ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG DẦM T CĂNG TRƯỚC TCVN 11823 ( gồm fie thuyết minh , bản vẽ fie excel)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ LAN CAN2.1 THANH LAN CAN: Thanh lan can làm việc dưới dạng dầm liên tục gác lên các trụ lan can, để đơn giản ta đưa về sơ đồ dầm giản đơn sau đó nhân với hệ số hiệu ch

Số thứ tự : 40

I SỐ LIỆU ĐỒ ÁN:

A Chiều dài nhịp tính toán L tt : 24.40 (m)

- Cấp bê tông mối nối, dầm chủ và : 45 (MPa)

những cấu kiện thi công cùng lúcvới dầm chủ (nếu có):

- Cấp bê tông các bộ phận khác : 30 (MPa)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯL

LỚP: CD15

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP.HCM

KHOA CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

I Lan can, cốt thép thường : Tự chọn

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DUL

DẦM CHỮ T – CĂNG TRƯỚC

(Thiết kế theo TCVN 11823:2017)

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

1 SỐ LIỆU ĐỒ ÁN

Bảng số liệu đầu vào

Bảng cường độ chịu nén bê tông

1 Cấp bêtông dầm chủ và những kết cấu đổ cùng

lúc với dầm chủ (nếu có) (f’c) 45 Mpa

2 Cấp bê tông các bộ phận khác (f’c) 30 MPa

1.1 CHỌN SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:

+ Lớp bê tông asphan : 70 mm

 Khoảng cách đầu dầm đến tim gối : a = 0.3 (m)

 Chiều dài của toàn dầm : L = Ltt + 2a = 24.4 + 2×0.3 = 25.0 (m)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ LAN CAN

2.1 THANH LAN CAN:

Thanh lan can làm việc dưới dạng dầm liên tục gác lên các trụ lan can, để đơn giản ta đưa

về sơ đồ dầm giản đơn sau đó nhân với hệ số hiệu chỉnh để đưa về dầm liên tục

 Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài và trong lần lượt: D=100mm, d = 90 mm

 Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm

 Khối lượng riêng thép lan can: γs=7.85×10-5 N/mm3

 Thép M270 cấp 250: fy = 250 MPa

2.1.1 Tải Trọng Tác Dụng Lên Thanh Lan Can:

 Theo phương thẳng đứng (y):

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

 Theo phương ngang (x):

+ Hoạt tải: tải phân bố

W=0.37 N/mm

 P Tải trọng tập trung tác dụng đặt tại ví trí bất lợi nhất, P = 890 N

2.1.2 Nội Lực Của Thanh Lan Can:

 1D là cho các thiết kế thông thường.

 1R là cho các mức dư thông thường.

 I 1 05 là hệ số quan trọng.

    1 1 1 05 1 05 0 95  

+DC 1 25 : hệ số tải trọng cho tĩnh tải.

+LL 1 75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải.

4 3

2.2.1 Tải Trọng Tác Dụng Lên Cột Lan Can:

Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tác dụng vào cột lan can

P = 890 N, lực tập trung tác dụng trên đỉnh trụ lan can, theo phương bất kì.

W = 0.37 N/mm, lực phân bố tác dụng trên thanh vịn theo cả 2 phương

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

 Chọn đường kính ngoài: D1 =110 mm

 Chọn đường kinh trong: D2 = 100 mm

+ Hoạt tải phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can 2 bên cột truyền vào cột

1 lực tập trung P’ = w.L = 0.37x2000 = 740N

+ Hoạt tải tập trung: P = 890N

+ Tổng hoạt tải tác dụng vào cột: P” = P+P’ = 890 + 740 = 1630N

* Nội lực của cột lan can:

Chi tiết cột lan can

2.2.2 Tải Trọng Cột Lan Can:

2.2.2 Kiểm Tra Khả Năng Chịu Lực Của Cột Lan Can:

 Các đặc trưng hình học tiết diện

+ Diện tích tiết diện:

P y

M .S.f 0 9 124856 48 250 28092708 33    N.mm

Chọn  0 9 để tính toán.

+sức kháng của cột lan can

Có chiều cao cột lan can, HR=1050 mm

P P

2.3 TÍNH TOÁN BU LÔNG NEO:

 Chọn bulông có đường kính D = 20 mm loại A307 để liên kết trụ lan can với đường bê tông

 Kiểm tra khả năng chịu cắt :

Fub: Cường độ chịu kéo nhỏ nhất của bulong A307

Fub= 420 MPa Theo 6.4.3 ASTM A307

Ns: Số mặt phẳng cắt cho bu lông (Ns=1)  Rn10 38 A F Nb ub s 0 38 314 16 420 1 50139 9     N

+ Sức kháng ép mặt của thép tấm: Rn2 2 4, DtFu

Trong đó: D = 20 mm Đường kính danh định của bu lông

t =5 mm Bề dày nhỏ nhất của tấm thép chịu cắt

Fu = 400 MPa Cường độ chịu kéo đứt của thép tấmn

 2 4 20 5 400 96000   

Vậy sức kháng cắt của bu lông là:

n n n

R min(R ;R ) min(1 2  50139 9 96000 N; N)50139 9 NLực cắt tác động lên 1 bu lông

u u

Đối với trạng thái GHCD1: ηI=1.05; ηD=1; ηR=1⇒ η=1.05

Đối với trạng thái GHSD1: ηI=1; ηD=1; ηR=1⇒ η=1

+ γDC; γPL : hệ số tải trọng của tĩnh tải bản thân kết cấu và hoạt tải người

Đối với trạng thái giới hạn cường độ 1: γDC=1.25; γPL=1.75

Đối với trạng thái giới hạn sửa dụng: γDC=1; γPL=1

3.4 TÍNH CỐT THÉP:

 Tiết diện chịu lực: b×h= 1000×120 (mm)

 Lớp bê tông bảo vệ: a’=30 mm

 Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén đến trọng tâm cốt thép:

a= ds−√ds2−2× Mu

∅ ×0.85× f'c×b = 90−√902−2×1181250

0.9×0.85×30×1000 = 0.574 (mm)Bản lề bộ hành có 28 MPa < f’c = 30 MPa < 56 MPa

 Kiểm tra điều kiện:

12 =

1000× 1203

12 =144× 10

6(mm4)Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông:

fr=0.63×√f'c=0.63×√30 =3.451 (N/ mm2)Trục trung hòa đi qua trọng tâm tiết diện: y=h

2 =

120

2 =60 mm

Hệ số biến động momen nứt do uốn: γ1 = 1.6

Tỉ số giữa cường độ chảy dẻo và cường độ kéo cực hạn của thép: γ3 = 0.67

3.5 Kiểm Tra Nứt Ở Trạng Thái Giới Hạn Sử Dụng:

Điều kiện: s≤123000× γe

βs× fs −2× deTrong đó:

+ Tiết diện tính toán b×h = 1000×120 (mm)

+ Hệ số xét đến điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh

γe=1

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

bê tông chiu kéo dc= abv+∅

2 =30+

12

2 =36 (mm)+ βs=1+dc

0.7×(h-dc) =1+

360.7×(120-36) =1.61+ Trạng thái giới hạn sử dụng: Ms = 750000 (N.mm)

+ Modun đàn hồi của bê tông:

kd=√2×d×B+1−1

BTrong đó:

o d: mép bê tông chịu nén tới trọng tâm cốt thép d = dt = 84 (mm)

o B=b

n×As =

10007.13× 679=0.207 (mm)

fs=Ms

Icr × (ds-kd) ×n=

7500 0022.865 × 106 ×(84- 24.1)×7.47= 14.677 (MPa)

=> Khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

smin=123000× γe

βs× fs -2dc=123000×1

1.61× 14.677 -2×36= 5205.2 (mm)

+ Chọn cấp lan can là cấp 4 dùng cho cầu có xe tải.

Lực tác dụng vào lan can

Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm)

Khi xe va vào đầu tường:

L : Chiều dài đường phân bố của lực theo phương dọc cầu.

Ft: Lực xô ngang được quy định ở bảng trên

3.5.1 Xác Định M c : (Tính trên 1m dài)

- Giả sử cốt thép dùng 14a200 AII có Ab=153.9 mm2, fy=280 MPa

- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí tươngtự

- Tính toán trên tiết diện với chiều rộng đơn vị, b= 1mm

- Giả sử  = 0.9

- Diện tích cốt thép As trên một đơn vị chiều dài

2 s

- Tính lại  :

