Tài liệu THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT - Chương 8 pptx

Khi tính toán hiệu ứng tải trong bản, cho phép phân tích một dải bản rộng 1m theo chiều dọc cầu Mô hình hoá sơ đồ làm việc của kết cấu như một dầm liên tục, với các sườn dầm hộp là các g

CHƯƠNG 8

TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

I CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU:

I.1 Sơ đồ tính toán bản mặt cầu

Mô tả bản mặt cầu: Bản dài 11m, phần mút thừa dài 3.175 m có sơ đồ chịu lực như hình vẽ:

300

750

1250

270

0,3912

1

§AH m« men mÆt c¾t gèi

§AH m« men mÆt c¾t giòa nhÞp

Sơ đồ tính toán bản mặt cầu

I.2 Cấu tạo các lớp áo đường:

- Lớp phủ mặt cầu :

+ Bê tông asphalt dày 5cm trọng lượng riêng là 2,25 T/m

+ Bê tông bảo hộ: dày 3cm trọng lượng riêng là 2,4 T/m

+ Lớp phòng Racon#7

+ Tạo dốc dày 3 cm có trọng lượng riêng là 2,4 T/m

Tên lớp Bề dày(cm) TL riêng T/m3) Bm(m) Khối lượng (T/m)

DWtc

mc = 1.49325

 Tĩnh tải rải đều của lớp phủ tính cho 1m cầu là:

DW TC

mc = 1.49325 (T/m)

Lan can tay vịn lấy:

Ta dùng loại lan can tay vịn bằng thép, bệ đỡ bằng BTCT có :

DWThép= 0.05 T/m

DWtc

LC = 0.55 T/m

DW TC

lc = 0,55x2=1,1 (T/m)

Vậy tĩnh tải phần hai:

DW TC = DW TC

mc + DW TC

lc =1,49325+1,1=2,59325 (T/m)

II NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN:

Sử dụng phương pháp phân tích gần đúng để thiết kế bản mặt BTCT của cầu dầm hộp

đổ tại chỗ và đúc liền khối (Điều 4.6.2.1.6 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05)

Khi tính toán hiệu ứng tải trong bản, cho phép phân tích một dải bản rộng 1m theo chiều dọc cầu Mô hình hoá sơ đồ làm việc của kết cấu như một dầm liên tục, với các sườn dầm hộp

là các gối và được giả thiết là có độ cứng tuyệt đối

Các tải trọng tác dụng lên kết cấu là :

+ Lan can :DClc

+ Trọng lượng bản thân bản : DC

+ Trọng lượng lớp mặt đường : DWmc

+ Tải trọng người : PL

+ Tải trọng xe : LL

+ Lực xung kích : IM, lấy bằng 25%LL

Tính toán hiệu ứng tải cho từng tải trọng thành phần gây ra trong bản mặt cầu Sau đó tổ hợp lại như đúng như điều 3.4.1-1 quy trình 22 TCN 272-05, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm là tổ hợp tải trọng cường độ 1 và tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng Sử dụng nội lực này để tính toán và kiểm tra tiết diện bản

III TÍNH TOÁN MOMEN TRONG BẢN MẶT CẦU

Theo quy trình quy định, sơ đồ làm việc của bản tương tự như dầm giản đơn Như vậy chưa kể đến hiện tượng ngàm của bản với sườn dầm

Theo điều 4.6.2.1.6 tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, các dải được coi như dầm liên tục hoặc dầm giản đơn Chiều dài nhịp phải được lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện

đỡ, các cấu kiện này được giả thiết là cứng vô hạn

III.1 Tính toán moment do các lực thành phần gây ra:

III.1.1 Moment do trọng lượng bản mặt cầu gây ra.

Trọng lượng bản mặt cầu: DC = 2,53T/m2 Được tính bằng trọng lượng của một mét dài bản mặt cầu chia cho chiều rộng toàn bộ bản mặt cầu Khối lượng riêng của bê tông lấy sơ bộ 2,5 T/m3

M=DCx Ai

Trong đó : DC là tĩnh tải bản thân của bản

Ai là diện tích ĐAH tại mặt cắt thứ i

Bảng tính nội lực do bản thân

Giữa nhịp 2.531208 0.0355 0.020535 0.014965 0.037878991

III.1.2 Moment do trọng lượng lan can gây ra.

Trọng lượng của lan can được coi là một lực tập trung đặt cách mép cánh hẫng 0.25m,

có giá trị bằng khối lượng của một mét dài lan can với khối lượng riêng của bê tông là 2,5T/

m3

Trọng lượng của lan can DClc = 1,1 T/m

Mi=DClcxói

Trong đó:

DClc: là trọng lượng lan can trên 1 m dài cầu

Mi: là mô men tại tiết diện i

ói: là tung độ ĐAH tại vị trí đặt lan can.

III.1.3 Moment do trọng lượng lớp phủ mặt cầu gây ra:

Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: DW = 0,1195 T/m2

M=DWx Ai

Trong đó : DW là tĩnh tải lớp phủ mặt cầu

Ai là diện tích ĐAH tại mặt cắt thứ i

III.1.4 Moment do tải trọng người gây ra:

Tải trọng người thiết kế, PL = 3.0 x 1.5 m = 4.5 KN/m

M=PLx Ai

Trong đó : PL là tải trọng người

Ai là diện tích ĐAH tại mặt cắt thứ i

Tiết diện PL A M

III.1.5 Moment do tải trọng xe tải tiêu chuẩn gây ra.

Bản mặt cầu được phân tích theo phương pháp dải gần đúng, được quy định trong điều 4.6.2.1 Bản được thiết kế cho tải trọng trục 145KN và tải trọng làn (quy định trong điều 3.6.1.3.3 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05) Các bánh xe trong trục cách nhau 1800mm, tải trọng mỗi bánh xe là 72.5KN

Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 0,947T/m phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều theo chiều rộng 3000 mm Hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

Khi thiết kế vị trí ngang của của xe được bố trí sao cho hiệu ứng lực trong dải phân tích đạt giá trị lớn nhất Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm khi thiết kế bản hẩng và 600mm khi thiết kế các bộ phận khác

Chiều rộng của dải tương đương b(mm) trên bất kỳ bánh xe nào được lấy như trong bảng 4.6.2.1.3-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05

Ta có:

+ Đối với phần hẫng : b = 1140 + 0.833x

+ Đối với vị trí có moment dương: b = 660 + 0.55s

+ Đối với vị trí có moment âm: b = 1220 + 0.25s

Trong đó:

x : là khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải (mm)

s : là khoảng cách giữa các cấu kiện đỡ (mm)

Khi tính toán hiệu ứng tải, tải trọng bánh xe được mô hình hoá như tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc của bánh xe cộng với chiều dày

của bản mặt cầu như được xác định dưới đây hoặc như tải trọng phân bố đều đặt tại trọng tâm bánh xe và phân bố dọc theo chiều dài dải tương đương được tính như ở trên

Khi tính toán giá trị b đối với phần hẫng trong đồ án này, vì cả 2 bánh xe HL93 đều nằm trên cánh hẫng nên sẽ có 2 giá trị b khác nhau cho mỗi bánh xe Do vậy khi tính toán ta lấy b

là giá trị trung bình

Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường được quy ước như trong điều 3.6.1.2.5 phải được coi là hình chữ nhật có chiều rộng 510mm và chiều dài là :

P 100

IM 1 γ 2.28x10

















Trong đó :

P : Tải trọng một bánh xe, P = 750000 KN

IM : Hệ số xung kích, IM =0.25LL

 : Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cường độ I),  = 1.75

 L = 361.6 (mm)

Vậy diện tích tiếp xúc của lốp xe là 510  361.6 mm

Kết quả tính toán lập thành bảng sau:

Giữa

M- 1.39740401 -5.0419 -479.320801

III.2 Tổ hợp nội lực:

Sau khi tính toán được moment do các tải trọng thành phần gây ra, ta tiến hành tổ hợp nội lực với hệ số tải trọng được tra trong bảng 3.4.1-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Tất cả các tải trọng tác dụng vào bản mặt cầu đều được đưa vào tổ hợp

Đối với bản mặt cầu, chỉ cần tính toán và kiểm tra theo hệ số sức kháng và khống chế bề rộng vết nứt Cho nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn cường độ I và trạng thái giới hạn

sử dụng

Tổ hợp nội lực là tổng các tác dụng của các lực vừa tính ở trên (có nhân với hệ số tải trọng) Với từng trạng thái giới hạn khác nhau, hệ số tải trọng là khác nhau (bảng 3.4.1-1) Tính toán nội lực theo công thức 1.3.2.1-1 tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 :

Mfactored =  i  i Q i

Trong đó :

i : là hệ số tải trọng

Qi : ứng lực

i : là hệ số có liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác

i = D R I

- Khi tính toán với trạng thái giới hạn cường độ:

+ D = 1 đối với thiết kế thông thường

+ R = 1 thiết kế bản mặt cầu với mức dư thông thường

+ l = 1.05 cầu được thiết kế là quan trọng

Vậy  = 1.05

- Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng:

+ D = 1 đối với thiết kế thông thường

+ R = 1 thiết kế bản mặt cầu với mức dư thông thường.

+ l = 1 cầu được thiết kế là quan trọng

Vậy  = 1

Kết quả tổ hợp được lập trong bảng:

MDC

(kNm/

m)

MDCrailing

(kNm/

m)

MDW

(kNm/

m)

MPL

(kNm/

m)

MLL

(kNm/

m)

MIM

kNm/

m)

Mcom1

(kNm/

Tổ hợp com1

là tổ hợp tải trọng trong TTGH CD1

Gối

-54.6033 0

-13.054 4

-22.681 4

-101.005 8

-30.301

Giữa

nhịp

-25.3283 1.163

-6.0554

18.5216 4

5.5564

MDC

(kNm/m)

MDCrailing

(kNm/m)

MDW

(kNm/m)

MPL

(kNm/m)

MLL

(kNm/m)

MIM

kNm/m)

Mcom2

(kNm/m)

Ghi chú

Tổ hợp com1

là tổ hợp

Gối -54.6033 0 13.0544 22.6814

-101.0058

-30.3018 -232.729

nhịp -25.3283 1.163 -6.05542 -10.521 18.52164 5.556491 -17.4968

Ghi chú: max là hệ số tải trọng lớn nhất

min là hệ số tải trọng nhỏ nhất

IV THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU:

* Từ bảng kết quả tổ hợp moment ta chọn ra được cặp moment cực trị để thiết kế:

M+ = Mgối = 259.511 (KNm) = 224.84 (Nmm/mm)

M- = Mgiữa nhịp = -572.133 (KNm) = -572113 (Nmm/mm)

* Các đặc trưng của bêtông và cốt thép sử dụng để thiết kế :

+ Cường độ chịu nén quy định của bêtông ở tuổi 28ngày:

f'c = 50 MPa

+ Mô đuyn đàn hồi của bê tông :

Ec = 4800 = 33941 MPa

* Lớp bảo vệ của cốt thép lấy theo bảng 5.1.2.3-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05

+ Chọn lớp bêtông bảo vệ phía trên : 50mm

+ Chọn lớp bêtông bảo vệ phía dưới : 50mm

=> Chiều dầy làm việc của bản bêtông :

Đối với vùng chịu moment dương là : z = 320 - 50 = 270 mm

Đối với vùng chịu moment âm là : z = 500 - 50 = 450 mm

Theo công thức thực nghiệm diện tích cốt thép được tính:

As = Trong đó:

Mu : moment uốn tại tiết diện tính cốt thép (đã nhân hệ số)

z : chiều dầy làm việc của tiết diện bản

fy : Cường độ chịu kéo quy định của thép fy = 420 Mpa