đồ án cầu bê tông 11823 I căng trước-TCVN11823(thuyêt minh + fie autocad excel)

- Bản mặt cầu: Tính như bản dầm, bản làm việc theo phương ngang cầu.. Hình 1.5 Kích thước bố trí thép lan can Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có mômen dương và mômen âm bằng nhau Đối

CH ƯƠNG 1 NG 1 M c l c ục lục ục lục

CHƯƠNG 2 THÔNG SỐ ĐỀ BÀI 4

2.1 ĐỀ BÀI 2-C-2-A : 4

2.2 CHỌN SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ: 4

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ LAN CAN 5

3.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN: 5

3.2 THIẾT KẾ LAN CAN: 5

3.2.1 Sức kháng của tường đối với trục thẳng đứng: 5

Kết luận: 8

3.2.2 Sức kháng của cột lan can: 8

3.2.3 Sức kháng uốn của thanh lan can: 9

3.2.4 Sức kháng danh định của thanh lan can: 9

3.2.5 Tính toán liên kết bu lông: 12

3.2.6 Kiểm tra trượt của lan can ra khỏi bản mặt cầu: 13

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 16

4.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: 16

4.2 TÍNH TOÁN BẢN HẪNG: 17

4.2.1 Tĩnh tải tác dụng: 17

4.2.2 Hoạt tải tác dụng: 17

Sơ đồ tính: 18

4.2.3 Nội lực trong bảng hẫng: 18

4.3 TÍNH TOÁN BẢN DẦM GIỮA: 19

4.3.1 Tĩnh tải tách dụng: 19

4.3.2 Nội lực do tĩnh tải: 20

4.3.3 Hoạt tải tác dụng: 20

4.3.4 Nội lực do hoạt tải: 21

4.3.5 Tổng hợp nội lực: 23

4.3.6 Tính toán cốt thép cho bản dầm: 23

4.3.7 Kiểm tra nứt cho bản dầm: 27

4.4 CỐT THÉP PHÂN BỐ THEO PHƯƠNG DỌC CẦU: 30

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ DẦM NGANG 30

5.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: 30

5.2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG 31

5.2.2 Nội lực do tĩnh tải: 32

5.2.3 Nội lực do hoạt tải: 32

5.3 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO DẦM NGANG: 45

5.3.1 Cốt thép chịu mômen âm: 45

5.3.2 Cốt thép chịu mômen dương: 47

5.4 KIỂM TRA NỨT CHO DẦM NGANG: 49

5.4.1 Kiểm tra nứt với mômen âm: 49

5.4.2 Kiểm tra nứt với mômen dương: 50

5.5 THIẾT KẾ CỐT ĐAI CHO DẦM NGANG: 51

5.5.1 Mặt cắt gối: 51

5.5.2 Mặt cắt giữa nhịp: Bố trí cốt đai giống mặt cắt gối 53

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 54

6.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ TIẾT DIỆN SƠ BỘ DẦM CHÍNH: 54

