Thiết kế cầu dầm BTCT DUL nhịp giản đơn dài 25m tiết diện 1 căng sau

Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm giữa liên hợp: Tỉ số mô đun giữa thép và bê tông:... Trong đó 22 là số thanh thép trong phạm vi beDiện tích phần bản bê tông đã được qu

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA XÂY DỰNG

THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DƯL NHỊP GIẢN ĐƠN DÀI 25M TIẾT DIỆN I

CĂNG SAU

GVHD: NGUYỄN TRỌNG TÂM SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA MSSV: 15127078

SKL 0 0 6 8 2 9

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

Học kỳ: 01 Năm học: 2019 – 2020

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GIẢN ĐƠN DÀI 25M TIẾT DIỆN I CĂNG SAU

PHẦN 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

CHƯƠNG I: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

Lực dính đơn vị C

Góc ma sát trong Đất sét pha cát lẫn sỏi

II CÁC NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ CẦU:

Đảm bảo về mặt kinh tế: Hao phí xây dựng là ít nhất, hoàn vốn nhanh và thu lợi nhuận cao

Đảm bảo về mặt kỹ thuật: Đảm bảo đủ khả năng chịu lực theo yêu cầu thiết kế, đảm bảo ổn định và thời gian sử dụng lâu dài

Đảm bảo về mặt mỹ quan: Hòa cùng và tạo dáng đẹp cho cảnh quan xung quanh Dựa vào ba nguyên tắc trên ta phải chú ý một số vấn đề sau:

Phương án thiết kế phải dựa trên điều kiện địa chất, thủy văn và khổ thông thuyền

Cố gắng tận dụng những kết cấu định hình sẵn có để công xưởng hóa và cơ giới hóa hàng loạt nhằm giảm giá thành công trình

Tận dụng vật liệu sẵn có tại địa phương

Áp dụng những phương pháp thi công tiên tiến nhằm đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN DẦM THÉP LIÊN

HỢP BTCT

I Các số liệu thiết kế:

Kết cấu nhịp gồm có 5 dầm chính

Khoảng cách giữa 2 trục của dầm chính: 2100mm

Chiều dài toàn dầm: 25000mm

Chiều dài tính toán: 24400mm

Kết cấu lan can lề bộ hành giống như phương án sơ bộ 1

Khoảng cách các hệ LKN là 4880mm Được cấu tạo như trong bản vẽ

Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = 24400mm

Chiều cao của dầm thép: h = 1600mm

Chiều rộng bản cánh trên của dầm: bc = 300mm

Bề dày bản cánh trên của dầm: tc = 25mm

X X

Mô men tĩnh của dầm đối với trục X – X:

b t + b t (y - )

= 21351881439mm



II.3 Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm giữa liên hợp:

Tỉ số mô đun giữa thép và bê tông:

Trong đó 22 là số thanh thép trong phạm vi be

Diện tích phần bản bê tông đã được quy đổi thành thép:

2 c

Mô men tĩnh của dầm đối với trục trung hoà của tiết diện nguyên của dầm thép:

II.3.2 Tiết diện liên hợp dài hạn:

Trong đó 22 là số thanh thép trong phạm vi be

Diện tích phần bản bê tông đã được quy đổi thành thép:

2

2 c

Vậy diện tích mặt cắt ngang dầm At = 57450 + 2486.88 + 19166.67 = 79103.55mm2

Mô men tĩnh của dầm đối với trục trung hoà của tiết diện nguyên của dầm thép:

20079

2 4

2 3

2 3

2 2

0 4155088500 3

36

1

2 12

1 2

12

1 2

mm

h y h

h

n

h y h b h b n

t y t b t b n

t y A c A

I

I

v ttt v v

v ttt v c v c s

btt s e s e s

btt ct s

II.4) Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm biên liên hợp:

Tỉ số mô dun giữa thép và bê tông :

Theo điều 4.6.2.6 chiều rộng có hiệu trong bản bê tông dầm biên trong tác dụng liên hợp được xác định như sau :

 x x

A ct

Trong đó 20 là số thanh thép trong phạm vi be

Diện tích phần bản bê tông đã được quy đổi thành thép

2 2

575008

1001003002002100

mm x

x n

A

A c

Vậy diện tích mặt cắt ngang dầm Ac = 57450+2486.88+57500 = 117436.88 mm2

Mô men tĩnh của dầm đối với trục trung hoà của tiết diện nguyên của dầm thép

2

mm

n

h n

h y h b h

t y A n

h

t y t

b

v tt v c v s tt ct v s tt s

Khoảng cách từ trục trung hoà của tiết diện liên hợp ngắn hạn đến mép trên dầm thép

29.41657929

.416

4 2

2 4

2 3

2 3

2 2

62.61837983

36

1

212

12

.12

.12

mm

h y h

h

n

h y h b h b n

t y t b t b n

t y A c A

I

I

v ttc v v

v ttc v c v c s

btc s e s e s

btc ct s



 x x

A ct

Trong đó 20 là số thanh thép trong phạm vi be

Diện tích phần bản bê tông đã được quy đổi thành thép

2 2

191673

8

1001003002002100

x x

n

A

A c

Vậy diện tích mặt cắt ngang dầm At = 57450+2486.88+19167 = 79103.88 mm2

Mô men tĩnh của dầm đối với trục trung hoà của tiết diện nguyên của dầm thép

2

mm

n

h n

h y h b h

t y A n

h

t y t

b

v tt v c v s tt ct v s tt s

20079

4 2

2 4

2 3

2 3

2 2

0 4155088500 3

36

1

2 12

1 2

12

1 2

mm

h y h

h

n

h y h b h b n

t y t b t b n

t y A c A

I

I

v ttt v v

v ttt v c v c s

btt s e s e s

btt ct s

Tỉ lệ mô đun đàn hồi giữa thép dầm và bê tông bản mặt cầu

Mô đun đàn hồi của vật liệu thép làm dầm

E n

Id = 21351881439 mm4 : Mô men quán tính của tiết diện nguyên dầm thép

A = 57450 mm2 : diện tính của tiết diện nguyên dầm thép





3 3 0 4 0

) (

) (

) 4300 ( 06 0

)

.

(

s tt g tt

n n

SI

M

t L

K L

S S





3 2

2 0 6 0

) (

) (

) 2900 ( 075 0

)

.

(

t L

K L

S S

g

m

tt g tt

n n

SI

M

21002

.0107007600

2 2

Hệ số phân bố mô men

Khi có 1 làn xe xếp tải: tinh theo nguyên tắc đòn bẩy

Người

bộ hành Dầm biên Mô men 0.747 0.747 0.747 0.875

Lực cắt 0.416 0.416 0.416 0.875

II.6) Tính nội lực cho dầm chính:

Trọng lượng lan can tay vịn và lề bộ hành

Giả thiết tải trọng lan can lề bộ hành được qui về bó vỉa và truyền xuống dầm biên

và dầm giữa là khác nhau phần nằm ngoài bản hẩng sẽ do dầm biên chịu còn phần nằm trong sẽ chia cho dầm biên và dầm trong chịu theo tỉ lệ khoảng cách từ diểm đặt lực đến mỗi dầm

Phần gờ chắn và lề bộ hành bên ngoài bản hẫng:

m KG

DC31  343 75 /

Phần gờ chắn và lề bộ hành bên trong bản hẫng:

m KG

DC32  717 25 /

Trọng lượng lan can lề bộ hành truyền xuống dầm biên:

mm KG

m KG DC

DC

g lc tr g

/55722

,

0

/22.5571

.2

625.0.25.71775.3431

.2

625,0

2 3 1

m KG DC

g lc tr g

/ 50378

.

0

/ 78 503 1

2

475 , 1 25 717 1

2

475 1

2 3

Theo phương dọc cầu bố trí 7liên kết ngang Khoảng cách giữa các liên kết ngang là

Thanh giằng xiên là thép góc đều cạnh L100x100x10 có các đặc trưng

Diện tích tiết diện : As = 1920 mm2

tt

lkn

23900 2

7 55 , 135 2

Xe hai trục: gồm có hai trục mỗi trục nặng 110KN khoảng cách giữa hai trục không đổi là 1200mm theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm

Tải trọng làn: bao gồm tải trọng rải đều 9.3N/mm xếp tho phương dọc cầu theo phương ngang cầu tải trọng này phân bố theo chiều rộng 3000mm tải trọng làn có thể

xe dịch theo phương ngang để gây ra nội lực lớn nhất

Tải trọng người đi bộ: là tại trọng phân bố được qui định độ lớn là 3.10-3 MPa Tải trọng xung kích: là tải trọng đưa vào tải trọng xe 3 trục hay xe hai trục lấy bằng 25% tại trọng của mỗi xe

II.6.2) Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trưng:

Trong đó : X1 X2 X3 là khoảng cách từ vị trí gối dầm

Đường ảnh hưởng mô men và lực cắt của các mặt cắt đặc trưng :

Tĩnh tải:

Mô men

Giai đoạn 1 : chịu tác dụng của tải trọng bản thân dầm trọng lượng bản mặt cầu và

trọng lượng của hệ liên kết ngang

Dầm giữa

Trạng thái giới hạn sử dụng

m KG g

g g

M GHI s .m( d  bmc  lkn)  71401 250 ( 0 , 451  1 05  0 04 )  110029 3263

Trạng thái giới hạn cường độ

m KG x

g g

g

M GHI u .m( 1 , 25 d  1 , 25 bmc  1 , 25 lkn)  71401 250 1 25 ( 0 451  1 05  0 04 )  137536 6578 Dầm biên

Trạng thái giới hạn sử dụng

m KG x

g g g

M GHI s .m( d  bmc  lkn)  71401 250 ( 0 451  1 05  0 02 )  108601 3013

Trạng thái giới hạn cường độ

m KG x

g g

Trạng thái giới hạn sử dụng

m KG x

g g

M GHII s m( lctrg  dw)71401.250 (0.5040.2415)53229.63188

Trạng thái giới hạn cường độ

m KG x

g g

M GHII u m( lctrg  dw)71401.25 1,25(0.5040.2415)66537.03984

Dầm biên

m KG x

g g

M GHII s m( lctrg  dw)71401.250 (0.5570.2415)57013.89813

Trạng thái giới hạn cường độ

m KG x

g g

Giai đoạn 2 : chịu tác dụng của tải trọng lan can lề bộ hành và lớp phủ mặt cầu

Mô men do xe 3 trục thiết kế gây ra

Xét hai trường hợp đặt xe như sau để gây ra nội lực là lớn nhất :

Trường hợp 1 :

3 2

1 1

35 145

1 1

35 145

KGm

18880010

)

32,4.3532.4.145975

Mô men do xe 2 trục thiết kế gây ra

Xét trường hợp đặt xe như sau để gây ra nội lực là lớn nhất :

KGm y

Mô men do tải trọng làn gây ra :

Ta có tải trọng làn theo tiêu chuẩn thiết kế: qLn 9,3N/mm = 0.93 KG/mm

KGm q

Mln M ln 71401.25.0,9391140

Mô men do tải trọng người đi bộ gây ra :

Ta có tải trọng người đi bộ theo tiêu chuẩn thiết kế: 2 4 2

PL

KGm q

Vln vd ln 2975.0,933255

Lực cắt do tải trọng người đi bộ gây ra

Ta có tải trọng người đi bộ theo tiêu chuẩn thiết kế: 2

q  KG m =3.10-4KG/mm2

kg S

lực cắt

Gối 11950 0 11950 19894 11816 27164.26 58874.26 23624.13 14719.78 45160.58 83504.49 L/4 6720 -750 5980 9947 5908 17957.57 33812.57 11812.06 7359.89 29854.46 49026.41 L/2 2987.5 -2987.5 0 0 0 10043.64 10043.64 0 0 16697.55 16697.55 KẾT LUẬN: Vì nội lực dầm biên lớn hơn nội lực dầm giữa trong khi đó tiết diện dầm biên lớn hơn dầm giữa không đáng kể Trong

II.7) Kiểm toán sức kháng uốn của dầm thép:

II.7.1) Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn I:

Trong giai đoạn I chỉ có dầm thép chịu lực tĩnh tải bản mặt cầu và hệ liên kết ngang là tải trọng để kiểm tra khả năng chịu lực của dầm

Kiểm tra tỷ lệ chung cấu tạo:

Cấu kiện chịu uốn phải được cấu tạo sao cho tỷ lệ sau được thỏa mãn :

    Điều kiện kiểm toán thỏa

Ưng suất lớn nhất ở biên dưới dầm thép:

2

165368875.604, 71

4, 68 /21351881439

I : mô men quán tính của tiết diện nguyên dầm thép ;I =21351881439mm4

Ưng suất lớn nhất ở biên trên dầm thép :

2

165368875.995, 29

7, 71 /21351881439

E : mô đun đàn hồi của thép làm dầm E =200000 MPa = 20000 KG/mm2

fc : ứng suất của bản cánh chịu nén do tải trọng tính toán fc =7.71 KG/mm2

Dc : Chiều cao bản bụngchịu nén trong phạm vi đàm hồi

18   7.71  Vậy điều kiện kiểm toán thỏa

II.7.2) Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn II:

Xác đinh mô men chảy của tiết diện dầm biên giai đoạn II:

Mô men chảy My là mô men gây nên ứng suất chảy đầu tiên tại bất kỳ bản biên nào của tiết diện dầm thép :

MGĐI : mô men do tải trọng thường xuyên giai đoạn I (dầm thép bản mặt cầu) ở trạng thái giới hạn cường độ tác dụng lên tiết diện dầm thép trước khi bê tông bản mặt cầu đạt 75% cường độ chịu nén ở 28 ngày ( ở mặt cắt giữa dầm ) Khi đó dầm vẫn làm việc theo tiết diện dầm thép nguyên chưa liên hợp Và tính cho thớ trên của dầm thép sẽ gây ra ứng suất lớn hơn để gây bất lợi hơn

MGĐI = 165368875 KG.mm

dầm làm việc theo tiết diện dầm thép liên hợp dài hạn Và tính cho thớ dưới của dầm thép sẽ gây ra ứng suất lớn hơn để gây bất lợi hơn

MGĐII = 103038425 KG.mm

M : mô men bổ sung do yêu cầu đạt giới hạn chảy một trong các biên của dầm thép khi dầm làm việc theo tiết diện dầm thép liên hợp ngắn hạn Và tính cho thớ dưới của dầm thép sẽ gây ra ứng suất lớn hơn để gây bất lợi hơn

Xác đinh mô men dẻo của tiết diện dầm biên giai đoạn II:

Xác định các lực hóa dẻo trên tiết diện dầm

Để đơn giản trong tính toán ta quy đổi phần vút bê tông từ tiết diện hình thang về tiết diện hình chữ nhật tương đương

Chiều cao vút bằng chiều cao quy đổi : hv = 100 mm

ntd : số thanh cốt thép ở lưới dưới bản bê tông trong pham vy bề rộng có hiệu nct =10

