thuyet minh NAM (phan tren)

Cấu tạo bản bê tông mặt cầu – Kích thước của bản bê tông xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ.. Mục đích của việc cấu tạo vút bản bêtông l

Trang 1

SVTH: PHAN VĂN NAM Trang 1

MỤC LỤC

PHẦN I – THIẾT KẾ SƠ BỘ 4

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU 4

1.1 Đánh giá điều kiện địa hình: 4

1.2 Các giải pháp kết cấu: 4

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ 5

2.1 Phương án I: 5

2.2 Phương án II: 6

PHẦN II – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT 8

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU 8

1.1 Số liệu chung 8

1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm 8

1.3 Xác định các hệ số tính toán 9

CHƯƠNG 2 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 10

2.1 Chiều dài tính toán KCN 10

2.2 Lựa chọn số dầm chủ trên mặt cắt ngang 10

2.3 Qui mô thiết kế mặt cắt ngang cầu 11

2.4 Chiều cao dầm chủ 12

2.5 Cấu tạo bản bê tông mặt cầu 13

2.6 Tổng hợp kích thước dầm chủ 14

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ15 3.1 Các giai đoạn làm việc cảu dầm liên hợp 15

3.2 Xác định dặc trung hình học của mặt cắt giai đoạn I 18

3.3 Xác đinh các dặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II 20

3.4 Xác định dặc trưng hình học ở giai đoạn chảy dẻo 34

CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 40

4.1 Cấu tạo hệ liên kết trong kết cấu nhịp 40

4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I 49

Trang 2

4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II 50

CHƯƠNG 5 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 52

5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy 52

5.2 Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93 54

5.3 Tổng hợp hệ số phân bố ngang 56

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN NỘI LỰC 58

6.1 Các mặt cắt tính toán nội lực 58

6.2 Đường ảnh hưởng nội lực 59

6.3 Xác định nội lực tại các mặt cắt 61

CHƯƠNG 7 KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 74

7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt 74

7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc 74

7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 75

7.4 Kiểm tra tương tác giữa sườn dầm với bản cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 75

CHƯƠNG 8 KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 76

8.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ 76

8.1.1 Xác định sức kháng uốn danh định 76

8.1.2 Xác định sức kháng uốn tính toán 77

8.2 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm chủ 78

CHƯƠNG 9 KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI 82

9.1 Nguyên tắc tính toán 82

9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do uốn 82

9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất do cắt 84

CHƯƠNG 10 KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG 85

10.1 Kiểm tra độ võng kết cấu nhịp 85

10.2 Kiểm tra dao động kết cấu nhịp 92

CHƯƠNG 11 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG 93

11.1 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt gối 93

Trang 3

11.2 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt trung gian 98

CHƯƠNG 12 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 102

12.1 Nguyên tắc chung 102

12.2 Xác định các tải trọng tác dụng lên neo 102

12.3 Xác định khả năng chịu lực của neo 104

12.4 Bố trí neo 106

12.5 Kiểm tra neo đinh mũ theo TTGH mỏi 107

CHƯƠNG 13 TÍNH TOÁN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 108

13.1 Lực tác dụng lên liên kết 108

13.2 Xác định chiều cao đường hàn 111

CHƯƠNG 14 TÍNH TOÁN MỐI NỐI DẦM 113

14.1 Khả năng chịu lực của bulông 113

14.2 Tính toán mối nối bản bụng 115

14.3 Tính toán mối nối bản cánh 120

CHƯƠNG 15 TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 124

15.1 Cấu tạo bản mặt cầu 124

15.2 Xác định nội lực bản mặt cầu 125

15.3 Tính toán và bố trí cốt thép bản 135

CHƯƠNG 16 THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI ……… 143

16.1 Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu……… 143

16.2 Thiết kế cốt thép cho các mặt cắt……… 172

16.3 Tính toán thiết kế phần tường cánh……… 191

16.4 Thiết kế móng mố……… 202

Trang 4

PHẦN I - THIẾT KẾ SƠ BỘ

* PHƯƠNG ÁN I : CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

* PHƯƠNG ÁN II : CẦU DẦM BTCT DƯL

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU

1.1 Đánh giá điều kiện địa hình:

Mặt cắt dọc sông khá đối xứng, do đó rất thuận tiện cho việc bố trí kết cấu nhịp đối xứng

Sông cấp V, chiều rộng khổ gầm cầu là 25 m và khẩu độ cầu L0=172.38 m nên chọn những giải pháp kết cấu phù hợp với điều kiện thi công

Nhận xét:

Nói chung với địa chất lòng sông lòng sông như vậy ta thấy rất thuận lợi cho việc thi công, tuy giá thành củng như việc thi công cọc khoan nhồi đắt tiền và phức tạp hơn nhiều so với cọc đóng, nhưng khi dùng cọc khoan nhồi thì sẽ giảm bớt số lượng cọc và khả năng chịu tải lớn hơn so với cọc đóng, do đó trong hai phương án cầu ta sử dụng cọc đóng bê tông cốt thép

1.2 Các giải pháp kết cấu:

1.2.1 Nguyên tắc chung:

– Đảm bảo mọi chỉ tiêu kỹ thuật đã được duyệt

– Kết cấu phải phù hợp với khả năng và thiết bị của các đơn vị thi công

– Ưu tiên sử dụng các công nghệ mới tiên tiến nhằm tăng chất lượng công trình, tăng tính thẩm mỹ I – I

– Quá trình khai thác an toàn, thuận tiện và kinh tế

1.2.2 Giải pháp kết cấu công trình:

*Kết cấu thượng bộ:

– Giải pháp giản đơn kết cấu ƯST để so sánh chọn phương án ƯST để so sánh chọn phương án

*Kết cấu hạ bộ:

– Dùng móng cọc đường kính lớn

– Kết cấu mố chọn loại mố chữ U

Trang 5

– Dùng trụ cầu toàn khối cho kết cấu cầu đơn giản

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

Trên cơ sở phân tích và đánh giá ở phần trên, ta đề xuất các phương án vượt sông như sau:

2.1 Phương án I:

– Loại cầu : cầu dầm thép liên hợp bản BTCT

– Mô tả kết cấu phần trên:

+ Sơ đồ nhịp : Sơ đồ cầu giản đơn 5 nhịp: 5x33 (m)

+ Tiết diện chữ I

+ Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300

+ Các lớp mặt cầu gồm : Lớp BT nhựa

Lớp phòng nước

Lớp tạo độ dốc

– Mô tả kết cấu phần dưới :

+ Dạng mố: Mố công xon BTCT – tường cánh xiên

+ Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp

+ Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95

– Phương pháp thi công chỉ đạo :

+ Dầm thép chữ I được lắp ráp trong xưởng và vận chuyển tới chân cầu, dùng cần cẩu lao lắp

+ Thi công cọc: Dùng mày đóng cọc BTCT

Trang 6

+ Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu có), đập bêtông đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông

+ Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông thân trụ

2.2 Phương án II:

– Loại cầu: Cầu giản đơn BTCT DƯL

– Mô tả kết cấu phần trên :

+ Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu 5 nhịp: 5x33 (m)

+ dầm chữ I BTCT DƯL

+ Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300

+ Các lớp mặt cầu gồm: Lớp BT nhựa

Lớp phòng nước

Lớp tạo độ dốc

– Mô tả kết cấu phần dưới:

+ Dạng mố: Mố chữ U cải tiến BTCT 𝑓𝑐′ = 30𝑀𝑝𝑎

+ Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp

+ Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95

– Phương pháp thi công chỉ đạo:

+ Dầm BTCT chữ I được đúc trên bờ, dùng cần cẩu lao lắp lên nhịp

+ Thi công cọc đóng BTCT

Trang 7

+ Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu có), đập bêtông đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông

+ Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông thân trụ

Trang 8

PHẦN II - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM

THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT

SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU

1.1 Số liệu chung

- Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép – BTCT

+ Bề rộng toàn cầu: Bcau= 8,5+2x1,75+2x0,5 Bcau = 13 m

m

1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm

– Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa – Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa – Vật liệu chế tạo bản mặt cầu :

