ĐỒ án môn học THIẾT kế cầu bê TÔNG cốt THÉP tiêu chuẩn thiết kế tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823 2017 hoạt tải thiết kế HL 93 chiều dài dầm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.45 MB, 98 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN CẦU VÀ CƠNG TRÌNH NGẦM
ĐỒ ÁN MƠN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TƠNG CỐT THÉP
_
NHĨM:
05
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Nguyễn Phạm Doanh
230164
64CD1
Nguyễn Thị Ngọc Hân
68764
64CD3
Trần Trọng Đức
59364
64CD1
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. Cù Việt Hưng
GIẢNG VIÊN CHẤM:
TS. Cù Việt Hưng
Hà Nội, 11/07/2022
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
CHƯƠNG 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ, LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ............3
1.1.
SỐ LIỆU THIẾT KẾ......................................................................................3
1.1.1.
Tiêu chuẩn và tải trọng thiết kế.......................................................................3
1.1.2.
Vật liệu...........................................................................................................3
1.1.2.1. Bê tông............................................................................................................ 3
1.1.2.2. Cốt thép thường..............................................................................................4
1.1.2.3. Cáp dự ứng lực...............................................................................................4
1.2.
LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CƠ BẢN..........................................................5
1.2.1.
Lựa chọn số dầm chủ......................................................................................5
1.2.2.
Lựa chọn kích thước bản mặt cầu, lan can và lớp phủ....................................5
1.2.2.1. Bề dày bản mặt cầu.........................................................................................5
1.2.3.
Lựa chọn tiết diện dầm chủ.............................................................................6
1.2.3.1. Chọn chiều cao dầm chủ.................................................................................6
1.2.3.2. Chọn tiết diện dầm chủ...................................................................................6
1.2.4.
Lựa chọn số lượng và kích thước dầm ngang.................................................8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU..............................................................11
2.1.
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN MẶT CẦU...................................................11
2.1.1.
Trọng Lượng Các Bộ Phận...........................................................................11
2.1.1.1. Trọng lượng lan can.....................................................................................11
2.1.1.2. Lớp phủ mặt cầu...........................................................................................11
2.1.1.3. Bản mặt cầu dày 200mm...............................................................................11
2.1.1.4. Bản hẫng.......................................................................................................11
2.2.
Xác định nội lực do tĩnh tải...........................................................................11
2.2.1.1. Nội lực do bản mặt cầu Ws (trừ phần cánh hẫng)........................................16
2.2.1.2. Nội lực do trọng lượng bản hẫng Wo...........................................................16
2.2.1.3. Nội lực do lan can.........................................................................................17
2.2.1.4. Nội lực do lớp phủ bản mặt cầu Wdw...........................................................17
2.2.2.
Xác định nội lực do hoạt tải..........................................................................18
vi
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.2.2.1. Momen dương lớn nhất do hoạt tải...............................................................18
2.2.2.2. Momen âm lớn nhất tại gối 300 do hoạt tải..................................................20
2.2.2.3. Momen âm lớn nhất tại gối 200 do hoạt tải..................................................21
2.2.3.
Tổ hợp nội lực bản........................................................................................21
2.2.3.1. TTGH cường độ I..........................................................................................22
2.2.3.2. TTGH sử dụng I............................................................................................22
2.3.
TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP BẢN MẶT CẦU....................................23
2.3.1.
Thơng số tính tốn........................................................................................23
2.3.2.
Kiểm tra sức kháng Momen với thép đã chọn..............................................24
2.4.
KIỂM TOÁN DIỆN TÍCH BẢN MẶT CẦU...............................................24
2.4.1.
Cốt thép chịu momen dương.........................................................................24
2.4.2.
Cốt thép chịu momen âm..............................................................................25
2.4.3.
Cốt thép phân bố...........................................................................................26
2.4.4.
Cốt thép chống co ngót và nhiệt độ...............................................................26
2.5.
KIỂM TRA NỨT VỚI TTGH SỬ DỤNG I.................................................26
2.5.1.
Kiểm tra cốt thép chịu Momen dương..........................................................27
2.5.2.
Kiểm tra cốt thép chịu momen âm................................................................28
CHƯƠNG 3. TÍNH NỘI LỰC DẦM CHỦ..............................................................31
3.1.
Kích thước mặt cắt ngang dầm.....................................................................31
3.1.1.
Diện tích mặt cắt ngang dầm........................................................................32
3.1.1.1. Mặt cắt đầu dầm...........................................................................................32
3.1.1.2. Các mặt cắt khác của dầm............................................................................32
3.1.2.
Khoảng cách đáy dầm đến trọng tâm mặt cắt...............................................33
3.1.2.1. Mặt cắt đầu dầm...........................................................................................33
3.1.2.2. Các mặt khác của dầm..................................................................................33
3.1.3.
Momen quán tính đối với tọa độ địa phương................................................34
3.1.3.1. Mặt cắt đầu dầm...........................................................................................34
3.1.3.2. Các mặt cắt khác của dầm............................................................................35
3.2.
TÍNH NỘI LỰC DẦM CHỦ CHƯA CĨ HỆ SỐ TẢI TRỌNG...................35
3.2.1.
Nội lực do tĩnh tải.........................................................................................35
3.2.1.1. Tĩnh tải giai đoạn 1(giai đoạn kéo căng cáp dự ứng lực )............................35
3.2.1.2. Tĩnh tải giai đoạn 2 (giai đoạn đổ bản mặt cầu)...........................................36
3.2.1.3. Tĩnh tải giai đoạn 3 (Giai đoạn khai thác)....................................................37
i
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
3.2.1.4. Đường ảnh hưởng momen và lực cắt dầm chủ.............................................37
3.2.1.5. Tính nội lực do tĩnh tải.................................................................................37
3.2.2.
Nội lực do hoạt tải........................................................................................39
3.2.2.1. Tính hệ số phân phối Momen và hệ số phân phối lực cắt.............................39
3.2.2.2. Tính hệ số phân phối Momen........................................................................40
3.2.2.3. Tính hệ số phân phối lực cắt.........................................................................42
3.2.2.4. Tính nội lực do hoạt tải (khơng hệ số)..........................................................43
3.3.
TỔ HỢP NỘI LỰC DẦM CHỦ THEO CÁC TTGH...................................49
3.3.1.
TTGH cường độ I.........................................................................................49
3.3.2.
TTGH sử dụng I............................................................................................50
3.3.3.
TTGH sử dụng III.........................................................................................50
3.4.
TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CÁP DỰ ỨNG LỰC..........................................51
3.4.1.
Chọn số lượng cáp dự ứng lực......................................................................51
3.4.2.
Bố trí cáp dự ứng lực....................................................................................52
3.5.
TÍNH LẠI ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN...........................55
3.5.1.
Tính lại chiều rộng có hiệu của bản..............................................................55
3.6.
TÍNH TOÁN MẤT MÁT ỨNG SUẤT TRONG CÁP DỰ ỨNG LỰC......59
3.6.1.
Mất mát tức thời...........................................................................................59
3.6.1.1. Mất mát do ma sát........................................................................................59
3.6.1.2. Mất mát do trượt neo....................................................................................64
3.6.1.3. Mất mát do co ngắn đần hồi.........................................................................65
3.6.2.
Mất mát theo thời gian..................................................................................66
3.6.3.
Tổng hợp ứng suất mất mát..........................................................................68
CHƯƠNG 4. KIỂM TOÁN DẦM CHỦ..................................................................69
4.1.
KIỂM TRA THEO TRANG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I...................69
4.1.1.
Kiểm tra sức kháng uốn mặt cắt Ls/2............................................................69
4.1.2.
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu..........................................................70
4.1.3.
Kiểm tra sức kháng cắt.................................................................................71
4.2.
KIỂM TỐN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG.................................75
4.2.1.
Kiểm tốn ứng suất trong bê tơng.................................................................75
4.2.1.1. Kiểm tốn giai đoạn 1 (giai đoạn căng cáp dự ứng lực )..............................75
4.2.1.2. Kiểm toán giai đoạn 2( giai đoạn đổ bản mặt cầu).......................................76
4.2.1.3. Kiểm toán giai đoạn 3 (khai thác)................................................................77
vi
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
4.3.
Kiểm toán võng............................................................................................78
4.3.1.
Độ võng của dầm giai đoạn 1.......................................................................79
4.3.1.1. Độ võng của dầm do tĩnh tải giai đoạn 1......................................................79
4.3.1.2. Độ võng của dầm do momen căng dự ứng lực tập trung..............................79
4.3.1.3. Độ võng của dầm do lực căng cáp phân bố đều...........................................80
4.3.1.4. Độ võng của dầm trong giai đoạn 1 do tĩnh tải và DƯL...............................80
4.3.2.
Độ võng của dầm trong giai đoạn đoạn 2......................................................82
4.3.2.1. Độ võng của dầm do tĩnh tải giai đoạn 2......................................................82
4.3.2.2. Độ võng của dầm giai đoạn 2.......................................................................82
4.3.2.3. Độ võng của dầm trong giai đoạn 3.............................................................82
4.3.3.
Độ võng của dầm do họa tải.........................................................................83
4.3.3.1. Trường hợp 1 : Do chỉ một mình xe tải thiết kế............................................83
4.3.3.2. Trường hợp 2 : 25% xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế.........................83
4.3.3.3. Độ võng giới hạn của dầm khi chịu hoạt tải.................................................83
CHƯƠNG 5. THI CƠNG KẾT CẤU NHỊP CẦU...................................................84
5.1.
TRÌNH TỰ CHẾ TẠO DẦM CHỦ..............................................................84
5.2.
TRÌNH TỰ LAO LẮP DẦM CHỦ VÀ THI CƠNG BẢN MẶT CẦU........87
5.3.
HOÀN THIỆN CẦU....................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................89
i
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Mặt cắt ngang cầu.........................................................................................5
Hình 1-2. Mặt cắt ngang dầm........................................................................................7
Hình 1-3. Mặt cắt ngang lan can...................................................................................8
Hình 1-4. Mặt cắt ngang dầm – đầu dầm......................................................................8
Hình 1-5. Mặt cắt ngang dầm – giữa nhịp.....................................................................8
Hình 1-6. Khối dầm ngang tại gối.................................................................................8
Hình 1-7. Khối dầm ngang trung gian...........................................................................8
Hình 1-8. Kí hiệu kích thước và quy đổi mặt cắt ngang dầm.........................................9
Hình 1-9. Mặt cắt dọc dầm............................................................................................9
Hình 2-1. Tải trọng do bản mặt cầu tác dụng vào dải bản..........................................16
Hình 2-2. Tải trọng do bản hẫng tác dụng vào dải bản...............................................16
Hình 2-3. Tải trọng do lan can tác dụng lên dải bản...................................................17
Hình 2-4 Tải trọng do lan can tác dụng lên dải bản....................................................17
Hình 2-5. Sơ đồ xếp xe 1 làn lên đường ảnh hưởng M204...........................................19
Hình 2-6. Sơ đồ xếp xe 2 làn xe lên đường ảnh hưởng M204......................................19
Hình 2-7. Sơ đồ xếp xe 3 làn xe lên đường ảnh hưởng M204......................................20
Hình 2-8. Sơ đồ xếp xe 1 làn lên đường ảnh hưởng M300...........................................20
Hình 2-9. Sơ đồ xếp xe làn 1 lên đường ảnh hưởng M200...........................................21
Hình 2-10. Chiều cao có hiệu của bản mặt cầu...........................................................24
Hình 2-11. Kiểm tra nứt...............................................................................................27
Hình 2-12 Tiết diện bản tại vị trí 204..........................................................................28
Hình 2-13. Tiết diện bản tại vị trí 200.........................................................................29
Hình 3-1 Kích thước dọc dầm......................................................................................36
Hình 3-2 ĐAH Momen và lực cắt dầm chủ..................................................................37
Hình 3-3. Hoạt tải HL-93............................................................................................40
Hình 3-4. Xếp 1 làn xe tính hệ số phân phối momen đối với dầm biên........................41
Hình 3-5. Xếp hoạt tải lên ĐAH lực cắt tại tiết diện gối..............................................44
Hình 3-6. Xếp hoạt tải lên ĐAH lực cắt tại tiết diện 0,1Ls..........................................44
Hình 3-7. Xếp hoạt tải lên ĐAH momen tại tiết diện 0,1Ls.........................................45
v
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
Hình 3-8. Xếp hoạt tải lên ĐAH lực cắt trên tiết diện 0,2 Ls......................................45
Hình 3-9. Xếp hoạt tải lên ĐAH momen tại tiết diện 0,2Ls.........................................46
Hình 3-10. Xếp hoạt tải lên ĐAH lực cắt trên tiết diện 0,3 Ls....................................46
Hình 3-11. Xếp hoạt tải lên ĐAH momen tại tiết diện 0,3Ls.......................................47
Hình 3-12. Xếp hoạt tải lên ĐAH lực cắt trên tiết diện 0,4 Ls....................................47
Hình 3-13. Xếp hoạt tải lên ĐAH momen tại tiết diện 0,4Ls.......................................48
Hình 3-14. Xếp hoạt tải lên ĐAH lực cắt trên tiết diện 0,5 Ls....................................48
Hình 3-15. Xếp hoạt tải lên ĐAH momen tại tiết diện 0,5Ls.......................................49
Hình 5-1. Chuẩn bị mặt bằng......................................................................................84
Hình 5-2. Tạo hố móng................................................................................................84
Hình 5-3. Đổ cát vào hố móng.....................................................................................85
Hình 5-4. Đổ bê tơng vào bệ đúc.................................................................................85
Hình 5-5. Lớp đặt ván khn và đổ bê tơng.................................................................86
Hình 5-6. Căng cáp dự lực..........................................................................................86
Hình 5-7. Vận chuyển dầm vào vị trí lao lắp...............................................................87
Hình 5-8. Vận chuyển dầm chủ lên cơng trình.............................................................87
Hình 5-9. Thi cơng bản mặt cầu..................................................................................88
v
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Đặc trưng của vật liệu bê tông dầm..............................................................3
Bảng 1-2. Đặc trưng của vật liệu bê tông bản mặt cầu..................................................4
Bảng 1-3. Đặc trưng vật liệu của cốt thép thường.........................................................4
Bảng 1-4. Thống kê các kích thước dầm chủ.................................................................6
Bảng 2-1.Diện tích đường ảnh hưởng phía trong........................................................15
Bảng 2-2. Diện tích đường ảnh hưởng phần mút thừa.................................................15
Bảng 2-3 Tổ hợp tải trọng theo các trạng thái giới hạn..............................................23
Bảng 3-1. Diện tích mặt cắt ngang dầm I (m2)............................................................32
Bảng 3-2 Khoảng cách đáy dầm đến trọng tâm các diện tích......................................34
Bảng 3-3 Momen quán tính đối với tọa độ địa phương các mặt cắt (𝑚4)...................35