Act : diện tích của một thanh cốt thép có đương kính là 10

Act : diện tích của một thanh cốt thép có đương kính là 10

Chiều rộng quy đổi bvtd = 400 mm

Chiều cao quy đổi hv = 100 mm

Chiều rộng có hiệu của bản bê tông be = 1900 mm

Chiều cao bản bê tông ts = 200 mm

1900.200.0,85.3 969000

b

Xác định vị trí trục trung hòa dẻo (PDA) :trục trung hòa của lực hóa dẻo

Vị trí trục trung hòa được xác định trên cơ sở cân bằng lực dẻo chịu kéo với lực dẻo chịu nén

Vậy trục trung hòa PDA sẽ đi qua bản bụng của dầm thép

Đặt khoảng cách từ mép dưới bản biên dầm thép đến trục trung hòa PDA là Y

Phần lực dẻo chịu nén trong bản bụng được xác định theo công thức : N W.

W

P Y P

d



Phần lực dẻo chịu kéo trong bản bụng được xác định theo công thức :

Xác định mô men dẻo Mp

Mô men dẻo của tiết diện được xác định theo công thức :

d   d Y     mm

Bản phủ:

1 1

Phân loại tiết diện dầm:

Ta kiểm tra tiết diện theo yêu cầu của tiết diện đặc chắc

Kiểm tra độ mảnh của tiết diện

Nếu tiết diện là đặc chắc thì độ mảnh bụng dầm sẽ thỏa điều kiện :

E =200000 MPa : mô đun đàn hồi của thép làm dầm

Fy = 345 MPa : Cường độ chảy nhỏ nhất của bản cánh chịu nén

Kiểm tra độ mảnh của bản cánh chịu nén

Nếu tiết diện là đặc chắc thì độ mảnh bản cánh sẽ thỏa điều kiện :  

2.25 345 Điều kiện kiểm tra được thỏa mãn

II.8) Kiểm toán dầm ở trạng thái giới hạn cường độ:

II.8.1) Kiểm toán dầm theo điều kiện chịu uốn:

Điều kiện kiểm tra M u .M n

Trong đó :

Mu : mô men lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm do toàn bộ tải trọng tác dụng ở trạng thái giới hạn cường độ

Mu = 569636606 KG.mm

Mn : Sức kháng uốn danh định của tiết diện

 : Hệ số sức kháng uốn của tiết diện  = 0.9

 = 0.7 đối với Fy = 345MPa

d =1600 mm : Chiều cao của dầm thép

th = 100 mm : Chiều cao của phần vút bê tông

ts = 200 mm : Chiều cao của bản bê tông mặt cầu

My : Khả năng chịu mô men chảy ban đầu của mặt cắt liên hợp ngắn hạn chịu mô men dương đã tính được ở trên My = 1549630253.12 KG.mm

Vậy thỏa điều kiện kiểm toán

II.8.2) Kiểm toán dầm theo điều kiện chịu cắt:

Kiểm toán cắt cho vách ở vị trí không có sườn tăng cường:

Điều kiện kiểm toán : V u .V n

Trong đó :

Vu : lực cắt lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm do toàn bộ tải trọng tác dụng ở trạng thái giới hạn cường độ

Vu = 83504.49 KG

Vn : Sức kháng cắt danh định của tiết diện

 : Hệ số sức kháng cắt của tiết diện  = 1

Xác đinh Vn

1525

84, 72 18

w n

Vậy thỏa điều kiện kiểm toán

Thiết kế sườn tăng cường gối:

Mặt cắt có sườn tăng cường ở vị trí có giá trị lớn nhất là ở đầu dầm xét ở trạng thái giới hạn cường độ

k

d d

E k C

- Chiều cao bầu dưới : H1 = 350mm

- Chiều cao vút dưới : H2 = 130mm

- Chiều cao sườn : H3 = 550mm

- Chiều cao vút trên : H4 = 120mm

- Chiều cao bầu trên : H5 = 200mm

I.2 Tiết diện dầm qui đổi:

- Chiều cao dầm chủ: h = 1350mm

- Chiều cao bầu dưới: h1 = 435mm

- Chiều cao sườn: hs = 635mm

- Chiều cao bầu trên: hf = 280mm

- Bề rộng bầu dưới dầm: b1= 650mm

- Bề rộng sườn: b2= 200mm

- Bề rộng bầu trên: bf= 600mm

I.3 Đọan mở rộng sườn dầm:

Vì ở đầu dầm có lực cắt lớn và ứng suất cục bộ do lực ứng suất trước gây ra do

đó ta cần phải mở rộng ở đầu dầm để tăng khả năng chịu lực cho dầm va đủ diện tích bố trí neo

Lmởrộng: là khoảng cách từ đầu dầm đến mặt cắt cuối của đoạn mở rộng dầm

+Mặt cắt thay đổi tiết diện: x2=1.5m

II.1 Đặc trưng hình học của dầm chủ xét mặt cắt trên gối: x1=0m

Do ta chưa biết được lượng cáp cần bố trí nên gần đúng ta xem như tiết diện dầm

m 5498 , 0

0031 0 5468 , 0

2

0,35 0,35 2

0,6 - 0,65 2

2

1,35 6 , 0 1,35

2 h 2

b b 2.

2

h h.b S

m8275,0

35,00,60,650,6

1,35

.hbbh.bA

0,5498A

S

- Momen quán tính của tiết diện đối với trục trung hòa:

2 3

1 3 1

2 1 3 1 3 1 3

2 3

3

d

0,1275m 0,0042

0,00017865 0,000098

0,1230

0,35 0,6

0,65

0,664 2

0,35 12

0,35 0,6 0,65 0,6

1,35 664

, 0 2

1,35 12

0,6

1,35

.h b b Y 2

h 12

.h b b h.b Y 2

h 12

t Y h

II.2 Đặc trưng hình học của dầm chủ tại các mặt cắt x 2 x 3 x 4 :

Chọn trục X – X đi qua thớ dưới của dầm như hình vẽ

- Momen tĩnh của tiết diện dầm đối với X – X:

3

f f

w f 1

1 w 1 w

0,36035m 13552

, 0 04258 , 0 18225

,

0

2

28 , 0 35 , 1 0,28 2

0,2 - 0,6 2 2

0,435 0,435

2

0,2 - 0,65 2

2

1,35 0,2

1,35

2 h h 2

b b 2.

2 h 2

b b 2.

2

h h.b

0,55535m

0,280,28

0,60,4350,2

0,650,2

1,35

.hbb.hbbh.bA

0,36035A

2 3

2 3

f w f

2 f

2 1 3 1 w 1 w

2 w

3

d

0,1167m

0,03525 0,00073

0,03645 0,00309

0,00018

0,04101

0,28 0,2

0,6 0,649

2

0,28 1,35 12

0,28 0,2

0,6 0,435 0,2

0,65

0,649 2

0,435 12

0,435 0,2

0,65 0,2

1,35 649

, 0 2

1,35 12

0,2

1,35

.h b b Y 2

h h 12

.h

b

b

.h b b Y 2

h 12

.h b b h.b Y 2

h 12

tYh

II.3 Hệ số làn:

Số làn thiết kế:

m B khi

m B m khi

m khiB m

B

n

6:1

76

:2

75

,3

1 1

1 1

II.4 Hệ số phân bố tải trọng ngang:

-Tỷ lệ mođun đàn hồi giữa dầm chủ và bản mặt cầu:

+ Cường độ chịu nén của bêtông làm dầm chủ: f'cd40MPa

Mođun đàn hồi của dầm chủ:

a33994,48MP40

24000,043

f'.γ0,043

+ Cường độ chịu nén của bêtông làm bản mặt cầu: f'cb30MPa

Mođun đàn hồi của bản mặt cầu:

a 29440,08MP 30

2400 0,043 f'

γ 0,043.