bản LL: =

1

PLL2.b E

Diện làm việc của bản:

* Khi tớnh mụmen õm tại gối:

Giá trị mômen tại giữa nhịp do tĩnh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính liên tục của bản

mặt cầu (với dải bản 1000 mm) được tính như sau:

- Trạng thái giới hạn cường độ:

1.6 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA

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

a 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

Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như bản dầm biên

* Sơ đồ tính như sau:

- Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

Ở đây ta xét trường hợp chỉ có một bánh xe của một xe

Ta đặt bánh xe ngay tại giữa nhịp để tích toán

Giá trị mômen tại giữa nhịp do tĩnh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính liên tục của bản

mặt cầu (với dải bản 1000 mm) được tính như sau:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

Vị trí Trạng thái cường độ Trạng thái giới hạn sử dụng

1.7 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 ở trên:

1.7.1 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:

- Mômen âm : -53,42

- Chiều rộng tiết diện tính toán: 1000 mm

- Chiều cao tiết diện tính toán: 200 mm

- Xác định β 1 : do 28 (MPa) f '< c =50 (MPa) 56 (MPa)< nên:

1.7.2 Thiết kế cho phần bản chịu mômen dương

Quá trình tính toán tương tự như trên, ta có kết quả và chọn thép: Ф16a250

1.8 KIỂM TRA NỨT CHO BẢN MẶT CẦU

Ta sẽ kiểm tra nứt cho bản mặt cầu bằng trạng thía giới hạn sử dụng

+ Mômen dương:

s

+ Mômen âm:

s

M − = − 19119885.37 N.mm

1.8.1 Kiểm tra nứt với mômen âm:

- Khoảng cách từ cốt thép chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất:

f 115.83 MPa 168 MPas = <

Vậy thõa mãn điều kiện vết vứt

1.8.2 Kiểm tra nứt với mômen dương

Làm tương tự như với mômen âm ta được:

×

7 s

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẦM CHỦ

I: Số liệu thiết kế:

- Chiều dài toàn dầm: L = 33 m

- Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a=0,3m

- Chiều dài nhịp tính toán: L =tt 33m

- Số làn xe thiết kế: n=2

- Dạng kết cấu nhịp: cầu dầm

- Dạng mặt cắt: chữ I

- Vật liệu kết cấu: BTCT dự ứng lực

- Công nghệ chế tạo: căng sau

- Loại cốt thép dự ứng lực: Tao thép tao 7 sợi xoắn đường kính 12,7 mm

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn: f pu = 1860MPa ( theo ASTM A461M)

- Thép thường: G60 f u = 620MPa; f y = 420MPa

- Số lượng dầm chủ: Nb= 5

- Khoảng cách giữa hai dầm chủ: S= 2,7 m

- Đặc điểm mặt cắt ngang cầu có phần lề bộ hành rộng 1,5m

- Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu, mặt cắt thay đổi TD, Ltt/4; 3Ltt/8; Ltt/2: 5 mặt cắt

- Số lượng dầm ngang: Nn= (Nb-1).5 = 20

- Phần cánh hẫng: Sk= 1,35 m

- Chiều dày trung bình của bản: ts = 20cm

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272 – 05

7.5 6

Diện tích mặt cắt A(cm2)

Toạ độ trọng tâm mặt cắt

YCO(cm)

Mômen tĩnh đối với trục x

Sox(cm3)

Mômen quán tính đối với trục

X Jx (cm4)

Mômen quán tính đối với trục trung hoà

Io(cm4) Mặt cắt

tại gối 6490.43 81.1 526374 63989643 21292643 Mặt cắt

tại giữa nhịp

II.1.2:Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men:

Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men trong các dầm giữa:

Phạm vi áp dụng: Mặt cắt loại (a) trong bảng 4.6.2.2.2.1 (22TCN 272-05) -Khoảng cách giữa trọng tâm dầm không liên hợp và trọng tâm bản mặt cầu:

Mô đun đàn hồi của dầm: E c dam = 0 , 043 y c1 , 5 f c' = 31975Mpa

- Vật liệu bê tông:

+ Tỉ trọng bê tông: γc = 2400 T/m3

+ Cường độ nén ở 28 ngày tuổi: f’c = 28 Mpa

+ Cường độ nén khi uốn: f’cu = 40 Mpa

+ Cường độ nén lúc đặt tải: f’ci = 36 Mpa

+ Cường độ chịu kéo của bê tông: f’r = 0,36 f'c fr 3.334 =

+ Mô đuyn đàn hồi của bê tông: Ec 0.043γc := ⋅ 1.5⋅ f'cu Ec 3.198 10 = × 4 MPa

MPa

Mô đun đàn hồi của bản mặt cầu: 1 , 5 '

