Chương 2: THIẾT KẾ THÁP CẦU
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (386.27 KB, 29 trang )
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
THIẾT KẾ THÁP CẦU
Chương 2:
1. Thiết kế cột tháp:
1.1. Các số liệu tính toán:
- Tính toán thiết kế tháp 1 phương án cầu dây văng
- Khổ cầu:
K = 2.75+3X3.5+1.5+3X3.5+2.75 =28 m
- Hoạt tải thiết kế: HL-93 và đoàn người 3 KN/m2
- Tháp cầu có cấu tạo như hình vẽ:
CÁÚ
U TAÛ
O THAÏP CÁÖ
U , TL 1/200
2350
400
1655
340
4030
340
340
50
1158
220
300
1885
1885
1400
500
218
150
900
4610
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
1.2. Mô hình tính toán:
- Để tính toán nội lực trong tháp em sử dụng chương trình MiDas/Civil. Các bước mô hình
hóa kết cấu xem phần thiết kế sơ bộ.
Sơ đồ mô hình hóa kết cấu
1.3. Tải trọng tác dụng :
1.3.1 Tỉnh tải:
- Tỉnh tải giai đoạn 1: DC
Trọng lượng bản thân kết cấu nhịp, tháp cầu được khai báo cho chương trình tự tính
- Tỉnh tải giai đoạn 2: DW
Tỉnh tải giai đoạn 2 gồm trọng lượng các lớp mặt cầu, lan can tay vịn, đá vỉa. Theo kết quả
tính toán trong phần sơ bộ ta có:
DW = 46.65 (KN/m)
1.3.3 Hoạt tải:
- Hoạt tải HL- 93 và đoàn người đi bộ được khai báo như trong phần tính toán sơ bộ.
1.3.4 Tải trọng gió:
- TTGH CĐI: không xét gió trên cầu
- TTGH CĐII: xét gió V > 25 (m/s), lấy theo số liệu Các vùng tính gió ở Việt Nam TCVN
2737- 1995.
- TTGH CĐIII và TTGH Sử Dụng: xét gió V = 25 (m/s)
- Tốc độ gió thiết kế:
Tốc độ gió thiết kế V được xác định theo công thức:
V = VB.S
Trong đó:
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
VB: Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với
vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu
S: Hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định
Theo tài liệu ta có giá trị của VB = 35.6 (m/s) và S = 1,09
→ V = 35,6.1,09 = 38.804 (m/s)
-Tải trọng gió PD :
Tải trọng gió phải được lấy theo các phương tác dụng nằm ngang và đặt ở trọng tâm
của phần diện tích thích hợp, được tính theo công thức sau:
PD = 0,0006.V2.At.Cd ≥ 1,8.At (KN)
Trong đó:
V: tốc độ gió thiết kế
At: diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió (m2)
•
Với gió tác dụng theo phương ngang cầu: At = 212.79(m2)
•
Với gió tác dụng theo phương dọc cầu: At = 435.41 (m2)
Cd: hệ số cản, với tháp cầu lấy Cd = 1.0.
-
Các trường hợp tải trọng gió dùng để tính toán nội lực trong tháp:
+ TWS25: tải trọng gió tác dụng theo phương ngang cầu với tốc độ gió thiết kế 25 (m/s) →
PTWS25 = 0,0006.252.212.79 = 79.80 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều: PTWS25 = 1.43(KN/m)
+ TWS35.6: tải trọng gió tác dụng theo phương ngang cầu với tốc độ gió V B = 35.6 (m/s) →
tốc độ gió thiết kế V = 35,6.1,09 = 38.804 (m/s)
PTWS35.6= 0,0006.38,8042.212,79 = 192.25 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều: PTWS35.6 = 3.44 (KN/m)
+ LWS25 : tải trọng gió tác dụng theo phương dọc cầu với tốc độ gió thiết kế 25 (m/s)
PLWS25 = 0,0006.252.435,41 = 163.28 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều:PLWS45 = 0.97 (KN/m)
+ LWS35.6: tải trọng gió tác dụng theo phương dọc cầu với tốc độ gió VB = 35.6 (m/s) →
Tốc độ gió thiết kế V = 38,804 (m/s)
PLWS35.6= 0,0006.38.8042.435,41 = 393.37 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều: PLWS45 = 2.34 (KN/m)
Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc và phương ngang cầu khi v=25m/s:
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc và phương ngang cầu khi v=35.6m/s:
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
1.3.5 Áp lực dòng chảy:
1.3.5.1 Theo chiều dọc:
Áp lực của dòng chảy tác dụng theo chiều dọc của kết cấu phần dưới phải được xác định theo
công thức:
p = 5,14.10-4.CD.V2
Trong đó:
+ p: áp lực dòng chảy
+ CD: hệ số cản của trụ, CD = 1,4
+ V: vận tốc lũ thiết kế tính cho lũ thiết kế do xói ở trạng thái giới hạn cường độ, V =
2.6(m/s)
p = 5,14.10-4.1,4.32 = 0,0065 (Mpa)
Lực cản dọc được tính bằng tích của áp lực dòng chảy dọc nhân với diện tích mặt hứng của tháp:
WA = p.A.cos φ
Trong đó:
A : diện tích kết cấu chịu tải trọng nước
Chiều cao chân tháp ngập trong nước lũ của tháp 1: 4.85 (m)
→ A = 4.4,85 = 19.4 (m2)
φ : góc nghiêng của dòng chảy với trục dọc của trụ, φ = 0
Thay số ta được:
WA1 = 6,5. 19,4 = 126.1(KN)
Chiều cao chân tháp ngập trong nước lũ của tháp 2: 12.87 (m)
→ A = 4.12,87 = 51.48 (m2)
φ : góc nghiêng của dòng chảy với trục dọc của trụ, φ = 0
Thay số ta được:
WA2 = 6,5. 51.48 = 334.62(KN)
Sơ đồ tác dụng như hình vẽ:
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
1.3.5.2 Theo chiều ngang:
Do dòng chảy theo hướng vuông góc với đường tim cầu nên bỏ qua
1.3.6 Tải trọng va thuyền: CV
Tàu thiết kế cho khổ cầu thông thuyền theo tiêu chuẩn sông cấp III:
LOẠI TẢI TRỌNG
DWT
Vận tốc va thiết kế:
Tàu tự hành(T)
300
•
Tàu tự hành: V = 2,5 + Vs = 2,8 (m/s)
•
Xà lan kéo: V = 1,6 + Vs = 1,9 (m/s)
Lực va tàu tự hành với trụ:
PS = 1,2x105 .V. DWT = 58.197 T
Lực va của xà lan với trụ:
Năng lượng va tàu:
KE = 500 CHMV2 = 75810 J
KE = năng lượng va tàu
M = lượng rẽ nước của tàu = 40 Mg
CH = hệ số khối lượng thủy động học =1,05.
V = vận tốc va tàu (m/s)
Chiều dài hư hỏng của mũi xà lan:
a B = 3100( 1 + 1,3x10 −7 KE − 1) = 15.24 mm
Xà lan kéo(T)
400
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
Lực va của xà lan với trụ:
PB = 6,0.104. aB
nếu aB < 100mm
PB = 6,0.106 + 1600. aB nếu aB ≥ 100mm
PB = 914,4 KN
Kết luận:
Trên cơ sở so sánh lực va tàu tự hành với lực va xà lan, chọn lực va thuyền như sau:
Theo phương vuông góc tim cầu: P=100%PS = 58.197 T tại cao độ mực nước 593,7 m
Theo phương song song tim cầu: P=50%PS = 29.10 T tại cao độ mực nước 593,7 m
Sơ đồ tác dụng của tải trọng như hình vẽ:
1.4. Các trường hợp tải trọng được khai báo trong chương trình:
Trường hợp tải
DC
DW
TademLan
TruckLan
Người
TWS25
TWS35.6
LWS25
LWS35.6
TCV
LCV
WA
Mô tả
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + Làn
Hoạt tải xe tải + Làn
Hoạt tải người đi bộ
Gió phương ngang cầu V = 25 (m/s)
Gió phương ngang cầu V = 35.6 (m/s)
Gió phương ngang cầu V = 25 (m/s)
Gió phương ngang cầu V = 35.6 (m/s)
Va tàu theo phương ngang
Va tàu theo phương dọc
Áp lực dòng chảy
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
1.5. Tổ hợp tải trọng thiết kế tháp cầu:
Stt
Tên tổ hợp Trường hợp tải
1
CĐI-1
2
CĐI-2
3
CĐI-3
4
CĐI-4
5
CĐII-1
Stt
Tên tổ
Hệ số tải
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
DC
DW
WA
trọng
1,25
1,5
1,75
1,75
1
0,9
0,65
1,75
1,75
1
1,25
1,5
1,75
1,75
1
0,9
0,65
1,75
1,75
1
1,25
1,5
1
LWS35.6
1,4
Trường hợp
Hệ số tải
Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương dọc
V=38.804(m/s)
Ghi chú
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
hợp
6
7
8
tải
DC
DW
WA
trọng
0,9
0,65
1
LWS35.6
1,4
DC
DW
WA
1,25
1,5
1
TWS35.6
1,4
DC
DW
WA
0,9
0,65
1
TWS35.6
1,4
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LWS25
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LWS25
1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4
Tên tổ
Trường hợp
Hệ số tải
hợp
tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LWS25
trọng
1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4
CĐII-2
CĐII-3
CĐII-4
9
CĐIII-1
10
CĐIII-2
Stt
11
CĐIII-3
12
CĐIII-4
Khoa xây dựng cầu
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương dọc V =
38.804 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương ngang V =
38.804 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương ngang V =
38.804 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
13
CĐIII-5
14
CĐIII-6
Stt
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TWS25
1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4
Tên tổ
Trường hợp
Hệ số tải
hợp
tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
trọng
1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1
15
CĐIII-7
16
CĐIII-8
17
ĐB -1
18
ĐB-2
Khoa xây dựng cầu
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương dọc
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
LCV
Stt
1
Tên tổ
Trường hợp
Hệ số tải
hợp
tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LCV
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TCV
trọng
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1
1
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1
1
19
ĐB -3
20
ĐB-4
21
ĐB -5
22
ĐB-6
Khoa xây dựng cầu
Va tàu theo phương dọc
Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương dọc
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương dọc
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tandem + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tandem + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Stt
Tên tổ
Trường hợp
Hệ số tải
hợp
tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TCV
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LWS25
trọng
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1
1
1
1
1
1
1
0,3
1
1
1
1
1
0,3
23
ĐB -7
24
ĐB-8
25
SD-1
26
SD-2
Khoa xây dựng cầu
Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Tên tổ
Trường hợp
Hệ số tải
hợp
tải
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TWS25
trọng
1
1
1
1
1
0,3
1
1
1
1
1
0,3
CÁÚ
U TAÛ
O THAÏP CÁÖ
U , TL 1/200
2350
400
I
1158
220
I
II
340
220
4030
II
400
340
SD-4
III
III
1655
28
300
218
1885
1885
1400
500
SD-3
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
50
27
Ghi chú
340
Stt
Khoa xây dựng cầu
150
900
4610
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
Biểu đồ mômen do tôhợp max , tổ hợp min , tổ hợp bất lợi như sau:
Mô men trong tháp như sau:
Tên
Tháp đứng
Dầm ngang dưới
Dầm ngang trên
Tiết diện I-I
Tiết diện II-II
Tiết diện III-III
Mmax(Tm)
52.34
14181.16
4293.77
34356.02
9471.83
Mmin(Tm)
-20291.55
-17344.08
-12225.03
-26322.90
-861.47
(Bảng giá trị nội lực của tất cả cả các giai đoạn xem chi tiết phụ lục tháp cầu.)
1.6 Tính toán Cáp DƯL và thép thường cho tháp:
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
Tính đặc trưng hình học của tiết diện:
Đại lượng
Giá trị
Đơn vị
H
4
m
A
5.2
m2
I
9.03
m4
Yt
2
m
Yd
2
m
Wt
4.515
m3
Wd
4.515
m3
- Sử dụng thép thanh cường độ cao cho tiết diện cột tháp theo tiêu chuẩn ASTM
+Dùng thép thanh dự ứng lực loại 2 , thép có gờ , đường kính từ 15 -36 (mm),
fpu =1035 (MPA).
fpy = 80%fpu = 828 (MPA)
- Cốt thép thường lấy theo ASTM - A615 có:
+ Cốt thép có đường kính d ≥ 10mm, giới hạn chảy: fy = 420Mpa
+ Cốt thép có đường kính d ≤ 10mm, giới hạn chảy: fy = 280Mpa
+ Môđun đàn hồi
: 200 000 Mpa
- Cốt thép cường độ cao được tính theo công thức của tiêu chuẩn ACI 318-02 của
Hoa Kỳ:
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
0,85 f c' bd
1
As =
−
fy
2 fy
Trong đó:
Khoa xây dựng cầu
2
2,89 f c' b 2 d 2 − 6,8 f c' b
Mu
φ
+ Mu: Mômen do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp tính toán. (N.mm)
+ f’c: Cường độ chịu nén của bêtông dầm, f’c = 50 Mpa.
+ fy: Giới hạn chảy, fy= 828MPA
+ φ : Hệ số sức kháng, φ = 0,95
+ b: Bề rộng của tiết diện, b= 3000 mm.
+ d: Chiều cao làm việc của mặt cắt.
+ Giả thiết khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép ngoài
cùng chịu kéo a = 250 (mm)
→ Chiều cao làm việc của tiết diện d = h – a
Diện tích cốt thép tính toán
d
fc (Mpa)
fy (Mpa) Mu (N.mm) As (mm2)
(mm)
+
Tiết diện Chịu M
50.00
1950
828
52.34x107
113.76
Chịu M50.00
1950
I-I
828
20291.55x107 47920.45
Tiết diện Chịu M+
50.00
1950
828
14181.16x107 32585.96
Chịu M50.00
1950
II-II
828
17344.08x107 40410.55
Tiếtdiện
Chịu M+
50.00
1950
828
4293.77x107
9480.69
Chịu M50.00
1950
III_III
828
12225.03x107 27859.25
Vì tháp chủ yếu chịu nén theo phương dọc và chịu uốn theo phương ngang nên ta bố
trí thép phân bố đều trên 1 tiết diện cho mômen lớn nhất.
Số lượng thép chọn như sau:
Tiết diệ I-I
Tiết diệnII-II
TiếtdiệnIII_III
As (mm2)
47920.45
40410.55
27859.25
Chọn
156 Φ 20a150
156 Φ 20a150
90 Φ 20a260
As (chọn)
489.84
489.84
282.6
2 Tính cáp dự ớng lực cho dầm ngang:
- Sử dụng cáp DƯL với các đặc trưng sau:
Loại Cáp DƯL
Diện tích 1 tao
Diện tích 1 bó
50 tao 15.24 mm
140mm2
7000 mm2
Giới hạn bền fpu
1860 Mpa
Giới hạn chảy fpy
Môdun đàn hồi
1670 Mpa
197000 Mpa
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
* Công thức tính toán số bó cáp:
- Với bó chịu mômen âm:
a'T
N'T
e'T
h
truûc trung hoaì
yd
yT
Mmin
+ Ứng suất thớ trên:
N'
N ' .e'
f tr = T + T T
Wtr
A
⇒ N 'T ≥
M min
−
≥0
Wtr
M max
M min . A
⇒ nb ≥
(Wtr + A.eT )( f KT . Abo )
Wtr
+ eT
A
+ Ứng suất thớ dưới:
N'
N ' .e'
f d = T − T T
Wd
A
N 'T ≤
M min
W
e'T − d
A
- Bó chịu mômen dương:(tiết diện giữa nhịp)
M min
+
≥0
Wd
⇒ n'b ≤
M min . A
( A.e'T −Wd )( f KT . Abo )
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
Mmax
yT
h
truûc trung hoaì
yd
eT
NT
aT
-Ứng suất thớ dưới:
N
N .e
f d = T + T T
Wd
A
⇒ NT ≥
M max
−
≥0
Wd
M max
M max . A
⇒ nb ≥
(Wd + A.eT )( f KT . Abo )
Wd
+ eT
A
- Ứng suất thớ trên:
N
N .e
f tr = T − T T
Wtr
A
⇒
NT ≤
M max
W
eT − tr
A
⇒ nb ≤
M max
+
≥0
Wtr
M max . A
( A.eT − Wtr )( f KT . Abo )
Trong đó :
+ N'T: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen âm.
N'T =n'b .fKT.Abó
+ NT: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen dương.
NT = nb.fKT.Abó
+ e'T, eT: Khoảng cách từ trục trung hoà đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực.
+ A: Diện tích tiết diện bêtông.
+ M: Mômen do tải trọng tác dụng gây ra tại tiết diện tính toán.
+ W: Mômen kháng uốn tiết diện.
+ n'b, nb : Số bó cốt thép cần tính.
+ fKT: Ứng suất cho phép khi căng kéo cốt thép:fKT = 0,75.fpy=1252,5 Mpa.
+ Abó: Diện tích một bó cáp; fbó =1875 mm2.
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
Giả thiết khoảng cách từ trọng tâm các bó cáp đến thớ ngoài cùng chịu kéo (nén) là a T
= 250 mm, a’T = 250 (mm).
Tiết diện
Thåï
+
M (max)
(T.m)
N (T)
Số bó thép chịu momen âm tại các tiết diện bất lợi
Tiết diện I-I
Tiết diện II-II
Tiết diện III-III
Trãn
Dæåïi
Trãn
Dæåïi
Trãn
Dæåïi
-20291.55
-20291.55
-17344.08
-17344.08
-12225.03
-12225.03
1182.85
1182.85
-613.82
-613.82
-569.17
-569.17
W (m 3 )
4.515
4.515
4.515
4.515
4.515
4.515
A (m 2 )
5.2
5.2
5.2
5.2
5.2
5.2
e T (m)
1.85
1.85
1.85
1.85
1.85
1.85
f KT (T/mm 2 )
0.12525
0.12525
0.12525
0.12525
0.12525
0.12525
A bo (mm 2 )
7000
7000
7000
7000
7000
7000
Säú boï tênh
n'b>=
n'b<=
n'b>=
n'b<=
n'b>=
n'b<=
17.9
23.04
16.6
19.6
11.8
13.8
Säú boï choün
18
18
Tính số bó thép cho dầm ngang trên và dầm ngang dưới:
Đặc trưng hình học
12
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Đại lượng
H
A
I
Yt
Yd
Wt
Wd
Giá trị
3.4
5.8
8.37
1.7
1.7
4.92
4.92
Khoa xây dựng cầu
Đơn vị
m
m2
m4
m
m
m3
m3
Số bó thép chịu mômen dương:
Tiết diện
Thåï
+
M (max)
(T.m)
N (T)
Dầm ngang dưới
Trãn
Dæåïi
Dầm ngang trên
Trãn
Dæåïi
34356.02
34356.02
9471.83
9471.83
0.00
0.00
0.00
0.00
W (m )
4.92
4.92
4.92
4.92
A (m 2 )
5.8
5.8
5.8
5.8
e T (m)
1.55
1.55
1.55
1.55
f KT (T/mm 2 )
0.12525
0.12525
0.12525
0.12525
A bo (mm 2 )
7000
7000
7000
7000
Säú boï tênh
n'b<=
n'b>=
n'b<=
n'b>=
65.03
15.7
17.9
4.33
3
Säú boï choün
16
6
Dầm ngang dưới
Trãn
Dæåïi
Dầm ngang trên
Trãn
Dæåïi
Số bó thép chịu mômen âm:
Tiết diện
Thåï
+
M (max)
(T.m)
-26322.90
-26322.90
-861.47
-861.47
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
N (T)
0.00
0.00
0.00
0.00
W (m 3 )
4.92
4.92
4.92
4.92
A (m 2 )
5.8
5.8
5.8
5.8
e T (m)
1.55
1.55
1.55
1.55
f KT (T/mm 2 )
0.12525
0.12525
0.12525
0.12525
A bo (mm 2 )
7000
7000
7000
7000
Säú boï tênh
n'b>=
n'b<=
n'b>=
n'b<=
12.00
49.81
0.39
1.63
Säú boï choün
12
1
Vì mômen âm của dầm ngang trên nhỏ nên ta chỉ bố trí số bó chịu mômen dương
Thép thường trong tháp ta chỉ bố trí cấu tạo
340
20
15
Bố trí cốt thép trong dầm ngang dưới :
15
5x20
2.1 Kiểm toán theo TTGH cường độ:
2.1.1 Kiểm toán momen:
Qui đổi tiết diện hộp về tiết diện chữ I :
Công thức kiểm toán:
Trong đó:
Mmax ≤ Mr = ϕ.Mn
Mr : Sức kháng uốn tính toán
Mn : Sức kháng uốn danh định
ϕ : Hệ số sức kháng, ϕ = 0,95.
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
* Xác định vị trí trục trung hòa:
Vị trí trục trung hòa được xác định xuất phát từ phương trình cân bằng hình chiếu của
nội lực lên phương ngang :(Bỏ qua cốt thép thường)
Tổng lực kéo:
c
Tn = Aps.fpu . 1 − k.
dp
+ A’ps.fpu . 1 − k . c
d 'p
Tổng lực nén:
Cn = 0,85. β1 .f’c.c.bw + 0,85. β1 .f’c.(b - bw).hf
Cn = Tn
→c =
( Aps + A'ps ). f pu − 0,85.β1. f c' .(b − bw ) h f
'
Aps Aps
0,85.β1 f 'c .bw + k . f pu .(
+ ' )
dp
dp
Trong đó:
Aps: Diện tích thép DƯL ở phía dưới (mm2)
A’ps: Diện tích thép DƯL ở phía trên (mm2)
fpu : Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn danh định của thép DƯL (Mpa)
fps : Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định (Mpa)
dp: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL ở phía dưới (mm)
d’p: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL ở phía trên (mm)
f'c: Cường độ quy định của BT ở tuổi 28 ngày (Mpa), f'c = 50 Mpa
hf : Bề dày bản cánh chịu nén, hf = 500(mm)
b: Bề rộng cánh chịu nén, b = 3400 (mm)
bw: Chiều dày sườn dầm, bW = 1000 (mm)
β: Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất, với BT có cường độ > 28 Mpa hệ số β giảm
theo tỉ lệ 0,05 cho từng 7 Mpa vượt quá 28 Mpa:
β1 = 0,85 − 0,05.(
50 − 28
) = 0,69 ≥ 0,65
7
+ c > hf : Trục trung hòa qua sườn dầm
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
+ c < h f : Trục trung hòa qua cánh dầm và c sẽ được tính theo tiết diện hình chữ
nhật với bw = b
* Sức kháng uốn danh định:
Lấy tổng momen nội lực với trọng tâm vùng nén sườn dầm:(Bỏ qua cốt thép thường)
a
a
a hf
M n = A ps . f ps (d p − ) + A ps' . f ps .(d ' p − ) + 0,85. f ' c(b − bw ) β 1 .h f ( − )
2
2
2 2
a = β.c: Chiều dày khối ứng suất tương đương.
Trường hợp trục trung hòa qua cánh thì lấy b = bw
fps : Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định (Mpa)
c
f ps = f pu 1 − k
d p
f py
Trong đó: k = 21,04 −
f pu
Tiết Diện
Giữa nhịp
Đầu dầm
Đơn vị
Aps
112000
84000
mm 2
Tiết Diện
k
Giữa nhịp
0.28
Đầu dầm
0.28
A'ps
56000
84000
mm 2
a
790.66
4
222.37
mm
Tiết diện
Giữa nhịp
Đầu dầm
fpu
1860.0
1860.0
MPA
β1
0.69
0.69
f 'c
50.0
50.0
MPA
hf
500.0
500.0
mm
dp
3200
150.0
mm
d'p
150.0
3116.67
mm
C
fps
f'ps
Mn
1145.89
1673.51
-2118.53
55991.87
320.95
mm
728.53
MPA
1778.40
MPA
44639.9
(T.m)
Kết quả kiểm toán theo Momen
Mr ( T.m)
Mtt (T.m)
53192.27
24356.02
42407.9
26322.90
Kết Luận
Đạt
Đạt
Ghi chú: Tiết diện đầu dầm là tiết diện tại vị trí tiếp giáp giữa dầm ngang và thân tháp
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
2.2.2. Kiểm toán theo lực cắt:
Nội lực tính toán
+ Tại đầu dầm: Q = 3775.94 (T)
, M = -26322.9 (T.m) , N = 5.95 (T)
+ Tại gối: Q = 3485(T), M = 24356.02 (T.m), N =5.95 (T) : là tiết diện tại mép của vách
tăng cường ở vị trí đặt gối cầu
Sức kháng cắt tính toán được xác định như sau:
Vr= ϕ.Vn
Vn: Sức kháng cắt danh định.
ϕ : Hệ số sức kháng cắt, ϕ = 0,9.
Sức kháng cắt danh định Vn phải được xác định bằng trị số nhỏ hơn của:
Vn = Vc + Vs + Vp
Vn = 0,25.f’cbv.dv+ Vp
Trong đó:
Vc = 0,083.β. f c′ .bv dv
Vs =
bv
=
A v fy d v (cotgθ + cotgα)sinα
s
bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao
dv , bv = 1000 mm.
dv
=
Chiều cao chịu cắt có hiệu, được lấy bằng cự ly đo thẳng góc với trục trung hoà
giữa hợp lực kéo và lực nén do uốn, nhưng không cần lấy ít hơn trị số lớn hơn của 0,9de hoặc
0,72h.
s
=
cự ly cốt thép đai (mm)
β
=
hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo
θ
=
góc nghiêng của ứng suất nén chéo
α
=
góc nghiêng của cốt thép ngang đối với trục dọc (độ)
Av
=
diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s (mm2).
Vp
=
thành phần lực dự ứng lực hữu hiệu trên hướng lực cắt tác dụng, là dương nếu
ngược chiều lực cắt (N)
+ Xác định Vp:
Vp = Ast.fp. ∑ sin α i
i =1
Trong đó:
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Khoa xây dựng cầu
Ast: Diện tích 1 bó cáp
fp: Ứng suất trong cáp
α α i : góc lệch của cáp i so với phương ngang
Tiết Diện
Đầu dầm
Gối
Astr
fp
(mm2)
7000
7000
(Mpa)
1252.5
1252.5
α
Vp (N)
15
13
2135697.39
1972258.37
Ghi chú: Tiết diện gối là tiết diện tại mép của vách tăng cường ở vị trí đặt gối cầu
+ Xác định β và θ:
- Ứng suất cắt trong bê tông phải xác định theo :
v=
Vu − ϕV p
ϕbv d v
- Ứng biến trong cốt thép ở phía chịu kéo do uốn của cấu kiện phải xác định theo:
Mu
+ 0,5 N u + 0,5Vu cot θ − A ps f po
dv
εx =
≤ 0,002
E s As + E p A ps
- Nếu giá trị của εx, tính từ Phương trình trên là âm thì giá trị tuyệt đối của nó phải được giảm
đi bằng cách nhân với hệ số Fε, tính bằng :
Fε =
Es As + Ep A ps
Ec A c + Es As + Ep A ps
Trong đó :
ϕ
=
hệ số sức kháng cắt quy định
Ac
=
diện tích bê tông ở phía chịu kéo uốn của cấu kiện
Aps
=
diện tích thép dự ứng lực trong phía chịu kéo uốn của cấu kiện
Nu
=
lực dọc trục tính toán, lấy là dương nếu chịu nén (N).
Vu
=
lực cắt tính toán (N)
As
=
diện tích cốt thép không dự ứng lực trong phía chịu kéo uốn của cấu kiện
Mu
=
mô men tính toán (N-mm)
fpo
=
ứng suất trong thép dự ứng lực khi ứng suất trong bê tông xung quanh bằng 0,0
(MPa)
Bỏ qua cốt thép thường chịu kéo As = 0
