TKMH CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP - DẦM I CĂNG SAU 01U 01
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (611.14 KB, 73 trang )
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
1
Nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế 1 cầu Bê tông cốt thép DƯL
Các số liệu cho trớc
Dầm I, chiều dài toàn dầm L=21m, kết cấu kéo sau
Khổ cầu K8+2x1,5m
Tải trọng thiết kế: HL93
Bó cốt thép DƯL: Bó 7 tao 12,7
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
2
Phần 1: Nội dung thuyết minh
1 Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ
1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu
Tổng chiều dài toàn dầm là 21 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0,3 mét để kê gối.
Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 20,4 mét.
Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có f
c
=45MPa, bản mặt
cầu có chiều dày 20cm, đợc đổ tại chỗ bằng bêtông f
c
=40MPa, tạo thành mặt cắt liên
hợp. Trong quá trình thi công, kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối để tạo dốc
ngang thoát nớc. Lớp phủ mặt cầu gồm có 3 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,5cm,,
lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng
cách kê cao các gối cầu.
2500 2500 2500 2500
11000
12000
Kho
ảng cách giữa các dầm chủ S=2500 mm
Giữa phần xe chạy và lề ngời đi phân cách bằng giải phân cách mềm
1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.
Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thớc sau:
- Chiều cao toàn dầm: 1250cm
- Chiều dày sờn dầm: 20cm
- Chiều rộng bầu dầm: 60cm
- Chiều cao bầu dầm: 25cm
- Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 20cm
- Chiều rộng cánh dầm: 80cm
- Phần gờ dỡ bản bêtông đổ trớc: 10cm mỗi bên
Các kích thớc khác nh hình vẽ:
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
3
80120100500200
1250
600
200
600
800
250
600
600
800
80120
1250
Mặt cát dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sờn dầm)
2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1)
Yêu cầu h
min
=0,045L trong đó
L: Chiều dài nhịp tính toán L=20400mm
h
min
: chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp k cả bản mặt cầu,
h
min
=1250+200=1450mm
suy ra 0,045L=0,045.20400=918mm< h
min
Thỏa mn
3 Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A4.6.2.6)
3.1 Đối với dầm giữa
Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của
+ 1/4 chiều dài nhịp (=
5100
4
20400
=
)
+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng
dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm
=12.200+max
2/600
200
=2700
+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (= 2500)-
Khống chế
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
4
3.2 Đối với dầm biên
Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm
kề trong(=2500/2=1250) cộng trị số nhỏ nhất của
+ 1/8 chiều dài nhịp hu hiệu(=
2550
8
20400
=
)
+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản
bụng hoặc 1/4 bề dày bản cánh trên của dầm chính
=6.200+max
4/600
2/200
=1350
+ Bề rộng phần hẫng(= 1000) Khống chế
Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3
Dầm giữa (b
i
) 2500 mm
Dầm biên (b
e
) 2250 mm
4. Tính toán bản mặt cầu
12000
11000
250025002500 25001000 1000
0 1 2 3 4
b da c e
4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu
áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98).
Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các dầm
4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải
Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực
Theo Điều 4.6.2.1 : Khi áp dụng theo phơng pháp giải phải lấy mô men dơng cực
trị để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự đối với mô men âm do đó
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
5
ta chỉ cần xác định nội lực lớn nhất của sơ đồ. Trong dầm liên tục nội lực lớn nhất tại
gối và giữa nhịp. Do sơ đồ tính là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực
là: a, b, c, d, e nh hính vẽ.
Theo Điều 4.6.2.1.6: Các dải phải đợc coi nh các dầm liên tục hoặc dầm giản
đơn. chiều dài nhịp phải đợc lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ.
Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải , các cấu kiện đỡ phải đợc giả thiết là cứng
vô hạn .
Các tải trọng bánh xe có thể đợc mô hình hoá nh tải trọng tập trung hoặc nh tải
trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc đợc chỉ
trong điều 3.6.1.2.5 cộng với chiều cao của bản mặt cầu. . ở đồ án này coi các tải
trọng bánh xe nh tải trọng tập trung.
Xác định nội lực do tĩnh tải
Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo Bảng 3.5.1.1AASSHTO
Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều do TTBT của bản mặt cầu,
TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lancan tác dụng lên phần hẫng.
Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1 mét dài bản mặt cầu
Thiết kế bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đêu do TTBT bản mặt cầu:
g
DC(bmc)
=200.1000.24.10
-6
=4,8 KN/m
Thiết kế lớp phủ dày 75mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ:
g
DW
=75.1000.22,5.10
-6
=1,665 KN/m
Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi của lan can
không đặt ở mép bản mặt cầu nhng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt
ở mép. g
DC(Lan can)
=7,456 KN/m (Xem phần 5.1)
+ Để tính nội lực cho các mặt cắt b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng của các mặt cắt
rồi xếp tải lên đơng ảnh hởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu là hệ siêu tĩnh bậc cao
nên ta sẽ dùng chơng trình Sap2000 để vẽ và tính toán.
+ Công thức xác định nội lực tính toán:
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
6
M
U
= (
P
.M
DC1
+
P
M
DC2
+
P
M
DW
)
: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác xác
định theo Điều 1.3.2
=
i
D
R
0.95
Hệ số liên quan đến tính dẻo
D
= 0.95 (theo Điều 1.3.3)
Hệ số liên quan đến tính d
R
= 0.95(theo Điều 1.3.4)
Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác
i
= 1.05 (theo Điều 1.3.5)
= 0.95
p
: Hệ số tĩnh tải (Bảng A3.4.1-2)
Loại tải trọng TTGH Cờng độ1
TTGH Sử dụng
DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1
DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1
4.2.1 Nôi lực mặt cắt a
Mômen tại mặt cắt a là mômen phần hẫng. Sơ đồ tính dạng công xon chiu uốn
Lớp phủ
Bản mặt cầu
Lan
can
1000
500
M
a
=
]10.25,1.1000
10.2
5,1.500.500.
10.2
1000.1000.
.[.
3
)(
6
Ư
6
)(
++
lcncanDCp
WD
p
bmcDC
p
g
g
g
Trong THGH CĐ1
M
a
=
]10.25,1.1000.7465,0
10.2
5,1.500.500.665,1
10.2
25,1.1000.1000.8,4
.[95,0
3
6
6
++
=16,059 KNm
Trong THGH SD
M
a
=
]10.1.1000.7465,0
10.2
1.500.500.665,1
10.2
1.1000.1000.8,4
.[95,0
3
6
6
++
=12,764 KNm
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
7
4.2.2 Nội lực mặt cắt b
Đờng ảnh hởng Mb
+
-
Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn
hơn 1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ hơn 1.Cụ thể xếp nh sau:
-
+
Bm c
Phủ
Xếp tải lên phần Đ ah dơng
Ph ủ
-
B m c
+
X ếp tải lên ph ần Đ ah âm
M
U
=
(
P
.M
DC1
+
P
M
DC2
+
P
M
DW
)
Trên phần Đah dơng:
Với bản mặt cầu lấy hệ số
p
= 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Với lớp phủ lấy hệ số
p
= 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Trên phâng Đah âm:
Với bản mặt cầu lấy hệ số
p
= 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Với lớp phủ lấy hệ sô
p
= 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Sau khi giải sơ đồ bằng Sap2000 kết quả mô men M
b
trong bảng dới đây
Bảng 4.2.2
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
8
THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng Phần Đah
Bản mặt cầu
Lớp phủ Bản mặt cầu
Lớp phủ
Dơng 3,534 1,4725 2,8272 0,981
Âm -0,4364 -0,2185 -1,52 -0,3325
1,986 1,1913 1,2313 0,3632
Tổng nội lực
3,0875 1,87435
4.2.3 Nội lực mặt cắt Mc
-
-
+
+
Đờng ảnh hởng Mc
Làm tơng tự nh trên , ta có bảng kết quả sau:
Bảng 4.2.3
THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng
Phần Đah
Bản mặt cầu
Lớp phủ Bản mặt cầu
Lớp phủ
Âm -4,085 -1,1865 -3,3288 -1,1543
Dơng 0,608 0,2025 0,912 0,1739
-3,3402 -1,5266 -2,4168 -0,9804
Tổng nội lực
-4,8668 -3,3972
4.2.4 Nội lực mặt cắt d
Đờng ảnh hởng Md
+
-
-
+
Bảng 4.2.4
THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng
Phần Đah
Bản mặt cầu
Lớp phủ Bản mặt cầu
Lớp phủ
Dơng 3,135 1,4953 2,508 0,8493
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
9
Âm -1,1903 -0,2879 -1,3224 -0,4427
1,9447 0,9225 1,1766 0,3966
Tổng nội lực
2,8667 1,5732
4.2.5 Nội lực mặt cắt e
Đờng ảnh hởng Me
-
-
+
+
-
-
Bảng 4.2.5
THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng
Phần Đah
Bản mặt cầu
Lớp phủ Bản mặt cầu
Lớp phủ
Âm -4,047 -1,5894 -3,2376 -1,0602
Dơng 0,7799 0,1957 0,8664 0,3002
-3,2671 -1,3937 -2,3712 -0,76
Tổng nội lực
-4,6608 -3,1312
4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ
Tải trọng thiết kế dùng cho bản mặt cầu và quy tắc xếp tải
á
p dụng quy định của Điều 3.6.1.3.3 (AASHTO98) :
Do nhịp của bản S=2500<4600mm phải đợc thiết kế theo các bánh xe của trục
145KN.
