(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế cầu bê tông cốt thép dầm liên tục nhịp 2x22m thi công bằng phương pháp đà giáo

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀIXác định trường hợp phá hoại của bài toán côt đơnKiểm toán sức kháng uốn của tiết diện Chiều cao khối ứng suất sau khi bố trí cốt thép min => Thỏa mãn hàm lư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI

HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ

CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DẦM

LIÊN TỤC NHỊP 2X22M THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÀ GIÁO

GVHD:NGUYỄN HUỲNH TÂN TÀI SVTH: TRẦN BÁ SƠN

MSSV: 15127093

SKL006835

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

HCMC University of Technology and Education

KHOA XÂY DỰNG

Bộ môn: Công trình Giao Thông

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DẦM LIÊN TỤC NHỊP 2x22m

THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÀ GIÁO

GVHD : TS Nguyễn Huỳnh Tân Tài GVPB : TS Đỗ Tiến Thọ

SVTH : Trần Bá Sơn

MSSV : 15127093

Tp Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2020

Số liệu thiết kế……… ……… 1

CHƯƠNG 1:TÍNH TỐN LAN CAN 1

1.1.Tính tốn lan caná 1

1.1.1.Thanh lan can 1

1.1.2 Cột lan can 2

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN BẢNG HẪNG 5

2.1.Tại mặt cắt A-A 5

2.2.Tại mạt cắt B-B 7

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DẦM CHỦ 9

3.1.Mặt cắt ngang tiết diện dầm hộp 9

3.2.Tải trọng tác dụng 9

3.3Tính tốn sơ bộ số lượng cáp DUL 11

3.3.1.Tính tốn sơ bộ nội lưc phục vụ cho việc tính tốn cáp DUL 11

3.3.2.Tính tốn sơ bộ số lượng bĩ cáp DUL 12

3.3.3.Bố trí cáp cho dầm 13

3.4.Đặc trưng hình học 13

3.5.Tính tốn mất mát ứng suất 14

3.5.1.Các mất mát ứng suất tức thời 15

3.5.2.Các mất mát ứng suất theo thời gian 17

3.6 Kiểm tốn 18

3.6.1.Kiểm tốn khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn truyền lực 18

3.6.2.Kiểm tốn khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn khai thác 18

3.6.3.Kiểm tốn khả năng chịu uốn của dầm ở trạng thái giới hạn cường độ 19

3.6.4.Kiểm tra hàm lượng cốt thép tại mặt cắt V-V 20

3.6.5.Kiểm tốn về lực cắt 20

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ TRỤ CẦU 21

4.1.Giới thiệu chung 21

4.2.Các tải trọng tác dụng lên trụ và nội lực 21

4.3.Kiểm toán trụ cầu 30

D6 A.N T6T NGmeP

s6 utu THIET KE

K€t ciu �p du(Jc thi cong phan do11-n theo cong ngh� da giao di d(>ng (MSS), dli'.y

dudi due tren.

Toan b(> �p du(Jc chia lam 1 phan do11-n thi cong, phan do11-n thi cong xong se dli'.y

van khuon tdi dE thi cong phan do11-n ti€p theo ThcJi gian thi cong phan do11-n la 14 ngay.

• Tieu chuli'.n thi€t k€ : 22TCVN 272-05.

• Qui mo k€t du : 2x24m (2 nhip lien t1,1c)

• Tai tr<,mg thi€t k€: - Ho11-t tiii HL93

• M�t xe ch11-y: Bl = 14m

• Lan can + 1� cong Vl_l: B2 = lm

• T6ng b�r9ngdu: B = B1+2xB2 = l6m

• D11-ng k€t ciu nmp: Ciu dim

• D11-ng m�t ca'.t: Ban khoet 16 tron

• V�t li�u k€t ciu: BTCT di;i ung h,tc

• Cong ngh� ch€ t11-o: Cling sau

• Cip betong: Dim chu: f', = 50Mpa

• Ty tr<;mg betong: y C = 25 kN/ m3

• Lo11-i co't thep DUL: tao thep cucJng d(> cao theo tieu chuli'.n ASTM A416-99

Grace 270 (Liuzhou OVM Construction Machinery Co., Ltd)

• Thep thucJng:

+ Thep c6 gel CII: f yv = 280MPa

+ Thep c6 gel CIII: fy = 420MPa

Ch9n thanh Ian can thep 6ng duang kinh ngoai D = 200mm, duang kinh trong

d = 184mm Khoang each 2 c(>t Ian can la : L = 2000mm

Kh6i luqng rieng thep Ian can Y, = 7.85xl0-5

N/mm3 Thep cacbon s6 hi�u CT3: f,, = 240 MPa

a Tai trong tac dung len thanh Ian can:

- theo phmmg thil.ng dung:

+ tinh tai: tr9ng luqng tinh toan cua ban than Ian can

b Noi luc cua thanh Ian

can: * Theo phudng y:

- Momen do tinh tiii t11-i m�t ca'.t giua nhjp:

MY g = g

x L2 = 0.38x20002

= 190000N.mm

- Momen do ho11-t tiii phan bo' 11!-i m�t ca'.t giua �p:

* Theo phudng h<Jp h;tc ciia Mx va M y :

-Momen do ho11-t tai t�p trung P tl!,i mijt c�t gii'ta nbip:

M p = PxL

= 890x2000

=445000N.mm

* T6 h<Jp n(li h;tc tac dl}ng len thanh Ian can:

M = rt-[ J<Yoc·M� + Yu.,M;:,)2 + (Yu.,M::,)2 + Yu.,Mp]

+ Y oe = 1.25: h� so' tai tr9ng cho finh tai

+ Y u = 1.75: h� s6 tai tr9ng cho ho11-t tai

+ M: la momen ldn nha't do finh va ho11-t tai

+ Mn: sue khang ciia tie't di�n M =f y xS

S la momen khang u6n ciia tie't di�n

S = � (D3 -d3 ) = �x(2003 -1843 ) = 173818 mm'

32 32

SVTH: TRẦN BÁ SƠN MSSV: 15127093

GVHD TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

De ddn gian tinh toan ta chi kiem tra kha nling chju h;tc h;tc xo ngang vao c(lt

va kiem tra di;\ manh, bo qua h;tc th�ng dung va tr9ng lu(Jng ban than

* Kiem tra kha nling emu h;tc ciia CQt lan can: - Ll;ic tac dl}ng: (chi c6 ho11-t tai)

+ Ll;ic phan bo': w = 0.37 N/mm cl 2 thanh Ian can cl hai ben ci;lt truy�n vao ci;lt 1 ll;ic �P trung: P'= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N

Ki€m tra tl/,i vi tri chan c(\t ti€p xuc v6i l� b(\ hanh:

Momen tl/,i chan c(lt:

M = P"*(270 + 620 + 970) = 1630*(270 + 620 + 970) = 3031800

N.mm Mijt cilt chan c(\t dam bao kha niing chiu lgc khi <l>M �

11-Y IL M

2

D6 A.N T6T NGmeP GVHD TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

- Sue khang cu.a titt dil;n: <liM = f, X sM(lt ciit chdn c(jt

+ S momen khang uo'n cu.a titt dil;n

2x 250 x83

+250x8x12I

2 J

- V�y «l>M = 128884357 > M= 0.95 x1.75 x3031800=5040367

N.mm ⇒M�t d'.t chlin c{lt dil.m bil.o khil niing chju h;tc!

* Kilm tra d(l mil.nh cu.a c(lt Ian can:K.

r J:' :s 250

Trongd6:

+ K = 0.75: hi; s6 chi�u dai ht'i'u hil;u

+ L = I070 mm : chi�u dai khong du<;Jc gihng ( £ = h)

+ r : ban kinh h6i chuyln nho nha't

k iem tra sue

khang (sue ch6ng nh6) cua bu long:

SVTH: TRẦN BÁ SƠN MSSV: 15127093

ChQn bu long cu'clng d(l cao du'clng kinh 20 mm ta c6:

A, = n:' = 1e.!o 2 = 314 mm la dil;n tich bu long theoduclng ldnh danh djnh.

2 Pub= 830 MPa la cu'clng d(l chju keo nho nha't quydjnh cu.a bu long cu'clng d(l cao c6 16 mm<d<27 mm (22TCN272-05)

Xet !: :

Pu = 3(W+P) = 3x(740+890) = 4890 N.

3

D6 AN T6T NGmeP GVHD: TS NGUYEN HUỲNH TẤN TÀI

So sanh ta tha'y h!c keo trong bu long do cac til.i trQng tac d�ng N = 14346 N nho hdn kha

nling chju keo ciia bu long Tn = 198071.2 N, cho nen bu long v�n lam vi�c an toan!