6.1.1 Số liệu tính toán: 54

6.1.2 Kích thước sơ bộ dầm chủ: 54

6.2 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DẦM CHÍNH: 56

6.2.1 Tĩnh tải tác dụng: 56

6.2.2 Nội lực do tĩnh tải tại dầm biên: 58

6.2.3 Hệ số phân bố ngang cho hoạt tải: 63

6.2.4 Nội lực do hoạt tải: 66

6.2.5 Tổ hợp nội lực do tĩnh tải và hoạt tải: 72

6.3 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CÁP DỰ ỨNG LỰC: 72

6.3.1 Cáp thiết kế: 72

6.3.2 Bê tông thiết kế: 73

6.3.3 Đặc trưng hình học của tiết diện dầm theo giai đoạn (chưa có cáp): 73

6.3.4 Tính sơ bộ số lượng cáp DƯL: 75

6.3.5 Bố trí cáp: 76

6.3.6 Đặc trưng hình học của tiết diện theo giai đoạn (đã có cáp): 78

6.4 Tính toán mất mát ứng suất: 83

6.4.1 Mất mát ứng suất do nén đàn hồi: (f pES) 83

6.4.2 Mất mát ứng suất theo thời gian theo phương pháp từng phần: 84

6.4.3 Tổng mất mát ứng suất: 87

6.5 Kiểm toán: 88

6.5.1 Kiểm toán khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn truyền lực: 88

6.5.2 Kiểm toán mặt cắt tại đầu dầm: (MC I-I) 88

6.5.3 Kiểm toán dầm ở trạng thái giới hạn sử dụng: 89

6.5.4 Kiểm toán dầm ở trạng thái giới hạn cường độ: 90

6.5.5 Kiểm tra hàm lượng cốt thép max: 92

6.5.6 Kiểm tra hàm lượng cốt thép min: 92

6.6 BỐ TRÍ CỐT ĐAI CHO DẦM CHÍNH: 93

6.6.1 Thiết kế cốt đai tại mặt cắt gối (I-I): 93

6.6.2 Thiết kế cốt đai tại mặt cắt thay đổi tiết diện (II-II): 96

CHƯƠNG 2 THÔNG SỐ ĐỀ BÀI

- Cấp bê tông dầm chủ : 50 (Mpa)

- Lan can: Khoảng cách giữa 2 trụ lan can: 1700 mm

- Bản mặt cầu: Tính như bản dầm, bản làm việc theo phương ngang cầu

- Dầm ngang: Tính như dầm liên tục có gối là các dầm chính

- Lan can, tay vịn bằng thép cacbon M270 cấp 250

- Ống thoát nước bằng ống nhựa PVC 150

- Trình tự thi công: Thi công đúc dầm và căng cáp ứng suất trước trên công

trường, sau đó cẩu lắp lên cầu Lưu ý phải chừa cốt thép cho việc đổ bêtông bản mặt cầu, bó vỉa và trụ bêtông lan can

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ LAN CAN

3.1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:

3.1.1 Thanh lan can tay vịn

- Chọn thanh lan can thép ống

+ Đường kính ngoài: D = 100 mm

+ Đường kính trong: d = 90 mm

- Khoảng cách 2 cột lan can là: 2000 mm

- Khối lượng riêng của thép lan can: s 0.785 10 4 N / mm3

  

- Thép cacbon số hiệu M270 cấp 250, có fy = 250 MPa

Khả năng chịu lực của thanh lan can

4 3

- Ống liên kết giữa các thanh có tiết diện D = 100 mm,d = 90 mm

Hình 1.2 tiết diện cột lan can tại mặt cắt ngàm vào tường

Chon 0=0,9 để tính toán

p p R

MPH



Trong đó chiều cao cột lan can, HR=1010mm

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

S: momen kháng uốn của tiết diện đối với trục X-X

Momen quán tính của tiết diện

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí bulông

Đảm bảo khoảng cách mép như hình vẽ

+ Sức kéo danh định của bulông

F ub  420 MPa cường độ nhỏ nhất của bulông

Sức kháng kéo danh định của bulông

T 0.76 314.16 420 100279.87 N    

+ Sức kéo tác dụng lên bulông

M f S

T > Qu =>Vậy bulông thỏa mãn điều kiện kéo

3.2 TÍNH TOÁN LAN CAN

Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải:

Hình 1.5 Kích thước bố trí thép lan can

Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có mômen dương và mômen âm bằng nhau

Đối với tiết diện thay đổi ta quy đổi về tiết diện chử nhật tương đương có diện tích bằng

với diện tích ban đầu nhưng không làm thay đổi chiều cao của lan can

Chia tường thành 3 phần tại 3 vị trí thay đổi tiết diện như hình vẽ

Hình 1.6 Tiết diện tường lan can

- Phần 1 : Tiết diện phần 1 như hình vẽ

c d

Phần này do cốt thép phía trong chịu và cũng chia làm 3 đoạn để tính trung bình

Thép ở đây dùng thép 14 bố trí với khoảng cách a=200 mm theo phương dọc cầu, khi đó

diện tích cốt thép chịu kéo trên một đơn vị chiều dài As = 153.9/100 = 1.539

mm2/mm

Tất cả các phần sẽ tính với chiều rộng một đơn vị b=1 mm

Phương pháp tính tương tự như MwH

- Phần 1

Cốt thép chọn As= 1.539 mm2/mm

3300 mm

Số cột tham gia chịu lực là K= 1

Sức kháng kết hợp giữa thanh và cột lan can

3.3.1.2 Vị trí va tại thanh lan can Với Lc = 2256 mm có N= 3 nhịp tham gia do L = 1650 mm

Số cột tham gia chịu lực là K=2

Sức kháng của thanh và cột lan can

'