2000.65 0.15 1 0.65 0.15 1 3.5 0.9

10.11

s d c

- M Hw : Là lực kháng momen trên toàn chiều dài tường đối với trục đứng

- Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 250 mm

- Tính toán với bài toán cốt đơn tính cốt thép cho 1 bên, bên còn lại tương tự

- Chọn  0.9 và phù hợp với giá trị sử dụng ban đầu

3.5.3 Chiều Dài Đường Chảy (L c ):

Chiều cao tường lan can : H=350 mm, vì không bó trí dầm đỉnh nênMb 0

* Với trường hợp xe va vào giữa tường:

- Chiều dài đường chảy:

Bê tông BMC dày 200mm Lớp mui luyện dày trung bình 50 mm

Lớp phòng nước dày 2mm

Lớp phủ bê tông alsphat dày 70 mm

4.2 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG BẢN HẪNG:

4.2.1 Tải Trọng Tác Dụng Lên Bảng Hẫng:

Tải trọng tác dụng lên bản hẫng

 Tĩnh tải : Tính toán bản mặt cầu theo dải bản rộng 1mm theo phương dọc cầu

 Trọng lượng thanh lan can:

+ Trọng lượng thanh lan can tay vịn: trên 1 nhịp có 2 thanh: Ø90 dày 10 mm, dài2000mm

100 90

+ Trọng lượng thanh lan can tay vịn: trên 1 nhịp có 2 thanh: Ø90 dày 10 mm, dài1800mm.

 Trọng lượng bản thân của 1 trụ lan can: Ptr = 163 4998. N

+Trên chiều dài 1 nhịp 24400mm có 12 nhịp lan can => Có 13 cột theo phương dọc cầu

2 =1 5 (N) (hoạt tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa và lan can phần

bê tông chịu một nửa, là lực tập trung tại đầu bản congxon)

 Để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn ta xem tĩnh tải và hoạt tải truyềnxuống bản hẫng ngay tại vị trí đầu mút thừa.

4.2.2 Xác Định Nội Lực:

Với Lc = 850 mm

 Hệ số điều chỉnh tải trọng:

D

 1 là cho các thiết kế thông thường.

 R 1 là cho các mức dư thông thường.

2850

1 05 1 25 5 10 1 25 5 672 850 1 75 1 5 850 11041 3

2+ Trạng thái giới hạn sử dụng I:

2850

2

4.2.3 Tính Toán Cốt Thép Cho Bản Hẫng:

Sơ đồ tính cốt thép bản hẫng

u

M 11041 3 Nmm / mm

Tiết diện tính toán: b×h =1×200 mm

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

Giả sử  0 9,

Chiều cao làm việc của tiết diện:

' s

Kiểm tra điều kiện s

Tiết diện khống chế kéo:

' c s

M  1 3S f

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

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

Lấy 3= 0.67 loại thép A615 cấp 350

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

A A  Vậy chọn theo thép cấu tạo

Bố trí 14a200 ( tâm cốt thép cách mép trên bản mặt cầu 30 mm),

2 s

4.2.4 Kiểm Tra Nứt Cho Bản Hẫng:

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

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

bê tông chịu kéo, dc 30mm

c s

+ Wc Khối lượng bê tông lấy bằng 2320 đối với bê tông thường f’c≤35MPa.Modun đàn hồi của thép: Es = 210000Mpa

Tỷ số modun đàn hồi:

s c

4.3 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG DẦM BIÊN:

 Lập tỷ số: SS1

2

=5000

2000=2.5>1.5 => Bản làm việc theo phương ngang

 Tính toán bản mặt cầu theo dải bản ngang, dải b=1m

 Vì bản mặt cầu làm việc theo sơ đồ dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ,

để đơn giản trong tính toán ta tính với sơ đồ dầm giản đơn sau đó nhân hệ số quy đổinội lực (0.5 ; 0.7) về dầm liên tục

Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm biên

4.3.2 Xác Định Nội Lực Tác Dụng:

Sơ đồ tính bản dầm

 Momen do tĩnh tải ở trạng thái giới hạn cường độ 1 và sử dụng:

+ Xét momen tại gối B:

VA×S= DC3 × (S−275) + DW×(S−400)

2

S22

=> VA×20 00= 3000× (20 00−275) + 2.855×(20 00−400)

2

20 0022

2

]

 Momen do hoạt tải ở trạng thái giới hạn cường độ 1 và sử dụng:

+ Xét momen tại gối B:

Đối với momen dương: SW+ = 660+0.55×S = 660+0.55×2000 = 1760 (mm)

Đối với momen âm: SW- = 1220+0.25×S = 1220+0.25×2000 = 1720 (mm)