MSSV: 15127093

 Do bản thân

5

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Bố trí cốt thép cho bản hẫng

Thiết kế cốt thép cho 1m chiều dài bản mặt cầu khi đó giá trị nội lực trong 1 m bản

mặt cầu như sau:

- Chiều rộng tiết diện tính toán: b=1000mm

- Chiều cao tiết diện tính toán: h = 400mm

- Tải trọng tác dụng: M = 92 kNm

- Chọn khoảng cách từ mép chịu nén ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùng cốt thép

chịu kéo là: ( theo bảng 5.12.3-1 trong 22TCN-05 quy định veefe lớp bê tông bảo vệ đối

- Chiều cao vùng bê tông chịu nén của bê tông

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀIXác định trường hợp phá hoại của bài toán côt đơn

Kiểm toán sức kháng uốn của tiết diện

Chiều cao khối ứng suất sau khi bố trí cốt thép

min

=> Thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu

- Sức kháng uốn của tiết diện A của bản mặt cầu

=> Thỏa điều kiện

 Kiểm tra nứt của bản hẫng

Sở đồ bố trí thép đồi bản hẫng chịu momen âm

Điều kiện kiểm tra nứt:

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

Vậy bê tông không nứt

2.2 Tại mặt cắt B-B

Tĩnh tải

Trọng lượng lan can

Trọng lượng thanh lan can

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

Thiết kế cốt thép cho 1m chiều dài bản mặt cầu khi đó giá trị nội lực trong 1 m bản

mặt cầu như sau:

- Chiều rộng tiết diện tính toán: b=1000mm

- Chiều cao tiết diện tính toán: h = 800mm

- Tải trọng tác dụng: M = 252 kNm

- Chọn khoảng cách từ mép chịu nén ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùng cốt

thép chịu kéo là: ( theo bảng 5.12.3-1 trong 22TCN-05 quy định veefe lớp bê tông bảo

- Chiều cao vùng bê tông chịu nén của bê tông

Kiểm toán sức kháng uốn của tiết diện

Chiều cao khối ứng suất sau khi bố trí cốt thép

=> Thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu

- Sức kháng uốn của tiết diện A của bản mặt cầu

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

=> Thỏa điều kiện

 Kiểm tra nứt của bản hẫng

Sở đồ bố trí thép đồi bản hẫng chịu momen âm

Điều kiện kiểm tra nứt:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG III: TÍNH TỐN DẦM CHỦ

3.1 Mặt cắt ngang tiết diện dầm hộp

Đối với việc áp dụng công nghệ ĐGDĐ, do dầm BTCT được đúc trong một bộ

ván khuôn cố định liên kiết cứng với hệ thống ĐGDĐ Vì vậy dầm BTCT có

chiều cao cố định trên suốt chiều dài từ đầu đến cuối.Theo kinh nghiệm của

các nước đã thi công theo phương pháp này thì chiều cao hợp lý so với chiều

dài nhịp cầu được thể hiện bảng sau:

Khẩu độ nhịp

(m) Chiều cao dầm

(m)

Bề dày bản đáy không dùng để đặt bó cáp DUL nên chỉ cấu tạo khoảng 20

 25 cm Bề dày mặt hộp lấy theo kết quả tính toán cục bộ, nhưng thường

không nhỏ hơn 20cm

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

2 1,8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sơ đồ xếp tĩnh tải lên chiều dọc cầu

Trọng lượng bản thân dầm chủ (DC1) :

bt  A  2513.9794  349.5kN / m

mc

Trong đó :

Tỉnh tải lớp phủ bản mặt cầu(DW):

Tỉnh tải lan can (DC2):.

Trọng lượng gờ chắn:

Tổ hợp 1 : xe 2 trục + tải trọng làn

Tổ hợp 2 : xe tải 3 trục + tải trọng làn

Tổ hợp hoạt tải xe theo phương dọc cầu bằng Midas với hệ số làn :

SVTH: TRẦN BÁ SƠNMSSV: 15127093

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

Xe tải thiết kế:

Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35 KN , hai trục sau mỗi trục nặng145KN, khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300mm, khoảng cách hai trục sauthay đổi từ 4300 – 9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theo phương ngangkhoảng cách giữa hai bánh xe là 1800mm

Hình 3.5 : Xe tải thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05

Xe hai trục thiết kế:

Xe hai trục thiết kế gồm một cặp trục 110KN cách nhau 1.2m, cự ly của cácbánh xe theo chiều ngang lấy bằng 1.8m

DỌC CẦU NGANG CẦU

Hình 3.6: Xe 2 trục thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05

Tải trọng làn thiết kế:

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Gồm tải trọng 9.3N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu

được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm Hiệu ứng lực của

tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

9.3 KN/m

Hình 3.7: Đặc trưng tải trọng làn thiết kế

Các hệ số

Hệ số tải trọng :

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

    

3.3 Tính tốn sơ bộ số lượng cáp DUL

3.3.1 Tính sơ bộ nội lực phục vụ cho việc tính toán số lượng cáp:

Số bó cáp được tính dựa trên cơ sở đường bao nội lực của 2 giai đoạn thi công

và khai thác Trong phương pháp thi công theo công nghệ đà giáo di động thì sơ

đồ tính học ở giai đoạn thi công và khai thác là gần giống nhau Vì vậy ta có

thể sử dụng biểu đồ bao nội lực ở giai đoạn khai thác để thiết kế cốt thép

dự ứng lực cho giai đoạn thi công và khai thác

Tổ hợp tải trọng theo trạng thái ghới hạn cường độ, với các hệ số tải

Việc tính toán nội lực sẽ được tính tự động bằng phần mềm Midas, ta được

các kết quả sau:

Biểu đồ bao momen giai đoạn khai thác ở TTGH cường độ

Biểu đồ bao momen giai đoạn khai thác ở TTGH sử dụng

13

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Biểu đồ lực cắt giai đoạn khai thác ở TTGH cường độ

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

3.3.2 Tính toán sợ bộ số lượng bó cáp dự ứng lực:

Vật liệu cáp dự ứng lực:

Cáp sử dụng là loại tao cáp cường độ cao theo tiêu chuẩn : ASTM A416-99Grace 270 độ chùng thấp, có các chỉ tiêu sau :

+ Đường kính danh định tao cáp : 15.2mm

+ Lực căng 1 tao dự kiến : 195kN+ Ứng suất ban đầu trong cáp :

fpj 

195000

140

Biểu đồ lực cắt giai đoạn khai thác ở TTGH sử dụng

Dựa trên biểu đồ momen, ta biết được giá trị momen lớn nhất trên dầm (chỉ

là gần đúng) Sử dụng giá trị này để chọn số lượng cáp DUL cần thiết cho

Kích thước đầu neo: chọn bó cáp 19 tao, với mác bê tông C50 ta có:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tính số bó cáp:

Số bó cáp được tính sơ bộ theo công thức:

h=1660 mm : Chiều cao dầm

Do còn nhiều mặt chưa xét đến được : Độ dốc dọc của cầu, lún lệch gối, vì

vậy nội lực có thể lớn hơn giá trị tính toán Để an toàn cho kết cấu, ta chọn

bố trí 8 bó cáp

Các thông số cáp DUL:

+ Diện tích ống gen:

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

3.3.3 Bố trí cáp cho dầm:

đồ ta được Lmin = 1m, Rmin = 6.5m

Bố trí cáp DUL đầu dầm

Bố trí cáp DUL tại giữa nhịp

MSSV: 15127093

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Bố trí cáp DUL tại trụ

Bố trí cáp theo chiều dài dầm

3.4 Đặc trưng hình học

Giai đoạn 1: Tiết diện bị giảm yếu do có đặt ống gen

Xét tại mặt cắt đầu dầm:

Tọa độ trọng tâm cáp so với mép dưới dầm hộp :

Diện tích ống gen :

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

Gọi x’ :là trọng tâm của tiết diện betông đặc –không khoét lỗ tính từ mép

dưới dầm (kết quả xuất ra từ Midas)

x’ =864.8 mm

trục đi qua mép dưới dầm (kết quả xuất ra từ Midas)

Giai đoạn 2 : Tiết diện bít lỗbởi cáp DUL :

Momen tĩnh của cáp DUL lấy đối với TTH của tiết diện giai đoạn 1 :

)  5.1321280(850 794.95)  6009610.32mm

Với n=5,13 : hệ số qui đổi từ cáp DUL sang betông

Diện tích tiết diện gđ 2 :

SVTH: TRẦN BÁ SƠNMSSV: 15127093

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀIVới :

f

PR 2 : Mất mát ứng suất của cốt thép do trùng nhảo của cốt thép trong

f

f

3.5.1 Các mất mát ứng suất tức thời:

a Mất mát ứng suất do ma sát: f PF

x : là khoảng cách từ đầu dầm cho đến vị trí ta tính mất mát ứng suất

Ta tính mất mát ứng suất tai các vị trí các mặt cắt

Hệ số ma sát: Sử dụng tao cáp có ống thép mạ cứng nên

k  6.6  10

7

17

b Mất mát ứng suất do ép sát neo: f PA

Gọi x là chiều dài ảnh hưởng của ứng suất ép sát neo,tại mặt cắt II-II được

xác định theo công thức:

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

Mất mát ứng suất do nén đàn hồi trên dải bản được xem là bằng nhau

và bằng mất mát tại mặt cắt V-V và được xác định theo công thức:

N là số lần căng cáp: N=8

và trọng lựơng bản thân dải bản gây ra và được xác định:

+ : M DC  20841100000Nmm Mô men lớn nhất tại mặt cắt V-V do tĩnh tải

giai đoạn 1 gây ra

- Ứng suất cáp truyền vào dầm là:

- Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trọng tâm nhóm cáp DƯL: e

- Tính lại:

19

3.5.2 Các mất mát ứng suất theo thời gian:

a Mất mát ứng suất do co ngót: f PSR

Độ ẩm tương đối bao quanh kết cấu chọn H=70

Ta có:

f

PSR

b Mất mát ứng suất do từ biến:

Ta xem biến dạng từ biến trong bê tông là bằng nhau tai các vị trí, xét tai

mặt cắt V-V vì nội lực do tỉnh tải gây ra tai mặt cắt náy là lớn nhất

của trọng lượng bản thân và lực căng cáp

SVTH: TRẦN BÁ SƠN

MSSV: 15127093

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

đầu thi công lan can, lề bộ hành và lớp phủ bản mặt cầu, thì các hệ số quyđổi có xét đến tính từ biến của bê tông được xác định

c Mất mát ứng suất do chùng nhảo của cáp:

Được xác định như sau:

Tổng ứng suất mất mát tại cá mặt cắt được tổng hợp dưới bảng sau:

Bảng tổng hợp mất mát ứng suất:

Mất mát ƯS do Kí hiệu MC I-I MC II-II

20

3.6.1 Kiểm toán khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn truyền lực:

Cường độ chịu nén của bê tông khi truyền lực căng cáp (t=5 ngày) là:

f ci '  30 3 MPa

'  0.6  30.3MPa  18.18MPa 0.6f

Tải trọng tác dụng giai đoạn này gồm:+ Trọng lượng bản thân dải bản

SVTH: TRẦN BÁ SƠNMSSV: 15127093

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI+ Lực căng cáp.

Ưùng suất ở thớ trên và thớ dưới của tiết diện của dải bản được xác

Tuy nhiên vì mặt cắt V-V chịu momen âm nên ứng suất ở thớ trên và

thớ dưới của tiết diện V-V được xác định như sau:

Giá trị mang dấu (-) là tiết diện chịu nén, dấu (+) là tiết diện chịu kéo

CẮT fpi 1339.04 1320.5 1311.24 1211.04 1129.44

21

3.6.2 Kiểm toán khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn khai thác:

'  0.45  50  22.5MPa 0.45f

Ưùng suất tại thớ trên và thớ dưới của tiết diên bản gây ra bởi tải

trọng giai đoạn 2 ở trạng thái GHSD là:

GVHD: TS.NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

Trong thực tiễn thiết kế xem ứng suất phân bố trên hình chữ nhật cạnh là

Điều kiện kiểm tra:  M n

 M

u

Trong đó:

theo công thức sau:

 1  0.85 0.05

750  28 0.7

22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sức kháng của tiết diện là sức kháng tổng hợp của phần cáp và phần bê

tông chịu nén Do đó để xác định sức kháng này trước hết ta phải xác định

vị trí trục trung hòa c

Đối với mặt cắt V-V:

Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép trên chịu nén: (A 5.7.3.1.1-4)

Trong đó: