ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẦU BTCT DUL DẦM I
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.99 MB, 123 trang )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................6
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT CHUNG..........................................................................7
1.1. Điều kiện tự nhiên tại vị trí xây cầu..........................................................................7
1.1.1. Điều kiện địa chất.................................................................................................7
1.1.2. Điều kiện thủy văn...............................................................................................7
1.2. Cơ sở tính toán...........................................................................................................7
1.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế...............................................................................................7
1.2.2. Tiểu chuẩn vật liệu...............................................................................................7
Thông số về vật liệu bê tông được lấy theo bảng sau:....................................................7
1.3. Đặc trưng của kết cấu................................................................................................8
1.3.1. Kết cấu phần trên..................................................................................................8
1.3.1. Kết cấu phần dưới ................................................................................................8
1.4. Các hệ số tính toán ....................................................................................................8
1.4.1. Hệ số tải trọng .....................................................................................................8
1.4.2. Hệ số xung kích ...................................................................................................9
1.4.3. Hệ số làn ..............................................................................................................9
1.5. Lựa chọn sơ bộ kích thước .......................................................................................9
1.5.1. Chiều dài nhịp.......................................................................................................9
1.5.2. Xác định mặt cắt ngang cầu.................................................................................9
1.5.3. Cấu tạo dầm chủ ..................................................................................................9
1.5.4. Xác định bề rộng bản cánh có hiệu....................................................................11
1.5.5. Cấu tạo dầm ngang ............................................................................................11
1.5.6. Cấu tạo lan can...................................................................................................12
1.5.7. Đặc trưng hình học của mặt cắt .........................................................................12
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.5.8. Cấu tạo mặt cắt ngang cầu.................................................................................13
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP...........................................................14
2.1. Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ...................................................................14
2.1.1. Trọng lượng bản thân dầm chủ và trọng lượng dầm ngang (DC1)...................14
2.1.2. Trọng lượng bản mặt cầu...................................................................................15
2.1.3. Trọng lượng rải đều bản bê tông đúc sẵn...........................................................15
2.1.4. Trọng lượng rải đều lớp phủ bản mặt cầu và các tiện ích công cộng (DW1)...16
2.1.5. Trọng lượng lan can (đối với dầm biên) (DW2)................................................16
2.1.6. Tổng cộng tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ...........................................................17
2.2. Hoạt tải HL 93.........................................................................................................17
2.3. Tính toán nội lực kết cấu nhịp.................................................................................17
2.3.1. Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn cường độ 1 (TTGHCĐ1)....................18
2.3.2. Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH SD)...........................18
2.4. Tính toán và bố trí cáp DƯL ..................................................................................20
2.4.1. Sơ bộ chọn diện tích cáp DƯL...........................................................................20
2.4.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt khi bố trí cáp DƯL.........................................25
2.5. Tính toán các mất mát ứng suất trong cáp DƯL.....................................................27
2.5.1. Mất mát ứng suất tức thời..................................................................................28
2.5.2. Mất mát ứng suất lâu dài ...................................................................................33
2.5.3. Tổng hợp mất mát dự ứng lực ...........................................................................37
2.6. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ (TTGHCĐ).....................................37
2.6.1. Kiểm toán cường độ chịu uốn............................................................................37
2.6.2. Kiểm tra hàm lượng cốt thép .............................................................................41
2.6.3. Kiểm toán cường độ chịu cắt.............................................................................42
2.7. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng ( TTGHSD).......................................50
2.7.1. Giới hạn ứng suất trong bê tông.........................................................................50
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.7.2. Kiểm tra độ vồng độ võng..................................................................................52
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤ CẦU...................................................55
3.1. Cấu tạo và các kích thước cơ bản của trụ................................................................55
3.2. Các loại tải trọng tác dụng lên trụ...........................................................................56
3.2.1. Tĩnh tải................................................................................................................56
3.2.2. Hoạt tải (LL).......................................................................................................58
3.2.3. Lực hãm xe ........................................................................................................59
3.2.4. Lực ly tâm (CE)..................................................................................................59
3.2.5. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu .....................................................................60
3.2.6. Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL)...............................................................62
3.2.7. Tải trọng nước ...................................................................................................62
3.2.8. Tính hệ số phân bố tải trọng K ( sử dụng khi tính toán xà mũ ).......................64
3.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên các mặt cắt...............................................................64
3.3.1. Mặt cắt xà mũ ....................................................................................................64
3.3.2. Mặt cắt đỉnh bệ...................................................................................................65
3.3.3. Mặt cắt đáy bệ....................................................................................................66
3.4. Kiểm toán tại các mặt cắt.........................................................................................67
3.4.1. Kiểm toán mặt cắt xà mũ ...................................................................................67
3.4.2. Kiểm toán mặt cắt đỉnh bệ.................................................................................73
3.4.3. Tính toán móng cọc khoan nhồi.........................................................................78
3.4.4. Kiểm toán bệ cọc................................................................................................86
CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỐ CẦU.....................................................89
4.1. Cấu tạo mố...............................................................................................................89
4.2. Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu...................................................................92
4.2.1. Tĩnh tải DC.........................................................................................................92
4.2.2. Hoạt tải xe (LL)..................................................................................................94
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4.2.3. Lực hãm xe (BR)................................................................................................94
4.2.4. Lực ma sát (FR)..................................................................................................95
4.2.5. Lực ly tâm (CE)..................................................................................................95
4.2.6. Tải trong gió động tác dụng lên công trình (WS)..............................................95
4.2.7. Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL)...............................................................96
4.2.8. Tải trọng gió thẳng đứng ...................................................................................97
4.2.9. Nội lực do trọng lượng đất đắp..........................................................................97
4.2.10. Nội lực do áp lực đất EH , LS..........................................................................98
4.2.11. Phân tích tường cánh......................................................................................100
100
4.3. Tổ hợp tải trọng.....................................................................................................102
4.3.1. Mặt cắt đáy bệ ( mặt cắt A-A)..........................................................................102
4.3.2. Mặt cắt tường thân (mặt cắt B-B)....................................................................103
4.3.3. Mặt cắt tường đỉnh ( mặt cắt C-C)..................................................................103
4.3.4. Mặt cắt tường cánh (mặt cắt F-F)....................................................................104
4.4. Kiểm toán mặt cắt..................................................................................................105
4.4.1. Kiểm toán mặt cắt tường thân (mặt cắt B-B)...................................................105
4.4.2. Kiểm toán mặt cắt tường đỉnh ( mặt cắt C-C).................................................108
Kiểm tra cấu kiện chịu uốn.......................................................................................108
Kiểm tra cấu kiện chịu cắt.........................................................................................108
4.4.3. Kiểm toán mặt cắt tường cánh (mặt cắt F-F)...................................................109
Kiểm tra cấu kiện chịu uốn.......................................................................................110
Kiểm tra cấu kiện chịu cắt.........................................................................................110
CHƯƠNG 5
TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CHO DẦM BẰNG VẬT
LIỆU FRP................................................................................................................112
5.1. Tổng quan về vật liệu FRP....................................................................................112
5.1.1. Polymer nền......................................................................................................112
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5.1.2. Cốt sợi...............................................................................................................113
5.2. Các phương pháp tăng cường khả năng chịu lực bằng vật liệu FRP....................114
5.2.1. Phương pháp FRP nằm bên trong kết cấu.......................................................114
5.2.2. Phương pháp FRP dán trên bề mặt kết cấu......................................................114
5.2.3. Phương pháp dán FRP gần bề mặt kết cấu .....................................................115
5.3. Nghiên cứu ứng xử của dầm I BTCT DƯL được tăng cường bởi vật liệu FRP. .116
5.3.1. Xây dựng mô hình............................................................................................116
5.3.2. Kết quả tính toán..............................................................................................121
5.4. Kết luận và kiến nghị.............................................................................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................123
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU
Sau thời gian học tập tại trường Đại học Giao thông vận tải với sự nỗ lực của
bản thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của những thầy cô trong trường nói
chung và các thầy cô trong Bộ môn Kết cấu xây dựng nói riêng, em đã tích lũy
được nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc sau này.
Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong quá trình năm học tập và tìm
hiểu kiến thức tại trường, đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt
thời gian qua của mỗi sinh viên. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã
nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Phạm Thị Thanh Thủy và
các thầy cô khác trong Bộ môn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, các
cô.
Do trình độ lý thuyết cũng như các kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên trong
đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được
sự góp ý, chỉ bảo của thầy, các cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Dương Tuấn Cường
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT CHUNG
1.1. Điều kiện tự nhiên tại vị trí xây cầu
1.1.1. Điều kiện địa chất
- Qua số liệu thăm dò tại lỗ khoan ở khu vực xây dựng cầu, địa chất có cấu tạo
gồm bốn lớp từ trên xuống như sau:
+ Lớp 1: Đất sét pha màu xám tím lẫn hữu cơ dẻo mềm, có độ ẩm trung
bình kết cấu chặt trạng thái nửa cứng, htb = 9 (m)
+ Lớp 2: Đất cát pha bụi sét màu xám xanh, có độ ẩm lớn kết cấu chặt,
trạng thái nửa dẻo, htb = 13 (m)
+ Lớp 3: Đất sét pha bụi cát màu xám nâu, có độ ẩm lớn kết cấu chặt,
trạng thái cứng, htb = 9 (m)
+ Lớp 4: Đất cát hạt thô màu xám vàng, có độ ẩm lớn kết cấu chặt , trạng
thái cứng, htb = 21 (m)
1.1.2. Điều kiện thủy văn
-
Theo số liệu khảo sát nhiều năm cho thấy :
+ Cao độ mực nước H1% : 5,06 (m)
+ Cao độ mực nước H5% : 4,56 (m)
+ Cao độ mực nước khảo sát : 4,85 (m)
1.2. Cơ sở tính toán
1.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế
-
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 của Bộ GTVT
1.2.2. Tiểu chuẩn vật liệu
1.2.2.1. Bê tông
- Thông số về vật liệu bê tông được lấy theo bảng sau:
Bảng 1.1- Thông số vật liệu của bê tông
Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ƒ'c
Tỷ trọng của bê tông γc
1.5
Mô đun đàn hồi Ec = 0, 043 × f 'c × ( γ c )
Hệ số poison μ
Hệ số giãn nở nhiệt
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
Bê tông dầm Bê tông bản mặt cầu Đơn vị
45
30
MPa
24
24
kN/m3
33915
27691
MPa
0,3
1,17×10-5
0,3
1,17×10-5
1/độ
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2.2.2. Cốt thép
-
Thép cường độ cao: Tao thép 7 sợi DƯL theo tiêu chuẩn ASTM A416M
+ Cường độ chịu kéo: ƒpu = 1860 MPa
+ Cấp của thép: M270 có độ trùng thấp
+ Giới hạn chảy của cốt thép dự ứng lực: ƒpy = 1674 MPa
+ Mô đun đàn hồi của cáp: Eps = 197000 MPa
+ Đường kính danh định: 15,2 (mm)
+ Diện tích của một tao cáp: 140 (mm2)
-
Cốt thép thường theo tiêu chuẩn ASTM A706
+ Giới hạn chảy của cốt thép thường: ƒy = 420 MPa
+ Mô đun đàn hồi: Es = 2×105 MPa
1.3. Đặc trưng của kết cấu
1.3.1. Kết cấu phần trên
-
Cầu gồm 3 nhịp giản đơn dẫn vào nhịp chính, L nh = 34,7 (m) bằng bê tông dự
ứng lực (BT DƯL), mặt cắt ngang gồm 7 dầm chữ I với chiều cao dầm h = 1,60
(m), khoảng cách giữa các dầm chủ S = 2,1 (m).
-
Khổ cầu: 2×0,5 + 4 ×3,5 (m).
+ Cầu được thiết kế với 4 làn xe bề rộng phần xe chạy: Bxe = 14 (m)
+ Chân lan can: bclc = 0,5 (m)
+ Bề rộng toàn cầu: Bcau = 14 + 2×0,5 = 15 (m).
-
Độ dốc dọc cầu là 2%, độ dốc ngang cầu là 2%.
-
Chiều dài toàn cầu: Lc = 398,2 m.
1.3.1. Kết cấu phần dưới
-
Mố chữ U bê tông cốt thép, đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính
D =1(m)
-
Trụ là trụ đặc thân hẹp BTCT, đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính
D =1(m)
1.4. Các hệ số tính toán
1.4.1. Hệ số tải trọng
-
Tĩnh tải giai đoạn I:
γ1 = 1,25
-
Tĩnh tải giai đoạn II: γ2 = 1,5
-
Hoạt tải HL93 và đoàn người: γh = 1,75
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.4.2. Hệ số xung kích
1 + IM = 1,25 (Chỉ tính với xe tải và xe 2 trục thiết kế)
1.4.3. Hệ số làn
-
Trong mỗi trường hợp tải trọng nếu chiều dài nhịp L tt > 25 (m) thì phải xét
thêm hệ số làn m.
Bảng 1.2- Bảng hệ số làn xe
Số làn n
1
2
3
>3
1.5. Lựa chọn sơ bộ kích thước
Hệ số làn m
1,2
1,0
0,85
0,65
1.5.1. Chiều dài nhịp
-
Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh = 34,7 (m)
1.5.2. Xác định mặt cắt ngang cầu
-
Số lượng dầm chủ : 7 dầm
Khoảng cách giữa các dầm chủ : S = 2,1 (m)
-
Chiều rộng phần cánh hẫng:
-
Bcau − ( Nb − 1) × S 15 − (7 − 1) × 2,1
=
= 1, 2(m) = 1200(mm)
2
2
Chiều dày bản mặt cầu : t = 200 mm
Cấu tạo lớp phủ mặt cầu :
+ Lớp bê tông asphat dày : 70 mm
+ Lớp phòng nước dày : 4 mm
de =
1.5.3. Cấu tạo dầm chủ
-
Kích thước dọc dầm :
L1
L2
H
a
Hình.1-1 : Cấu tạo mặt cắt dọc dầm chủ
+ Chiều dài đoạn mở rộng: L1 = 1500 (mm)
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Chiều dài đoạn vuốt: L2 = 700 (mm)
+ Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 350 (mm)
+ Chiều dài nhịp tính toán: Ltt = Lnh – 2 × a = 34700 - 2×350 = 34000 (mm).
- Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ :
b4
b4
H4 H5 H6
b3
H5 H6
b3
H'4
b6
b6
H
H3
b2
b5
H1
H2
b5
b1
b1
Hình.1-2 : Mặt cắt ngang dầm tại gối và giữa nhịp
+ Chiều cao bầu dưới:
H1 = 250 mm
+ Chiều cao vút dưới:
H2 = 200 mm
+ Chiều cao sườn dầm:
H3 = 840 mm
+ Chiều cao vút trên:
H4 = 110 mm
+ Chiều cao bầu trên:
H5 = 120 mm
+ Chiều cao gờ:
H6 = 80 mm
+ Bề rộng bầu dầm dưới:
b1 = 650 mm
+ Bề rộng sườn dầm:
b2 = 200 mm
+ Bề rộng phần bầu dầm phía trên: b3 = 850 mm
+ Bề rộng gờ (trên):
b4 = 650 mm
+ Bề rộng vút dưới:
b5 = 225 mm
+ Bề rộng vút trên:
b6 = 325 mm
=> Chiều cao dầm chủ : H = 1600 (mm)
Chiều cao dầm liên hợp : Hb = H + t = 1600 + 200 = 1800 (mm)
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.5.4. Xác định bề rộng bản cánh có hiệu
1.5.4.1. Đối với dầm giữa
-
Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của:
+
1
1
1
chiều dài nhịp , Ltt = x34000 = 8500(mm)
4
4
4
+ 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với trị số lớn nhất của bề dày bản bụng
dầm hoặc
1
bề rộng bản cánh trên của dầm
2
200
=12 x 200 + max 850 = 2825 (mm)
2
+ Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau , s = 2100 (mm)
=> Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu đối với dầm giữa là : bi = 2100 (mm)
1.5.4.2. Đối với dầm biên
-
Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể được lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm
kề trong (=2100/2=1050) cộng trị số nhỏ nhất của:
+
1
1
1
chiều dài nhịp , Ltt = x34000 = 4250(mm)
8
8
8
+ 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
=6 x 200+max
= 1412,5 (mm)
850
4
+ Bề rộng phần hẫng , de = 1200 (mm)
=> Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu đối với dầm biên là : be = 2250 (mm)
1.5.5. Cấu tạo dầm ngang
-
Dầm ngang được bố trí tại 5 vị trí như sau:
+ Mặt cắt gối: 0 (mm)
+ Mặt cắt Ltt/4: 8500 (mm)
+ Mặt cắt Ltt/2: 17000 (mm).
-
Dầm ngang được chế tạo bằng BTCT thường có các kích thước cơ bản như sau:
+ Chiều rộng dầm ngang:
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
bdn = 1900 (mm)
11
hdn = 1270 (mm)
+ Chiều dày dầm ngang:
tdn = 200 (mm)
1270
+ Chiều cao dầm ngang:
1270
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1900
200
Hình.1-3 : Cấu tạo dầm ngang
1.5.6. Cấu tạo lan can
-
Chân lan can có các kích thước cơ bản sau:
+ Chiều cao chân lan can: hclc = 600 (mm)
+ Chiều rộng chân lan can: bclc = 500 (mm)
-
Chiều cao lan can thép: hlcthep = 500 (mm)
-
Diện tích mặt cắt ngang chân lan can :
Alc = 500x250 + (500+300)x150/2 + 200x300 = 245000 (mm2)
600
250150200
500
300
500
`
Hình.1-4 : Cấu tạo chân lan can
1.5.7. Đặc trưng hình học của mặt cắt
Bảng 1.3- Đặc trưng hình học của mặt cắt dầm
Chưa liên
hợp
Liên hợp
Mặt cắt
Đầu dầm
Giữa dầm
Đầu dầm
A (mm2)
Si (mm3)
1067385
871740276
627250
503091666,7
1410313,17 302906467,8
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
Yi (mm)
816,707
802,05
1031,48
Igi (mm4)
2,33 x 1011
1,96 x 1011
4,37 x 1011
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giữa dầm
970178,56
307929530,8
1119,45
3,77 x 1011
Trong đó:
A: Diện tích mặt cắt
Si: Momen tĩnh của mặt cắt đối với trục nằm ngang đi qua mép dưới của mặt cắt
thứ i
ybi: Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép dưới của mặt cắt thứ i
Igi: Momen quán tính của mặt cắt thứ i đối với trục trung hòa của mặt cắt đó
1.5.8. Cấu tạo mặt cắt ngang cầu
-
Bố trí mặt cắt ngang cầu như sau:
1/2 mÆt c¾t ngang cÇu t¹i gi÷a nhÞp
1/2 mÆt c¾t ngang cÇu t¹i gèi
15000
500
14000
500
2%
600
600
2%
500
500
Bª t«ng asphat : 70 mm
Líp phßng níc : 4 mm
B¶n mÆt cÇu : 200 mm
1200
2100
2100
2100
2100
2100
2100
1200
Hình.1-5 : Mặt cắt ngang cầu
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHỊP
2.1. Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ
Tĩnh tải rải đều tác dụng lên một dầm bao gồm:
+ Trọng lượng bản thân dầm chủ và trọng lượng dầm ngang: (DC1)
+ Trọng lượng bản mặt cầu : DC2
+ Trọng lượng bản bê tông đúc sẵn: (DC3)
+ Trọng lượng lớp phủ mặt cầu và tiện ích công cộng : (DW1)
+ Trọng lượng lan can ( đối với dầm biên ) : (DW2)
Trọng lượng của các bộ phận trên đều được tính theo tải trọng rải đều trên 1m dài dầm
chủ.
2.1.1. Trọng lượng bản thân dầm chủ và trọng lượng dầm ngang (DC1)
Trọng lượng bản thân dầm chủ
-
Trọng lượng dầm chủ gồm 2 phần:
+ Phần mặt cắt đầu dầm: (Đoạn mở rộng và đoạn vuốt mở rộng.)
Trọng lượng phần mặt cắt đầu dầm được tính như sau:
A + A1
P1 = γ c × A0 × ( L1 + a ) + 0
× L2 × 2
2
Trong đó:
A0: Diện tích phần mặt cắt đầu dầm A0 = 1067385 (mm2)
A1: Diện tích phần mặt cắt giữa nhịp A1 = 627250 (mm2)
(L1 + a): Chiều dài đoạn có mặt cắt mở rộng (L1 + a) = 1850 (mm)
L2: Chiều dài đoạn vuốt mở rộng L2 = 700 (mm)
γc: Tỷ trọng của bê tông dầm γc = 24 (kN/m3).
Thay số vào ta có:
1067385 + 627250
P1 = 24 ×106 × 1067385 ×1850 +
× 700 × 2 = 123254(N)
2
+ Phần mặt cắt giữa dầm:
Tương tự phần mặt cắt đầu dầm ta có chiều dài đoạn dầm còn lại:
L3 = Lnh – 2×(L1 + a + L2) = 34700 - 2×(1850 + 700) = 29600
(mm)
Trọng lượng phần mặt cắt giữa dầm:
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
P2 = γ c × ( A1 × L3 ) = 24 ×106 × (62725 × 29600) = 445598(N)
Vậy trọng lượng rải đều của dầm chủ:
P1 + P2 123254 + 445598
=
= 16,39(N/ mm) = 16,39(kN/ m)
Lnh
34700
DCdc =
Trọng lượng bản thân dầm ngang
-
Số lượng dầm ngang liên kết hai dầm liên kề nhau là: Nlng = 5 (dầm).
-
Diện tích mặt cắt ngang của mỗi dầm ngang: Adn = 254000 (mm2)
-
Tỷ trọng của bê tông dầm ngang: γc = 24 (kN/m3)
Trọng lượng của mỗi dầm ngang:
P0 ng = Ldn × Adn × γ c = 1900 × 254000 × 24 ×10 −6 = 11582(N)
Trọng lượng của dầm ngang liên kết giữa hai dầm chủ liền kề nhau:
Png = P0ng × Nlng = 11582 × 5 = 57912 (N).
Trọng lượng rải đều của dầm ngang lên một dầm chủ trong là:
DCng =
-
Png
Lnh
=
57912
= 1, 6(N/ mm) = 1, 67(kN/ m) .
34700
Do đặc điểm về cấu tạo nên trọng lượng rải đều của dầm ngang lên một dầm
chủ biên bằng:
DC
-
ng
1 P
1 57912
= × ng = ×
= 0,835(N/ mm) = 0,835(kN/ m) .
2 Lnh 2 34700
Từ đó suy ra tĩnh tải rải đều do trọng lượng bản thân dầm chủ và trọng lượng
bản thân dầm ngang gây ra là:
Dầm trong
18,06 (kN/m)
DC1 = DCdc + DCng
Dầm biên
17,225 (kN/m)
2.1.2. Trọng lượng bản mặt cầu
-
Diện tích mặt cắt ngang của bản mặt cầu đồi với một dầm:
Abmc = t s × 2 ×
-
S
2100
= 200 × 2 ×
= 420000(mm 2 )
2
2
Trọng lượng rải đều của bản bê tông mặt cầu lên một dầm:
DC2 = Abmc × γ c = 420000 × 24 ×10 −6 = 10,8(N/ mm) = 10,8(kN/ m)
2.1.3. Trọng lượng rải đều bản bê tông đúc sẵn
-
Kích thước của tấm bê tông đúc sẵn:
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Chiều cao: h = h6 = 80 (mm)
+ Bề rộng: b = S – b4 = 2100 – 650 = 1450 (mm)
+ Diện tích mặt cắt ngang của tầm bê tông đúc sẵn:
Aducsan = b × h = 1450 × 80 = 116000 (mm2).
-
Trọng lượng rải đều của tấm bê tông đúc sẵn đối với một dầm trong:
DC3 = Aducsan × γ c = 116000 × 24 ×10 −6 = 2, 784(N/ mm) = 2, 784(kN/ m) .
-
Do đặc điểm về cấu tạo nên trọng lượng rải đều của tấm bê tông đúc sẵn đối
với một dầm biên bằng:
DC3 =
Aducsan
116000
×γ c =
× 24 ×10−6 = 1, 392(N/ mm) = 1,392(kN/ m) .
2
2
2.1.4. Trọng lượng rải đều lớp phủ bản mặt cầu và các tiện ích công cộng (DW1)
-
Đối với dầm trong :
Bề rộng lớp phủ
STT
Lớp
S
B = 2 × (m)
2
1
2
Lớp phủ asphal
Lớp chống thấm
Tổng
2,1
2,1
-
1
2
0,07
0,004
0,074
DWlp = B × ∆ × γ
(kN/m)
24
18
3,528
0,1512
3,679
Đối với dầm biên
Bề rộng lớp phủ
STT
Chiều dày
γ
trung bình
(kN/m3)
Δ(m)
Lớp
Lớp phủ asphal
Bê tông bảo vệ
Tổng
B=
S
+ d e − bclc
2
(m)
1,75
1,75
Chiều dày
trung bình
Δ(m)
0,07
0,004
0,074
γ
DWlp = B × ∆ × γ
(kN/m3)
(kN/m)
24
18
2,94
0,126
3,066
Các tiện ích công cộng : DWti = 0,5 kN/m
2.1.5. Trọng lượng lan can (đối với dầm biên) (DW2)
-
Trọng lượng rải đều của phần lan can thép trên một đơn vị chiều dài:
plcthep = 0,15 N/ mm
-
Trọng lượng rải đều của phần chân lan can trên một đơn vị chiều dài dầm biên:
pclc = Alc × γ c = 245000 × 24 ×10 −6 = 5,88(N/ mm)
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tải trọng rải đều của lan can trên một đơn vị chiều dài dầm biên là:
DC4 = plcthep + pclc = 0,15 + 5,88 = 6,03 (N/mm) = 6,03 (kN/m).
2.1.6. Tổng cộng tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ
Bảng 2.1- Tổng cộng tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ
Gđ chưa liên hợp
Gđ khai thác ( mc liên hợp)
Dầm giữa
DC
DW
18,06
0
31,644 4,179
Dầm biên
DC
DW
17,225
0
29,417
9,596
2.2. Hoạt tải HL 93
Hoạt tải HL 93 bao gồm :
+ Xe tải thiết kế
+ Xe hai trục thiết kế
+ Tải trọng làn
2.3. Tính toán nội lực kết cấu nhịp
-
Sử dụng phần mềm Midas civil 2011, với các lựa chọn theo quy trình
AASHTO LRFD.
-
Sơ đồ tính : Dầm giản đơn
Hình.2-1 : Mô hình hóa kết cấu nhịp bằng phần mềm Midas Civil
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3.1. Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn cường độ 1 (TTGHCĐ1)
Bảng 2.2- Bảng tổ hợp theo TTGHCĐ 1
Nội lực
Mặt cắt
Mặt cắt cách
gối
gối 2,2m
Mặt cắt
Mặt cắt
cách gối
cách gối
Đơn vị
L/2
9322,98
kN.m
177,38
10045,2
162,6
kN
kN.m
kN
Dầm
Mô men
420,48
2348,23
L/4
7051,27
giữa
Lực cắt
Mô men
Lực cắt
1192,89
1333,1
1288,6
1026,93
2088,2
1144,8
650,75
7963,2
717,3
Dầm biên
Hình.2-2 : Biểu đồ bao mô men ở trạng thái giới hạn cường độ
Hình.2-3 : Biểu đồ bao lực cắt ở trạng thái giới hạn cường độ
2.3.2. Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH SD)
Bảng 2.3- Bảng tổ hợp nội lực theo TTGH SD
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nội lực
Mặt cắt
gối
Mặt cắt
Mặt cắt
Mặt cắt
cách gối
cách gối
cách gối
Đơn vị
L/4
5025,19
L/2
6653,44
kN.m
447,34
5165,08
488,43
103,98
7068,48
93,075
kN
kN.m
kN
Dầm
Mô men
245,54
2,2 m
1666,71
giữa
Dầm
Lực cắt
Mô men
Lực cắt
839,85
752,5
898,01
720,7
1805,6
792,45
biên
Hình.2-4 : Biểu đồ mô men ở trạng thái giới hạn sử dụng
Hình.2-5 : Biểu đồ lực cắt ở trạng thái giới hạn sử dụng
Từ hai bảng tổ hợp nội lực trên ta thấy nội lực tại dầm biên lớn hơn dầm giữa, vì vậy
ta sử dụng kết quả nội lực của dầm biên để tính toán.
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.4. Tính toán và bố trí cáp DƯL
2.4.1. Sơ bộ chọn diện tích cáp DƯL
2.4.1.1. Chọn cáp DƯL theo TTGH CĐ
-
Ta có công thức gần đúng để xác định diện tích cốt thép DƯL cần thiết A ps:
φ .M n = φ . ( Aps × 0,85 f pu + As × f y ) × 0,9h = M u
Trong đó:
+ φ : Hệ số sức kháng
+ Mn: Sức kháng uốn danh định
+ Mu: Mô men uốn có hệ số do tất cả các tải trọng
+ Aps: Diện tích cốt thép DƯL
+ ƒpu: Cường độ chịu kéo cực hạn của thép DƯL
+ As: Diện tích cốt thép thường chịu kéo
+ ƒy: Giới hạn chảy của cốt thép thường chịu kéo
+ h: Chiều cao dầm.
-
Do thành phần As׃s nhỏ so với thành phần do cốt thép DƯL gây ra:
Aps×0,85׃pu. Vì vậy theo công thức trên ta bỏ qua thành phần này. Ta được
công thức:
φ .M n = φ . ( Aps × 0,85 f pu ) × 0,9h = M u
-
Theo phương trình trên ta có:
+ Cường độ chịu kéo cực hạn của thép DƯL: ƒpu = 1860 (MPa)
+ Hệ số sức kháng: φ = 1
+ Chiều cao dầm: h = 1600 (mm)
+ Mô men uốn có hệ số do tất cả các tải trọng: Mu = 10045,2 (kN.m)
-
Thay số vào phương trình trên ta được:
Aps =
-
Mu
10045, 2 × 106
=
= 4412, 29(mm 2 )
φ × 0,9 × h × 0,85 × f pu 1× 0,9 × 1600 × 0,85 × 1860
Với kết cấu kéo sau cáp DƯL được sử dụng là loại cáp đường kính 15,2 mm ,
diện tích mỗi tao cáp là 140 mm2
Số tao cáp cần thiết là : n =
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
Aps
A0
=
4412, 29
= 31,5(tao)
140
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.4.1.2. Sơ bộ chọn cáp DƯL theo TTGH SD
Lực dự ứng lực cần thiết để thỏa mãn điều kiện ứng suất kéo thớ dưới ở TTGH sử
dụng là :
Pf ≥
M max − Wb f b
e + kt
Trong đó :
+ Mmax : mô men uốn tính toán ở trạng thái giới hạn sử dụng: M max= 7068,48
( kNm)
+ Wb : mô men chống uốn của mặt cắt liên hợp tính với mép dưới ,
Wb =
I
= 4, 7 x108 ( mm3 )
yb
+ fb : giới hạn ứng suất thớ dưới , fb = 0,5 f 'c = 0,5 45 = 3,35( MPa)
+ e + kt : cánh tay đòn ngẫu lực, lấy sơ bộ theo kinh nghiệm
e + kt = 0,64h =0,64 x 1600 = 1024 (mm)
Thay số vào ta được :
Pf ≥
7068, 48 − 4,8 x108 x10−9 x3,35 x103
= 5365, 2(kN )
1024 x10−3
Ta sử dụng cáp dự ứng lực có độ chùng thấp ,sau khi xảy ra các mất mát , ứng suất
trong các tao thép lấy bằng 1080 MPa , do đó tiết diện cần thiết để thỏa mãn yêu cầu
ứng suất là :
Aps ≥
5365, 2 x10−3
= 4,967 x103 (m 2 ) = 4967(mm 2 )
1080
Số tao cáp cần thiết là : n =
Aps
A0
=
4967
= 35, 47(tao)
140
Dựa vào 2 tính toán sơ bộ ở trên ta chọn 40 tao cáp dự ứng lực , bó thành 5 bó , mỗi
bó 8 tao , diện tích 5 bó cáp : Aps = 5600 (mm2)
2.4.1.3. Bố trí cáp DƯL
Bố trí trắc dọc cáp
+ Chọn quĩ đạo của các bó cốt thép là đường cong parabol bậc hai.
+ Chọn gốc tọa độ của đường cong tại vị trí đáy dầm ở mặt cắt giữa dầm.
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
f
Y
O
X
L/2
Hình.2-6 : Đồ thị đường cong cáp
-
Trong đó:
+ ƒ: Là khoảng cách từ vị trí điểm đặt kích tới vị trí thấp nhất của mỗi bó cáp
trong dầm (tại vị trí giữa dầm).
+ y: là tung độ tính từ đáy dầm.
+ Ta giả thiết phương trình đường cong parabol có dạng: y = Ax2 + B.
+ Trong đó A, B là các hằng số.
+ Gọi yd và yg là tung độ tại vị trí đầu dầm và vị trí giữa dầm, thay vào phương
trình trên ta có:
Tại vị trí giữa dầm: x = 0; y = yg ⇒ B = yg
Tại vị trí đặt kích: x =
L
4× f
; y = yd ⇒ A = 2 với ƒ = yd - yg
2
L
L: là chiều dài nhịp , L = 34700 (mm)
Thay vào trên ta được phương trình có dạng: y =
4× f
× x 2 + yg
L2
Ta bố trí các bó cáp tại vị trí đầu dầm và giữa dầm như sau :
MAËT CAÉT ÑAÀU DAÀM
MAËT CAÉT GIÖÕA DAÀM
650
110 120
120
650
1
325
325
200
225
225
4
185
650
2
4
280
650
120
250
240
325
3
5
185
120
200
1
5
325
120
1600
3
1600
4@265
2
Hình.2-7 : Bố trí cáp mặt cắt ngang dầm
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Từ phương trình ta xác định tọa độ đường cong bó cáp tại các mặt cắt :
Bảng 2.4- Bảng tọa độ bó cáp tại các mặt cắt
Bó
Mặt cắt
x
(mm)
1 (L/2)
0
2
1000
3
2000
4
3000
5
4000
6
5000
7
6000
8
7000
9
8000
10(L/4) 8500
11
9000
12
10000
13
11000
14
12000
15
13000
16
14800
17
15000
18
16000
19
17350
Bó 1
y
Bó 2
y
Bó 3
y
Bó 4
y
Bó 5
y
(mm)
360
363
373
389
412
441
477
519
568
595
623
685
754
828
910
1072
1092
1193
1300
(mm)
240
243
251
265
284
309
339
375
416
439
463
515
573
636
705
843
859
944
1035
(mm)
120
122
129
140
156
176
201
230
264
283
302
345
392
444
500
613
626
696
770
(mm)
120
121
125
132
141
153
168
185
205
216
228
253
281
312
345
412
420
461
505
(mm)
120
120
122
124
127
130
135
140
147
150
154
162
170
180
190
211
213
226
240
Gọi αi là góc hợp bởi tiếp tuyến của đường cong parabol của đường trục thép tại vị trí
mặt cắt đang xét với phương trình nằm ngang (trục dầm).
tan α = y(' x i ) =
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
8× f
xi
L2
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2.5- Bảng đặc trưng góc αi tại các mặt cắt đặc trưng
Số
hiệu bó
B1
B2
B3
B4
B5
B1
B2
B3
B4
B5
B1
B2
B3
B4
B5
B1
B2
B3
B4
B5
Mặt
x
L
f
cắt
(mm)
(mm)
(mm)
1
0
0
0
0
0
8500
8500
8500
8500
8500
14800
14800
14800
14800
14800
17350
17350
17350
17350
17350
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
34000
940
795
650
385
120
940
795
650
385
120
940
795
650
385
120
940
795
650
385
120
(L/2)
5
(Mặt
cắt
L/4)
6
(Mặt
cắt
cách
7
gối
(Mặt
2,2m)
cắt
gối)
tgαi
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,055
0,047
0,038
0,023
0,007
0,096
0,081
0,067
0,039
0,012
0,113
0,095
0,078
0,046
0,014
αi
(rad)
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,055
0,047
0,038
0,023
0,007
0,096
0,081
0,066
0,039
0,012
0,112
0,095
0,078
0,046
0,014
αi (độ)
sinαi
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
3,165
2,677
2,190
1,297
0,404
5,499
4,655
3,809
2,258
0,704
6,439
5,453
4,463
2,647
0,825
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,055
0,047
0,038
0,023
0,007
0,096
0,081
0,066
0,039
0,012
0,112
0,095
0,078
0,046
0,014
Chiều dài các bó cáp được tính theo công thức: Lcap = 2 × ∑ i5=1 ∆xi 2 + ∆yi 2
Trong đó: ∆ x; ∆ y là các số gia tọa độ theo trục x; y.
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2.6- Bảng tổng hợp chiều dài bó cáp
ΔL1
ΔL2
ΔL3
ΔL4
ΔL5
ΔL6
Bó cáp
2000 2000
4003
104
6718
2558
Bó 1
2000 2000
4002
103
6713
2556
Bó 2
2000 2000
4001
102
6709
2554
Bó 3
2000 2000
4001
101
6703
2551
Bó 4
2000 2000
4000
100
6700
2550
Bó 5
2.4.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt khi bố trí cáp DƯL
Lcap Đơn vị
34768
mm
34749
mm
34732
mm
34711
mm
34701
mm
Hệ số quy đổi từ cáp DƯL sang bê tông :
n=
E ps
Ecd
=
197000
= 5,81
33914,98
Trong đó :
ps
+ E : mô đun đàn hồi của cáp dự ứng lực
cd
+ E : mô đun đàn hồi của bê tông dầm chủ
Xét mặt cắt giữa nhịp tại giai đoạn chưa liên hợp
110 120
650
325
325
185
1
2
4
280
650
120
3
225
5
185
120
250
200
225
120
1600
200
Hình.2-8 : Bố trí cáp dự ứng lực tại giữa nhịp
'
Diện tích mặt cắt: Atd 1 = AI + (n + 1) xAps
Dương Tuấn Cường _ KCXD_K50
25
