ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU THÉP DẦM I NHỊP L=31M ĐH GTVT TP.HCM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.77 MB, 108 trang )
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM
KHOA CÔNG TRÌNH
–«—
GVHD : Th.S PHẠM ĐỆ
SVTH : NGUYỄN TẤN THÀNH
LỚP : CD09LT
MSSV : 09L1110058
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2012
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN LAN CAN 4
2.1. Tính toán lan can: 4
2.1.1. Thanh lan can: ……. 4
2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên thanh lan
can:… ……………………… ……………… 4
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can: 5
2.1.1.3. Kiểm tra: 6
2.1.2. Cột lan can: 6
2.1.2.1. Kiểm tra khả năng chòu lực của cột: ………………7
2.1.2.2. Kiểm tra độ mãnh của cột: 7
2.1.2.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của bulông tại chân cột:: 8
2.2. Lề bộ hành: 9
2.2.1. Tải trọng tác dụng: …… 9
2.2.2. Tính nội lực: …… 10
2.2.3. Tính cốt thép: …… 10
2.2.4. Kiểm toán: …… 11
2.3. Bó vỉa: 12
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 17
3.1. Số liệu tính toán: 17
3.2. Sơ đồ tính toán bản mặt cầu: 17
3.3. Tính nội lực cho bản hẫng: 18
3.3.1. Tải trọng tác dụng lên bản hẫng: 18
3.3.2. Nội lực trong Congsol: 20
3.4. Tính nội lực cho bản kê hai cạnh: 21
3.4.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm: 21
3.4.2. Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm: 23
3.5. Tính nội lực cho bản dầm giữa: 25
3.5.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản dầm: 25
3.5.2. Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm: 26
3.6. Thiết kế cốt thép cho BMC: 30
3.6.1. Thiết kế cho phần bản chòu mômen âm: 30
3.6.2. Thiết kế cho phần bản chòu mômen dương: 31
3.7. Kiểm tra nứt cho BMC: 31
3.7.1. Kiểm tra nứt đối với mômen âm: 31
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH
3.7.2. Kiểm tra nứt đối với mômen dương: 32
CHƯƠNG IV: DẦM CHÍNH 33
4.1. Kích thước cơ bản của dầm chính: 33
4.1.1. Phần dầm thép: 33
4.1.2. Phần bản BTCT: 33
4.1.3. Chọn sơ bộ kích thước STC, LKN, Mối nối: 33
4.2. Xác đònh các đặc trưng hình học của tiết diện dầm: 34
4.2.1. Xác đònh các ĐTHH của tiết diện dầm giai đoạn 1: 34
4.2.2. Xác đònh các ĐTHH của tiết diện dầm giữa giai đoạn 2: 35
4.2.3. Xác đònh các ĐTHH của tiết diện dầm biên giai đoạn 2: 39
4.3. Xác đònh hệ số phân bố tải trọng theo phương ngang cầu: 40
4.3.1. Tính cho dầm giữa: 40
4.3.2. Tính cho dầm biên: 42
4.4. Xác đònh nội lực do hoạt tải tác dụng tại các mặt cắt: 44
4.4.1. Hoạt tải tác dụng lên cầu: 44
4.5. Nội lực do tónh tải tác dụng lên dầm chính: 53
4.5.1. Tải trọng tác dụng lên dầm chủ: 53
4.5.2. Quy tónh tải tác dụng lên dầm chính theo phương dọc cầu: 54
4.5.3. Xác đinh ĐAH và chất tónh tải: 55
4.5.4. Tổng hợp tónh tải tác dụng lên dầm chủ: 58
4.5.5. Xếp tónh tải lên ĐAH và tính nội lực: 59
4.6. Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt theo các TTGH: 63
4.6.1. TTGH CĐ1: 63
4.6.2. TTGH SD: 63
4.6.3. TTGH Mỏi: 63
4.6.4. Tổng hợp tổ hợp nội lực tại các mặt cắt: 64
4.7. Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn 1: 65
4.7.1. Kiểm toán yêu cầu cấu tạo: 65
4.7.1.1. Kiểm tra tỷ lệ cấu tạo chung: 65
4.7.1.2. Ứng suất lớn nhất ở thớ dưới: 66
4.7.1.3. Ứng suất lớn nhất ở thớ trên: 66
4.7.1.4. Kiểm tra độ mảnh bản bụng: 67
4.7.1.5. Kiểm tra yêu cầu bốc xếp: 67
4.7.2. Kiểm tra dầm không liên hợp: 67
