ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG THIẾT KẾ CẦU DẦM CHỮ I CĂNG SAU
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (634.68 KB, 77 trang )
PHẦN MỞ ĐẦU : GIỚI THIỆU VÀ CÁC QUY ƯỚC CHO ĐỒ ÁN
I – Giới thiệu về đồâ án :
- Đồ án thiết kế cầu bê tông cốt thép được thực hiện theo tiêu chuẩn mới 22TCN272-
05 dựa trên nền tảng tiêu chuẩn HOA KỲ AASHTO .
- Trong pham vi thiết kế của đồ án chỉ thực hiện thiết kế kết cấu phần trên của cầu
gồm : Dầm chủ , Dầm ngang , Bản mặt cầu , Lan can , Lề bộ hành … theo các trạng
thái giơiù hạn cường độ 1 , trạng thái giới hạn sử dụng ( kiểm tra nứt ).
- Thuyết minh đồ án gồm trang, trong đó có:
+ hình minh hoạ.
+ Bảng số liệu và bản tính bổ sung.
- Bản vẽ thiết kế được thực hiện trên một khổ giấy A1.
- Trong quá trình tính toán chỉ thực hiện tính cho một tiết diện đại diện còn các tiết
diện tương tự khác sẽ không tính cụ thể trên thuyết minh mà sẽ lập thành những bản
kết qủa.
II – Các quy ước chung :
- Nếu không có gì thay đổi thì tất cả đơn vò tính đều được quy đinh như sau :
+ Đơn vi chiều dài:mm
+ Đơn vò lực:N
- Tại những vò trí có sự thay đổi đơn vò tính cho phù hợp với yêu cầu trong công thức
được quy đònh trong tiêu chuẩn thì sẽ được ghi cụ thể .
PHẦN 1 : THỐNG KÊ CÁC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ CHỌN SỐ LIỆU THIẾT KẾ
I – ĐỀ BÀI: 1A2A
- Chiều dài nhip tính toán: L = 33500(mm)
- Kích thước mặt cắt ngang :
+ Bề rộng lòng đường: B =8000(mm)
+ Bề rộng lề bộ hành: K = 1200(mm)
- Vật liệu:
+ Cấp bê tông dầm chu: f’
c
=50(N/mm3)
- Loại tiết diện dầm chính: chữ I căng sau
- Hoạt tải: HL – 93 và người
II – CHỌN SỐ LIỆU THIẾT KẾ :
II.1 – Chọn kích thước lan can – lề bộ hành :
- Loại lan can và lề bộ hành dành cho người đi bộ , các kích thước thể hiện
trên hình1
1%
Hình 1 – mặt cắt ngang lan can – lề bộ hành dành cho người đi bộ
Các kích thước lề bộ hành và phần lan can bê tông như sau :
+ Bề dày lan can: L
c
=250 (mm)
+ Bề dày bó vỉa:b
bv
= 200 (mm)
+ Chiều cao bó vỉa:h
bv
= 324 (mm)
+ Bề dày bản bê tông người đi bo:h
PL
=80 (mm)
+ Bán kính vuốt cong tại mép lề :R =50 (mm)
+ Độ dốc thoát nước của lề người đi i
PL
=1%
- Chi tiết phần lan can thép ( Hình 2 )
Hình 2 – Phần thép lan can
+ Bề dày các cấu liện thép: t
s1
= 10 (mm)
+ Bề dày thép tấm chờ liên kết bu lông với phần bê tông: t
s2
= 20 (mm)
+ Bán kính cong của đỉnh cột thép: R
1
= 140 (mm)
+ Bán kính cong của thân cột thép: R
2
= 2469 (mm)
+ Chiều cao tónh không trên: h
tkt
= 260 (mm)
+ Chiều cao tónh không dưới : h
tkb
= 310 (mm)
- Bố trí các cột thép lan can cách nhau 2400(mm) . Do đó có 15 cột thép . (hình 3)
Hình 3 - Sơ đồ bố trí khoảng cách giữa các cột lan can
II .2- Chọn lớp phủ mặt cầu :
- Lớp phủ mặt cầu gồm :
+ Lớp bê tông asfan dày: t
1
= 70 (mm)
+ Lơp phòng nước dày: t
2
= 4 (mm)
II.3 - Chọn bản mặt cầu :
- Chọn bản mặt cầu bằng bê tông có :
+ Chiều dày bản la:ø t
sc
= 80 (mm)
+ Dung trọng bê tông
C
'
2.5x10-
5(N/mm3 )
+ Đối với phần bản hẫng chiều dày thay đổi từ 180 (mm) đến 220 (mm)
- Độ dốc ngang thoát nước cho mặt đường la i
LL
= 1.5 %
- Tạo độ dốc ngang cho mặt đường bằng cách kê gối lên các dầm chủ.
II.4 - Chọn các kích thước mặt cắt ngang dầm chủ :
II.4.1 - Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ đoạn giữa nhòp :
- Chiều cao dầm chủ: H = 1450 (mm)
- Chiều cao bầu dưới: H
1
= 200 (mm)
- Chiều cao vút dưới: H
2
= 250 (mm)
- Chiều cao sừơn: H
3
= 650 (mm)
- Chiều cao vút trên: H
4
= 150 (mm)
- Chiều cao gờ trên: H
5
= 160 (mm)
- Chiều cao gờ trên cùng: H
6
= 40 (mm)
- Bề rộng bầu dầm dưới: b
1
= 700 (mm)
- Bề rộng sườn dầm: b
2
= 200 (mm)
- Bề rộng bản cánh trên: b
3
= 600 (mm)
- Bề rông gờ trên cùng: b
4
= 480 (mm)
H
b
2
1
b
4
b
b
3
1
2
3
4
5
6
H
H
H
H
H
H H
H
H
H
6
3
2
1
3
b
b
4
b
1
H
'
'
Hình 4 – Mặt cắt ngang dầm chủ đoạn giữa dầm và tại vò trí gối
II.4.2 - Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ tại vò trí gối :
- Chiều cao dầm chủ: H = 1450 (mm)
- Chiều cao bầu dưới: H
1
= 200 (mm)
- Chiều cao vút dưới: H
2
’ = 50 (mm)
- Chiều cao sừơn: H
3
’ =1160 (mm)
- Chiều cao gờ trên cùng: H
6
= 40 (mm)
- Bề rộng bầu dầm dưới: b
1
= 700 (mm)
- Bề rộng bản cánh trên: b
3
= 600 (mm)
- Bề rông gờ trên cùng: b
4
= 480 (mm)
II .5 - Chọn các kích thước dầm ngang:
- Bố trí dầm ngang tại các vò trí : hai gối , L/6 , L/3 , L/2 , 4L/6 , 5L/6 ( 7 mặt cắt)
- Từ việc bố trí dầm ngang như trên ta có số dầm ngang là :
+ Tại gối: n
Ngối
= 10 (dầm)
+ Tại giữa nhòp: n
Ng
= 25 ( dầm)
- Khoảng cách giữa các dầm ngang: l
1
= L
tt
/ n = 5583.3(mm)
Với n = số mặt cắt bố trí dầm ngang – 1 = 7 – 1 = 6
II . 5.1 - Kích thước dầm ngang đoạn giữa nhòp :
- Chiều cao dầm ngang: H
n
= H
3
+ H
4
+ H
5
+ H
6
=1000(mm)
- Bề dày dầm ngang: b
n
=200(mm)
II .5 .2 - Kích thước dầm ngang tại gối :
- Chiều cao dầm ngang: H
n
’ = H
1
+ H
2
’ + H
3
’ + H
6
= 1000(mm)
- Bề dày dầm ngang : b
n
= 200(mm)
H
H
H
H
H
H
6
5
4
3
2
1
3
b
b
4
b
1
2
b
n
H
'
'
1
b
4
b
b
3
1
2
3
6
H
H
H
H
H
n
'
Hình 6 – Cấu tạo dầm ngang tại vi trí nhòp và gối
II . 6 . - Cấu tạo dầm chủ theo phương dọc cầu :
a
0.5H
H
H
Hình 7 – Bố trí cấu tạo đầu dầm
- Vò trí bắt đầu thay đổi tiết diện cách tim dầm một đoạn:H =1450 (mm)
- Vò trí kết thúc thay đổi tiết diện cách tim dầm một đoạn:1.5H =2175 (mm)
- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối la:ø a = 300(mm)
II .7 – Bố trí dầm chủ theo phương ngang cầu :
- Bề rộng toàn cầu là : B + 2.K + 2.L
c
= 8000+2x1200 + 2x250 = 10900(mm)
- Chọn số dầm chủ là: N
b
= 6 ( dầm)
- Chọn khoảng cách giữa các dầm chủ là:S =1800 (mm)
- Từ đây suy ra bề rộng phần bảng hẫng là :
S
k
= {B + 2.K + 2.L
c
– (N
b
– 1) .S}= 950 (mm)
II.8 – Tổng quát mặt cắt ngang toàn cầu : ( Hình 8 )
lớp bê tông asfan dày 70 mm
lớp phòng nước dày 4 mm
bản mặt cầu dày 180 mm
1.5 %1.5 %
1% 1%
Hình 8 – Mặt cắt ngang toàn cầu
PHẦN II – TÍNH TOÁN LAN CAN LỀ BỘ HÀNH
I – Tính toán cho bó vỉa theo điều kiện chòu được lực va xe ( Trạng thái giới hạn đặt
biệt):
- Trong phạm vi tính toán chấp nhận một số giả thiết mang tính an toàn:
+ Bó vỉa xem như làm việc độc lập với bản bê tông người đi và phần lan can bê tông
dù trong thi công chúng được đúc toàn khối .
+ Chiều cao bó vỉa không thể quá cao như yêu cầu của chiều cao tối thiểu đặt lực va
xe H
e
=810 ( mm) nên trong thiết kế lấy bằng chiều cao bó vỉa H = h
bv
= H
e
I .1 – Các số liệu thiết kế :
- Chiều cao bó vỉa h
bv
= 324(mm)
- Bề dày bó vỉa: b
bv
=200(mm)
- Chọn lan can cấp L
3
, tra bảng 4.2 ( A13.7.3.3-1)
+ Lực ngang F
t
= 240000(N)
+ Chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu là : L
t
=1070 (mm)
- Thép sử dụng loại AII có cường độ chảy là : fy = 280(Mpa)
- Bê tông làm kan can lề bộ hành dùng loại giống như dùng để đổ bản mặt
cầu có f
c
’
= 35 (Mpa)
- Tính toán theo trạng thái giới hạn đặc biệt nên lấy hệ số sức kháng Ф = 1
I.2 – Tính toán bó vỉa theo điều kiên chòu uốn khi va xe :
- Lấy 1 đơn vò chiều dài là 1(mm)
- Tính toán sức kháng của tiết diện hình chử nhật khi bố trí cốt thép đơn mặt dù khi
bố trí ta bố trí cốt kép .
- Lấy bề dày lớp bảo vệ là : a
bv
= 25 (mm)
- Bố trí cốt thép theo phương ngang ( cốt thép đứng ) là thép Ф 14 có khoảng cách
giữa các thanh là a = 150 (mm) và bao phía ngoài .
- Bố trí cốt thép theo phương đứng ( cốt thép ngang) là thép Ф 14 có khoảng cách
giữa các thanh là a = 150 (mm) và đặt trong cốt thép đứng .
II.2.1 – Tính khả năngchòu uốn của 1 (mm) bề rộng tiết diện theo phương đứng M
W
:
- Thực hiện tính toán cho tiết diện hình chữ nhật có :
ds
a a a
1
As
h
1
Hình 9 – Sơ đồ tính khả năng chòu lực của bó vỉa
+ Bề rộng b = 1 (mm)
+ Chiều cao h = b
bv
= 200 (mm)
- Từ cách bố trí như trên ta có số thanh thép trên 1(mm) bề dày bê tông là
n = 1/150 = 0.0066 ( thanh)
- Diện tích mỗi thanh là : A
s1thah
= π.d
2
/4 = 3.14x15
2
/4 = 153.86(mm
2
)
- Diện tích thép dùng tính toán là : A
s
= A
1thanh
. n = 153.86x0.0066 = 1.0257(mm
2
)
- Khoảng cách từ thớ dưới đến trọng tâm cốt thép là :
a
bv
+ d
đứng
+ d
ngang
=25+14+14/2 = 46 (mm)
+ d
đứng
: đường kính cốt thép đứng .
+ d
ngang
: đường kính cốt thép ngang .
- Từ đây ta có : ds = h – (a
bv
+ d
đứng
+ d
ngang
) = 200 – 46 = 154 (mm)
- Tính
bf
fA
a
c
ys
.85.0
.
'
1
.
35
85
.
0
2800257.1
x
x
x
9.6539 (mm)
- Tính β
1
= 0.85 – 0.05/7x(f
c
’
-28 ) = 0.85 – 0.05/7x(35-28) = 0.8
- Tính chiều cao vùng chòu kéo quy ước c = a/ β
1
= 9.6539/0.8 = 12.0675 (mm)
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép cực đại :
+ Ta có : c/d
s
= 12.0675/154 = 0.71 < 0.45
+ Vậy điều kiện hạn chế cốt thép cực đại được thoã mãn
- Tính khả năng chòu của tiết diện :
- M
W
= M
n
= A
s
.f
y
. (d
s
– a/2 ) = 1.025x280x(154 – 9.65/2) = 41986.4 (Nmm/mm)
II.2.2– Tính khả năngchòu uốn của 1 (mm) bề rộng tiết diện theo phương ngang M
C
:
- Thực hiện tính toán cho tiết diện hình chữ nhật có :
+ Bề rộng b = 1 (mm)
+ Chiều cao h = b
bv
= 200 (mm)
- Từ cách bố trí như trên ta có số thanh thép trên 1(mm) bề dày bê tông là
n = 1/150 = 0.0066 ( thanh)
- Diện tích mỗi thanh là : A
s1thah
= π.d
2
/4 = 3.14x15
2
/4 = 153.86(mm
2
)
- Diện tích thép dùng tính toán là : A
s
= A
1thanh
. n = 153.86x0.0066 = 1.0257(mm
2
)
- Khoảng cách từ thớ dưới đến trọng tâm cốt thép là :
a
bv
+ d
đứng
=25+14/2 = 32 (mm)
- Từ đây ta có : ds = h – (a
bv
+ d
đứng
) = 200 – 32 = 168 (mm)
- Tính
bf
fA
a
c
ys
.85.0
.
'
1
.
35
85
.
0
2800257.1
x
x
x
9.6539 (mm)
- Tính chiều cao vùng chòu kéo quy ước c = a/ β
1
= 9.6539/0.8 = 12.0675 (mm)
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép cực đại :
+ Ta có : c/d
s
= 12.0675/154 = 0.71 < 0.45
+ Vậy điều kiện hạn chế cốt thép cực đại được thoã mãn
- Tính khả năng chòu của tiết diện :
M
C
= M
n
= A
s
.f
y
. (d
s
– a/2 ) = 1.025x280x(168 – 9.65/2) = 45926.9 (Nmm/mm)
II.2.3 – Xét trường hợp va xe giưa bó vỉa :
- Tính bề rộng vùng phá hoại của bó vỉa L
C
và sức kháng của tường R
Wmin
:
- Bề rộng phá hoại của tường được tính theo công thức :
C
Wbt
tC
M
HMMHL
LL
).(8
2
2
- Với các số liệu đã có ở trên ta tính được:
)(63.1561
9.45926
)200.4.419860(2008
2
1070
1070
2
mm
xxx
L
C
- Sức kháng của bó vỉa được tính theo công thức :
H
LM
HMM
LL
R
CC
Wb
tC
W
2
min
.
.88.
2
2
)(442722
200
1561.45926
2004986808.
107015612
2
2
min
Nxxx
x
R
W
II.2.4– Xét trường hợp va xe đầu :
- Các giá trò L
C
và R
Wmin
được tính như sau :
-
C
Wbt
tC
M
HMMHL
LL
).(
2
2
- )(22.1153
9.45926
)200.4.419860(200
2
1070
1070
2
mm
xxx
L
C
=>
H
LM
HMM
LL
R
CC
Wb
tC
W
2
min
.
2
2
)(326937
200
1561.45926
20049860.
107015612
2
2
min
Nx
x
R
W
II.2.5 – Kiểm toán :
- Trạng thái giới hạn đặc biệt nên lấy Φ = 1
- Giá trò R
Wmin
= 326937 (N)
- Giá trò lực va xe theo tiêu chuẫn F
t
= 240000 (N)
- Ta thấy : R
Wmin
< F
t
- Kết luận : Bó vỉa đủ khả năng chòu uốn dưới tác dụng của lực va xe
I.2 – Tính toán bó vỉa theo điều kiện chống trượt khi va xe :
- Như đã tính ở trên ta có sức kháng uốn của tường biểu thi qua R
Wmin
, và đây
cũng là giá dùng tính cho sức kháng cắt của bó vỉa , Với giả thiết R
W
phát triển
theo góc nghiêng 45
o
, Ta có lực cắt tại chân tường do va xe là:
V
CT
=
)2( HL
R
C
W
=
)/(5.181
)324222.1153(
326937
mmN
x
- Theo AASHTO , sức kháng cắt danh đònh của mặt tiếp xúc tính theo công thưc
sau :
V
n
= c.A
cv
+ µ.(A
vf
.f
y
+ P
c
)
- Điề kiện khống chế :
+ V
n
< 0.2f
c
’A
cv
= 0.2x35x200 = 1400 (N/mm)
+ Hoặc V
n
< 5.5A
cv
=5.5x200 =1100 (N/mm)
- Trong đó ta có :
+ Diện tích tiếp xúc chòu cắt A
cv
= b
bv
x1(mm) = 200x1 = 200 (mm
2
/mm)
+ Diên tích cốt thép neo ở mặt chòu cắt trên 1(mm) chiều dài :
A
vf
= As = 1.0257 (mm
2
/mm)
+ Lực nén do tónh tải P
c
= h
bv
.b
bv
.γ
c
= 200x324x2500x9.81x10
-9
= 1.58
(N/mm)
+ Hê số dính kết {Ạ.8.4.2} c = 0.52
+ Hệ số ma sát: µ = 0.6
- Từ đây ta tính được:
- V
n
= 0.52x200+0.6x(1.0257x280+1.58) = 277.2656(N/mm)
- Thực hiện kiểm toán , ta thấy:
+ V
n
< 0.2f
c
’.A
cv
+ V
n
< 5.5A
cv
+ V
n
= 277.2656(N/mm) > V
CT
= 181.5 (N/mm)
Kết luận : Bó vỉa đủ khả năng chống trượt theo điều kiện lực cắt
- Kiểm toán theo điều kiện diện tích tiết diện ngang tối thiểu của chốt trong
mặt chòu cắt: {A5.8.4.1}
+ A
vf
= 0.35.b
v.
S/f
y
= 0.35x200x150/280 = 37.5 (mm
2
)
+ Với việc bố trí 1 thanh Φ14 neo vào bản hẫng ta có :
- As = π.d
2
/4 = 3.14x14
2
/4 = 153.86 > A
vf
=> Đạt
- Tính chiều dài đoạn neo l
nb
có đầu móc với: fy = 280 (N/mm
2
) theo
Ạ.11.2.4.1 l
hb
không nhỏ hơn 8d
b
hoặc 150 (mm)
+ Ta có : l
hb
=
'
.100
c
b
f
d
+ Với d
b
= 14 (mm)
L
hb
=
35
14.100
= 236.643 (mm)
+ So sánh ta thấy l
hb
> 8d
b
= 112 (mm) và l
hb
> 150(mm)
+ Tính lại chiều dài l
hb
có nhân thêm hệ số quy đổi , lấy 0.7 cho lớp phủ phù
hợp và 1.2 cho thép bọc êpócxy: L
hb
= 0.7x1.2x236.643 = 198.78 (mm)
+ lấy lớp bê tông bảo vệ thớ dưới bản mặt cầu a
bv
= 25 (mm)
chiều dài đoạn neo thực có thể đạt được là:
l
hbthưc
= 180 – 25 = 15 (mm) < 166.26 (mm)
Do đó cần chọn lại diên tích thép yêu cầu giảm xuống còn :
A
yc
= A
vf
.( 155/166.26) = 1.0257x(155/198.78) = 0.799 (mm
2
)
+ Với A
yc
ta tính lại M
c
, l
c
, R
w
,ta có:
bf
fA
a
c
ys
.85.0
.
'
1
.
35
85
.
0
280.799.0
x
x
x
7.52 (mm)
c = a/ β
1
= 7.52/0.8 = 9.4 (mm)
c/d
s
= 9.4/168 = 0.0559
Mc = M
n
= A
s
.f
y
. (d
s
– a/2 ) = 0.799x280x(168 – 7.52/2) =
= 36008.897(Nmm/mm)
+ Tính
C
Wbt
tC
M
HMMHL
LL
).(
2
2
)(24.1174
897.36008
)200.4.419860(200
2
1070
1070
2
mm
xx
L
C
R
Wmin
= 261007 (N) > 240000(N)
- Uốn móc câu 90
0
và kéo dài 12.d
b
= 168 (mm)
II – Tính toán bản bê tông người đi bộ :
II.1 – Tónh tải tác dụng :
- Thực hiện tính toán bằng cách xét 1(mm) bản và xem như dầm giản đơn có
khoảng cách giữa hai gối là l
b
= 1200(mm)
- Giá trò lực phân bố là :DC
3
= γ
c
’
.h
b
= 2500x10
-8
x80 = 0.002 (N/mm)
PL
DC
3
1200
Hình 10 – Sơ đồ tính bản người bộ hành
II.2- Hoạt tải tác dụng :
- Hoạt tải chỉ có tải trọng người đi bộ với tải trong phân bố trên 1200(mm) bề
ngang và 1(mm) theo phương dọc cầu có giá trò là
PL = 300x9.81x10
-6
x1 = 0.003 (N/mm)
III.3 – Tổ hợp nội lực:
II.3.1 – Trạng thái giới hạn cường độ:
- Mô men tính toán cho trang thái giới hạn cường độ :
- M
u
= M
u
DC3
+ M
u
PL
=
8
8
2
2
3 bPLbDC
lPLlDC
(1)
+ Trong đó: lấy
RDI
1
+ 25.1
DC
+ 75.1
PL
- Từ (1) ta có: M
u =
8
1200003.0.75.1
8
1200.002.025.1
1
2
2
xx
x
945 (Nmm)
II.3.2 – Trạng thái giới hạn sử dụng:
- - Mô men tính toán cho trang thái giới hạn sử dụng :
- M
s
= M
s
DC3
+ M
s
PL
=
8
8
2
2
3 bb
lPLlDC
(2)
- Từ (1) ta có: M
u =
8
1200003.0
8
1200.002.0
2
2
x
900 (Nmm)
II.3.3 - Tính toán và bố trí cốt thép:
ds
a a a
1
As
h
1
Hình11 – tiết diện tính toán cốt thép
- Thực hiện tính toán bài toán cốt đơn cho tiết diện hình chữ nhật có chiều cao
h= 80(mm) và bề rộng là b = 1(mm)
- Chọn bố trí 15012a
- Từ cách bố trí như trên ta có số thanh thép trên 1(mm) bề dày bê tông là
n = 1/150 = 0.0066 ( thanh)
- Diện tích mỗi thanh là : A
s1thah
= π.d
2
/4 = 3.14x12
2
/4 = 113.04(mm
2
)
- Diện tích thép dùng tính toán là : A
s
= A
1thanh
. n = 113.04x0.0066 = 0.746(mm
2
)
- Lấy bề dày lớp bảo vệ là a
bv
= 15(mm)
- Khoảng cách từ thớ dưới đến trọng tâm cốt thép là :
a
bv
+d/2 =15+12/2 = 21 (mm)
- Từ đây ta có : ds = h – (a
bv
+ d
) = 80 - 21 = 59 (mm)
- Tính
bf
fA
a
c
ys
.85.0
.
'
1
.
35
85
.
0
280746.0
x
x
x
7.02 (mm)
- Tính chiều cao vùng chòu kéo quy ước c = a/ β
1
= 7.02/0.8 = 8.77(mm)
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép cực đại:
+ Ta có: c/d
s
= 12.0675/154 = 0.71 < 0.45
+ Vậy điều kiện hạn chế cốt thép cực đại được thoã mãn
- Tính khả năng chòu của tiết diện:
M
n
= A
s
.f
y
. (d
s
– a/2 ) = 0.746x280x(80 – 7.02/2) = 13777.7 (Nmm) > M
u
=> Chọn bố trí 15012a
II.3.4 – Kiểm tra nứt theo trạng thái giới hạn sử dụng:
- Ta có ứng suất cho phép trong thanh cốt thép khi nứt là:
-
3
6
max
.
1
.
022.11
10.
Ad
a
f
c
n
sa
- Trong đó đặt .
022.11
10.
6
max
n
a
Z
- Ứng với điều kiện khí hậu ôn hoà ta lấy gần đúng : Z = 30000(N/mm)
- Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép là:
d
c
= 15+12/2 = 21(mm)
- A: diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 cây thép A=A
c
/n
+ Trong đó: Ac = 1x21x2 = 42(mm
2
)
+ số thanh thép n = 0.0066 (thanh)
A = 42/0.066 = 6363.63(mm
2
)
3
21.63.6363
1
.30000
x
f
sa
= 469(N/mm
2
)
+ Giá trò 0.6xf
y
= 168(N/mm
2
)
- Bê tông bản có f
c
’
= 35(N/mm
2
)
=.> Ec = ' 043.0
5.1
ciC
f
= 31798.93(N/mm
2
)
- Thép có E
s
= 200000 (N/mm
2
)
Hệ số quy đổi từ théo sang bê tông là : n = E
s
/E
c
= 200000/31789.93 = 6.3
- Giá trò ứng suất kéo xuất hiện trong thép là:
-
2/. xd
I
M
nf
s
cr
s
s
+ Với x =
1
.2
1.
s
ss
nA
bd
b
nA
=
1
764.03.6
1692
1.
1
764.03.6
x
xxx
= 28.01(mm)
+
23
).(
3
1
xdAnxbI
SScr
=
23
)01.2859.(764.0.3.601.28.1.
3
1
xx =
= 11947(mm
4
)
=>
)/(35.212/01.2859
11947
900
.3.6
2
mmNxf
s
<
y
sa
f
f
6.0
Vậy trạngï thái giới hạn về sử dụng được thoả mãn .
III – Tính khả năng chòu của thanh thép ngang:
III -1 . Sơ dồ tính:
- Tải trọng bản thân phân bố đều và hướng xuống có giá trò:
sss
Aq .
+ )/(000077.01081.97850
39
mmNxx
s
+ A
s
=
)(5.1177
4
7080
14.3
4
.
2
2222
mmx
dD
=>
sss
Aq .
= )/(09.05.1177.000077.0 mmNx
- Tính toán như đối với dầm đơn giản chòu tải trọng phân bố w = 0.37(N/mm)
và một tải tập trung 890(N) đặt tại giữa nhòp đông thời tác dụng theo hai
phương nên ta có giá tri lực phân bố ( tính cả trong lượng bản thân ) là:
)/(59.037.0)09.037.0('
2222
2
mmNwwqw
s
- Tải trọng phân bố này có phương hợp với phương ngang một góc
24.1
w
wq
tg
s
- Tải trong tâp trung cũng tác dụng theo 2 phương nên ta có giá trò tải tập
trung
tính toán là: P
’
= 890x
tg
890x1.24 = 1103.6(N)
P'=1103.6(N)
w'=0.59(N/mm)
2400
Hình 12 – Sơ đồ tính thanh tay vòn
- Giá trò mômen tính toán là:
- M = )(1086960
8
240059.0
4
24006.1103
2
Nmm
xx
Ta có tiết diện tính toán là tiết diện ống thép có các kích thước như hình vẽ
80
70
Hình 13 – Tiết diện tính toán thanh tay vòn
+ Mômen quán tính của tiết diện đối với trục trung hoà của nó là:
I =
64
.
44
dD
)(375.831609
64
7080
.14.3
4
44
mmx
+ Mômen kháng uốn của tiết diện là:
S = )(23.20790
2
/
80
375.831609
2
/
3
mm
D
I
=> Ứng suất lớn nhất do tải trọng gây ra:
f
t
= f
b
= )/(2.52
23
.
20790
1086960
2
mmN
S
M
- Ứng suất giới hạn cho phép trong thép là: f
y
= 280(N/mm
2
)
- Kiểm toán khả năng chòu tải của thanh lan can:
+ Công thức kiểm toán theo AASHTO-LRFD:
nbtu
ffff .
+ lấy
9.0
+ f
n
= f
y
= 280(N/mm
2
)
=>
2
/(2522809.0. mmNxf
n
) > f
u
Vậy thanh lan can đủ khả năng chòu lực
PHẦN III – TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU
I – Tính toán cho bản consol: ( tính trên 1 mm chiều dài theo phương dọc cầu của bản)
700150
DC
3
2
DC
100
b
P
Hình 14– Sơ đồ tính với tónh tải
PL
700
Hình15 – Sơ đồ tính với hoạt tải
I.1 Tónh tải tác dụng:
I.1.1 – Xác đònh tónh tải:
- Trọng lượng bản thân bản nặt cầu:
Ta có bề dày trung bình bản consol là: t
sb
= (180+180+40)/2 = 200 (mm)
=>Trọng lương bản thân phân bố đều có giá trò:
DC
2
=
sbC
t.'
0.000245x200 = 0.004905 (N/mm) ( do đang xét 1mm dải bản)
- Tónh tải do trọng lượng lan can gây ra: ( Xem như lan can tác dụng một tải tập
trung)
+ Ta có diện tích phần lan can bê tông: A
c
=(200+250)x667 = 150075(mm
2
)
Trọng lượng phần bê tông phân bố trên chiều dài cầu:
q
c
= A
c
.
c
150075x0.000245 = 3.6824(N/mm)
+ Trọng lượng phần thép(việc tính toán cụ thể trọng lượng phần thép được thực
hiện trong phần tính toán dầm chính)
- Trọng lượng một cột lan can là:
P
lc
= 198.612 (N) ( tính ở phần dầm chính)
- Ngoài trọng lượng lan can ra ta có trọng lượng phân bố trên 1(mm) chiều dài
củaphần còn lại là:
q
lc
= 0.00007693.14x[(100
2
-90
2
) + (90
2
-80
2
)]/4 = 0.2176 (N/mm)
=>Tải trọng phân bố do phần lan can thép gây ra là:
q
s
= )/(3076.02176.0
33500
612.19815
15
mmN
x
q
L
xP
lc
tt
lc
Tổng trọng lượng lan can: P
b
= q
s
+q
c
= 3.6824 + 0.3076 = 3.99 (n/mm)
- Tải trọng phân bố đều của phần bản người đi bộ:
+ Bề dày bản sàn người đi bộ là: h
PL
= 80 (mm)
=.> Trọng lượng phân bố đều do bản sàn người đi bộ là:
DC
3
=
PLC
h.'
0.000245x80 = 0.00210915 (N/mm)
I.1.2 - Tính toán nội lực ở các trạng thái giới hạn do tónh tải gây ra:
I.1.2.1– Trạng thái giới hạn cường độ:
- Các kích thước được thể hiện trực tiếp trên hình
- Từ các số liệu đã tính ở trên ta có:
+ Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn cường độ là:
u
M
DC+DW
=
2
700
2
950
2
3
2
2
xDC
xDC
DC
=
2
70000200915.0
2
950004905.0
.25.11
22
xx
xx
7650.104961 (Nmm)
I.1.2.2– Trạng thái giới hạn sử dụng:
- Từ các số liệu đã tính ở trên ta có:
+ Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng là:
s
M
DC+DW
=
2
700
2
950
.
2
3
2
2
xDC
xDC
=
2
70000200915.0
2
950004905.0
.
22
xx
6120.083969 (Nmm)
I.2 – Hoạt tải tác dụng:
I.2.1 Xác đònh hoạt tải:
- Hoạt tải chỉ có tải trọng người đi bộ là tải phân bố có giá trò:
PL = 300x9.81x10
-6
= 0.002943 (N/mm)
I.2.2 – Tính nội lực ở các trạng thái giới hạn do hoạt tải gây ra:
I.2.2.1– Trạng thái giới hạn cường độ:
- Tải trọng người phân bố trên bề rộng tương úng với bề rộng phân bố của bản
người đi bộ:
- Từ các số liệu đã tính ở trên ta có:
+ Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn cường độ là:
u
M
PL
=
2
700
2
PLx
LL
=
2
700002943.0
.75.11
2
x
xx
1261.81125 (Nmm)
I.1.2.2– Trạng thái giới hạn sử dụng:
- Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng là:
s
M
PL
=
2
700
2
PLx
=
2
700002943.0
.
2
x
721.035 (Nmm)
I.3 – Tổ hợp nội lực:
I.3.1– Trạng thái giới hạn cường độ:
M
u
= M
u
DC+DW
+
u
M
PL
= 1261.81125 (Nmm)
I.3.2– Trạng thái giới hạn sử dụng:
- Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng là:
M
s
= M
s
DC+DW
+
s
M
PL
= 6120 + 721.035 = 6841.12 (Nmm)
I.4 – Tính toán và bố trí cốt thép cho bản consol:
- Mô men tính toán là: M
u
= M
u
DC+DW
+
u
M
PL
= 8911.916 (Nmm)
- Thực hiên tính toán cốt thép cho bài toán cốt đơn cho tiết diện có bề rộng là
b=1(mm) và chiều cao tiết diện là: h = 180 (mm)
ds
a a a
1
As
h
1
- Lấy chiều dày lớp bê tông bảo vệ là: a
bv
= 25 (mm) , dự đònh chon thép Ф12
d
s
= h – a
bv
– Ф/2 = 180 – 25 – 12/2 = 149 (mm)
a =
xbxfx
M
dd
C
u
ss
'85.0
2
2
13585.01
916.8911
2149149
2
xxx
2.25 (mm)
c = a/
1
2.25/0.8 = 2.81 (mm)
Trong đó )28(
7
05.0
85.0
'
1 C
fx
8.0)2835(
7
05.0
85.0 x
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:
c/d
s
= 2.81/149 = 0.019 < 0.45 => Đạt
Diện tích cốt thép cần thiết cho 1(mm) dải bản là:
)(1594.0
280
125.23585.0
'85.0
2
mm
xxx
f
baxf
A
y
C
S
Trong đó f
y
= 280 (N/mm
2
)
- Chọn thép Ф12 bố trí với khoảng cách các thanh là: a = 200 (mm)
=> Ứng với cốt thép vừa chọn ta có A
s
=
xa
d
4
.