Bảng 3-4. Giá trị Momen do tĩnh tải tại các tiết diện..................................................39
Bảng 3-5. Giá trị lực cắt do tĩnh tải tại các tiết diện...................................................39
Bảng 3-6 Lực cắt,Momen lớn nhất do hoạt tải tại các tiết diện...................................49
Bảng 3-73-8. Tổ hợp nội lực theo TTGH cường độ I...................................................50
Bảng 3-9. Tổ hợp nội lực theo TTGH sử dụng I...........................................................50
Bảng 3-10. Tổ hợp nội lực theo TTGH sử dụng III......................................................50
Hình:3-11. Bố trí thép dự ứng lực trên mặt cắt giữa dầm và đầu dầm........................52
Hình 3-12.Mặt bằng bố trí thép dự ứng lực trên chiều dài dầm..................................52
Hình 3-13. Đồ thị parabol biểu diễn tọa độ cáp dự ứng lực........................................52
Hình 3-14. Đồ thị parabol phương trình cáp dự ứng lực.............................................54
Bảng 3-15 Chi tiết bố trí cáp dự ứng lực.....................................................................54
Bảng 3-16 Bố trí cốt thép dự úng lực theo phương đứng Yi.........................................55
Bảng 3-17. Bố trí cốt thép dự úng lực theo phương ngang..........................................55
Bảng 3-18. Diện tích mặt cắt ngang............................................................................55
Bảng 3-19. Khoảng cách từ đáy dầm đến trọng tâm tiết diện......................................56
Bảng 3-20 Momen quán tính với tọa độ địa phương và toàn bộ tiết diện....................57
Bảng 3-21 Đặc trưng tiết diện ở các giai đoạn............................................................58
Bảng 3-22 Tọa độ của cáp tại các mặt cắt theo phương đứng.....................................59
Bảng 3-23 Chiều dài tích lũy l (m) bó cáp tại các tiết diện..........................................60
v
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
Hình 3-24 Góc 𝛼0, 𝛼𝑥 của bó cốt thép........................................................................60
Bảng 3-25 Góc α0 của các bó cốt thép........................................................................61
Bảng 3-26. Góc 𝛼𝑛 của các bó cốt thép......................................................................61
Bảng 3-27. Góc 𝛼𝑥, 𝛼 của các bó cốt thép tại tiết diện neo...............................................63
Bảng.3-28 Góc 𝛼𝑥, 𝛼 của các bó cốt thép tại tiết diện gối...........................................63
Bảng .3-29. Góc 𝛼𝑥, 𝛼 của các bó cốt thép tại tiết diện 0,1Ls...........................................63
Bảng.3-30. Góc 𝛼𝑥, 𝛼 của các bó cốt thép tại tiết diện 0,2Ls......................................63
Bảng 3-31. Góc 𝛼𝑥, 𝛼 của các bó cốt thép tại tiết diện 0,3Ls............................................63
Bảng.3-32 Góc 𝛼𝑥, 𝛼 của các bó cốt thép tại tiết diện 0,4Ls.......................................64
Bảng.3-33. Góc 𝛼𝑥, 𝛼 của các bó cốt thép tại tiết diện Ls/2........................................64
Bảng 3-34. Mất mát do ma sát (MPa)..........................................................................64
Bảng 3-35. Lực căng 𝑃𝑖 tại các mặt cắt.......................................................................66
Bảng 3-36 tính 𝑓𝑐𝑔𝑝 tại các mặt cắt...........................................................................66
Bảng.3-37 Tính mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 𝛥𝑓𝑝𝐸𝑆....................................66
Bảng 3-38. Mất mát theo thời gian tại các mặt cắt......................................................68
Bảng 3-39. Tổng hợp ứng suất mất mát (MPa)............................................................68
Hình 4-1. Bố trí cốt đai kháng cắt vị trí tính tốn........................................................73
Bảng 4-2. Bảng kiểm toán ứng suất giai đoạn 1..........................................................76
Bảng 4-3 Bảng kiểm toán ứng suất giai đoạn 2...........................................................77
Bảng 4-4 . Bảng kiểm tốn ứng suất giai đoạn 3.........................................................78
Hình 4-5. Sơ đồ kiểm tốn võng...................................................................................78
Hình 4-6. Sơ đồ xếp xe tính võng tại giữa nhịp............................................................83
v
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
LỜI MỞ ĐẦU
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
CHƯƠNG 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ, LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC
SƠ BỘ
1.1.
SỐ LIỆU THIẾT KẾ
1.1.1.
Tiêu chuẩn và tải trọng thiết kế
-
Tiêu chuẩn thiết kế: Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017.
-
Hoạt tải thiết kế: HL-93.
-
Chiều dài dầm: 𝐿 = 32.9𝑚
-
Chiều dài nhịp: 𝐿𝑠 = 32.1𝑚
-
Bề rộng cầu: 11.8𝑚
-
Cầu dầm BTCT DƯL tiết diện chữ I bán lắp ghép căng sau.
1.1.2.
Vật liệu
1.1.2.1. Bê tông
Bê tông dầm
Bảng 1-1. Đặc trưng của vật liệu bê tông dầm
Đặc trưng
Ký hiệu
Đơn vị
Giá trị
Cường độ nén quy định của bê
tông dầm (28 ngày)
𝑓’𝑐
𝑀𝑃𝑎
45
Trọng lượng riêng của bê tơng
dầm (kg/m3)
Với: f ' 35Mpa thì Wc 23,2
Với 35 f ' 105Mpa thì
Wc 2240 2, 29 f '
𝑊𝑐
𝑘𝑁/𝑚3
23,43
Trọng lượng riêng của bê tông
cốt thép bản
𝛾𝑟𝑐
𝑘𝑁/𝑚3
24,5
= 0.0017𝐾 𝑊2𝑓′
𝑀𝑃𝑎
32778
Đối với bê tông thường
1/°𝐶
10,8.10−5
0,5. √𝑓′ < 4,1
MPa
3,35
c
Mô đun đàn hồi của bê tông bản
mặt cầu
Hệ số giãn nở nhiệt
Giới hạn ứng suất kéo
𝐸
𝑐𝑏
0.33
1
𝑐
Hệ số triết giảm
𝑐
𝑐
1
𝜙𝑤
Giới hạn ứng suất nén
0,6. 𝜙𝑤. 𝑓𝑐 ′
3
MPa
27
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
Bê tông bản mặt cầu
Bảng 1-2. Đặc trưng của vật liệu bê tông bản mặt cầu
Đặc trưng
Ký hiệu
Đơn vị
Giá trị
Cường độ nén quy định của bê
tông bản mặt cầu (28 ngày)
𝑓’𝑐
𝑀𝑃𝑎
30
Trọng lượng riêng của bê tông bản
mặt cầu (kg/m3)
Với: f ' 35Mpa thì Wc 23,2
Với 35 f ' 105Mpa thì
Wc 2240 2, 29 f '
𝑊𝑐
𝑘𝑁/𝑚3
Trọng lượng riêng của bê tông cốt
thép bản
𝛾𝑟𝑐
𝑘𝑁/𝑚3
24,5
𝑀𝑃𝑎
28111
𝑘𝑁/𝑚3
22,5
23,2
c
Mô đun đàn hồi của bê tông bản
mặt cầu
𝐸
𝑐𝑏
= 0.0017𝐾 𝑊2𝑓′
1
Trọng lượng riêng của bê tông
nhựa
𝑐
0.33
𝑐
𝛾’𝑤
1.1.2.2. Cốt thép thường
Cốt thép thường theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2:2018 “Thép cốt bê tông”.