4.7.2.1. Xác đònh trục trung hòa dẻo của tiết diện không liên hợp: 67
4.7.2.2. Kiểm tra độ mảnh bản bụng: 70
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ĐỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH
4.7.2.3. Kiểm tra độ mảnh của bản cánh chòu nén không đặc chắc: 70
4.7.2.4. Kiểm tra giằng của bản cánh chòu nén không đặc chắc: 70
4.7.2.5. Xác đònh sức kháng uốn của bản cánh có MC không đặc chắc: 71
4.8. Kiểm toán dầm thép trong giai đoạn 2: 71
4.8.1. Kiểm toán dầm ở TTGHCĐ1: 71
4.8.1.1. Xác đònh mômen dẻo của tiết diện dầm trong GĐII: 71
4.8.1.2. Xác đònh chiều cao chòu nén của bụng dầm liên hợp: 75
4.8.1.3. Phân loại tiết diện dầm liên hợp: 78
4.8.1.4. Xác đònh sức kháng uốn của tiết diện liên hợp: 79
4.8.1.5. Xác đònh sức kháng cắt của vách không có STC: 81
4.8.2. Kiểm toán dầm ở TTGHSD: 81
4.8.2.1. Tiêu chuẩn lựa chọn tỷ lệ dài/cao: 81
4.8.2.2. Ứng suất chảy bản biên: 82
4.8.2.3. Kiểm tra yêu cầu cấu tạo (Độ vồng ngược): 82
4.8.2.4. Tính độ võng: 82
4.8.3. Kiểm toán mỏi: 84
4.8.3.1. Kiểm toán đối với bản bụng do uốn: 84
4.8.3.2. Kiểm toán mỏi của bản bụng do cắt: 84
4.8.3.3. Kiểm tra giới hạn mỏi: 86
4.9. Tính toán STC, LKN, Mối nối, Neo chống cắt: 87
4.9.1. Tính toán sườn tăng cường: 87
4.9.2. Tính toán liên kết ngang, dầm ngang: 92
4.9.3. Tính toán neo chòu cắt (Neo hình nấm): 98
4.9.4. Tính toán mối nối bằng bulông cường độ cao: 100
4.9.4.1. Tính toán ứng suất trong các bản cánh và bản bụng: 100
4.9.4.2. Sức kháng tính toán của bulông: 102
4.9.4.3. Tính số bulông cho mối nối dầm: 102
4.9.4.4. Tính số bulông cho liên kết ngang: 105
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 1
(1.8 2.5)
tc
B
n
S
S m
=
= ÷
{
tc
B n S
n Z
= ×
∈=
{
2250
1800
S mm
S mm
=
=
8
10
n
n
=
=
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1. Các số liệu thiết kế:
- Loại dầm thép liên hợp có tiết diện chữ I
- Chiều dài toàn dầm (L) : 31 m.
- Chiều dài nhòp tính toán : L
tt
= 31- 2x0.3= 30.4 m
- Bề rộng phần xe chạy (B) : 14.5 m
- Bề rộng lề bộ hành (K) : 2x1.5 m
- Tải trọng thiết kế : 0,5HL93
2. Thiết kế mặt cắt ngang cầu:
2.1 Khoảng cách giữa 2 dầm chính:
Chiều rộng tồn cầu: B
tc
= B + 2K + 2a = 14.5 + 2*1.5 + 2*0.25= 18m
B
tc
=(n –1)*S+2.S
h
với: n: Số dầm chủ; S: khoảng cách tim giữa 2 dầm chủ, S
h
:
Chiều dài cánh hẫng.
Theo kinh nghiệm: S
≈
S
h
=>
B
tc
=(n –1)*S+2.S
h
=n *S => =>
=> Chọn n= 9 => S=2000 mm
1800
( 1)
0 (9 1) 2000
100
2
2
0
tc
hc
n S
S
m
B
m
−
− −
=>
− ×
= ==
2.2. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính:
a. Chiều cao dầm thép d =
1 1
20 25
÷
L
n
: d=
(
)
1.24 1.55
÷
m => Chọn d = 1280mm
b. Kích thước cánh trên:
- Bề rộng cánh trên : b
c
= (250÷300)mm
=> Chọn b
c
=300mm
- Bề dày cánh trên : t
c
= (18÷30)mm
=> Chọn t
c
=20mm
c. Kích thước cánh dưới:
- Bề rộng cánh trên: b
f
≥ b
c
=> Chọn b
f
=400mm
- Bề rộng cánh dưới: b’
f
≥ b
f
+100 =>
=> Chọn b
f
’= 500mm
- Bề dày cánh dưới : t
f
= t
f
’=(18÷30)mm
=> Chọn =20mm
d. Chiều cao sườn dầm:
'
1280 20 20 20 1220 .
c f f
D d t t t mm
= − − − = − − − =
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 2
Bề dày sườn (12÷16)mm. Chọn
w
15 .
t mm
=
e. Kích thước bản bêtông
Bản làm bằng bê tông có:
' 30 .
C
f MPa
=
Bề dày bản bê tông:
200 .
s
t mm
=
Chiều cao đoạn vút bêtông:
100 .
h
t mm
=
Góc nghiêng phần vút:
2.3. Kích thước sườn tăng cường:
- Số dầm chính : 9 dầm.
