đồ án cầu bê tông Dầm i căng sau( TK Tiêu chuẩn 11823-( gôm fie thuyết minh + excel + cad)

HR là chiều cao của lan can tính từ bản mặt cầuS: moment kháng uốn của tiết diện đối với trục X-X I: Moment quán tính của tiết diện... Xác định khả năng chịu lực của tường lan can: • Sứ

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 4

1.1.1 Phương dọc cầu 4

1.1.2 Phương ngang cầu 4

1.1.3 Tải trọng thiết kế 4

1.1.4 Vật liệu 4

CHƯƠNG 2 LAN CAN 6

2.1 LAN CAN: 6

2.1.1 Thanh lan can: 6

2.1.2 Cột lan can: 8

2.1.3 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can: 11

2.1.4 Tổ hợp va xe 16

CHƯƠNG 3 BẢN MẶT CẦU 21

3.1 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN: 21

3.1.1 Sơ đồ tính toán bản mặt cầu 21

3.2 TÍNH CHO BẢN CONGXOL (BẢN HẪNG): 22

3.2.1 Tải trọng tác dụng lên bản: 22

3.2.2 Tĩnh tải: 22

3.2.3 Tổ hợp tải trọng và tính toán trong bản hẫng: 24

3.2.4 Tính thép cho bản hẫng 26

3.2.5 Kiểm tra nứt cho bản hẩng 28

3.3 TÍNH CHO BAN DẦM 29

3.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản dầm: 29

3.3.2 Tổ hợp tải trọng và tính toán nội lực trong bản dầm 29

3.3.3 Tính cốt thép cho bản dầm chịu momen âm: 33

3.3.4 Tính cốt thép cho bản dầm chịu momen dương: 34

3.3.5 Kiểm tra nứt cho bản dầm: 36

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DẦM NGANG: 39

4.1 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN: 39

4.2 PHƯƠNG DOC CẦU: 40

4.3 PHƯƠNG NGANG CẦU: 42

4.4 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DỌC 48

4.4.1 Tính toán và bố trí cốt thép chịu momen âm 48

4.4.2 Tính toán và bố trí cốt thép chịu momen dương 50

4.5 KIỂM TRA NỨT TIẾT DIỆN 51

4.5.1 Kiểm tra với momen âm 51

4.5.2 Kiểm tra với momen dương 52

4.6 TÍNH CỐT ĐAI CHO DẦM NGANG: 53

CHƯƠNG 5 DẦM CHÍNH 56

5.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÊ SƠ BỘ DẦM CHỦ 56

5.1.1 Số liệu tính toán 56

5.1.2 Kích thước sơ bộ dầm chủ 56

5.1.3 Xác định đặc trưng hình học của dầm chính: ( giả sử Aps = 0) 58

5.2 NỘI LỰC DO TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ: 60

5.2.1 Xác định trọng lượng bản thân dầm chủ: 60

5.2.2 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm biên 60

5.2.3 Hoạt tải 63

5.2.4 Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trưng 63

5.2.5 Xét cho 4 mặt cắt: Dầm biên 63

5.2.6 Xét cho 4 mặt cắt: Dầm giữa 68

5.3 NỘI LỰC DO HOẠT TẢI 70

5.3.1 Xác định hệ số phân bố ngang 74

5.3.2 Tổ hợp nội lực do hoạt tải 76

5.4 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CÁP DỰ ỨNG LỰC 81

5.4.1 Chọn cáp DƯL: 81

5.4.2 Chọn sơ bộ số tao cáp: 81

5.4.3 Bố trí cáp 82

5.5 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT : 85

5.6 MÂT MAT ỨNG SUẤT 90

5.6.1 Mất mát da ma sát f pF .90

5.6.2 Mất mát do ép sít neo f pA : 92

5.6.3 Mất mát do nén đàn hồi fpES : 92

5.6.4 Mất mát ứng suất do thời gian 93

5.6.5 Mất mát ứng suất do co ngót xãy ra ở giai đoạn 1 f pSR 96

5.6.6 Mất mát ứng suất do từ biến xảy ra trong giai đoạn 1 f pCR 96

5.6.7 Mất mát ứng suất do chùng nhão cáp xảy ra trong giai đoạn 1 f pR1 96

5.6.8 Mất mát ứng suất do co ngót xãy ra ở giai đoạn 2 f pSD 96

5.6.9 Mất mát ứng suất do chùng nhão giai đoạn 2 f pR2 97

5.6.10 Mất mát ứng suất do từ biến xảy ra trong giai đoạn 2 f pCD 97

5.6.11 Ứng suất gia tăng trong cáp dự ứng lực do co ngót của bản mặt cầu pSS f  .98