Bảng 1-3. Đặc trưng vật liệu của cốt thép thường
Loại thép
Mác thép
Giới hạn chảy
(𝑴𝑷𝒂)
Giới hạn bền
(𝑴𝑷𝒂)
Đường kính
(𝒎𝒎)
Thép có gờ
CB400-V
400
570
≥ 12
Thép trịn trơn
CB240-T
240
380
< 12
1.1.2.3. Cáp dự ứng lực
- Cáp dự ứng lực sử dụng loại tao 12,7mm (0,5”) gồm 7 sợi, có độ chùng thấp
theo tiêu chuẩn ASTM A416-90a, cấp 270.
+
Giới hạn bền
: fpu = 1860 MPa
+
Giới hạn chảy
: fpy = 1670 MPa
+
Mơđun đàn hồi
: E = 197000 Mpa
+
Diện tích một tao cáp 12.7mm
: Apsi = 98,7mm2
+
Trọng lượng đơn vị của tao cáp 12.7mm
: 1,1kg/m
+
Ứng suất trong cáp dự ứng lực khi kích
: fpj = 0,75fpu
+
Đường kính ống ghen
:15,24
: = 0.25/rad
+ Hệ số ma sát góc
4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
+
Hệ số ma sát
: K = 0.0000066/m
+
Độ tụt neo
: 6mm
1.2.
LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CƠ BẢN.
1.2.1.
Lựa chọn số dầm chủ
Lựa chọn mặt cắt ngang cầu với các thơng số chính như sau:
-
Số lượng dầm chủ: 𝑛 = 5
-
Khoảng cách giữa các dầm chủ: 𝑆 = 2360 𝑚𝑚
-
Chiều dài bản cánh hẫng: 𝑆ℎ = 1180 𝑚𝑚
1.2.2.
Lựa chọn kích thước bản mặt cầu, lan can và lớp phủ
1.2.2.1. Bề dày bản mặt cầu
Theo tiêu chuẩn TCVN 11823-9:2017, Điều (7.1.1) “Trừ bản mặt cầu người
đi, chiều dày bản mặt cầu bê tơng, khơng kể bất kì dự phòng nào về mài mòn, xoi rãnh
và lớp mặt bỏ đi, khơng được nhỏ hơn 175 mm”. Ngồi ra, chiều dày tối thiểu theo
điều kiện chịu lực phụ thuộc vào nhịp bản S. Đối với bản đúc tại chỗ liên tục
𝑆 + 3000
2360 + 3000
𝐻𝑚𝑖𝑛 =
Theo tiêu chuẩn 𝐻𝑚𝑖𝑛
=
= 178,67 𝑚𝑚
30
30
≥ 175 𝑚𝑚 nên ta chọn 𝐻𝑚𝑖𝑛 = 180 𝑚𝑚
Lựa chọn bản mặt cầu và lớp phủ mặt cầu như sau:
-
Chọn chiều dày bản mặt cầu BTCT là hs = 200 mm
-
Lớp phòng nước dày 5 mm
-
Lớp áo đường bê tơng asphalt dày 70 mm
11800
10800
500
1
500
i=2%
1
2
i=2%
1180
2360
2360
2360
Hình 1-1. Mặt cắt ngang cầu
5
2360
1180
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
1.2.3.