2
200
4
1214.3
2
x
x
0.5652 (mm
2
)
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
Ta có hàm lïng cốt thép tính được là:
s
S
bxd
A
)(0038.0
149
1
5652.0
2
mm
x
Hàm lượng cốt thép tối thiểu tính theo công thức:
00375.0
280
35
03.0
'
03.0
min
x
f
f
x
y
C
< 0.0038 =>. Đạt
- Chọn bố trí Ф12a200
I.5 – Kiểm tra nứt theo trạng thái giới hạn sử dụng:
- Ta có ứng suất cho phép trong thanh cốt thép khi nứt là:
-
3
6
max
.
1
.
022.11
10.
Ad
a
f
c
n
sa
- Trong đó đặt .
022.11
10.
6
max
n
a
Z
- Ứng với điều kiện khí hậu ôn hoà ta lấy gần đúng : Z = 30000(N/mm)
- Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép là:
d
c
= 25+12/2 = 31(mm)
- A: diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 cây thép A=A
c
/n
+ Trong đó: Ac = 1x31x2 = 62(mm
2
)
+ số thanh thép n = 1/200 = 0.005(thanh)
A = 62/0.005 = 12400(mm
2
)
3
3112400
1
.30000
x
f
sa
= 412.6 (N/mm
2
)
+ Giá trò 0.6xf
y
= 168(N/mm
2
)
- Bê tông bản có f
c
’
= 35(N/mm
2
)
=.> Ec = ' 043.0
5.1
ciC
f
= 31798.93(N/mm
2
)
- Thép có E
s
= 200000 (N/mm
2
)
Hệ số quy đổi từ thép sang bê tông là : n = E
s
/E
c
= 200000/31789.93 = 6.3
- Giá trò ứng suất kéo xuất hiện trong thép là:
-
2/. xd
I
Ms
nf
s
cr
s
+ Với x =
1
.2
1.
s
ss
nA
bd
b
nA
=
1
5652.03.6
11492
1.
1
5652.03.6
x
xxx
= 29.2(mm)
+
23
).(
3
1
xdAnxbI
SScr
=
23
)2.29149.(5652.0.3.62.29.1.
3
1
xx =
= 60173.2(mm
4
)
=>
)/(31.862/2.29149
2
.
60173
12.6841
.3.6
2
mmNxf
s
<
y
sa
f
f
6.0
Vậy đều kiện sử dụng được thoã mãn.
II – Tính toán cho bản dầm giưã: ( tính trên 1 mm chiều dài theo phương dọc cầu của
bản)
DW
2
DC
1800
Hình 16 – Sơ đồ tính do tónh tải tác dụng
II.1 Tónh tải tác dụng:
II.1.1 – Xác đònh tónh tải:
- Trọng lượng bản thân bản nặt cầu:
=>Trọng lương bản thân phân bố đều có giá trò:
DC
2
=
sbC
t.'
0.000245x180 = 0.00441 (N/mm) ( do đang xét 1mm dải bản)
- Lớp phủ mặt cầu gồm:
+ Lớp bê tông asfan dày t
1
= 70(mm) có )/(0000245.0
2
mmN
C
+ Lớp phòng nước có chiều dày t
2
= 4 (mm) có )/(000017658.0
2
2
mmN
tónh tải phân bố do lớp phủ mặt cầu gây ra là:
DW = )/(001787.0000017658.040000245.070.
221
mmNxxtt
C
II.1.2 - Tính toán nội lực ở các trạng thái giới hạn do tónh tải gây ra:
II.1.2.1– Trạng thái giới hạn cường độ:
- Các kích thước được thể hiện trực tiếp trên hình
- Từ các số liệu đã tính ở trên ta có:
+ Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn cường độ là:
+ Lấy 9.0
( Bộ phận có dư thừa)
u
M
DC+DW
=
8
1800
.
8
1800
.
2
2
2
DWx
xDC
DWDC
=
8
1800001787.0
5.1
8
1800004905.0
25.19.0
22
x
x
x
xx
3154.65 (Nmm)
II.1.2.2– Trạng thái giới hạn sử dụng:
- Từ các số liệu đã tính ở trên ta có:
+ Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng là:
s
M
DC+DW
=
8
1800
.
8
1800
.
2
2
2
DWx
xDC
=
8
1800001787.0
8
1800004905.0
22
xx
2386.17 (Nmm)
II.2 – Hoạt tải tác dụng:
II.2.1 Xác đònh hoạt tải:
- Do bề rộng bản mặt cầu S < 4600 (mm) nên chỉ xét tác dụng của xe tải thiết kế:
1
b
1800
658
74
Hình 17 – Sơ đồ tính của bản mặt cầu giữa nhòp
II.2.2 – Tính nội lực ở các trạng thái giới hạn do hoạt tải gây ra:
II.2.2.1– Trạng thái giới hạn cường độ:
- Tải trọng người phân bố trên bề rộng tương úng với bề rộng phân bố của bản
người đi bộ:
- Xem tải trọng bánh xe như lực phân bố xó giá trò:
p
1
2xb
P
truck
= )/(18.110
658
2
145000
mmN
x
- Từ các số liệu đã tính ở trên ta có:
+ Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn cường độ là:
++ Hê số điều chỉnh tải trọng 95.0
++ Hệ số tải trọng:
LL
1.75
++ Hệ số xung kích: IM + 1 = 1.25
++ Hệ số làn: m = 1.2
u
M
truck
=
)
2
(
4
1
11
b
S
b
pmIM
LL
= )
2
658
1800(
4
658
.18.1102.125.1.75.195.0 xxxx = 66488050.78 (Nmm)
II.1.2.2– Trạng thái giới hạn sử dụng:
- Mô men tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng là:
s
M
Truck
=
)
2
(
4
1.
11
b
S
b
pmIM
= )
2
658
1800(
4
658
.18.1102.125.1 xx = 36093513.8 (Nmm)
II.3 – Tổ hợp nội lực:
- Tổ hợp nội lực có xét đên tính chất ngàm của cấu kiện:
- SW
+
= 660+0.55xS = 660 +0.55x1800 = 1650 (mm)
- SW
-
= 1220+0.55xS = 1220+0.55x1800 = 2210 (mm)
II.3.1– Trạng thái giới hạn cường độ:
- Mô men tính toán tại giữa nhòp:
M
u
1/2
= 0.5x(M
u
DC+DW
+
SW
M
u
truck
) =
= 0.5x(3154.65
+
1650
78.66488050
) = 16619.86 (Nmm)
- Mô men tính toán tại gối: ( chỉ lấy giá trò , không lấy dấu)
M
u
g
= 0.7x(M
u
DC+DW
+
SW
M
u
truck
) =
= 0.7x(3154.65
+
2210
78.66488050
) = 23267.8 (Nmm)
II.3.2– Trạng thái giới hạn sử dụng:
- Mô men tính toán tại giữa nhòp:
M
s
1/2
= 0.5x(M
s
DC+DW
+
SW
M
s
truck
) =
= 0.5x(2386.17
+
1650
8.36093513
) = 12130.515 (Nmm)
- Mô men tính toán tại gối: ( chỉ lấy giá trò , không lấy dấu)
M
s
g
= 0.7x(M
s
DC+DW
+
SW
sM
truck
) =
= 0.7x(2386.17
+
2210
8.36093513
) = 16982.72 (Nmm)
II.4 – Tính toán và bố trí cốt thép cho bản dầm giữa:
II.4.1 - Tính đối với mô men tại gối: ( Giá trò mô men lớn hơn)
- Tiết diện tính vẫn là tiết diện hình chữ nhật như hình dưới:
ds
a a a
1
As
h
1
- Mo men tính toán là: M
u
= 23267.8 (Nmm)
- Thực hiên tính toán cốt thép cho bài toán cốt đơn cho tiết diện có bề rộng là
b=1(mm) và chiều cao tiết diện là: h = 180 (mm)
- Lấy chiều dày lớp bê tông bảo vệ là: a
bv
= 25 (mm) , dự đònh chon thép Ф12
d
s
= h – a
bv
– Ф/2 = 180 – 25 – 12/2 = 149 (mm)
a =
xbxfx
M
dd
C
u
ss
'85.0
2
2
13585.01
8.23267
2149149
2
xxx
5.95 (mm)
c = a/
1
5.95/0.8 = 7.44(mm)
Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa:
c/d
s
= 7.43/149 = 0.05 < 0.45 => Đạt
Diện tích cốt thép cần thiết cho 1(mm) dải bản là:
)(4215.0
280
195.53585.0
'85.0
2
mm
xxx
f
baxf
A
y
C
S
Trong đó f
y
= 280 (N/mm
2
)
- Chọn thép Ф12 bố trí với khoảng cách các thanh là: a = 200 (mm)
=> Ứng với cốt thép vừa chọn ta có A
s
=
xa
d
4
.
2
200
4
1214.3
2
x
x
0.5652 (mm
2
)
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
Ta có hàm lïng cốt thép tính được là:
s
S
bxd
A
)(0038.0
149
1
5652.0
2
mm
x
Hàm lượng cốt thép tối thiểu tính theo công thức:
00375.0
280
35
03.0
'
03.0
min
x
f
f
x
y
C
< 0.0038 =>. Đạt
- Chọn bố trí Ф12a200
II.5 – Kiểm tra nứt theo trạng thái giới hạn sử dụng:
- Ta có ứng suất cho phép trong thanh cốt thép khi nứt là:
-
3
6
max
.
1
.
022.11
10.
Ad
a
f
c
n
sa
- Trong đó đặt .
022.11
10.
6
max
n
a
Z
- Ứng với điều kiện khí hậu ôn hoà ta lấy gần đúng : Z = 30000(N/mm)
- Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép là:
d
c
= 25+12/2 = 31(mm)
- A: diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 cây thép A=A
c
/n
+ Trong đó: Ac = 1x31x2 = 62(mm
2
)
+ số thanh thép n = 1/200 = 0.005(thanh)
A = 62/0.005 = 12400(mm
2
)
3
6212400
1
.30000
x
f
sa
= 412.6(N/mm
2
)
+ Giá trò 0.6xf
y
= 168(N/mm
2
)
- Bê tông bản có f
c
’
= 35(N/mm
2
)
=.> Ec = ' 043.0
5.1
ciC
f
= 31798.93(N/mm
2
)
- Thép có E
s
= 200000 (N/mm
2
)
Hệ số quy đổi từ thép sang bê tông là : n = E
s
/E
c
= 200000/31789.93 = 6.3
- Giá trò ứng suất kéo xuất hiện trong thép là:
-
2/. xd
I
Ms
nf
s
cr
s
+ Với x =
1
.2
1.
s
ss
nA
bd
b
nA
=
1
5652.03.6
11492
1.
1
5652.03.6
x
xxx
= 29.2(mm)
+
23
).(
3
1
xdAnxbI
SScr
=
23
)2.29149.(5652.0.3.62.29.1.
3
1
xx =
= 60173.2(mm
4
)
=>
)/(31.862/2.29149
2
.
60173
12.6841
.3.6
2
mmNxf
s
<
y
sa
f
f
6.0
