Đồ Án Thiết Kế Cầu Bê Tông Cốt Thép DƯL Dầm T20 Kết Cấu Kéo Sau (Kèm Bản Vẽ, Bảng Tính)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (587.58 KB, 75 trang )
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Mục lục
Phần 1: Nội dung thuyết minh
1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ
1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu
1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.
2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1)
3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6)
3.1 Đối với dầm giữa
3.2 Đối với dầm biên
4. Tính toán bản mặt cầu
4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu
4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải
4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ
4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu
4.5 Tính toán cốt thép chiu lực
5. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải
5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ
5.2 Các hệ số cho tĩnh tải p (Bảng A.3.4.1-2)
5.3 Xác định nội lực
6. Nội lực dầm chủ do hoạt tải
6.1. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn
6.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng ngời đi bộ
6.3 Xác định nội lực.
7. Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ
7.1 Thép
7.2 Bêtông
8. Chọn và bố trí cáp dự ứng lực
8.1 Chọn cáp dự ứng lực
1
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
8.2 Bố trí cáp dự ứng lực
8.3 Tính tính các đặc trng hình học
9. Tính toán các mất mát ứng suất
9.1 Xác định một số thông số cho các bó cáp
9.2 Mất mát do ma sát fpF
9.3 Mất mát do tụt neo
9.4 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi
9.5 Mất mát ứng suất do co ngót (A.5.9.5.4.2)
9.6 Mất mát ứng suất do từ biến
9.7 Mất mát do dão thép ứng suất trớc
10. Kiểm toán theo - Trạng thái giới hạn cờng độ I
10.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn
10.2 Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc
10.3 Tính cốt đai và kiểm toán cắt theo trạng thái giới hạn CĐ1
10.4 Kiểm toán dầm theo trạng thái giới hạn sử dụng
11. Tính toán dầm ngang
11.1 Nội lực do tải trọng cục bộ (hoạt tải) gây ra
11.2 Nội lực do tải trọng phân bố (tĩnh tải)
11.3 Bố trí cốt thép
11.4 Duyệt cờng độ kháng uốn
11.5 Duyệt cờng độ kháng cắt
12. Tính độ võng cầu
12.1 Tính độ võng lực DƯL
12.2 Tính độ võng do tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải)
12.3 Tính độ võng tức thới do hoạt tải có xét lực xung kích
Phần 2: bản vẽ kỹ thuật
(Bản vẽ khổ A1)
2
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
ThiÕt KÕ m«n häc
CÇu Bª t«ng cèt thÐp D¦L
NhiÖm vô thiÕt kÕ
ThiÕt kÕ 1 cÇu Bª t«ng cèt thÐp D¦L
* Các số liệu cho trước:
- Dầm T, chiều dài toàn dầm L=20 m, kết cấu kéo sau
- Khổ cầu K8+2 x2m
- Tải trọng thiết kế: HL93
- Bó cốt thép DƯL: Bó 7 tao 12,7
* Vật liệu sử dụng:
- Bêtông dầm chủ mác 400 có các chỉ tiêu sau:
+ fc’ = 40 MPa
+ γc = 24 KN/m3
+ Ec = 31975,351 MPa
+ Hệ số poisson = 0,2
- Bêtông bản mặt cầu mác 400 có các chỉ tiêu sau:
+ fc’ = 30 MPa
+ γc = 24 KN/m3
3
Líp CÇu §êng Bé A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
+ Ec = 27691.466 MPa
+ H s poisson = 0,2
- Lp ph cú: c = 22,5 KN/m3
- Ct thộp D ng lc cú:
+ fy = 420 MPa
+ Ep = 197000 MPa
+ Es = 200000 MPa
+ Din tớch 1 tao = 98,7 mm2
* Yờu cu:
- Ni dung bn thuyt minh y rừ rng
- Bn v th hin mt chớnh dm, mt ct ngang, b trớ ct thộp
bn v trờn giy A1 hoc A0
Phần I: Nội dung thuyết minh
I. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ
1.Bố trí chung mặt cắt ngang cầu
Chiều dài tính toán cầu giản đơn một nhịp :
ltính toán= Ltoàn dầm - 2a
Trong đó: a: khoảng cách từ đầu dầm tới tim gối.Ta chọn a=0.3 m
Ltoàn dầm= 20m (theo bài cho)
ltính toán=20-2*0.3=19.4(m)
Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 19.4 m.
Chọn mặt cắt ngang cầu gồm 6 dầm chủ, mặt cắt chữ T chế tạo bằng
Bêtông cốt thép có fc=40 MPa, khoảng cách giữa các dầm chủ là S= 2.2m.
Bản mặt cầu có chiều dày 20cm, đựơc đổ tại chỗ bằng bêtông có f c=30
MPa.Bản mặt cầu bao gồm 3 lớp:
-Bản bêtông chịu lực ;
-Lớp vải nhựa phòng nớc ;
-Trên cùng là lớp phủ Bêtông Asphalt tạo bằng phẳng và êm thuận cho
cầu
4
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Mặt cầu phảI có độ dốc ngang và dọc để thoát nớc.Độ dốc dọc đựoc
thiết kế theo trắc dọc tuyến đờng, độ dốc ngang cầu là 2%, bố trí sang hai
bên,độ dốc ngang thoát nớc trên cầu đợc tạo bằng cách thay đổi cao độ ván
khuôn mặt, tức là thay đổi bề dày của bản bêtông chịu lực.
Khổ cầu thiết kế : 8+2*2 m.Nh vậy ta có:
-Chiều rộng phần xe chạy : B1=8 m
- Chiều rộng phần ngời đi bộ : B3=2 m
-Chọn dạng bố trí phần ngời đi bộ cùng mức với phần xe chạy .Giữa
phần xe chạy và lề ngời đi phân cách bằng giải phân cách mềm, chiều rộng
của dải phân cách B2=0.25m.
-Chọn chiều rộng của lan can là: B4=0.25m.
Nh vậy chiều rộng toàn cầu là:
B=B1+2B2+2B3+2B4=8+2*0.25+2*2+2*0.25=13(m)
Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có f c=40MPa,
bản mặt cầu có chiều dày 20cm, đợc đổ tại chỗ bằng bêtông fc=30MPa, 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. Lớp phủ mặt cầu gồm có 3 lớp: lớp
phòng nớc có chiều dày 0,5cm,, lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày
7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu.
1450
2400
2400
2400
2400
1450
Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2400 mm
2. Chọn mặt cắt ngang dầm chủ.
-
Dầm chủ có tiết diện hình chữ T với các kích thớc sau:
Chiều cao toàn dầm: 1200mm
-
Chiều dày cánh dầm: 200mm
-
Chiều rộng bầu dầm: 600mm
-
Chiều cao bầu dầm: 300mm
-
Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 200mm
-
Chiều rộng vút của bụng bầu dầm: 200mm
5
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
-
Chiều rộng cánh dầm: 1900mm
-
Bán kính cong lợn chuyển tiếp giữa bản cánh và bụng dầm: 200mm.
Các kích thớc khác nh hình vẽ.
20
190
120
R20
30
20
20
60
Hình1 - Mặt cắt ngang dầm chủ
2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1)
Yêu cầu: hmin=0,045l
Trong đó:
l: Chiều dài nhịp tính toán: ltính toán=19400 mm
hmin: chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu
hmin=1200+200=1400mm
Ta có : hmin=0,045.l =0,045*19400=873mm < h = 1200mm => Thỏa mãn
3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6)
3.1 Đối với dầm giữa
Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của
+ 1/4 chiều dài nhịp (=
30200
= 7550 mm)
4
+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản
bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm
6
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
200
= 2800
800 / 2
=12.200+max
+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2400)- Khống chế
3.2 Đối với dầm biên
Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu
của dầm kề trong(=2400/2=1200) cộng trị số nhỏ nhất của
30200
= 3775 )
8
+ 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(=
+ 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ
dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính
200 / 2
=1400
800 / 4
=6.200+max
+ Bề rộng phần hẫng( =1200) Khống chế
Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu
Bảng 3
Dầm giữa (bi)
2400 mm
Dầm biên (be)
2400 mm
4. Tính toán bản mặt cầu
1100
120
240
a
0
b
240
c
1
d
240
240
120
e
2
3
4
4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu
áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98).
Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các
dầm chủ.
4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải
Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực
7
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Theo Điều (A.4.6.2.1) : Khi áp dụng theo phơng pháp giải phải lấy mô men
dơng cực trị để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự đối với mô
men âm do đó ta chỉ cần xác định nội lực lớn nhất của sơ đồ. Trong dầm liên
tục nội lực lớn nhất tại gối và giữa nhịp. Do sơ đồ tính là dầm liên tục 3 nhịp
đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e nh hính vẽ.
Theo Điều (A.4.6.2.1.6): Các dải phải đợc coi nh các dầm liên tục hoặc
dầm giản đơn. chiều dài nhịp phải đợc lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa
các cấu kiện đỡ. Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải , các cấu kiện đỡ
phải đợc giả thiết là cứng vô hạn .
Các tải trọng bánh xe có thể đợc mô hình hoá nh tải trọng tập trung hoặc
nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp
xúc đợc chỉ trong điều (A.3.6.1.2.5) cộng với chiều cao của bản mặt cầu, ở đồ
án này coi các tải trọng bánh xe nh tải trọng tập trung.
Xác định nội lực do tĩnh tải
Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo Bảng (A.3.5.1.1) AASSHTO
Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều do TTBT của bản
mặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng.
Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1 mét dài bản mặt cầu
Thiết kế bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đều do TTBT bản mặt cầu:
gDC(bmc)=200.1000.24.10-6= 4,8 KN/m
Thiết kế lớp phủ dày 75mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ:
gDW=75.1000.22,5.10-6=1,665 KN/m
Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi của lan
can không đặt ở mép bản mặt cầu nhng để đơn giản tính toán và thiên về an
toàn ta coi đặt ở mép. gDC(Lan can)= 4,148 KN/m
+ Để tính nội lực cho các mặt cắt a, b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng của các
mặt cắt rồi xếp tải lên đơng ảnh hởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu là hệ
siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chơng trình Sap2000 để vẽ DAH và từ đó
tính toán nội lực tác dụng lên bản mặt cầu.
+ Công thức xác định nội lực tính toán:
MU= (P.M DC1 + P M DC2 +P M DW )
8
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
: Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác
xác định theo Điều 1.3.2
=iDR 0,95
Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 0,95 (theo Điều 1.3.3)
Hệ số liên quan đến tính d R = 0,95 (theo Điều 1.3.4)
Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác i = 1,05 (theo Điều 1.3.5)
=> = 1,05.0,95.0,95 = 0,95
p: Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2)
Loại tải trọng
TTGH Cờng độ1
TTGH Sử dụng
DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ
1,25/0,9
1
DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích
1,5/0,65
1
4.2.1 Nôi lực mặt cắt a
Mômen tại mặt cắt a là mômen phần
hẫng.
Lớp phủ
Bản mặt cầu
Lan
can
Sơ đồ tính dạng công xon chịu uốn
700
500
1200
Ma=[. p .
g DC1( bmc ) .1200.1200
2.106
+ . p .
g DƯW .(1200 500) 2
2.10
6
+ . p .g DC 2( lcncan ) .1200.10 3 ]
Trong THGH CĐ1 Ma=
0,95.[
4,8.1200.1200.1,25 1,665.700.700.1,5
+
+ 4,148.1200.1,25.103 ] =10,596 kNm
6
6
2.10
2.10
Trong THGH SD Ma=
0,95.[
4,8.1200.1200.1 1,665.700.700.1
+
+ 4,148.1200.1.10 3 ] =9,399 kNm
6
6
2.10
2.10
4.2.2 Nội lực mặt cắt b
9
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
+
-
Đ ờng ảnh h ởng Mb
Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ
số lớn hơn 1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ hơn 1.Cụ thể xếp
nh sau:
Bmc
Phủ
+
-
Xếp tải lên phần Đah d ơng
Bmc
Phủ
+
-
Xếp tải lên phần Đah âm
Tính nội lực theo công thức:
MU= (P.M DC1 + P M DC2 +P M DW )
Trên phần Đah dơng:
Với bản mặt cầu lấy hệ số p= 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong
THGH SD
Với lớp phủ lấy hệ số p= 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Trên phần Đah âm:
Với bản mặt cầu lấy hệ số p= 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
Với lớp phủ lấy hệ sô p= 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD
10
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Sau khi giải sơ đồ bằng Sap2000 kết quả mô men Mb trong bảng dới đây
Bảng 4.2.2
4.2.3 Nội lực mặt cắt Mc
+
+
-
-
Đ ờng ảnh h ởng Mc
Làm tơng tự nh trên , ta có bảng kết quả sau:
Bảng 4.2.3
Mặt cắt
c
4.2.4
+
Nội
Đah
+
-
Mặt cắt
b
lực
DC1
1.2
-3.2
Đah
+
-
DC1
2.8
-2
DW
0.2
-1.1
DW
1
-0.4
mặt cắt Md
+
-
-
Đ ờng ảnh h ởng Md
Bảng 4.2.4
Mặt cắt
d
Đah
+
-
DC1
2.5
-1.3
DW
0.8
-0.4
4.2.5 Nội lực mặt cắt e
-
+
+
-
-
-
Đ ờng ảnh h ởng Me
11
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Bảng 4.2.5
Mặt cắt
e
Đah
+
-
DC1
0.8
-3.3
DW
0.3
-1
Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải tại các mặt cắt (a, b, c, d, e) là:
Mặt cắt
b
c
d
e
Đah
+
+
+
+
-
TTGHSD
DC1
DW
2.8
1
-2
-0.4
1.2
0.2
-3.2
-1.1
2.5
0.8
-1.3
-0.4
0.8
0.3
-3.3
-1
TTGHCĐ1
DC1
DW
3.5
1.5
-1.8
-0.26
1.5
0.3
-2.88
-0.715
3.125
1.2
-1.17
-0.26
1
0.45
-2.97
-0.65
4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ
Tải trọng thiết kế dùng cho bản mặt cầu và quy tắc xếp tải
áp dụng quy định của Điều 3.6.1.3.3 (AASHTO98) :
Do nhịp của bản S=2400<4600mm phải đợc thiết kế theo các bánh xe của
trục 145KN.
Tải trọng bánh xe phải đợc giả thiết là bằng nhau trong phạm một đơn vị
trục xe và sự tăng tải trọng bánh xe do các lực ly tâm và lực hãm không cần đa
vào tính toán bản mặt cầu.
Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho
tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn (3.6.1.3.1) :
+ 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can: Khi thiết kế bản mút thừa
+ 600mm tính từ mép làn xe thiết kế: Khi thiết kế các bộ phận khác
Do cầu không có dải phân cách xe thiết kế có thể đi vào phần bộ hành
Khi xếp xe lên đờng ảnh hởng sao cho gây ra hiệu ứng lực cực hạn cả âm
và dơng
P
Bề rộng dải tơng đơng :áp dụng Điều 4.6.2.1.3
x
300
Phần hẫng: SW = 1140 + 0,833X
SW=1140+0,083.200=1306,6 mm
Mô men dơng M+: SW = 660 + 0,55S = 660+0,55.2400=1980 mm
12
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Mô men âm M- : SW = 1220 + 0,25S =1220+0,25.2400=1820 mm
Trong đó
X
= Khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm), X=200 mm
S
= Khoảng cách của trục cấu kiện đỡ
SW = Bề rộng dải tơng đơng
P
= Tải trọng trục xe (N)
Tải trọng bộ hành
Theo Điều 3.6.1.5 lấy tải trọng ngời đi bộ 3x10-3 Mpa và phải tính đồng thời
cùng hoạt tải xe thiết kế.
4.3.1 Nội lực do Truck Load
Do Truck Load và Tendom Load có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang
cầu nh nhau(1800mm) nhng TruckLoad có trục sau(145 KN) nặng hơn
TendomLoad(110 KN) nên ta chỉ tính nội lực trong bản mặt cầu do TruckLoad.
Vẽ Đờng ảnh hởng và xếp tải
Đ ờng ảnh h ởng Mb
Đ ờng ảnh h ởng Mc
13
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Đ ờng ảnh h ởng Md
Đ ờng ảnh h ởng Me
Sơ đồ tính mômen phần hẫng của bản mặt cầu
P=72,5/2
+ Công thức xác định mômen trong THGH CĐ1
cho 1 mét dài bản mặt cầu:
x
00
3
.( Pi + IM ). yi
1,75.72,5.1,25. yi
= 0,95
+
SW
1,980
MTruckLoad+=
.( Pi + IM ). yi
1,75.72,5.1,25. yi
= 0,95
SW
1,820
MTruckLoad-=
.( Pi + IM ).x
1,75.1,25.72,5.x
= 0,95
+
2.SW
2.1,3066
MTruckLoadhẫng=
Trong đó =1,75 (Xem phần 7), =0,95
yi: Tung độ đờng ảnh hởng
Ma
= 0,95
Mb=
Mc=
0,95
1,75.72,5.1,25.200
= 11,533
2.1,3066
KNm
1,75.72,5.1,25.(0,48 0,08346)
=
1,980
30,174 KNm
0,95
1,75.72,5.1,25.(0 + 0,206 + 0,167 + 0)
= 30,88
1,820
KNm
14
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
0,95
Md=
Mc=
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
1,75.72,5.1,25.(0,416 0,0679)
= 26,488
1,980
KNm
0,95
1,75.72,5.1,25.(0 + 0,18 + 0,18 + 0)
= 29,8
1,820
KNm
Bảng kết quả mômen tại các mặt cắt do TruckLoad
Mặt cắt
Bảng 4.3.1-a
Trạng thái gới hạn cờng độ 1
Giá trị(KNm)
a
b
c
d
e
-11,533
30,174
-30,88
26,488
-29,8
+ Công thức xác định mômen trong THGH SD cho 1 mét dài bản mặt cầu:
.( Pi + IM ). yi
1.72,5.1,25. yi
= 0,95
+
SW
1,980
MTruckLoad+=
.( Pi + IM ). yi
1.72,5.1,25. yi
= 0,95
SW
1,820
MTruckLoad-=
.( Pi + IM ).x
1.1,25.72,5.x
= 0,95
+
2.SW
2.1,3066
MTruckLoadhẫng=
Trong đó =1(Bảng A3.4.1-2), =0,95, yi: tung độ đờng ảnh hởng
Ma
= 0,95
Mb=
Mc=
Md=
Mc=
0,95
1.72,5.1,25.(0,48 0,08346)
= 17,242
1,980
KNm
0,95
0,95
1.72,5.1,25.200
= 6,59
2.1,3066
KNm
1.72,5.1,25.(0 + 0,206 + 0,167 + 0)
= 17,644
1,820
KNm
1.72,5.1,25.(0,436 0,0679)
= 16,005
1,980
KNm
0,95
1.72,5.1,25.(0 + 0,18 + 0,18 + 0)
= 17,029
1,820
KNm
Bảng kết quả mômen tại các mặt cắt do TruckLoad
15
Bảng 4.3.1-b
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Mặt cắt
Giá trị(KNm)
Trạng thái gới hạn sử dụng
a
b
c
d
e
-6,590
17,242
-17,644
16,005
-17,029
4.3.2 Nội lực do PeopleLoad
Xếp tải trọng ngời lên Đah các mặt cắt a, b, c, d, e ta có bảng kết quả sau
Bảng 4.3.2
THGH
Mặt cắt
a
b
c
d
e
Cờng độ1
-3,44
0,305
0,12
-0,05
0,12
Sử dụng
-0,3
1,33
-2,755
1,52
-3,04
Vậy nội lực để thiết kết bản mặt cầu là:
Mômen
Âm
TTGH Cờng độ1
37.758
TTGH Sử dụng
22.029
Dơng
Hẫng
39.674
23.002
21.252
15.688
4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu
+ Bê tông bản mặt cầu
fC = 40 Mpa Cờng độ nén quy định ở tuổi ở tuổi 28 ngày
Ec = 0,043. y1c,5 . f c'
(A5.4.2.4-1)
=> Ec= 33994,48 MPa
+ Cốt thép
fy= 420 Mpa Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép
Es= 200000 MPa
4.5 Tính toán cốt thép chiu lực
+ Lớp bảo vệ
Theo bảng (A.5.12.3-1)
Mép trên bản : a = 60 mm vì bản chịu mài mòn của vấu lốp xe
Mép dới bản : a= 25 mm
16
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
+ Sức kháng uốn của Bản
Mr = .Mn
: Hệ số sức kháng quy định theo Điều (A.5.5.4.2.1) ta có = 0,9 Đối với
trạng thái giới hạn cờng độ 1 (Cho BTCT thờng)
Mr : Sức kháng uốn tính toán
Mn : sức kháng uốn dang định
Đối với cấu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng theo hình chữ
nhật nh quy định của Điều 5.7.2.2 thì Mn xác định Điều 5.7.3.2.3
a
a
a
a h
M n = a ps f ps d p + As f y d s A' s f ' y d s' + 0.85 f c' (b bw ) 1hr r
2
2
2
2 2
Vì không có cốt thép ứng suất trớc ,b=bW và coi As = 0
a
2
M n = As f y d s
Trong đó:
AS =
Diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm2)
fy
Giới hạn chảy qui định của cốt thép (Mpa).
=
dS =
Khoảng cách tải trọng từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt
thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm)
A'S =
Diện tích cốt thép chịu nén (mm2)
f'y =
Giới hạn chảy qui định của cốt thép chịu nén (Mpa).
d'p =
Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép
chịu nén (mm)
f'c
=
Cờng độ chịu nén qui định của bê tông ở tuổi 28 ngày (Mpa)
b
=
Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)
bw =
Chiều dày của bản bụng hoặc mặt cắt tròn (mm)
1 =
Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất qui định trong điều (A.5.7.2.2)
h1 = Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T(mm)
17
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
a = c1 ; chiều dày của khối ứng suất tơng đơng (mm) điều (A.5.7.2.2)
a = c 1 =
A ps f ps + As f y Ac' f y'
0.85 f 1bw
'
c
1 =
As f y
0.85 f c' b
Theo trạng thái giới hạn cờng độ I Cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ
khả năng chịu lực
4.5.1 Bố trí cốt thép chịu mômen âm của bản mặt cầu(cho 1 mét dài bmc)
và kiểm toán theo THGH Cờng độ 1.
+ Không xét đến cốt thép chịu nén (sẽ bố trí cho mômen dơng của bản mặt
cầu)
+ Mômen tính toán cho mômen âm của bản mặt cầu
Mu= 37,758 KNm (Bảng trên)
+ Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ
+ Bố trí 5 thanh cốt thép 16
2
=> Diện tích cốt thép As=5. 3,1416.16 =1005,312mm2
4
dp=ts- 60-
d0
16
= 200 - 60- =132 mm
2
2
1=0,85-(12/7)0,05=0,764 > 0.65
c=
As f y
0.85 f b
'
c 1 f
=
1005,312.420
= 6,773 mm
0,85.40.0,764.2400
a=.c=0,764. 6,773 =5,1744 mm
a
2
Mn=As.fs.(dp- )=1005,312.420.(132-
5,1744
).10-6= 54,64 KNm
2
Mr=.Mn=0,9. 54,64 = 49,18 KNm > Mu=37,758KNm => (Thoả mãn)
Vậy mặt cắt thoả mãn về cờng độ.
+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa (A.5.7.3.3.1)
Phải thoả mãn điều kiện
c
0.42
de
18
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
de = dP =132 mm (Do coi Aps = 0 (A.5.7.3.3.1-2))
c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục TH, c=6,773 mm
c 6,773
=
= 0,051 < 0,42 => Thoả mãn
de
132
Vậy mặt cắt giữa nhịp thoả mãn về hàm lợng thép tối đa.
+ Lợng cốt thép tối thiểu
Mr > min ( 1,2Mcr, 1,33Mu) (Điều A.5.7.3.3.2)
Trong đó Mcr : Sức kháng nứt đợc xác định trên cơ sở phân bố phân bố ứng
suất đàn hồi và cờng độ chịu kéo khi uốn, fr (A.5.4.2.6)
fr = 0.63 f c' = 0.63 40 = 3,984 Mpa
M .y
I
200
f=
68
Trong trạng thái GHSD, ở trạng thái cuối cùng(mc liên hợp), ƯS kéo BT ở
đáy dầm do các loại tải trọng là:
trong đó
1000
Mu= 22,029 KNm
y: Khoảng cách từ trục TH đến thớ trên
y=
200.1000.100 + 1005,312.68
200000 =97,460 mm
1000.200 + 1005,312.
33994,48
I: Mômen quán tính của mặt cắt
3
I= 1000.200 + 1000.200.(100 97,460) 2 + 1005,312.(97,460 68) 2 =668829488,5 mm4
12
Thay vào ta đợc f=
22,8368.97,460 6
10 =3,334 MPa
668829488,5
Nh vậy Mcr là mômen gây thêm cho dầm để ƯS thớ dới của bêtông đạt đến
ƯS suất keó:
M cr . y
I .106=ff-f=3,894-3,334=0,65 MPa
19
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Mcr=
0,65.668829488,5.10 6
=4,46 KNm
97,46
Vậy min ( 1.2Mcr, 1.33Mu)=min(5,352 ; 29,298)= 5,352 KNm
=> Mr > 5,352 Thoả mãn
Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng thép tôi thiểu
Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép
Theo Điều (A.5.10.3.2) Trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá
1,5 chiều dày cấu kiện hoặc 450mm
Smax 1,5x200=250 (mm)
4.5.2 Bố trí cốt thép dơng cho bản mặt cầu( cho 1 mét dài bmc) và kiểm
toán theo THGH Cờng độ 1.
+ Không xét đến cốt thép chịu nén (bố trí cho mômen âm của bản mặt cầu)
+ Mômen tính toán cho mômen dơng của bản mặt cầu
Mu=39,674 KNm (Xem bảng trên)
+ Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ
+ Bố trí 5 thanh cốt thép 16
2
=> Diện tích cốt thép As=5. 3,1416.16 =1005,312mm2
4
dp=ts- 60-
d0
16
= 200 - 60- =132 mm
2
2
1=0,85-(12/7)0,05=0,764 > 0.65
c=
As f y
0.85 f b
'
c 1 f
=
1005,312.420
= 6,773 mm
0,85.40.0,764.2400
a=.c=0,764. 6,773 =5,1744 mm
a
2
Mn=As.fs.(dp- )=1005,312.420.(132-
5,1744
).10-6= 54,64 KNm
2
Mr=.Mn=0,9. 54,64 = 49,18 KNm > Mu=39,674 KNm => (Thoả mãn)
Vậy mặt cắt thoả mãn về cờng độ.
20
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa (A.5.7.3.3.1)
Phải thoả mãn điều kiện
c
0.42
de
de =dP =168 mm (Do coi Aps = 0 (A.5.7.3.3.1-2))
c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục TH, c=9,952
c 9,952
=
=0,059<0,42 Thoả mãn
d e 1168
Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng thép tối đa.
+ Lợng cốt thép tối thiểu
Mr > min ( 1.2Mcr, 1.33Mu) (Điều A5.7.3.3.2)
Trong trạng thái GHSD, ở trạng thái cuối cùng(mc liên hợp), ƯS kéo BT ở
đáy dầm do các loại tải trọng là:
1000
200
M .y
f=
I
32
trong đó
M=21,252 KNm(Xem bảng trên)
y: Khoảng cách từ trục TH đến thớ trên
200.1000.100 + 1005,312.68
200000 =97,460 mm
y=
1000.200 + 1005,312.
33994,48
I: Mômen quán tính của mặt cắt
3
I= 1000.200 + 1000.200.(100 97,460) 2 + 1005,312.(97,460 68) 2 =668829488,5 mm4
12
Thay vào ta đợc f=
22,8368.97,460 6
10 =3,334 MPa
668829488,5
Nh vậy Mcr là mômen gây thêm cho dầm để ƯS thớ dới của bêtông đạt đến
ƯS suất keó:
M cr . y
I .106=ff-f=3,894-3,334=0,65 MPa
21
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Mcr=
0,65.668829488,5.10 6
=4,46 KNm
97,46
Vậy min ( 1.2Mcr, 1.33Mu)=min(5,352 ; 29,298)= 5,352 KNm
=> Mr > 5,352 Thoả mãn
Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng thép tôi thiểu
Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép
Theo Điều 5.10.3.2 Trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá 1.5
chiều dày cấu kiện hoặc 450mm
Smax 1,5x200=250 (mm)
4.5.3 Bố trí cốt thép âm cho phần hẫng của bản mặt cầu( cho 1m dài bmc)
và kiểm toán theo THGH CĐ 1.
Để thận tiên cho thi công: Bố trí 2 mặt phẳng lới cốt thép cho bản mặt cầu
nên cốt thép âm cho phần hẫng đợc bố trí giống cốt thép âm(5 thanh 16). Chỉ
tiến hành kiểm toán.
+ Mômen tính toán cho mômen âm của bản mặt cầu
Mu=23,002 (Xem bảng trên)
Do mômen tính toán Mu < Mômen tính toán của mômen âm của bản mặt
cầu nên chắc chắn các kiểm toán trong kiểm toán về cờng dộ thoả mãn.
4.5.4 Bố trí cốt thép co ngót và nhiệt độ
Theo Điều A.5.10.8 cốt thép cho các ứng suất co ngót và nhiệt độ phải đợc
đặt gần bề mặt bê tông lộ ra trớc các thay đổi nhiệt độ hàng ngày. Đối với các
cấu kiện mỏng hơn 1200mm diện tích cốt thép mỗi hớng không đợc nhỏ hơn:
AS 0,75
Ag
fy
Ag = Tổng diện tích mặt cắt
Chiều dày có hiệu 200mm => Chiều dày thực =200+30 =230mm =>
Ag=230x1 = 230mm2
AS 0,75
Ag
fy
= 0,75
230
= 0.431mm 2 / mm
400
22
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
Cốt thép do co ngót và nhiệt độ không đợc đặt rộng hơn hoặc 3.0 lần chiều
dày cấu kiện (3.200=600mm) hoặc 450 mm. Cốt thép co ngót và nhiệt độ theo
phơng dọc cầu 0.5AS =0.2065
Sử dụng NO10 @450 có As=0,22mm2/mm
4.5.5 Kiểm tra bản mặt cầu theo trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm toán nứt)
Theo Điều A.5.5.2 các vấn đề phải kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng
là nứt , biến dạng và ứng suất trong bê tông
Do nhịp của bản nhỏ và không có thép dự ứng lực nên trong đồ án này chỉ
kiểm toán nứt đỗi với bản mặt cầu theo Điều 5.7.3.4
Các cấu kiện phải đợc cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép ở trạng
thái giới hạn sử dụng fsa không đợc vợt quá
f s f sa =
Z
0,6 f
( d c A) 1 / 3
(A.5.7.3.4-1)
Trong đó :
dc =chiều cao phần bê tông tính từ thớ ngoài cùng chịu kéo cho đến tâm
của thanh hay sợi đặt gần nhất ; nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày
tĩnh của lớp bê tông bảo vệ dc không lớn hơn 50 mm .
Z
=
Thông số bề rộng vết nứt (N/mm).