Lựa chọn tiết diện dầm chủ
1.2.3.1. Chọn chiều cao dầm chủ :
Chọn chiều cao dầm chủ 𝐻 = (
1
−
15
1650 𝑚𝑚
1
) . 𝐿 = 1645 − 2193)𝑚𝑚 =≫ 𝐶ℎọ𝑛 𝐻 =
20
1.2.3.2. Chọn tiết diện dầm chủ
Kích thước sườn dầm
+
Bề rộng 𝑏𝑤 = 650 𝑚𝑚
+
Chiều cao ℎ𝑤 = 1650 𝑚𝑚
Kích thước bản cánh
+
Chiều rộng : 𝑏𝑡 = 850 𝑚𝑚
+
Chều cao 𝑡𝑠 = 200 𝑚𝑚
Bảng 1-4. Thống kê các kích thước dầm chủ
Kí
hiệu
𝑏1
𝑏2
𝑏3
𝑏4
𝑏5
𝑏6
𝑏7
ℎ1
ℎ2
ℎ3
ℎ4
ℎ5
ℎ6
ℎ7
𝐻
Tên kích thước
0,1Ls
Đầu
dầm
650
200
850
650
225
325
2360
650
363
850
650
143
243
2360
650
650
850
650
0
100
2360
250
200
890
110
120
80
200
1650
250
127
990
82
120
80
200
1650
250
0
1160
34
120
80
200
1650
Giữa dầm
Chiều rộng (mm)
Chiều rộng đáy dầm
Chiều dày sườn dầm
Chiều rộng cánh trên
Chiều rộng phần trên của cánh
Chiều rộng phần dốc của đáy dầm
Chiều rộng phần dốc của cánh trên
Chiều rộng bản mặt cầu
Chiều cao (mm)
Chiều cao cánh dưới
Chiều cao nách dưới
Chiều cao sườn dầm
Chiều cao nách dưới
Chiều cao cánh trên
Chiều cao phần trên cánh
Chiều cao bản mặt cầu
Chiều cao dầm
6
ĐỒ ÁN MƠN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TƠNG CỐT
850
100
100
16
9
1
2
8
650
200
225
2
2
225
650
Hình 1-2. Mặt cắt ngang dầm
Lan can được lựa chọn phù hợp các yêu cầu theo các quy định của TCVN
11823-13:2017 và đảm bảo khả năng chống va xô của xe. Mặt cắt ngang lan can được
thể hiện trên Hình 1-3. Diện tích mặt cắt ngang của lan can là 387500 (mm2); trọng
tâm lan can cách mép ngoài là 191mm.
1
2
10
7
300
500
7
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
Hình 1-3. Mặt cắt ngang lan can
850
850
100
650
100
650100
8
1
2
8
120
100
1
200
9
200
225
2
2
2
2
1
225
650
650
Hình 1-4. Mặt cắt ngang dầm – đầu dầm
140
Lựa chọn số lượng và kích thước dầm ngang
140
1.2.4.
Hình 1-5. Mặt cắt ngang dầm – giữa nhịp
1710
Hình 1-6. Khối dầm ngang tại gối
Hình 1-7. Khối dầm ngang trung gian
𝐿 = 32,900 𝑚𝑚 𝑡𝑎 𝑏ố 𝑡𝑟í 5 𝑑ầ𝑚 𝑛𝑔𝑎𝑛𝑔
+
Tại mặt cắt gối 𝑛𝑔 = 2 𝑑ầ𝑚
+
Tại mặt cắt giữa nhịp 𝑛𝑛ℎ = 1 𝑑ầ𝑚
+
Tại mặt cắt L/4 𝑛𝐿/4 = 2 𝑑ầ𝑚
Tổng số lượng dầm ngang toàn cầu :
𝑛𝑛𝑔 = (𝑛𝑛𝑔 − 1) ∗ (𝑛𝑛 + 𝑛𝑛ℎ + 𝑛𝐿 = (6 − 1) ∗ (2 + 2 + 2) = 30 𝑑ầ𝑚
4
Cấu tạo khối dầm ngang tại gối :
+
Chiều cao :ℎ𝑑𝑛 = 1650 − 250 = 1400 𝑚𝑚
+
Bề rộng : 𝑏𝑑𝑛 = 𝑆 − 𝑏3 = 2360 − 650 = 1710 𝑚𝑚
8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
+
Chiều dày sườn : 𝑑𝑑𝑛 = 200 𝑚𝑚
Khối dầm ngang trung gian :
+
Chiều cao :ℎ𝑑𝑛 = 1650 − 250 = 1400 𝑚𝑚
+
Bề rộng :𝑏𝑑𝑛 = 𝑆 − 𝑏2 = 2360 − 200 = 2160 𝑚𝑚
+
Chiều dày sườn :𝑑𝑑𝑛 = 200 𝑚𝑚
1
Hình 1-8. Kí hiệu kích thước và quy đổi mặt cắt ngang dầm
400
500
3110
1790
3425
16450
200
225 225
Hình 1-9. Mặt cắt dọc dầm
9
6650
225
100
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
2.1.
XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN MẶT CẦU
Tính với chiều rộng dải bản ngang rộng 1m
2.1.1.
Trọng Lượng Các Bộ Phận.
2.1.1.1. Trọng lượng lan can.
𝑃𝑏 = 24500 × 10−9 × 387500 = 9,5 (𝑁/𝑚𝑚)
2.1.1.2. Lớp phủ mặt cầu
𝑊𝐷𝑊 = 22500 × 10−9 × 75 = 0,0017 (𝑁⁄𝑚𝑚 . mm)
2.1.1.3. Bản mặt cầu dày 200mm
𝑊𝑆 = 24500 × 10−9 × 200 = 0,005(𝑁⁄𝑚𝑚. 𝑚𝑚)
2.1.1.4. Bản hẫng
𝑊0 = 24500 × 10−9 × 200 = 0,005 (𝑁⁄𝑚𝑚. 𝑚𝑚)
2.2.
Xác định nội lực do tĩnh tải.
- Bản mặt cầu được xem như các dải bản nằm vng góc với dầm chủ. Mơmen
dương lớn nhất của bản nằm ở khu vực giữa hai dầm chủ đầu tiên. Mômen âm lớn nhất
nằm trên đỉnh của hai dầm chủ đầu tiên. Dải bản ngang được coi là dầm liên tục nhiều
kê lên các gối cứng là các dầm chủ, có nhịp bằng khoảng cách hai dầm chủ.
