đồ án tốt nghiệp thiết kế cầu bê tông cốt thép dưl 6 dầm có mặt cắt chữ i chế tạo bằng bêtông
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (856.78 KB, 57 trang )
ThiÕt KÕ m«n häc CÇu Bª t«ng cèt thÐp D L¦
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT
THÉP DƯL 6 DẦM CÓ MẶT CẮT
CHỮ I CHẾ TẠO BẰNG BÊTÔNG
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
Thiết kế cầu Bê tông cốt thép DƯL
* Các số liệu cho trớc:
- Dầm I, chiều dài toàn dầm L=27m, kết cấu kéo trớc
- Khổ cầu K8+ 2x2m
- Dải phân cách B2= 0.25m
- Lề ngời đi B3= 2m
- Lan can B4 =0.35m
- Tổng bề rộng mặt cầu
B = B1+ 2. B2 + 2. B3+ 2. B4 = 13.2 m
- Tải trọng thiết kế: HL93
- Bó cốt thép DƯL: K15
* Vật liệu sử dụng:
- Bêtông dầm chủ mác 400 có các chỉ tiêu sau:
+ fc = 40 Mpa +
c
= 2500 kg/m
3
+ Ec = 33994,48 Mpa
+ Hệ số poisson = 0,2
- Bêtông bản mặt cầu có các chỉ tiêu sau:
+ fc = 35 Mpa +
c
= 2500kg/m
3
+ Ec = 31798,93 MPa + Hệ số poisson = 0,2
- Lớp phủ có:
c
= 22,5 KN/m
3
- Cốt thép DƯL: 245
Cờng độ chịu kéo tiêu chuẩn f
pu
=1860 MPa
- Thép thờng : G60 f
u
= 620Mpa , f
y
= 420 Mpa
- Quy trình thiết kế 22TCN 272- 05
* Yêu cầu:
- Nội dung bản thuyết minh đầy đủ rõ ràng
- Bản vẽ thể hiện mặt chính dầm, mặt cắt ngang, bố trí cốt thép
bản vẽ trên giấy A1 hoặc A0.
Phần 1: Nội dung thuyết minh
1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ
1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu
Nghiêm Xuân Bằng - 2 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
Tổng chiều dài toàn dầm là 27 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0,3 mét để kê
gối. Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 26,4 mét.
Cầu gồm 6 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có f
c
= 40MPa, đợc đổ
tại chỗ bằng bêtông f
c
=35MPa, 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.
2.0%
2.0%
B4 B3 B2 B1/2 B1/2 B2 B3 B4
B
1
2
Mặt cắt trên gối
1
2
Mặt cắt L/2
Lớp bê tông Asphan 7cm
Lớp phòng nuớc 0.4 cm
Mặt cắt ngang kết cấu nhịp
- Khoảng cách giữa các dầm chủ S =2200 mm
- Lề ngời đi đồng mức với mặt đờng xe chạy, và đợc phân cách với nhau
bằng gờ phân cách.
- Bố trí các dầm ngang tại các vị trí gối cầu, L/4 , L/8 , L/2: 5 mặt cắt
- Số lợng dầm ngang Nn = ( Nb 1) . 5 Nn = 25
- Phần cánh hẫng Sk =
( 1)
2
B Nb S
Sk = 1,1 m
-Bản mặt cầu có chiều dày
f
h =
18cm
-Lớp phủ mặt cầu gồm có :
+ lớp phòng nớc có chiều dày 0,4 cm
+ lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc
ngang bằng cách kê cao các gối cầu.
