Phần I: Thiết kế kỹ thuật cầu thép liên hợp bản BTCT

Tài liệu Phần I: Thiết kế kỹ thuật cầu thép liên hợp bản BTCT có nội dung chính gồm 2 chương: Chương 1 - Lựa chọn tiết diện dầm chủ và chương 2 - Nội lực và tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn. Mời các bạn tham khảo!

PH N I: THI T K  K  THU T C U THÉP Ầ Ế Ế Ỹ Ậ Ầ  

LIÊN H P B N BTCT Ợ Ả

CHƯƠNG I : L A CH N TI T DI N D M CHỰ Ọ Ế Ệ Ầ Ủ

1 S  li u thi t k ố ệ ế ế

1.1 Kích thước tính toán

­ Kho ng cách t  đ u d m đ n tin g i: a = 0,3m.ả ừ ầ ầ ế ố

­ Chi u dài nh p tính toán: Lề ị tt = 25m

­ Chi u dài d m: L = Lề ầ tt + 2a = 25 + 2.0,3 = 25,6m

­ T i tr ng thi t k  tính toán: ho t t i 0,65HL93.ả ọ ế ế ạ ả

­ T i tr ng ngả ọ ười đi b : PL = 4Kn/mộ 2

­ Kh  c u: K = 10,5 + 2xổ ầ 1m

1.2 V t li u s  d ng.ậ ệ ử ụ

­ Thép s  d ng là thép M270 c p 250 có:ử ụ ấ

+ Cường đ  ch y min Fộ ả y = 250Mpa

+ Cường đ  kéo min Fộ u = 400Mpa

+ Modul đàn h i E = 2.10ồ 5Mpa

+ Tr ng lọ ượng riêng: γs = 7,85Kn/m3

­ Bê tông s  d ng cho b n m t c u là bê tông B30 có fủ ụ ả ặ ầ ’

c = 30Mpa

­ Modul đàn h i c a bê tông: Eồ ủ c = 0,043.γb1,5. 

­ Tiêu chu n thi t k : AASHTO.ẩ ế ế

2 Thi t k  m t c t ngang.ế ế ặ ắ

2.1 Các thông s  thi t k ố ế ế

­ Chi u r ng ph n xe ch y: Bề ộ ầ ạ làn xe = 10,5m

­ Chi u r ng ngề ộ ười đi b : Bộ ng ườ i đi = 2m. 

­ Chi u r ng b  lan can: Bề ộ ệ lan can = 0,25m

­ Chi u r ng g  ch n bánh xe: Bề ộ ờ ắ g  ch n ờ ắ  = 0,25m

=>  Chi u r ng toàn c u: B = Bề ộ ầ lx + Bnđ + 2.Blc + 2.Blc 

­ Khi ch n chi u dày b n ph i c ng thêm l p hao mòn 15cm.ọ ề ả ả ộ ớ

­ Đ i v i b n h ng c a d m ngoài cùng do ph i thi t k  ch u t i tr ng vaố ớ ả ẫ ủ ầ ả ế ế ị ả ọ  

ch m rào ch n nên chi u dày b n ph  tăng thêm 25mm (chi u dày t i thi uạ ắ ề ả ả ề ố ể   mút h ng là 20mm)

­ Theo đi u ki n hề ệ min.

Chi u cao d m không đề ầ ược nh  h n dỏ ơ min: 

      dmin  ≥ 0,033L = 0,033.25 = 0,825m

­ Theo công th c kinh nghi m.ứ ệ

ddc = L = 25 = 11,38

=> ch n chi u cao d m ch  dọ ề ầ ủ dc = 1,3m

3.3 Ch n ti t di n vách d m, b n biên và b n táp.ọ ế ệ ầ ả ả

­ Chi u cao sề ườn d m (D):ầ

cao

Vách 

d mầ

B nả  biên trên

B nả  biên 

dưới

B n tápả

d

Mm mmD mmtw mmbtf mmttf mmbbf mmtbf mmbbf’ mmttf’

CHƯƠNG II: N I L C VÀ T  H P N I L C Ộ Ự Ổ Ợ Ộ Ự

THEO CÁC TR NG THÁI GI I H N.Ạ Ớ Ạ

  Nguyên lý ch u l c c a d m liên h p v i b n bê tông c t thép các giao đo n làmị ự ủ ầ ợ ớ ả ố ạ  

vi c:ệ

­ Giai đo n 1: giai đo n không liên h p.ạ ạ ợ

Tr ng lọ ượng b n thân c a d m, các h  liên k t, b n bê tông khi ch a đôngả ủ ầ ệ ế ả ư  

c ng do d m thép ch u.ứ ầ ị

­ Giai đo n 2: giai đo n liên h p.ạ ạ ợ

+ Giai đo n liên h p dài h n: t i tr ng tác d ng g m l p ph  m t c u, lanạ ợ ạ ả ọ ụ ồ ớ ủ ặ ầ  can tay v n. Ti t di n d m làm vi c là ti t di n liên h p.ị ế ệ ầ ệ ế ệ ợ

+ Gi i đo n liên h n ng n h n: ti t di n làm vi c là ti t di n liên h p ng nả ạ ơ ắ ạ ế ệ ệ ế ệ ơ ắ  

h n (ho t t i và xung kích).ạ ạ ả

1 Xác đ nh b  r ng có hi u qu  c a BMC.ị ề ộ ệ ả ủ

1.1 B  r ng có hi u đ i v i d m trong.ề ộ ệ ố ớ ầ

be = min  =min 

= 1950mm

V y b  r ng có hi u c a BMC đ i v i d m trong là bậ ề ộ ệ ủ ố ớ ầ e = 1950mm

1.2 B  r ng có hi u đ i v i d m ngoài.ề ộ ệ ố ớ ầ

Hình 2.1 b  r ng h u hi u đ i v i d m biên, d m trong.ề ộ ữ ệ ố ớ ầ ầ

2 Xác đ nh đ t tr ng hình h c c a ti t di n d m   các giai đo n làm vi c.ị ặ ư ọ ủ ế ệ ầ ở ạ ệ

33700 18,32.106 543,62 756,38 7,75.109 1,42.107 1,02.107

2.2 Giai đo n 2:ạ

a Giai đo n liên h p dài h n.ạ ợ ạ

­ B  r ng chuy n đ i b n bê tông.ề ộ ể ổ ả

bbr =  =  = 78,125mm

v i n = 8 – t  s  modul đàn h i c a v t li u làm d m (Eớ ỷ ố ồ ủ ậ ệ ầ S) v i modul đàn h iớ ồ  

c a v t li u BMC (Eủ ậ ệ C) và tr  b ng v i fả ả ớ c’ = 30Mpa

­ Di n tích ti t di n (b  qua ph n vút).ệ ế ệ ỏ ầ

ALT = ANC + btr.ts

­ Momen tĩnh c a ti t di n l y v i tr c NC.ủ ế ệ ấ ớ ụ

QLT = btr.ts.( + th +  ) 

v i tớ h = 100mm – b  dày ph n vút b n bê tông.ề ầ ả

­ Khi đó tr c trung hòa LT c a ti t di n liên h p dài h n   v  trí cách tr c NCụ ủ ế ệ ợ ạ ở ị ụ  

­ Tr ng thái gi i h n cạ ớ ạ ường đ ộ

­ Tr ng thái gi i h n s  d ng và ki m tra đ  võng.ạ ớ ạ ử ụ ể ộ

­ Tr ng thái gi i h n m i và đ t gãy cho các ti t di n.ạ ớ ạ ỏ ứ ế ệ

­ Yêu c u m i cho các vách d m.ầ ỏ ầ

4 Xác đ nh các h  s  và t  h p t i tr ng.ị ệ ố ổ ợ ả ọ

4.1 Xác đ nh h  s  s c kháng  ị ệ ố ứ φ

Đ i v i TTGH cố ớ ường đ  h  s  s c kháng   ph i l y:ộ ệ ố ứ φ ả ấ

­ Đ i v i c u ki n ch u u n: φố ớ ấ ệ ị ố f = 1,00

­ Đ i v i c u ki n ch u c t: φố ớ ấ ệ ị ắ v = 1,00

Các TTGH không thu c TTGH cộ ường đ :   = 1.ộ φ

4.2 Ch n s  lọ ố ượng làn xe

Theo AASHTO thì s  làn xe thi t k  là ph n nguyên c a t  s  b  r ng c u làố ế ế ầ ủ ỉ ố ề ộ ầ  35000mm (b  r ng làn xe thi t k ).ề ộ ế ế

Tính toán h  s  phân b  ho t t i theo làn:ệ ố ố ạ ả

Tham s  đ  c ng d c hay còn g i là momen quán tính c a BMC đ i v i d mố ộ ứ ọ ọ ủ ố ớ ầ  thép khi ch a liên h p:ư ợ

Kg = n.(INC + ANC.eg2) = 8.(7,75.109 + 33700.956,382) = 0,308.1012

Trong đó:

+ n =  = 8 – t  s  modul đàn h i c a v t li u làm d m và v t li u làm b n.ỷ ố ồ ủ ậ ệ ầ ậ ệ ả  

V i BMC có fớ c’ = 30Mpa. (tra b ng).ả

+ ANC = 33700mm2 – di n tích ti t di n d m ch ệ ế ệ ầ ủ

+ INC = 7,75.109 mm4 – momen quán tính c a ti t di n.ủ ế ệ

+ eg =  + th +  = 956,38 mm – kho ng cách gi a tr ng tâm c a BMC và d mả ữ ọ ủ ầ  khi d m ch a liên h p v i bê tông.ầ ư ợ ớ

Xét t  s :  =  = 1,044.ỷ ố

4.7 Đ i v i d m trong.ố ớ ầ

Ki m tra các đi u ki n đ  áp d ng công th c.ể ề ệ ể ụ ứ

+ 4900mm ≥ S = 1950mm ≥ 1100mm

+ S – kho ng cách gi a các d m ch ả ữ ầ ủ

+ Ltt – chi u dài tính toán c a k t c u nh p.ề ủ ế ấ ị

+ ts – chi u dày b n bê tông m t c u.ề ả ặ ầ

Hình 2.3 Đường  nh hả ưởng ph n l c g i c a d m ngoài.ả ự ố ủ ầ

4.8.3 H  s  phân b  t i tr ng ngệ ố ố ả ọ ười đi.

Momen t i các ti t di n do ho t t i gây ra đạ ế ệ ạ ả ược tính nh  sau:ư

­ Theo tr ng thái gi i h n cạ ớ ạ ường đ  1:ộ

+ yi – tung đ  độ ường  nh hả ưởng

+ ω – di n tích đệ ường  nh hả ưởng

+ (1 + IM) = 1,33 – h  s  xung kích.ệ ố

+  = 0,649 – h  s  t i tr ng đ i v i momen.ệ ố ả ọ ố ớ

+ gPL= 1,075 – h  s  t i tr ng ngệ ố ả ọ ười đi

Hình 2.4 Đường  nh hả ưởng momen t i các ti t di n.ạ ế ệ

3 tr cụ 2 tr cụ max

L/2 78,125 1644,25 1309 1644,25 4 1,075 2170,585 1697,300

3L/8 73,25 1458,1 1239,7 1458,1 4 1,075 1957,209 1530,449L/4 52,25 1152,1 889,9 1152,1 4 1,075 1500,588 1173,392

MN 63 1069,65 672,54 1069,65 4 1,075 1511,318 1181,780

5.2 Tính toán l c c t:ự ắ

L c c t t i các ti t di n do ho t t i gây ra đự ắ ạ ế ệ ạ ả ược tính nh  sau:ư

­ Theo tr ng thái gi i h n cạ ớ ạ ường đ  1:ộ

+ yi – tung đ  độ ường  nh hả ưởng

+ ω+ – di n tích dệ ương đường  nh hả ưởng

+ (1 + IM) = 1,33 – h  s  xung kích.ệ ố

+  = 0,708 – h  s  t i tr ng đ i v i momen.ệ ố ả ọ ố ớ

+ gPL = 1,075 – h  s  t i tr ng ngệ ố ả ọ ười đi

Hình 2.5 Đường  nh hả ưởng l c c t t i các ti t di n.ự ắ ạ ế ệ

6 Xác đ nh n i l c t i các ti t di n c a d m do tĩnh t i gây ra.ị ộ ự ạ ế ệ ủ ầ ả

6.1 Các thành ph n tĩnh t i.ầ ả

Hình 2.6 M t c t ngang c uặ ắ ầ

B ng 2.10 Th ng s  tính toán s  b ả ố ố ơ ộDung tr ng c a bê tông c t thépọ ủ ố γBT 25kN/m3

Dung tr ng c a l p mui luy nọ ủ ớ ệ γML 15kN/m3

Dung tr ng c a l p phòng nọ ủ ớ ước γPN 22kN/m3

Dung tr ng c a bê tông nh aọ ủ ự γBTN 22,5kN/m3

a Lan can – tay v n.ị

G m có ph n b  làm b ng bê tông c t thép đ  liên t c theo chi u dài c aồ ầ ệ ằ ố ổ ụ ề ủ  

d m và ph n phía trên làm b ng kim lo i. Đ  tính kh i lầ ầ ằ ạ ể ố ượng c a lan can taủ  tính cho t ng b  ph n nh  sau:ừ ộ ậ ư

Hình 2.7 Chi ti t b  lan can và lan can.ế ệ

Hình 2.9 Quy đ i m t c t ti t di n tính toán c a lan can.ổ ặ ắ ế ệ ủ+ B  r ng bình quân:ề ộ

Hình 2.8 Chi ti t tay v n theo phế ị ương d c c u.ọ ầ

Tay v n trên c u có 2 lo i, lo i có D = 120mm, t=5mm và lo i D = 100mm, t =ị ầ ạ ạ ạ  5mm. M i đo n  ng tay v n dài 2m và đỗ ạ ố ị ược liên k t t i các lan can c u. Đ  tínhế ạ ầ ể  toán kh i lố ượng tay v n, ta ti n hành tính toán kh i lị ế ố ượng c a m i lo i tay v nủ ỗ ạ ị  

Tĩnh t i giai đo n 1ả ạ DC1 = DCdc + DChlk + DCBMC 

        = 2,64 + 0,29 + 10,62 = 13,55kN/mTĩnh t i giai đo n 2ả ạ DC2 = DClc­tv,gc = 1,64kN/m

Hình 2.11 Đường  nh hả ưởng momen t i các ti t di n.ạ ế ệ

B ng 2.9 Momen do tĩnh t i giai đo n 1 (DCả ả ạ 1) gây ra theo các tr ng thái gi i h n.ạ ớ ạGiá tr  do tĩnhị  

B ng 2.10 Momen do tĩnh t i giai đo n 2 (DCả ả ạ 2 ­ DW) gây ra

 theo các tr ng thái gi i h n.ạ ớ ạGiá tr  doị  

+ ω+ ­ di n tích dệ ương đường  nh hả ưởng

+ ω­ ­ di n tích âm đệ ường  nh hả ưởng

Hình 2.12 Đường  nh hả ưởng l c c t t i các ti t di n.ự ắ ạ ế ệ

B ng 2.12 L c c t do tĩnh t i giai đo n 1 (DCả ự ắ ả ạ 1) gây ra theo các tr ng thái gi i h n.ạ ớ ạGiá tr  doị  

B ng 2.13 L c c t do tĩnh t i giai đo n 2 (DCả ự ắ ả ạ 2 ­ DW) gây ra 

theo các tr ng thái gi i h n.ạ ớ ạGiá tr  doị  

B ng 2.14 T ng k t n i l c do tĩnh t i gây ra.ả ổ ế ộ ự ả

M t c tặ ắ

TTGH 

cường đ  1ộ TTGH s  d ngủ ụMomen

6.4 Tính toán t  h p các n i l c do tĩnh t i và ho t gây ra.ổ ợ ộ ự ả ạ

­ T  h p n i l c theo TTGH cổ ợ ộ ự ường đ  1.ộ

7.1 Ứng su t do tác d ng c a tĩnh t i giai đo n 1 (ch a liên h p).ấ ụ ủ ả ạ ư ợ

T i tr ng tác d ng : Là nh ng t i tr ng thả ọ ụ ữ ả ọ ường xuyên tác d ng lên ti t di n ụ ế ệ

d m thép nh  t i tr ng b n thân d m thép, h  liên k t, và b n BTCTầ ư ả ọ ả ầ ệ ế ả

ng su t

biên dướiMpa

3L/8 1178,638 7,75.109 756,38 543,62 115,032 82,675L/2 1257,080 7,75.109 756,38 543,62 122,688 88,178

M i n iố ố 1013,709 7,75.109 756,38 543,62 98,935 71,106

B ng 2.17 T ng h p  ng su t giai đo n 1   TTGH s  d ngả ổ ợ ứ ấ ạ ở ử ụ

ng su t

biên dướiMpa

7.2 Ứng su t do tác d ng c a tĩnh t i giai đo n 2 (liên h p dài h n).ấ ụ ủ ả ạ ợ ạ

­ Ti t di n làm vi c : d m thép và b n bê tôngế ệ ệ ầ ả

­ T i tr ng tác d ng : là nh ng t i tr ng thả ọ ụ ữ ả ọ ường xuyên tác d ng lên ti t di n liênụ ế ệ  

h p nh  : ợ ư   l p ph  m t c u, lan can, tay v n ớ ủ ặ ầ ị

Ta có :

G2 = DC2 + DW = 1,64 + 3,687 = 5,327 kN/m

+ Ứng su t biên trên d m thép :ấ ầ   =   

+ Ứng su t biên dấ ướ ầi d m thép : =   

+ Ứng su t biên trên b n bê tông : ấ ả  =   

n = 8  ­  h  s  chuy n đ i gi a c t thép và bê tôngệ ố ể ổ ữ ố

B ng 2.17 T ng h p  ng su t giai đo n 2   TTGH cả ổ ợ ứ ấ ạ ở ường đ  1.ộ

6 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 7,171 13,388 0,4963L/8 390,20

3 1,76.1010 453,42 846,58 753,42 10,053 18,769 0,659L/2 416,17

7.3 Ứng su t do tác d ng c a ho t t i (liên h p ng n h n).ấ ụ ủ ạ ả ợ ắ ạ

­ Ti t di n làm vi c : d m thép và b n bê tôngế ệ ệ ầ ả

­ T i tr ng tác d ng : là ho t t i tính toánả ọ ụ ạ ả

+ Ứng su t biên trên d m thép :ấ ầ   =   

+ Ứng su t biên dấ ướ ầi d m thép : =   

+ Ứng su t biên trên b n bê tông : ấ ả  =   

n = 8  ­  h  s  chuy n đ i gi a c t thép và bê tôngệ ố ể ổ ữ ố

B ng 2.20 T ng h p  ng su t do ho t t i   TTGH cả ổ ợ ứ ấ ạ ả ở ường đ  1.ộ

L/4 1500,5

88

2,58.1

010 200 1099,99 500 11,632 6,398 0,3633L/8 1957,2

09 2,58.1010 200 1099,99 500 15,172 8,345 0,474L/2 2170,5

92 2,58.1010 200 1099,99 500 9,096 3,878 0,2843L/8 1530,4

49

2,58.1

010 200 1099,99 500 11,864 6,525 0,371L/2 1697,3

7.5 Xác đ nh tr c trung hòa d o c a ti t di n liên h p.ị ụ ẻ ủ ế ệ ợ

7.6 Chi u cao ch u nén c a vách.ề ị ủ