- Khoảng cách 2 dầm : 2 m.
- Số sườn tăng cường đứng (một dầm): 50
- Khoảng cách các sường tăng cường: 1.5 m
- Số liên kết ngang: 11 (2 dầm ngang ở đầu dầm, 9 Liên kết ngang)
- Khoảng cách 2 liên kết ngang: 3 m
- Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m.
3. Phương pháp thiết kế:
- Bản mặt cầu tính theo bản hẫng và làm việc theo phương ngang cầu.
- Dầm chính: Tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm thép liên hợp, khoảng
cách - giữa các dầm 2m.
- Kiểm toán.
4. Vật liệu dùng trong thi công
- Thanh và cột lan can (phần thép):
Thép CT3
y
F 240 MPa
=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Lề bộ hành, lan can:
Bêtông:
'
c
f 30 MPa
=
5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép AII:
y
F 280 MPa
=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
- Bản mặt cầu, vút bản
Bêtông:
'
c
f 30 MPa
=
5 3
2.5 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép AII:
y
F 280 MPa
=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
0
45 .
h
t
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 3
- Dầm chính, sườn tăng cường, liên kết ngang
Thép tấm M270M cấp 345:
y
F 345 MPa
=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
Thép góc: L 100 x 100 x 10:
y
F 240 MPa
=
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 4
CHƯƠNG II
LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH
2.1. TÍNH TOÁN LAN CAN:
2.1.1. Thanh lan can:
Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm và đường kính
trong d = 92 mm.
− Khoảng cách giữa các trụ lan can là: L = 2000 mm
− Khối lượng riêng thép lan can:
5 3
s
7.85 10 N/ mm
−
γ = ×
− Thép Cacbon số hiệu CT3:
y
f = 240 MPa
Vì các trụ và thanh lan can giống nhau và tải trọng tác dụng như nhau nên ta chỉ cần
tính toán và kiểm toán cho nhòp 2000mm.
2.1.1.1. Tải trọng tác dụng lên Lan can:
a. Sơ đồ tính toán:
Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can
−
−−
− Thanh lan can được xem như dầm liên tục, để đơn giản trong tính toán ta đưa
về sơ đồ dầm giản đơn để tính rồi sau đó điều chỉnh bằng các hệ số.
b. Tải trọng tính toán:
* Theo phương thẳng đứng (y):
+ Tónh tải gồm trọng lượng bản thân thanh lan can.
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 5
= π γ = × × × =
2 2 2 2
-5
(D -d ) (100 -92 )
g 3.14 7.85 10 0.095 N/ mm
4 4
+ Hoạt tải thiết kế gồm:
- Lực tập trung P = 890 N theo 2 phương.
- Tải trọng phân bố đều trên chiều dài thanh lan can: W = 0.37 N/mm
* Theo phương ngang (x):
+ Hoạt tải:
+ Tónh tải:
- Lực tập trung : P = 890 N
- Tải trọng phân bố: W = 0.37 N/mm
2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can:
* Theo phương y:
- Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp:
2 2
y
g
g L 0.095 2000
M 47500 N.mm
8 8
× ×
= = =
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
2 2
y
w
w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =
+ Tải tập trung:
y
P
P L 890 2000
M 445000 N.mm
4 4
× ×
= = =
* Theo phương x:
- Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Tải phân bố:
2 2
x
w
w L 0.37 2000
M 185000 N.mm
8 8
× ×
= = =
+ Tải tập trung:
x
P
P L 890 2000
M 445000 N.mm
4 4
× ×
= = =
* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:
[ ]
= η + γγ + γ +
+
2
2
y y y
x x
LL
DC g LL w P
w P
M . M (.M M )
M M
- Trong đó:
+
η
: là hệ số điều chỉnh tải trọng:
D I R
. .
η = η η η
Với:
η =
D
0.95
:
Hệ số liên quan đến tính dẻo (Theo điều 1.1.3)
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 6
η =
I
0.95
: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng
(Theo điều 1.1.5)
η =
R
1.05
: Hệ số liên quan đến tính dư
(Theo điều 1.1.4)
⇒ η = × × =
0.95 0.95 1.05 0.95
+
DC
1.25
γ =
: hệ số tải trọng cho tónh tải
+
LL
1.75
γ =
: hệ số tải trọng cho hoạt tải
[ ] [ ]
⇒ = × +
× + × ×
=
2 2
M 0.95
1.25 47500 1.75 (185000+445000) 1.75 (185000+
445000)
1521620 N.mm
2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can:
n
.M M
φ ≥
Trong đó:
+
φ
: là hệ số sức kháng:
φ
= 1
+ M : là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải ( M = 1521620 N.mm)
+ M
n
: sức kháng của tiết diện :
n y
M f S
= ×
+ Với S là mômen kháng uốn của tiết diện.