1.2 Thiết kế dầm chủ
Mặt cắt ngang vị trí L/2 Mặt cắt ngang vị trí trên gối
Nghiêm Xuân Bằng - 3 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
H'2
b3
b4
H6H'3H1
H
b1
- Chiều cao dầm chủ H = 140 cm
- Chiều cao bầu dới H1 = 18 cm
- Chiều cao dầm liên hợp h= H + h
f
=140+ 18=158 cm
- Chiều cao vút dới H2 = 17 cm
- Chiều cao sờn H3 = 57 cm
- Chiều cao vút trên H4 =12 cm
- Chiều cao gờ trên H5 =12 cm
- Chiều cao gờ trên cùng H6 =4cm
-Bề rộng bầu dới b1=61cm
-Bề rộng của sờn b2=16 cm
-Bề rộng bản cánh trên b3 = 50cm
-Bề rộng gờ trên cùng b4 =38 cm
- Bề rộng vút dới
1 2
5
61 16
22,5
2 2
b b
b cm
= = =
- Bề rộng vút trên
3 2
3
50 16
17
2 2
b b
b cm
= = =
Nghiêm Xuân Bằng - 4 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
H
b1
b5b2b5
b 6 b6
b4
b3
H1 H2 H3 H4 H5
H6
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
1.2.3 Cấu tạo dầm ngang
50100
Tim gối dầm
a
Bố trí bầu dầm I
- Chiều cao dầm ngang
Hn= H3 + H2 + H4 + H5 = 1,38m
- Bề rộng dầm ngang b
n
= 20 cm
- Chiều dài dầm ngang l
n
= S b
2
=220 16 =204 cm
2. Tính toán các đặc trng hình học dầm I , hệ số phân bố tải trọng
2.1 Tính đặc tr ng hình học mặt cắt dầm I ch a liên hợp
X ét các mặt cắt đặc trng gồm :
+ Mặt cắt gối :
o
x
= 0 m
+ Mặt cắt cách gối 0,72 H ( Kiểm tra lực cắt )
1
x
= 0,72 h
+ Mặt cắt thay đổi tiết diện
2
x
= 1,5 m
+ Mặt cắt L/4
3
x
=
4
tt
L
+ Mặt cắt L/2
4
x
=
2
tt
L
2.1.1 Xét mặt cắt trên gối
o
x
Bề rộng sờn dầm H3 = H2 + H3 + H4 +H5 -
5 6
5
b b
b
H2
= 17 + 77 + 12 + 12 -
22.5 17
22.5
x 17
=113,84 cm
H2 = H2 + H3 + H4 + H5 - H3
Nghiêm Xuân Bằng - 5 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
= 17 + 77 + 12 + 12 113.65
= 4.16 cm
Diện tích mặt cắt : A
0
= 38x4 + 50x136 + 2x(0.5x4.16x5.5 + 18x5.5)
= 7172.88cm
2
Toạ độ trọng tâm mặt cắt
y
2 9 5.5 18 2 20.9 0.5 4.16 5.5 68 136 50 138 38 4
2 5.5 18 2 0.5 4.16 5.5 136 50 38 4
i i
co
i
y F
x x x x x x x x x x x
F x x x x x x x
+ + +
= =
+ + +
= 67.7 cm
Mô men quán tính đối với trục trung hoà :
3 3
2 2
50 136 38 4
50 136 0.3 38 4 70.3
12 12
x x
x x x x
+ + + +
=1.197x10
7
cm
4
2.1.2 Xét mặt cắt bất lợi về lực cắt cách gối d
v
Bề rộng sờn dầm của mặt cắt nằm trong khoảng 1 ữ 1.5 m kể từ mặt cắt gối :
Bề rộng sờn tại mặt cắt x
1
= 0.72 H = 0.72 x 160 = 115. 2 cm
18.0
4.0
1138.4
41.6
610
Nghiêm Xuân Bằng - 6 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
3 3
2 2
5.5 18 5.5 4.16 1
2 ( 5.5 18 58.7 ) 2 ( 5.5 4.16 48.313 )
12 36 2
do
x x
I x x x x x x x= + + +
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
b
'
2
16 50
16 (115.2 100) 39.664
50
x cm
= + =
b
'
5
=10.668 cm
b
'
6
=5.168 cm
H
'
2
=8.435 cm
H
'
3
=113.689 cm
H
'
4
=3.876 cm
Diện tích mặt cắt :
A
1
=2x0.5x(2x18+8.435)x10.668+2x0.5x(2x12+3.876)x5.168
+39.664x136+4x38
=6163.93 cm
2
Toạ độ trọng tâm mặt cắt:
1
0.67
i i
c
i
y F
y m
F
= =
Mô men quán tính đối với trục trung hoà:
I
( )
2
1 0d i i ci
I F y= +
= 1.123x10
11
mm
4
Trong đó:
io
I
là mô men quán tính của hình thứ i đối với trục trọng tâm của nó
F
i
là diện tích của hình thứ i
y
ci
là khoảng cách từ trọng tâm của hình thứ i tới trục trung
hoà
2.1.3 Xét mặt cắt
2 3 4
, ,x x x
Nghiêm Xuân Bằng - 7 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
17
16
17
22.522.5
61.0
4
12
12
771718
50
38
