đồ án cầu bê tông DUL I căng trước - TCVN 11823 - ( thuyết mình + cad + excel )

CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU Theo tiêu chuẩn quy định, chiều dày tối thiểu bản mặt cầu là 175 mmChiều dày bản mặt cầu được chọn sơ bộ theo khoảng cách 2 dầm chính, và được kí hiệu l

Cấp bê tông lan can, bản mặt cầu, dầm ngang là: fc= 28Mpa

Cấp bê tông dầm chính là 45MPa

Tỷ trọng bê tông: c 24 106 N / mm3

  

Tỷ trọng bê tông cốt thép: 'c 25 10 N / mm6 3

  Giới hạn chảy của thép: fy = 300 Mpa

Cáp dự ứng lực sử dụng:

Đường kính danh định 1 tao cáp: D = 12,7mm

Hình 1: Mặt cắt ngang cầu

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ LAN CAN

Lựa chọn kích thước và bố trí cốt thép Bảng : Tải trọng thiết kế cho lan can đường ô tô cấp L4 Các lực thiết kế Cấp lan can : L-4

Sử dụng lan can dạng tường kết hợp cột và thanh, khoảng cách giữa 2 cột là L =

1650 mm Kích thước và bố trí cốt thép cho lan can

Sử dụng vật liệu-Thép thanh và cột: M270 cấp 250

-Thép cho tường lan can có AII (CB300-V) có fy = 300 Mpa

-Bê tông tường lan can cấp 28

-Tỷ trọng bê tông cốt thép: γ = 25.10 N/mm c -6 3

-Tỷ trọng thép: s 78,5 10 N / mm6 3

1.1 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA TƯỜNG LAN CAN

Hình 21: Kích thước và bố trí cốt thép cho lan can

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

Chia tường lan can thành 3 đoạn để tính toán

1.1.1.1 Đoạn 1

Cốt thép bên trái và bên phải giống nhau nên sức kháng uốn dương và âm củađoạn 1 bằng nhau

Bề rộng tính toán b = 350 mmCốt thép gồm 2 thanh, đường kính 12 mm cho mỗi phía, có As = 113.1x 2 = 226.2

mm2

ds = dt = 250-50 = 200 mm

s y c

Cốt thép chịu kéo gồm 1 thanh bên trái, đường kính 12mm, A = 113,1mm s 2

Chiều cao làm việc ds = dt = (250+500)/2-50 = 325 mm

s y c

- Phần âm (căng thớ bên phải):

Bề rộng làm việc b = 300mm

Cốt thép chịu kéo gồm 1 thanh bên phải, đường kính 12mm, A = 113,1mm s 2

Chiều cao làm việc ds = dt = 250-50 = 200 mm

s y c

A = 113,1mm

ds = dt = 500-50 = 450 mm

s y c

Sức kháng của tường đối với trục nằm ngang M c

Xét lực va từ bên phải mặt nghiêng, cốt thép chịu kéo là các thanh thép đứng cóđường kính 12mm, A = 113.1mm và bố trí với khoảng cách 100 mm Khi đó, diệns 2

tích thép chịu kéo trên 1 đơn vị chiều dài A = 113.1/100= 1.131mm / mm Tất cảs 2

các đoạn sẽ tính với chiều rộng đơn vị b=1 mm

1.1.2.1 Đoạn 1

2 s

A = 1.131mm / mmChiều cao làm việc ds = dt = 250-50+14/2+14/2 = 14.26 mm

s y c

A = 1.131mm / mm

Chiều cao làm việc ds = dt = (250+500)/2 - 50+14/2+14/2 = 339 mm

s y c

A = 1.131mm / mm

Chiều cao làm việc ds = dt = 500- 50+14/2+14/2= 464 mm

s y c

Tiết diện thanh lan can

Thanh lan can có tiết diện hình tròn rỗng với đường kính ngoài 114 mm và chiềudày 3 mm