043 ,

gK0,3LS0,44300

S0.06

0,1329400.200

87697.100,3

2940023000,4

4300

23000.06

gK0,2LS0,62900

S0.075

0,1329400.200

87697.10

0,223000,6

2900

23000.075

II.1.3:Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt:

Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm giữa:

- Với 1 làn chịu tải thiết kế:

649,07600

270036

,07600

210700

27003600

23002

,0

0,2107003600

Chọn giá trị cực đại làm hệ số phân bố lực cắt thiết kế của các dầm giữa:

gvg=max(gvg1,gvg2)=0,769

II.1.4:Hệ số điều chỉnh tải trọng:

Hệ số điều chỉnh Chỉ dẫn TTGH cường độ TTGH sử dụng

Quan trọng ηl (A1.3.6) 1,05

II.2: Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trưng:

II.2.1 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ:

Như đã tính trong mục 2.1.9.1 tính được tổng cộng tỉnh tải tác dụng lên các dầm chủ:

+ Giai đoạn chưa liên hợp:

DCdc =18,074 (kN/m )

+ Giai đoạn khai thác: mặt cắt liên hợp

DCg=DCdc+DCbmg+DCdn+DClcg+DCvk = 18,074+11+2,354+0+3(kN/m )

a, Mô men do tĩnh tải tác dụng lên dầm giữa:

*Giai đoạn chưa quy đổi:

*Giai đoạn khai thác:

b, Lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm giữa:

*Giai đoạn chưa liên hợp:

II.2.4:Tính nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm:

II.2.4.1:Mô men do xe tải thiết kế tác dụng lên dầm:

Công thức tính: MHLg= gmg.(145.y1M + 145.y2M +35.y3M) Mặt

cắt bố tải trọng Hệ số phân

Tung độ đường ảnh hưởng Mô men đã

nhân hệ số phân bố

Y1M Y2M Y3M

X1 0.643 2.287 1.922 1.55 427.309 X2 0.643 5.512 4.436 3.361 1003.141 X3 0.643 6.891 2.778 1.929 944.901 X4 0.643 5.2 7.35 5.2 1287.125

II.2.4.2: Mô men do xe hai trục tác dụng lên dầm:

Công thức tính: MTandemg= gmg.(110.y1M + 110.y2M )

Mặt cắt

Hệ số phân bố tải trọng

Tung độ đường ảnh hưởng Mô men đã

nhân hệ số phân bố

Y1M Y2M

X1 0.643 2.287 2.185 316.305 X2 0.643 5.512 5.212 758.509 X3 0.643 6.891 3.391 727.246 X4 0.643 7.35 6.75 997.293

II.2.4.3:Mô men do tải trọng làn tác dụng lên:

Công thức tính: MLang= gmglan.qlan.ωM

Mặt cắt Hệ số phân bố tải

trọng

Tải trọng làn(kN/m)

Diện tích đường ảnh hưởng w

Mômen đã nhân hệ số phân bố kNm

Mxetk=max(MHLg, MTandemg)

MLLg=(1+IM).Mxetk+ MLang

II.2.4.5: Lực cắt do xe tải thiết kế tác dụng lên dầm:

Công thức tính: VHLg= gVg.(145.y1V + 145.y2V +35.y3V)

II.2.4.7: Lực cắt do tải trọng làn tác dụng lên dầm:

Công thức tính: VLang= gVglan.qlan.ωV

Mặt cắt

Hệ số phân bố tải trọng (gVg)

Tải trọng làn

qlan (kN)

Diện tích đah phần dương (+w)

Vxetk=max(VHLg, VTandemg)

VLLg=(1+IM).Vxetk+ VLang

Mặt cắt IM

II.2.5: Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt đặc trưng:

II.2.5.1: Tổ hợp nội lực theo các TTGH tại các mặt cắt dầm:

3,Theo TTGH cường độ III (CD3):

*Mô men: MuCD3g= 1,0.(1,35.MLLg +1,25.MCDg + 1,5.MDWg)

II.3.1: Chọn sơ bộ số lượng cáp dự ứng lực:

*Đặc trưng vật liệu :Như đã trình bày ở mục 2.9.3a chọn số bó thép là : N =7 bó và bố trí như

II.3.2: Bố trí cốt thép DƯL trong dầm:

Ta bố trí cáp DƯL trong tiết diện ngang và chính diện dầm như sau:

Chọn đường cong trục bó cáp dạng đường cong gãy khúc có vuốt tròn

+ Xác định vị trí tim ống cáp tại tiết diện giữa nhịp và tại đầu neo theo chiều đứng (điểm C)

+ Chọn vị trí điểm gãy của đường trục đó là điểm B Xác định được l

+ Nối hai điểm BC, suy ra vị trí điểm A cũng tức là biết h

+ Quyết định bán kính vuốt cong R (hoặc đoạn t) rồi suy ra t (hoặc R) theo các công thức sau:

l

h arctg l

bó

a(m)

Vị trí mặt cắt x(m)

Điểm uốn (m)

Toạ độ trọng tâm các bó cáp DƯL tại các tiết diện tính từ đáy dầm:

+ Tại mặt cắt x=0.3m(tại gối):

aP =(0,145.2+0,40.2+0,679.1+1,02.1+1,37.1)/7=0,584(m) + Tại mặt cắt x=2.8m(mặt cắt thay đổi tiết diện):

aP =(0,11.2+0,313.2+0,494.1+0,759.1+1,128.1)/7=0,461(m) + Tại mặt cắt x=7,650m:

aP =(0,11.2+0,22.2+0,15.1+0,26.1+0,66.1)/7=0,247(m) + Tại mặt cắt x=11,325m:

aP =(0,11.2+0,22.2+0,11.1+0,22.1+0,33.1)/7=0,189(m) + Tại mặt cắt x=15,0m:

aP =(0,11.2+0,22.2+0,11.1+0,22.1+0,33.1)/7=0,189(m)

II.4: Tính đặc trưng hình học tiết diện theo các giai đoạn làm việc:

Đối với dầm chế tạo theo công nghệ căng sau, đặc trưng hình học dầm làm việc theo ba giai đoạn

như sau:

II.4.1: Đặc trưng hình học tiết diện trong giai đoạn 1:

Trong thời gian kéo căng cốt thép, mặt cắt dầm chịu lực là mặt cắt giảm yếu bởi các lỗ chứa các

Diện tích mặt cắt bị giảm yếu:

A1=A-∑Acap

Tổng diện tích ống cáp(Chọn loại ống cáp có do=6,5cm)

∑Acap =nc.(0,5do)2.Π=7.(0,5.6,5)2.3,14=232,28 cm2Đường kính của ống cáp quy đổi

Mô men quán tính tính đổi có xét đến giảm yếu:

I10=Io – (πDO4)/64- ∑Acap.(yd-aP)2

(Ở đây ta bỏ qua cốt thép thường ở thớ chịu kéo và chịu nén)

Mặt cắt A1(cm2) ap(cm) S1x(cm3) y1d(cm) y1t(cm) I10(cm4) Gối 11561.16 58.4 960808.861 83.1067 76.893 26220953.91 x=2.8 6258.15 46.1 515665.765 82.399 77.601 20979873.96 x=L/4 6258.15 24.7 520636.557 83.193 76.807 20494963.66 x=3L/8 6258.15 18.9 521983.781 83.409 76.591 20326026.71 x=L/2 6258.15 18.9 521983.781 83.409 76.591 20326026.71

+ Độ lệch tâm bó cáp so với trục trung hoà 0-0:

Mặt cắt Gối Thay đổi tiết diện L/4 3L/8 L/2

y1d(cm) 83.107 82.399 83.193 83.409 83.409

e1

(cm) 24.707 36.299 58.493 64.509 64.509

II.4.2: Đặc trưng hình học tiết diện trong giai đoạn 2:

Trong thời gian vận chuyển và lắp ráp, mặt cắt chưa liên hợp chịu lực với mặt cắt tính đổi có kể

Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n=Ethep/Ec

Mô đun dàn hồi của thép: Ethép=197000MPa

Mô đun đàn hồi của bê tông dầm:

Ed=0,043.γc1.5.√fc, =31975MPa Suy ra: n=197000/31975=6,161

+ Mô men tĩnh của tiết diện đối với đáy dầm:

I20=I10 + A1.(y1d-y2d)2 + (n-1).APS.(y2d-aP)2

+ Độ lệch tâm bó cáp so với trục trung hoà 2-2:

Mặt cắt Gối Thay đổi tiết diện L/4 3L/8 L/2

Y2d(cm) 82.373 80.455 80.061 79.955 79.955

e2(cm) 23.973 34.355 55.361 61.055 61.055

II.4.3: Đặc trưng hình học tiết diện trong giai đoạn 3:

Khi có tải trọng sữ dụng tác động lên kết cấu vì lúc đó đã hình thành mặt cắt dầm liên hợp với bản phía trên có kích thước bfbxhf,với hf là chiều dày trung bình của bản.hf=21cm

-Bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm giữa là giá trị nhỏ nhất trong 3 giá trị sau:

+ Sk=1,23m

=>bfb=2,33m Chuyển đổi bêtông bản sang bêtông dầm:n’=Eban/Edầm=0,935

Bề rộng bản quy đổi cho dầm biên là:bban=n’.bfb=2,33.0,935=2,179m

Khoảng cách từ trọng tâm của bản đến thớ dưới của dầm là:

ybm=H+hf/2=1,705m Diện tích phần bản mặt cầu:

Abm= hf.bfb=0,489m2Mômen quán tính của bản đối với trục trung hoà của bản là :

Ibm= hf3.bfb/12=179818cm4 Diện tích mặt cắt liên hợp nguyên không kể đến cốt thép:

Alhn=Abm+A1 Diện tích mặt cắt tính đổi có cốt thép DƯL:

Alh=Abm+ A2.

Khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện đến đáy dầm:

Ydn=Slhn/Alhn Trong đó: Slhn=A1.y1d+Abm.ybm

PSR ES

P PA PF

α:tổng giá trị tuyệt đối thay đổi góc của đường cáp ứng suất trước từ đầu kích gần nhất đến điểm đang xét

BÓ 1

Mặt cắt L/2 3L/8 L/4 Thay đổi TD Gối Khoảng cách tính từ

điểm đặt kích(cm) 1500 1132.5 765 280 30 x(cm) 1505.2 1137.7 768.6 281.2 30.14

kx+µα 0.021 0.0185 0.0051 0.0019 0.0002 1-e^(-(kx+µα ) 0.0208 0.0184 0.0051 0.0019 0.0002

TD

Gối

Khoảng cách tính từ điểm

đặt kích(cm) 1500 1132.5 765 280 30 x(cm) 150.47 113.72 76.91 28.15 30.2

kx+µα 0.013 0.0127 0.0125 0.0002 0.0002 1-e^(-(kx+µα ) 0.0129 0.0126 0.0124 0.0002 0.0002

TD

Gối

II.5.2: Do thiết bị neo:

Mất mát do thiết bị neo tính theo công thức sau:

∆f.pA

∆ E ⋅ LMấu neo biến dạng: ∆=0,6 cm

∆f.pA

∆ E.p ⋅

L 100 ⋅ :=

E.p E.ci

⋅ ⋅ f.cgpTrong đó:

N: số lượng các bó cáp dự ứng lực giống nhau

EP: mô đun đàn hồi của thép DƯL , EP=197000 (MPa)

Eci: mô đun đàn hồi của bê tông lúc truyền lực (MPa),

Eci=4800√40=30357,87Mpa

=>EP/Eci=6,490

fcgp: tổng ứng suất bê tông ở trọng tâm các bó thép dự ứng lực do lựcƯST sau khi kích và tự trọng của cấu kiện ở các mặt cắt mô men max (MPa) Đối với kết cấu kéo sau với các bó cáp được dính bám lấy tại mặt cắt giữa nhịp

e I

M I

e F A

APS: tổng diện tích của các bó cáp ứng suất trước:APS=68,60cm2

A: diện tích mặt cắt ngang dầm A=Alhn

MTTBT: mô men do trọng lượng bản thân dầm

Kết quả lực nén bê tông:

II.5.4: Do co ngót:

Mất mát do co ngót bê tông trong cấu kiện kéo sau được xác định theo công thức:

∆fpSR=93 – 0,85.H (TCN 5.9.5.4.2-2) Trong đó: H là độ ẩm tương đối của môi trường, lấy trung bình hằng năm(%) Ở đây ta lấy

H=85%

Vậy: ∆fpSR=93 – 0,85.85=21(MPa)

II.5.5: Do từ biến của bê tông:

Mất mát dự ứng suất do từ biến có thể lấy bằng:

∆fpCR=12,0.fcgp – 0,7.∆fcdp≥0 (TCN 5.9.5.4.3-1) Trong đó:

fcgp: ứng suất bê tông tại trọng tâm thép dự ứng lực lúc truyền lực (MPa)

∆fcdp: thay đổi ứng suất bê tông tại trọng tâm thép dự ứng lực do tải trọng thường xuyên, trừ tải

trọng tác động vào lúc thực hiện dự ứng lực Gía trị ∆fcdp cần được tính ở cùng mặt cắt hoặc các

mặt cắt được tính fcgp (MPa)

Như vậy ∆fcdp là thay đổi ứng suất do tĩnh tải giai đoạn hai gây ra:

lh

DW DC

cdp

I

e M M

II.5.6: Do tự chùng của cáp DƯL:

II.5.6.1: Tại lúc truyền lực:

Sử dụng các tao thép có độ chùng thấp nên mất mát do dão lúc truyền lực được tính theo công thức:

pj py

pj

f

f t

40

) 24 log(

t: thời gian từ lức tạo ứng suất trước đến lúc truyền lực, t=5ngày

fpj: ứng suất ban đầu trong bó thép vào cuối lúc kéo (MPa)

fpj=0,75fpu - ∆fpES - ∆fpF - ∆fpA

fpy: cường độ chảy quy định của thép dự ứng lực (MPa)