ĐỒ án cầu BTCT DUL CĂNG SAU

Tính toán cột lan can: Để đơn giản trong tính toán cột lan can, ta chỉ xét đến khả năng chịu lực xô ngang vào cột và kiểm tra các yêu cầu về cấu tạo, bỏ qua trọng lượng bản thân.. Do bả

Trang 1

TP HỒ CHÍ MINH - 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION KHOA XÂY DỰNG – FACULITY OF CIVIL ENGINEERING

BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG DEPARTMENT OF TRANSPORTATION ENGINEERING

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

REINFORCED CONCRETE BRIDGE DESIGN

SINH VIÊN – STUDENT : VŨ VĂN ĐỨC MSSV- ID : 16127045 GVHD- ADVISOR : TS TRẦN VŨ TỰ

Trang 2

 Dạng kết cấu nhịp: hệ dầm giản đơn tiết diện chữ I DUL căng sau

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0.5 m

- Chiều dài nhịp tính toán: Ltt= 32 m

1.1.2 Phương ngang cầu:

 Các loại thép dùng thi công lề bộ hành, lan can, bản mặt cầu, dầm ngang, dầm chính được

quy định theo ASTM A615M

fy = 280 Mpa

- Tỉ trọng bê tông: γ = 2.5 × 10−5 N/mm3

- Trọng lượng riêng của thép: γs = 7.85 × 10−5 N/mm3

- Loại cốt thép DUL tao thép có độ chùng thấp

 Đường kính 1 tao: dps = 12.7 mm

 Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn:

fpu = 1860 Mpa

 Cường độ chảy: fpy = 0.9fpu = 1670 Mpa

 Ứng suất khi kích: fpj = 0.74 fpu = 1374 Mpa

1.3 Thiết kế mặt cắt ngang cầu

1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng L c.

Bề rộng toàn cầu: B = 8 + 2x0.5 = 9 m Khoảng cách giữa các dầm chủ: S = 1.8 m

Ta có: {B = (n − 1) S + 2Lc

Lc ≈ 0.5S => B ≈ n S Vậy ta chọn được số lượng dầm chính là 5 dầm, khoảng cách giữa các dầm chính là 1800 mm, chiều dài bản hẫng là 900 mm

1.3.2 Thiết kế độ dốc ngang cầu:

1.3.3 Thiết kế thoát nước mặt cầu:

Đường kính ống: D ≥ 100mm Diện tích ống thoát nước được tính trên cơ sở 1m2 mặt cầu tương ứng với ít nhất 1 cm2 ống thoát nước Khoảng cách ống tối đa 15 m, chiều dài ống vượt qua đáy dầm 100mm

Diện tích mặt cầu S = L x B = 33 x 9 = 297 m2 vậy cần bố trí ít nhất 297 cm2 ống thoát nước Chọn ống có D = 100 mm => Aống= 7850 mm2 = 78.5 cm2

Vậy số ống thoát nước cần thiết là:

nống = 297

78.5= 3.78 ống Vậy chọn 6 ống bố trí đối xứng mỗi bên 3 ống Mỗi bên hai ống cách nhau 9.9 m

1.3.4 Xác định kích thước dầm chủ

Chiều cao dầm chủ được lựa chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm: (1

18𝐿 ÷ 1

22𝐿) với L là chiều dài nhịp Ở đây L = 33 m, nên chọn H = (1.83 – 1.5)m = 1.65 m

Trang 4

SVTH: VŨ VẮN ĐỨC_16127045 3

Chương 2: THIẾT KẾ LAN CAN

2.1 Tính toán thanh lan can

Lan can được bố trí như hình

Hình 2.1 Bố trí lan can trên cầu

Chọn thanh lan can bằng thép ống:

 Đường kính ngoài D = 60 mm

 Đường kính trong d = 50 mm

Khoảng cách 2 cột lan can là 2000 mm

Khối lượng riêng của thép làm lan can là: γs = 7.85 × 10−5N/mm3

Thép M270 cấp 250 : fy = 250 Mpa

2.1.1 Tải trọng tác dụng lên lan can:

Tính tải : trọng lượng bản thân lan can

 Tải tập trung: P = 890 N

 Tải phân bố: w = 0.37 N/mm

2.1.2 Nội lực tác dụng lên thanh lan can:

2.1.2.1 Nội lực tác dụng theo phương y

 Momen do tĩnh tải tại mặt cắt giữa nhịp:

- γDC = 1.25 : Hệ số tải trọng cho tĩnh tải

- γLL = 1.75 : Hệ số tải trọng cho hoạt tải

Trang 5

M1/2 = 0.5 × M = 0.5 × 987048 = 493524 N mm

 Momen âm lớn nhất tại gối:

Mg= 0.7 × M = 0.7 × 987048 = 690934 N mm

2.1.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh lan can

Lan lan can được kiểm tra theo điều kiện:

ϕ Mn ≥ M Trong đó:

- ϕ = 1 : là hệ số sức kháng

- M : là momen lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải

- Mn = fy S : là sức kháng của tiết diện Với S là momen kháng uốn của tiết diện

ϕ Mn = 1 × 2233500 = 2233500 N mm > 690934 N mm => 𝐎𝐊 Vậy lan can đủ điều kiện chịu lực