4.4 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG DẦM GIỮA:

Sơ đồ tính nội lực tĩnh tải

4.4.1 Nội Lực Của Tĩnh Tải:

 Trọng lượng lớp phủ:

DWDW=h ×γ ×1000 = 122 2.34 10 1000 2.855 N / mm

+ TH2: 2 bánh xe của 2 xe kề nhau đặt cách nhau 1200mm (hệ số làn xe m=1)

4.4.3 Trường Hợp Đặt 1 Vệt Bánh Xe Của 1 Làn Xe:

Sơ đồ tính nội lực hoạt tải khi đặt 1 vệt bánh xe trên 1 làn xe

 Hoạt tải xe:

Sơ đồ tính nội lực hoạt tải khi đặt 2 vệt bánh xe trên 2 làn xe

Diện tích truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:

Vậy nội lực do hoạt tải gây ra:

 Trạng thái giới hạn cường độ I:

4.4.5 Nội Lực Trong Dầm Giữa:

 Momen tại mặt cắt giữa nhịp ở trạng thái giới hạn cường độ 1 và sử dụng:

Đối với momen dương: SW+ = 660+0.55×S = 660+0.55×2000 = 1760 (mm)Đối với momen âm: SW- = 1220+0.25×S = 1220+0.25×2000 = 1720 (mm)

4.5 NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN BẢN MẶT CẦU:

 Momen tại mặt cắt gối ở trạng thái giới hạn cường độ 1 và sử dụng:

4.6 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU:

4.6.1 Tính Toán Cốt Thép Cho Bản Mặt Cầu Chịu Momen Âm (Tại Gối):

Thiết kế cốt thép cho 1m chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trị nội lực trong 1m bảnmặt cầu như sau: Momen âm: M− ¿ =M u=22.22 ×10 6

(N mm )¿

Ta có cách tính như sau:

 Tiết diện chịu lực: b×h= 1000×200 (mm)

 Lớp bê tông bảo vệ: a’=30 mm

ds = h - 30= 200 - 30 = 170 mm

 Xác định chiều cao vùng nén c: c=a

β1Giả sử hệ số sức kháng Φ = 0.9

a= ds-√ds2-2× Mu

-∅ ×0.85× f'c×b=1 7 0-√17 02-2× 22.22 ×10

60.9×0.85×30×1000 = 5.79 (mm)Bản mặt cầu có 28 MPa < f’c = 30 MPa < 56 MPa

 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

As≥min[1.2Mcr;1.33Mu]

∅ × fy×(ds-a

2)

Trong đó:

Momen gây nứt: Mcr=Ig× fr

y × γ1× γ3Momen quán tính nguyên của tiết diện:

Hệ số biến động momen nứt do uốn: γ1 = 1.6

Tỉ số giữa cường độ chảy dẻo và cường độ kéo cực hạn của thép: γ3 = 0.67

4.6.2 Tính Toán Cốt Thép Cho Bản Mặt Cầu Chịu Momen Dương:

Thiết kế cốt thép cho 1m chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trị nội lực trong 1m bảnmặt cầu như sau: Momen âm: M+= M1/2u = 15.57 ×106(N.mm)

a= ds-√ds2-2× Mu

+

∅ ×0.85× f'c×b =1 7 0-√17 02-2× 15.57 × 10

60.9×0.85×30×1000= 4.04 (mm)Bản mặt cầu có 28 MPa < f’c = 30 MPa < 56 MPa

Hệ số biến động momen nứt do uốn: γ1 = 1.6

Tỉ số giữa cường độ chảy dẻo và cường độ kéo cực hạn của thép: γ3 = 0.67

4.6.2.1 Tính Toán Cốt Thép Phân Bố Cho Bản Mặt Cầu:

Theo mục 9.7.3.2 tc mới: Vì cốt thép chính vuông góc với hướng xe chạy nên phầntrăm diện tích cốt thép phân bố phải thỏa mãn điều kiệu sau:

4.6.3 Cốt Thép Phân Bố Cho Bản Mặt Cầu Chịu Momen Âm:

Diện tích cốt thép phân bố được xác định như sau:

Aspb=0.67× As-=0.67× 769.7=515.7 ( mm2)

Chọn: 5Φ12a200bố trí trên 1000mm dài có As = 565.5 (mm2)

Đối với cốt thép song song với hướng xe chạy được đặt ở trên, tương tự dùngΦ12a200 trong 1000 mm

4.6.3.1 Cốt Thép Phân Bố Cho Bản Mặt Cầu Chịu Momen Dương:

Diện tích cốt thép phân bố được xác định như sau:

Aspb=0.67× As+=0.67×565.5 = 378.9 ( mm2)

Chọn: 5Φ10a200 bố trí trên 1000mm dài có As= 392.7 ( mm2)

Đối với cốt thép song song với hướng xe chạy được đặt ở trên, tương tự dùng Φ10a200 trong 1000 mm

4.7 KIỂM TRA NỨT CHO BẢN MẶT CẦU:

- Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu ở trạng thái giới hạn sừ dụng:

+ Tiết diện tính toán b×h = 1000×200 (mm)

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

+ Khoảng cách từ trọng tâm của lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến mép ngoài bêtông chiu kéo dc= abv+∅

2 = 30 +

12

2 = 36 (mm)+ βs=1+dc

0.7×(h-dc) =1+

360.7×(200-36) =1.314+ Trạng thái giới hạn sử dụng: Ms+=9.18×106 ( N.mm)

+ Modun đàn hồi của bê tông:

+ Tiết diện tính toán b×h = 1000×200 (mm)

+ Hệ số xét đến điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh γe=1+ Khoảng cách từ trọng tâm của lớp thép chịu kéo ngoài cùng đến mép ngoài bêtông chiu kéo dc = abv + ∅

2 = 30 +

14

2 = 37 (mm)+ βs=1+dc

0.7×(h-dc) =1+

3 70.7×(200-37) =1.324+ Trạng thái giới hạn sử dụng: Ms-= 13.06 ×106 ( N.mm)

+ Modun đàn hồi của bê tông:

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ DẦM NGANG

- Chiều cao dầm ngang h: với h ≥2

3× H=

2

3× 1300=867 mm => Chọn h = 900 mm

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

- Chiều dài dầm ngang: S = 2000 (mm)

- Cốt thép có gờ giới hạn chảy fy = 350 Mpa

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

5.2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG:

5.2.1 Tính Toán Nội Lực Cho Dầm Ngang

 Phương dọc cầu

Sử dụng sơ đồ tính như hình dưới đây để tính cho mạng dầm đơn giản:

Sơ đồ tính toán cho mạng dầm giản đơn

Giá trị ξ

ξ=0.5× S

3

L3+S3=0.5 × 2000

3

50003+20003=0.03

Diện tích đường ảnh hưởng:

DC2'=q BMC × Ω=h f × γ c × Ω=200 ×2.5 ×10−5× 2650=13.25(N/mm) Tĩnh tải dầm ngang:

DC2} =b× left (h- {h} rsub {f} right ) × {γ} rsub {c} =200× left (800-200 right ) ×2.5× {10} ^ {-5 ¿

¿3(N/mm)

 Tĩnh tải bản mặt cầu và dầm ngang:

DC2=DC2'+DC2} =13.25+3=16.2¿ (N/mm)Tải trọng lan can và lề bộ hành DC3:

DC3 = WDC3× Ω = 5.45 × 2650 = 14444.5 (N/mm)DC’3 = WDC’3× Ω = 3 × 2650 = 7951 (N/mm)

 Áp lực hoạt tải truyền lên dầm ngang:

Hoạt tải xe :

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

y21=0.5344 ; y22=y32=1 ; y31=0.0084+ Áp lực do xe 2 trục (0.5HL93) tác dụng lên dầm ngang:

P2=0.5∑Piyi=0.5× (55 000×0 5344 +55 000 ×1)= 42197 (N)+ Áp lực do xe 3 trục (0.5HL93) tác dụng lên dầm ngang:

P3=0.5∑P i y i

¿0.5 ׿

Áp lực lên dầm do 1 dãy bánh xe gây ra là max (P2 , P3)

 Pxe = P2 = 42197 (N) Tải trọng làn:

W làn= q

3000× Ω=

9.3

3000×2650=8.216(N/mm)Hoạt tải người:

3 PL

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





Căn cứ giá trị đường ảnh hưởng R1, R2, R3 từ bảng trên, ta tính giá trị đường ảnhhưởng theo bảng sau:

Tung độ đường ảnh hưởng momen M theo phương pháp nén lệch tâm

z y S y S

      

1 51.5 50.50.2 1.5 2000 0 0.5 2000 600