Tải trọng bánh xe phải đợc giả thiết là bằng nhau trong phạm một đơn vị trục xe và
sự tăng tải trọng bánh xe do các lực ly tâm và lực hm không cần đa vào tính toán bản
mặt cầu.
Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của
bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn (3.6.1.3.1) :
+ 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can: Khi thiết kế bản mút thừa
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
10
+ 600mm tính từ mép làn xe thiết kế: Khi thiết kế các bộ phận khác
Do cầu không có dải phân cách xe thiết kế có thể đi vào phần bộ hành
Khi xếp xe lên đờng ảnh hởng sao cho gây ra hiệu ứng lực cực hạn cả âm và
dơng
Bề rộng dải tơng đơng :áp dụng Điều 4.6.2.1.3
Phần hẫng : SW = 1140 + 0,833X =
X=1000-500-300=200mm
SW=1140+0,083.200=1306,6 mm
Mô men dơng M
+
: SW = 660 + 0,55S = 660+0,55.2500=2053 mm
Mô men âm M
: SW = 1220 + 0,25S =1220+0,25.2500=1845 mm
Trong đó
X = Khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm), X=200 mm
S = Khoảng cách của trục cấu kiện đỡ
SW = Bề rộng dải tơng đơng
P = Tải trọng trục xe (N)
Tải trọng bộ hành
Theo Điều 3.6.1.5 lấy tải trọng ngời đi bộ 3x10
-3
Mpa và phải tính đồng thời cùng
hoạt tải xe thiết kế.
4.3.1 Nội lực do Truck Load
Do TruckLoad và TendomLoad có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang cầu nh
nhau(1800mm) nhng TruckLoad có trục sau(145 KN) nặng hơn TendomLoad(110
KN) nên ta chỉ tính nội lực trong bản mặt cầu do TruckLoad.
Vẽ Đờng ảnh hởng và xếp tải
300
x
P
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
11
Đờng ảnh hởng Mb
-
+
1800
72,5 KN 72,5 KN
+
Đờng ảnh hởng Mc
+
-
-
72,5
72,5
72,5
72,5
1800 600 600 1800
-
Đờng ảnh hởng Md
+
-
+
72,5
72,5
Đờng ảnh hởng Me
-
-
-
+
+
-
600
1800
72,5
600
1800
72,5
72,5
72,5
Sơ đồ tính mômen phần hẫng của bản mặt cầu
+ Công thức xác định mômen trong THGH CĐ1 cho 1 mét dài bản mặt cầu:
3
00
P=72,5/2
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
12
M
TruckLoad
+
=
035,2
.25,1.5,72.75,1
95,0
) (
iii
y
SW
yIMP
=
+
+
M
TruckLoad
-
=
845,1
.25,1.5,72.75,1
95,0
) (
iii
y
SW
yIMP
=
+
M
TruckLoad
hẫng
=
3066,1.2
.5,72.25,1.75,1
95,0
.2
) (
x
SW
xIMP
i
=
+
+
Trong đó
=1,75 (Xem phần 7),
=0,95
y
i
: Tung độ đờng ảnh hởng
M
a
533,11
3066,1.2
200.25,1.5,72.75,1
95,0 ==
KNm
M
b
=
236,31
035,2
)08128,0505,0.(25,1.5,72.75,1
95,0 =
KNm
M
c
=
01,34
845,1
)014,0171,0206,00256,0.(25,1.5,72.75,1
95,0 =
+
+
+
KNm
M
d
=
303,27
035,2
)0673,0436,0.(25,1.5,72.75,1
95,0 =
KNm
M
c
=
243,32
845,1
)01543,0182,0182,001543,0.(25,1.5,72.75,1
95,0 =
+
+
+
KNm
Bảng kết quả mômen tại các mặt cắt do TruckLoad Bảng 4.3.1-a
Trạng thái gới hạn cờng độ 1
Mặt cắt
a
b c d e
Giá trị(KNm)
-11,533
31,326 -34,01 27,303
-32,243
+ Công thức xác định mômen trong THGH SD cho 1 mét dài bản mặt cầu:
M
+
TruckLoad
=
035,2
.25,1.5,72.1
95,0
) (
iii
y
SW
yIMP
=
+
+
M
-
TruckLoad
=
845,1
.25,1.5,72.1
95,0
) (
iii
y
SW
yIMP
=
+
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
13
M
hẫng
TruckLoad
=
3066,1.2
.5,72.25,1.1
95,0
.2
) (
x
SW
xIMP
i
=
+
+
Trong đó
=1(Bảng A3.4.1-2),
=0,95, y
i
: tung độ đờng ảnh hởng
M
a
59,6
3066,1.2
200.25,1.5,72.1
95,0 ==
KNm
M
b
=
901,17
035,2
)08128,0505,0.(25,1.5,72.1
95,0 =
KNm
M
c
=
434,19
845,1
)014,0171,0206,00256,0.(25,1.5,72.1
95,0 =
+
+
+
KNm
M
d
=
602,15
035,2
)0673,0436,0.(25,1.5,72.1
95,0 =
KNm
M
c
=
425,18
845,1
)01543,0182,0182,001543,0.(25,1.5,72.1
95,0 =
+
+
+
KNm
Bảng kết quả mômen tại các mặt cắt do TruckLoad Bảng 4.3.1-b
Trạng thái gới hạn sử dụng
Mặt cắt
a
b c d e
Giá trị(KNm)
-6,590 17,901 -19,434
15,602
-18,425
4.3.2 Nội lực do PeopleLoad
Xếp tải trọng ngời lên Đah các mặt cắt a, b, c, d, e ta có bảng kết quả sau
Bảng 4.3.2
Mặt cắt
THGH
a b c d e
Cờng độ1 -0,98 1,12 -0,735 0,1925
0,3325
Sử dụng -0,56 0,64 -0,42 0,11 0,19
Tổ nội lực do các tải trọng cho bản mặt cầu dới bảng sau: Bảng 4-a
Mặt cắt
THGH
a b c d e
Cờng độ1 -28,572
35,534 -39,621
29,972
-36,571
Sử dụng -19,914
21,415 -23,251
17,065
-21,366
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
14
Vậy nội lực để thiết kết bản mặt cầu là: Bảng 4-b
Mômen Dơng Âm Hẫng
Cờng độ1 35,534 39,621
28,572
Sử dụng 21,415 23,251
19,914
4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu
+ Bê tông bản mặt cầu
f
C
=40 Mpa Cờng độ nén quy định ở tuổi ở tuổi 28 ngày
E
c
=33994,48 MPa
+ Cốt thép
f
y
=420 Mpa Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép
E
s
=200000 MPa
4.5 Tính toán cốt thép chiu lực
+ Lớp bảo vệ
Theo bảng A5.12.3-1
Mép trên bản : a = 60mm vì bản chịu mài mòn của vấu lốp xe
Mép dới bản : a= 25 mm
+ Sức kháng uốn của Bản
M
r
=
M
n
: Hệ số sức kháng quy định theo Điều 5.5.4.2.1
= 0.9 Đối trạng thái giới hạn
cờng độ 1 (Cho BTCT thờng)
M
r
: Sức kháng uốn tính toán
M
n
: sức kháng uốn dang định
Đối với cấu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng theo hình chữ nhật nh
quy định của Điều 5.7.2.2 thì M
n
xác định Điều 5.7.3.2.3
+
+
=
22
)(85.0
2
'
22
1
'''
r
rwcsy
s
syspspsn
ha
hbbf
a
dfA
a
dfA
a
dfaM
p
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
15
Vì không có cót thép ứng suất trớc ,b=b
W
và coi A
s
= 0
=
2
a
dfAM
sysn
Trong đó
A
S
= Diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm
2
)
f
y
= Giới hạn chảy qui định của cốt thép (Mpa).
d
S
= Khoảng cách tải trọng từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu
kéo không ứng suất trớc (mm)
A'
S
= Diện tích cốt thép chịu nén (mm
2
)
f'
y
= Giới hạn chảy qui định của cốt thép chịu nén (Mpa).
d'
p
= Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén
(mm)
f
'
c
= Cờng độ chịu nén qui định của bê tông ở tuổi 28 ngày (Mpa)
b = Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)
b
w
= Chiều dày của bản bụng hoặc mặt cắt tròn (mm)
1
= Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất qui định trong điều 5.7.2.2
h
1
= Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T(mm)
a = c
1
; chiều dày của khối ứng suất tơng đơng (mm)(theo Điều 5.7.2.2)
bf
fA
bf
fAfAfA
ca
c
ys
wc
ycyspsps
'
1
1
'
''
1
85.085.0
=
+
==
Theo trạng thái giới hạn cờng độ I Cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ khả năng
chịu lực
4.5.1 Bố trí cốt thép chịu mômen âm của bản mặt cầu(cho 1 mét dài bmc) và kiểm
toán theo THGH Cờng độ 1.
+ Không xét đến cốt thép chịu nén(sẽ bố trí cho mômen dơng của bản mặt cầu)
+ Mômen tính toán cho mômen âm của bản mặt cầu
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
16
M
u
=39,621 KNm (Xem bảng 4-b)
+ Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ
+ Bố trí 5 thanh cốt thép
16
=> Diện tích cốt thép A
s
=5.
4
16.1416,3
2
=1005,312mm
2
d
p
=t
s
-60-
2
0
d
=200-60-
2
16
=132 mm
1
=0.85-(12/7)0.05=0.764 > 0.65
1000.764,0.40.85,0
420.312,1005
85.0
1
'
==
fc
ys
bf
fA
c
=
16,249mm
a=
.c=0,764.16,249=15,419 mm
M
n
=A
s
.f
s
.(d
p
-
2
a
)=1005,312.420.(132-
2
419,15
).10
-6
=53,115
M
r
=
.M
n
=0,9.53,115=47,80 KNm >M
u
=39,621 Thoả mn
Vậy mặt cắt thoả mn về cờng độ.
+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa (A5.7.3.3.1)
Phải thoả mn điều kiện
42.0
e
d
c
d
e
=d
P
=132 mm (Do coi A
ps
= 0 (A5.7.3.3.1-2))
c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục TH, c=16,249
e
d
c
=
132
429,16
=0,124<0,42 Thoả mn
Vậy mặt cắt giữa nhịp thoả mn về hàm lợng thép tối đa.
+ Lợng cốt thép tối thiểu
Phải thỏa mn
min
0,03
y
c
f
f
'
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
17
Trong đó:
min
- Tỷ lệ giũă thép chịu kéo và diện tích nguyên
min
=
200
.
1000
312,1005
=0,005
y
c
f
f
'
=
420
40
=0,095 => 0,03.
y
c
f
f
'
=0,03.0,095=0,0028
=>
min
0,03
y
c
f
f
'
Vậy mặt cắt thoả mn về hàm lợng thép tôi thiểu
Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép
Theo Điều 5.10.3.2 Trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá 1.5 chiều
dày cấu kiện hoặc 450mm
S
max
1.5x200=250 (mm)
4.5.2 Bố trí cốt thép dơng cho bản mặt cầu( cho 1 mét dài bmc) và kiểm toán theo
THGH Cờng đô 1.
+ Không xét đến cốt thép chịu nén (bố trí cho mômen âm của bản mặt cầu)
+ Mômen tính toán cho mômen dơng của bản mặt cầu
M
u
=35,543 KNm(Xem bảng 4-b)
+ Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ
+ Bố trí 4 thanh cốt thép
14
=> Diện tích cốt thép A
s
=4.
4
14.1416,3
2
=615,752mm
2
d
p
=t
s
-25-
2
0
d
=200-25-
2
14
=168 mm
1
=0.85-(12/7)0.05=0.764 > 0.65
1000.764,0.40.85,0
420.725,615
85.0
1
'
==
fc
ys
bf
fA
c
=9,955mm
a=
.c=0,764.9,955=7,605 mm
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
18
M
n
=A
s
.f
s
.(d
p
-
2
a
)=615,752.420.(132-
2
605,7
).10
-6
=42,464
M
r
=
.M
n
=0,9.42,464=38,218 KNm >M
u
=35,543 Thoả mn
Vậy mặt cắt thoả mn về cờng độ.
+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa (A5.7.3.3.1)
Phải thoả mn điều kiện
42.0
e
d
c
d
e
=d
P
=168 mm (Do coi A
ps
= 0 (A5.7.3.3.1-2))
c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục TH, c=9,955
e
d
c
=
168
955,9
=
0,059<0,42 Thoả mn
Vậy mặt cắt thoả mn về hàm lợng thép tối đa.
+ Lợng cốt thép tối thiểu
Phải thỏa mn
min
0,03
y
c
f
f
'
Trong đó:
min
- Tỷ lệ giũă thép chịu kéo và diện tích nguyên
min
=
200
.
1000
752,615
=0,003
y
c
f
f
'
=
420
40
=0,095 => 0,03.
y
c
f
f
'
=0,03.0,095=0,0028
=>
min
0,03
y
c
f
f
'
Vậy mặt cắt thoả mn về hàm lợng thép tôi thiểu
Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép
Theo Điều 5.10.3.2 Trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá 1.5 chiều
dày cấu kiện hoặc 450mm
S
max
1.5x200=250 (mm)
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
19
4.5.3 Bố trí cốt thép âm cho phần hẫng của bản mặt cầu( cho 1m dài bmc) và kiểm
toán theo THGH Cờng đô 1.
Để thận tiên cho thi công: Bố trí 2 mặt phẳng lới cốt thép cho bản mặt cầu nên cốt
thép âm cho phần hẫng đợc bố trí giống cốt thép âm(5 thanh
16). Chỉ tiến hành kiểm
toán.
+ Mômen tính toán cho phàn hẫng của bản mặt cầu
M
u
=28,575Xem bảng 4-b)
Do mômen tính toán M
u
< Mômen tính toán của mômen âm của bản mặt cầu nên
chắc chắn các kiểm toán trong kiểm toán về cờng dộ thoả mn.
3.5.4 Bố trí cốt thép co ngót và nhiệt độ
Theo Điều A5.10.8 cốt thép cho các ứng suất co ngót và nhiệt độ phải đợc đặt gần
bề mặt bê tông lộ ra trớc các thay đổi nhiệt độ hàng ngày. Đối với các cấu kiện mỏng
hơn 1200mm diện tích cốt thép mỗi hớng không đợc nhỏ hơn:
y
g
S
f
A
A 75,0
A
g
= Tổng diện tích mặt cắt
Chiều dày có hiệu 200mm => Chiều dày thực =200+30 =230mm => A
g
=230x1 =
230mm
2
mmmm
f
A
A
y
g
S
/431.0
400
230
75,075,0
2
==
Cốt thép do co ngót và nhiệt độ không đợc đặt rộng hơn hoặc 3.0 lần chiều dày cấu
kiện(3.200=600mm) hoặc 450 mm. Cốt thép co ngót và nhiệt độ theo phơng dọc cầu
0.5A
S
=0.2065
4.5.5 Kiểm tra bản mặt cầu theo trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm toán nứt)
Theo Điều 5.5.2 các vấn đề phải kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng là nứt ,
biến dạng và ứng suất trong bê tông
Do nhịp của bản nhỏ và không có thép dự ứng lực nên trong đồ án này chỉ kiểm toán
nứt đỗi với bản mặt cầu theo Điều 5.7.3.4
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
20
32
200
1000
68
Các cấu kiện phải đợc cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép ở trạng thái giới
hạn sử dụng f
sa
không đợc vợt quá
( )
f
Ad
Z
ff
c
sas
6,0
3/1
=
(5.7.3.4-1)
Trong đó :
d
c
=chiều cao phần bê tông tính từ thớ ngoài cùng chịu kéo cho đến tâm của thanh
hay sợi đặt gần nhất ; nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tĩnh của lớp bê tông
bảo vệ d
c
không lớn hơn 50 mm .
Z = Thông số bề rộng vết nứt (N/mm).
Lấy Z= 23000 N/mm đối với các cấu kiện trong môi trờng khác nghiệt và khi thiết
kế theo phơng ngang
f
sa
= ứng suất kéo trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng
A = Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và
đợc bao bởi các mặt cắt cuả mặt cắt ngang và đờng thẳng song song với trục trung
hoà, chia cho số lợng của các thanh hay sợi (mm
2
)
4.5.5.1 Kiểm tra nứt đối với mô men dơng
Mô men dơng lớn nhất là M = 21,415KNm/m (Xem bảng 4-b)
Tính f
s
:
Xác định vị trí trục trung hoà :
+ Lấy mômen tĩnh với trục qua cạnh dới của mặt cắt:
''
2
dAndAn
h
hbS
ss
++=
=1000.200.100+
48,33994
200000
.1005,312.(200-68)+
48,33994
200000
.615,752.32
=20896647,03 mm
3
+ Diện tích mặt cắt
'
ss
AnAnhbA
+
+
=
=1000.200+
48,33994
200000
.1005,312+
48,33994
200000
.615,752
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
21
=209537,219 mm
2
+ Khoảng cách từ THH đến mép dới của mặt cắt:
219,209537
03,20896647
==
A
S
y
=99,73 mm
Xác định mô men quán tính của mặt cắt bị nứt tính đổi ra bê tông
222
3
)'(')()
2
.(.
3
ydnAydnA
h
yhb
bh
I
Sscr
+++=
22
3
)73,99132.(312,1005
48,33994
200000
)73,99100.(200.1000
12
200.1000
++=
cr
I
2
)3273,99.(312,1005
48,33994
200000
+
=
689458805,2 mm
4
ứng suất trong cốt thép ở mép dới bản :
Mpa
I
My
nf
cr
s
769,123
2,689458805
10).3273,99.(415,21
48,33994
200000
6
=
=
=
d
c
= 25 +14/2 = 32mm < 50 mm
A =
4
1000.32.2
=16000 mm
2
(Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép
chủ chịu kéo và đợc bao bởi các mặt cắt cuả mặt cắt ngang và đờng thẳng song song
với trục trung hoà, chia cho số lợng của các thanh hay sợi )
=>
( )
MpaxfMpa
Ad
Z
f
y
c
sa
2524206.06,05,287
)16000.32(
23000
3/13/1
==>===
do vậy lấy f
sa
=0.6f
y
=252 Mpa > f
S
= 123,769 Mpa Thoả mn
4.5.5.2 Kiểm tra nứt đối với mô men âm
Mô men âm lớn nhất là M= -23,251KNm/m (Xem bảng 3-b)
Khoảng cách từ TTH đến mép trên của mặt cắt: y=200-99,73=100,27 mm
ứ
ng suất trong cốt thép ở mép trên bản :
Mpa
I
My
nf
cr
s
025,64
2,689458805
10).6827,100.(251,23
48,33994
200000
6
=
=
=
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
22
d
c
= 60 +16/2 = 68mm < 50 mm =>d
C
= 50 mm(theo điều trên)
A =
5
1000.68.2
=27200 mm
2
=>
( )
MpaxfMpa
x
Ad
Z
f
y
c
sa
2524206.06,0207
)2720050(
23000
3/13/1
==<===
do vậy lấy f
sa
=207 Mpa > f
S
= 64,025 Mpa Thoả mn
Vậy bản mặt cầu thoả mn điều kiện kiểm toán nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng
.
5 Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải
Tải trọng tác dụng nên dầm chủ
Tĩnh tải : Tĩnh tải giai đoạn 1 DC1và tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2+ DW)
Hoạt tải gồm cả lực xung kích(IL+IM) : Xe HL 93
Nội lực do căng cáp ứng suất trớc
Ngoài ra còn các tải trọng: Co ngót, từ biến, nhiệt độ, lún, gió, động đất. Trong
khuôn khổ đồ án TKMH sinh viên không xét đến các tải trọng này.
5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ.
Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo bảng 3.5.1.1 AASHTO,giả thuyết tĩnh tĩnh tải
phân bố đều cho mỗi dầm, riêng lan can thì một mình dầm biên chịu.
+ Tải trọng bản thân dầm DC
dc
Thành phần tĩnh tải DC bên trên bao gồm toàn bộ tĩnh tải kết cấu trừ tĩnh tải lớp mặt
hao mòn dự phòng và tải trọng dự chuyên dụng . Do mục đích thiết kế , 2 phần của tĩnh
tải đợc định nghĩa nh sau:
Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ xuất hiện ở giai đoạn căng ứng suất trớc.
g
DC1(dc)
=
.A
g
Trong đó:
- Trọng lợng riêng của dầm,
=24 KN/m
3
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
23
600
300 200
300
w=300 kg/m
A
g
Diện tích mặt cắt ngang của dầm khi cha mở rộng. Với kích
thớc đ chọn nh trên, ta tính đợc A
g
=52400 mm
2
. Do dầm có mở rộng về 2 phía
gối(xem bản vẽ) nên tính thêm phần mở rông ta có đợc trọng lợng bản thân của
dâm chủ g
DC1(dc)
= 13,17 KN/m
+ Tải trọng do dầm ngang: DC1
dn
Theo chiều dọc cầu bố trí 4 dầm ngang(xem bản vẽ), theo chiều ngang cầu bố trí 4
dầm ngang, suy ra tổng số dầm ngang = 4.4=16
2300
200
920
Trọng lợng một dầm ngang: DC1
dn
= 2300.920.200.10
-9
.24=10,1568 KN
Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ do dầm ngang:
g
DC1(dn)
=
5.4,20
1568,10.16
=1,59 KN/m
+ Tải trọng do các tấm đỡ BTCT(khi đổ BT bản mặt cầu)
1900
80
Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ do các tấm đỡ:
g
DC!(đỡ)=
21000
.
5
4.24.10.21000.80.1900
9
=2,918KN/m
+ Tải trọng do bản mặt cầu
Bản mặt cầu dày 200mm, rộng 12000mm
g
DC(bmc)=
5
10.24.12000.200
6
=11,52KN/m
+ Tải trọng do lan can
DC2 : Trọng lợng lan can xuất hiện ở giai đoạn
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
24
khai thác sau các mất mát
Ta sử dụng loại lan can theo tiêu chuẩn AASHTO
=> Tĩnh tải DC2 tác dụng cho dầm biên
g
DC2
= 7.548 KN/m
+ Tải trọng của lớp phủ
Lớp phủ dày 75mm tỷ trọng 22,5 KN/m3
g
DW
= (12000-2.500).0.075x22,5.10
-3
= 18,315KN/m => phân bố cho 1 dầm
g
DW
= 18,315/5 = 3,663KN/m
Bảng tổng kết Bảng 5.1
Do bản mặt cầu g
DC1(bmc)
11.52 KN/m
Do TLBT dầm chủ g
DC1(dc)
13.17 KN/m
Do TLBT dầm ngang g
DC1(dn)
1.59 KN/m
Do lớp phủ mặt cầu g
DW
3.663 KN/m
Do tấm dỡ bằng BTCT g
DC1(dỡ)
2.92 KN/m
Do lan can g
DC2
7.548 KN/m
5.2 Các hệ số cho tĩnh tải
p
(Bảng A3.4.1-2) Bảng 5.2
Loại tải trọng TTGH Cờng độ1
TTGH Sử dụng
DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1
DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1
5.3 Xác định nội lực
Ta tính toán nội lực dầm chủ tại 4 mặt cắt: MC giữa nhịp, MC 1/4 nhịp, MC cách
gối 0,8m và MC gối
Để xác định nội lực, ta vẽ đờng ảnh hởng cho các MC cần tính rồi xếp tĩnh tải rải
đều lên đờng ảnh hởng. Nội lực đợc xác định theo công thức:
+ Mômen: M
u
=
.
p
.
.g
+ Lực cắt: V
u
=
.g(
p
.
+
+.
p
.
-
) (Tơng tự nh tính toán bản mặt cầu với mục
đích tạo ra hiệu ứng tải lớn nhất)
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL
25
Trong đó:
- Diện tích đờng ảnh hởng mômen tại mặt cắt đang xét
+
-Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt dơng tại mặt cắt đang xét
+
-Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét
: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác
xác định theo Điều 1.3.2
=
i
D
R
0.95
Hệ số liên quan đến tính dẻo
D
= 0.95 (theo Điều 1.3.3)
Hệ số liên quan đến tính d
R
= 0.95(theo Điều 1.3.4)
Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác
i
= 1.05 (theo Điều 1.3.5)
= 0.95
5.3.1 Mômen
+ Đờng ảnh hởng mômen mặt cắt giữa nhịp
- Trạng thái giới hạn cờng độ 1
Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can)
M
u
=0,95.(1,25.g
DC1(bmc)
+1,25.g
DC1(dc)
+1,25.
DC1(dn)
+1,25.g
DC1(đỡ)
+1,5.g
DW
).
=0,95.(1,25.11,52+1,25.13,17+1,25.1,59+1,25.2,92+1,5.3,663).52,02
=2075,36 KNm
Dầm ngoài(chịu toàn bộ tải trọng do lan can)
M
u
=0,95.(1,25.g
DC1(bmc)
+1,25.g
DC1(dc)
+1,25.
DC1(dn)
+1,25.g
DC1(đỡ)
+1,5.g
DW
+1,25.g
DC2
).
=0,95.(1,25.11,52+1,25.13,17+1,25.1,59+1,25.2,92+1,5.3,663+1,25.7,548).52,02
MC Giua nhip
=52,02
m2