Khả năng chịu lực của thanh lan can

M f SS: momen kháng uốn của tiết diện

4 3

4 3

Hình 2.2 : Tiết diện cột lan can tại mặt cắt ngàm vào tường

Chọn  0,9 để tính toán

Sức kháng của cột lan can

P P

R

MP

Với Lc = 2156 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

466,342 N800

Vị trí va tại giữa nhịp thanh lan can:

Với Lc = 2156 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:

t 6

16M N 1 N 1 P LR

437,806 N800

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

Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy:

Với Lc = 1296 mm 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:

t 6

2M N N 1 P LR

t e(min)

Va xe tại khe co giãn

Khi va xe tại khe co giãn thì cũng giống trường hợp va xe tại đầu tường nhưnglực Ft phân bố cho 2 bên tường Do đó mỗi bên chỉ chịu một nửa lực Ft nên chắc chắnchịu được va xe

 Vậy lan can đảm bảo khả năng chịu tải trọng do va xe gây ra

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

Giả sử Ft phát triển theo góc nghiêng 30o bắt đầu từ Lc Lực cắt tại chân tường do

va chạm xe cộ VCT trờ thành lực kéo T trên 1 đơn vị chiều dài bản hẫng

A 500 1 500 mm / mm 

Avf : Diện tích cốt thép chịu cắt đi qua mặt phẳng cắt 2 thanh, đường kính

12 mm khoảng cách 100mm

2 vf

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

2.1 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

Theo tiêu chuẩn quy định, chiều dày tối thiểu bản mặt cầu là 175 mmChiều dày bản mặt cầu được chọn sơ bộ theo khoảng cách 2 dầm chính, và được

kí hiệu là S Vậy, căn cứ vào công thức sau để lựa chọn chiều dày bản mặt cầu

Vậy, ta chọn chiều dày bản mặt cầu là 175 mm

Các tham số cơ bản của bản mặt cầu :

- Lớp bê tông bản mặt cầu dày 175 mm

- Lớp bê tông asphalt dày 70 mm

- Lớp dính bám dày 6 mm

- Lớp chống thấm dày 4 mmĐặc trưng của vật liệu :

- Bê tông bản mặt cầu f c' 28 MPa

- Thép cho bản mặt cầu là loại AII (CB300-V) có f y 300 MPa

2.2.1.1 Tĩnh tải

Tính toán bản mặt cầu theo dải bản rộng 1mm

Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:

Hình 2.1: Trọng lượng lan can truyền xuống bản mặt cầu

- Trọng lượng tường bê tông:

6 1

P 800 250 1 25 10 5 N

6 2

P 150 250 1 25 10 0,9375 N

6 3

1

P 250 300 1 25 10 0,9375N2

Tấm thép T1: V1 3306 120 396720 mm  3Tấm thép T2: V2 26513, 24 4 106053 mm  3

c c

c 4

M LM

L 2 tan 30 X9,18 10 2156

RT

Với X là khoảng cách từ mép lan can tới mặt cắt tính toán, X=0

Tổ hợp tải trọng và tính toán nội lực trong bản hẫng

Sơ đồ tính cho bản công xôn như hình bên dưới

Hình 2.2: Sơ đồ tính nội lực cho bản hẫngGiá trị momen âm tại ngàm:

2 2

Hình 2.3: Sơ đồ tính cốt thép bản hẫng

r

M 96738 Nmm / mm

Tiết diện tính toán: bxh =1x175mm

Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm cốtthép chịu kéo là a' 30mm

Lấy momen tại tâm cốt thép chịu kéo:

Giả sử  0,9

Chiều cao làm việc của tiết diện:

' s

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

Kiểm tra điều kiện s

2 c

a

f d

2min 1, 2 18150 ; 1,33 96738

0,626 mm / mm32.43

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

Chọn thép 16 200a bố trí xen kẽ với 25 200a (trọng tâm cốt thép cách mép trên

Kiểm tra nứt cho bản hẫng

Ta sẽ kiểm tra nứt cho phần hẫng bản mặt cầu ở trạng thái giớ hạn sử dụng

 : hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường, lấy  e 1

dc : khoảng cách từ trọng tâm của lớp cốt thép chịu kéo ngoài cùng đén mépngoài bê tông chịu kéo, dc = 30mm

c s

Nội lực do hoạt tải:

Vệt bánh xe theo phương ngang cầu: b2 = 510mmGóc truyền lực 45o nên:

b b 2h 510 2 80 670mm  

Xét tác dụng của tải trọng theo phương dọc cầu ta có chiều rộng dải bản tươngđương:

-Xét trường hợp đặt tải 2 làn xe:

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

'

b b 1200 670 1200 1870mm  

' 1

P 145000

1870b

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

2 LL

Tiết diện tính toán bxh = 1x175mm

Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm cốtthép chịu kéo là a' 30mm

Giả sử  0,9

Chiều cao làm việc của tiết diện:

' s

d  h a 175 30 145mm 

c 2

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

Kiểm tra điều kiện s

f d

2min 1,2 18150 ; 1,33 34022

0,579 mm / mm11,4

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

Chọn 16a200 để bố trí ( tâm cốt thép cách mép trên bản mặt cầu 30mm),

2 s

Tiết diện tính toán bxh = 1x175mm

Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm cốtthép chịu kéo là a' 30mm

Giả sử  0,9

Chiều cao làm việc của tiết diện:

' s

Kiểm tra điều kiện s

a

f d

2min 1,2 18150 ; 1,33 24790

0,573 mm / mm8,214

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

Chọn 12a160 để bố trí ( tâm cốt thép cách mép dưới bản mặt cầu 30mm),

2 s

Kiểm tra nứt cho bản dầm:

2.3.4.1 Kiểm tra nứt cho phần bản dầm chịu momen âm:

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

s

M 18916Nmm / mm

2 s

A 1,005 mm / mm

Điều kiện kiểm tra :

e c

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

bê tông chịu kéo, dc 30mm

c s

Khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

S = 200mm < Smin  đảm bảo điều kiện chịu nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng

2.3.4.2 Kiểm tra nứt cho phần bản dầm chịu momen dương

Ta sẽ kiểm tra nứt cho phần bản dầm chịu momen dương ở trạng thái giới hạn sửdụng

1/2 s

M 13778 Nmm / mm

2 s

A 0,707 mm / mm

Điều kiện kiểm tra :

e c

S = 200mm < Smin  đảm bảo điều kiện chịu nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng.

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

Cốt thép phân bố theo phương dọc cầu đặt trong bản mặt cầu để phân bố tải trọngbánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phương ngang cầu Diện tích yêu cầu tínhtheo phần trăm cốt thép chịu lực Đối với cốt thép chính đặt vuông góc với hướng xechạy:

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ DẦM NGANG

Chiều dài dầm ngang: L2 = 8200 mmKhoảng cách 2 dầm chính: S = 1750 mm

Sử dụng vật liệu:

- Bê tông dầm ngang cấp 28: fc' 28MPa

- Thép cho dầm ngang : AI (CB300-T) có fy 300 MPa

, AII (CB500-T) có

y

f 500 MPa

- Tỷ trọng bê tông cốt thép: γ = 25.10 N/mmc -6 3

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

3.2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC CỦA DẦM NGANG Xác định nội lực theo phương dọc cầu

Vì kết cấu nhịp gồm dầm chính nối với nhau bằng dầm ngang (không có dầm dọcphụ) nên đường ảnh hưởng áp lực lên dầm ngang được vẽ như sơ đồ sau

Hình 3.2 Sơ đồ xác định áp lực trên phương dọc cầuGiá trị tung độ đường ảnh hưởng áp lực tại một phần tư chiều dài  :

Áp lực tĩnh tải truyền lên dầm ngang:

- Lớp phủ bê tông nhựa DW

DW q 1,725 10 3312,21 5,714 N / mm

- Bản mặt cầu và dầm ngang:

' 2

c f DC

q h 25 10 175 4,375 10 N / mm

' 2

Áp lực hoạt tải tác dụng lên dầm ngang:

- Hoạt tải xe:

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

3.2.2 Xác định nội lực theo phương ngang cầu

Giá trị đường ảnh hưởng phản lực gối:

Căn cứ giá trị đường ảnh hưởng R1, R2 từ bảng 3.1, ta tính giá trị đường ảnh

hưởng theo bảng sau:

Bảng 3.2 : Tung độ đường ảnh hưởng momen và lực cắt

tr 2

Tiến hành thử các trường hợp xếp tải 1 lane và 2 lane, sau đó lấy trường hợp chogiá trị nội lực lớn nhất để thiết kế

3.2.2.1 Xếp tải và xác định mô men âm, dương lớn nhất

- Xác định momen dương lớn nhất tại mặt cắt M 2-3

Hình 3.3 : Sơ đồ xếp tải tính momen dương lớn nhất tại mặt cắt M 2-3

Hình 3.4 : Sơ đồ xếp tải tính momen âm lớn nhất tại gối 2

Căn cứ vào sơ đồ xếp tải,tiến hành tính toán nội lực dầm ngang như sau

Tính tổ hợp nội lực moment dương

Hình 3.5 : Sơ đồ xếp tải tính lực cắt lớn nhất tại gối 2

3.3 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO DẦM NGANG:

Tính toán cốt thép cho dầm ngang chịu momen âm

max u

M  82,146,041 N.mm



Tiết diện tính toán b x h = 160 x 875 mm

Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm cốtthép chịu kéo là a' 70mm

Giả sử  0,9

Chiều cao làm việc của tiết diện:

' s

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

Kiểm tra điều kiện s

fr : cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông

a

f d

2min 1.2 83,768,557 ; 1.33 82,146,041

282.825 mm30.347

2 s

M  359, 471,246 N.mm

Tiết diện tính toán bxh = 160 x 875mmChọn khoảng cách từ mép chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm cốtthép chịu kéo là a' 50mm

Giả sử  0,9Chiều cao làm việc của tiết diện:

' s

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

Kiểm tra điều kiện s

 : hệ số biến động momen nứt do uốn,  1 1,6

 : tỉ số giữa cường độ chảy dẻo và cường độ kéo cực hạn của thép3

Thép sử dụng có fy = 500MPa, fu = 650Mpa

3

500

0.769650

a

f d

2min 1,2 83,768,557 ; 1,33 359,471,246

295.639 mm138.815

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

Bố trí 2 32 cách đáy dầm ngang 50mm, khoảng cách giữa các thanh là 60mm,tổng diện tích cốt thép bố trí: As = 1608.5 mm2

Kiểm tra điều kiện: t

A 402,124 mm

Điều kiện kiểm tra :

e c

Es = 210,000 Mpa

Tỷ số modun đàn hồi:

s c

S = 100mm < Smin  đảm bảo điều kiện chịu nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng.

Kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu momen dương

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

s

M 187, 281,701 N.mm



2 s

A 1608.5 mm

Điều kiện kiểm tra :

e c

Es = 210,000 Mpa

Tỷ số modun đàn hồi:

s c

E 210,000

E 274,78

Chiều dày của bê tông vùng nén sau khi nứt:

S = 100mm < Smin  đảm bảo điều kiện chịu nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng

3.5 TÍNH TOÁN CỐT ĐAI CHO DẦM NGANG

Giá trị nội lực tại mặt cắt gối 2:

f

Tiết diện hợp lý để chịu lực cắtBiến dạng trung bình:

Giả sử  35o

Diện tích cốt thép thường:

2 s

c v v

429.18 mm0.083 28 160

s y

A f 1916.37 300 958,186 N 

o

v vy v s

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ DẦM CHÍNH

4.1 KÍCH THƯỚC VÀ VẬT LIỆU DẦM CHÍNH Kích thước dầm chính

Loại dầm: dầm I căng trước

Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 19500 mm

Chiều dài dầm: L L tt2a 19500 2 300 20100 mm   

Số lượng dầm: 5 dầm

Khoảng cách giữa các dầm: S = 1750 mm

Kích thước tiết diện dầm chính

Để tiện tính toán, ta quy đổi tiết diện như sau:

 0.33

E 0.0017 K  f 0.0017 1 (2240 2.29 45)    45 32,777 MPaCường độ chịu kéo khi uốn của bê tông:

Chọn phần bản liên hợp có bề rộng b2 = 1750 mm và chiều dày h2 175 mm đểtính toán.

Khi đó phần bản liên hợp dầm biên là :

Ta tiến hành tính toán đặc trưng hình học cho giai đoạn 1 và 2 của dầm biêntại mặt cắt IV-IV

4.2.2.1 Giai đoạn 1: tiết diện dầm đặc

Tỷ số modun đàn hồi của cáp dự ứng lực và modun đàn hồi của bê tông dầm

chính:

ps c

E 197,000

E 32,777

Tiết diện dầm biên tại mặt cắt giữa nhịp

Diện tích tiết diện:



4.2.2.2 Giai đoạn 2: Tiết diện liên hợp

Mặt cắt ngang dầm chính giai đoạn liên hợp bản mặt cầu

Tỷ số modun đàn hồi của bê tông bản mặt cầu và modun đàn hồi của bê tông dầm chủ:

Bảng : Đặc trưng hình học dầm biên tại mặt cắt IV-IV

GIAI ĐOẠN TIẾT DIỆN ĐẶC CHẮC GIAI ĐOẠN TIẾT DIỆN HIÊN HỢP

 Thỏa điều kiện phương pháp dầm đơn

Ta tiến hành tính toán hệ số phân bố ngang cho dầm giữa bằng phương pháp dầmđơn; đối với dầm biên trường hợp 1 làn xe chất tải tính theo phương pháp đòn bẩy,trường hợp nhiều làn xe chất tải được tính bằng hệ số phân bố của dầm giữa với nhiềulàn xe chất tải và nhân với hệ số điểu chỉnh (em , ev)

4.3.1.1 Hệ số phân bố ngang cho dầm giữa:

Tham số độ cứng dọc ( xét cho tiết diện giữa nhịp dầm biên):

c ' c

E 32777

27478E

0,4

g SI

0,6

g MI

4.3.1.2 Hệ số phân bố ngang cho dầm biên:

- Trường hợp 1 làn xe chất tải: tính theo phương pháp đòn bẩy

Đường ảnh hưởng dầm biên phương pháp đòn bẩy

e v

- Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp nén lệch tâm

Đường ảnh hưởng dầm biên phương pháp nén lệch tâm

412,170 280,000

224.5 10

201007.511N / mm

396,667 280,000

224.5 10

201007.511N / mm

MC I-I: Tại gối (x=0)

MC II-II: Tại vị trí thay đổi tiết diện (x=1500mm)

MC III-III: Tại L/4 (x=4875mm)

MC IV-IV: Tại giữa dầm (x=9750mm)

Ta sẽ tiến hành chất tải và tính toán nội lực trong dầm giữa tại mặt cắt gối I-I và

mặ cắt giữa nhịp IV-IV các trường hợp còn lại tiến hành chất tải và tính toán tương tựsau đó tổng hợp thành bảng:

4.3.3.1 Lực cắt do tĩnh tải và hoạt tải gây ra Lực cắt tại mặt cắt I-I

Sơ đồ xếp tải tính lực cắt tại mặt cắt I-I cho dầm giữa

Sơ đồ xếp tải tính lực cắt tại mặt cắt IV-IV cho dầm giữa

MẶT CẮT I -I MẶT CẮT II-II MẶT CẮT III-III

MẶT CẮTIV-IV

4.3.3.2 Mô men do tĩnh tải và hoạt tải gây ra

Giá trị momen tại mặt cắt I-I (gối) M = 0Nmm

-Mô men không hệ số

Sơ đồ xếp tải tính mô men tại mặt cắt IV-IV cho dầm giữa

BẢNG TỔ HỢP MOMENT CHƯA NHÂN HỆ SỐ DẦM BIÊN MẶT CẮT I -I MẶT CẮT II-II MẶT CẮT III-III MẶT CẮTIV-IV

BẢNG TỔ HỢP MOMENT CHƯA NHÂN HỆ SỐ

DẦM GIỮA MẶT CẮT I -I MẶT CẮT II-II MẶT CẮT III-III MẶT CẮT IV-IV