Để xác định lực cắt và mômen uốn tại các vị trí ta lập đường ảnh hưởng nội lực của
dầm liên tục với hai đầu hẫng. Ta lập được các đah cho trường hợp có 6 dầm chủ :
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
+
-1.179
Đ.a.h M200
-
0.481
-0.583
+
Đ.a.h M204
-
0,1027
+
0,077
Đ.a.h M300
-
0,9995
0,631
+
-
Đ.a.h R200
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
-
Chiều dài đoạn bản hẫng : 𝐿 = 1180 (𝑚𝑚)
-
Khoảng cách từ trọng tâm lan can đến gối thứ nhất :
𝐿1 = 1180 − 191 = 989 (𝑚𝑚)
-
Khoảng cách từ mép lan can đến gối thứ nhất :
𝐿2 = 1180 − 500 = 680 (𝑚𝑚)
Bảng 2-1.Diện tích đường ảnh hưởng phía trong
Đườ𝑛𝑔 ả𝑛ℎ ℎưở𝑛𝑔
𝐴𝑑ươ𝑛𝑔
𝐴â𝑚
𝐴𝑘ℎơ𝑛𝑔 ℎẫ𝑛𝑔
𝑀200
0
0
0
𝑀204
0.549
−0.1192
0.0772
𝑀300
0.075
−0.671
−0.1071
𝑅200
2.486
−0.298
0.3928
Bảng 2-2. Diện tích đường ảnh hưởng phần mút thừa
Đườ𝑛𝑔 ả𝑛ℎ ℎưở𝑛𝑔
𝐴𝑑ươ𝑛𝑔
𝐴â𝑚
𝐴ℎẫ𝑛𝑔
𝑅200
1.318
0
1.318
𝑀200
0
−0.696
−0.696
𝑀204
0
−0.343
−0.343
𝑀300
0.188
0
0.188
1
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
2.2.1.1. Nội lực do bản mặt cầu Ws (trừ phần cánh hẫng)
1180
2360
2360
Hình 2-1. Tải trọng do bản mặt cầu tác dụng vào dải bản
𝑀𝑠 = 𝑊𝑠 . 𝐴𝑘ℎô𝑛𝑔 ℎẫ𝑛𝑔. 𝑆2
𝑅𝑠 = 𝑊𝑠 . 𝐴𝑘ℎô𝑛𝑔 ℎẫ𝑛𝑔. 𝑆
𝑅𝑠200 = 0.005 ∗ 0.3928 ∗ 2360 = 4,635 (𝑁/𝑚𝑚)
𝑀𝑠200 = 0.005 ∗ 0 ∗ 23602 = 0(𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀𝑠204 = 0.005 ∗ 0,0772 ∗ 23602 = 2149,866 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀𝑠300 = 0.005 ∗ (−0.1071) ∗ 23602 = −2982,521 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
2.2.1.2. Nội lực do trọng lượng bản hẫng Wo
W0
1180
2360
2360
Hình 2-2. Tải trọng do bản hẫng tác dụng vào dải bản
𝑀0 = 𝑊0 ∗ 𝐴ℎẫ𝑛𝑔 ∗ 𝑆2ℎ
𝑅0 = 𝑊0 ∗ 𝐴ℎẫ𝑛𝑔 ∗ 𝑆ℎ
𝑅0200 = 0.005 ∗ 1,318 ∗ 1180 = 7,762 (𝑁/𝑚𝑚)
𝑀0200 = 0.005 ∗ (−0.696) ∗ 11802 = −4845,55(𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀0204 = 0.005 ∗ (−0.343) ∗ 11802 = −2387,967 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀0300 = 0.005 ∗ 0,188 ∗ 11802 = 1308,86 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
2.2.1.3. Nội lực do lan can
Hình 2-3. Tải trọng do lan can tác dụng lên dải bản
𝑀𝑝𝑏 = 𝑃𝑏 ∗ 𝑦 ∗ 𝐿1
𝑅𝑝𝑏200 = 𝑃𝑏 ∗ 𝑦𝑝𝑏200
𝑅𝑝𝑏200 = 9,5 ∗ (1 + 1,27 ∗
989
2360
) = 14,556 (𝑁/𝑚𝑚)
𝑀𝑝𝑏200 = 9,5 ∗ (−1) ∗ 989 = −9395,5 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀𝑝𝑏204 = 9,5 ∗ (−0,492) ∗ 989 = −4622,586 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀𝑝𝑏300 = 9,5 ∗ 0,27 ∗ 989 = 2536,785 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
2.2.1.4. Nội lực do lớp phủ bản mặt cầu Wdw
500
680
1180
2360
2360
Hình 2-4 Tải trọng do lan can tác dụng lên dải bản
𝑅𝐷𝑊 = 𝑊𝐷𝑊. (𝐴ℎẫ𝑛𝑔 ∗ 𝐿2 + 𝐴𝑘ℎô𝑛𝑔 ℎẫ𝑛𝑔 ∗ 𝑆)
𝑀𝐷𝑊 = 𝑊𝐷𝑊 ∗ (𝐴ℎẫ𝑛𝑔 ∗ 𝐿2 + 𝐴𝑘ℎô𝑛𝑔 ℎẫ𝑛𝑔 ∗ 𝑆2)
1
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
𝑅𝐷𝑊200 = 0,0017 ∗ (1,318 ∗ 680 + 0,3928 ∗ 2360) = 3,099 (𝑁/𝑚𝑚)
𝑀𝐷𝑊200 = 0,0017 ∗ (−0,696 ∗ 6802 + 0 ∗ 2360) = −547,112 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀𝐷𝑊204 = 0,0017 ∗ (−0,343 ∗ 6802 + (0,0772) ∗ 23602)
= 461,33 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀𝐷𝑊300 = 0,0017 ∗ (0,188 ∗ 6802 + (−0,107) ∗ 23602)
= −865,327 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
2.2.2.