Diện tích mặt cắt
A=0.413m
2
Toạ độ trọng tâm mặt cắt
Y
c
=0.636m
Mô men quán tính đối với trục trung hoà:
I
d
=9.745x10
10
mm
4
2.2 Hệ số làn
Số làn thiết kế : chiều rộng phần xe chạy B1 = 8 m
6
B1
10.5 m nên ta bố trí hai làn xe n
lan
=2
Hệ số làn : tra theo quy trình với n
lan
= 2
m
lan
=1
2.3 Phân bố hoạt tải theo làn đối với mô men
2.3.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men đối với các dầm giữa
Khoảng cách từ trọng tâm của dầm không liên hợp tới trọng tâm của bản mặt:
( ) ( )
18
140 63.6 85.4
2 2
f
g c
h
e H Y cm= + = + =
Tỷ lệ mô đun đàn hồi giữa dầm và bản mặt:
Cờng độ chịu nén của bê tông làm dầm:
'
c
f
= 40Mpa
Nghiêm Xuân Bằng - 8 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
Mô đun đàn hồi của dầm :
( )
1.5
'
0.043
cdam c c
E x f
=
( )
1.5
0.043 2500 40
cdam
E x
=
=33994.48 Mpa
Cờng độ chịu nén của bê tông làm bản mặt
1.5
0.043 (2500) 35
cban
E x
=
=31798.93 Mpa
n=
33994.48
1.069
31798.93
cdam
cban
E
E
= =
Tham số độ cứng dọc :
( )
2 10 6 2
. . 1.069 (9.745 10 0.413 10 854 )
g d g
K n I A e x x x x
= + = +
=4.226x10
11
mm
4
Với dầm chữ I hệ số phân bố ngang đợc tính theo công thức sau:
Với một làn thiết kế chịu tải:
0.1
0.3
0.4
1
3
0.06
4300
f
g
mg
tt tt
K
s s
g x x
L L xh
ữ
= +
ữ
ữ
ữ
=
0.1
0.4 0.3
11
3
2200 2200 4.226 10
0.06
4300 26400 26400 180
x
x x
x
+
ữ
ữ ữ
=0.4813
Khi kể đến hệ số làn:
Khi xe chỉ chạy trên một làn m
1lan
= 1.2
m
1lan
x
1mg
g
=1.2x0.4813=0.57756
Hai hoặc nhiều làn thiết kế chịu tải:
g
0.2 0.1
0.6
2
0.075
2900
g
mg
tt tt
K
S S
x x
L L
= +
ữ ữ
ữ
=
0.1
0.6 0.2
11
3
2200 2200 4.226 10
0.075
2900 26400 26400 180
x
x x
x
+
ữ
ữ ữ
=0.6662
Phạm vi áp dụng:
Chọn giá trị cực đại làm hệ số phân bố mô men đối với các dầm giữa:
Nghiêm Xuân Bằng - 9 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
( )
( )
1 1 2 2
max , max 0.57756, 0.6662
mg lan mg lan mg
g m g m g
= =
= 0.6662
Kiểm tra hệ số phân bố thoả mãn tiêu chuẩn 22TCN 272 05 đối với phạm vi áp
dụng:
1100 4900mm S mm
110 300
f
mm h mm
6000 73000
tt
mm L mm
4
b
N
Ta thấy tất cả các điều kiện đều thoả mãn
Chọn
mg
g
=0.6662
2.3.2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men của dầm biên
Ta thấy de <-300mm
dùng phơng pháp đoàn bẩy để tính hệ số phân bố ngang và chỉ
tính cho một làn chất tải.
1800600
250
2000350
y5
xe thiết kế
Tải trọng làn
PL
SSk150
y4
y3
y2
y1
1
3000
Sơ đồ tính theo phơng pháp đoàn bẩy cho dầm biên
Phơng trình tung độ dờng ảnh hởng:
( )
db
x
y x
S
=
Một làn thiết kế hệ số làn =1.2.
4
1
110 220 35
1.3409
220
k
S S B
y
S
+
+
= = =
4 3
2
110 220 35 200
0.4318
220
k
S S B B
y
S
+
+
= = =
4 3 2
3
110 220 35 200 25
0.3182
220
k
S S B B B
y
S
+
+
= = =
Nghiêm Xuân Bằng - 10 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
4 3 2
4
60
110 220 35 200 25 60
0.4545
220
k
S S B B B
y
S
+
+
= = =
5
0y =
Với xe tải thiết kế:
( ) ( )
1 4 5
1 1
1.2 1.2 0.04545 0 0.02727
2 2
HL
g x x y y x x= + = + =
TảI trọng ngời đi:
( ) ( )
1 1 2
1 1
1.2 1.2 1.3409 0.4318 1.06362
2 2
PL
g x x y y x x= + = + =
Với tải trọng làn: thiên về an toàn coi tải trọng làn theo phơng ngang cầu là tải trọng
tập trung:
( ) ( )
1 3 5
1 1
1.2 1.2 0.3182 0 0.19092
2 2
Lan
g x x y y x x= + = + =
Vậy hệ số phân bố ngang của dầm biên đối với các loại hoạt tải nh sau:
0.02727
HL
g =
1.06362
PL
g =
0.19092
Lan
g =
2.4 Phân bố hoạt tải đối với lực cắt.
2.4.1 Phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm dọc giữa
-Với một làn thiết kế chịu tải hệ số làn
1.2m
=
1
2200
(0.36 ) 1.2 (0.36 ) 1.2
7600 7600
vg
S
g x x= + = +
= 0.7788
-Với hai hoặc nhiều làn thiết kế chịu tải hệ số làn
1m
=
2.0 2.0
2
2200 2200
0.2 0.2
3600 10700 7600 10700
vg
S S
g
= + = +
ữ ữ
=0.713
Kiểm tra phạm vi áp dụng
1100 S 4900
6000 L 73000
110 ts 300
Nghiêm Xuân Bằng - 11 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
4x109 Kg 3x1012
Nb 4
S= 2200mm
thoả mãn
Hệ số phân bố lực cắt thiết kế đối với dầm giữa:g
vg
= max(g
vg1
, g
vg2
)= 0.7788
2.4.2 Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm dọc biên:
- Kiểm tra phạm vi áp dụng: d
e
=-1500 mm không nằm trong phạm vi áp dụng
công thức: g
vb2
= e
ì
g
vg
. Sử dụng phơng pháp đòn bẩy để tính.
- Tơng tự nh tính hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men trong dầm biên:
+ G
vbHL
=g
HL1
= 0.02727
+ G
vbPL
=g
PL1
= 1.06362
+ G
vblàn
=g
Làn1
= 0.19092
2.4.3 Hệ số điều chỉnh tải trọng:
- Hệ số dẻo
D
, đối với các bộ phận và liên kết thông thờng lấy
D
=1
- Hệ số độ d thừa
R
, đối với mức d thừa thông thờng lấy
R
=1
- Hệ số độ quan trọng
I
, đối với cầu thiết kế là quan trọng lấy
I
=1.05
Vậy hệ số điều chỉnh tải trọng:
=1
ì
1
ì
1.05=1.05>0.95.
3. Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trng.
3.1 Xác định tĩnh tải.
3.1.1 Tĩnh tải dầm chủ
+Xét đoạn dầm từ đầu đến mặt cắt thay đổi tiết diện
Lấy diện tích tiết diện: Ao= 0.717 m
2
Tỷ trọng bê tông dầm chủ:
3 3
2.5 10 /
c
x kg m
=
Trọng lợng đoạn dầm:
( ) ( )
0
0 0 2
. . 1 1 .2
2
d c
A A
DC A a m x m
+
= + +
3
0
6.4315 10
d
DC x kg=
+Xét đoạn dầm còn lại:
Lấy diện tích tiết diện: A= 0.413m
2
Trọng lợng đoạn dầm:
DC
d
=
c
.A(L
tt
-2.x
2
) =2500x0.413x(26.4 2x1.5)= 21063 kg
+Tĩnh tải dầm chủ coi là tải trọng dải đều trên suốt chiều dài dầm
Nghiêm Xuân Bằng - 12 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
0
6431.5 21063
1145.604 /
27
d d
dc
DC DC
DC kg m
L
+
+
= = =
3.1.2 Tĩnh tải bản mặt cầu
+Dầm giữa:
A
bmg
=S.h
f
=2.2x0.18=0.396 m
2
DC
bmg
=2500x0.396=990 kg/m =9.711KN/m
+ Dầm biên:
A
bmb
=
2
2.2
1.1 0.18 0.396
2 2
k f
S
S xh x m
+ = + =
ữ ữ
2500 0.396 990 /
bmb c bmb
DC A x kg m
= = =
3.1.3 Tĩnh tải dầm ngang
( ) ( )
. .l . 1.18 0.2 2.04 25
. 2500 214.316 /
. 6 26.4
n n n n
dn c
b tt
H b N x x x
DC x kg m
N L x
= = =
=2.102KN/m
3.1.4 Tĩnh tải ván khuôn lắp ghép
DC
vk
=
c
.(S b
4
).H
6
=2500x(2.2 0.38)x0.04=182 kg/m
=1.785KN/m
3.1.5 Lan can có tay vịn
Phần thép có trọng lợng: DC
t
=15kg/m bó vỉa cao h
B4
=0.3m
Phần bê tông có trọng lợng:
DC
bt
=B
4
h
B4
c
=0.35x0.3x2500=262.25 kg/m
Tổng cộng: DC
lc
=DC
t
+DC
bt
=15+262.25=277.5 kg/m=2.272KN/m
- Gờ chắn :DC
gc
=
2 4
2500 0.25 0.3 187.5 /
c B
xB xh x x kg m
= =
= 1.839 KN/m
3.1.6 Trọng lợng lớp phủ mặt cầu và tiện ích công cộng
Lớp bê tông atphan t
1
=0.07m
1
=2400kg/m
Lớp phòng nớc: t
2
=4x10
-3
m
2
=1800kg/m
Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu:
Nghiêm Xuân Bằng - 13 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
( )
2
1 1 2
. . .