2.2 Tính toán cột lan can:

Để đơn giản trong tính toán cột lan can, ta chỉ xét đến khả năng chịu lực xô ngang vào cột và kiểm

tra các yêu cầu về cấu tạo, bỏ qua trọng lượng bản thân

Sơ đồ tính như sau:

2.2.1 Lực tác dụng lên cột lan can:

 Lực phân bố w = 0.37 N/mm ở hai bên cột truyền vào cột lan can một lực tập trung :

P` = w × L = 0.37 × 2000 = 740 N

 Lực tập trung : P = 890 N Vậy lực tập trung tác dụng vào cột là: P``= P + P` = 740 + 890 = 1630 N Momen tác dụng tại vị trí chân cột là:

M = P`` 185 + P`` 415 = 1630 × 185 + 1630 × 415 = 978000 N mm

2.2.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can:

Cột đảm bảo khả năng chịu lực khi thỏa mãn điều kiện:

ϕMn ≥ ηγLL M Trong đó:

3

=≫ Mn = 250 × 181478 = 45369500 N mm Kiểm tra điều kiện:

ϕ Mn = 1 × 45369500 = 45369500 N mm > 0.95 × 1.75 × 978000 = 1625925 N mm

Vậy cột thỏa mãn điều kiện chịu lực

2.2.3 Kiểm tra tỉ lệ cấu tạo chung

Theo 6.10.2.1 22TCN272-05 các cấu kiện chữ I phải thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo như sau:

0.1 ≤Iyc

Iy ≤ 0.9 Trong đó:

- Iy: momen quán tính của mặt cắt thép đối với trục thẳng đứng trong mặt phẳng bản bụng, tính như sau:

Trang 6

- Iyc: momen quán tính của bản cánh chịu nén của mặt phẳng thép quanh trục đứng

trong mặt phẳng của bản bụng, tính như sau

2.3 Tính toán bu lông neo

2.3.1 Chọn số liệu thiết kế:

 Đường kính bu lông:∅14 =≫ Ab = 153.9 mm2

 Số lượng bu lông: 4 bu lông

 Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: Fub = 420 MPa

 Bề dày bản đế: 10 mm

2.3.2 Kiểm tra sức kháng cắt

Sức kháng cắt của mỗi bu lông tinh tại vị trí có ren theo 6.13.2.7 – 22TCN 272-05 là:

Rn = 0.38AbFubNsVới Ns là số lượng mặt cắt tính toán Ns = 1

=≫ Rn = 0.38 × 153.9 × 420 × 1 = 24562 N Lực cắt mà mỗi bu lông phải chịu là:

Vi =P`` × 2

1630 × 2

4 = 815 N Vậy Rn > Vi nên bu lông đảm bảo điều kiện chịu cắt

2.3.3 Kiểm tra sức kháng kéo

Sức kháng kéo danh định của Bu lông được tính theo 6.13.2.10.2 22TCN 211-06 như sau:

Tn = 0.76AbFub = 0.76 × 153.9 × 420 = 49125 N Lực kéo lớn nhất gây ra cho bu lông được tính như sau:

Nmax =M lmax

m ∑ li2Trong đó:

- li : khoảng cách giữa các hàng bu lông

- lmax = 90 mm là khoảng cách xa nhất giữa các hàng bu lông

- m = 2 là số buloong trên một hàng

=≫ Nmax =978000 × 90

2 × 902 = 5433 N Vậy Nmax < Tn nên bu lông đảm bảo điều kiện chịu cắt

2.4 Tính toán tường lan can

2.4.1 Xác định lực va ngang của xe

Chọn cấp lan can thiết kế theo 13.7.2 22TCN 211-06, chọn cấp L3 ta được:

Trang 7

2.4.2 Xác định tổng sức kháng của hệ lan can

Do chiều dày của tường lan can thay đổi nên chia lan can thành 3 đoạn có kích thước như hình vẽ:

2.4.2.1 Tính sức kháng của tường đối với trục thằng đứng

Trong việc xác định momen kháng uốn của tường, phần cốt thép nén sẽ bỏ qua nên đây là bài toán

xác định sức kháng momen tới hạn của một dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật và bố trí cốt đơn

c = a

β1 =

11.680.836 = 13.9 mm

Hệ số sức kháng:

ϕ = 0.65 + 0.15 × (ds

c − 1) = 0.65 + 0.15 × (

20013.9− 1) = 2.64 > 0.9 Chọn ϕ = 0.9 để tính toán

307.8 × 3000.85 × 30 × 350= 10.34 mm

c = a

β1 =

10.340.836 = 12.37 mm

ϕ = 0.65 + 0.15 × (ds

c − 1) = 0.65 + 0.15 × (

ds = 500-50 = 450 mm

a = Asfy0.85fc`b=

153.9 × 3000.85 × 30 × 225= 8.04 mm

c = a

β1 =

8.040.836 = 9.62 mm

ϕ = 0.65 + 0.15 × (ds

c − 1) = 0.65 + 0.15 × (

Trang 8

2.4.2.2 Tính sức kháng của tường đối với trục nằm ngang

Cốt thép chịu lực là các thanh thép có đường kính là 1 mm ứng với diện tích 113.1 mm và bố trí

khoảng cách 150 mm Khi đó, diện tích thép chịu lực trên một đơn vị chiều dài là:

As =113.1

120 = 0.942 mm

2/mm Tất cả các đoạn sẽ tính với chiều rộng đơn vị: b = 1 mm

c = a

β1 =

8.870.836 = 13.25 mm

ϕ = 0.65 + 0.15 × (ds

c − 1) = 0.65 + 0.15 × (

c = a

β1 =

8.870.836 = 13.25 mm

ϕ = 0.65 + 0.15 × (ds

c − 1) = 0.65 + 0.15 × (

0.942 × 3000.85 × 30 × 1 = 11.08 mm

c = a

β1 =

8.80.836 = 13.25 mm

ϕ = 0.65 + 0.15 × (ds

c − 1) = 0.65 + 0.15 × (

2.4.2.3 Tính chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy

Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy được xác định theo công thức:

 Đối với va xô trong một phần đoạn tường:

 Đối với va xô tại đầu tường hoặc tại vị trí mối nối

Trang 9

Tổng sức kháng danh định của tường lan can chịu tải trọng ngang được tính theo công thức

 Đối với va xô trong một phần đoạn tường:

Rw = 22Lc− Lt× (8Mb + 8MwH +

Va xô tại đầu tường hoặc vị trí mối nối 240 277.8 OK

Chương 3: TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

3.1 Số liệu thiết kế

Vật liệu:

 + Bê tông: f`c = 30 Mpa

 + Thép G60 (420): fy = 420 Mpa Khoảng cách giữa các dầm chủ là : 1800 mm Chiều dài bản công xôn là : 900 mm Chiều dày bản mặt cầu là : 200 mm Chiều dày lớp phòng nước là: 5 mm Chiều dày lớp bê tông nhựa là: 70 mm

3.2 Xác định nội lực trong bản hẫng

3.2.1 Xác định chiều dài nhịp tính toán

Đối với nhịp hẫng thì chiều dài nhịp tính toán là chiều dài cánh hẫng tính từ đầu ngoài của BMC đến tim dầm biên

Ở đây Lc = 900 mm

3.2.2 Tải trọng tác dụng

 Trọng lượng lan can và gờ chắn : Trọng tâm lan can không nằm ở mép của BMC nhưng để đơn giản và tăng độ an toàn ta xét trọng tâm nằm ở mép ngoài BMC Chọn 0.5 là trọng lượng phần lan can thép

DC3 = γbt× Agc+ 0.5 = 0.32 × 25 + 0.5 = 8.5 kN

 Trọng lượng lớp phủ phân bố trên môt mét chiều dài ( bỏ qua trọng lượng lớp phòng nước, xét

bề dày lớp phủ bê tông nhựa là 75 mm ):

DW = hw× γw = 0.075 × 22.5 = 1.7 kN/m

 Trọng lượng bản thân BMC:

DC2 = hBMC× γBMC = 0.2 × 25 = 5 kN/m

1800900

500

Trang 10

 ηD = 1 : cho các kết cấu thông thường và theo đúng Tiêu chuẩn

3.3 Xác định nội lực trong bản giữa

3.3.1 Xác định chiều dài nhịp tính toán

Đối với bản đúc liền khối và kê lên nhiều dầm dọc thì nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai tim dầm đỡ Với khoảng cách giữa hai tim dầm đỡ ở đây là 1800 mm

Khi có tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn lớn hơn 1.5 thì bản được xem như làm việc theo một phương

kê lên hai cạnh ngắn Nếu ngược lại thì bản làm việc theo bản kê 4 cạnh

Ta có:

 Cạnh dài ( khoảng cách giữa tim hai dầm ngang ) S1 = 6400 mm

 Cạnh ngắn ( khoảng cách giữa tim hai dầm chủ ) S2 = 1800 mm

Do S1 / S2 = 6400 / 1800 = 3.5 > 1.5 nên bản làm việc theo một phương kê lên hai dầm chủ

145/2

DC3

DC2DW

PLL

Trang 11

3.3.2 Xác định nội lực do tĩnh tải

3.3.2.1 Tải trọng do tĩnh tải

 Trọng lượng lớp phủ phân bố trên môt mét chiều dài ( bỏ qua trọng lượng lớp phòng nước, xét

bề dày lớp phủ bê tông nhựa là 75 mm ):

DW = hw× γw = 0.075 × 22.5 = 1.7 kN/m

 Trọng lượng bản thân BMC:

DC2 = hBMC× γBMC = 0.2 × 25 = 5 kN/m 3.3.2.2 Nội lực do tĩnh tải

 Trạng thái giới hạn cường độ I:

Trường hợp này xét hai làn xe nên hệ số làn m =1

 Nội lực do hoạt tải gây ra ở TTGH cường độ I

Trang 12

3.3.4 Xét tính liên tục của bản mặt cầu

Do bản mặt cầu làm việc theo sơ đồ dầm liên tục kê lên các gối là các dầm chủ mà bên trên là lại

tính toán theo sơ đồ dầm đơn giản nên cần nhân thêm các hệ số để đưa từ dầm liên tục về dầm đơn

giản để tăng độ chính xác

3.3.4.1 Xác định bề rộng các dải bản tương đương

Xác định theo bảng 4.6.2.1.3 đối với bản bê tông đúc tại chỗ:

 Đối với momen âm: SW− = 1220 + 0.25 × S = 1220 + 0.25 × 1800 = 1670 mm

 Đối với memen dương: SW+ = 660 + 0.55 × 1800 = 1650

3.3.4.2 Xác định momen tại gối ( Momen âm )

3.5 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu

Thiết kế cốt thép cho giá trị nội lực lớn nhất tính được ở bảng trên, trong trường hợp này, tính toán momen dương theo bản trong, momen dương theo bản hẫng Theo TTGH cường độ I

3.5.1 Thiết kế cốt thép cho bản chịu momen dương

3.5.1.1 Số liệu thiết kế

Thiết kế thép cho 1000mm chiều dài bản mặt cầu

 Nội lực thiết kế : M+ = 23.11 kN m = 23110000 N mm

 Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000 mm

 Chiều cao tiết diện tính toán: h = 200 mm

 Cường độ cốt thép: fy = 420 Mpa

Ec = 0.043 × γ1.5c × f`c = 0.043 × 25001.5 × √30

= 29440 Mpa 3.5.1.2 Thiết kế cốt thép

Khoảng cách từ mép ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùng cốt thép chịu kéo : dc = 25 mm Chiều cao làm việc của tiết diện: ds = h − dc = 200 − 25 = 175 mm

Chiều cao vùng bê tông chịu nén:

a = ds− √ds2− 2Mu

ϕ × 0.85 × f`c× b = 175 − √1752−

2 × 231100000.9 × 0.85 × 30 × 1000= 5.85 mm

Xác định hệ số β1 theo điều 5.7.2.2 22TCN 272-05, hế số β1 lấy bằng 0.85 với bê tông có cường độ không lớn hơn 28 Mpa Với bê tông có cường độ lớn hơn 28 Mpa, hệ số β1 giảm đi thi tỉ lệ 0.05 cho từng 7 Mpa vượt quá 28 Mpa nhưng không lấy nhỏ hơn trị số 0.65

Ở đây f`c = 30 Mpa nên β1 được xác định theo công thức:

β1 = 0.85 −0.05

7 × (f`c− 28) = 0.85 −

0.05

7 × (30 − 28) = 0.83 Chiều cao vung bê tông chịu nén:

c = a

β1 =

5.850.83 = 7.04 mm Kiểm tra lại điều kiện cốt thép tối đa :

c

ds =

7.04

175 = 0.04 < 0.6 Khi đó diện tích cốt thép được tính theo công thức:

Trang 13

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

Áp dụng theo 5.7.3.3.2 22TCN 272-05 đối với cấu kiện bê tông không có thép dự ứng lực thì

lượng cốt thép tối thiểu quy định có thể coi là thỏa mãn nếu thỏa phương trình:

Pmin ≥ 0.03f`c

fyTrong đó:

Vậy chọn ∅12a200 để bố trí, vậy một mét dài BMC sẽ có 5∅14 =≫ As = 565 mm2

3.5.2 Thiết kế cốt thép cho bản chịu momen âm

3.5.2.1 Số liệu thiết kế

Thiết kế thép cho 1000mm chiều dài bản mặt cầu

 Nội lực thiết kế : M− = −32.31 kN m = −32310000 N mm

 Chiều rộng tiết diện tính toán: b = 1000 mm

 Chiều cao tiết diện tính toán: h = 200 mm

 Cường độ cốt thép: fy = 300 Mpa

Ec = 0.043 × γ1.5c × f`c = 0.043 × 25001.5 × √30

= 29440 Mpa 3.5.2.2 Thiết kế cốt thép

Khoảng cách từ mép ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùng cốt thép chịu kéo : dc = 25 mm

Chiều cao làm việc của tiết diện: ds = h − dc = 200 − 25 = 175 mm

Chiều cao vùng bê tông chịu nén:

a = ds− √ds2− 2Mu

ϕ × 0.85 × f`c× b = 175 − √1752−

2 × 323100000.9 × 0.85 × 30 × 1000= 8.24 mm

Xác định hệ số β1 theo điều 5.7.2.2 22TCN 272-05, hế số β1 lấy bằng 0.85 với bê tông có cường độ

không lớn hơn 28 Mpa Với bê tông có cường độ lớn hơn 28 Mpa, hệ số β1 giảm đi thi tỉ lệ 0.05 cho

từng 7 Mpa vượt quá 28 Mpa nhưng không lấy nhỏ hơn trị số 0.65

Ở đây f`c= 30 Mpa nên β1 được xác định theo công thức:

β1 = 0.85 −0.05

7 × (f`c− 28) = 0.85 −

0.05

7 × (30 − 28) = 0.83 Chiều cao vung bê tông chịu nén:

c = a

β1 =

8.180.83 = 9.85 mm Kiểm tra điều kiện cốt thép tối đa :

c

ds =

9.85

175 = 0.056 < 0.6 Khi đó diện tích cốt thép được tính theo công thức:

Áp dụng theo 5.7.3.3.2 22TCN 272-05 đối với cấu kiện bê tông không có thép dự ứng lực thì lượng cốt thép tối thiểu quy định có thể coi là thỏa mãn nếu thỏa phương trình:

Pmin ≥ 0.03f`c

fyTrong đó:

Trang 14

3.7 Kiêm tra nứt cho bản mặt cầu

Kiêm tra nứt cho bản mặt cầu theo momen ở TTGH sử dụng

3.7.1 Kiểm tra nứt cho momen dương

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

s ≤ [s] =123000γe

βsfs − 2dcTrong đó:

 γe = 1 : là hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh

 fs : ứng suất trong cốt thép do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra được xác định theo

công thứcL

fs =Ms

Icr × (ds− x) × n Trong đó:

- Ms = 14.24 kN m = 14240000 N mm : là momen dương ở trạng thái giới hạn sử dụng

- ds = 175 mm

- n = Es/Ec = 200000/29440 = 6.8 : là tỉ số modun đàn hồi của thép và bê tông

- x : chiều dày của bê tông vùng nén sau khi nứt đươc tính theo công thức:

- Icr : là momen quán tính của tiết diện bê tông khi bị mứt:

fs =14240000

89449058× (175 − 33.03) × 6.8 = 156.93 N/mm

2 Khi đó khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép :

[s] = 123000 × γe

βsfs − 2dc =

123000 × 11.2 × 156.93− 2 × 25 = 603.16 mm Vậy s = 200 < [s]: đảm bảo điều kiện nứt ở TTGH sử dụng

3.7.2 Kiểm tra nứt cho momen âm

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

s ≤ [s] =123000γe

 fs : ứng suất trong cốt thép do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra được xác định theo công thứcL

fs =Ms

- ds = 175 mm

- Icr : là momen quán tính của tiết diện bê tông khi bị ứt:

fs =22240000

89449058× (175 − 33.03) × 6.8 = 290.75 N/mm

[s] = 123000 × γe

βsfs − 2dc =

123000 × 11.2 × 290.75− 2 × 25 = 302.53 mm Vậy 𝑠 = 200 < [𝑠]: đảm bảo điều kiện nứt ở TTGH sử dụng

Bố trí thép bản mặt cầu

Trang 15

Chương 4 THIẾT KẾ DÀM NGANG 4.1 Cơ sở tính toán

4.1.1 Giả thiết tính toán

Dầm ngang chịu lực rất phức tạp Mối nối giữa dầm dọc và dầm ngang có tính ngàm chặt, tính chất này phụ thuộc vào độ cứng chống xoắn của dầm dọc Dầm ngang làm việc như một dầm 2 đầu ngàm chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng

Để đơn giản trong tính toán, ta sử dụng sơ đồ dầm đơn giản kê lên hai gối sau đó nhân thêm các hệ

số để đưa về sơ đồ dầm liên tục

Để tính toán dàm ngang ta cần xác định lực từ BMC truyền xuống

Khẩu độ tính toán dầm ngang là khoảng cách giữa tim hai dầm dọc

4.1.2 Số liệu tính toán

Vật liệu:

 + Bê tông: f`c = 30 Mpa

 + Thép G60 (420): fy = 420 Mpa Khoảng cách giữa các dầm chủ là : L2 = 2100 mm Khoảng cách giữa 2 dầm ngang là : L1 = 6400 mm Chiều dày bản mặt cầu là : 200 mm Chiều dày lớp phòng nước là: 5 mm Chiều dày lớp bê tông nhựa là: 70 mm

4.2 Xác định nội lực trong dầm ngang

4.2.1 Xác định nội lực do tĩnh tải

4.2.1.1 Tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang

Để thiên về an toàn ta giả thiết mỗi dâm ngang chịu tĩnh tải của bản mặt cầu và lớp phủ mặt cầu trong một khoang dầm ngang: L1 = 6.4 m

 Trọng lượng lớp phủ ( bỏ qua trọng lượng lớp phòng nước, xét bề dày lớp phủ bê tông nhựa là

 Trạng thái giới hạn cường độ:

Ø10

Trang 16

4.2.2 Xác định nội lực do hoạt tải

4.2.2.1 Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang

 Áp lực hoạt tải tác dụng theo phương dọc cầu:

Sử dụng đường ảnh hưởng cho phản lực tại vị trí dầm ngang Hệ số phân bố tải trọng được tính theo

 Momen dó hoạt tải gây ra tác dụng lên dầm ngang theo phương ngang cầu

Giả thiết dầm ngang làm việc theo sơ đồ dầm giản đơn kê lên hai gối Xếp tải như hình, xét mặt cắt giữa nhịp

 Momen gây ra do xe hai trục trên một làn xe

M2T = ∑ Piyi = 89.65 × 0.45 = 40.34 kN m

 Momen gây ra do tải làn

Mlane = wlane× ω = 10.12 ×1

2× 0.45 × 1.8 = 4.1 kN m 4.2.2.2 Nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang theo các TTGH

4.2.3 Tổng hợp nội lực trong dầm ngang

4.2.3.1 Tổng hợp nội lực do tĩnh tải và hoạt tải

 Trạng thái giới hạn cường độ I

Trang 17

 Trạng thỏi giới hạn sử dụng

Ms = MsDL+ MsLL = 20.47 + 69.31 = 89.78 kN m 4.2.3.2 Đưa sơ đồ tớnh về dạng sơ đồ dầm liờn tục

Để đưa từ sơ đồ dầm giản đơn về sơ đồ dầm liờn tục nhịp ta sử dụng cỏc hệ số 0.7 tại gối và 0.5 tại