Xác định nội lực do hoạt tải
Khi thiết kế bản mặt cầu theo phương pháp dải bản ngang với 𝑆 <= 4600
𝑚𝑚 chỉ cần tính với xe tải thiết kế có tải trọng trục là 145 KN. Mỗi bánh xe trên trục
bằng 72,5kN và cách nhau 1800 mm. Xe tải thiết kế được đặt theo phương ngang
cầu để gây nội lực lớn nhất. Tim của bánh xe cách lề đường không nhỏ hơn 300mm
khi thiết kế bản hẫng và 600mm khi thiết kế các bộ phận khác. Với bản mặt cầu đổ
tại chỗ chiều rộng có hiệu của dải bản trong chịu tải trọng một dãy bánh xe theo
phương ngang cầu là:
-
Khi tính bản hẫng: Swo = 1140 + 0,833* X
-
Khi tính mơmen dương: Swd = 660 + 0,55* 𝑆
-
Khi tính mơmen âm: Swa =1220 + 0,25* 𝑆
(X là khoảng cách từ bánh xe đến tim gối, S là khoảng cách giữa các dầm chủ)
2.2.2.1. Momen dương lớn nhất do hoạt tải.
Với các nhịp bằng nhau, momen dương lớn nhất gần đúng tại điểm 204.
Chiều rộng làm việc dải bản :
𝑆𝑤𝑑 = 660 + 0,55 ∗ 𝑆 = 660 + 0,55 ∗ 2360 = 1958 (𝑚𝑚)
1800
1180
2360
2360
2360
1
2360
1180
ĐỒ ÁN MƠN HỌC
THIẾT KẾ CẦU BÊ TƠNG CỐT
Hình 2-5. Sơ đồ xếp xe 1 làn lên đường ảnh hưởng M204
𝑀𝑆
(𝑦
Một làn xe: Hệ số làn m=1,2
=𝑚 ∗
204
+ 𝑦 ) ∗ 𝑆 ∗ 𝑃 = 1.2 ∗ (0,204 − 0,0255) ∗ 2360 ∗ 72500
1
2
1958
𝑆𝑤𝑑
= 18717,886 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
Hai làn xe: Hệ số làn m = 1
1800
1180
2360
1800
2360
2360
2360
1180
Hình 2-6. Sơ đồ xếp xe 2 làn xe lên đường ảnh hưởng M204
𝑀𝑀 = 𝑚 ∗
+𝑦 + +𝑦 )∗𝑆∗ 𝑃
(𝑦
𝑦
1
2
3
4
204
𝑆𝑤𝑑
72500
= 1 ∗ (0,204 − 0,0255 + 0,0086 − 0,0024) ∗ 2360 ∗
1958
= 16140,025 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
Được tính tốn theo cơng thức 𝑊
10800
3600
= 3600 = 3 .
Ba làn xe: Hệ số làn xe m = 0,85
1800
1180
2360
1800
2360
1800
2360
1
2360
1180
Nhóm: 05
Sinh viên: Nguyễn Phạm Doanh (230164), Nguyễn Thị Ngọc Hân (68764),
Trần Trọng Đức (59364)
Hình 2-7. Sơ đồ xếp xe 3 làn xe lên đường ảnh hưởng M204
𝑃
𝑀 𝐾 = 𝑚 ∗ (𝑦 + 𝑦 + 𝑦 + 𝑦 + 𝑦 + 𝑦 ) ∗ 𝑆 ∗
204
1
2
3
4
5
6
𝑆𝑤𝑑
= 0.85 ∗ (0,204 − 0,025 − 0,0524 + 0,0198 + 0,003576 − 0,0048) ∗ 2360
72500
∗
= 10783,441 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
1958
So sánh:
Một làn xe cho giá trị nội lực lớn hơn.
Đối với bề rộng làn xe chạy là 11,8m ta có thể xếp tối đa là 3 làn xe chạy.
Vậy Momen dương lớn nhất tại vị trí 204 :
𝑀
𝑆
𝑀
𝐾
) = 𝑀𝑆 = 18717,886 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
𝑀204
= 𝑚 ∗ 𝑀𝑎𝑥(𝑀204
; 𝑀204
, 𝑀204
204
2.2.2.2. Momen âm lớn nhất tại gối 300 do hoạt tải
Chiều rộng làm việc dải bản
𝑆𝑤𝑎 = 1220 + 0,25 ∗ 𝑆 = 1220 + 0,25 ∗ 2360 = 1810
Một làn xe :Hệ số làn m = 1,2
Hình 2-8. Sơ đồ xếp xe 1 làn lên đường ảnh hưởng M300
𝑃
72500
𝑀𝑠 = 𝑚 ∗ ( 𝑦 + 𝑦 ) ∗ 𝑆 ∗
= 1,2 ∗ (−0,1029 − 0,08) ∗ 2360 ∗
300
1
2
𝑆𝑤𝑎
1810
= −20747,53 (𝑁. 𝑚𝑚/𝑚𝑚)
Hai làn xe: Hệ số làn xe m = 1
Khi so sánh trường hợp xếp 2,3 xe ta nhận thấy momen sẽ nhỏ hơn trường
hợp xếp 1 xe do tải trọng momen âm lớn nhất nằm trong vùng này. Khi xếp 2,3 làn
sẽ
2