t 6

3.3.2 Va tại đầu tường( cột ngoài cùng)

Với Lc = 1323 mm nên chỉ có N= 1 nhịp tham gia do L = 1650 mm

Số cột tham gia chịu lực là K=1

Sức kháng của thanh và cột lan can

'

t 6

3.3.3 Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt

Khi va xe tại khe giãn nở vì nhiệt thì cũng giống trường hợp va xe tại đầu

tường nhưng lực Ft phân bố cho hai bên tường Do đó mỗi bên tường chỉ chịu một

nửa lực Ft nên chắc chắn chịu được va xe

3.4 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỐNG TRƯỢT CỦA LAN CAN

Giả sử RW phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ Lc Lực cắt tại chân tường do

va chạm xe cộ Vct trở thành lực kéo T trên một đơn vị chiều dài bản hẩng:

w CT

Pc trọng lượng tĩnh trên 1 đơn vị chiều di

Để an toàn ta chỉ lấy phần bêtông:

Vậy lan can đủ khả năng chống trượt

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

Sđ 1: dầm công xôn

Quy về dầm giản đơn

Sđ 2: dầm liên tục

Sđ 2: dầm liên tục

+ Môđun đàn hồi của thép: Es = 210000Mpa

+ Tỷ số môđun đàn hồi của thép và bê tông:

7.13 29440.

210,0 08

00

S C

E

+ Chiều dày bản mặt cầu: hf = 200mm

+ Lớp bê tông atphan : hDW1 = 70mm với DW1 2.25 10 N / mm 5 3

  + Lớp phòng nước : hDW2 = 5 mm với DW 2 1.5 10 N / mm 5 3

  + Số dầm chính là 9 dầm Khoảng cách giữa các dầm: S = 1750 mm

+ Chiều dài cánh hẫng Lc = 700mm

+

Hình 4.1.1.1.1: Sơ đồ tính bản mặt cầu

- Thiết kế thoát nước cho bản mặt cầu:

+ Đường kính ống thoát nước: D = 150mm

+ Diện tích ống thoát nước được tính trên cơ sở 1m2 mặt cầu tương ứng với

- Cắt 1 mm đi theo phương dọc cầu

- Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

50 282 2

b W

- Tải trọng va xe truyền từ bản lan can xuống

- Lực kéo tác dụng lên bản mặt cầu:

Do thiết kế bản hẫng bỏ qua lực cắt nên ta chỉ tổ hợp mômen âm

- Mômen lớn nhất tại ngàm do lan can gây ra

    

3

' ' 3 1 6.79 500 3395

+ Hệ số hiệu chỉnh tải trọng lấy  1.05

+ ❑DC ,❑DW ,❑¿DC, DW, LLlà các hệ số điều chỉnh tải trọng theo trạng tháigiới hạn cường độ I

1, 25

DC

 1,5

DW

 1,75

LL 1

CT 

m=1.2IM=0.33Vậy:

Hình 4.3.2.1.1: Sơ đồ tính với tĩnh tải của dầm trong

- Trạng thái giới hạn cường độ I:

     

65 0

175 0

p

b

=650m m 1

175 0

 Vì các dai bản chịu lực chính theo phương ngang cầu và có chiều dài nhịp

S 1750mm 4600mm  nên hoạt tải thiết kế cho bản mặt cầu chỉ xét cho xe 3 trục

4.3.4 Nội lực do hoạt tải:

4.3.4.1 Xét trường hợp 1 làn xe: hệ số làn xe m=1.2

Hình 4.3.4.1.1: Sơ đồ tính trong trường hợp có 1 làn xe

Trường hợp chỉ có 1 bánh xe: 1

P p 2b



S W

120 0

175 0

175 0

Hình 4.3.4.2.1: Sơ đồ tính trong trường hợp có 2 làn xe

Trường hợp có 2 bánh xe của 2 xe liền kề: 1'

P p b

+ Trong đó : Tải trọng trục tính toán: P = 145 kN

 Nội lực lớn nhất do hoạt tải:

+ Trạng thái giới hạn cường độ I:

 Xét tính liên tục của bản mặt cầu:

+ Trạng thái giới hạn cường độ I:

4.3.6.1 Thiết kế cốt thép cho bản hẫng

So sánh giá trị nội lực ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc

biệt ta có giá trị mômen ở trạng thái giới hạn đặc biệt lớn hơn rất nhiều ở trạng thái giới hạn cường độ Do đó ta dùng tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn đặc biệt để

Chọn ∅ =0.9 và phù hợp với giá trị ban đầu

Kiểm tra điều kiện:

' c s

0,85.f a.b TA

=> Thỏa mãn điều kiện cốt thép tối thiểu

Chọn Ø18a200 bố trí xen kẽ với Ø14a200 (cách lớp trên bản mặt cầu 30mm),

As=1.272+0.769=2.041 mm2/mm

Kiểm tra điều kiện c/dt=25.68/170=0.15 < 0.6 do đó lượng thép thiết kế phù

hợp.Kiểm tra vết nứt cho bản hẫng ở trạng thái giới hạn sử dụng

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

Ms = 9013 N.mm/mm

Điều kiện:

e c

Hệ số xét đến đều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh γe=1

Khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến lớp ngoài của bêtông

chịu kéo dc = 30 mm

c s

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

Wc: khối lượng riêng của bê tông (kg/m3), vì f’c=30 Mpa nên:

Wc=2320 (kg/m3)

Ec = 0.0017x1x2320 2(30)0.33=28111 (Mpa)

Tỷ số môđun đàn hồi của thép Es=21000

Tỉ số modun đàn hồi:

5 s

Chọn ∅ =0.9 và phù hợp với giá trị ban đầu

Kiểm tra điều kiện:

0,85.f a.b TA

0.476 mm 0.86 mm11.15

=>Thỏa mãn điều kiện cốt thép tối thiểu

Chọn Ø16a200 để bố trí (cách lớp trên bản mặt cầu 30mm), As=1.0048 mm2/mm

Kiểm tra điều kiện t

c 9.105

0.06 0.6

d  150   do đó lượng thép thiết kế phù hợp.

Kiểm tra vết nứt cho bản dầm tại gối ở trạng thái giới hạn sử dụng

Ta sẽ kiểm tra nứt cho phần bản dầm chịu momen âm bằng trạng thái giới hạn sử

dụng

Ms = -23500 N.mm/mm

Điều kiện:

e c

Hệ số xét đến đều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh γe=1

Khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến lớp ngoài của bêtông

chịu kéo dc = 30 mm

   

c s

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

Wc: khối lượng riêng của bê tông (kg/m3), vì f’c=30 Mpa nên:

=> Đảm bảo điều kiện nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng

2.5.2.2 Cốt thép chịu mômen dương tại giữa nhịp.

M 29500 N.mm

Chọn ∅ =0.9 và phù hợp với giá trị ban đầu

Kiểm tra điều kiện:

0,85.f a.b TA

 Thỏa điều kiện nên:

Chọn Ø16a200 để bố trí (cách lớp trên bản mặt cầu 30mm), As=1.0048 mm2/mm

Kiểm tra điều kiện t

c 9.25

0.05 0.6

d 170   do đó lượng thép thiết kế phù hợp.

Kiểm tra vết nứt cho bản dầm tại gối ở trạng thái giới hạn sử dụng

Ta sẽ kiểm tra nứt cho phần bản dầm chịu momen dương bằng trạng thái giới hạn sử dụng

Ms = 16500 N.mm/mm

Điều kiện:

e c

Hệ số xét đến đều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh γe=1

Khoảng cách từ trọng tâm lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến lớp ngoài của bêtông

chịu kéo dc = 30 mm

c s

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

Wc: khối lượng riêng của bê tông (kg/m3), vì f’c=30 Mpa nên:

Vậy s=200 mm<smin

=> Đảm bảo điều kiện nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng

4.3.7 Tính cốt thép phân bố theo phương dọc cầu

Cốt thép phụ theo phương dọc cầu được đặt dưới đáy bản để phân bố tải trọng bánh

xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phương ngang cầu Diện tích yêu cầu tính theo phần trăm cốt thép chịu momen dương Đối với cốt thép chính đặt vuông góc với