5.6.12 Mất mát ứng suất tổng cộng 99

5.7 KIỂM TOÁN DẦM THEO TTGH SỬ DỤNG : 99

5.7.1 Trong giai đoạn truyền lực căng : 99

5.7.2 Kiểm tra dầm ở TTGHSD: 100

5.7.3 Kiểm tra dầm ở TTGHCD 102

5.7.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa 104

5.7.5 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu 104

5.8 THIẾT KẾ CỐT ĐAI CHO DẦM CHÍNH 106

5.8.1 Số liệu thiết kế cốt đai: 106

5.8.2 Thiết kế cốt đai cho mặt cắt I-I: 106

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Quy trình thiết kế: TCVN 11823:2017

1.1.1 Phương dọc cầu

- Dạng kết cấu nhịp: hệ dầm giản đơn dầm chủ tiết diện chữ I DƯL căng sau

- Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 29.5m

- Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a = 0,5m

- Chiều dài toàn dầm: L = Ltt + 2a = 29.5+2x0.3= 30.1m

1.1.2 Phương ngang cầu

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

+ Cường độ chảy: fpy = 0,9fpu= 1674 Mpa

+ Ứng suất khi kích: fpj = 0,75fpu = 1395 MPa

CHƯƠNG 2 LAN CAN

2.1 LAN CAN:

2.1.1 Thanh lan can:

- Chọn lan can ống thép có đường kính ngoài D = 100 mm và đường kính trong

d = 92 mm

- Khoảng cách 2 cột lan can là L= 2000 mm

- Khối lượng riêng của thép lan can: γs = 7.85x10-5 (N/mm3)

Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can

- Theo phương thẳng đứng (y):

+ Tĩnh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can

-5 DC

- Theo phương ngang (x):

 D  0.95: hệ số dẻo

 R 0.95: hệ số dư thừa

   0.95 1.05 0.95 0.95   

+  DC 1.25: hệ số tải trọng cho tĩnh tải

+  LL 1.75: hệ số tải trọng cho hoạt tải

+ Mu: là mômen lớn nhất do tĩnh và hoạt tải

+ Mn: sức kháng của tiết diện

Hình 2.3: Mặt cắt tại vị trí nối tường lan can

Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chịu lực lực xô ngang vào cột

và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân

* Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can:

- Kích thước cột lan can:

h = 900 mm

- Chọn ống thép liên kết giữa hai thanh lan can vào trụ có tiết diện như sau:

+ Đường kính ngoài: D1 = 100 mm+ Đường kính trong: d1 = 92 mm Chọn =0.9 để tính toán

- Sức kháng của cột lan can:

Pp =

P R

M H

Trong đó chiều cao cột lan can : HR = 1100 mm

MP =  S f y

là moment kháng uốn tại mặt cắt ngàm vào tường lan can

HR là chiều cao của lan can tính từ bản mặt cầuS: moment kháng uốn của tiết diện đối với trục X-X

I: Moment quán tính của tiết diện

10342656 147752.2

I S h

mm30.9 147752.2 330 43882403.4

Nmm43882403.4

39893.11100

P p R

M P

H 

N

d) Bố trí bulông cho cột lan can:

- Chọn bulong có đường kính D= 20 mm loại A307 để liên kết trụ lan can vớitường

Hình 2.6 Sơ đồ tính sức chịu tải của bulong

 Kiểm tra khả năng kháng cắt của bu lông

+ Sức kháng cắt của một bu long: Rn10.38A F Nb ub s TCN/372

N : Số mặt phẳng cắt cho bu long:

Ns=1

 Rn10.38A F Nb ub s 0.38 314.16 420 1 50139.9 N    + Sức kháng ép mặt của bu long : Rn2 = 2,4dtFu

Trong đó:

d = 20 mm : đường kính danh định của bu lông

t = 8 mm : bề dày nhỏ nhất của tấm thép chịu cắt

Fu = 400Mpa : Cường độ chịu kéo đứt của tấm thép

 Rn2 = 2.4 x 20 x 8x 400 = 153600 NVậy sức kháng cắt của bu long là:

Rn =min(Rn1 ; Rn2) =min( 50139.9N ; 192000N ) = 50139.9 NLực cắt tác dụng lên một bu long:

Pu = Vu /4 = 5419.75/4 = 1354.9 N < 50139.9N = Rn (Thỏa)

Kết luận: 4 bulong 20 bố trí như hình vẽ thỏa khả năng chịu lực

2.1.3 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can:

• Sức kháng của tường đối với trục thẳng đứng M w H

Chia tường làm 3 đoạn để tính toán

Hình : Kích thước và bố trí cốt thép cho tường lan can

Cố thép bên trái và bên phải giống nhau nên sức kháng uốn dương và âm của đoạn

1 bằng nhau:

Bề rộng tính toán b=450 mm

Cốt thép gồm 2 thanh, đường kính 12mm cho mỗi phía, As=226.08 mm2

Chiều cao làm việc ds = dt = 250-25-14/2 - 12/2= 212 mm

Chiều cao vùng nén:

s t

d  d     mm

Chiều cao vùng nén:

Cốt thép chịu kéo gồm 1 thanh bên phải, đường kính 12mm, As=113.1mm2

Chiều cao làm việc ds=dt=250 -25 -13 =212 mm

Chiều cao vùng nén:

          

4.88( ) 0.9 113.1 330 212

Cốt thép chịu kéo 1 thanh đường kính 12mm cho mỗi phía As=113.1mm2

Chiều cao làm việc ds=dt=500-25-13=462mm

Chiều cao vùng nén:

• Sức kháng của tường đối với trục nằm ngang M c

Xét lực va từ bên phải mặc nghiêng, cốt thép chịu kéo là thanh thép đứng có đườngkính 14mm,As=153.9mm2 và bố trí khoảng cách 100mm Khi đó diện tích thép chịukéo trên 1 đơn vị chiều dài As=153.9/100=1.1539mm2/mm Tất cả các đoạn sẽ đượctính với chiều rộng là b=1mm

a

c   

17.7

s d c

Với Lc=2188.47 mm nên chỉ có N=2 nhịp tham gia chịu lực

Số cột tham gia chịu lực K=1

Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:

2 '

2 '

t e

Lan can đảm bảo điều kiện va xe

• Vị trí va tại giữa nhịp và thanh lan can

Với Lc=2188.47 mm nên chỉ có N=3 nhịp tham gia chịu lực

Số cột tham gia chịu lực K=2

Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:

• Va xe ở vị trí đầu tường( cột ngoài cùng):

Với Lc=1304.54mm nên chỉ có N=1 nhịp tham gia chịu lực

Số cột tham gia chịu lực K=1

Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:

P R

R H KP H

R

H R

• Xác định khả năng chống trượt của lan can

- Giả định RW phát triển theo các góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ Lc Lực cắt tạichân tường do va chạm xe cộ VCT trở thành lực kéo T trên một đơn vị chiều dàibản hẫng :

t CT

2.5 10 200 250 2.1

B)

5 N / mm2

CHƯƠNG 3 BẢN MẶT CẦU

3.1 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:

3.1.1 Sơ đồ tính toán bản mặt cầu

- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là 1800 mm

- Khoảng cách giữa 2 dầm ngang là 5900 mm

- Xem như bản làm việc theo 1 phương, trên thực tế bản được kê 4 cạnh (do

5900

3.28 1.5

1800   )

- Phương pháp tính: Bản mặt cầu sẽ được tính toán sơ bộ theo 2 sơ đồ: bản

congxol và bản loại dầm Trong đó bản loại dầm được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục, nhưng tính toán như dầm giản đơn.Do đó khi tính toán dầm giản đơn xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu

• Cấu tạo lớp áo đường:

- Chiều dày bản mặt cầu: hf=200 mm

Lớp bê tông Asphalt dày 60 mm

Lớp phòng nước 10 mm

Bê tông BMC dày 200 mm

Hình 3.1.Cấu tạo bản mặt cầu 3.2 TÍNH CHO BẢN CONGXOL (BẢN HẪNG):

3.2.1 Tải trọng tác dụng lên bản:

 Tĩnh tải:

Tải trọng bản thân: DC’

2Tải trọng do lan can: DC3

Tải trọng lớp phủ: DW

 Hoạt tải:

Do hoạt thiết kế: 1HL93

3.2.2 Tĩnh tải:

Hình 3.3 Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu phần hẫng

Xét tĩnh tải tác dụng lên dãi bản rộng 1mm theo phương dọc cầu :

 Trọng lượng lan can:

- Trọng lượng lan can phần bê tông:

1

250 350 1 2.5 10 1.12

Cột lan can=Tấm thépT1+ Tấm thépT2 +Tấm thépT3+ Ống liên kết

Hình 3.1: Chi tiết cột lan can

* Thể tích tấm thép T1:

3 1

20 (130 160 4 ) 8 156352

Để đơn giản tính toán ta chỉ tính lực va ở trạng thái giới hạn đặc biệt cho thiết kế 1

mà không xét trường hợp thiết kế 2 Xét mặt cắt truyền lực tại vị trí ngàm bản congxon

2 106293.9 2280

228

30 30

O

ta

R T

3.2.3 Tổ hợp tải trọng và tính toán trong bản hẫng:

3.2.4 Tính thép cho bản hẫng

Sơ đồ tính cốt thép cho bản hẫng

Mr = -111011.4Nmm/mm

Tiết diện tính toán bxh=1x200mm

Chọn khoảng cách từ mép cốt thép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâmcốt thép chịu kéo a’=50mm

Lấy momen tại tâm cốt thép chịu kéo:

c

M h

a



Thỏa điều kiện cốt thép tối thiểu

Chọn 18a200 bố trí xen kẽ với 22a200 As=1.2717+1.8997=3.1714mm mm2 /

3.2.5 Kiểm tra nứt cho bản hẩng

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

+ Khoảng các từ trọng tâm của lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến

mép ngoài bê tông chịu kéo c   

- Khối lượng riêng của bê tông: c 2500 Kg m / 3

- Mô dun đàn hồi của bê tông:

'0.33 2 1

- Tỉ số mô dun đàn hồi :

200000

7.2 27837.7

s c

E n E

Hoạt tải : S=1800<4600 nên hoạt tải thiết kế cho bản mặt cầu chỉ xét trường hợp xe 3trục.

3.3.2 Tổ hợp tải trọng và tính toán nội lực trong bản dầm

Nội lực do tĩnh tải:

Sơ đồ nội lực do tỉnh tải gây ra tại bản dầm:

Giá trị momen tại giữa nhịp:

Hình : sơ đồ tính nội lực do hoạt tả gây ra khi xếp 1 làn xe

-Xét trường hợp đặt tải 2 làn xe:

Hình : Sơ đồ tính nội lực do hoạt tải gây ra khi xếp 2 làn xe:

b’

1=b1+1200=650+1200=1850mm

145000

78.4 / 1850

'b

P

Hình: Sơ đồ tính nội lực do hoạt tải gây ra khi ta xếp 1 làn xe

Momen do hoạt tải gây ra khi xếp 2 làn xe:

2 2

2

1

878.4 18001.05 1.75 1 0.33 1

877597919

2

1

878.4 1800

1 1 1 0.33 1

842260160

558

263

63

SW

N mm mm M

Tiết diện tính toán bxh=1x200mm

Chọn khoảng cách từ mép cốt thép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâmcốt thép chịu kéo a’=50mm

Lấy momen tại tâm cốt thép chịu kéo:

11 13.1 0.84

3.3.4 Tính cốt thép cho bản dầm chịu momen dương:

u

Tiết diện tính toán bxh=1x200mm

Chọn khoảng cách từ mép cốt thép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâmcốt thép chịu kéo a’=50mm

Lấy momen tại tâm cốt thép chịu kéo:

1/2 2

Sc momen chống uốn tính cho thớ chịu kéo ngoài cùng:

3.3.5 Kiểm tra nứt cho bản dầm:

Kiểm tra nứt cho phần bản dầm chịu momem âm:

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

19722

g s

+ Khoảng các từ trọng tâm của lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến

mép ngoài bê tông chịu kéo

'0.33 2 1

- Mô dun đàn hồi của thép : Es  200000 MPa

- Tỉ số mô dun đàn hồi :

200000

7.2 27837.7

s c

E n E

- Điều kiện kiểm tra :

123000

2

e c

+ Khoảng các từ trọng tâm của lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến

mép ngoài bê tông chịu kéo

- Khối lượng riêng của bê tông: c 2400 Kg m / 3

- Mô dun đàn hồi của bê tông:

'0.33 2 1

- Mô dun đàn hồi của thép : Es  200000 MPa

- Tỉ số mô dun đàn hồi :

