Thuyết minh đồ án bê tông

Tài liệu tham khảo Thuyết minh đồ án bê tông

Phần I: Giới thiệu chung

 Vật liệu bêtông làm dầm chính cấp 50MPa

 Loại tiết diện dầm chính I căng sau

 Hoạt tải: HL93

2 Yêu cầu

Thiết kế lan can

Thiết kế bản mặt cầu là bê tông cốt thép thường

Thiết kế dầm ngang là bê tông cốt thép thường

Thiết kế dầm chính là bê tông cốt thép dự ứng lực

3 Chọn thêm số liệu

Chọn kích thước lan can: 400mm

Chọn cáp dự ứng của nhà sản xuất VSL

Chọn cốt thép thường AI, AII

Chọn bê tông làm lan can, bản mặt cầu, dầm ngang cấp 30MPa

4 Bố trí mặt cắt ngang cầu

Với số liệu đã có chọn phương án bố trí mặt cắt ngang cầu như hình vẽ:

Phần II : Tính toán lan can và tay vịn

1 Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can

Lựa chọn và bố trí thép như hình vẽ:

Chọn lớp bảo vệ cốt thép là: 30(mm)

Sử dụng thép AII có: fy = 280(MPa)

Sử dụng bêtông cấp 30 MPa có: fc’ = 30(MPa)

Thép thanh lan can dùng CT3 Cầu có fy = 200(MPa)

Bố trí khoảng cách giữa các cột lan can là 1650(mm)

Bố trí khe giãn nở vì nhiệt cách nhau 8600(mm) với bề rộng là 20(mm)

2 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can

2.1 Khả năng chịu lực của dầm đỉnh Mb

Do không có dầm đỉnh nên Mb = 0

2.2 Khả năng chịu lực của tường quanh trục thẳng đứng MwH

Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có momen âm và dương đều bằng nhau.Đối với tiết diện thay đổi ta qui đổi về tiết diện chữ nhật tương đương có diệntích bằng với diện tích ban đầu nhưng không làm thay đổi chiều cao của lan lan

Chia tường thành 3 phần tại 3 vị trí thay đổi tiết diện như hình vẽ:

 Phần 1

Tiết diện phần 1 như hình vẽ:

Tiết diện là b x h = 350 x 200

2 s

s

s y ' c

7,1

29275147,14(N.mm)

Chiềucaoh(mm)

Diện tíchcốt thép

MwH(N.mm)

= 46488,47 (kN.mm)2.3 Khả năng chịu lực của tường theo trục nằm ngang Mc

Phần này chỉ do cốt thép phía trong chịu và cũng chia làm 3 đoạn để tính trung bình

Khi tiết diện thay đổi ta chọn tiết diện lớn nhất ở ngàm để xác định khả năng chịu lực

Thép ở đây dùng thép Ф14 bố trí với a = 200 theo phương dọc cầu

Phương pháp tính tương tự như MwH

Cắt 1 mm theo phương dọc cầu ta có 5 thanh nên diện tích thép trên 1mm dàilà:

2

2 S

Diện tíchthép

c1 c2 c3 c

M 350 M 300 M 150M



Với:

Y= 200 (mm): chiều cao của cột lan can

Mp =.S.fy: là momen kháng uốn tại mặt cắt ngàm vào tường lan can

S:momen kháng uốn của tiết diện quanh trục x-x

Momen quán tính của tiết diện:

x x

4 3

2 w

Số cột tham gia chịu lực là 1 cột

 Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:

2.2.1650 1070127658,86 N

R H k.P HR

H





417,17.800 1.101, 46.1000

800290,35(kN)

    Đảm bảo chịu va xe

4.1.2 Vị tri va tại thanh lan can

Với Lc = 2853 (mm) có 3 nhịp tham gia chịu lực do L = 1650 (mm)

Số cột tham gia chịu lực là 2 cột

Sức kháng của thanh và cột lan can:

    Đảm bảo chịu va xe

4.2 Va tại đầu tường



Triết giảm khả năng chịu lực của tường như phần 4.1.1 và ta có:

t c

    Đảm bảo chịu va xe

Vậy lan can đủ khả năng chịu lực

4.3 Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt

Khi va xe tại khe giãn nở vì nhiệt thì cũng giống trường hợp va xe tại đầu tường nhưng lực Ft phân bố cho hai bên tường Do đó mỗi bên tường chỉ chịumột nửa lực Ft nên chắc chắn chịu được va xe

4.4 Kiểm tra chống truợt của lan can

Lực cắt do va xe truyền xuống ứng với lan can cấp L3 là:

t CT

Pc trọng lượng tỉnh trên 1 đơn vị chiều dài

Để an toàn ta chỉ lấy phần bêlông

Vậy lan can đủ khả năng chống trượt.

5 Chứng minh công thức sử dụng trong phần tính lan can

Công thức chứng minh ở đây chỉ dành cho phần cột và thanh lan can ở đầu tường:

Gọi: Khoảng cách giữa hai cột là: L

Số cột tham gia chịu lực là : n

 Công của ngoại lực

+ Công của thanh lan can

i 1 P

M

in.Y

n n 1

M 2n.Y

P P

M n 1

2Y

Có hai phương pháp tạo độ dốc ngang cầu là làm lớp mui luyện hay dùng

phương pháp nâng dầm Ở đây ta dùng phương pháp thứ hai và ta chọn như hìn vẽ:

Trọng lượng riêng của bêtông c = 0,245.10-4 (N/mm3)

Cường độ bêtông fc’ = 30 (MPa)

Trọng lượng riêng của kết cấu thép s = 0,785.10-4 (N/mm3)

Bản mặt cầu dày 200mm

Trọng lượng của cột và thanh lancan.

Thanh lan can:

2 2

Hoạt tải tác dụng lên bản mặt cầu:

Do khoảng cách giữa hai dầm chủ là 1,85 m < 4,6 m nên HL93 tác dụng chỉ có xe 3 trục ( Truck )

Do thiết kế bản hẫng nên trục xe 3 trục cách mép làm 0,3 m Theo hình vẽ ta có:

Trục 3 xe trục cách tim dầm biên 100mm ớ phía trong bản loại dầm

Ta có cường độ phân bố của bánh xe là:

1

P.1LL

Tải trọng va xe truyền từ bản lan can xuống:

Ở đây ta chỉ thiết kế với tải trọng va xe là Ft =240 (kN) phân bố trên Lt

= 1070 (mm) ( lan can cấp L3 ) Chứ không thiết kế theo điều kiện tương thích về vật liệu vì khả năng chịu lực của tường ở mỗi vị trí khác nhau thí khác nhau

Ta có sơ đồ truyền tải trọng va xe như hình vẽ:

.800.1

1070 2.810072267,66 N / mm







Ta có sơ đồ lực ở bản hẫng như hình vẽ:

5 DW

6 LL

DC = DW = LL = 1m=1,2

0,85.f a.b TA

Diện tích cốt thép trên 1 m dài : 20,6 (mm2 )

Chọn 10 16 có As = 20,11 (cm2) nhỏ hơn so với lượng thép yêu cầu 2,4% nên cố thép đảm bảo khả năng chịu lực

Bố trí 10 16 với a = 100 (mm)

2.4 Kiểm tra vết nứt

Khi kiểm tra nứt ta phải kiệm tra trên tiết diện bxh = 1000x200 thì ta mới xác định được số thanh thép tham gia chống nứt

Ta có momen kiểm tra nứt là Ms = 6821850 (N.mm)

Xác định trục trung hoà của tiết diện khi bị nứt:

As = 2011 (mm2)b=1000 (mm)

sa 3

sa s

Trọng lượng riêng của bê tông: c = 0,245.10-4 (N/mm3)

Cường độ bê tông: fc’ = 30 (MPa)

3.3 Nội lực do hoạt tải.

Do chấp nhận lấn làn nên ta có 2 trường hợp như sau:

Trường hợp 1: Chỉ có 2 bánh xe đặt lên bản mặt cầu

Cường độ phân bố của hoạt tải là:

1

Pp

Trường hợp 2 : Hai bánh xe đặt lên trên bản mặt cầu.

Thì ta có cường độ phân bố của hoạt tải là:

3 ''

2 LL

Do nội lực ở trường hợp 2 lớn hơn nên dùng giá trị nội lực ở trường hợp 1 nên ta dùng hoạt tải ở trường hợp 2 để thiết kế

Ta có bề rộng ảnh hưởng của vệt bánh xe theo phương dọc cầu:

Ta có cách qui đổi momen từ bản loại dầm sang bản ngàm như hình vẽ:

Trạng thái giới hạn cường độ:

1682,532994,16 N.mm



1677,513783,13 N.mm





Mà

' c

Cách tính tương tự nhưng ta chọn ds = 160 vì phía dưới betông tiếp xúc trực tiếp với không khí Ta có:

Tương tự như kiểm tra nứt ở bản congsol

Đối với thép chịu momen âm ta có:

Bản mặt cầu dày: hf = 200 (mm)

Trọng lượng riêng bêtông: c = 0,245.10-4 (n/mm3)

Cường độ bêtông: fc’ = 30 (Mpa)

3 Xác định nội lực do hoạt tải gây ra:

3.1 Hoạt tải qui từ 2 bản sàn lân cận về dầm phụ:

Ta có biểu đồ đường ảnh hởơng về giá trị  được tính như sau:

1 0.715

' Truck 01 LL u

3.2.2 Tổ hợp 2: xe Tandom và trải trọng làn (Lnae).

Tương tự như trên với giá trị:

' Tandom 02 LL u LL s

   

' Tandom 02 1

 ds = 1250 – 50 = 1200 (mm)Chiều cao vùng bêtông chịu nén là:

s

y '

2 c

Giá trị M = 0,7.Mu = 0,7 159242958,7

= 11470071,7 ( N.mm)Khoảng cách từ tâm cốt thép đến vùng chịu bêtông chịu kéo là 50 (mm)

 ds = 1250 – 50 = 1200 (mm)Chiều cao vùng bêtông chịu nén là:

s

y '

2 c

4.2.2.1 Xác định dv

dv = ds – 0,5.aVới: ds = 1200 (mm)

 

s y ' c

Vậy chọn dv = 1178,44 (mm)4.2.2.2 Xác định ứng suất mặt cắt trung bình

 

u

' c

Ta có

3 x

3 x

A f d cot gS

 

u '

v vy ' c v

A f d cot gV

Vậy điều kiện chịu lực của thép dọc đảm bảo

Do đó trong dầm ngang ta bố trí thép đai 12 với bước đai là a

Ta có momen kiểm tra nứt là M = 68275164,13 (N.mm)

Xác định trục trung hoà của tiết diện khi bị nứt:

1200 235,91

7, 49.1064,59 N / mm

 

 

2 s

sa 3

sa s

1 Lựa chọn kích thước hình học của dầm

Mặt cắt ngang tiết diện dầm chính như hình vẽ:

Kích thước của 1/2 dầm chủ như hình vẽ:

2 Tính toán hệ số phân bố ngang

2.1 Hệ số phân bố ngang của momen đối với dầm giữa

2.1.1 Một làn xe

0,2 0,4 0,3

g SI

Xác định toạ độ trọng tâm của tiết diện

0,1 0,6 0,2

g MI

76000,61



2.2.2Hai làn xe

MI V

S

3600

0, 236000,728

1850



y2 = 0

SE M

Hệ số phân bố đối vớ tải trọng làn:

SE Mlane

Trọng lượng bản thân của dầm:

Do tiết diện của dầm thay đổi theo chiều dài: ở phần đầu dầm với diện tích A = 1500.600 = 900000(mm2) nên tải trọng phân bố với cường độ là: 900000.0,245.10-4 = 22,05(N/mm) ở phần giữa dầm với diện tích A =543750(mm2 ) nên tải trọng phân bố với cường độ là: 543750.0,245.10-4

Trọng lượng dầm ngang xem như không chính xác là lực tập trung với giá trị:

DC2” = (1850-225).1050.240.0,245.10-4 = 10032,75 (N)

Lớp phủ:

DW = 1850 1,43.10-3 = 2,65 (N/mm)Trọng lượng lan can tay vịn:

 

12,65 .8375.335002

 

19,3 .8375.335002

 

19,3 .0,5.167502

38343,75 N





 

12,65 .6281, 25.335002

 

19,3 .6281, 25.335002

 

 

114,69 0,75.25125 0, 25.83752

 

19,3 .0,5.167502

 

12,65 .2098,881.335002

 

19,3 .2098,881.335002

213005 N



 

19,3 .0,933.312002

 

19,3 .1.335002

155775 N





Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt:

Nhận xét nội lực do xe ba trục (Truck) lớn hơn xe hai trục (Tandom) nên

ta lấy giá trị nội lực do xe ba trục tổ hợp với tải trọng làn

Tĩnh tải vẫn giá trị như tính toán nhưng hoạt tải tính theo công thức:

Đối với dầm biên do ta có hệ số phân bố ngang của tải trọng làn đối với 1 làn

và hai làn khác nhau.Do đó ta phải lập cả hai trường hợp1 làn và hai làn xe Sau đó dựa vào tổng hợp nội lực cuối cùng xem giá trị nào lớn nhất dầm

trong hay dầm ngoài 1 làn hay dầm biên 2 làn

Đối với 1 làn xe tải trọng làn là 9,3/3000 còn đối với hai làn thì tải trọng làn

là 9,3

Ta có bảng tổng hợp sau:

BẢNG TỔNG HỢP MOMEN Ở DẦM BIÊN 1 LÀN XE

L/2 2060731563 1182339788 775053906 225852812.5 1964456382L/4 1545548672 886754840.6 581290430 169389609.4 1508078224Thay đổi 527077310.2 295714046 198237041 57766812.08 523315287

Theo VSL ta dùng cáp 12,7mm để thiết kế cho dầm dự ứng lực.

Do ta xác định nội lực tác dụng lên dầm để xác định lượng cáp trong dầm theo công thức

u ps

u

MA

pu

2 ps

Bè TRÝ C¸P DUL MC GèI Bè TRÝ C¸P DUL MC

TIÕT DIÖN THAY §æI

Bè TRÝ C¸P DUL MC l/4 Bè TRÝ C¸P DUL MC l/2

5

1 2 4 3 3

4 2 1

5 3

4 2 1

h0: là khoản cách từ trọng tâm ống gen đến mép dưới của dầm ở khu vực giữa dầm.

L1: là khoảng cách từ góc toạ độ đến vị trí đầu tiên của đường cong

L2: là khoảng cách từ góc toạ độ đến điểm cuối của đường cong

L: là khoảng cách từ góc toạ độ đến điểm gãy của cáp

R: là bán kính cung dùng để ướn cáp

: là góc hợp bởi đường chuẩn với đường thẳng nằm ngang

x: là khoảng cách từ góc toạ độ đến vị trí cần xác định toạ độ

y: là khoảng cách từ tâm ống gen đến mép dưới của dầm

: là góc hợp bởi phương của đường chuẩn với phương của đường thẳng tại

BẢNG TỔNG HỢP SỐ LIỆU BỐ TRÍ CÁP

Tên

bó Khoảngcách h0

Bán kínhcong Điểmuốn neo cápĐiểm chuyểnGóc Khoảngcách L1

Khoảngcách L2

Chiều dàicáp

Bó 2 586,53 449,32 126,59 120

5 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện qua từng giai đoạn làm việc

Xét tượng trưng cho mặt cắt giữa nhịp:

2 P

Giai đoạn 2: Khi kéo cáp và phun vữa bê tông lắp lỗ rỗng thì ta chỉ tính phần cáp

dư ứng lực tham gia vào tiết diện còn phần bê tông vữa phun vào chủ yếu là bảo

vệ cáp dư ứng lực nên ta bỏ qua phần bêtông này Ta có:

Giai đoạn này bê tông chưa đạt được cường độ nên Ec phải là Eci khi đó Eci < Ec

Để đảm bảo cho an toàn ta lấy lúc tiết diện đảm bảo cường độ 28 ngày để cho tỉ

số n nhỏ đi thì lượng cáp tham gia chịu lực giảm đi

2 g

Tương t ự các mặt cắt còn lại ta có bảng tổng hợp sau:

B NG T NG H P M T MÁT NG SU T DO MA SÁTẢNG TỔNG HỢP MẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ỔNG HỢP MẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ỢP MẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT

ΔffPF Mặt cắt tại gối Tiết diện TĐ L/4 L/2

i cgp

MP

 fpSR = 93-0,85.70

= 33,5 (MPa)6.3.2Mắt mát ứng suất do từ biến

Theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 ta có:

g tg

c tc ps cdp pER

6.3.3Mất mát ứng suất do chùng nhão trong giai đoạn khai khác

Đối với dầm căng sau ta có:

Ta có mất mát ứng suất do ma sát thay đổi tại các tiết diện, còn các mất mátcòn lại ở các tiết diện như nhau ta có:

7 Tính toán trong giai đoạn truyền lực căng

Khi truyền lực căng cáp thì làm cho dầm vồng lên nên bêtông ở thớ dưới tại mặt cắt giữa dầm chịu nén và bêtông ở thớ trên tại mặt cắt gối chịu kéo, nên ta chỉ kiểm tra ở 2 tiết diện này

Ta có bảng tổng hợp lực cáp Pi ở giai đoạn truyền lực căng:

8 Tính toán chịu nén ở trạng thái giới hạn sử dụng.

8.1.1Ứng suất tại thớ trên của tiết diện.



= 3,58 Kéo

Mà ứng suất kéo cho phép là '

c0,5 f 3,54 do đó fbvượt

Bảng tổng hợp giá trị ứng suất tại thớ trên và thớ dưới:

Từ bảng trên ta kiểm tra các giá trị đầu nằm trong giới hạn cho phép

9 Tính toán chịu uốn ở trạng thái giới hạn cường độ

9.1 Xác định momen kháng uốn danh định của tiết diện ở giữa dầm:

Xác định vị trí rục trung hoà

Do ta có bê tông đổ bản mặt cầu và bê tông dầm có cường độ khác nhau nên

ta qui đổi bê tông mặt cầu về bê tông làm dầm Ta chỉ qui đổi theo chiều rộngcủa bản cánh chứ không qui đổi theo chiều cao bản cánh

Hệ số qui đổi D

B

EnE

dps = 1291 (mm)

py pu

f

f5505,5.1835 0,69 890,64 225 400.0,85.50c

5505,5.18350,85.50.0,69.225 0, 28

Nhận xét: Trong dầm bêtông cốt thép dự ứng lực ta có hai phần lực cắt Một là

do ngoại lực tác dụng bao gồm tĩnh tải giai đoạn 1, giai đoạn 2, hoạt tải và lực cắt đ cáp dự ứng lực tạo ra có xu thế chống lại lực cắt trên Với giá trị lực cắt do ngoại lực ta dã tổng hợp phần trên

Bảng tống hợp giá trị lực cắt do cáp dự ừng lực:

Vị trí Mặt cắt gối Mặt cắt thay đổi Mặt cắt L/4 Mặt cắt L/2

Ở đây ta không kể cốt thép thường tham gia vào chịu lực cắt Vì nếu

kể cốt thép thường vào thì chiều cao vùng nén sẽ thay đổi không giốngvới ở trạng thái giới hạn cường độ mà ta tính ở trên

v

VV







' c

0,03 0, 25

     Tiết diện hợp lý để chịu lực cắt

11.1.3 Tính x không kể cốt thép thường chịu lực

As = 0 do bỏ qua cốt thép thường tham gia chịu lực.

p

po pf pc

c 1,5 '

 =270 Lặp lần 1 với  = 270

f  và x = -0,002 ta có  = 6,78Xác định khả năng chịu cắt của bê tông.

Kiểm tra cốt đai theo cấu tạo

c w v

Vậy cốt dọc đủ khả năng chịu lực.

11.2 Mặt cắt tiết diện thay đổi

2886,67 mm



So sánh với 0,9dps = 0,9.969,87 = 872,88 (mm)

0,72.h = 0,72.1700 = 1224 (mm)chọn dv = 1224 (mm)







' c

2

pf ps pf ps pc

3 3

x

3 x

c

0 '

c

v

fv

' c

' c

' c

v

fv

11.2.5 Xác định khả năng chịu cắt của bê tông.

Do Vs<0 nên đặt cốt dai theo điều kiện cấu tạo

11.2.6 Kiểm tra cốt đai theo điều kiện cấu tạo

 

u '

c w v

v vy '

c w mm v

Vậy cốt dọc đảm bảo khả năng chịu lực

Nhận xét: Do lực cắt giảm dần về giữa dầm mà theo bảng tổng hợp đặc trưnghình học thì giá trị Ac không đổi, còn Ic thì lớn hơn so với mặt cắt tiết diện

thay đổi Do đó từ mặt cắt tiết diện thay đổi ta bố trí thép đai theo cấu tạo với bước đai là a = 200 (mm)