Lấy Z= 23000 N/mm đối với các cấu kiện trong môi trờng khác nghiệt và khi
thiết kế theo phơng ngang
+fsa =
ứng suất kéo trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng
+A =
Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu
kéo và đợc bao bởi các mặt cắt cuả mặt cắt ngang và đờng thẳng song song
với trục trung hoà, chia cho số lợng của các thanh hay sợi (mm2)
4.5.5.1 Kiểm tra nứt đối với mô men dơng
Mô men dơng lớn nhất là M = 21,252KNm/m (Xem bảng 4-b)
68
Tính fs:
32
+ Lấy mômen tĩnh với trục qua
cạnh dới của mặt cắt:
200
Xác định vị trí trục trung hoà :
1000
23
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
h
S = b.h. + n. As .d + n. As '.d '
2
=1000.200.100+
200000
200000
.1005,312.(200-68)+
. 1005,312.32
33994,48
33994,48
=20969987,88 mm3
+ Diện tích mặt cắt
A = b.h. + n. As . + n. As '. =1000.200+ 200000 .1005,312+ 200000 .1005,312
33994,48
33994,48
=211829,12 mm2
+ Khoảng cách từ THH đến mép dới của mặt cắt: y =
S 20969987,88
=
A
211829,12
=98,9948 mm
Xác định mô men quán tính của mặt cắt bị nứt tính đổi ra bê tông
I cr
bh 3
h
=
+ b.h.( y ) 2 + nAs (d y ) 2 + nAS ' (d ' y ) 2
3
2
I cr =
+
1000.2003
200000
+ 1000.200.(100 98,995) 2 +
1005,312.(132 98,995) 2
12
33994,48
200000
1005,312.(98,995 32) 2 =699858078,1 mm4
33994,48
ứng suất trong cốt thép ở mép dới bản :
My
200000 21,252.(98,995 32).106
=
= 11,968Mpa
f s = n
I
33994
,
48
699858078,
1
cr
dc = 25 +14/2 = 32mm < 50 mm
A=
2.32.1000
=16000 mm2(Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt
4
thép chủ chịu kéo và đợc bao bởi các mặt cắt cuả mặt cắt ngang và đờng
thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lợng của các thanh hay sợi )
=> f sa =
Z
23000
=
= 287,5Mpa > 0,6 f y = 0.6 x 420 = 252 Mpa
1/ 3
(32.16000)1 / 3
( d c A)
do vậy lấy fsa=0.6fy =252 Mpa > fS = 11,968 Mpa (Thoả mãn)
24
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
Thiết Kế môn học
Cầu Bê tông cốt thép DƯL
4.5.5.2 Kiểm tra nứt đối với mô men âm
Mô men âm lớn nhất là
M= -22,029 KNm/m
Khoảng cách từ TTH đến mép trên của mặt cắt: y=200-98,995=101,005 mm
ứng suất trong cốt thép ở mép trên bản :
My
200000 22,029.(101,005 68).106
= 64,025Mpa
f s = n
= 33994,48
I
699858078,
1
cr
dc = 60 +16/2 = 68mm < 50 mm =>dC = 50 mm(theo điều trên)
A=
2.68.1000
=27200 mm2
5
=> f sa =
Z
23000
=
= 207 Mpa < 0,6 f y = 0.6 x 420 = 252 Mpa
1/ 3
(50 x 27200)1 / 3
( d c A)
do vậy lấy fsa=207 Mpa > fS = 64,025 Mpa Thoả mãn
Vậy bản mặt cầu thoả mãn điều kiện kiểm toán nứt ở trạng thái giới hạn sử
dụng.
4.5.6 Kiểm tra bố thép theo thiết kế kinh nghiệm
Phải đặt lớp cốt thép đảng hớng ,fy 400Mpa
Cốt thép phải càng gần các mặt ngoài càng tốt
Lớp đáy : Số lợng thép tối thiểu cho mỗi lớp bằng 0,57 mm2/mm. Theo thiết
kế trên cốt thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng dọc là 0,8
mm2/mm > 0,57mm2/mm ( thoả mãn)
Lớp đỉnh : Số lợng thép tối thiểu cho mỗi lớp bằng 0,38 mm 2/mm .Theo thiết
kế trên cốt thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng dọc là 0,22
mm2/mm < 0,38mm2/mm =>phải bố trí cốt thép theo phơng dọc, chọn No10
@200 As= 0.5mm2/mm
Khoảng cách lớn nhất giữa cốt thép là 450mm
Bố trí cốt thép bản đáy dầm hộp
Theo Điều 5.14.1.3.2b Cốt thép trong bản đáy dầm hộp đợc bố trí nh sau:
Cốt thép bố trí theo phơng dọc cầu
Tổng diện cốt thép As= 0,4%(diện tích của cánh ) = 0,4(150)(8040) = 4824mm2
25
Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43
