đồ án cầu bê tông I căng sau-TCVN 11823- (thuyết minh + cad +excel)

Đồ án môn học của em gồm bốn chương: Chương 1: Số liệu thiết kế Chương 2: Thiết kế lan can Chương 3: Thiết kế bản mặt cầu Chương 4: Thiết kế dầm ngang Cùng đồ án mẫu các anh/chị khoá trư

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đờisống của người dân ngày càng nâng cao Nhu cầu đi lại và sử dụng các côngtrình giao thông trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các nghành côngnghiệp, nông nghiệp, kinh tế và dịch vụ là tăng không ngừng Đây là cơ hộinhưng cũng là thách thức cho ngành cầu đường với việc phát triển các hệ thống,tuyến giao thông phục vụ cho việc kích thích cũng như phát triển kinh tế

Sau thời gian học tập xong 2 môn học “Bê tông cốt thép” và “ Cầu BêTông” tại trường, cũng như hoàn thành được 2 đồ án “Bê Tông Cốt Thép” và

“Nền móng” được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy Mai Lựu (giảngviên trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM), em đã kết thúc môn học “Cầu Bê Tông” và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định Được sự đồng ý củathầy, em được giao đồ án môn học:

“Thiết kế cầu bê tông cốt thép – Tiết diện chữ I căng sau”.

Đồ án môn học của em gồm bốn chương:

Chương 1: Số liệu thiết kế

Chương 2: Thiết kế lan can

Chương 3: Thiết kế bản mặt cầu

Chương 4: Thiết kế dầm ngang

Cùng đồ án mẫu các anh/chị khoá trước

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chuđáo của thầy giáo TS.Mai Lựu, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Do thời

gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏinhững sai sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũngnhư là của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa Em xin chânthành cảm ơn thầy TS.Mai Lựu đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua.

TP.HCM, ngày tháng năm

2019

Sinh viên thực hiện

Vũ Công Thắng

CHƯƠNG I: SỐ LIỆU THIẾT KẾ I.1 Số liệu đề bài:

Thiết kế dầm chủ: chữ I- căng sau

Lan can, cốt thép thường tự chọn

I.2 Lựa chọn số liệu thiết kế:

- Chiều dày bản mặt cầu: h = 180(mm).

- Chiều dài đoạn công xôn: Lc = 500(mm)

C Dầm ngang :

- Số dầm ngang: 7 dầm.

- Khoảng cách tim các dầm ngang: L1 = 5000(mm)

- Chiều cao dầm ngang: h = 1100 (mm).

- Bề rộng dầm ngang: b = 200 (mm).

D Lan can : khoảng cách giữa 2 cột lan can 2000(mm)

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LAN CAN II.1 Số liệu tính toán:

- Loại lan can: lan can đường ô tô loại tường, cột và thanh kết hợp

- Các tham số của lan can: chọn cấp lan can TL-4

Các tham số thiết kế Trị số quy định

H chiều cao nhỏ nhất của lan can 810 (mm)

Bảng 2.1 Các tham số thiết kế lan can đường ô tô cấp TL-4

Lực Fv và FL không gây nguy hiểm cho lan can ở các cầu thông thường nên chỉ xét tải trọng Ft.

- Khoảng cách giữa các cột lan can: L = 2000(mm)

- Thép thanh và cột lan can sử dụng loại M270 có y = 250(MPa)

- Thép cho tường lan can: AII (CB300-V) có y = 300 (MPa)

- Bê tông tường lan can cấp 30

- Tỷ trọng bê tông cốt thép: s = 78.5 x 10-6 (N/mm3)

II.2 Thiết kế lan can đường ô tô:

II.2.1.1 Sức kháng của tường với trục thẳng đứng: M w H

Chọn lớp bê tông bảo vệ cốt thép dày 50(mm)

Thép dọc chọn:  = 14 (mm)

Thép đại chọn:  = 14(mm) với bước thép a = 150(mm)

Chọn kích thước và bố trí thép cho tường lan can như hình vẽ

Chia tường thành 3 đoạn để tính toán

 = 10.34878 (mm)

’c = 30 (MPa)  1 = 0.84  c = =

10.34878 0.84 = 12.31997(mm)

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(-1) = 0.65 + 0.15(12.