lp
DW t t S
= +
=(0.07x2400+0.004x1800)x2.2
=385.44 kg/m
Các tiện ích (trang thiết bị trên cầu): DW
ti
=5kg/m
DW=DW
lp
+DW
ti
= 385.44 + 5 = 390.44 kg/m =3.83 KN/m
Phân bố tĩnh tải cho các dầm
- Dầm biên:
4
1
350
2200 1100
2 2
1.4205
2200
k
b
B
S S
y
S
+ +
ữ ữ
= = =
+ Tĩnh tải do lan can tác dụng lên dầm biên:
DC
lcb
= DC
lc
. y
1b
=277.5x1.4205=394.189kg/m
+ Tĩnh tải do lớp phủ mặt cầu tác dụng lên dầm biên:
DW
b
= DW
lp
4 2
2
k
S
S B B
S
+
+ DW
ti
= 385.44 x
1100 350 250 1100
2200
+
+5 =
= 285.32 kg/m
- Dầm dọc giữa:
+ DC
lcg
=0
+ DW
g
=DW=390.44 kg/m
3.1.6 Tổng cộng tĩnh tải tác dụng lên dầm dọc chủ:
3.1.7.1 Dầm giữa:
+ Giai đoạn cha liên hợp: DC
dc
=
13747.25 /kg m
+ Giai đoạn khai thác:mặt cắt liên hợp
DC
g
=DC
dc
+DC
bmg
+DC
dn
+DC
lcg
+DC
vk
=1145.604+990+214.316 +0+182
=2531.920kg/m=24.838kN/m
Nghiêm Xuân Bằng - 14 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
DW
g
=DW=390.44 kg/m=3.83kN/m
3.1.7.2 Dầm biên:
+ Giai đoạn cha liên hợp: DC
dc
=1145.604 kg/m
+ Giai đoạn khai thác: Mặt cắt liên hợp
DC
b
=DC
dc
+DC
bmb
+DC
dn
+DC
lcb
+0.5DC
vk
+DC
gc
=
= 1145.604+990+214.316+394.189 +0.5x182+187.5=3022.609kg/m
DW
b
= 285.32kg/m
3.2 Hoạt tải HL 93:
3.2.1 Xe tải thiết kế
35 kN
145 kN
145 kN
4300
mm
4300
mm
tới 900mm
mmm
600 mm nói chung
300mm mút thừa của mặt cầu
Làn thiết kế 3600 mm
Hình 3.6.1.2.2-1 - Đặc trng của xe tải thiết kế
3.2.2 Xe hai trục thiết kế
Xe hai trục gồm một cặp trục 110kN cách nhau 1200mm. Cự ly chiều ngang của
các bánh xe lấy bằng 1800mm.
3.5m
1.8m
1.2m
110 KN
110 KN
3.2.3 Tải trọng làn
Nghiêm Xuân Bằng - 15 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
3m
3.2.4 Hoạt tải ngời đi bộ(PL): Pl=3x10
-3
Mpa trên toàn bộ lề ngời đi
3.3 Tính toán nội lực:
Mặt cắt đặc trng:
+ Mặt cắt gối: x=0
+ Mặt cắt cách gối x= 0.72h=0.72x(1.4+0.18)= 1.1376 m ( Để tính lực cắt)
+ Mặt cắt thay đổi tiết diện: x=1.5 m
+ Mặt cắt L/4: x=26.4/4= 6.6 m
+ Mặt cắt L/2: x=26.4/2=13.2 m
3.3.1 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, tải trọng ngời đi bộ
- Nội lực do căng cáp ứng suất trớc. Bỏ qua các tải trọng do co ngót, từ biến,
nhiệt độ, lún, gió, động đất.
+ Để xác định nội lực, ta vẽ đờng ảnh hởng cho các mặt cắt cần tính rồi xếp tĩnh tải
lên đờng ảnh hởng. Nội lực đợc xác định theo công thức:
- Mômen: M
u
= .
p
..g
- Lực cắt: V
u
= .g(
p
.
+
p
.
-
)
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
=1.05
a. Tính Mômen
+ Đờng ảnh hởng mômen tại các mặt cắt đặc trng:
Nghiêm Xuân Bằng - 16 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
+ Mô men tác dụng lên dầm biên do tĩnh tải:
- Giai đoạn cha liên hợp:
M
DCdc
=DC
dc
.g.
M
Trong đó:
DC
dc
: Tĩnh tải tác dụng lên dầm biên:
DC
dc
=1145.604kg/m=11.238kN/m
M
: Diện tích đờng ảnh hởng mô men của mặt cắt đang tính
Bảng tính:
x(m)
M
(m
2
) DC
dc
(KN/m) M
DCdc
(KN.m)
0 0 11.238kN/m 0
1.1376 12.663 11.238kN/m 142.307
1.5 16.425 11.238kN/m 184.584
6.6 51.334 11.238kN/m 576.891
13.2 68.445 11.238kN/m 769.185
+ Giai đoạn khai thác: Mặt cắt đã liên hợp
M
DCb
=DC
b
.g.
M
M
DWb
=DW
b
.g.
M
Trong đó:
DC
b
: Tĩnh tải tác dụng lên dầm biên trong giai đoạn khai thác;
DC
b
= 3022.609kg/m =29.652KN/m
DW
b
:Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu; DW
b
= 285.32kg/m=2.80kN/m
Bảng tính:
X
(m)
M
(m
2
)
DC
b
(KN/m)
DW
b
(KN/m)
M
DCb
(KN.m)
M
DWb
(KN.m)
Nghiêm Xuân Bằng - 17 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
0 0.000 29.652 2.80 0 0
1.1376 12.663 29.652 2.80 375.483 35.456
1.5 16.425 29.652 2.80 487.034 45.99
6.6 51.334 29.652 2.80 1152.156 143.735
13.2 68.445 29.652 2.80 2029.531 191.646
+ Mô men tác dụng lên dầm giữa do tĩnh tải:
- Giai đoạn cha liên hợp: Giống dầm biên giai đoạn cha liên hợp
- Giai đoạn khai thác:
M
DCg
=DC
g
.g
M
M
DWg
=DW
b
.g
M
Bảng tính:
X
(m)
M
(m
2
)
DC
g
(KN/m)
DW
g
(KN/m)
M
DCg
(KN.m)
M
DWg
(KN.m)
0 0.000 24.838 3.83
0 0
1.1376 12.663 24.838 3.83
314.523594 48.49929
1.5 16.425 24.838 3.83
407.96415 62.90775
6.6 51.334 24.838 3.83
1275.03389 196.60922
13.2 68.445 24.838 3.83
1700.03691 262.14435
b. Tính lực cắt do tĩnh tải
+ Đờng ảnh hởng lực cắt:
Nghiêm Xuân Bằng - 18 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
+ Lực cắt của dầm biên do tĩnh tải:
- Giai đoạn cha liên hợp: V
DCdc
=DC
dc
.g.
V
Trong đó:
V
- Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt
Bảng tính:
x(m)
V
+
(m
2
)
V
(m
2
)
V
(m
2
) DC
dc
(KN/m) V
DCdc
(KN.m)
0
11.7 0 11.7
11.238
131.4846
1.1376
10.5900524 -0.0276524 10.5624
11.238
118.7002512
1.5
10.2480769 -0.0480769 10.2
11.238
114.6276
6.6
6.58125 -0.73125 5.85
11.238
65.7423
13.2
2.925 -2.925 0
13.353
0
+ Giai đoạn khai thác: V
DCb
=DC
b.
g.
V
+ Giai đoạn khai thác: V
D
w
b
=DW
b.
g.
V
Lập bảng tính:
x(m)
V
+
V
m
2
V
(m
2
)
DC
b
(KN/m)
DW
b
(KN/m)
V
DCb
(KN.m)
V
DWb
(KN.m)
Nghiêm Xuân Bằng - 19 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
(m
2
)
0
11.7
0
11.7
29.652 2.80
346.9284 32.76
1.1376
10.6 -0.03 10.6
29.652 2.80
313.1963 29.5747
1.5 10.2 -0.05 10.2 29.652 2.80
302.4504 28.56
6.6 6.58 -0.73 5.85 29.652 2.80
173.4642 16.38
13.2 2.93 -2.93 0 29.652 2.80
0 0
+ Lực cắt của dầm giữa do tĩnh tải:
- Giai đoạn cha liên hợp: Tơng tự cho kết quả giống dầm biên
- Giai đoạn khai thác:
Bảng tính:
x(m)
V
+
(m
2
)
V
m
2
V
(m
2
)
DC
g
(KN/m)
DW
g
(KN/m)
V
DCg
(KN.m)
V
DWg
(KN.m)
0 11.7 0 11.7 24.838 3.83
290.605 44.811
1.1376
10.6 -0.03 10.6
24.838 3.83
262.349 40.454
1.5 10.2 -0.05 10.2 24.838 3.83
253.348 39.066
6.6 6.58 -0.73 5.85 24.838 3.83
145.302 22.406
13.2 2.93 -2.93 0 24.838 3.83
0 0
3.3.2 Tính nội lực dầm chủ do hoạt tải:
Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa hai trục 145 kN
của xe tải thiết kế Truck đều lấy = 4.3 m
a. Mô men do hoạt tải HL93 và PL tác dụng tại các mặt cắt dầm:
+Tính tại các mặt cắt đặc trng:
- Mặt cắt gối: x= 0
- Mặt cắt cách gối x=0.72h=0.72x(1.4+0.18)= 1.1376 m ( Để tính lực cắt)
- Mặt cắt thay đổi tiết diện: x=1.5 m
- Mặt cắt L/4: x=26.4/4= 6.6 m
- Mặt cắt L/2: x=26.4/2=13.2 m
+Khi đó xét 3 trờng hợp xếp tải bất lợi nhất sau:
Trờng hợp 1:
Nghiêm Xuân Bằng - 20 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
+ Công thức tính:
M
truck
= y
M1
.145+y
M2
.145+y
M3
.35 (kN)
M
tandem
= y
M4
.110+y
M5
.110 (kN)
M
xetk
=max(M
truck
,M
tandem
)
Trong đó: y
M
là tung độ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt có toạ độ X tơng
ứng.
+ Bảng tính mô men do xe thiết kế:
X y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
y
M4
y
M5
M
tandem1
M
xetk
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1.138 1.0823 0.8732 0.5367 302.34 1.0823 1.02396 231.6877 302.340
1.5 1.4038 1.1282 0.6871 391.196 1.4038 1.32692 300.38462 391.196
6.6 4.3875 3.3125 1.8141 1180 4.3875 4.0875 932.25 1179.99
13.2 5.85 3.7 1.8869 1450.79 5.85 5.25 1221 1450.791
Trờng hợp 2:
+ Công thức tính:
M
truck
= y
M1
.145+y
M2
.145+y
M3
.35 (kN)
M
tandem
= y
M4
.110+y
M5
.110 (kN)
M
xetk
=max(M
truck
,M
tandem
)
Trong đó: y
M
là tung độ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt có toạ độ X tơng
ứng.
Nghiêm Xuân Bằng - 21 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
110 KN110 KN
1,2m
x=0,6m
Hợp lực
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
+ Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp 2:
X y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
y
M4
y
M5
M
tandem1
M
xetk
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1.138 1.082 0.8733 0 283.555 1.053 0.511 172.11 283.555
1.5 1.404 1.1282 0 367.135 1.365 0.842 242.84 367.135
6.6 4.388 3.3125 1.163 1157.19 4.238 3.938 899.25 1157.19
13.2 5.85 3.7 3.7 1514.25 5.55 5.55 1221 1514.25
Trờng hợp 3:
+ Xếp xe sao cho hợp lực của các trục xe và trục xe gần nhất cách đều tung
độ lớn nhất của đờng ảnh hởng.
Với xe tải thiết kế (truck)
35(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x)
=> x= 1,455 m
Với Tendom: x=0.6 m
+ Nội lực xe thiết kế sẽ đợc lấy bằng giá
trị lớn hơn trong các giá trị trên.
+ Công thức tính:
M
truck
= y
M1
.145+y
M2
.145+y
M3
.35 (kN)
M
tandem
= y
M4
.110+y
M5
.110 (kN)
M
xetk
=max(M
truck
,M
tandem
)
+ Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp
3:
X y
M1
y
M2
y
M3
M
truck1
y
M4
y
M5
M
tandem1
M
xetk
0 0 0 0 0 0 0 0 0
Nghiêm Xuân Bằng - 22 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
35 KN
4,3m
4,3m
145 KN 145 KN
x=1,455m
Hợp lực
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
1.138 1.047 0.3902 0 208.379 1.039 0.797 201.9 208.379
1.5 1.357 0.723 0 301.618 1.346 1.123 271.61 301.618
6.6 4.206 3.8419 0.617 1188.48 4.163 4.163 915.75 1188.48
13.2 5.486 5.4863 3.336 1707.78 5.4 5.7 1221 1707.78
+So sánh các giá trị tính đợc trong 3 trờng hợp trên, chọn mô men do xe thiết kế:
x Mxetk1(kNm) Mxetk2(kNm) Mxetk3(kNm) Mxetk(kNm)
0 0 0 0
0
1.138 302.34006 283.555 208.379 302.34006
1.5 391.19602 367.135 301.618 391.19602
6.6 1179.995 1157.19 1188.48 1188.48
13.2 1450.7913 1514.25 1707.78 1707.78
+Mô men gây ra do tải trọng làn: q
làn
=9.3 kN/m rải đều trên suốt chiều dài cầu
M
làn
=q
làn
.
