Thiết kế cầu dây văng 8

Thiết kế cầu dây văng

I.1 – Kích thớc mặt cắt ngang cầu

I.2 – Cấu tạo bản mặt cầu

- Bề rộng bản mặt cầu : B = 16 m Theo giải pháp kết cấu ngang thì đối với kết cấu mặt cầu có bề rộng 12 < B < 16 m thì phải thiết kế DƯL ngang bản mặt cầu

- Chiều dày bản mặt cầu : hb= 25 cm

- Chiều dài nhịp tính toán bản mặt cầu : L = 1080 cm

- Chiều dài phần cánh hẫng : hhang = 260 cm

I.3 – Cấu tạo các lớp kết cấu áo đờng

- Lớp bê tông Atphalt : 5 cm

- Lớp bê tông bảo vệ : 3 cm

- Lớp chống thấm : 3 cm

- Lớp bê tông mui luyện : 1,03 cm

- Chiều dày trung bình lớp phủ mặt cầu : hmc = 12,03 cm

I.4 – Nguyên tắc tính toán bản mặt cầu.

- Sử dụng phơng pháp phân tích gần đúng để thiết kế bản mặt cầu BTCT liền khối đúc tại chỗ (Điều 4.6.2.1.6)

- Tiết diện tính toán bản mặt cầu : Khi tính toán thiết kế thì ta tính cho mặt cắt bản có bề rộng b = 100 cm.

- Mô hình tính toán bản : tính toán bản mặt cầu theo sơ đồ dầm giản đơn hoặc dầm liên tục với các gối kê là các dầm chủ và giả thiết là các dầm chủ có độ cứng tuyệt đối Nh vậy có nghĩa là không kể đến hiện tợng ngàm của bản với dầm chủ Do đó khi tính toán mômen phần giữa của bản thì ta sẽ không xếp tải trọng lên phần ĐAH cánh hẫng để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất, đồng thời khi tính toán mômen âm tại gối đỡ thì không xếp tải trọng lên phần ĐAH ở giữa bản

- Mặt cắt tính toán hiệu ứng lực :

+) Tính M+ : tính toán cho mặt cắt giữa nhịp bản

+) Tính M- : tính toán cho mặt cắt gối đỡ (tại vị trí dầm chủ)

II – Tính toán nội lực bản mặt cầu

II.1 – tải trọng tính toán bản mặt cầu

+) Tổ hợp theo trạng thái cờng độ I : để tính toán cờng độ bản

+) Tổ hợp theo trạng thái cờng độ sử dụng : để tính toán chống nứt bản.II.2 – Các công thức tính toán nội lực bản mặt cầu

II.2.1 - Công thức tính nội lực do tĩnh tải

i i i i

i i i i

i q S P Y

Q = + Trong đó :

+) Mi : Mômen tại tiết diện i

+) Qi : Lực cắt tại tiết diện i.

+) q : Tĩnh tải phân bố ngang cầu trên dải rộng 1m

+) Si : Diện tích ĐAH nội lực

+) yi : Tung độ ĐAH tại vị trí đặt lực tập trung

II.2.2 - Công thức tính nội lực do hoạt tải

- Bản mặt cầu đợc phân tích theo phơng pháp dải gần đúng đợc quy định trong

điều 4.6.2.1.Với dải phân tích là ngang và có chiều dài nhịp tính toán L=91200 mm > 4600 mm Do đó bản đợc thiết kế với tải trọng xe tải và tải trọng làn thiết kế

+) Tải trọng 1 bánh xe là P = 72.5 KN

+) Tải trọng làn : qlàn = 9,3 KN phân bố đều trên chiều rộng b = 3000

mm Do đó theo phơng ngang cầu thì tải trọng làn tơng ứng với tải trọng dải

đều qlan = 3,1 KN/m Hiệu ứng của tải trọng làn không xét đến lực xung kích

- Khi thiết kế thì theo phơng ngang cầu hoạt tải đợc xếp trên 3 làn và đợc xếp sao cho tạo đợc hiệu ứng bất lợi nhất Vị trí tâm bánh xe đặt cách mép gờ chắn bánh đợc quy định nh sau :

+) Khi tính toán phần cánh hẫng : a = 300 mm

+) Khi tính toán các bộ phận khác : a = 600 mm

+) Cự ly giữa 2 xe : ≥1200 mm

- Hiệu ứng do hoạt tải bánh xe đợc mô hình nh tải trọng vệt với bề rộng bằng

bề rộng của bánh xe cộng với chiều dày của lớp phủ mặt cầu hoặc đợc tính với

bề rộng vệt bánh xe b (mm) đợc xác định theo quy định sau đây

+) Khi tính toán phần cánh hẫng : b = 1140 + 0,833.X (mm)

+) Khi tinh toán bản kê 2 cạnh :

1 - Đối với mômen dơng : b = 660 + 0,55.S

2 - Đối với mômen âm : b = 1220 + 0,25.STrong đó :

+) S : Là khoảng cách giữa các gối đỡ , S = 9120 (mm)

+) b : Bề rộng dải bánh tơng đơng mômen (mm)

- Kết quả tính toán vệt bánh xe tơng đơng nh sau :

+) Khi tính toán mômen dơng : b = 660 + 0,55.9120 = 5676 mm =5,676 m

+) Khi tính toán mômen âm : b = 1220 + 0,25.9120 = 3500 mm =3,5 m

- Nội lực trong bản mặt do hoạt tải đợc tính theo công thức sau :

+) ϖi : Diện tích ĐAH nội lực

II.3 – tính toán nội lực bản mặt cầu

II.3.1 - Các số liệu tính toán

- Chiều dài nhịp tính toán bản mặt cầu : Lb = 1080 cm

- Chiều dài phần cánh hẫng : Lh =260 cm

- Chiều dày bản : hc = 25 cm

- Bề rộng tính toán bản : b = 100 cm

- Diện tích tiết diện tính toán : Ab = 2500 cm2

- Mômen quán tính tiết diện bản : Jb = 130208 cm4

- Tĩnh tải dải đều của bản : DCTC = 6,25 KN /m

- Tĩnh tải dải đều lớp phủ mặt cầu : DWTC = 2,77 KN /m

- Tĩnh tải dải đều lớp phủ lề Ngời đi bộ : DWTC = 2,30 KN /m

- Trọng lợng rải đều phần chân lan can ngoài : Plcn = 3 KN

- Trọng lợng rải đều phần chân lan can trong : Plct = 1,25 KN

- Trọng lợng rải đều tay vịn : PTV = 0,265 KN

- Trọng lợng rải đều gờ chắn bánh : Pg = 1,406 KN

- Tải trọng bánh xe : Pbanh = 72,5 KN

- Tải trọng làn : qlan = 9,3/3 = 3,1 KN/m

II.3.2 - Tính toán giá trị mômen giữa nhịp bản Mg

- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen giữa nhịp bản thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất ta xếp tải nh sau :

Sơ đồ tính toán mômen giữa nhịp bản

- Bảng kết quả tính toán giá trị Mg

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu trọngTải

Tung

độ

Y

Diện tích

b 5.676

01.4051.531.531.4050Tổng giá trị mômen Mg do hoạt tải Mg ht 116.56 203.97

II.4.3 - Tính giá trị mômen tại gối Mo

- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen gối bản thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất

ta xếp tải nh sau :

+) Chỉ xếp tĩnh tải trên phần diện tích ĐAH âm

+) Do hoạt tải nằm ngoài phần ĐAH mô men gối nên ta không xếp hoạt tải

Pg=1.406KN Plct=1.25KN

ϖ KN.mMg tc KN.mMg tt

a - Tính Mo do tĩnh tải

Do tĩnh tải dải đều của bản DCtc 6.25 5.92 36.98 46.23

3.241.74

Do phần chân lan can ngoài Plcn 3 3.34 10.02 15.03

3.341.64

Do phần chân lan can trong Plct 1.25 1.64 2.05 3.08

Tổng giá trị lực Mo do tĩnh tải Mo tt 60.14 80.98

b - Tính Mo do hoạt tải

3.241.74Tổng giá trị lực Mo do hoạt tải Mo ht 11.21 19.61

II.4.4 - Tính giá trị lực cắt bên trái Qp

- Sơ đồ tính : Khi tính toán lực cắt bên trái Qp thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất ta xếp tải nh sau :

Sơ đồ tính toán lực cắt bên phải tại gối

Tung

độY

Diện tích

ϖ Qp tcKN

Qp ttKN

a - Tính Qphai do tĩnh tải

Do tĩnh tải dải đều của bản DCtc 6.25 5.21 32.55 40.69

Do phần chân lan can ngoài Plcn 3 0.366 1.098 1.647

0.3660.18

Do phần chân lan can trong Plct 1.25 0.18 0.225 0.338

0.1030.7740.7470.4180.390.061

3 – Nội lực do tải trọng ngời qNg 3 0.41 1.23 2.153

II.4.5 - Bảng tính toán giá trị lực cắt bên phải Qtr

- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen gối bản thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất ta xếp tải nh sau :

+) Chỉ xếp tĩnh tải trên phần diện tích ĐAH dơng.

+) Do hoạt tải nằm ngoài phần ĐAH mô men gối nên ta không xếp hoạt tải

Diện tích

Do phần chân lan can trong Plct 1.25 1.00 1.25 1.875

III – Tổ hợp tải trọng tính toán bản mặt cầu

- Sau khi tính toán đợc nội lực do các thành phần tải trọng thì ta tiến hành tổ hợp các giá trị nội lực theo các trạng thái cờng độ tơng ứng

- Đối với bản mặt cầu chỉ cần kiểm toán cờng độ mặt cắt và kiểm toán chống

nứt bản do đó nội lực tại các mặt cắt sẽ đợ tổ hợp theo 2 trạng thái cờng độ là :

+) Trạng thái cờng độ 1 : Kiểm toán cờng độ bản (sử dụng tải trọng tính toán với các hệ số tải trọng đợc quy định theo bảng 3.43.1-1)

+) Trạng thái giới hạn sử dụng : Kiểm toán chống nứt bản (sử dụng tải trọng tiêu chuẩn , các hệ số tải trọng đợc lấy bằng 1)

- Công thức tính nội lực tính toán

SiTT = γi.SiThoạt tải

- Bảng tổng hợp tải trọng tính toán bản mặt cầu

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị

+) Mômen gối đợc nhân với hệ số điều chỉnh α = 0,7

+) MgTC = 0,5.210,34 = 105,17 KN.m, MgTT = 0,5 328,4= 164,2 KN.m+) MoTC = 0,7 71,35 = 49,95 KN.m, MoTT = 0,7 100,59 = 70,41 KN.m

- Cờng độ chịu nén : fc’ = 50 Mpa

- Cờng độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trớc

fci’= 0,9 fc” = 0,9 50 = 45 Mpa

- Hệ số quy đổi hình khối ứng suất : β = 0.8

- Cờng độ chịu kéo khi uốn : fr = 0,63 f c = 44,5 Mpa

- Giới hạn chảy của thép : fy = 420 Mpa

- Mô đun đàn hồi của thép : ES = 200000 Mpa

4 Các thiết bị chế tạo khác –

1- Neo: Sử dụng neo HVM 15-12 của công ty HVM – Trung Quốc

2- Kích : Sử dụng kích của Mỹ mang nhãn hiệu EnerpacPEM204ED101CIV.2 – Bố trí cốt thép chịu mômen

II.2.1 - Nguyên tắc bố trí thép bản mặt cầu

- Theo tính toán ta có :

+) Giá trị mômen dơng : Mg= 129,94 KN.m

+) Giá trị mômen âm : Mo= -70,41 KN.m

Nh vậy ta thấy xét về mặt độ lớn thì Mg > Mo do đó ta chỉ cần tính toán và

bố trí cốt thép cho thớ dới mặt cắt chịu Mg sau đó bố trí cốt thép DƯL và cốt thép thờng tại thớ trên chịu Mo giống nh cốt thép chịu Mg

- Về nguyên tắc bố trí cốt thép DƯL thì ta sẽ bố trí các bó cốt thép DƯL ở thớ dới tại mặt cắt giữa nhịp bản , còn tại mặt cắt gối chịu mômen âm thì các bó cốt thép DƯL lại đợc uốn lên bố trí ở thớ trên Cách bố trí nh hình vẽ

II.2.2 - Các công thức tính toán và bố trí cốt thép

- Mặt cắt bản mặt cầu là mặt cắt chữ nhật do đó ta dùng các công thức của mặt cắt chữ nhật để tính toán và kiểm duyệt khả năng chịu lực của mặt cắt

- Công thức xác định lợng thép DƯL cần thiết

ps

y S c

y s ps

f

f A a b f f

0,85.f

'.

A

)2'.(

'

)2.(

.2

a -df

+) Công thức tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt

+) Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt

Mr = ϕ MnTrong đó :

+) Aps : Diện tích cốt thép DUL

+) dp : Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL

+) f’c : Cờng độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’c = 50 Mpa

+) ϕ : Hệ số sức kháng ,ϕ lấy bằng 1,0 đối với cấu kiện chịu uốn

+) b : Bề rộng tính toán của mặt cắt

+) β1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0.8 theo 5.7.2.2

+) fpu : Cờng độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa

+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa (bó 12 tao)

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DUL đã bị chảydẻo

+) a = c.β1: Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng

+) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh

định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1

f

f -1.04

ps

d

c k

≤

e

d c

n 'lới

@As'cm

ats'cm

ds'cm

As'cm2

nbtbó

@Apscm

acm

fpsKN/cm

2 c/de

MnKN.m

MrKN.m

=

=

p v v

' c n2

p s c n1 n

V d b 0.25f V

V V V V min V

Với:

' c

d f A

Lấy dv = 0,72 h = 0,72 250 = 180 mm+) bv : bề rộng bụng có hiệu, lấy bằng bệ rộng lớn nhất trong chiều cao dv

bv = b = 1000 mm+) s : Cự ly cốt thép đai

+) β : Hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo đợc quy

định trong điều 5.8.3.4 , lấy β = 2

+) θ : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo đợc xác định trong điều 5.8.3.4

Lấy θ = 45o

+) α : Góc nghiêng của cốt thép đai đối với trục dọc (độ) Nếu cốt đai thẳng đứng, α = 900

+) Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm2)

+) VP : Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu trên hớng lực cắt tác dụng,

là dơng nếu ngợc chiều lực cắt (N) Với kết cấu BTCT thờng VP = 0

- Bảng kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện

VsKN

VnKN

VnKN

VrKN

Kết luận : ta thấy tiết diện mặt cắt đảm bảo khả năng chịu cắt mà không cần

phải bố trí cốt thép ngang Tuy nhiên trong thiết kế ta vẫn bố trí cốt đai theo cấu tạo

PhÇn 2 : TÝnh to¸n dÇm ngang

*

I – kÝch th íc h×nh häc cña mÆt c¾t dÇm ngangI.1 – KÝch thíc mÆt c¾t ngang cÇu

I.2 – Kích thớc cơ bản của dầm ngang

- Chiều cao dầm ngang : hdn = 158 cm

- Bề rộng dầm ngang : bdn= 30 cm

- Diện tích mặt cắt : Adn = 158 30 = 4740 cm2

- Chiều dài tính toán của dầm ngang :

LTT = 912 cm

- Khoảng cách giữa các dầm ngang : adn = 400 cm

II – Tính toán nội lực dầm ngang

II.1 – Nguyên lý tính toán nội lực dầm ngang.

- Đối với kết cấu cầu có 2 dầm chủ tức là khi đó dầm ngang chỉ có 1nhịp thì ta tính toán dầm ngang theo sơ đồ dầm giản đơn với gối đỡ chính là 2 dầm chủ

- Việc tính toán nội lực dầm ngang chỉ cần tính theo 1 bớc đó là tính dầm ngang chịu áp lực cục bộ

II.2 – Tải trọng tác dụng lên dầm ngang

+) Xếp tải trọng theo phơng dọc cầu :

+) Tính áp lực do 1 hàng bánh xe tác dụng lên dầm ngang theo công thức :

II.3 – Tính toán nội lực dầm ngang

II.3.1 Công thức tính toán nội lực –

- Nội lực do tải trọng dải đều :

i i

+) qi : Tải trọng dải đều

+) Pi : Tải trọng dải tập trung

+) ϖi: Diện tích ĐAH nội lực

+) Yi : Tung độ ĐAH tại vị trí đặt tải trọng tập trung

- Nội lực tính toán :

1 – Với tĩnh tải

TC i

+) IM : HÖ sè xung kÝch, IM = 1,25 (t¶i träng lµn kh«ng xÐt hÖ sè IM)

Y (ϖ) KN.mMtc

MttKN.m

Y (ϖ) QtcKN

QtcKN

a - Néi lùc do tÜnh t¶i

Do träng lîng dÇm ngang 11.85 10.4 123.24 154.05 4.56 54.04 67.55

Do träng lîng b¶n mÆt cÇu 25 10.4 260 325 4.56 114 142.5

Do tÜnh t¶i líp phñ 11.1 10.4 154.44 173.16 4.56 50.62 75.92Tæng néi lùc do tÜnh t¶i 537.68 652.21 218.66 285.97

b - Néi lùc do ho¹t t¶i

Tổng nội lực do hoạt tải 521.21 1127.2 262.31 567.99

c-Nội lực do tĩnh tải + hoạt

II.3.2 Tính toán nội lực khi xét đến tính ngàm của dầm ngang–

- Để xét đến tính chất ngàm của dầm ngang với dầm chủ thì giá trị nội lực sau khi tính toán với sơ đồ dầm giản đơn sẽ đợc nhân với hệ số điều chỉnh α

+) Giá trị mômen gối : Mgối = 0,5 Mg

+) Giá trị mômen giữa nhịp : Mgiữa = Mg

(Với Mg là giá trị mômen tại mặt cắt giữa nhịp tính theo sơ đồ dầm giản

đơn )

- Kết quả tính nội lực dầm ngang đợc tổng hợp nh sau :

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

a - Nội lực tính theo dầm giản đơn

Mômen giữa nhịp tiêu chuẩn Mg tc 1058.89 KN.m

Mômen giữa nhịp tính toán Mg tt 1779.41 KN.m

Lực cắt tính toán Qtt 853.96 KN

b - Nội lực quy về sơ đồ ngàm

III – Tính toán và bố trí cốt thép dầm ngang

III.1 – Bố trí cốt thép chịu mômen uốn

III.1.1 Nguyên tắc bố trí cốt thép–

- Cốt thép dầm ngang đợc bố trí với cốt thép thờng , tại thớ dới cốt thép đợc bố trí để chịu mômen dơng Mg , còn tại thớ trên cốt thép đợc bố trí để chịu mômen âm Mo Cốt đai đợc bố trí để chịu lực cắt Q

- Cốt thép đợc bố trí theo cấu tạo sau đó kiểm toán khả năng chịu lực của mặt cắt , nếu không đạt thì ta bố trí lại và kiểm tra

8φ28

- Xác định chiều cao vùng chịu nén theo công thức của mặt cắt chữ nhật ta có :

23 , 16 30

5 , 0 85 , 0

2 , 4 0 2 , 4 26 , 49

85 , 0

f A f A a

C

Y S Y S

cm

=> Chiều cao vùng chịu nén : c = 0,8 20,28

23 , 16

1

=

= β

a

cm

- Tỉ số : 139,6 0,145 0,42

28 , 20

2 ' (

'.

) 2 (

=

p v v

' c n2

p s c n1 n

V d b 0.25f V

V V V V min V

- Bảng kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diện

VsKN

VnKN

VnKN

VrKN

0 0.00 90 2 45 316.93 0.00 337.5 316.93 285.23

Kết luận : ta thấy tiết diện mặt cắt đảm bảo khả năng chịu cắt mà không cần

phải bố trí cốt thép ngang Tuy nhiên trong thiết kế ta vẫn bố trí cốt đai theo cấu tạo

Phần 3: Tính toán tai đeo dây văng

*

I – kích th ớc hình học của mặt cắt tai đeo

I.1 – Kích thớc mặt cắt ngang cầu

I.2 – Kích thớc cơ bản của tai đeo

- Chiều cao tai đeo : hdn = 80 cm

- Bề rộng tai đeo : bdn= 80 cm

- Diện tích mặt cắt : Adn = 80.80 = 6400 cm2

- Chiều dài tính toán của tai đeo :

LTT = 110 cm

- Khoảng cách giữa các tai đeo : atd = 800 cm

II – Tính toán nội lực tai đeo dây văng

II.1 – Nguyên lý tính toán

- Tai đeo dây văng đợc tính toán theo sơ đồ cãnh hẫng

- Việc tính toán nội lực tai đeo chỉ cần tính theo 1 bớc đó là tính tai đeo chịu

II.2.2 Hoạt tải–

- Hoạt tải tác dụng lên tai đeo chỉ có tải trọng Ngời đi bộ : qNG =3 KN/m

II.3 – Tính toán nội lực tai đeo dây văng

II.3.1 Công thức tính toán nội lực –

- Nội lực do tải trọng dải đều :

i i

+) qi : Tải trọng dải đều

+) Pi : Tải trọng dải tập trung

+) ϖi: Diện tích ĐAH nội lực

+) Yi : Tung độ ĐAH tại vị trí đặt tải trọng tập trung

- Nội lực tính toán

1 – Với tĩnh tải

TC i

TT