4.3 Thiết kế cốt thộp cho dầm ngang

Tớnh toỏn cho 2 tiết diện tại gối và giữa nhịp

4.3.1 Số liệu thiết kế

 Nội lực thiết kế : M+ = 70.28 kN m = 70280000 N mm

M− = 98.40 kN m = 98400000 N mm

 Chiều rộng tiết diện tớnh toỏn: b = 200 mm

 Chiều cao tiết diện tớnh toỏn: h = 1320 mm

 Lớp bờ tụng bảo vệ thớ trờn: 50 mm

 Lớp bờ tụng bảo vệ thớ dưới: 50 mm

4.3.2 Kiểm toỏn cốt thộp với mặt cắt giữa nhịp

4.3.2.1 Kiểm toỏn theo điều kiện momen khỏng uốn

Điều kiện:

ϕMn ≥ MuMomen khỏng uốn danh định của mặt cắt được tớnh toỏn theo cụng thức:

Mn = Asfy(dS−a

2) − A`sf`y(d`s−a

2) Trong đú:

 𝑑𝑆 = 1320 − 50 − 10 = 1260 𝑚𝑚: là khoảng cỏch từ thớ ngoài cựng chịu nộn đến trọng

tõm cốt thộo chịu kộo

 𝑑`𝑆 = 50 + 10 = 60 𝑚𝑚: là khoảng cỏch từ thớ ngoài cựng chịu nộn đến trọng tõm cốt

thộo chịu kộo

 𝑎 = 𝛽1𝑐: là chiều dày khối ứng suất tương đương

Ở đõy cốt thộo được bố trớ đối xứng nờn c = 0 Vậy : a = β1c = 0.83 ì 0 = 0

Vậy momen khỏng uốn danh định của tiết diện là:

Mn = 628 ì 420 ì 1260 − 628 ì 420 ì 60 = 316512000 kN m Kiểm tra điều kiện:

ϕMn = 1 ì 316512000 kN m > Mu+ = 70280000 kN m

Vậy thỏa món điều kiện về momen khỏng uốn

4.3.2.2 Kiểm toỏn theo giới hạn cốt thộp

 Kiểm tra hàm lượng cốt thộp tối đa

Theo 5.7.3.3.1 22TCN 272-05 hàm lượng thộo dự ứng lực và khụng dự ứng lực phải được giới hạn sao cho

c

de ≤ 0.42

ở đõy do cốt thộp đối xứng nờn c = 0, điều kiện trờn trở thành 0 < 0.42 => OK

 Kiểm tra hàm lượng cốt thộp tối thiểu:

Đối với các cấu kiện không có thép dự ứng lực thì l-ợng cốt thép tối thiểu quy định ở đây có thể coi là thoả mãn nếu:

4.3.3 Kiểm toỏn cốt thộp với mặt cắt tại ngàm

4.3.3.1 Kiểm toỏn theo điều kiện momen khỏng uốn

Điều kiện:

ϕMn ≥ MuMomen khỏng uốn danh định của mặt cắt được tớnh toỏn theo cụng thức:

Mn = Asfy(dS−a

2) − A`sf`y(d`s−a

2) Trong đú:

Trang 18

 𝑑𝑆 = 1320 − 50 − 10 = 1260𝑚𝑚: là khoảng cỏch từ thớ ngoài cựng chịu nộn đến trọng

tõm cốt thộo chịu kộo

 𝑑`𝑆 = 50 + 10 = 60 𝑚𝑚: là khoảng cỏch từ thớ ngoài cựng chịu nộn đến trọng tõm cốt

thộo chịu kộo

 𝑎 = 𝛽1𝑐: là chiều dày khối ứng suất tương đương

Ở đõy cốt thộo được bố trớ đối xứng nờn c = 0

Vậy : a = β1c = 0.83 ì 0 = 0

Vậy momen khỏng uốn danh định của tiết diện là:

Mn = 760 ì 420 ì 1260 − 760 ì 420 ì 60 = 316512000 kN m Kiểm tra điều kiện:

ϕMn = 1 ì 316512000 kN m > Mu− = 98400000 kN m

Vậy thỏa món điều kiện về momen khỏng uốn

4.3.3.2 Kiểm toỏn theo giới hạn cốt thộp

 Kiểm tra hàm lượng cốt thộp tối đa

Theo 5.7.3.3.1 22TCN 272-05 hàm lượng thộo dự ứng lực và khụng dự ứng lực phải được giới hạn

sao cho

c

de ≤ 0.42

ở đõy do cốt thộp đối xứng nờn c = 0, điều kiện trờn trở thành 0 < 0.42 => OK

 Kiểm tra hàm lượng cốt thộp tối thiểu:

Đối với các cấu kiện không có thép dự ứng lực thì l-ợng cốt thép tối thiểu quy định ở đây có

thể coi là thoả mãn nếu:

4.4 Kiểm tra nứt cho dầm ngang

Kiờm tra nứt cho bản mặt cầu theo momen ở TTGH sử dụng

Bố trớ hai thanh thộp cỏch nhau 100mm ở cả thớ trờn và thớ dưới

4.4.1 Kiểm tra nứt cho momen dương

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cỏch tối thiểu giữa cỏc thanh thộp:

s ≤ [s] =123000γe

βsfs − 2dcTrong đú:

 γe = 1 : là hệ số xột tới điều kiện tiếp xỳc giữa kết cấu với mụi trường xung quanh

 fs : ứng suất trong cốt thộp do tải trọng ở trạng thỏi giới hạn sử dụng gõy ra được xỏc định theo cụng thứcL

fs =Ms

Icr ì (ds− x) ì n Trong đú:

- Ms = 44.89 kN m = 44890000 N mm : là momen dương ở trạng thỏi giới hạn sử dụng

- ds = 1260 mm

- n = Es/Ec = 200000/29440 = 6.8 : là tỉ số modun đàn hồi của thộp và bờ tụng

- x : chiều dày của bờ tụng vựng nộn sau khi nứt đươc tớnh theo cụng thức:

- Icr : là momen quỏn tớnh của tiết diện bờ tụng khi bị ứt:

fs = 44890000

2337320043ì (1260 − 211.6) ì 6.8 = 192.2 N/mm

2 Khi đú khoảng cỏch tối thiểu giữa cỏc thanh thộp :

[s] = 123000 ì γe

βsfs − 2dc =

123000 ì 11.07 ì 192.2− 2 ì 60 = 478.09 mm Vậy s = 120 < [s]: đảm bảo điều kiện nứt ở TTGH sử dụng

4.4.2 Kiểm tra nứt cho momen õm

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cỏch tối thiểu giữa cỏc thanh thộp:

Trang 19

s ≤ [s] =123000γe

 fs : ứng suất trong cốt thép do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra được xác định theo

công thứcL

fs =Ms

- ds = 1260 mm

- Icr : là momen quán tính của tiết diện bê tông khi bị ứt:

fs = 62850000

2337320043× (1260 − 211.6) × 6.8 = 226.4 N/mm

[s] = 123000 × γe

βsfs − 2dc =

123000 × 11.07 × 226.4− 2 × 60 = 387.74 mm Vậy s = 120 < [s]: đảm bảo điều kiện nứt ở TTGH sử dụng

Ngoài thép chủ chịu lực còn bố trí thêm 6 thanh thép dọc cấu tạo ∅𝟏𝟔 Bố trí thép được trình

bày như hình dưới đây

Trang 20

Chương 5: TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ

5.1 Tính toán tĩnh tải tác dụng lên một dầm chủ

5.1.1 Tĩnh tải giai đoạn I ( Tác dụng lên mặt cắt không liên hợp )

 Tính tải do trọng lượng bản thân dầm chủ:

Dầm chủ có mặt cắt thay đổi như hình Để tính chính xác trọng lượng bản thân dầm ta tính như

sau:

 Lấy diện tích đoạn đầu dầm: A1 = 1099885 mm2

 Lấy diện tích đoạn giữa dầm: A2 = 637250 mm2

 Lấy diện tích trong đoạn vút: A3 =A1+ A2

Trọng lượng trên một met dài là: DCdc = Atbc × γc = 0.7 × 25 = 𝟏𝟕 𝟓 𝐤𝐍/𝐦

 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân BMC: BMC chia đều tải trọng cho mỗi dầm nên trọng lượng

Trọng lượng riêng của một dầm ngang là: Pdn = Adn× Ldn× γc = 0.31 × 1.6 × 25 = 12.4 kN

Tĩnh tải rải đều trên một dầm chủ do trọng lượng bản thân dầm ngang là:

 Đối với dầm trong: chịu tải trọng của 3 dầm ngang theo phương ngang nên tổng thể chịu 18 dầm

Tổng tĩnh tải giai đoạn I là:

 Đối với dầm trong:

𝐃𝐂𝟏 = 𝟏𝟕 𝟓 + 𝟗 + 𝟐 𝟑𝟑 + 𝟐 𝟑𝟎 = 𝟑𝟏 𝟏𝟑 𝐤𝐍/𝐦

 Đối với dầm biên: chịu tải trọng bằng ½ dầm trong:

𝐃𝐂𝟏 = 𝟏𝟕 𝟓 + 𝟗 + 𝟏 𝟏𝟔 + 𝟏 𝟏𝟓 = 𝟐𝟖 𝟖𝟏 𝐤𝐍/𝐦

5.1.2 Tĩnh tĩnh tải giai đoạn II ( tác dụng lên mặt cắt liên hợp )

 Tĩnh tải do lan can cầu: tác dụng lên dầm biên

 Trọng lượng phần lan can thép: DClct = 𝟎 𝟓 𝐤𝐍/𝐦

 Trọng lượng phân gờ chắn BTCT: DCgc = Agc× γbt = 0.3 × 25 = 𝟖 𝐤𝐍/𝐦 Xét hiệu ứng lệch tâm của lan can theo phương pháp đòn bẩy:

13525 825

Trang 21

Vậy tĩnh tải do lan can cầu tác dụng lên dầm biên:

DClc = (0.5 + 8) × 1.39 = 𝟏𝟏 𝟖 𝐤𝐍 𝐦

 Trọng lượng bản thân lớp phòng nước: DCpn = 𝟎 𝟎𝟎𝟕 𝐤𝐍/𝐦

 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân lớp phủ bê tông nhựa trên một dầm

Lớp phủ dày 70 mm

Trọng lượng riêng lớp phủ BTN: 22.5 kN/m3

Trọng lượng bản thân lớp phủ trên một mét dài: Plp = 0.07 × 8 × 22.5 = 12.6 kN/m

Trọng lượng bản thân lớp phủ trên một mét dài phân bố cho một dầm là:

5.2 Hoạt tải tác dụng lên dầm chủ

5.2.1 Các hoạt tải tác dụng bao gồm:

 Xe tải thiết kế HL93

 Xe hai trục thiết kế

 Tải trọng làn thiết kế

5.2.2 Tính hệ sô phân bố hoạt tải theo làn

5.2.2.1 Hệ số phân phối ngang hoạt tải theo làn đối với momen

5.2.2.1.1 Đối với dầm trong

 S – Khoảng cách giữa tim các dầm chủ: S = 1800 mm

 L – Chiều dài nhịp tính toán: L = 32000 mm

 ts – Bề dày bản bê tông: ts = 200 mm

 Kg – Tham số độ cứng dọc, xác định theo công thức sau:

- Modun đàn hồi của VL dầm EB = 36057 Mpa

- Modun đàn hồi của VL bản mặt cầu ED = 29440 Mpa

- Moment quán tính dầm

- Diện tích dầm chủ

I = 2.13x1011 mm4

As = 637250 mm2

- Khoảng cách giữ trọng tâm của dầm và BMC eg = 923 mm

5.2.2.1.2 Đối với dầm biên

 Một làn xe chất tải

Tính hệ số phân phối ngang theo phương pháp đòn bẩy

Xếp tải như hình vẽ, cự ly theo phương ngang cầu của hai bánh xe là 1800 mm

Trang 22

Ta có:

Y =1600

1800× 1 = 0.89 Khi có một làn chất tải, hệ số làn xe là 1.2 Vậy hệ số phân bố ngang là:

mgMSE = 1.2 × 0.5 × Y = 1.2 × 0.5 × 0.89 = 0.534

 Hai hoặc nhiều làn chất tải

Ta có chiều dài phần hẫng -300 < de = 400 < 1700 nên hệ số phân phối ngang được tính theo công

thức:

mgMME = e mgMMI = 0.91 × 0.55 = 0.50 Trong đó:

e = 0.77 + de

2800 mm = 0.77 +

400

2800 = 0.91

5.2.2.2 Hệ số phân phối ngang hoạt tải theo làn đối với lực cắt

5.2.2.2.1 Đối với dầm trong

 Hai hay nhiều làn xe chất tải:

Ta có chiều dài phần hẫng -300 < de = 400 < 1700 nên hệ số phân phối ngang được tính theo công thức:

mgQME = e mgQMI = 0.73 × 0.67 = 0.49 Trong đó:

 Đối với Momen:

Momen Một làn Hai hay nhiều làn HSPBN tính toán

0.5

1 0.89

Trang 23

6.2 Nội lực dầm chủ do tĩnh tải gây ra

6.2.1 Tính diện tích đường ảnh hưởng

Vị trí mặt cắt Diện tích đường ảnh hưởng

6.2.2 Tính giá trị momen và lực cắt do tĩnh tải giai đoạn I

Bảng dưới được tính theo công thức:

DC1

Diện tích ĐAH

TTGH cường độ I TTGH sử dụng Dầm

trong

Dầm biên

Dầm trong

Dầm ngoài

Dầm trong

Dầm ngoài

1

0.625

0.25 0.875

Trang 24

6.2.3 Tính giá trị momen và lực cắt do tĩnh tải giai đoạn II

Bảng dưới được tính theo công thức:

TTGH cường độ I TTGH sử dụng Dầm

trong

Dầm biên

Dầm trong

Dầm ngoài

Dầm trong

Dầm ngoài

6.2.4 Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải gây ra

Nội lực Đơn vị Diện tích

ĐAH

TTGH cường độ I TTGH sử dụng Dầm trong Dầm ngoài Dầm trong Dầm ngoài

6.3 Nội lực dầm chủ do hoạt tải gây ra

6.3.1 Momen do hoạt tải gây ra

6.3.1.1 Do xe tải thiết kế gây ra:

4300 mm 4300 mm tíi 900mm

mmm

600 mm nãi chung 300mm mót thõa cña mÆt cÇu

Trang 25

6.3.1.2 Do xe hai trục thiết kế gây ra

Momen do hoạt tải xe hai trục thiết kế được tĩnh toán theo công thức

6.3.1.3 Do tải trọng làn thiết kế gây ra

Diện tích đường ảnh hưởng tương tự như tĩnh tải

L/8

3.5

8.0 7.5

32000

6.0

110 kN 110 kN 1200

Trang 26

6.3.2 Lực cắt do hoạt tải gây ra

6.3.2.1 Do xe tải thiết kế gây ra

Lực cắt do hoạt tải xe tải thiết kế được tính toán theo công thức

6.3.2.2 Do xe hai trục thiết kế gây ra

Lực cắt do hoạt tải xe hai trục thiết kế được tĩnh toán theo công thức

1

L/8

32000

3L/8L/4

L/2

Trang 27

0.5

0.50.625

0.3750.75

0.250.8750.1251

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	3,81 MB
File đính kèm	BanveBTCT1.2.rar (4 MB)