200000

7.2 27837.7

s c

E n E

Vậy s = 200 mm < smin = 642 mm đảm bảo điều kiện nứt ở TTGH sử dụng

3.3.5.1 Tính toán cốt thép phân bố theo phương dọc cầu cho bản mặt cầu:

Cốt thép phân bố theo phương dọc cầu dặt trong bản mặt cầu để phân bố tảitrọng bánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phương ngang cầu Diện tích yêucầu tính theo phần trăm cốt thép chịu lực Đối với cốt thép chính đặt vuông gócvới hướng xe chạy:

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN DẦM NGANG:

- Cốt thép có gờ: giới hạn chảy fy = 330 Mpa

- Bê tông có cường độ chịu nén f'c = 30 Mpa

4.2 PHƯƠNG DOC CẦU :

Sử dụng sơ đồ tính cho dạng mạng dầm đơn giản như hình vẽ

U

4300 4300

y22=y32 y21

• Áp lực tĩnh tải truyền lên dầm ngang:

Lớp phủ bê tông nhựa DW:

• Áp lực hoạt tải lên dầm ngang:

Hoạt tải xe:

Nội suy giá trị đường ảnh hưởng cho xe 3 trục và xe 2 trục:

• Giá trị đường ảnh hường phản lực gối

Tính toán phân bố tải trọng theo phương pháp nén lệch tâm Tiến hành vẽ đườngảnh hưởng R1, R2, R3

a

   

 



4.3 PHƯƠNG NGANG CẦU :

Ta xét tại 2 mặt cắt tại gối số 3 và mặt cắt tại giữa nhịp 3-3’ để tính toán nội lực.Căn cứ giá trị đường ảnh hưởng R1, R2 và R3 từ bảng, ta tính giá trị đường ảnhhưởng được kết quả bảng sau:

Xếp tải lên đường ảnh hưởng M 3:

1800 1800

• Hoạt tải xe:

Trường hợp gây momen âm lớn nhất

' 01

1.75 1 0.33 1 87450451

( 111 111)

 

' 01

M3u (N.mm) M3S

DW 9171208.2 3974190.5 6114139.2DC2 14080777 10138159 11264622DC3 -58083950 -41820444 -46467160

1800 600

Tiết diện tính toán bxh=200x1200

4.4.1 Tính toán và bố trí cốt thép chịu momen âm

Mu = -72679716N.mm

Chọn khoảng cách từ tâm cốt thép đến mép bê tông chịu nén là abv = 50 (mm)

61

 cr u 2 s,min

4.5 KIỂM TRA NỨT TIẾT DIỆN

4.5.1 Kiểm tra với momen âm

Tiết diện kiểm toán: b h 200 1200mm  

Điều kiện:

e c

Khối lượng riêng của bê tông:  c 25000kg / m3

Modun đàn hồi của bê tông:

Momen quán tính của tiết diện nứt:

Vậy s 100mm s  min  Đảm bảo điều kiện nứt ở TTGHSD

4.5.2 Kiểm tra với momen dương

Tiết diện kiểm toán: b h 200 1200mm  

Điều kiện:

e c

Khối lượng riêng của bê tông:  c 2500kg / m3

Modun đàn hồi của bê tông:

c

Modun đàn hồi của thép: Es 200000Mpa

Tỉ số modun đàn hồi:

s c

4.6 TÍNH CỐT ĐAI CHO DẦM NGANG:

Sử dụng lực cắt tại mặt cắt bên trái gối 2 đã tính ở phía trên để thiết kế cốt daicho dầm ngang

Bố trí cốt đai 2 nhánh 8

Giá trị nội lực: Vu V3phmax 209057.3 N

-Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv:

max 0.9 0.9 1150 1035 0.72 0.72 1200 8641115.25

v

f và εx xác định θ

Tra bảng 6.3 giáo trình ta được: θ 36.4 o

Và tra được giá trị  2.23

-Xác định cường độ yêu cầu của cốt thép vách theo phương trình sau:+Khả năng chịu cắt của cốt đai:

' u

209057.3

1115.25 5255 (N)12

- Kiểm tra bước đai theo điều kiện cấu tạo:

u v

Chọn khoảng cách giữa các bước đai là 200mm

- Kiểm tra khả năng chịu kéo của cốt dọc khi có lực cắt

cot

250791.6 N200

Kiểm tra khả năng chịu kéo của thép dọc khi có lực cắt:

Phải thoả mãn phương trình: