Đồ án thiết kế cầu BTCT thường L =20m có dầm ngang
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.2 MB, 62 trang )
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
MôC LôC
BM C«ng Tr×nh
1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ.....................................................................
1.1. Số liệu chung..........................................................................................
1.2. Vật liệu chế tạo dầm.............................................................................................
2. CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP.................................................................................
2.1. Chiều dài tính toán KCN......................................................................................
2.2. Quy mô mặt cắt ngang cầu..................................................................................
2.3. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ......................................................................
2.3.1. Mặt cắt L/2 và L/4.............................................................................................
2.3.2. Mặt cắt gối.........................................................................................................
2.4. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu..................................................................................
2.5. Cấu tạo dầm ngang...............................................................................................
2.6. Cấu tạo ván khuôn cố định...................................................................................
2.7. Đặc trưng hình học của mặt cắt............................................................................
2.7.1. Xác định bề rộng bản cánh hữu hiệu.................................................................
2.7.1.1. Dầm trong.......................................................................................................
2.7.1.2. Dầm biên.........................................................................................................
2.7.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt dầm trong........................................................
2.7.2.1. Mặt cắt L/2 và L/4..........................................................................................
2.7.2.2. Mặt cắt gối......................................................................................................
2.7.2.3. Tổng hợp đặc trưng hình học mặt cắt.............................................................
3. TÍNH TOÁN HIỆU ỨNG LỰC...........................................................................
3.1. Các hệ số tính toán................................................................................................
3.2. Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ.........................................................................
3.2.1. Dầm trong..........................................................................................................
3.2.1.1. Trọng lượng bản thân dầm trong....................................................................
3.2.1.2. Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu.......................................................
3.2.1.3. Trọng lượng dải đều của dầm ngang..............................................................
3.2.1.4. Trọng lượng dải đều của ván khuôn...............................................................
3.2.1.5. Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu......................................................
3.2.2. Dầm biên............................................................................................................
3.2.1.1. Trọng lượng bản thân dầm biên......................................................................
3.2.2.2. Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu.......................................................
3.2.2.3. Trọng lượng dải đều của dầm ngang..............................................................
3.2.2.4. Trọng lượng dải đều của ván khuôn...............................................................
3.2.2.5. Trọng lượng dải đều của lan can....................................................................
1
Ph¹m v¨n quyÕt
1
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
3.2.2.6. Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu......................................................
3.2.3. Tính toán nội lực do tĩnh tải..............................................................................
3.2.3.1. Các mặt cắt tính toán......................................................................................
3.2.3.2. Vẽ đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt tính toán...................................
3.3. Tính toán nội lực do hoạt tải.................................................................................
3.3.1. Xác định hệ số phân bố ngang...........................................................................
3.3.1.1. Xác định hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy............................
3.3.1.1.1. Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm biên.........................................
3.3.1.1.2. Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm trong.......................................
3.3.1.2 Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93..........................................................
3.3.1.2.1. Điều kiện tính toán......................................................................................
3.3.1.2.2. Tính tham số độ cứng dọc...........................................................................
3.3.1.2.3. Tính hệ số ngang mômen.............................................................................
3.3.1.2.4. Tính hệ số PBN lực cắt................................................................................
3.3.1.3. Tổng hợp hệ số phân bố ngang.......................................................................
3.3.1.3.1. Hệ số PBN đối với dầm biên.......................................................................
3.3.1.3.2. Hệ số PBN đối với dầm trong......................................................................
3.3.1.3.3. Hệ số phân bố ngang tính toán....................................................................
3.3.2. Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người.................................................
3.3.3. Tính nội lực do xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế.......................................
3.3.3.1. Nguyên tắc tính toán.......................................................................................
3.3.3.2. Tính mômen do hoạt tải tại các mặt cắt..........................................................
3.3.3.3. Tính lực cắt do hoạt tải tại các mặt cắt...........................................................
3.3.3.4. Tổng hợp nội lực do hoạt tải...........................................................................
3.4. Tổng hợp nội lực..................................................................................................
4. CHỌN BÓ CÁP DỰ ỨNG LỰC..........................................................................
4.1. Đặc trưng vật liệu.................................................................................................
4.1.1. Cáp dự ứng lực..................................................................................................
4.1.2. Bê tông ..............................................................................................................
4.1.3. Cốt thép thường.................................................................................................
4.2. Sơ bộ chọn bó cáp DƯL.......................................................................................
4.2.1. Theo trạng thái giới hạn cường độ.....................................................................
4.2.2. Sơ bộ chọn cáp DƯL.........................................................................................
4.3. Bố trí cáp DƯL.....................................................................................................
5. MẤT MÁT ỨNG SUẤT........................................................................................
5.1 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi....................................................................
2
Ph¹m v¨n quyÕt
2
Thiết kế môn học thiết kế cầu
BM Công Trình
5.2. Mt mỏt ng sut do co ngút................................................................................
5.3 Mt mỏt ng sut do t bin..................................................................................
5.4. Cỏc mt mỏt ng sut ti lỳc truyn lc...............................................................
5.6. Tng cỏc mt mỏt ng sut...................................................................................
6. KIM TON THEO CC TRNG THI GII HN S DNG.................
6.1. Điều kiện kiểm toán ứng suất trong bê tông
6.2. Kiểm tra ứng suất nén trong bê tông khi khai thác
6.3 Kiểm tra ứng suất kéo trong bê tông khi khai thác
6.4. Kiểm toán ứng suất trong bê tông giai đoạn thi công
6.5 Tớnh toỏn vừng v vng
6.5.1. Tớnh vừng (xột ti mt ct gia nhp)
6.5.2. Tớnh vừng do hot ti cú xột n lc xung kớch
7. KIM TON THEO TRNG THI GII HN CNG .......................
7.1. Kim toỏn cng chu un..............................................................................
7.2. Kim tra lng ct thộp ti a, lng ct thộp ti thiu.......................................
7.2.1. Lng ct thộp ti a.........................................................................................
7.2.2. Lng ct thộp ti thiu....................................................................................
7.3. Kim toỏn sc khỏng ct.......................................................................................
7.3.1. Cụng thc kim toỏn..........................................................................................
8. THit k bn mt cu
3
Phạm văn quyết
3
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
1.1. Số liệu chung
- Quy mô thiết kế: Cầu dầm BTCT DƯL nhịp giản đơn.
- Quy trình thiết kế:
22TCN 272-05
Chữ I.
Căng sau
HL 93 + 3.10-3 MPa
L = 20 m
7,0+2x2,0
m
- Tiết diện dầm chủ:
- Phương pháp tạo DƯL:
- Hoạt tải thiết kế:
- Chiều dài nhịp:
- Khổ cầu:
- Cầu thiết kế có dầm ngang.
1.2. Vật liệu chế tạo dầm
- Bêtông dầm:
+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày:
+ Trọng lượng riêng của bêtông:
- Bêtông bản mặt cầu:
+ Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày:
f c'
γc
f c' s
γc
=40
MPa
=23
kN/m3
=30
MPa
+ Trọng lượng riêng của bêtông:
=23 kN/m3
- Cáp DƯL: Sử dụng loại cáp tao xoắn 7 sợi 12.7mm theo tiêu chuẩn
ASTM 416.
+ Diện tích một tao cáp:
= 9,87 cm2
- Các chỉ tiêu cáp DƯL:
+ Cường độ chịu kéo:
fpu =1860MPa
+ Giới hạn chảy: fpy = 0,9.fpu
fpy =1674MPa
+ Môđun đàn hồi:
Ep=197000MPa
+ US trong thép DƯL
- Cốt thép chịu lực bản mặt cầu:
+ Cường độ chảy quy định nhỏ nhất:
fy=420
MPa
+ Môđun đàn hồi:
Es=200000 MPa
4
Ph¹m v¨n quyÕt
4
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
2. CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP
2.1. Chiều dài tính toán KCN
- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp:
- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối:
- Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh - 2.a
Lnh =
a =
Ltt =
20 m
0,3 m
19,4m
2.2. Quy mô mặt cắt ngang cầu
- Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:
+ Bề rộng phần xe chạy:
+ Bề rộng lề đi bộ:
+Bề rộng vạch sơn
Bxe =
ble =
bvs =
+ Bề rộng chân lan can:
bclc =
+ Bề rộng toàn cầu: Bcau = Bxe + 2.ble + 2.blc
Bcau =
+ Số làn xe thiết kế:
nl =
S = ( 2100 ÷ 2500 ) mm
- Khoảng cách giữa các dầm chủ là:
- Số dầm chủ thiết kế chọn như sau:
B
B
n = cau ÷ cau ÷ = ( 4,8 − 5,7 )
2500 2100
Số lượng dầm chủ
=> Chọn ndam = 5 dầm.
=> Chọn S = mm.
+ Chiều dài phần cánh hẫng:
5
Ph¹m v¨n quyÕt
5
7 m
2m
0,2m
0,5m
12 m
2 làn
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
Hình 1. Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp
2.3. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ
2.3.1. Mặt cắt L/2 và L/4
Hình 2: Cấu tạo mặt cắt L/2 và L/4
Dầm chủ chữ I với các kích thước như sau:
- Chiều cao dầm chủ:
- Kích thước bầu dầm:
+ Bề rộng bầu dầm:
+ Chiều cao bầu dầm:
+ Bề rộng vút bầu dầm:
+ Chiều cao vút bầu dầm:
- Kích thước sườn dầm:
+ Bề rộng sườn dầm:
+ Chiều cao sườn dầm:
6
Ph¹m v¨n quyÕt
6
h=
1200mm
b=
h1=
b2=
h2=
650
200
225
200
mm
mm
mm
mm
b3=
h3=
200
500
mm
mm
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
- Kích thước bản cánh trên:
+ Bề rộng bản cánh trên:
+ Chiều cao cánh trên:
+ Bề rộng vút bản cánh trên:
+ Chiều cao vút bản cánh trên:
- Kích thước gờ kê ván khuôn cố định:
+ Bề rộng:
+ Chiều cao:
7
Ph¹m v¨n quyÕt
7
b7=
h5=
b4=
h4=
850
120
325
100
mm
mm
mm
mm
b6=
h6=
100
80
mm
mm
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
2.3.2. Mặt cắt gối
Hình 4: Cấu tạo mặt cắt gối
- Kích thước sườn dầm:
+ Bề rộng sườn dầm:
+ Chiều cao sườn dầm:
- Kích thước bản cánh trên:
+ Bề rộng bản cánh trên:
+ Chiều cao cánh trên:
+ Chiều cao vút bản cánh trên:
- Kích thước gờ kê ván khuôn cố định:
+ Bề rộng:
+ Chiều cao:
2.4. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu
- Chiều dày bản bêtông:
- Chiều dài phần cánh hẫng:
- Chiều dài phần cánh hẫng phía trong:
- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp
8
Ph¹m v¨n quyÕt
8
b1
h7
= 650 mm
= 969 mm
b7
h5
h8
= 850 mm
= 120 mm
= 31 mm
b6
h6
= 100
= 80
ts
de
S/2
Hcb
= 200
= 1200
= 1150
= 1400
mm
mm
mm
mm
mm
mm
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
2.5. Cấu tạo dầm ngang
Không bố trí dầm ngang
2.6. Cấu tạo ván khuôn cố định
+ Chiều cao:
hvk = 80
mm
+ Bề rộng:
bvk = 1650 mm
+ Tổng số lượng ván khuôn trên mặt cắt ngang cầu
= 5
chiếc
2.7. Đặc trưng hình học của mặt cắt
2.7.1. Xác định bề rộng bản cánh hữu hiệu
2.7.1.1. Dầm trong
- Bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm trong b i lấy giá trị nhỏ nhất của các
giá trị sau:
+ 1/4 chiều dài nhịp, Ltt/4 = 4850 (mm).
+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày sườn
dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm
b3
=12.ts+ = 12.200 + 200 = 2600 (mm)
+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S=2400 mm)- Khống
chế
=> Vậy chọn bi = 2400 mm
2.7.1.2. Dầm biên
- Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu của dầm biên b e được lấy bằng 1/2 bi +
trị số nhỏ nhất của:
+ 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu, Ltt/8 =2425 mm.
+ 6 lần chiều dày bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày sườn dầm hoặc
1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính
b3
200
2
2
=6.ts+
= 6.200 +
= 1200 (mm)
- Chiều dài cánh hẫng, de =1200 mm
=> Vậy chọn de = 1200 mm
9
Ph¹m v¨n quyÕt
9
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
2.7.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt
Do dầm trong và dầm biên có cấu tạo giống nhau nên ta tính ĐTHH của
mặt cắt dầm trong, mặt cắt dầm biên tương tự.
- Diện tích mặt cắt:
A0 = ∑ Ai
Trong đó:
+ Ao: Diện tích mặt cắt dầm.
+ Ai: Diện tích từng khối đã chia của mặt cắt.
- Mômen tĩnh của mặt cắt với trục nằm ngang đi qua đáy dầm:
b1.h 2
1
2
1
So =
+ 2. .b6 .h 8 . h 7 + h 8 ÷+ 2.b 6 .h5. h 7 + h 8 + h 5 ÷
2
2
3
2
- Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến đáy dầm:
S
Yob = o
Ao
- Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến mép trên dầm:
Yot = h − Yob
- Mômen quán tính của mặt cắt với trục 0 - 0:
2
2
b .h 3
b .h 3
2
b .h 3
1
Io = 1 + b1.h.( h − Yob ) + 2. 6 8 + b6 .h 8 . h 7 + h 8 − Yob ÷ + 2. 6 5 + 2.b6 .h 5 . h 7 + h 8 + h 5 − Y
12
36
3
12
2
2.7.2.1. Đặc trưng hình học của mặt cắt mặt cắt L/2 và L/4
10
Ph¹m v¨n quyÕt
10
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
So =
Yo=
320856667 mm3
615.257271 mm
Yot
584.742729 mm
Io =
BM C«ng Tr×nh
8.887E+10 mm4
2.7.2.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt mặt cắt gối
Hình 6: Chia mặt cắt gối thành các khối
11
Ph¹m v¨n quyÕt
11
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
496485365 mm3
So =
yob
615.165 mm
Yot
584.835 mm
9.8989E+1
0 mm4
Io =
2.7.2.3 Đặc trưng mặt cắt Dv=0,72h=1008 mm
Kích thước mặt cắt
B3' =
B2' =
B4' =
H2' =
H4' =
H3' =
372.8
0
238.6
0
73.4153846
726.584615
mm
mm
mm
mm
mm
mm
So =
Yob=
Yot=
Io =
377472241
629.375392
570.624608
8.8838E+10
mm2
mm
Mm
mm4
2.7.2.4 Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt
3. TÍNH TOÁN HIỆU ỨNG LỰC
3.1. Các hệ số tính toán
- Hệ số tải trọng:
Tải trọng
Kí hiệu
γ
Tĩnh tải giai đoạn I
12
Ph¹m v¨n quyÕt
1
12
Giá trị
1.25
0.90
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
γ
Tĩnh tải giai đoạn I
γ
Hoạt tải HL93
2
1.50
0.65
h
1.75
1.00
- Lực xung kích 1+IM:
+ Trạng thái giới hạn cường độ:
1+IM=1.25
+ Trạng thái giới hạn mỏi:
1+IM=1.15
- Hệ số làn xe: Cầu được thiết kế với n = 2 làn. Nên hệ số làn xe m = 1.00
- Hệ số điều chỉnh tải trọng: η.
+
η
: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai
thác xác định theo:
+
+
+
η
η
η
η
η
=
η η η ≥
I
.
.
D
R
0.95
I: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác
D
R
: Hệ số liên quan đến tính dẻo
: Hệ số liên quan đến tính dư
η
η
η
I
=1.05
D
=0.95
R
=0.95
Vậy: = 0.95
3.2. Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ
- Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ bao gồm: Tĩnh tải giai đoạn I và Tĩnh
tải giai đoạn II
- Tĩnh tải giai đoạn I:
+ Trọng lượng bản thân dầm chủ.
+ Trọng lượng bản bêtông mặt cầu.
+ Trọng lượng hệ liên kết ngang cầu.
+ Trọng lượng ván khuôn.
=> Trọng lượng các bộ phận trên được tính cho 1m chiều dài dầm chủ, do đó
ta có thể gọi là tĩnh tải giai đoạn I dải đều.
- Tĩnh tải giai đoạn II:
+ Trọng lượng lớp phủ mặt cầu.
+ Trọng lượng lan can.
=> Trọng lượng các bộ phận trên được tính cho 1m chiều dài dầm chủ, do đó
ta có thể gọi là tĩnh tải giai đoạn II dải đều.
3.2.1. Dầm trong
3.2.1.1. Trọng lượng dải đều dầm trong
- Do mặt cắt dầm chủ có thể thay đổi tiết diện từ mặt cắt gối đến mặt cắt
giữa nhịp nên trọng lượng bản thân dầm chủ được xác định với 3 phần. Chiều
dài mặt cắt thay đổi như sau:
13
Ph¹m v¨n quyÕt
13
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
Hình 7: Cấu tạo mặt cắt thay đổi tiết diện
x1 = 1000mm.
x2 = 500mm
- Trọng lượng các đoạn dầm:
x3 = 1500mm
pgôi = 2 γ c .A gôi .x1
+ Trọng lượng đoạn dầm tại mặt cắt gối:
- Trọng lượng đoạn dầm có tiết diện là mặt cắt gối:
pgôi = 2.γ c .A gôi .x1
Trong đó:
+ γc : Trọng lượng riêng của bêtông dầm, γc = 23kN/m3
+ Agoi: Diện tích mặt cắt gối, Agoi = 807077mm2.
+ x1: Chiều dài mặt cắt có tiết diện Agoi, x1 = 1000mm.
Thay số, ta có:
- Trọng lượng đoạn dầm có tiết diện là mặt cắt giữa nhịp:
p nh = γ c .A nh .(L nh − 2x 3 )
Trong đó:
+ γc : Trọng lượng riêng của bêtông dầm, γc = 23kN/m3
+ Lnh : Chiều dài nhịp, Lnh = 20m
+ Anh: Diện tích mặt cắt giữa nhịp, Anh = 521500mm2
+ x3: Chiều dài mặt cắt có tiết diện tại gối và thay đổi, x3 = 1500 mm.
Thay số, ta có:
- Diện tích mặt cắt thay đổi tiết diện:
(A + A nh ) 807077 + 521500
A td = goi
=
= 6642,88mm 2
2
2
14
Ph¹m v¨n quyÕt
14
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
+ Trọng lượng đoạn dầm có mặt cắt thay đổi tiết diện
+ Trọng lượng dải đều của dầm trong:
Trọng lượng của dầm ngang:
Trọng lượng dầm ngang tại gối
Pg =
59.248 KN
Pnh =
74.4832 KN
Trọng lượng dầm ngang tại mặt cắt trung gian
Trọng lượng dải đều của dầm ngang trên 1m chiều dài dầm trong
qdntr=
6.68656 KN/m
3.2.1.2. Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu
Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu:
Trong đó:
γc
+ : Trọng lượng của bản bê tông mặt cầu
+ ts: Chiều dày của bản bêtông
+ btr: Bề rộng bản cánh tính toán của dầm trong
γ cs
ts
btr
= 23 kN/m3
= 0,2 m
= 2,4 m
hvk
bvk
= 0,08
= 1,75
3.2.1.3. Trọng lượng dải đều của ván khuôn
- Cấu tạo ván khuôn:
+ Chiều cao:
+ Bề rộng:
+ Trọng lượng ván khuôn:
- Trọng lượng dải đều của ván khuôn trên 1m chiều dài dầm trong:
=> Trọng lượng dải đều của bản mặt cầu + ván khuôn+ dầm ngang:
15
Ph¹m v¨n quyÕt
15
m
m
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
Vậy tĩnh tải giai đoạn 1 của dầm trong:
DC tr = DC1tr + DC2tr = 33,76kN / m
3.2.1.4. Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu
- Cấu tạo bản bêtông mặt cầu:
+ Lớp phòng nước:
+ Lớp bê tông asphalt:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu
=
=
hmc
γa
0,004
m
0,07 m
= 0,074m
+ Trọng lượng riêng lớp phủ mặt cầu:
= 22,5 kN/m3
- Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu: Ta coi lớp phủ mặt cầu có
chiều dày không đổi trên mặt cắt ngang cầu:
=> Tĩnh tải giai đoạn II của dầm trong:
tr
DW tr = q mc
= 3,996kN / m
3.2.2. Dầm biên
3.2.2.1. Trọng lượng dải đều dầm biên
- Do dầm biên và dầm trong có cấu tạo giống nhau nên trọng lượng dải đểu
của dầm biên xác định như sau:
Trọng lượng dải đều của dầm ngang
qdnb=
3.34328 KN/m
3.2.2.2. Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu
Trọng lượng dải đều bản bêtông mặt cầu:
Trong đó:
γc
+ : Trọng lượng của bản bê tông mặt cầu
+ ts: Chiều dày của bản bêtông
+ bbiên: Bề rộng bản cánh tính toán của dầm trong
γ cs
ts
bbiên
= 23 kN/m3
= 0,2 m
= 2,0 m
hvk
= 0,08
3.2.2.3. Trọng lượng dải đều của ván khuôn
- Cấu tạo ván khuôn:
+ Chiều cao:
16
Ph¹m v¨n quyÕt
16
m
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
+ Bề rộng:
+ Trọng lượng ván khuôn:
bvk
= 1,75
m
- Trọng lượng dải đều của ván khuôn trên 1m chiều dài dầm biên:
=> Trọng lượng dải đều của bản mặt cầu +ván khuôn + dầm ngang:
=> Tĩnh tải giai đoạn I của dầm biên:
3.2.2.4. Trọng lượng dải đều của lan can
- Cấu tạo lan can cầu:
èng trßn 120
ThÐp vu«ng 50x20mm
ThÐp vu«ng 60x80mm
Hình 8: Cấu tạo lan can
- Trọng lượng dải đều của lan can, tay vịn có thể lấy sơ bộ, qlc = 0,1kN/m
- Trọng lượng dải đều của chân lan can: Để thiên về an toàn và tiện cho
tính toán, trọng lượng dải đều chân lan can được tính như sau:
0,75.bclc .h ckc .L nh .γ c
q clc =
L nh
17
Ph¹m v¨n quyÕt
17
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
Trong đó:
+ Lnh: Chiều dài nhịp, Lnh = 20m.
+ bclc: Bề rộng chân lan can, bclc = 0,5n.
+ hclc: Chiều cao chân lan can, hclc = 0,6m.
+ 0,75: Hệ số tính toán gần đúng xét đến cấu tạo thực chân lan can.
Do đó:
3.2.2.5. Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu
- Cấu tạo bản bêtông mặt cầu:
+ Lớp phòng nước:
+ Lớp bê tông asphalt:
+ Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu
=
=
hmc
γa
0,004 m
0,07 m
= 0,074m
+ Trọng lượng riêng lớp phủ mặt cầu:
= 22,5 kN/m3
- Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu: Ta coi lớp phủ mặt cầu có
chiều dày không đổi trên mặt cắt ngang cầu:
+ Bề rộng lớp phủ mặt cầu của dầm biên được xác định như sau:
+ Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu
=> Tĩnh tải giai đoạn II của dầm biên:
Bảng tổng hợp tĩnh tải tác dụng lên dầm biên và dầm trong
3.2.3. Tính toán nội lực do tĩnh tải
3.2.3.1. Các mặt cắt tính toán
- Về nguyên tắc khi tính toán nội lực ta thường chia dầm chủ ra thành
nhiều mặt cắt, khoảng cách giữa các mặt cắt từ 1-2m. Tuy nhiên thực tế ta chỉ
cần xác định nội lực tại các mặt cắt quan trọng phục vụ cho việc tính duyệt
dầm chủ.
- Tính toán nội lực tại 3 mặt cắt sau:
18
Ph¹m v¨n quyÕt
18
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
+ Mặt cắt có mômen lớn nhất: Mặt cắt giữa nhịp L/2
+ Mặt cắt có lực cắt lớn nhất: Mặt cắt gối
+ Mặt cắt có mômen và lực cắt cùng lớn: Mặt cắt L/4
- Bảng tọa độ các mặt cắt tính toán nội lực:
3.2.3.2. Vẽ đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt tính toán
- Vẽ đường ảnh hưởng tại 3 mặt cắt:
ϖM =
- Diện tích Đah mômen tại mặt cắt cách tim gối đoạn x:
- Diện tích Đah lực cắt tại mặt cắt cách tim gối đoạn x:
(L − x) 2
x2
−
ϖV =
ϖV =
∑ ϖV = ϖ+V + ϖ V−
2.L
2.L
,
và
Diện tích Đah nội lực tại các mặt cắt
x.(L − x)
2
- Để tính nội lực do tĩnh tải thì ta đặt tĩnh tải trực tiếp lên ĐAH và tính
toán nội lực theo các công thức:
M tct = ( DC tc + DWtc ) .ϖ M ;M ttt = ( γ1.DC tc + γ 2 .DWtc ) .ϖ M
Vttc = ( DC tc + DWtc ) .ϖ V ;Vttt = ( γ1.DC tc + γ 2 .DWtc ) .ϖ V
Trong đó:
+ DCtc , DWtc: Tĩnh tải giai đoạn I và II tiêu chuẩn.
19
Ph¹m v¨n quyÕt
19
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
tc
t
BM C«ng Tr×nh
tt
t
M M
+
,
: Mô men uốn tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải.
tc
tt
Vt Vt
+
, : Lực cắt tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải.
ϖM , ϖV
+
: Tổng diện tích đường ảnh hưởng mômen uốn và lực cắt của
mặt cắt cần xác định nội lực.
- Bảng tổng hợp nội lực dầm trong do tĩnh tải:
Bảng tổng hợp nội lực dầm biên do tĩnh tải:
3.3. Tính toán nội lực do hoạt tải
20
Ph¹m v¨n quyÕt
20
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
3.3.1. Xác định hệ số phân bố ngang
3.3.1.1. Xác định hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy
3.3.1.1.1. Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm biên
- Điều kiện tính toán:
+ Tính hệ số PBN do tải trọng người.
+ Tính hệ số PBN cho dầm biên do tải trọng HL93 trong trường hợp
xếp tải trên một làn.
- Vẽ tung độ ĐAH áp lực gối R1:
y4
y3
y2
y1
1.000
y2
y4
y1 y3
Hình 10: Tính hệ số phân bố ngang cho dầm biên
- Xếp tải trọng bất lợi lên ĐAH phản lực gối.
- Tính hệ số PBN đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế.
1
g = ∑ yi
2
+ Công thức tính :
+ Hệ số PBN của xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế đối với dầm biên
khi xếp tải trên 1 làn :
- Hệ số PBN đối với tải trọng người dải đều:
Nhân xét: trường hợp xếp tải trọng xe phần lề người đi bộ nguy hiểm hơn so với
xếp tải trọng người ( 9,3/3=3,1>3) vì vậy bỏ qua hiệu ứng do tải trọng người
- Kết quả tổng hợp hệ số PBN cho dầm biên:
21
Ph¹m v¨n quyÕt
21
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
3.3.1.1.2. Xác định hệ số phân bố ngang đối với dầm trong
- Đối với dầm trong thì ảnh hưởng của tải trọng người là không đáng kể ta
bỏ qua
3.3.1.2 Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93
3.3.1.2.1. Điều kiện tính toán
- Phương pháp tính hệ số phân bố ngang trong 22TCN272 – 05 chỉ áp
dụng khi thoả mãn các điều kiện sau:
+ Bề rộng mặt cầu không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp.
≥ 4.
+ Số dầm chủ
+ Các dầm chủ song song với nhau và có độ cứng xấp xỉ nhau.
≤ 910mm
+ Phần hẫng của đường xe chạy
trừ khi có quy định khác.
+ Mặt cắt ngang cầu phù hợp với quy định trong bảng theo quy trình.
3.3.1.2.2. Tính tham số độ cứng dọc
- Công thức tính:
K g = n.(I + A.eg2 ); n =
EB
ES
Trong đó:
+ EB: Môdun đàn hồi của vật liệu chế tạo dầm, EB = Ec = 29997,9MPa
+ ES: Môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo bản, ES = Ecs = 25979 MPa
+ n: Tỉ số môđun đàn hồi :
+ I: Mômen quán tính của mặt cắt dầm (mặt cắt giữa nhịp) I = 8,9.1010 mm4
+ A: Diện tích mặt cắt dầm (mặt cắt giữa nhịp), A = 521500 mm2
+ eg: Khoảng cách từ trọng tâm dầm tới trọng tâm bản
t
200
eg = y,t + s = 584,743 +
= 684,743mm
2
2
=> Ta có giá trị tham số độ cứng dọc:
3.3.1.2.3. Tính hệ số ngang mômen
- Điều kiện áp dụng công thức:
+ 1100 < S < 4900 mm
22
Ph¹m v¨n quyÕt
22
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
+ 110 < ts < 300 mm
+ 6000 < L < 7300 mm
- Hệ số phân bố ngang mômen cho dầm giữa:
+ Trường hợp có 1 làn xếp tải:
0, 4
gM =
0,3
S S K g
0,06 +
3
4300 L Lt s
0 ,1
+ Trường hợp số làn xếp tải
≥
2 làn:
0,6
S S
0,075 +
2900 L
0, 2
gM=
Kg
3
Lts
0 ,1
=
- Hệ số phân bố ngang cho dầm biên:
+ Trường hợp có 1 làn xếp tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy:
M
M
g dambien
= e.g damtrong
≥
+ Trường hợp số làn xếp tải 2 làn co :
d
0,77 + e
2800
Với : e =
= 0.77+700/2800= 1,2
=> gM= 1,2x 0.718=0,733
3.3.1.2.4. Tính hệ số PBN lực cắt
- Điều kiện áp dụng công thức:
+ 1100 < S < 4900 mm
+ 110 < ts < 300 mm
+ 6000 < L < 7300 mm
- Hệ số phân bố ngang lực cắt cho dầm trong :
+ Trường hợp có 1 làn xếp tải:
g v = 0,36 +
S
7600
= 0.36 + 2400/ 7600 = 0.676
≥
+ Trường hợp số làn xếp tải
23
Ph¹m v¨n quyÕt
2 làn:
23
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
gv =
BM C«ng Tr×nh
2
S
S
0, 2 +
−
÷
7600 10700
= 0.2 + 2400/7600 – (2400/10700) 2 = 0.456
- Hệ số phân bố ngang lực cắt cho dầm biên:
+ Trường hợp có 1 làn xếp tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy:
≥
V
V
g dambien
= e.g damtrong
+ Trường hợp có số làn xếp tải 2 làn:
d
0,60 + e
3000
Với e =
= 0,6 + 700/3000 = 0,833
=> gv= 0,833 x 0,456 =0.388
3.3.1.3. Tổng hợp hệ số phân bố ngang
3.3.1.3.1. Hệ số PBN đối với dầm biên
3.3.1.3.2. Hệ số PBN đối với dầm trong
3.3.1.3.3. Hệ số phân bố ngang tính toán
Hệ số phân bố ngang tính toán cho dầm biên
24
Ph¹m v¨n quyÕt
24
ThiÕt kÕ m«n häc thiÕt kÕ cÇu
BM C«ng Tr×nh
Hệ số phân bố ngang tính toán cho dầm trong
3.3.2. Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người
- Để tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng người thì ta xếp tải trọng dải
đều bất lợi lên ĐAH và tinh toán nội lực.
- Công thức tính toán nội lực do tải trọng làn:
M ltc = g l .q l .ϖ M M 'l = g l .q l .ϖ M M ltt = γ h .M ltc
,
,
Vltc = g l .q l .ϖ V Vl' = g l .q l .ϖ V Vltt = γ h .Vltc
,
,
- Công thức tính toán nội lực do tải trọng người:
tc
tt
tc
M ng
= g ng .q ng .ϖ M M 'ng = g ng .q ng .ϖ M M ng
= γ h .M ng
,
,
Vngtc = g ng .q ng .ϖ V Vng' = g ng .q ng .ϖ V Vngtt = γ h .Vngtc
,
,
Trong đó:
+ ql , qng: Tải trọng làn và tải trọng người dải đều.
+
M htc M htt M 'h
,
,
: Mômen uốn tiêu chuẩn, tính toán và mômen uốn khi
tính mỏi do hoạt tải.
+
Vhtc Vhtt Vh'
,
,
: Lực cắt tiêu chuẩn , tính toán và lực cắt khi tính mỏi
do hoạt tải.
ϖM , ϖV
: Tổng diện tích ĐAH mômen uốn và lực cắt của mặt cắt cần
xác định cần xác định nội lực
+ gl, gng: Hệ số phân bố ngang của hoạt tải , tải trọng làn và tải trọng
người
γh
+ : Hệ số tải trọng của hoạt tải.
+ Tải trọng làn và tải trọng người không xét đến hệ số xung kích
+
25
Ph¹m v¨n quyÕt
25
