Luận văn Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Cầu - Thiết kế cầu theo tiêu chuẩn 22TCN – 272 – 05

Trang 1

CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

- Bê tông cốt thép là loại vật liệu hàng đầu trong lĩnh vực xây dựng cơ bản cũng như trong lĩnh vực xây dựng cầu So với thép, bê tông cốt thép, đặt biệt là bê tông cốt thép dự ứng lực có nhiều ưu điểm trội như vật liệu địa phương dễ kiếm và rẽ tiền, có thể khai thác ở mọi nơi, có độ bền và độ ổn định chống ăn mòn cao, thích ứng được với khí hậu, môi trường khắc nghiệt, do đó các công trình bằng bê tông cốt thép ít tốn công bảo quản và tuổi thọ cao Sang thế kỷ mới, với đà phát triển khoa học kỷ thuật, công nghệ chế tạo bê tông đã đạt được những thành tựu to lớn Nhiều loại bê tông chất lượng cao ra đời như bê tông cường độ cao (tới 200 MPa), bê tông ít co ngót, bê tông chống ăn mòn, các loại bê tông cốt sợi có cường độ chịu cao… Song song với công nghệ bê tông, ngành luyện kim cũng đã chế tạo được các loại thép có cường độ chịu kéo tới 2000 MPa, các loại cốt sợi cacbon có khả năng chống ăn mòn…

- Các thành tựu mới trong lĩnh vực bê tông và cốt thép mở ra triển vọng lớn hơn nữa trong sự nghiệp phát triển các công trình bê tông cốt thép Với ưu điểm trên, hiện nay ở nước ta hầu hết các cầu lớn, nhỏ trên đường ô tô đều được xây dựng bằng bê tông cốt thép

và bê tông dự ứng lực.

1.2 NỘI DUNG THIẾT KẾ

- Thiết kế cầu theo tiêu chuẩn 22TCN – 272 – 05.

- Tính toán thiết kế chi tiết 1 kết cấu nhịp theo phương án đã chọn.

- Tính toán thiết kế chi tiết 1 trụ.

- Tính toán thiết kế chi tiết 1 mố cầu.

- Thiết kế kỹ thuật thi công.

1.3 ĐẶT ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG CẦU

+ Lớp 1: Bùn sét lẫn bùn thực vật màu xám đen dày 21,9 m Lớp này phân bố từ

độ sâu 1,6m đến 23,5m, với các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng như sau: góc ma sát trong j =

20 28’, hệ số rỗng e = 2,24, độ sệt B = 1,6 , độ ẩm W = 81,0 %, chỉ số dẻo Id = 23, độrỗng n = 69,0 %, lực dính c = 0,22 kg/cm2, tỉ trọng D = 2,66

+ Lớp 2: Sét pha, màu nâu vàng, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng dày h =2,5m Lớp này phân bố từ độ sâu 23,5m đến 26,0m, với các chỉ tiêu cơ lý đặc trưngnhư sau: góc ma sát trong j = 130 23’, hệ số rỗng e = 0,56, độ sệt B = 0,2, độ ẩm W =19,8 %, chỉ số dẻo Id = 8,5, độ rỗng n = 19,9 %, lực dính c = 0,35 kg/cm2, tỉ trọng D =2,72

+ Lớp 3 : Cát pha, màu xám , trạng thái dẻo cứng dày h = 4,1 m Lớp này phân

bố từ độ sâu 26,0m đến 30,1m với các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng như sau : góc ma sáttrong j = 170 11’, hệ số rỗng e = 0,61, độ sệt B = 0,40, độ ẩm W = 20,9 %, chỉ số dẻo

Id = 6,0, độ rỗng n = 38,1 %, lực dính c = 0,24 kg/cm2 , tỉ trọng D = 2,68

Trang 2

+ Lớp 4: Đất sét kẹp thấu kính cát, màu xám , trạng thái dẻo cứng dày h = 6,9

m Lớp này phân bố từ độ sâu 30,1m đến 37,0m, với các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng nhưsau: gĩc ma sát trong j = 70 33’, hệ số rỗng e = 1,17, độ sệt B = 0,39, độ ẩm W = 42,3

%, chỉ số dẻo Id =19,7, độ rỗng n = 53,9 %, lực dính c = 0,24 kg/cm2, tỉ trọng D =2,70

+ Lớp 5 : Đất sét pha, màu xám đen, trạng thái dẻo cứng dày h = 3,0 m Lớp này phân bố từ độ sâu 37,0m đến 40,0 m, với các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng như sau : gĩc masát trong j = 70 10’, hệ số rỗng e = 0,7, độ sệt B = 0,29, độ ẩm W = 23,9 %, chỉ số dẻo

Id =11,5, độ rỗng n = 40,7 %, lực dính c = 0,35 kg/cm2, tỉ trọng D = 2,67

Nhận xét: điều kiện địa chất cơng trình khu vực xây dựng cầu được thể hiện cụ thể

trong hồ sơ báo cáo khảo sát địa chất Nhìn chung, lớp đất yếu tương đối dày, phân bố đến

độ sâu từ 1,6m đến 23,5m, dưới lớp đất yếu là lớp sét cát và cát cĩ số búa chuẩn tăng dần theo độ sâu Dưới cùng là đất sét pha, màu xám đen, trạng thái dẻo cứng cĩ số búa chuẩn tương đối lớn Qua tổng quan địa chất, ta nhận thấy :

- Lớp đất cĩ khả năng chịu lực tốt nằm khá sâu, do đĩ chỉ cĩ giải pháp mĩng cọc là phù hợp với kết cấu mố trụ, trong đĩ mũi cọc phải được hạ vào lớp số 4 hoặc lớp 5.

- Khí tượng, thuỷ văn:

- Khí hậu trong vùng mang đặc tính chung của vùng khí hậu đồng bằng Nam Bộ: nĩng

ẩm quanh năm với mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 Mùa khơ bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, trong thời gian này rất ít mưa, lượng mưa khơng đáng kể.

1.4 QUY MƠ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

+ Tim cầu trùng với tim tuyến và vuơng gĩc với tim dịng chảy.

+ Chiều dài tồn cầu (tính đến đuơi mố) L = 171,342 m.

- Tiêu chuẩn thiết kế:

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272 – 05.

- Tiêu chuẩn thiết kế mĩng cọc: TCXD 205 - 1998.

1.5 PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG CẦU

1.5.1 Phương án 1:

SVTH: TRẦN NGỌC TRÍ Lớp CĐ04 - ĐT Trang 2

Trang 3

- Chiều dài cầu: 167,5m

BT cấp đá 1x2, bên trên là lớp mui luyện dày 0,042 m lớp chống thấm dày 0,0,005 m, lớp

bê tông bảo vệ 0,043 m và lớp bê tông Atfan dày 0,05m.

+ Lan can: lan can đường ô tô và lan can cấp 3.

BT cấp đá 1x2, bên trên là lớp mui luyện dày 0,042 m lớp chống thấm dày 0,0,005 m, lớp

bê tông bảo vệ 0,043 m và lớp bê tông Atfan dày 0,05m.

+ Lan can: lan can đường ô tô và lan can cấp 3.

Trang 4

mm b

2.1.2 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can

2.1.2.1 Khả năng chịu lực của dầm đỉnh M b

- Khơng cĩ dầm đỉnh nên Mb = 0

2.1.2.2 Khả năng chịu lực của tường trục thẳng đứng M w H

- Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta cĩ mơmen âm và mơmen dương đều =nhau

- Đối với tiết diện thay đổi ta qui đổi về tiết diện hình chữ nhật tương đương cĩdiện tích bằng với diện tích ban đầu nhưng khơng làm thay đổi chiều cao của lan can

- Chia hình vẽ thành các phần như sau :

Tiết diện phần 1 như hình vẽ

Trang 5

S = b1 * h1 = 200 * 300 = 60000 mm2

Hệ số qui đổi chiều cao vùng nén của bê tông b 1 là :

S = b2 * h2 = 275 * 300 = 82,500 mm2

S = b3 * h3 = 300 * 350 = 105,0 mm2

mm f

f A a

c

y s

41 , 12 1

* 30

* 85 , 0

280

* 13 , 1 1

*

* 85 , 0

*



84 , 0 ) 28 30 (

* 7

05 0 85 , 0 ) 28 (

* 7

05 0 85 ,



45 , 0 094 , 0 158

* 84 , 0

41 , 12

c



mm N

mm N a

d f A

13 , 43240 2

14 , 12 158

* 200

* 13 , 1

* 9 , 0

13 , 43240 )

2 (

12

* 14 , 3

* 4

*

mm h

12 30 200 2

2

2 1

f A a

c

y s

41 , 12 1

* 30

* 85 , 0

280

* 13 , 1 1

*

* 85 , 0

*



84 , 0 ) 28 30 (

* 7

05 0 85 , 0 ) 28 (

* 7

05 0 85 ,



45 , 0 064 , 0 233

* 84 , 0

41 , 12

c



mm N

a d f A

69 , 64604 2

14 , 12 233

* 280

* 13 , 1

* 9 , 0

69 , 64604 )

2 (

12

* 14 , 3

* 4

*

mm h

12 30 275 2

2

2 1

b

Trang 6

Hệ số qui đổi chiều cao vùng nén của bê tơng b 1 là :

Sức kháng tường lan can quanh trục thẳng đứng là :

MW = MW1 + MW2 + MW3 = 193,814,06 N.mm = 43,240,13 + 64,604,69 + 85,969,25 = 193,814,06 N.mm

2.1.2.3 Khả năng chịu lực của tường trục thẳng đứng M c

- Phần này chỉ do cốt thép phía trong chịu và cũng chia làm 3 phần để tínhtrung bình

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

- Thép ở đây dùng thép f12 bố trí với a = 200 theo phương dọc cầu

- Phương pháp tính tương tự như Mw H- Cắt 1m theo phương dọc cầu ta được 5thanh nên diện tích thép trên 1mm dài là :

Hệ số qui đổi chiều cao vùng nén của bê tơng b 1 là :

mm N

mm N a

d a f

40 , 412 26 2

21 , 6 170

* 21 , 6

* 30

* 85 , 0

40 , 412 26 ) 2 (

* 1

*

* 85

* 7

05 0 85 , 0 ) 28 (

* 7

05 0 85 ,



45 , 0 048 , 0 308

* 84 , 0

41 , 12

c



mm N

mm N a

d f A

25 , 85969 2

14 , 12 308

* 280

* 13 , 1

* 9 , 0

25 , 85969 )

2 (

f A a

c

y s

21 , 6 1

* 30

* 85 , 0

280

* 57 , 0 1

* 85 , 0

*



84 , 0 ) 28 30 (

* 7

05 0 85 , 0 ) 28 (

* 7

05 0 85



45 , 0 044 , 0 170

* 84 , 0

21 , 6

c



2 2

12

* 14 , 3

* 4

*

mm a

n

mm N

mm N a

d a f

60 , 38281 2

21 , 6 245

* 21 , 6

* 30

* 85 , 0

60 , 38281 )

2 (

* 1

*

* 85

f A a

c

y s

21 , 6 1

* 30

* 85 , 0

280

* 57 , 0 1

* 85 , 0

*



84 , 0 ) 28 30 (

* 7

05 0 85 , 0 ) 28 (

* 7

05 0 85 ,



45 , 0 03 , 0 245

* 84 , 0

21 , 6

c



2 2

12

* 14 , 3

* 4

*

mm a

n

Trang 7

Tiết diện phần 3

S = b3 * h3 = 300 * 350 = 105,0 mm2

Sức kháng tường lan can trục thẳng đứng là :

Mc = Mc1 + Mc2 + Mc3 = 114844,93 N.mm = 26412,40 + 38281,60 + 5150,80 = 114844,93 N.mm

2.1.4 Xác định khả năng chịu lực của thanh và cột lan can

2.1.4.1 Xác định khả năng chịu lực của cột lan can

ta có :

Với :

Y = 200 mm là chiều cao cột lan can

S : mômen kháng uốn của tiết diện

J = Jbụng + Jcánh = 1696149,33 + 7435520,0 = 9131669,33 mm4

N Y

f S Y

* 1

mm N a

d a

f

80 , 150 50 2

21 , 6 320

* 21 , 6

* 30

* 85 , 0

80 , 150 50 ) 2 (

* 1

*

* 85

f A a

c

y s

21 , 6 1 30

* 85 , 0

280

* 57 , 0 1

* 85 , 0

*



84 , 0 ) 28 30 (

* 7

05 0 85 , 0 ) 28 (

* 7

05 0 85 ,



45 , 0 02 , 0 320

* 84 , 0

21 , 6

c



2 2

12

* 14 , 3

* 4

*

mm a

n

4 3

mm 1696149,33 12

172

* 4



bung J

4 2

3

mm 7435520,0 )

2 90 (

* 4

* 120 12

4

* 120

33 9.131.669, 2



h J S

Trang 8

2.1.4.2 Xác định khả năng chịu lực của thanh lan can M R

2.1.5 Tổ hợp va xe :

2.1.5.1 Va xe ở vị trí giữa tường

- Sức kháng của tường

Với : lan can cấp L3 ( tra bảng 4.2 - Lực thiết kế của lan can cầu ơtơ,

trang 195, SGK Cầu BTCT trên đường ơtơ )

- Số cột tham gia chịu lực là 01

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

Chiết giảm khả năng chịu lực của tường

Sức kháng kết hợp của cả thanh lan can và cột lan can

mm N D

d D

100

92 1

* 32

100

* 14 , 3 1

H M M H L

L L

c

w b t

t

2 2

NL

L P N M R

t

b

R 129 979 , 30

* 2

*

w

R p w

w

H

H P k H R R

N 36 2.554.679,

* 8

* 2

w b

t c w

mm N f

(

* 900

* 8 2

1070 2

* 193.814,06

* 8 0

* 1070 1081

* 2

1070 2000

* 2

2000

* 99 , 462 101

* 2 16 5.565.788,

* - 900

* 36 2.554.679,



N 36 2.554.679,

* 8

* 2

w b

t c w

Trang 9

Chiều cao đặt hợp lựcH

- Đối với lan can cấp L3 ( tra bảng 4,2, Lực thiết kế của lan can cầu ôtô, trang

195, SGK Cầu BTCT trên đường ôtô ) ta có :

Ft = 240 kN = 240000 N

Hc = 810 mm

- So sánh ta có

Đảm bảo khả năng chịu va xe

2.1.5.1.1.b Vị trí va tại thanh lan can

- Có 3 nhịp và 2 cột tham gia chịu lực

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

- Đối với lan can cấp L3 ( tra bảng 4,2, Lực thiết kế của lan can cầu ôtô, trang

195, SGK Cầu BTCT trên đường ôtô ) ta có :

, 979 129 52 2.424.468,

R

RH H

R H

w

R w

30 , 979 129

* 52 2.424.468,

1155

* 30 , 979 129 900

* 52 2.424.468, '

mm H

R

810 913

N 2.400.000 F

N 82

N 156.675,25

* 2

* ) 1 (

* ) 1 ( 16

L NL

L P N

N M R

1070 2000

* 2

2000

* 99 , 462 101

* ) 1 2 (

* 1) - 2 ( 16 5.565.788,

* 16

* - 900

* 36 2.554.679,



N 52 2.424.468,

*

w

R p w

H P k H R R

N 44 2.592.417, 156.675,25

52 2.424.468, '

R

RH H

R H

w

R w

156.675,25

* 52 2.424.468,

1155

* 156.675,25 900

* 52 2.424.468, '

mm H

R

810 5

, 1031

N 240.000 F

N 44

Trang 10

2.1.5.2 Va xe ở vị trí đầu tường

- Sức kháng của tường

Với : lan can cấp L3 ( tra bảng 4,2, Lực thiết kế của lan can cầu ơtơ,

trang 195, SGK Cầu BTCT trên đường ơtơ )

- Sức kháng của cột lan can và lan can

Do Lc = 1071,42 mm < L = 2000 mm nên chỉ cĩ 1 nhịp tham gia chịulực

- Đối với lan can cấp L3 ( tra bảng 4.2, Lực thiết kế của lan can cầu ơtơ,

trang 195, SGK Cầu BTCT trên đường ơtơ ) ta cĩ :

Ft = 240 kN = 240000 N

Hc = 810 mm

mm M

H M M H L

L L

c

w b t

t dt

2 2

(

* 900 2

1070 2

* 193.814,06 0

* 1070 42 , 1071

*

N 325.183,32

*

* 2

dt c c w

b t

dt c

dt w

N 325.183,32

*

* 2

dt c c w

b t

dt c

dt w

N 142.315,20 2

* ) 1 ( 2

L NL

L P N

N M R

N 206.246,14

H P k H R R

1070 2000

* 1 2

2000

* 99 , 462 101

* ) 1 1 (

* 1 16 5.565.788,

* 2

* - 900

* 325.183,32



N 348.561,34 142.315,2

206.246,14 '

R

RH H

R H

w

R w

348.561,34

* 206.246,14

1155

* 348.561,34 900

* 206.246,14 '

Trang 11

- So sánh ta có

Đảm bảo khả năng chịu va xe

2.1.5.4 Va xe ở vị trí khe giãn nở vì nhiệt

- Khi va xe tại khe giãn nở vì nhiệt thì cũng giống như trường hợp va xe tại đầutường nhưng lực Ft phân bố cho hai bên tường, Do đó mỗi bên tường chỉ chịu 1 nửalực Ft nên chắc chắn chịu được va xe

2.1.5.5 Kiểm tra chống trượt của lan can

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

- Sức kháng cắt của mặt tiếp xúc

Vn = C * ACV + m * ( Avf * fy + Pc ) = 306,6 N/mm = 0,52 * 400 + 0,6 * (0,57 *280 + 6,06)

L

F V

T

c t

t

810

* 2 1070

000 240

mm H

R

810 6

, 1061

N 240.000 F

N 348.561,34 t

5 , 1 722 , 3 1800

Trang 12

DW

h = 43 mm c= 0,000025 N/mm3+ Lớp phịng nước dày h DW3= 5 mm

- Độ dốc ngang cầu: i =2%

2.2.2 Sơ đồ tính tốn bản mặt cầu :

- Bản mặt cầu sẽ được tính tốn theo 2 sơ đồ:

+Bản congxon +Bản loại dầm, Trong đĩ phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do

đĩ sau khi tính tốn dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục củabản mặt cầu

2.2.3 TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONSOL

2.2.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản consol:

2.2.3.1.a Tĩnh tải Trọng lượng bản thân mặt cầu :

DC2 = 1 * hf * c = 1 * 200 * 2,5 * 10-5 = 0,005 N/mm

Trọng lượng lan can :

Trọng lượng tường bêtơng:

Để đơn giản ta tính theo sơ đồ

Trang 13

P1 = 1 * b1 * h1 * c = 1* 250 * 650 * 2,5*10-5 = 5,75 NTrong đó :

b1 = 200mm : bề rộng của lan can phần bêtông

h1 = 300mm : chiều cao của lan can phần bêtôngTrọng lượng lan can thép

18 cột lan can

Trọng lượng toàn bộ trụ lan can:

 Tclc = 18 * Tclc = 18 * 29,1 = 523,4 NThanh lan can

Trang 14

= ( 2000 * 3,14 *100 * 4 ) * 0,000079

- Trên tồn chiều dài nhịp 34,1 m cĩ 17 thanh lan can mỗi thanh dài 2m

Trọng lượng tồn bộ thanh lan can:

DW2 = 1 * hDW3 + DW = 1 * 5* 0,000023 = 0,00099 N+ Lớp phịng nước

DW3 = 1 * hDW2 + DW = 1 * 43 * 0,000023 = 0,00012 N

DW = DW1 + DW2 + DW3 = 0,0012 + 0,0009 + 0,00012 = 0,002 N

mm N L

T P

tt

/ 116 , 0 33500

7 , 3875

DC 3 = 5,87 N

DW = 0,002 N/mm

DC 3 = 0,01 N/mm

Trang 15

Đối với lan can cấp L3 ( tra bảng 4,2 lực thiết kế của lan cầu ô tô, trang

195 , SGK cầu bêtông cốt thép trên đường ôtô ) ta có :

Ft = 240 KN = 240000 N

Lt = 1070 mm

Hc = 810 mm Lực kéo tác dụng lên bản mặt cầu

Mômen truyền xuống bản hẩng

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

mm N x

b x

P

706 2

14500



mm N H

L

F T

c t

810

* 2 1070

1 24000 2

H L

F M

c t

t

810

* 2 1070

1 24000 1

* 2

Trang 16

2.2.3.1.c Tổ hợp tải trọng

- Do thiết kế bản mặt cầu bỏ qua lực cắt nên ta chỉ tổ hợp mơmen

Mơmen lớn nhất tại ngàm

-Theo trạng thái giới hạn cường độ

DC = 1,25 hệ số tĩnh tải lan can, bản mặt cầu Dw = 1,50 hệ số tĩnh tải lớp phủ

LL = 1,75 hệ số hoạt tải  = 0,95 hệ số điều chỉnh tải trọng

m = 1,2 hệ số làn xe đối với 1 làn xe

1+IM = 1,25 hệ số xung kích

= 0,95 *(1,25*( 1406,25 + 4399,269 )+ 1,5*138,06 + 1,75*1,2*1,25 * 6289837

Mu = 15692372,08 N.mm

- Theo trạng thái giới hạn sử dụng

DC = 1,0 hệ số tĩnh tải lan can, bản mặt cầu DW = 1,0 hệ số tĩnh tải lớp phủ

LL = 0,5 hệ số hoạt tải CT = 1,0

N.mm 4399,27 750

* 5,866

750

* 0,005 2

*

2 2

DC

M DC

N.mm 138,06 2

350

* 0,002 2

*

2 2

350

* 102,69 2

*

2 2

Trang 17

 = 1,0 hệ số điều chỉnh tải trọng

m = 1,2 hệ số làn xe đối với 1 làn xe 1+IM = 1.25 hệ số xung kích

 = 0.95 hệ số điều chỉnh tải trọng

m = 1,2 hệ số làn xe đối với 1 làn xe 1+IM = 1.25 hệ số xung kích

Trang 18

2.2.4.3.Các nội lực do hoạt tải

- Chỉ cĩ xe 3 trục, ta khơng xét tải trọng làn vì nhịp bản L2 = 1800 < 4600 theoqui định khơng cần xét tải trọng làn

- Ở sẽ cĩ đây cĩ 2 trường hợp đặt tải

+ Trường hợp 1 : Chỉ cĩ 1 bánh xe của 1 xe+ Trường hợp 2 : Chỉ cĩ 2 bánh xe của 2 xe khác nhau đặt trong bản khi

đĩ khoảng cánh 2 bánh xe là a = 1200 m

2.2.4.3.a Xác định trường hợp chỉ cĩ 1 bánh xe của 1 xe

Ta đặt bánh xe ngay giữa nhịp để tính tốn

- Bề rộng bánh tiếp xúc với là :

b = 510 mm SVTH: TRẦN NGỌC TRÍ Lớp CĐ04 - ĐT Trang 18

* 25 , 1 8

1800

* 002 , 0

* 5 , 1

* 95 , 0

9 , 3832 8

*

* 8

*

2 2

2

mm N S

DC S

* 0 , 1 8

1800

* 002 , 0

* 0 , 1

87 , 2937 8

*

* 8

*

2 2

2

mm N S

DC S

DW

Trang 19

- Diện truyền tải của bánh xe ( chiều rộng phân bố ) xuống bản mặt cầu

b 1 = 706 mm

- Cường độ phân bố của 2 bánh xe

- Diện làm việc của bản

+ Khi tính mômen âm tại gối+ Khi tính mômen dương tại giữa nhịp

- Giá trị mômen tại giữa nhịp

+ Theo trạng thái giới hạn cường độ

DC = 1,25 hệ số tĩnh tải bản thân

LL = 1,75 hệ số tĩnh tải lớp phủ

 = 0,95 hệ số điều chỉnh tải trọng 1+IM = 1.25 hệ số xung kích

+ Theo trạng thái giới hạn sử dụng

mm S

SW  1220  0 , 25 *  1220  0 , 25 * 1800  1670

mm S

* 4

706

* 7 , 102

* 2 , 1 25 , 1 75 , 1

* 95 , 0

N.mm 3 65403269,5 2

* 4

*

* 2 , 1

* ) 1 (

*

S b P IM

u  

mm N b

P

706

* 2

Trang 20

- Giá trị mơmen tại giữa nhịp do tĩnh tải và hoạt tải gây ra cĩ xét đến tính liêntục của bản mặt cầu ( với dải bản 1000 mm ) được tính như sau

- Cường độ phân bố của 2 bánh xe

* 4

706

* 7 , 102

* 2 , 1 25 , 1 0 , 1

* 0 , 1

N.mm 0 39340312,5 2

* 4

*

* 2 , 1

* ) 1 (

*

S b P IM

65403269,5 3832,09

* 7 , 0

N.mm 4 30097006,9 1000

* ) (

* 7 , 0

SW

M M

u

u g

65403269,5 3832,09

* 5 , 0

N.mm 6 21735217,4 1000

* ) (

* 5 , 0

M M

M

LL u DW DC u u

39340312,5 2937,870

* 7 , 0

N.mm 5 18546460,3 1000

* ) (

* 7 , 0

SW

M M

M

LL s DW DC s

s g

39340312,5 2937,870

* 5 , 0

2N.mm 13390241,8

1000

* ) (

* 5 , 0

M M

M

LL s DW DC s s

mm N b



Trang 21

- Diện làm việc của bản

+ Khi tính mômen âm tại gối+ Khi tính mômen dương tại giữa nhịp

- Giá trị mômen tại giữa nhịp

+ Theo trạng thái giới hạn sử dụng

mm S

SW  1220  0 , 25 *  1220  0 , 25 * 1800  1670

mm S

* 0 , 1

* 25 , 1

* 75 , 1

* 95 , 0

N.mm 4 38513247,6 8

*

* 0 , 1

* ) 1 (

*

2

2 ' 1

b P IM

* 0 , 1

* 25 , 1

* 0 , 1

N.mm 64028274,2 8

*

* 0 , 1

* ) 1 (

*

2

2 ' 1

b P IM

P = 80,56 N/mm

Trang 22

- Giá trị mômen tại giữa nhịp do tĩnh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính liêntục của bản mặt cầu ( với dải bản 1000 mm ) được tính như sau

64028274,2 3832,09

* 7 , 0

N.mm 9 29520661,5 1000

* ) (

* 7 , 0

SW

M M

M

LL u DW DC u

u g

64028274,2 3832,09

* 5 , 0

N.mm 1 21318552,2 1000

* ) (

* 5 , 0

M M

M

LL u DW DC u u

38513247,6 2937,870

* 7 , 0

N.mm 5 18199786,4 1000

* ) (

* 7 , 0

SW

M M

M

LL s DW DC s

s g

38513247,6 2937,870

* 5 , 0

0N.mm 13139616,1

1000

* ) (

* 5 , 0

M M

M

LL s DW DC s s

N.mm 5 18199786,4 N.mm

5 18546460,3  

2 13390241,8

M

N.mm 9 29520661,5 N.mm

6 21735217,4

M

Trang 23

+ Theo TTGH sử dụng + Theo TTGH cường độ

2.2.5 TÍNH BỐ TRÍ THÉP CHO BẢN MẶT CẦU

2.2.5.1 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu chịu mômen âm

- Giới hạn chảy của thép : fy = 300 MPa

- Cường độ bê tông mố : f’c = 55 MPa

- Phương trình cân bằng mômen:

Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ ngoài cùng chịu nén:

Vậy xảy ra trường hợp phá hoại dẻo

Diện tích cốt thép:

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Asmin = 1,10 > As = 0,671  chọn Asmin để thiết kế

N.mm 1 21318552,2 N.mm

0 13139616,1

9N.mm 29520661,5 N.mm

5 18199786,4

u g

s g

M M



u s

c s

M a d b a f A

2 (

*

* 85 0

mm

mm b

f

M d

d a

c

u s

s

3 , 4 1 55

* 0,85

* 0,9

29520,66

* 2 165 165

3 , 4

*

* 85 0

*

* 2

2

' 2

* 657 , 0

3 , 4

1

* 3 , 4

* 55

* 85 , 0

*

* 85 0

mm f

b a f A

y

C

2 '

300

55

* 200

* 1 03 , 0

*

* 03 ,

f

f h b A

y

c

657 , 0 ) 28 55 (

* 7

05 , 0 85 , 0 ) 28 (

* 7

05 , 0 85 ,



Trang 24

Với thép 14  As = 153,94 mm2  8 thanh 14  As = 1231,5 mm2

Số thanh thép trên 1000 mm

Khoảng cách các thanh thép trên 1000 mm

- Kiểm tra điều kiện tiết diện bị phá hoại dẻo

- Khoảng cách từ trục trung hịa đến thớ ngồi cùng chịu nén

 Vậy thỏa hàm lượng thép tối đa

2.2.5.2 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu chịu mơmen dương

- Giới hạn chảy của thép : fy = 300 MPa

- Cường độ bê tơng mố : f’c = 55 MPa

- Phương trình cân bằng mơmen:

Khoảng cách từ trục trung hịa đến thớ ngồi cùng chịu nén:

Vậy xảy ra trường hợp phá hoại dẻo

mm b

f

f A a

c

y schon

9 , 7 1000

* 55

* 85 , 0

300

* 1231,5

*

* 85 , 0

*



) 5.7.3.3.1 (

0,42 07

, 0 165

* 657 , 0

9 , 7

c



thanh chon

A

A n

thanh S

94 , 153

chon n

8

1000 1000

c s

M a

d b a f A

2 (

*

* 85 0

mm

mm b

f

M d

d a

c

u s

s

3,1 1

* 55

* 0,85

* 0,9

21318552,2

* 2 165 165

3,1

*

* 85 0

*

* 2

2

' 2

* 657 , 0

c



657,0)2855(

*7

05,085,0)28(

*7

05,085,0 '



Trang 25

Diện tích cốt thép:

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Asmin = 1,10 > As = 0,48  chọn Asmin để thiết kế

Với thép 14  As = 153,94 mm2  8 thanh 14  As = 1231,5 mm2

Số thanh thép trên 1000 mm

Khoảng cách các thanh thép trên 1000 mm

- Kiểm tra điều kiện tiết diện bị phá hoại dẻo

- Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ ngoài cùng chịu nén

 Vậy thỏa hàm lượng thép tối đa

A d

1 3,1

* 55

* 85 , 0

*

* 85 0

mm f

b a f A

y

C

2 '

300

55

* 200

* 1 03 , 0

*

* 03 ,

f

f h b A

y

c

mm b

f

f A a

c

y schon

9 , 7 1000

* 55

* 85 , 0

300

* 1231,5

*

* 85 , 0

*



) 5.7.3.3.1 (

0,42 07

, 0 165

* 657 , 0

9 , 7

c



thanh chon

A

A n

thanh S

94 , 153

chon n

8

1000 1000

Trang 26

E n

Trong đĩ :

b = 1000 mm

Es = 210000 MPa mơđun đàn hồi của thép

Mơ đun đàn hồi của bê tơng

- Xác định trục trung hịa của tiết diện khi nứt:

- Mơmen quán tính của tiết diện bê tơng khi đã nứt

- Ứng suất trong cốt thép do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra là:

- Ứng suất cho phép trong cốt thép

 Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện chịu nứt vùng mơmen âm

- Điều kiện chịu nứt cho vùng mơmen dương :

mm 8 , 45 2 5 , 1231

* 27 , 5

1000

* 165

* 2 1

* 1000

5 , 1231

* 27 , 5

mm 8 , 45 2

*

* 2 1

A n

b d b

A n x

2 3

4 2

3

) 8 , 45 165 (

* 25 , 1231

* 27 , 5 3

58 , 4

* 1000

mm 48 124213777, )

(

*

* 3

* 48 124213777,

18199786,4

* 5,27 )

M n

cr

s s

MPa 22 , 341 750

8

* 35

A d

Z f

MPa f

MPa

f sa  341 , 22  0 , 6 * y  0 , 6 * 300  180

MPa f

MPa

f s  92 , 0  0 , 6 * y  180

MPa f

E c  0 , 043 * c1 5 * c'  0 , 043 * 2500 1 , 5 * 55  39862 , 1

2 2

8

) 35 35 (

* 1000 )

(

*

mm n

a a b

Trang 27

E n

Trong đó :

b = 1000 mm

Es = 210000 MPa môđun đàn hồi của thép

Mô đun đàn hồi của bê tông

- Xác định trục trung hòa của tiết diện khi nứt:

- Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt

- Ứng suất trong cốt thép do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra là:

- Ứng suất cho phép trong cốt thép

A d

* 27 , 5

1000

* 165

* 2 1

* 1000

5 , 1231

* 27 , 5

mm 8 , 45 2

*

* 2 1

A n

b d b

A n x

2 3

4 2

3

) 8 , 45 165 (

* 25 , 1231

* 27 , 5 3

58 , 4

* 1000

mm 48 124213777, )

(

*

* 3

* 48 124213777,

13139616,1

* 5,27 )

M n

cr

s s

MPa 22 , 341 750

8

* 35

A d

Z f

MPa f

MPa

f sa  341 , 22  0 , 6 * y  0 , 6 * 300  180

MPa f

E c  0 , 043 * c1 5 * c'  0 , 043 * 2500 1 , 5 * 55  39862 , 1

2 2

8

) 35 35 (

* 1000 )

(

*

mm n

a a b

Trang 28

Chọn s = 180 để kiểm tra

 Vậy tiết diện đảm bảo điều kiện chịu nứt vùng mơmen dương

CHƯƠNG 3THIẾT KẾ DẦM NGANG

- Khoảng cách giữa 2 dầm ngang: L1 = 6700 mm

- Chiều dài dầm ngang: L2 = 1800 mm

- Cốt thép giới hạn chảy fy = 420MPa

- Bêtơng cĩ cường độ chịu nén f'

c= 55MPa

3.2 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG:

3.2.1 Xác định nội lực mơ men tác dụng lên dầm ngang

3.2.1.1 Xác định nội lực do tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang

- Tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang bao gồm:

+ Lớ phủ bản mặt cầu:

DW= hD*c * L1 = 98 * 6700 * 2,5*10-5 = 16,42 N.mm+ Bản mặt cầu

MPa f

MPa

f s  66 , 42  0 , 6 * y  180

Trang 29

DC"2 = hf * L1 * gc = 200 * 6700 * 2,5*10-5 = 33,50 N.mm+ Dầm ngang:

DC'

2= (h–hf)* b * c = (1200 – 200)*250* 2,5*10-5 = 6,25 N/mm

- Mômen do tỉnh tải tác dụng lên dầm ngang :

3.2.1.2 Xác định nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang:

- Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang gồm HL93 và tải trọng người

3.2.1.2.1 Xác định hệ số điều chỉnh đường ảnh hưởng ()

3.2.1.2.2 Xác định nội lực tác dụng lên dầm ngang do hoạt tải xe: a) Tải trọng do xe 2 trục tác dụng lên dầm ngang p 1

* ) 25 ,6 5, 33 (

* 25 ,1 8

* 8

*

2 2

* ) 25 ,6 5, 33 (

* 8 1800

* 42 , 16

*

0,

N.mm 22746825,0 8

* ) (

* 8

*

2 2

M DW DC

DW

S   

01 , 0 1800 6700

1800

* 5 , 0

* 5 ,

3 3

2

3 1

Trang 30

+ Tung độ đường ảnh hưởng (nội suy)

= 0,5 x (110000 * 0,583 + 110000 * 1 ) = 90493,3 N

- Xếp tải p1

2trục lên đường ảnh hưởng dầm ngang để tìm nội lực lớn nhất

* Xếp 1 xe:

Xe hai trục và ĐAH của dầm (trường hợp đặt 01 bánh xe)

+ Mơmen lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp :

* Xếp 02 xe:

N.mm 40721983,8

4

1800

* 3 , 90493 4

* 2

' 2

p

M truc truc

xe 2 trục90493,3 N90493,3 N

Trang 31

Xe hai trục và ĐAH của dầm (trường hợp đặt 02 bánh xe)

+ Mômen lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp :

150 150 (

* 3 , 90493 )

(

* 1 2

' 2

M truc truc

N y

y y

Trang 32

* Xếp 02 xe:

Xe ba trục và ĐAH của dầm (trường hợp đặt 02 bánh xe)

Với: y1 = y2 = 300*450

150

3.2.1.2.3 Xác định nội lực tác dụng lên dầm ngang do tải trọng làn

- Tải trọng làn tác dụng lên dầm ngang q =

3000

q



Tải trọng làn và ĐAH theo phương dọc cầu

Với v là diện tích đường ảnh hưởng áp lực lên dầm ngang

4

6700

* 01 , 0

* 2 ) 4

* (

1 01 , 0

* 2 4

* 2

) (

4

1800

* 49 , 73137 4

* 2 '

) 150 150 (

* 49 , 3137 7 ) (

* 1 2

' 3

Trang 33

- Xếp q' lên đường ảnh hưởng dầm ngang để tìm nội lực lớn nhất

+ Mômen lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp

3.2.1.2.4 Tổ hợp nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang a) Tổ hợp của xe 2 trục với tải trọng làn

- Trạng thái giới hạn cường độ

LL = 1,75 hệ số hoạt tải xe

 = 0,95 số điều chỉnh tải trọng

Đối với trường hợp 1 xe: m = 1,2 hệ số làn

* Xếp 1 xe

]2095489,2

*2,140721983,8

*2,1

*)25,01[(

*75,1

*95,0

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm0

105730948,

2



truclan u

M

* Xếp 2 xe:

]2095489,2

*0,127147989,2

*0,1

*)25,01[(

*75,1

*95,0

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm59900665,8

2



truclan u

1   33 , 12  1692  1724 , 68 mm



mm N

3000

3 , 9

* 3000

3 , 9

1800

* 450

* 17 , 5 2

* 450

Trang 34

* Xếp 1 xe

]2095489,2

*2,140721983,8

*2,1

*)25,01[(

*0,1

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm63597562,7

2



truclan u

M

* Xếp 2 xe:

]2095489,2

*0,127147989,2

*0,1

*)25,01[(

*0,1

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm36030475,7

2



truclan u M

b) Tổ hợp của xe 3 trục với tải trọng làn

* Xếp 1 xe

]2095489,2

*2,132911872,3

*2,1

*)25,01[(

*75,1

*95,0

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm86254482,4

3



truclan u

M

* Xếp 2 xe:

]2095489,2

*0,121941248,2

*0,1

*)25,01[(

*75,1

*95,0

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm49080407,2

3



truclan u

* Xếp 1 xe

Trang 35

*2,132911872,3

*2,1

*)25,01[(

*0,1

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm51882395,4

3



truclan S

M

* Xếp 2 xe:

]2095489,2

*0,121941248,2

*0,1

*)25,01[(

*0,1

]

*

*)1

LL lan

truc

N.mm29522049,4

3



truclan S M

Bảng tổng hợp mômen do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang

M M

u DW

DC u u

36 135327892, 98

105730947, 29596944,4

) (

M M

s DW

DC s s

9 86344387,6 69

, 63597562 0

, 22746825

) (

- Xét tính liên tục của dầm ngang:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

Tại mặt cắt giữa nhịp:

Mu = 0,5 * Mu = 0,5 * 135327892,36 = 67663946,18 N.mmTại mặt cắt gối:

N.mm 105730948,



 M u LL

N.mm 63597562,7



 M S LL

Trang 36

Mu = 0,7 * Mu = 0,7 * 135327892,36 = 94729524,65 N.mm+ Trạng thái giới hạn cường độ:

Tại mặt cắt giữa nhịp:

Ms = 0,5 * Ms = 0,5 * 86344387,69 = 43172193,85 N.mmTại mặt cắt gối:

Ms = 0,7 * Ms = 0,7 * 86344387,69 = 60441071,39 N.mm

3.2.2 Xác định nội lực do lực cắt tác dụng lên dầm ngang

3.2.2.1 Lực cắt do tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang

DC = DC'2 + DC"2 = 6,25 + 33,5 = 39,75 N/mm

DW = 16,42 N/mm

* Xét mặt cắt tại gối

- Tĩnh tải

Diện tích đường ảnh hưởng v = 900 mm2

10 , 63535

* )

*

* (

50 , 50548

* )

*

* (

u DW DC

Trang 37

3.2.2.2 Lực cắt do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang

* Xét mặt cắt tại gối

- Xếp xe 2 trục P'2trục

+ Xếp 1 xe

Với: y1 = 1 và y1 = 0+ Xếp 2 xe

+ Xếp tải trọng làn

- Xếp xe 3 trục P'3trục

+ Xếp 1 xe

N 90493,3 )

0 1 (

* 3 , 90493 )

(

* 1 2

' 2

xe 2 truïc

N 6 120627, )

333 , 0 1 (

* 3 , 90493 )

(

* 1 2

' 2

* 17 , 5

Trang 38

0 1 (

* 49 , 73137 )

(

* 1 2

' 3

333 , 0 1 (

* 49 , 73137 )

(

* 1 2

' 3

05,0(

*3,90493)

(

* 1 2

' 2

Trang 39

3.2.2.3 Tổ hợp lực cắt do hoạt tải tác dụng lên dầm ngang

- Tổ hợp xe 2 trục với tải trọng làn tại gối

* Xếp 1 xe

]4656,64

*1,290493,3

*1,2

*[1,25

*1,75

*0,95

]

*

*)1

LL lan

truc

N234957,66

2



truclan gu

V

* Xếp 2 xe:

]4656,64

*1120657,73

*1

*1,25[

*1,75

*0,95

]

*

*)1

LL lan

truc

N36568,7)

05,0(

*49,73137)

(

* 1 2

' 3

V truc truc

Trang 40

N258483,35

2



truclan gu

* Xếp 1 xe

]4656,64

*1,290493,3

*1,2

*1,25[

*1

]

*

*)1

LL lan

truc

N141327,92

2



truclan gS

V

* Xếp 2 xe:

]4656,64

*1120657,73

*1

*1,25[

*1

]

*

*)1

LL lan

truc

N 155478,8

2



truclan gS

V

- Tổ hợp xe 2 trục với tải trọng làn tại nhịp

* Xếp 1 xe

]4656,64

*1,245246,65

*1,2

*1,25[

*1,75

*0,95

]

*

*)1

LL lan

truc

N122123,83

*1,245246,65

*1,2

*1,25[

*1

]

*

*)1

LL lan

truc

N73457,94

2

2truclan S 

V

- Tổ hợp xe 3 trục với tải trọng làn tại gối

Tiêu đề	Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành cầu - thiết kế cầu theo tiêu chuẩn 22TCN – 272 – 05
Tác giả	Trần Ngọc Trí
Người hướng dẫn	ThS. Lê Hồng Lam
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Cầu
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp

Định dạng
Số trang	235
Dung lượng	7,63 MB