+ Cường độ chịu nén của bản bê tông tuổi 28 ngày : '

c

f = 30 Mpa

+ Trọng lượng riêng của bản bê tông :c = 2,4 T/m3 = 24 kN/m3

+ Mô đun đàn hồi của bêtông được tính theo công thức: (5.4.2.3)

Trang 9

0, 043* 0, 043* 2400 30 27691.5

– Vật liệu thép chế tạo dầm: Loại thép sử dụng (cấp): 345:

+ Cường độ chảy nhỏ nhất của thép : fy = 345 Mpa

7850 / 78,5 /

+ Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: fu = 450 Mpa

+ Mô đun đàn hồi của thép: E t = 2,0x 105 Mpa

1.3 Xác định các hệ số tính toán

– Hệ số tải trọng :

+ Tĩnh tải giai đoạn I: 1=1,25 và 0,9

+ Tĩnh tải giai đoạn II : 2 = 1,5 và 0,65

+Hoạt tải HL 93 và đoàn người : h=1,75 và 1,0

– Hệ số xung kích: 1+IM

Chỉ xét hệ số xung kích cho xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm

Không áp dụng hệ số xung kích cho tải trọng làn và tải trọng người đi

Trừ mối nối bản mặt cầu, tất cả các bộ phận khác của kết cấu nhịp có hệ số xung kích như sau:

Trang 10

+ Ở đây do cầu được thiết kế 2 làn nên ta lấy hệ số làn: m =1

KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ

2.1 Chiều dài tính toán KCN

– Chiều dài nhịp: L= 33 m

– Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 m

 Chiều dài tính toán KCN: Ltt = L-2a = 33 – 0,3x2 = 32.4 m

2.2 Lựa chọn số dầm chủ trên mặt cắt ngang

2.2.1 Trường hợp số dầm ít: n dc =24

– Ưu điểm: giảm chi phí thép chế tạo dầm và giảm chi phí thi công cầu

– Nhược điểm: Nội lực trong dầm lớn do đó phải tăng chiều cao dầm dẫn đến tăng chiều dài cầu cũng như chiều cao đất đắp nền đường đầu cầu tăng tổng chi phí xây dựng công trình

– Trong trường hợp số dầm ít thì hệ số phân bố ngang thường được tính theo phương pháp đòn bẩy

2.2.2 Trường hợp số dầm nhiều: n dc >4

– Ưu điểm: Nội lực trong dầm nhỏ do đó giảm chiều cao dầm cũng như chiều dài cầu và chiều cao đất đắp nền đường đầu cầu do đó giảm được tổng chi phí xây dựng công trình

– Nhược điểm: Tăng chi phí vật liệu thép chế tao dầm cũng như chi phí thi công KCN do số cụm dầm phải lao lắp lớn hơn và đồng thời tăng tĩnh tải mặt cầu

– Khi lựa chọn số dầm nên đảm bảo khoảng cách giữa các dầm S =1.22.4 m là hợp lý nhất, không nên thiết kế khoảng cách giữa các dầm chủ lớn hơn 3m ,vì khi đó bản mặt cầu làm việc rất bất lợi Đồng thời liên kết ngang giữa các dầm kém nên không đảm bảo độ cứng cho kết cấu nhịp, khi đó cầu sẽ bị dao động lớn

Trong bài toán thiết kế này căn cứ vào bề rộng thiết kế của cầu bằng 13m nên ta chọn trường hợp số dầm chủ nhiều: n = 5 dầm chủ

Trang 11

2.3 Qui mơ thiết kế mặt cắt ngang cầu

– Mặt cắt ngang cầu:

Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu

Lớp bê tông nhựa dày 5cm Lớp bê tông bảo vệ dày 4cm Lớp phòng nước dày 1cm Lớp mui luyện dày 2-13cm Bản mặt cầu dày 20cm

Trang 12

2.4 Chiều cao dầm chủ

– Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào:

+ Chiều dài nhịp tính toán: Ltt

+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Quy mô của tải trọng khai thác

– Xác định chiều cao của dầm chủ theo điều kiện cường độ:

Mu ≤ Mr

Trong đó:

+ Mu: Momen tính toán lớn nhất do tải trọng sinh ra

+ Mr: Sức kháng uốn lớn nhất của mặt cắt dầm chủ

– Xác định chiều cao của dầm chủ theo điều kiện độ cứng (độ võng):

– Xác định chiều cao dầm thép theo kinh nghiệm:

+ Chiều cao dầm thép :

Với: Hsb: Là chiều cao dầm thép (Steel beam)

Trang 13

Hcb: Là chiều cao dầm liên hợp (Composite Beam)

– Ngoài ra việc lựa chọn chiều cao dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng của các bản thép hiện có trên thị trường để tránh việc phải cắt ghép bản thép 1 cách bất hợp lý – Trong bước tính toán sơ bộ ta chon chiều cao dầm thép theo công thức:

𝐻𝑠𝑏

𝐿 ≥ 30 => 𝐻𝑠𝑏 ≥

1

30× 33 = 1.1(𝑚)  Chọn chiều cao dầm thép:

+ Chiều cao bản bụng: Dw = 150 cm

+ Chiều dày bản cánh trên (Top flange): tt = 3 cm

+ Chiều dày bản cánh dưới (Bottom flange): tb = 3 cm

+ Chiều cao toàn bộ dầm thép: Hsb = 150 + 3 + 3 = 156 cm = 1.56 m

2.5 Cấu tạo bản bê tông mặt cầu

– Kích thước của bản bê tông xác định theo điều kiện bản chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng cục bộ

– Chiều bản thường chọn: ts = (16 ÷25) cm

– Theo quy định của 22TCN 272-05 thì chiều dày của bản bê tông mặt cầu phải lớn hơn 175 mm Đồng thời còn phải đảm bảo theo điền kiện chịu lực và thường lấy theo bảng 5.1 (A2.5.2.6.3-1)

=> Ở đây ta chọn chiều dày bản bê tông mặt cầu lan ts = 20 cm

– Bản bê tông có thể cấu tạo vút dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn hoặc có thể không cần cấu tạo vút Mục đích của việc cấu tạo vút bản bêtông lá nhằm tăng chiều cao dầm => tăng khả năng chịu lực của dầm và tạo ra chỗ để bố trí hệ neo liên kết

– Kích thước cấu tạo bản bêtông mặt cầu:

+ Chiều dày bản bêtông: ts = 20 cm

+ Chiều dày vút bản: th = 10 cm

+ Bề rộng vút bản: bh = 10 cm

+ Chiều dài phần cánh hẫng: de = 130 cm

+ Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 130 cm

Trang 14

2.6 Tổng hợp kích thước dầm chủ

– Mặt cắt ngang dầm chủ:

MẶT CẮT NGANG DẦM BIÊN MẶT CẮT NGANG DẦM TRONG

– Cấu tạo bản bụng (web)

+ Chiều cao bản bụng: Dw = 150 cm

+ Chiều dày bản bụng: tw = 2 cm

– Cấu tạo bản cánh trên: do có bản bê tông chịu nén nên bản cánh trên của dầm thép chỉ cần cấu tạo đủ để bố trí neo liên kết với bản bê tông, vì vậy kích thước của bản cánh trên thường nhỏ hơn kích thước của bản cánh dưới:

+ Bề rộng bản cánh trên: bc = 40 cm

+ Số tập bản cánh trên: nc = 1

+ Chiều dày một bản: t = 3 cm

+ Tổng chiều dày bản cánh trên: tc = 1 x 3 = 3 cm

– Cấu tạo bản cánh dưới:

+ Bề rộng bản cánh dưới: bt = 70 cm

+ Số tập bản cánh dưới: nt = 1

+ Chiều dày một bản: t = 3 cm

+ Tổng chiều dày bản cánh dưới: tt = 1 x 3 = 3 cm

– Tổng chiều cao dầm thép: Hsb = 150+3+3 = 156 cm

– Cấu tạo bản bê tông:

20

2600

200 100

Trang 15

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ

3.1 Các giai đoạn làm việc cảu dầm liên hợp

Tuỳ theo biện pháp thi công kết cấu nhịp mà cầu dầm liên hợp có các giai đoạn làm việc khác nhau Do đó khi tính toán thiết kế cầu dầm liên hợp phải phân tích rõ