π
= × − = × − =
3 3 3 3 3
3.14
S (D d ) (100 92 ) 21716 mm
32 32
+ f
y
= 240 Mpa
n
M 240 21716 = 5211840 N.mm
⇒ = ×
φ = × ≥
n
.M 1 5211840 = 5211840 N.mm 1521620 N.mm
Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực.
2.1.2. Cột lan can:
Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan
Hình 2.2. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can
Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chòu lực của lực xô ngang vào
cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân.
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 7
2.1.2.1. Kiểm tra khả năng chòu lực của cột lan can:
- Kích thước:
1 2
h 650 mm; h 350 mm; h 300 mm
= = =
- Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)
+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền
vào cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N.
+ Lực tập trung: P = 890 N
=> Suy ra lực tập trung vào cột là:
= + =
P'' P' P 740 + 890 = 1630 N
* Kiểm toán tại mặt cắt A-A:
Hình 2.3. Mặt cắt A-A
- Mômen tại mặt cắt A-A:
−
= × + × = × + × =
A A 2
M P'' h P'' h 1630 650 1630 300 1548500 N.mm
Điều kiện đảm bảo khả năng chòu lực tại mặt cắt A-A khi:
−
φ ≥ η γ
n LL A A
.M . .M
- Sức kháng của tiết diện:
n y
M f S
φ = ×
* Với S mômen kháng uốn của tiết diện:
×
×
× +
+ × ×
= = =
3
3
2
3
8 184
130 8
2
96 130 8
I
12
12
S 233333,76 N/ mm
Y 100
⇒
φ = × = × ×
6
n y
.M f S 240 233333.76 = 56 10 N.mm
- Vậy
φ = × ≥ ×
6 6
n
.M 56 10 1.5485 10 N/ mm
⇒
Mặt cắt A – A đảm bảo khả năng chòu lực.
2.1.2.2. Kiểm tra độ mảnh của cột lan can:
K.
140
r
≤
ℓ
Trong đó:
+ K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu
+
1070 mm
=
ℓ
: chiều dài không được giằng (
h
=
ℓ
)
+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại mặt cắt B - B
vì tiết diện ở đđây là nhỏ nhất).
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 8
Hình 2.4. Mặt cắt B-B
I
r
A
=
* Với: I : mômen quán tính của tiết diện:
(
)
×
×
= × + =
+ × ×
3
3
4
2
8 124
130 8
I 2 10342656 mm
66 130 8
12
12
A : diện tích tiết diện:
2
A 130 8 2 124 8 3072 mm
= × × + × =
10342656
r 58 mm
3072
⇒ = =
K. 0.75 1070
13.8 140
r 58
×
⇒ = = ≤
ℓ
. Vậy thỏa mãn điều kiện độ mãnh
2.1.2.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của bulông tại chân cột:
Hình 2.5. Chi tiết liên kết bulông
Dùng 4 bulông φ20 CT3
Diện tích tiết diện thân bulông (trừ giảm yếu do ren) là:
2 2
2.45 245
F cm mm
= =
Cường độ kéo nhỏ nhất của bulông:
2 2
170 / 170 /
ub
F MN m N mm
= =
* Sức kháng cắt danh đònh của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ :
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 9
Vì các đường ren bao gồm trong mặt phẳng cắt nên theo (6.13.2.7-1, 22TCN-
272-05) Ta có:
n b ub s
R 0.38 A F N
= × × ×
Trong đó:
b
A
- diện tích của bulông tương ứng với đường kính danh đònh ,
b
A
= 245
2
mm
ub
F
- cường độ kéo nhỏ nhất của bulông
s
N
- số lượng các mặt phẳng chòu cắt tính cho mỗi bulông , N
s
= 1
R
n
= 0.38
×
245
×
170
×
1 = 15827 N
* Sức kháng kéo danh đònh của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ theo
(6.13.2.10.2-1 của 22TCN-272-05)
n b ub
T 0.76 A F
= × ×
Trong đó:
b
A
là diện tích của bulông tương ứng với đường kính danh đònh
ub
F
là cường độ kéo nhỏ nhất của bulông
n
T 0.76 245 170
= × ×
= 31654 N
* Lực cắt tác dụng lên 1 bulông :
N
c
=
××
2
4
1
''
P
=
××
2
4
1
1630 = 815 N < R
n
= 15827 N => Thỏa mãn
* Lực kéo tác dụng lên 1 bulông :
u 1
k
2
M l
N
m li
×
=
×
∑
Trong đó:
1
l
là khoảng cách giữa 2 dãy bulông ngoài cùng,
1
l
= 100 mm
m là số bulông trên 1 dãy , m = 2
M
u
: Momen tại mặt cắt chân cột lan can ở trạng thái giới hạn cường độ 1
0.95 1.75 1548500 2574381
PL
u P LL
M M N
η γ
= × × = × × =
N
k
=
2
2574381 100
12872
2 100
N
×
=
×
< T
n
= 31654 N
Vậy bulông đảm bảo khả năng chòu lực
2.2. LỀ BỘ HÀNH:
2.2.1. Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:
* Ta xét trên 1000 mm dài (Theo phương dọc cầu)
* Chiều dày bản h
b
= 100 mm
* Bề rộng lề bộ hành l
b
= 1500 mm
- Hoạt tải người: PL = 0.003 x 100 = 3N/mm
- Tónh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10
-4
= 2.5 N/mm
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 10