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ DẦM NGANG

+ Giới hạn chảy fy =420 MPa

+ Môđun đàn hồi Es = 210000 MPa

- Khoảng cách giữa 2 dầm ngang : L1 = 5100 mm

- Chiều dài dầm ngang : L2 = 15400 mm

- Khoảng cách 2 dầm chính : S = 1750 mm

Dầm ngang tính như dầm liên tục kê lên các dầm chính

5.2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG

Trọng lượng bản thân dầm ngang và bản mặt cầu:

5.2.2 8Phương ngang cầu

Giá trị đường ảnh hưởng phản lực gối:

+ Xác định đặc trưng hình học:

Qui đổi tiếp diện phần vút dầm như sau:

Diện tích tiết diện dầm:

0

kyA

2 g

Ta xác định các tung độ đường ảnh hưởng R ir cho phần trong khoảng hai dầm P

biên Trong đó, R ir là phản lực của gối thứ i do lực P=1 đặt tại gối r gây ra.P

Bảng: Tung độ đường ảnh hưởng lực cắt

Trường hợp gây ra mô men dương lớn nhất:

u



Tiết diện tính toán bxh=200x750mm

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

Giả sử  0,9

Chiều cao làm việc của tiết diện : ds  h a' 750 50 700mm 

c 2

Chọn  0,9để tính toán và phù hợp với giá trị ban đầu

Kiểm tra điều kiện:

332, 46mm166

A A  thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu

Chọn 3 28 để bố trí (tâm cốt thép cách mép trên dầm ngang 50mm),

2 s

Tiết diện tính toán bxh=200x750mm

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

A A  thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu.

Chọn 3 36 để bố trí (tâm cốt thép cách mép trên dầm ngang 50mm),

2 s

3Þ36

Þ12a250Þ14

Þ8

5.4 IV.4 KIỂM TRA NỨT CHO DẦM NGANG

Kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu mô men âm:

Ta sẽ kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu mô men âm ở trạng thái giới hạn sử dụng

s



2 s

A 1847,3mm

Kiểm tra điều kiện:

e c

d : khoảng cách từ trọng tâm của lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến mép ngoài bê

tông chịu kéo, dc 50mm

c s

Mô đun đàn hồi của thép: Es 210000MPa

Tỷ số mô đun đàn hồi:

s c

Kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu mô men dương:

Ta sẽ kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu mô men âm ở trạng thái giới hạn sử dụng



2 s

A 3054mm

Kiểm tra điều kiện:

e c

d : khoảng cách từ trọng tâm của lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến mép ngoài bê

tông chịu kéo, dc 50mm

c s

Mô đun đàn hồi của thép: Es 210000MPa

Tỷ số mô đun đàn hồi:

s c

Khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

Sơ đồ xếp tải tính toán mô men âm lớn nhất và mô men dương lớn nhất tại gối số 1

- Mơ men âm và mơ men dương tại gối 1:

A 1847,3 3054 4901,3mm 

Góc  chênh lệch nhỏ so với giá trị giả sử ban đầu nên giả thiết được chấp nhận

Khả năng chịu cắt của bê tông:

 Loại dầm: Chữ I căng trước

- Chiều dài nhịp tính toán: Ltt 25500mm

- Số lượng dầm: 9 dầm

- Khoảng cách giữa 2 dầm chính: 1750 m

- Vật liệu làm dầm:

- Bê tông có cường độ chịu nén: f c'  45MPa

- Cáp DƯL là loại cáp có tiết diện 12.7 mm

- Cốt thép dùng có : f y  300MPa

6.1.2 Kích thước sơ bộ dầm chủ:

6.1.2.1 Tiết diện đầu dầm:

- Chiều cao dầm : H = 1450 mm

- Chiều cao phần trên : H1 = 1175 mm

- Bề rộng phần trên : B1 = 500 mm

- Chiều cao vút : H2 = 50 mm

- Chiều cao bầu dưới : H3 = 250 mm

- Bề rộng bầu dưới : B2 = 600 mm

Hình 6.1.2.1.1: Tiết diện đầu dầm

6.1.2.2 Tiết diện giữa dầm:

- Chiều cao dầm : H = 1450 mm

- Chiều cao bầu trên : H1 = 200 mm

- Chiều cao vút trên : H2 = 100 mm

- Chiều cao vút dưới : H4 = 150 mm

- Chiều cao bụng : H3 = 750 mm

- Chiều cao bầu dưới : H5 = 250 mm