200

31997 -1) = 2.935 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán

Do độ nghiêng bên phải lớn hơn nên sức kháng momen âm và dương sẽ tính

riêng rồi lấy trung bình

Phần dương ( căng thớ trái):

53 85

.938 30

30 3

0 50

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(-1) = 0.65 + 0.15(

325 6.159-1) = 8.41 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán

Cốt thép chịu kéo gồm 1 thanh đường kính 12mm.

53 85

.938 30

30 3

0 50

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(-1) = 0.65 + 0.15(

200 6.159-1) = 5.37 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán

Mn2 = Asy(ds - ) = 0.9 x 153.938 x 300 (200 –

5.174

2 ) =8205121.92(Nmm).Sức kháng trung bình của đoạn (II):

Bỏ qua thanh thép gần trục trung hòa

 Sức kháng uốn âm và dương là như nhau

53 85

.938 30

30 1

0 00

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(-1) = 0.65 + 0.15(

450 22.82-1) = 5.87 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán

II.2.2 Sức kháng của tường với trục nằm ngang: M c

Xét lực va từ bên phải mặt nghiêng

Cốt thép chịu lực là thanh thép đứng đường kính 14mm (As = 153.9mm2) bố trí cách nhau 100mm

Diện tích thép chịu kéo trên một đơn vị chiều dài:

As = = 1.539 (mm2/mm)Tất cả các đoạn tường được tính trên bề rộng b = 1mm

.5 85

39 3 0 0

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(-1) = 0.65 + 0.15(

214 21.55-1) = 1.988 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán



  = 18.11 (mm)

’c = 30 (MPa)  1 = 0.84  c = =

18.11 0.84 = 21.55 (mm)

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(-1) = 0.65 + 0.15(

339 21.55-1) = 2.858 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán

Chiều cao vùng nén:

a = =

1.539 300 0.85 30 1



  = 18.11 (mm)

’c = 30 (MPa)  1 = 0.84  c = =

18.11 0.84 = 21.55 (mm)

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(-1) = 0.65 + 0.15(

464 21.55-1) = 3.728 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán

Mc3 = Asy( ds - ) = 0.9 x 1.539 x 300 ( 464 -

18.11

2 ) =189089.9(Nmm/mm).Trị số trung bình sức kháng của tường đối với trục nằm ngang:

II.2.3 Xác định khả năng chịu lực của thanh và cột lan can:

Khả năng chịu lực của thanh lan can:

Chọn thanh lan can bằng thép tiết diện hình tròn rỗng với đường kính ngoài D =114mm độ dày 3mm

Khả năng chịu lực của thanh lan can:

Momen quán tính của tiết diện :

I =

3

4 172 12

+ 2¿ = 9131669.333(mm4)

 Momen kháng uốn của tiết diện

S = =

9131669.333 180

M C = + √( 1070

2 +8 ×800 × 45325115

Sức kháng của tường:

Va tại vị trí cột lan can:

Với LC = 2173.7(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 và cột lan can:

R’w = =

657022.93 800 1 20753.79 110

00

0 8

= 628468(N)Sức kháng của tường lan can kết hợp cột và thanh:

R = R’w + R’ = 628468 + 38652.93 = 667139.4(N)Chiều cao đặt hợp lực R:

 Lan can đảm bảo điều kiện va xe ở cột lan can

Va xe tại vị trí giữa nhịp thanh lan can:

Với LC = 2173.7mm nên chỉ có N =3 nhịp tham gia chịu lực

Số cột tham gia chịu lực K = 2

Sức kháng kết hợp của thanh và cột lan can:

R’ = =

6364655 (3 1)(3 1) 20753.79 200 16

Chiết giảm khả năng chịu lực của tường lan can:

R = R’w + R’ = 599950+ 39697= 639647.6(N)Chiều cao đặt hợp lực R:

 Lan can đảm bảo điều kiện va xe ở giữa nhịp thanh lan can

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

Chiều dài xuất hiện tường chảy:

R’w = =

393106.9 800 1 20753.79 110

00

0 8

= 364570(N)

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

R = R’w + R’ = 364570+32677 = 397247(N)Chiều cao đặt hợp lực R:

 Lan can đảm bảo điều kiện va xe ở đầu tường

II.2.5 Xác định khả năng chống trượt của lan can khỏi bản mặt cầu:

Giả định lực Ft phát triển theo góc nghiêng 30° bắt đầu từ LC Lực cắt do va chạm xe ở chân tường lan can VCT trở thành lực kéo T trên một đơn vị chiều dài bản hẫng

T = VCT = =

= 169.5(N/mm)(X- khoảng cách từ mép lan can đến mặt ngàm; X = 0)Sức kháng cắt danh định của mặt phẳng tiếp xúc giữa lan can và bản mặt

 Vậy lan can đảm bảo khả năng chống trượt.

III.1 Số liệu tính toán:

III.1.1 Các tham số cơ bản của bản mặt cầu:

- Chiều dày bản mặt cầu: h = 180(mm).

- Chiều dày lớp bê tông asphalt: 70(mm).

- Chiều dày lớp dính bám: 5(mm).

- Chiều dày lớp chống thấm: 2(mm).

- Bản hẫng: Lc = 500(mm)

III.1.2 Các tham số đặc trưng của vật liệu bản mặt cầu:

- Bê tông bản mặt cầu cấp 30: ’c = 30(MPa)

- Thép bản mặt cầu: AII (CB300-V): y = 300(MPa)

- Tỷ trọng bê tông cốt thép: c = 2510-6 (N/mm3)

- Tỷ trọng bê tông asphalt:  = 22.510-6 (N/mm3).

Ta tính toán cho dải bản rộng: b = 1(mm)

Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

Hình 3.1 Trọng lượng bản thân lan can truyền xuống bản mặt cầu.

Để đơn giản và an toàn, ta xem như trọng lượng bản thân lan can truyền xuống bản hẫng tại vị trí mút đầu thừa

- Trọng lượng tường bê tông:

P n

=

1325.84 18 34500

(5) (6)

0.093(N) 4.5×10 -3 (N) 1.73×10 -3 (N)

100 25

425

125

425 550

Hình 3.2 Sơ đồ tính bản mặt cầu trường hợp bản hẫng.

(1)Lan can, (2) Bánh xe, (3) Lớp phủ, (4) Bản mặt cầu,

Trạng thái giới hạn cường độ I không nguy hiểm vì bản hẫng ngắn

Do đó tính toán cốt thép chỉ sử dụng trạng giới hạn đặc biệt II.

Tiết diện tính toán bh = 1180 (mm).

- Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng tới trọng tâm cốt thép

chịu kéo: a’ = 30(mm)

- Cân bằng momen tại trọng tâm cốt thép chịu kéo:

- Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(d s

c−1¿) = 0.65 + 0.15(48.23150 −1) = 0.966 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán

- Kiểm tra điều kiện:

Thép CB300-V: y = 300MPa; u = 450MPa

 3 = = 0.67(Sc: momen chống uốn tính cho thớ chịu kéo ngoài cùng)

 As > As(min)  thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu

- Chọn 25a120 ( trọng tâm cốt thép chịu kéo cách mép ngoài thớ chịu

kéo của bê tông: 30mm)

As = 1.57 + 2.455 = 4.025 (mm2/mm)

- Kiểm tra điều kiện:

< 0.6  = 0.32 < 0.6 (thỏa).(ds = dt)

 Hàm lượng cốt thép thiết kế phù hợp

Kiểm tra nứt cho bản hẫng:

Ta kiểm tra nứt cho bản hẫng ở trạng thái giới hạn sử dụng I.

Ms = = -4678.3 (Nmm/mm)

- As = 4.09 (mm2/mm)

- Điều kiện kiểm tra:

S  – 2dc( e: hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường, e =

1)

( dc: khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo đến mép ngoài cùng

chịu kéo của bê tông, dc = dt = 30mm)

s = 1 + = 1 + = 1.29

- Modun đàn hồi của bê tông:

Ec = 0.0017K1wc2(’c)0.33

K1: hệ số điều chỉnh nguồn cốt liệu; K1 = 1,0

wc: khối lượng riêng của bê tông; wc = 2320(Kg/m3)

Tổ hợp tải trọng và tính toán nội lực:

Nội lực do tĩnh tải:

DW

1750

Hình 3.4 Sơ đồ tính nội lực do tĩnh tải gây ra cho bản dầm.

- Momen do tĩnh tải gây ra tại giữa nhịp:

1750

510 670

Hình 3.5 Sơ đồ tính nội lực do hoạt tải gây ra khi xếp 1 làn xe.

- Momen do hoạt tải gây ra khi xếp 1 làn xe:

P/2 1200

Hình 3.6 Sơ đồ tính nội lực do hoạt tải gây ra khi xếp 1 làn xe.

Do b’1 > S nên momen do hoạt tải gây ra theo công thức bên dưới:

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

- Xét tính liên tục của bản mặt cầu:

- Tiết diện tính toán: bh = 1180 (mm).

- Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng

tâm cốt thép chịu kéo: a’ = 30 (mm)

- Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(d s

c−1)= 0.65 + 0.15(

150 12.62-1) = 2.28 > 0.9

- Chọn  = 0.9 để tính toán và phù hợp với giá trị ban đầu.

- Kiểm tra điều kiện:

=

12.62

150 = 0.084 < 0.6

- Tiết diện khống chế kéo:

As = =

0.85 30 10.6 1 300

= 0.901 (mm2/mm)

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Mcr = 13Scr(1: hệ số biến động momen nứt do uốn; 1 = 1.6)(3: tỉ số cường độ chảy dẻo với cường độ kéo cực hạn thép)

Thép CB300-V: y = 300MPa; u = 450MPa

 3 = = 0.67(Sc: momen chống uốn tính cho thớ chịu kéo ngoài cùng)

35211.64

10.6 0.9 300 150

 As > As(min)  thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu

 Chọn 14a150 để bố trí cho bản chịu momen âm (trọng tâm cốt thép cáchmép trên bản mặt cầu a = 30mm) As = 1.026mm2/mm

- Kiểm tra điều kiện:

- Tiết diện tính toán: bh = 1180 (mm).

- Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng

tâm cốt thép chịu kéo: a’ = 30 (mm)

c = =

7.58 0.84 = 9.02 (mm)

- Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(d s

c−1)= 0.65 + 0.15(

150 9.02-1) = 2.99 > 0.9

- Chọn  = 0.9 để tính toán và phù hợp với giá trị ban đầu.

- Kiểm tra điều kiện:

= 0.644 (mm2/mm)

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Mcr = 13Scr(1: hệ số biến động momen nứt do uốn; 1 = 1.6)(3: tỉ số cường độ chảy dẻo với cường độ kéo cực hạn thép)

Thép CB300-V: y = 300MPa; u = 450MPa

 3 = = 0.67(Sc: momen chống uốn tính cho thớ chịu kéo ngoài cùng)

s,min

min(1.2M ;1.33M ) A

7.58 0.9 300 150

 As > As(min)  thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu

 Chọn 12a160 để bố trí cho bản chịu momen dương (trọng tâm cốt thép cách mép dưới bản mặt cầu a = 30mm)

Kiểm tra nứt cho bản dầm chịu momen âm:

Msg = 19588 (Nmm/mm)

As =1.03 (mm2/mm)

- Điều kiện kiểm tra:

s  – 2dc( e: hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường, e =

1)

( dc: khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo đến mép ngoài cùng

chịu kéo của bê tông, dc = dt = 30mm)

s = 1 + = 1 + = 1.29

- Modun đàn hồi của bê tông:

Ec = 0.0017K1wc2(’c)0.33

K1: hệ số điều chỉnh nguồn cốt liệu; K1 = 1,0

wc: khối lượng riêng của bê tông; wc = 2320(Kg/m3)



 - 230 = 624(mm)

s = 150mm < smax  đảm bảo điều kiện chịu nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng

Kiểm tra nứt cho bản dầm chịu momen dương:

Ms1/2 = 14146 (Nmm/mm).

As = 0.71 (mm2/mm)

- Điều kiện kiểm tra:

s  – 2dc( e: hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường, e =

1)

( dc: khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo đến mép ngoài cùng

chịu kéo của bê tông, dc = dt = 30mm)

s = 1 + = 1 + = 1.29

- Modun đàn hồi của bê tông:

Ec = 0.0017K1wc2(’c)0.33

K1: hệ số điều chỉnh nguồn cốt liệu; K1 = 1,0

wc: khối lượng riêng của bê tông; wc = 2320(Kg/m3)

Cốt thép phân bố theo phương dọc cầu đặt trong bản mặt cầu dùng để phân bố tải trọng bánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực phương ngang cầu Diện tích

yêu cầu tính theo phần trăm cốt thép chịu lực Đối với cốt thép chính đặt vuông góc với hướng xe chạy

- Tính toán cốt thép phân bố theo phương dọc cầu cho cốt thép chính

chịu momen âm:

Aspb- = 67%As = 67%  1.03 = 0.688 (mm2/mm)

o Chọn 14a200, Aspb- = 0.769 (mm2/mm)

- Tính toán cốt thép phân bố theo phương dọc cầu cho cốt thép chính

chịu momen dương:

Aspb+ = 67%As = 67%  0.707 = 0.474 (mm2/mm)

o Chọn 14a200, Aspb+ = 0.769 (mm2/mm)

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ DẦM NGANG IV.1 Số liệu tính toán:

IV.1.1 Các tham số cơ bản của dầm ngang:

- Khoảng cách giữa 2 dầm ngang: L1 = 5000 (mm)

- Chiều dài dầm ngang: L2 = 11800 (mm)

IV.1.2 Các tham số đặc trưng của vật liệu dầm ngang:

- Bê tông dầm ngang cấp 30: ’c = 30 (MPa)

- Thép cho dầm ngang:

+ AI(CB300-T) : y = 300 (MPa)

+ AII(CB500-V) : y = 500 (MPa)

- Tỷ trọng bê tông cốt thép: c = 2510-6 (N/mm3)

Dầm ngang được tính như dầm liên tục gác lên các gối là dầm chính

IV.2 Xác định nội lực trong dầm ngang:

Vì kết cấu nhịp gồm dầm chính nối với nhau bằng dầm ngang và không có dầm dọc phụ nên đường ảnh hưởng áp lực lên dầm ngang được vẽ như sơ đồ sau:

Hình 4.1 Sơ đồ xác định áp lực trên phương dọc cầu.

Tính toán áp lực của tải trọng trên phương dọc truyền về dầm ngang:

- Áp lực của hoạt tải:

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

Diện tích đường ảnh hưởng:

 = 2594 (mm) ( đo trong Acad)

 Tính toán phân bố tải trọng theo phương phép nén lệch tâm.

Tiến hành vẽ đường ảnh hưởng của phản lực gối R1,R2,R3

 



 Lực cắt lớn nhất tại gối 3 phải.

 Momen âm lớn nhất tại 5

 Momen dương lớn nhất tại gối 5

Hình 4.2 Sơ đồ xếp tải và tính momen lớn nhất tại gối 5.

- Hoạt tải xe HL-93: xe tải Tandem

 Trường hợp gây momen âm lớn nhất:

M

u-xe = LL(1+IM)mP’0yi

= 1.751.33184095(-859+41.2+42.2-857.5)

= -319668053(N/mm)

Ms (-)

Mu (+)

Ms (+)

1351821

3

DC3

7519536

-4

5414066

-2

60156291

7519536

-4

54140662

6015629

-1

Xe

3196680

-53

18266745

4350719

-6

24861255

-43

24526098

-50

24526098

IV.3 Tính toán cốt thép cho dầm ngang:

Tính toán cốt thép cho dầm ngang chịu momen âm:

Mumax = -428519850 (Nmm)

Tiết diện tính toán bh = 2001100 (mm)

Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm cốt thép chịu kéo là a’ = 70 (mm)

Hệ số sức kháng:

 = 0.65 + 0.15(d s

c−1) = 0.65 + 0.15(113.121030 −1) = 1.86 > 0.9Chọn  = 0.9 để tính toán và phù hợp với giá trị ban đầu

Kiểm tra điều kiện:

=

113.12

1030 = 0.109 < 0.6 (thỏa)Tiết diện khống chế kéo:

Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu: Mcr = 13Scr

 1: hệ số biến động momen nứt do uốn (1 = 1.6)

 3: tỉ số giữa độ chảy dẻo và cường độ chịu kéo cực hạn của thép