Hình 2.6. Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành
2.2.2. Tính nội lực:
- Mômen tại mặt cắt giữa nhòp:
+ Do tónh tải:
×
= = =
2
2
DC
DC.L
2.5 1300
M 528125 N.mm
8 8
+ Do hoạt tải:
×
= = =
2
2
PL
PL.L
3 1300
M 633750 N.mm
8 8
- Mômen ở trạng thái giới hạn cường độ:
= η γ × + γ ×
= × × + × =
U DC DC PL PL
M . M M
0.95 [1.25 528125 1.75 633750] 1680757.81 N.mm
- Mômen ở trạng thái giới hạn sử dụng:
= + = + =
S DC PL
M M M 528125 633750 1161875 N.mm
2.2.3. Tính cốt thép:
- Tiết diện chòu lực b x h = 1300 mm x 100 mm
- Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông:
- Chiều cao có hiệu của mặt cắt : d
s
= h – a’ = 100 – 20 = 80 mm
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
×
×
= − − = − − =
× × ×
φ× × ×
2 2 2
u
s s
'
c
2 M
2 1680757.81
a d d 80 80 0.71 mm
0.9 0.85 30 1300
0.85 f b
- Bản lề bộ hành có f'
c
= 30 Mpa < 56 Mpa.
⇒
β = − − = − × − =
'
1 c
0.05 0.05
0.85 .(f 28) 0.85 (30 28) 0.84
7 7
- Xác đònh khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà c:
= = =
β
1
a 0.71
c 0.85 mm
0.84
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: (Xác đònh trường hợp phá hoại cho bài
toán cốt đơn)
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 11
= = <
s
c 0.85
0.011 0.42
d 80
⇒
Thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối đa (Bài toán
thuộc trường hợp phá hoại dẻo)
- Xác đònh diện tích cốt thép:
× × ×
× × ×
= = =
'
2
c
S
y
0.85 f a b
0.85 30 0.71 1300
A 84.06 mm
f 280
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
30
A 0.03 b.h. 0.03 1300 100 417.86mm
f 280
Vì A
s
< A
sMin
nên ta lấy A
sMin
để thiết kế.
- Chọn
φ ⇒
10@200
1300 mm có 7 thanh thép (diện tích A
s
= 549.78mm
2
) và
tương tự theo phương dọc (1000mm) lề bộ hành bố trí 5
φ
10@200
Hình 2.7. Bố trí cốt thép trên lề bộ hành theo phương ngang cầu
2.2.4. Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra nứt):
- Tiết diện kiểm toán:
Tiết diện chữ nhật có b x h = 1300 mm x 100 mm
- Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chòu kéo
gần nhất:
c
d a' 20 mm
= =
< 50 mm
- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:
= × × = × × =
2
c c
A 2 d b 2 20 1300 52000 mm
- Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 thanh thép:
= = =
2
c
A
52000
A 7428.57 mm
n 7
- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:
=
s
M 1161875 N.mm
- Khối lượng riêng của bêtông:
3
c
2500 Kg/ m
γ =
- Môđun đàn hồi của bêtông:
1.5
c c c
E 0.043 f'
= × γ ×
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 12
= × × =
1.5
0.043 2500 30 2994.48 MPa
- Môđun đàn hồi của thép:
s
E 200000 MPa
=
- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:
= = =
s
c
E
200000
n 7.69
E 2994.48
- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:
× ×
= × × + −
×
× ×
= × × + − =
×
s s
s
A 2 d b
x n 1 1
b n A
549.78 2 80 1300
7.69 1 1 19.79 mm
1300 7.69 549.78
- Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt:
×
= + × × −
×
= + × × − =
3
2
cr s s
3
2 4
b x
I n A (d x)
3
1300 19.79
7.69 549.78 (80 19.79) 18685446 mm
3
- Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:
( ) ( )
= × − × = × − × =
s
s s
cr
M
1161875
f d x n 80 19.79 7.69 28.79 MPa
I 18685446
- Khí hậu khắc nghiệt:
Z 23000 N/ mm
=
- Ứng suất cho phép trong cốt thép:
= = =
× ×
sa
3
3
c
Z 23000
f 434.26 MPa
d A 20 7428.57
- So sánh:
= > × = × =
sa y
f 434.26 MPa 0.6 f 0.6 280 168 MPa
chọn
y
f 168 MPa
=
để kiểm tra:
= <
s
f 28.79 MPa 168 MPa
. Vậy thoả mãn điều kiện về nứt
2.3. BÓ VỈA:
- Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.7 và hình 2.8
- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chòu lực của bó vỉa dạng tường như sau:
+ Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo
+ Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải
- Theo bảng 13.7.3.3-1 của 22 TCN - 272 - 05
Phương lực tác dụng
Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm)
Phương mằm ngang F
t
= 240 L
t
= 1070
Phương thẳng đứng F
V
= 80 L
V
= 5500
Phương dọc cầu F
L
= 80 L
L
= 1070
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 13
- Khi tính lực va vào bó vỉa là xét vào trạng thái giới hạn đặt biệt.
- Trong các cầu thông thường thì lực F
v
, F
L
không gây nguy hiểm cho bó vỉa
nên việc tính toán ở đây chỉ xét lực phân bố F
T
trên chiều dài L
T
.
F
T
L
T
L
c
- Tính sức kháng của bó vỉa.
- Sức kháng của bêtông được xác đònh theo phương pháp đường chảy.
+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng:
W t
R F
≥
2
c c
W b W
c t
M .L
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
= × + × +
× −
(Theo13.7.3.4-1 của 22TCN 272-5)
Khi xe va vào giữa tường:
2
t t b W
c
c
L L 8 H.(M M .H)
L
2 2 M
× +
= + +
(Theo13.7.3.4-2 của 22TCN 272-5)
Khi xe va vào đầu tường hoặc mối nối:
2
t t b W
c
c
L L H.(M M .H)
L
2 2 M
+
= + +
(Theo13.7.3.4-4 của 22TCN 272-5)
Trong đó:
W
R
: sức kháng của lan can
W
M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục thẳng đứng
c
M
: sức kháng mômen trên một đơn vò chiều dài đối với trục nằm ngang
b
M
: sức kháng của dầm đỉnh
H : chiều cao tường
c
L
: chiều dài đường chảy
t
L
: chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu
F
t
: lực xô ngang quy đònh ở bảng 2.1
2.3.1. Xác đònh
c
M
: (Tính trên 1000 mm dài)
- Tiết diện tính toán b x h = 1000 mm x 100 mm và bố trí cốât thép (Hình 2.8)
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 14
Hình 2.8. Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa theo phương đứng
- Cốt thép dùng
φ
14@200
mm, 1000 mm dài có 5 thanh
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí
tương tự.
- Diện tích cốt thép A
s
:
2 2
2
s
. 3.14 14
A 5 5 769.3 mm
4 4
π φ ×
= × = × =
- Chọn a’ = 25 mm (khoảng cách từ trọng tâm thép đến mép ngoài của bê tông)
= − = − =
s
d h a' 200 25 175 mm
- Xác đònh chiều cao vùng nén a:
×
×
= = =
× ×
× ×
S y
'
c
A f
769.3 280
a 8.45 mm
0.85 28 1000
0.85 f b
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
= = =
β
1
a 8.45
c 10.06 mm
0.84
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
= = ≤
s
c 10.06
0.057 0.42
d 175
Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo:
⇒ = × × − = × × = ×
−
6
n S y s
a
8.45
M A f (d ) 769.3 280 36.79 10 N.mm
175
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:
×
= = = ×
6
3
n
c
M
36.72 10
M 36.79 10 N.mm/mm
1000 1000
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
≥ × = × × × =
2
c
s
y
f '
30
A 0.03 b.h. 0.03 1000 200 642.86 mm
f 280
Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất
2.3.2. Xác đònh
W
M H :
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 15
-
W
M H
: Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng:
- Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (Hình 2.9)
Hình 2.9. Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương ngang cầu
- Cốt thép dùng 2
14
φ
mm
- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí
tương tự.
- Diện tích cốt thép A
s
:
2 2
2
s
. 3.14 14
A 2 2 307.72 mm
4 4
π φ ×
= × = × =
- Ta có a’= 40 mm
ds h a' 200 40 160 mm
= − = − =
- Xác đònh chiều cao vùng nén:
a
S y
'
c
A f
307.72 280
a 11.26 mm
0.85 f b 0.85 30 300
×
×
= = =
× × × ×
- Khoảng cách từ thớ chòu nén đến trục trung hoà:
1
a 11.26
c 13.47 mm
0.836
= = =
β
- Xác đònh trừơng hợp phá hoại của tiết diện:
s
c 13.47
0.084 0.45
d 160
= = ≤
Tiết diện thuộc trường hợp phá hoại dẻo
⇒ = × × − = × × =
−
n S y s
a
11.26
M A f (d ) 307.72 280 12815676.38 N.mm
160
2
2
- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:
w n
M H M 12815676.38 N.mm
= =
- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:
≥ × = × × × =
c
2
s
y
f ' 30
A 0.03 b.h. 0.03 300 200 192.82 mm
f 280
Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép nhỏ nhất
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 16
2.3.3. Chiều dài đường chảy
c
(L ):
Chiều cao bó vỉa: H=300 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên
b
M 0
=
* Với trường hợp xe va vào giữa tường:
- Chiều dài đường chảy:
2
t t b W
C
c
L L 8 H.(M M .H)
L
2 2 M
× +
= + +
2
C
1070 1070 8 300 (0 12815676.38)
L 1583.22 mm
2 2 37853.713
× × +
= + + =
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c t
M .L
2
R 8 M 8 M .H
2 L L H
= × × + × +
× −
2
W
2 37853.713 1583.22
R 8 0 8 12815676.38
2 1583.22 1070 300
399538.25 N
×
= × × + × +
× −
=
t W
F 240000 N R 399538.25 N
⇒ = < =
Thoả mãn
* Với trường hợp xe va vào đầu tường:
2
t t b W
c
c
L L H.(M M .H)
L
2 2 M
+
= + +
2
C
1070 1070 300 (0 12815676.38)
L 1157.73 mm
2 2 37853.713
× +
= + + =
- Sức kháng của tường:
2
c c
W b W
c T
M .L
2
R M M .H
2 L L H
= × + +
× −
2
W
2 37853.713 1157.73
R 0 12815676.38
2 1157.73 1070 300
292162.47 N
×
= × + +
× −
=
= < =
t W
F 240000 N R 292162.47 N
=> Đảm bảo khả năng chòu lực đối với va xô tại đầu tường.