Trang 16

quá trình hình thành kết cấu trong các giai đoạn làm việc từ khi chế tạo, thi công đến khi đưa vào khai thác sử dụng

3.1.1 Trường hợp 1

Cầu dầm liên hợp thi công theo phương pháp lắp ghép hay lao kéo dọc không có đà giáo hay trụ đỡ ở dưới Trong trường hợp này dầm làm việc theo 2 giai đoạn

Giai đoạn 1: Khi thi công xong dầm thép

– Mặt cắt tính toán: Là mặt cắt dầm thép

– Tải trọng tính toán: Tĩnh tải giai đoạn 1

1 Trọng lượng bản thân dầm

2 Trọng lượng hệ liên kết dọc và ngang

3 Trọng lượng bản bêtông và những phần bê tông được đổ cùng bản

Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu

ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT

– Mặt cắt tính toán là mặt cắt Thép – BTCT

– Tải trọng tính toán

Trang 17

1 Tĩnh tải giai đoạn II bao gồm: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, gờ chắn bánh

I I

Trang 18

Giai đoạn 1: Trong quá trình thi công thì toàn bộ trọng lượng của kết cấu nhịp và

tải trọng thi công sẽ do đà giáo chịu, như vậy giai đoạn này mặt cắt chưa làm việc

Giai đoạn 2: Sau khi dỡ đà giáo thì trọng lượng của kết cấu nhịp mới truyền lên

các dầm chủ, mặt cắt làm việc trong giai đoạn này là mặt cắt liên hợp Như vậy tải trọng tác dụng lên dầm gồm:

+ Tĩnh tải giai đoạn I

+ Tĩnh tải giai đoạn II

+ Hoạt tải

Kết luận:

Giả thiết cầu được thi công bằng phương pháp lắp ghép bằng cần cẩu nên dầm làm việc theo hai giai đoạn ở trong trường hợp 1

3.2 Xác định dặc trung hình học của mặt cắt giai đoạn I

Giai đoạn 1: Khi thi công dầm thép và đã đổ bản bêtông mặt cầu, tuy nhiên giữa

dầm thép và bản mặt cầu chưa tạo ra hiệu ứng liên hợp

– Mặt cắt tính toán: Mặt cắt dầm thép

bt tw bc

Trang 19

Trang 20

+ Mômen quán tính của tiết diện dầm thép

I I I I 598339.47 917370.59 903036.73  2418746.79(cm )4

– Xác định mômen tĩnh của phần trên mặt cắt dầm thép đối với TTH I-I

Bảng kết quả tính toán ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I

Mômen tĩnh mặt cắt đối với đáy dầm So 42255 cm3

KC từ mép trên dầm thép đến TTH I-I Y1t 88.93 cm

KC từ mép dưới dầm thép đến TTH I-I Y1b 67.07 cm Mômen quán tính phần bản bụng Iw 598339.42 cm4

Mômen quán tính phần cánh trên Icf 917370.59 cm4

Mômen quán tính phần cánh dưới Itf 903036.73 cm4

Mômen tĩnh mặt cắt đối với TTH I-I SNC 17875.56 cm3

MMQT của măt cắt đối với trục Oy Iy 101850 cm3

3.3 Xác đinh các dặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II

3.3.1 Mặt cắt tính toán giai đoạn II

Giai đoạn 2: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia làm việc tạo ra hiệu ứng liên hợp giữa dầm thép và bản BTCT

Trang 21

Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp

 Đặc trưng hình học giai đoạn này là ĐTHH của mặt cắt liên hợp

3.3.2 Xác định bề rộng tính toán của bản bê tông

Trong tính toán không phải toàn bộ bản bêtông mặt cầu tham gia làm việc chung cùng với dầm thép theo phương dọc cầu Bề rộng bản bêtông làm việc chung cùng với dầm thép hay còn gọi là bề rộng có hiệu, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dài tính toán của nhịp, khoảng cách giữa các dầm chủ và bề dày bản bêtông mặt cầu

Theo 22TCN272 – 05 bề rộng bản cánh lấy như sau:

Xác định b 1: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

+) 1Ltt 1 3240 405(cm)

8  8 

Trang 22

+)

w s

 Bề rộng tính toán của bản cánh dầm biên: b s  b1 b2 130 130 260( cm )

 Bề rộng tính toán của bản cánh dầm trong: b s    2 b2 2 130260( cm )

Trong đó : + Ltt : Chiều dài nhịp tính toán

+ ts : Chiều dày bản bê tông mặt cầu

+ bs : Bề rộng tính toán của bản bê tông

+ S : Khoảng cách giữa các dầm chủ

+ bc : Bề rộng bản cánh chịu nén của dầm thép

+ tw : Chiều dày bản bụng của dầm thép

+de : Chiều dài phần cánh hẫng

3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép

Trang 23

Vì tiết diện liên hợp có hai loại vật liệu là thép và bêtông nên khi tính toán đặc trưng hình học ta tính đổi về một loại vật liệu Ta tính đổi phần bê tông sang thép dựa vào hệ số n là tỷ số giữa môdun đàn hồi của thép và bêtông

Bảng: Hệ số quy đổi từ thép sang bêtông

30

1560

Trang 24

b) ĐTHH của cốt thép trong bản bêtông

-Lưới cốt thép phía trên:

+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 14 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @= 19 (cm)

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: Art 14 1.131 15.834(cm )  2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông:art 5(cm)– Lưới cốt thép phía dưới:

+ Số thanh trên mặt cắt ngang dầm: n = 14 thanh

+ Khoảng cách giữa các thanh: @= 19 (cm)

+ Tổng diện tích cốt thép phía trên: Arb 14 1.131 15.834(cm )  2

+ Khoảng cách từ tim cốt thép phía trên đến mép trên của bản tông:arb 5(cm)– Tổng diện tích cốt thép trong bản bêtông:

2600

200

50

Trang 25

+ nrt ; drt ; Art : Số thanh, đường kính và diện tích cốt thép ở lưới trên

+ nrb ; drb ; Arb : Số thanh, đường kính và diện tích cốt thép ở lưới dươí

+ art ; arb: Khoảng cách từ tim lưới cốt thép trên và dưới đến mép trên bản bêtông

+ ts : Chiều dày bản bêtông

+ th Chiều dày của vút dầm

+ Yr : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép trong bản đến mép trên dầm thép

Trang 26

2 s

80145.55S

+ Mômen quán tính của dầm thép

Trang 27

I I A Z 2418746.79 630 58.32  4561516.9(cm )+ Mômen quán tính của phần bản bêtông

2 3

Trang 28

d) Xác định ĐTHH của mặt cắt liên hợp dài hạn

– Mặt cắt liên hợp dài hạn đựơc sử dụng để tính toán đối với các tải trọng lâu dài như tĩnh tải khi đó ta phải xét tới từ biến

– Trong trường hợp có xét tới hiện tượng từ biến thì các đặc trưng hình học của mặt cắt đựơc tính tương tự khi không xét tới từ biến, chỉ thay hệ số n bằng n’

Trang 29

Trong đó:

+ Ar : Diện tích cốt thép bố trí trong bản bêtông

+ ANC : Diện tích dầm thép

+ ALT: Diện tích tính đổi của tiết diện liên hợp khi xét từ biến

– Xác định mômen tĩnh của tiết diện liên hợp đối với TTH I-I của tiết diện thép

Y H Y Z 156 67.07 32.27  56.66(cm) – Khoảng cách từ mép dưới dầm thép đến trục II’-II’:

Y Y Z 67.07 32.27 99.34(cm)– Xác định mômen quán tính của tiết diện liên hợp

+ Mômen quán tính của dầm thép

I I A Z 2418746.79 630 32.27  3074799.12(cm )

Trang 30

+ Mômen quán tính của phần bản bêtông

2 3

s ' s s sb 1 1 h

2 3

237.413

Trang 31

Diện tích cốt thép trong bản bêtông A r 31 668 . A ' r 31 668 . cm2

Diện tích mặt cắt tính đổi A ST 1374.17 A LT 899.17 cm2

Mômen tĩnh của Mc với trục I-I S x I 80145.55 S x I ' 29014.91 cm3

Khoảng cách từ TTH I-I tới trục II-II Z 1 58 32 . 1

'

Trang 32

MMQT của dầm thép với trục II-II I NC II 4561516.9 I NC II ' 3074799.12 cm4

MMQT của bản BTCT với trục II-II I s 1686558.53 I ' s 1280519.27 cm4

MMQT của phần vút bản với trục II-II I h 81259 09 . I ' h 80237.41 cm4

MM tĩnh của bản với trục II-II S s 36745.68 S ' s 20328.86 cm3

3.3.4.2 Cấu tạo của mặt cắt dầm trong:

Mặt cắt tính toán

Theo như cấu tạo thì dầm biên và dầm trong được thiết kế có kích thước như nhau

nên các ĐTHH của mặt cắt dầm trong cũng bằng với các ĐTHH của mặt cắt dầm biên

Tính toán tương tự ta có bảng tổng hợp các ĐTHH của mặt cắt dầm trong như sau:

30

1560

Trang 33

Bảng tổng hợp kết quả ĐTHH của mặt cắt dầm trong

Diện tích cốt thép trong bản bêtông A r 31 668 . A ' r 31 668 . cm2

Diện tích mặt cắt tính đổi A ST 1374.17 A LT 899.17 cm2

Mômen tĩnh của Mc với trục I-I S x I 80145.55 S x I ' 29014.91 cm3

Khoảng cách từ TTH I-I tới trục II-II Z 1 58 32 . 1

Trang 34

3.4 Xác định dặc trưng hình học ở giai đoạn chảy dẻo

3.4.1 Mặt cắt tính toán

– Giai đoạn 3: Khi ứng suất trên toàn mặt cắt đạt đến giới hạn chảy

– Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp  Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn 3 là đặc trưng hình học của tiết diện liên hợp

3.4.2 Xác định vị trí trục trung hoà của mặt cắt

– Mặt cắt dầm làm việc trong giai đoạn chảy dẻo khi tất cả các phần trên mặt cắt đều đã đạt đến giới hạn chảy

– Vị trí trục trung hòa dẻo (PNA) được xác định như sau:

+ Nếu Pt Pw  Pc Prb  TTH đi qua sườn dầm Ps Prt

+ Nếu Pt Pw  Pc Prb  Ps Prt và Pt PwPc Prb Ps Prt

TTH đi qua bản cánh trên

+ Nếu Pt Pw Pc Prb  TTH đi qua bản bêtông Ps Prt

Trong trường hợp TTH đi qua trọng tâm bản bê tông vê nguyên tắc ta phải xét xem TTH ở trên hay ở dưới so với cốt thép trên và cốt thép dưới để có được công thức tính toán chính xác Trong tính toán ta thường bỏ qua phần cốt thép của bản bê tông mặt cầu do đó ta chỉ cần xác định TTH đi qua bản bê tông là được

Trong đó:

Trang 35

+P ,t P ,c P : Là lực dẻo tại trọng tâm bản cánh chịu kéo, bản cánh chịu nén và wsườn dầm

+P : Lực dẻo tại trọng tâm bản bê tông s

+P ,rt P : Lực dẻo tại trọng tâm lưới cốt thép phía trên & phía dưới của bản rbbêtông

– Tính lực dẻo của các phần của mặt cắt dầm:

+ Lực dẻo tại bản cánh dưới dầm thép:

1

t yt t t

P f b t 345 10  70 3 7245(kN) + Lực dẻo tại bản cánh trên dầm thép:

Trang 36

3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén:

Vì trục trung hòa đi qua bản cánh chịu nén hoặc đi qua bản bê tông nên chiều cao chịu nén của sườn dầm Dcp = 0 và coi như yêu cầu về độ mảnh các mặt cắt đặc chắc đã thỏa mản

– Mômen chảy (My) ở mặt cắt liên hợp ngắn hạn được lấy bằng tổng các mômen tác dụng vào dầm thép, mặt cắt liên hợp ngắn hạn liên hợp ngắn hạn và dài hạn gây ra trạng thái chảy đầu tiên ở một trong 2 cánh của dầm thép (không xét đến chảy ở sườn dầm của mặt mắt lai)

My MD1MD2MAD

Trong đó:

+M : Mômen uốn do tĩnh tải giai đoạn I tác dụng trên mặt cắt dầm thép D1+MD 2: Mômen uốn do tĩnh tải giai đoạn II,co ngót … tác dụng trên mặt cắt liên hợp dài hạn

+MAD: Mômen uốn bổ sung cần thiết để gây ra chảy ở một bản thép.Mô men này do hoạt tải tính toán ( có xét đến hệ số vượt tải, hệ số xung kích) và được tính toán theo ĐTHH của mặt cắt liên hợp ngắn hạn

– Ứng suất trong dầm thép do M : D1

+ Mômen tính toán do tĩnh tải giai đoạn I: MD1 3625.7(kNm)

+ Mômen quán tính của mặt cắt nguyên: INC 2418746.8 cm )( 4

+ Khoảng cách từ TTH I-I đến mép dưới dầm thép:

Trang 37

– Ứng suất trong dầm thép do MD2 :

+ Mômen tính toán do tĩnh tải giai đoạn II: MD2 1596.63(kNm)

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp dài hạn: ILT 4621660.9 cm )( 4 + Khoảng cách từ TTH II’-II’ đến mép dưới dầm thép:

– Ứng suất trong dầm thép do mômen uốn bổ xung MAD :

+ Ứng suất tại mép trên dầm thép:

– Khi ứng suất trong cánh dầm thép đạt đến giới hạn chảy ta có:

Trường hợp 1: cánh trên chảy ta có: t t t

Trang 38

– Xác định mômen uốn bổ xung:

+ Mômen quán tính của mặt cắt liên hợp ngắn hạn: IST 6410341.34 cm )( 4+ Khoảng cách từ TTH II-II đến mép dưới dầm thép:

Trang 39

Trong đó:

+ P : lực dẻo thứ tại bộ phận thứ i của mặt cắt cắt dầm i

+Z : Khoảng cách từ điểm đặt lực dẻo thứ i đến TTH dẻo (PNA) i

– Trong trường hơp TTH đi qua bản cánh trên ta có sơ đồ tính:

Lấy tổng mômen đối với trục trung hoà dẻo ta có giá trị mômen của mặt cắt được tính theo công thức :

+ At : Diện tích bản cánh chịu kéo, At = 210 (cm2)

+ fy: Giới hạn chảy của thép, fy = 250Mpa = 25 (kN/cm2)

+ f’c : Cường độ chịu nén của bêtông bản dầm, f’c =30 Mpa = 3 (kN/cm2) + Dcp : Chiều cao phần sườn dầm chịu nén, Dcp = 0 (cm)

+ Zs : Là khoảng cách từ trọng tâm bản bêtông đén mép trên của dầm thép

Trang 40

CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ

4.1 Cấu tạo hệ liên kết trong kết cấu nhịp

4.1.1 Hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối

– Cấu tạo:

– Dầm ngang tại mặt cắt gối là chỗ đặt kích nâng hạ các cụm dầm trong quá trình thi công và sửa chữa cầu khi cần thiết Do đó liên kết ngang ở gối phải cấu tạo chắc chắn hơn các mặt cắt khác, thông thường dùng các dầm I định hình Chọn dầm ngang tại mặt cắt gối là dầm định hình I700

– Trọng lượng của dầm ngang trên một dầm chủ được tính bằng cách tính tổng trọng lượng của tất cả các thanh của dầm ngang và chia đều cho mỗi dầm chủ nhân với chiều dài dầm chủ:

dn n

+ qn : Trọng lượng hệ liên kết ngang trên 1 mét dài dầm chủ

+∑qdn : Tổng trọng lượng của các dầm ngang

+ ndc : Số dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Lnh : Chiều dài kết cấu nhịp

Cấu tạo và trọng lượng của hệ liên kết ngang tại mặt cắt gối

200

1560

Định dạng
Số trang	142
Dung lượng	3,08 MB