M
Bảng tính:
x(m)
M
(m2) q
làn
(kN/m) M
lanx
(KN.m)
0 0 9.3 0
1.3176 12.663 9.3 117.8
1.5 16.425 9.3 152.8
6.6 51.334 9.3 477.4
13.2 68.445 9.3 636.5
+Mô men gây ra do tải trọng ngời đi: Coi nh chỉ gây ra nội lực trong dầm biên.
PL=300 Kg/m
2
=3 KN/m
2
.
M
PLx
=PL.B
3
.
M
Trong đó B
3
là chiều rộng vỉa hè.
Bảng tính:
x(m)
M
(m2) B3(m) PL(kN/m
2
) M
PLx
(KN.m)
0 0 2 3 0
1.3176 12.663 2 3 75.978
1.5 16.425 2 3 98.55
6.6 51.334 2 3 308.004
13.2 68.445 2 3 410.67
Nghiêm Xuân Bằng - 23 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
+Tổ hợp mô men do hoạt tải:
- Dầm biên: IM=25%
M
LLb
=g
mbHL
(1+IM)M
xetk
+g
mblàn
.M
lanx
+g
mbPL
.M
PLx
Bảng tính:
IM= 0.25 ; g
mblàn
= 0.19092
g
mbHL
= 0.02727 ; g
mbPL
= 1.06362
x(m) M
xetk
(kNm) M
lanx
(kNm) M
PLx
(kNm) M
LLb
(kNm)
0 0 0 0 0
1.3176 302.34006 117.8 75.978 113.6081132
1.5 391.19602 152.8 98.55 147.3272213
6.6 1188.48 477.4 308.004 459.2567345
13.2 1707.78 636.5 410.67 616.5313562
- Dầm giữa: IM=25%
M
LLg
=g
mg
(1+IM)M
xetk
+g
mg
M
lanx
Bảng tính:
IM= 0.25
g
mbHL
= 0.6662
g
mblàn
= 0.6662
x(m) M
xetk
(kNm) M
lanx
(kNm) M
LLg
(kNm)
0 0 0 0
1.3176 302.34006 117.8 330.25204
1.5 391.19602 152.8 427.56385
6.6 1188.48 477.4 1307.7506
13.2 1707.78 636.5 1846.1901
b. Lực cắt do hoạt tải HL93 và PL tác dụng tại các mặt cắt dầm:
+Tính lực cắt tại 5 mặt cắt đặc trng trong 2 trờng hợp xếp xe bất lợi sau:
Nghiêm Xuân Bằng - 24 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ
+ Công thức tính lực cắt do xe tải thiết kế:
V
truck
=145.y
V1
+145y
V2
+35y
V3
+ Công thức tính lực cắt do xe 2 trục thiết kế:
V
tandem
=110(y
V3
+y
V4
)
Trong đó, y
V1
là tung độ đờng ảnh hởng lực cắt tơng ứng tại các mặt cắt đặt các
trục xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế nh hình vẽ
Bảng tính:
X yV1 yV2 yV3 yV4 yV5 Vtruck Vtandem Vxetk
(m) (m) (m) (m) (m) (m) (kNm) (kNm) (kNm)
0 1 0.81624 0.5897 1 0.94872 282.29 214.35897 282.29419
1.13 0.951 0.76762 0.5411 0.951 0.9001 267.65 203.66359 267.65368
1.5 0.935 0.75214 0.5256 0.936 0.88462 256.65 200.25641 256.65598
6.6 0.75 0.56624 0.3397 0.75 0.69872 193.99 159.35897 193.99573
13.2 0.5 0.31624 0.0897 0.5 0.44872 118.35 104.35897 118.3547
+ Lực cắt gây ra do tải trọng làn: Trờng hợp bất lợi với các mặt cắt trong khoảng từ gối
tới Ltt/2, chỉ đặt tải trên đờng ảnh hởng dơng.
V
lanx
=q
lan.
Vd
Trong đó
Vd
là diện tích phần đờng ảnh hởng dơng
Bảng tính:
x(m)
(m2)
qlanx(kN/m) Vlanx(kN)
0 11.7 9.3 108.81
1.137
6 10.59005 9.3 98.48749
1.5 10.24808 9.3 95.30712
6.6 6.58125 9.3 61.20563
Nghiêm Xuân Bằng - 25 - Lớp Cầu- Đờng BộB K43
Vd