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 17
CHƯƠNG III
THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
− Mặt cầu là bộ phận trực tiếp chòu tải trọng giao thông và chủ yếu quyết đònh
chất lượng khai thác của cầu vì vậy mặt cầu cần bằng phẳng, đủ độ nhám, đảm
bảo thoát nước, khai thác thuận tiện, ít hư hỏng nhất và an toàn tối đa cho các
phương tiện tham gia giao thông.
3.1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:
- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: L
2
= 2000 mm
- Chiều dày bản bêtông:
200 .
s
t mm
=
- Bản mặt cầu làm việc theo một phương.
Cấu tạo bản mặt cầu:
− Độ dốc ngang cầu: 1.5 %
LỚP MUI LUYỆN DÀY TRUNG BÌNH 35MM
LỚP PHÒNG NƯỚC DÀY 5MM
LỚP BTN NÓNG DÀY 50MM
BẢN BTCT DÀY 200MM
LỚP BTXM BẢO VỆ DÀY 40MM
3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU
- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản Congsol và bản loại
dầm.
Hình 3.1. Sơ đồ tính bản mặt cầu
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 18
3.3. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN CONGSOL (bản hẫng)
Hình 3.2. Sơ đồ tính cho bản congxon
3.3.1. Tải trọng tác dụng lên bản Congsol:
3.3.1.1. Tónh tải:
Xét tónh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:
Hình 3.3. Tónh tải tác dụng lên bản congxon
−
Trọng lượng bản thân:
−
= × ×γ = × × × =
5
2 f c
DC b h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
−−
− Trọng lượng lớp phủ mặt cầu:
+ Lớp mui luyện:
5
1 ml
q h 35 1.8 10 1000 0.63 /
b N mm
γ
−
= × × = × × × =
+ Lớp phòng nước:
5
2 pn
q h 5 1.8 10 1000 0.09 /
b N mm
γ
−
= × × = × × × =
+ Lớp BTXM bảo vệ:
5
3 pn
q h 40 2.5 10 1000 1 /
b N mm
γ
−
= × × = × × × =
+ Lớp BTN nóng:
5
4 pn
q h 50 2.3 10 1000 1.15 /
b N mm
γ
−
= × × = × × × =
Vậy:
1 2 3 4
0.63 0.09 1 1.15 2.87 /
DW q q q q N mm
= + + + = + + + =
−
−−
− Trọng lượng lan can, lề bộ hành:
+ Trọng lượng tường bêtông:
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 19
5
1 1 1 c
P 1000 b h 1000 250 650 2.5 10 4062.5 N
−
= × × × γ = × × × × =
Trong đó:
b
1
= 250 mm: bề rộng của lan can phần bê tông
h
1
= 650 mm: chiều cao của lan can phần bê tông
- Trọng lượng lề bộ hành người đi: (tải này được chia đôi bó vỉa nhận một
nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa)
−
× ×γ ×
× × × ×
= = =
5
2 2 c
2
b h 1000
100 1300 2.5 10 1000
P 1625 N
2 2
- Trong lượng thanh lan can tay vòn: trên 1 nhòp có hai thanh: Ф100 dày 4
mm, dài 2000 mm.
Một thanh lan can có trọng lượng:
2 2 2 2
5
3 s
D d 100 92
P ' . . .L 7.85 10 3.14 2000 190 N
4 4
−
− −
= γ π = × × × × =
- Trên toàn chiều dài cầu có 15 nhòp:
⇒
Trọng lượng toàn bộ thanh lan can:
= × × = × × =
∑
3 3
P ' 15 2 P ' 15 2 190 5700 N
- Trọng lượng cột lan can: Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép
1 2 3
T ; T ; T
và 2 ống thép liên kết Ф 90 dày 4mm, dài 120 mm (Hình 3.3)
* Trọng lượng tấm thép
1
T
:
122.46 N
* Trọng lượng tấm thép
2
T
:
51.92 N
* Trọng lượng tấm thép
3
T
:
19.39 N
* Trọng lượng ống thép Ф90:
2.04 N
+ Trọng lượng một cột lan can:
3
P '' 122.46 51.92 19.39 2.04 195.81 N
= + + + =
Cột lan can=Tấm thép
1
T
+ Tấm thép
2
T
+Tấm thép
3
T
+ Ống liên kết
Hình 3.4. Chi tiết cột lan can
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 20
Khoảng cách giữa hai cột lan can 2000mm, trên chiều dài nhòp 31mm có 16 cột.
+ Trọng lượng toàn bộ cột lan can:
= × = × =
∑
3 3
P '' P '' 16 195.81 16 3132.96 N
- Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là:
+ = + =
∑ ∑
3
3
P ' P '' 5700 3132.96 8833 N
- Ta sẽ quy một cách gần đúng toàn bộ trọng lượng này thành lực phân bố dọc
cầu có giá trò:
+
= =
∑ ∑
3
3
tt
P ' P ''
8833
0.29 N / mm
L 30.4
Suy ra: trọng lượng lan can phần thép trên 1000 mm chiều dài bản:
= × =
3
P 0.29 1000 290 N
- Vậy trọng lượng toàn bộ lan can lề bộ hành trên 1000mm chiều dài bản mặt
cầu tác dụng lên bản hẫng:
= + + = + + =
3 1 2 3
DC P P P 4062.5 1625 290 5921.5 N
3.3.1.2. Hoạt tải:
- Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1000 mm trong trường hợp này chỉ
có tải của người đi bộ truyền xuống (hoạt tải này được chia đôi bó vỉa nhận một
nửa và lan can phần bê tông chòu một nửa, là lực tập trung tại đầu bản congsol)
−
× × × × ×
= = =
3
PL
PL 1000 b 3 10 1000 1500
P 2250 N
2 2
(b = 1500mm: bề rộng phần lề bộ hành)
3.3.2. Nội lực trong Congsol:
- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.5):
Hình 3.5. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng
- Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
D R I
η = η × η × η
ĐỒ ÁN TK CẦU THÉP GVHD: Ths. PHẠM ðỆ
SVTH: NGUYỄN TẤN THÀNH Trang 21
Trong đó:
D
0.95 :
η =
hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu
η =
I
1.05
: hệ số quan trọng
η =
R
0.95
: hệ sốù dư thừa (mức thông thường)
0.95 1 1 0.95
⇒ η = × × =
- Giá trò Mômen âm tại ngàm:
= η× γ × × + γ × × + γ × ×
2
b
DC 2 DC 3 b PL PL b
L
M DC DC L P L
2
(L
b
= 1000 mm: chiều dài bản hẫng)
* Trạng thái giới hạn cường độ:
DC
1.25
γ =
;
PL
1.75
γ =
;
0.95
η =
= × × × + × × + × ×
=
2
u
1000
M 0.95 1.25 5 1.25 5921.5 1000 1.75 2250 1000
2
13741156.25 N.mm
* Trạng thái giới hạn sử dụng:
DC
1
γ =
;
PL
1
γ =
;
0.95
η =
= × × × + × × + × ×
=
2
s
1000
M 1 1 5 1 5921.5 1000 1 2250 1000
2
10671500 N.mm
3.4. TÍNH NỘI LỰC CHO BẢN KÊ HAI CẠNH:
Bản đặt trên 2 gối là 2 dầm chủ, nhòp của bản là khoảng cách giữa hai dầm
L
2
= 2000 mm, cách tính ta sẽ xem bản mặt cầu như dầm liên tục được tựa trên
các gối, xét cho dải bản rộng 1000 mm
3.4.1. Tónh tải và nội lực do tónh tải tác dụng lên bản:
3.4.1.1. Tónh tải:
- Trọng lượng bản thân:
5
2 f c
DC 1000 h 1000 200 2.5 10 5 N/ mm
−
= × × γ = × × × =
- Trọng lượng lề bộ hành người đi truyền xuống bó vỉa:
−
× ×γ ×
× × × ×
= = =
5
2 2 c
2
b h 1000
100 1300 2.5 10 1000
P 1625 N
2 2
- Trọng lượng bó vỉa:
5
4 4 4 c
P b h 1000 200 300 2.5 10 1000 1500 N
−
= × ×γ × = × × × × =
(b
2
= 100 mm bề dày lề bộ hành, b
4
= 200 mm chiều rộng bó vỉa, h
4
=
300 mm chiều cao bó vỉa)
⇒ = + = + =
3 2 4
DC P P 1625 1500 3125 N
