ĐỒ ÁN CẦU BTCT DẦM I CĂNG TRƯỚC
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (983.68 KB, 77 trang )
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
I.1.SỐ LIỆU THIẾT KẾ
Thiết kế một kết cấu nhòp giản đơn, dầm bê tông cốt thép, tiết diện dầm chủ
chữ I – căng trước với các số liệu :
Chiều dài nhòp tính toán
: 28.30 m
Bề rộng phần xe chạy
: 7.2 m
Bề trộng lề bộ hành
: 2 x 0.50 m
Tải trọng thiết kế
: 0.65 x HL93
Hoạt tải người đi bộ
: 3.10-3 MPa
I.2.VẬT LIỆU:
Dầm chủ :
f c' = 50MPa
Bê tông có:
γ c = 2.5T / m
f y = 280MPa
Thép AII:
γ s = 7.85 T / m
f pu = 1860MPa
Cường độ kéo đứt của cáp:
2
Cáp dự ứng lực đường kính danh đinh12.7mm có A ps = 98.7mm
Bản mặt cầu.lan can,lề bộ hành,dầm ngang:
Bê tông có:
f c' = 30MPa
γ c = 2.5T / m
Thép AII:
f y = 280MPa
γ s = 7.85 T / m
I.3.THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU:
I.3.1 chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng Lc :
Bề trọng toàn cầu : Btc = 7200 + 2 x 500 + 2 x 240 = 8680 mm
Chọn khoảng cách giữa các dầm chính : S = 1800 mm
⇒n=
Btc
8680
=
= 4.82 chọn n = 5
1800 1800
Vậy số đầm chính là 5, khoảng cách các dầm là S = 1800mm, chiều dài cánh
hẫng Lc = ( 8680 − 4 × 1800 ) / 2 = 740 mm
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 1
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
I.3.2 Thiết kế độ dốc ngang cầu, cấu tạo các lớp mặt cầu :
Độ dốc ngang thiết kế : 2%.
Tạo dốc bằng xà mũ : tạo độ dốc cho mặt xà mũ trụ cầu 2% . Chiều cao của
gối thiết kế 150mm
I.3.3 Thiết kế thoát nước mặt cầu:
a) Thoát nước ngang cầu
Đường kính ống: D≥100mm. Diện tích ống thoát nước được tính trên cơ sở 1m2
mặt cầu tương ứng với ít nhất 1cm2 ống thoát nước. Khoảng cách ống tối đa 15m,
chiều dài ống vượt qua đáy dầm 100mm.
Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là : a=0.3m.
Chiều dài toàn dầm : L = 28.3 + 2a = 28.3 + 2 x 0.3 = 38.9m
Diện tích mặt cầu S = L x Btc = 38.9 x 8.68 = 250.852m2 vậy cần bố trí ít nhất
205.852cm2 = 25085.2mm2 ống thoát nước.
⇒ A1ơng =
3.14 × 1002
= 7850 mm 2
4
Số ống cần thiết :
n=
25085.2
= 3.20
7850
Vậy ta chọn 4 ống, khoảng đầu dầm 10m.
b) Thoát nước dọc cầu :
Theo phương dọc có 2 ống ngang A = 2 x 7850 = 15700 mm2
⇒ Dốngngang =
15700 × 4
= 141.42mm
3.14
Chọn ống ngang cầu D = 150mm
I.3.4.thiết kế sơ bộ dầm chủ :
Kích thước sơ bộ dầm chủ:
-Chiều cao dầm chủ
: H = 1300 mm
-Chiều cao bầu dưới
: H1 = 200 mm
-Chiều cao vút dưới
: H 2 = 200 mm
-Chiều cao sườn
: H 3 = 650 mm
-Chiều cao vút trên
: H 4 = 100 mm
-Chiều cao bầu trên
: H 5 = 150 mm
-Bề rộng bầu dưới dầm
: b1 = 580 mm
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 2
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
-Bề rộng của sườn
: b w = 200 mm
-Bề rộng bản cánh trên
: b f = 550 mm
2.Đoạn mở rộng sườn dầm:
a
H
0.5H
Chiều dài dầm chọn a=300mm, H= 1200mm
Mặt cắt ngang cầu
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 3
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
CHƯƠNG II :THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH
II.1. LAN CAN:
II.1.1 Thanh lan can:
Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài φ = 80mm ;đường kính trong
φ = 75mm
Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm
Thép lan can là thép cacbon số hiệu CT3: fy = 240 MPa
Khối lượng riêng thép lan can: γ = 7.85T / m
3
a) Tải trọng tác dụng lên thanh lan can:
Trọng lượng bản thân của thanh lan can:
D2 - d 2
802 - 752
-5
g=γ
π = 7.85 × 10 × 3.14 ×
= 0.048 N / mm
4
4
Hoạt tải tác dụng lên thanh lan can:
Tải trọng người tác dụng lên thanh lan can phân bố đều cường độ:
w=0.37N/mm. Theo phương đứng vàphương ngang.Và tải tập trung P=890N
Sơ đồ tính như sau:
b) Nội lực trong thanh lan can:
-
Moment do tónh tải đặt tại mặt cắt giữa nhòp:(do tải đứng tác dụng)
M DC = g DC ×
-
Moment do hoạt tại đặt tại mặt cắt giữa nhòp:
M PL
-
S2
20002
= 0.048 ×
= 24000 N.mm
8
8
S2 P × S
20002 890 × 2000
= w× +
= 0.37 ×
+
= 630000 N.mm
8
4
8
4
Thanh lan can chòu hoạt tải thẳng đứng và tải ngang đều có giá trò bằng
nhau
* Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can:
M = η.
[ γ DC × M DC + γ LL × MPL ]
2
+ γ LL × M PL 2
- Trong đó:
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 4
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
+ η : là hệ số điều chỉnh tải trọng:
η = ηD .ηI .ηR
Với:
ηD = 0.95 : hệ số dẻo
ηI = 0.95 : hệ số quan trọng
ηR = 1.05 : hệ sốù dư thừa
⇒ η = 0.95 × 0.95 × 1.05 = 0.95
+ γ DC = 1.25 : hệ số tải trọng cho tónh tải
+ γ LL = 1.75 : hệ số tải trọng cho hoạt tải
⇒ M u = 0.95 × [ 1.25 × 24000 + 1.75 × 360000 ] 2 + [ 1.75 × 360000 ] 2
= 866794 N.mm
c) Kiểm tra tiết diện thanh:
φ.M n ≥ M u
Trong đó:
+ φ : là hệ số sức kháng: φ = 1
+ Mu: là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải
+ Mn: sức kháng của tiết diện
M n = fy × S
-
S là mômen kháng uốn của tiết diện
S=
π
3.14
.(D3 − d 3 ) =
× (803 − 753 ) = 8844 mm 3
32
32
⇒ M n = 240 × 8844 =2122560 N.mm
φ.M n = 1 × 2122560 = 2122560 N.mm ≥ 866794 N.mm
Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực
I.1.2 Cột lan can:
Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 5
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can
Đễ đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra lực xô ngang vào cột bỏ qua lực thẳng đứng
và trọng lượng bản thân
- Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)
+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào cột
1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N
+ Lực tập trung: P = 890 N
+ Suy ra lực tập trung vào cột là: P '' = P '+ P = 740+890 = 1630 N
Ta kiểm toán tại mặt cắt chân trục
Mômen tại mặt cắt
M u = P × h1 + P × h 2 + P × h 3 = 1630 × (150 + 695) = 1,377,350N.mm
Mặt cắt đảm bảo khả năng chòu lực khi φM n ≥ η∑ γ i M i
Sức kháng của tiết diện: φM n = f y × S
S mômen kháng uốn của tiết diện
100 × 53
5 × 1403
2×(
+ 100 × 5 × 72.52 ) +
I
12
12
S= =
= 100600 mm 3
Y
75
⇒ φM n = fy × S = 240 × 100600 = 24,144,000 N.mm
Vậy φM n > M Mặt cắt đảm bảo khả năng chòu lực
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 6
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
II.2. LỀ BỘ HÀNH:
II.2.1 tính nội lực
a) tải trọng tác dụng
-
Tải trọng phân bố của bản thân dầm:
q DC = q b × b b × h b = 2.5 × 10 −5 × 1000 × 80 = 2N / mm
-
-3
Hoạt tải người đi bộ: gPL = 3 × 10 MPa
q PL = g PL × l000 = 0.003 × 1000 = 3N / m .
b) Tính nội lực
Giả sử bản dầm làm việc dạng dầm giản đơn
+ Trạng thái giới hạn cường độ:
η : là hệ số điều chỉnh tải trọng:
η = ηD × η R × ηI
Với:
ηD = 0.95 : hệ số dẻo.
ηR = 0.95 : hệ sốù dư thừa.
ηI = 1.05 : hệ số quan trọng.
⇒ η = 0.95 × 0.95 × 1.05 = 0.95
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 7
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
M u = η×
( γ DC × q DC + γ PL × q PL ) × 5202
=
8
(1.25 × 2 + 1.75 × 3) × 520 2
= 0.95 ×
= 248853 N/mm
8
+ Trạng thái giới hạn sử dụng:
Ms =
(q pl + q DC ) × 1.22
8
=
(3 + 2) × 5202
= 169000N / mm
8
Chuyển về dầm siều tónh hai đầu ngàm
+ Tại gối :
M gu = 0.7 × M u = 0.7 × 248853 = 174197N.mm
Msg = 0.7 × Ms = 0.7 × 169000 = 118300 N.mm
+ Giữa nhòp :
1
M u2 = 0.5 × M u = 0.5 × 248853 = 124427 N.mm
1
2
s
M = 0.5 × Ms = 0.5 × 169000 = 84500N.mm
II.2.2 Tính toán cốt thép:
a) Tính cốt thép cho momen âm ( tại gối )
-
Tiết diện tính toán b x h = 1000 x 80 mm
-
Lớp bảo vệ cốt thép của lề bộ hành là a0 =20mm
-
Chọn sơ bộ cốt thép là φ 10a200
-
Cường độ chảy của thép AII: f y = 280MPa .
Diện tích cốt thép:
As = 5 ×
3.14 × D2
3.14 × 102
= 5×
= 392.5 mm 2
4
4
Diện tích cốt thép tối thiểu :
A s min
f c'
30
= 0.03 × × b × h = 0.03 ×
× 1000 × 80 = 257.143mm 2
fy
280
⇒ A s > A s min thỏa điều kiện cốt thép tối thiểu .
d s = 80 − a0 −
φ
10
= 80 − 20 − = 55 mm
2
2
Chiều cao vùng nén:
a=
As × fy
0.85 × f × b
'
c
=
392.5 × 280
= 4.310 mm
0.85 × 30 × 1000
Ta có:
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 8
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
c
a
4.310
=
=
= 0.094 < 0.45
d s β1 × d s 0.836 × 55
⇒ Thoã mãnđđiều kiện cốt thép max.
Khả năng chịu lực của tiết diện:
a
4.310
M n = A s × fy × (d s − ) = 392.5 × 280 × (55 −
) = 5.808 × 10 6 N.mm
2
2
⇒ φ × M n = 0.9 × 5.808 × 106 = 5.227 × 106 N.mm
⇒ φ × M n > M gu thỏa khả năng chòu lực
c) Tính cốt thép cho momen dương (giữa nhòp):
Vì momen dương nhỏ hơn momen âm nên không cần tính mà bố trí đối
xứng để an toàn và dễ thi công .
Bố trí cốt thép trong lề bộ hành
II.2.3 Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sữ dụng:
a) Kiểm toán tại giữa nhòp
Điều kiện kiểm tra : fs ≤ fsa
Tính ứng suất kéo trong cốt thép fs
Tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 x 80 (mm)
Bê tông có môđun đàn hồi
E c = 0.043γ1.5
fc' = 0.043 × 25001.5 × 30 = 29440
c
Cốt thép AII : có φ10a200
Cốt thép có môđun đàn hồi Es = 200000 MPa
MS = 118300 N/mm
Tỷ số môđun đàn hồi thép trên môđun đàn hồi bêtông :
n=
E s 200000
=
= 6.79 3
Ec
29440
Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép chòu nén của bêtông là :
n × As
2 × d s × b 6.793 × 392.5
2 × 55 × 1000
× 1+
− 1 =
× 1+
− 1
b
n × As
1000
6.793 × 392.5
= 14.666mm
x=
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 9
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
Mômen quán tính của tiết diện :
b × x3
1000 × 14.6663
2
2
+ n × As × ( ds − x ) =
+ 6.793 × 392.5 × ( 55 − 14.666 )
3
3
6
4
= 5.389 × 10 mm
Icr =
⇒ Ứng suất của thép khi chòu mômen là :
M
118300
fs = s × ( ds − x ) =
× ( 55 − 15.832 ) = 6.015 MPa
Icr
5.389 × 106
Ứng suất cho phép trong cốt thép :fsa
Thông số bề rộng vết nứt : Z=23000 N/mm.
Diện tích trung bình phần bêtông bọc quanh 1 cây thép :
Ac =
2 × a1 × 1000 2 × 25 × 1000
=
= 10000 mm 2
5
5
Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chòu kéo gần nhất:
10
= 25 mm < 50 mm
2
Ứng suất cho phép trong cốt thép là :
d c = 20 +
f sa =
z
3
dc × Ac
=
23000
3
25 × 10000
= 365.102 MPa
Fsa = 365.102 > 0.6 x 280 = 168 Mpa, chon fsa = 168Mpa
⇒ fs < fsa Thoả điểu kiện chống nứt
b) Kiểm toán tại giữa nhòp:
Vì tiết diện như nhau mà Ms1/2
II.3. BÓ VỈA:
Ta thiết kế lan can cấp L-3 số liệu thiết kế ta tra trong tiêu chuẩn 22TCN 27205:
Ft = 240 KN
L t = L L = 1070 mm
Chọn thép D= 12 làm thép dọc va øD = 14 thép đứng.
Bước thanh cốt đứng là a=200mm
Tính toán với:
Chiều rộng: b=200 mm
Chiều cao: h=250 mm
Tính toán với bài toán cốt đơn.
II.3.1 Tính sức kháng của bó vỉa
Sức kháng uốn của thép ngang: M w H
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 10
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
Diện tích tính toán b x h = 250 x 200 mm
Diện tích cốt thép:
3.14 × D2
3.14 × 12 2
As = 2 ×
= 2×
= 226.08 mm 2
4
4
Khoảng cách trọng tâm cốt thép tới mép của bó vỉa:
d s = 200 − 20 − 14 −
12
= 160 mm
2
Hệ số qui đđổi biểu đđồ ứng suất vúng nén:
β1 = 0.85 −
0.05
0.05
× (fc' − 28) = 0.85 −
× (30 − 28) = 0.836
7
7
Chiều cao vùng nén:
a=
As × fy
0.85 × f × b
'
c
=
226.08 × 280
= 9.930 mm
0.85 × 30 × 250
Ta có:
c
a
9.930
=
=
= 0.074 < 0.45
d s β1 × d s 0.836 × 160
⇒ Thoã mãnđđiều kiện cốt thép max.
Khả năng chịu lực của tiết diện:
a
M n = A s × fy × (d s − )
2
= 226.08 × 280 × (160 −
9.930
) = 9.814 × 10 6 N.mm
2
⇒ M w H = φ × M n = 1 × 9.814 × 106 = 9.814 × 106 N.mm
Diện tích cốt thép tối thiểu :
A s min = 0.03 ×
f c'
30
× b × h = 0.03 ×
× 250 × 200 = 160.714mm 2
fy
280
⇒ A s > A s min .Thoả đđiều kiện cốt thép min.
Sức kháng uốn của cốt thép đứng M c (tính trên 1m dài )
Diện tích tính toán : b x h = 1000 x 200 mm
Diện tích cốt thép:
3.14 × D2
3.14 × 14 2
As = 5 ×
= 5×
= 769.3 mm 2
4
4
Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới mép bó vỉa:
d s = 200 − 20 −
SVTH : HỒ NINH BÌNH
14
= 173 mm
2
Trang 11
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
Hệ số qui đđổi biểu đđồ ứng suất vùng nén:
β1 = 0.836
Chiều cao vùng nén:
a=
A s × fy
0.85 × fc' × b
=
769.3 × 280
= 8.447mm
0.85 × 30 × 1000
Ta có:
c
a
8.447
=
=
= 0.058 < 0.45
d s β1 × d s 0.836 × 173
⇒ Thoã điều kiện cốt thép max.
Khả năng chịu lực của tiết diện:
a
M n = A s × fy × (d s − )
2
= 769.3 × 280 × (173 −
8.447
) = 3.636 × 10 7 N.mm
2
⇒ M c = φ × M n = 1 × 3.636 × 10 7 = 3.636 × 10 7 N.mm
Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:
3.636 × 107
Mc =
= 36360 N.mm/mm
1000
Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: As ≥ As min
As min
fc'
30
= 0.03 × × b × h = 0.03 ×
× 1000 × 200 = 642.854 mm 3
fy
280
⇒ Thoả đđiều kiện cốt thép min.
Bố trí thép trong bó vỉa như sau:
II.3.2.Trường hợp va xe vào giữa tường:
Chiều dài đường chảy Lc :
-Chiều cao bó vỉa: H=250mm.
-Vì không bố trí dầm đỉnh nên: M b = 0
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 12
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
Lt
L
Lc =
+ t
2
2
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
2
Mw × H
+
8
×
H
×
÷
÷
Mc
2
1070
1070
9.814 × 10 6
=
+
= 1443.872 mm
÷ + 8 × 250 ×
2
36360
2
Sức kháng danh đònh của bó vỉa:
L2c
2
Rw =
× 8 × Mw × H + Mc × ÷
2 × L c − L t
H÷
2
36360 × 1443.872 2
=
× 8 × 9.814 × 106 +
2 × 1443.872 − 1070
250
÷ = 419993.595 N
Suy ra: R w min = 419993.595N > Ft = 240000N
II.3.3 Đối với các va chạm tại đầu tường:
Chiều dài đường chảy Lc
2
2
M w × H 1070
Lt
9.814 × 10 6
Lt
1070
Lc =
+ ÷ + H
+
÷=
÷
÷ + 250 ×
2
2
M
2
2
36360
c
= 1129.729 mm
Sức kháng danh đònh của bó vỉa:
M c × L2c
2
Rw =
=
÷
÷× M w × H +
÷
2
×
L
−
L
H
c
t
2
36360 × 1070.252 2
6
=
÷ = 328615.673N
÷× 9.814 × 10 +
250
2 × 1070.525 − 1070
⇒ Suy ra : R w min > Ft = 240 KN .Vậy bó vỉa đủ khả năng chòu lực va xe.
CHƯƠNG III: BẢN MẶT CẦU
III.1.SỐ LIỆU TÍNH TOÁN VÀ SƠ ĐỒ TÍNH
Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: L2 = 1800 mm
Khoảng cách giữa 2 dầm ngang là: L1 = 5700mm
L1 5700
Xét tỷ số:
=
=3.17>1.5 bản làm việc theo 1 phương mặc dù bản
L 2 1800
được kê trên 4 cạnh.
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 13
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
- Bản mặt cầu kê lên cả dầm chính và ngang.Khi khoảng cách giữa các
dầm ngang lớn hơn 1,5 lần khoảng cách giửa các dầm chủ thì hướng chòu lực
chính của bản theo phương ngang cầu. Theo điều 4.6.2.1.6 (22 TCN 272_05)
cho phép sử dụng phương pháp phân tích gần đúng là phương pháp dải bản để
thiết kế bản mặt cầu. Để sử dụng phương pháp này ta chấp nhận các giả thiết
sau:
+ Xem bản mặt cầu như các dải bản liên tục tựa trên các gối cứng là các
dầm đỡ có độ cứng vô cùng.
+ Dải bản được xem là 1 tấm có chiều rộng SW kê vuông góc với dầm đỡ.
Sơ đồ tính bản mặt cầu:
+Phần cánh hẩng được tính theo sơ đồ dầm công xon
+Phần bản ở phía trong dầm biên tính theo sơ đồ dầm liên tục
sơ đổ 3 : dầm liên tục
sơ đổ 1 : dầm công xon
sơ đổ 2 : dầm liên tục
để đơn giãn ta tính theo
sơ đồ dầm đơn giãn
-Khoảng cách giữa 2 dầm chủ là:S= 1800mm, cánh hẫng Lc = 740mm
−5
3
-chiều dày bản mặt cầu h f = 200mm , γ c = 2.5 × 10 N / mm
-Lớp phủ mặt cầu bao gồm:
−5
3
+Lớp bê tông atphan: h DW = 60mm. γ1 = 2.3 × 10 N / mm
+Lớp phòng nước racond 7:
t 2 = 4mm . ( bỏ qua )
III.2. TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN BẢN:
III.2.1. Bản dầm congxol ( tính cho 1m dài ):
a) Tải trọng tác dụng lên bản:
Tónh tải tác dụng lên bản:
+Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:
DC2 ' = γ c × h f × b = 2.5 × 10−5 × 200 × 1000 = 5N / mm
+Trọng lượng lớp phủ:
DW = γ DW × h DW × b = 2.3 × 10 −5 × 60 × 1000 = 1.38N / mm
+Trọng lượng của lan can,lề bộ hành truyền xuống:
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 14
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
Lan can :
Cột lan can: chiều dài nhòp 28.9m, bố trí khoảng cách 2 cột lan can là 2m vậy
mỗi bên cầu gồm 15 cột lan can, 14 cặp thanh liên kết, 14 cặp tay vòn.
Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép:
T1 100 x 1740 x 5
T2 140 x 740 x 5
T3 100 x 150 x 5
Thể tích các tấm thép là:
Thể tích tấm thép T1: VT1 = 100 x 1740 x 5 =870000 mm3
Thể tích tấm thép T2: VT2 = 140 x 740 x 5 =518000 mm3
Thể tích tấm thép T3: VT3 = 100 x 150 x 5 = 75000 mm3
Vcot lancan = 870, 000 + 518, 000 + 75, 000 = 1, 463, 000 mm3
Thanh liên kết:
Tay vòn: V
Vlienket = 2 ×
tayvin
= 2×
π
× (902 − 822 ) × 100 = 216,142 mm3
4
π
× (802 − 702 ) × 2000 = 4,712,389 mm3
4
Tổng trọnglượng lan can trên toàn cầu:
DC = γ s × (Vcot lancan + Vlienket + Vtayvin )
= 7.85 × 10−5 × (1, 463,000 × 15 + 216,142 × 14 + 4,712,389 × 14) = 7139 N
Tính trên 1 m theo phương dọc cầu:
7139
Plancan =
×1000 = 247.024 N
28900
Lề bộ hành: (tính trên 1m theo phương dọc cầu)
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 15
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
V1 = 1000 × 650 × 240 = 156 × 106 mm3
V1 = 1000 × 300 × 80 = 24 × 106 mm3
V3 = 1000 × 250 × 200 = 50 × 106 mm3
P1 = V1 × γ c = 156 × 106 × 2.5 × 10−5 = 3900 N
P2 = V2 × γ c = 24 × 106 × 2.5 × 10 −5 = 600 N
P3 = V3 × γ c = 50 × 106 × 2.5 × 10 −5 = 1250 N
Vậy:
DC3 ' = P Lan Can + P1 +
DC3 " =
P2
600
= 247 + 3900 +
= 4447 N
2
2
P2
600
+ P1 =
+ 1250 = 1550 N
2
2
Hoạt tải tác dụng lên bản:
Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1000 mm trong trường hợp này chỉ có tải
của người đi bộ truyền xuống (hoạt tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa và lan
can phần bê tông chòu một nửa, và tập trung tại đầu bản congxon).
PPL =
PL × 1000 × b 3 × 10 −3 × 1000 × 500
=
= 750 N
2
2
b) Tinh nội lực cho bản:
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 16
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
Xét hệ số điều chỉnh tải trọng:
η = η D × η R × ηI
Trong đó:
ηD = 0.95 : hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu.
ηR = 1.05 : hệ sốù dư thừa, vì bản hẫâng.
ηI = 1.05 : hệ số quan trọng.
⇒ η = 0.95 × 1.05 × 1.05 = 1.05
Trạng thái giới hạn cường độ:
L2
M u = η× γ DC × DC'2 × c + γ DC × (L c × DC3 '+ 100 × DC3 ") + γ PL × (L C × PPL + PPL × 100) ÷
÷
2
7402
= 1.05 × 1.25 × 5 ×
+ 1.25 × (4447 × 740 + 1550 × 100) + 1.75 × (740 × 750 + 100 × 750) ÷
2
6
= 7.341 × 10 N.mm
Trạng thái giới hạn sử dụng:
M S = DC'2 ×
L2c
2
+ L c × DC3 '+ 100 × DC3 "+ L C × PPL + PPL × 100
7402
= 5×
+ 740 × 4447 + 100 × 1550 + 740 × 750 + 750 × 100 = 5,445 × 10 6 N.mm
2
III.2.2. Tính cho bản dầm giữa:(tính cho 1m dài):
a) Tải trọng
Tónh tải:
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 17
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
DC2 ' = 5N / mm .
+Trọng lượng bản thân bản mặt cầu:
+Trọng lượng lớp phủ:
DW = 1.38N / mm
Hoạt tải:
Để thuận lợi trong tính toán theo sơ đồ phẳng ta xem tải trọng bánh xe được qui
về một băng tải theo phương ngang cầu có bề rộng là b1 .
+Khi xe đặt một bánh lên giữa nhòp(hệ số làn xe m=1.2).
Bề rộng banh xe: b 2 = 510mm .
Bề rộng truyền lực tứ bánh xe đến bản mặt cầu:
b1 = b 2 + 2h DW = 510 + 2 × 60 = 630mm .
Tải trọng phân bố tác dụng xuống bản mặt cầu theo chiều rộng truyền lực b1 .
P
94250
p=
=
= 74.802N / m .
2 × b1 2 × 630
+Khi xe đặt 2 bánh lên giữa nhòp(hệ số làn m =1).
Bề rộng truyền lực từ bánh xe xuống bản măït cầu:
b1' = b1 + 1200 = 630 + 1200 = 1830mm .
Áp lực của hai bánh xe xuống bản xem như là 1 tải phân bố đều tác dụng lên bản mặt
'
'
cầu theo chièu rộng truyền lực b1 =1830mm > S = 1800 .Ta lấy b1 = S .
p=
P 94250
=
= 51.503kN / m .
1830
b1'
b) Nội lực:
Khi đặt một bánh xe tại giữa nhòp:
Sơ đồ tính như sau:(dầm đơn giản)
b1
S
p
DC+DW
1800
Moment do tónh tải:
+ Trạng thái giới hạn cường độ :
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 18
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
M
DL
u
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
DC'2
DW × S2
= η γ DW ×
+ γ DC ×
÷
8
8
1.38 × 18002
5 × 1800 2
= 1.05 × 1.5 ×
+ 1.25 ×
÷ = 3,538,080N.m
8
8
+ Trạng thái giới hạn sử dụng :
M SDL =
DW × S2 DC'2 1.38 × 1800 2 5 × 18002
+
=
+
= 2,583,900N.m
8
8
8
8
Momen do hoạt tải:
+ Trạng thái giới hạn cường độ :
bl
S − 2 ÷
74.802 × 630
630
= 1.05 × 1.75 ( 1 + 0.25 ) × 1.2 ×
× 1800 −
÷ = 48, 221, 290 N.mm
4
2
pb l
M LL
u = η γ
LL ( 1 + IM ) × m × 4
+ Trạng thái giới hạn sử dụng
p × bl
b
M sLL = ( 1 + IM ) × m ×
× S − l ÷
4
2
74.802 × 630
630
= ( 1 + 0.25 ) × 1.2 ×
× 1800 −
÷ = 26, 242,879 N / mm
4
2
Vì bản mặt cầu là liên tục nên ta sẽ tính giá trò moment tại giữa nhòp có xét tới
tính liên tục của bản mặt cầu:
-Bề rộng có hiệu:
+Với moment dương:
SW + = 660 + 0.55 × S = 660 + 0.55 × 1800 = 1650mm
+Với moment âm
:
SW − = 1220 + 0.25 × S = 1220 + 0.25 ×1800 = 1670mm .
+Tại gối:
.
M LL
48, 221, 290
M gu = 0.7 × M uDC+ DW + u − ÷ = 0.7 × 3,538,080 +
÷ = 2, 496,869 N.m
1670
SW
DC + DW M sLL
26, 242,879
M = 0.7 × M s
+
= 0.7 × 2,583,900 +
÷ = 1,819,730 N.m
− ÷
1670
SW
g
s
.
+Tại giữa nhòp:
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 19
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
1
M LL
48, 221, 290
M u 2 = 0.5 × M uDC+ DW + u + ÷ = 0.5 × 3,538,080 +
÷ = 1,783,653 kN.m .
1650
SW
1
Ms
2
DC+ DW M sLL
26, 242,879
= 0.5 × M s
+
= 0.5 × 2,583,900 +
÷ = 1, 299,902 kN.m .
+ ÷
1650
SW
Khi đặt 2 bánh xe:
Ta có sơ đồ tính toán như sau:
1200
S
p
DC+DW
1800
Moment do tónh tải:
+ Trạng thái giới hạn cường độ :
DC'2
DW × S2
M DL
=
η
γ
×
+
γ
×
DW
÷
u
DC
8
8
1.38 × 18002
5 × 1800 2
= 1.05 × 1.5 ×
+ 1.25 ×
8
8
÷ = 3,538,080N.m
+ Trạng thái giới hạn sử dụng :
M
DL
S
DW × S2 DC'2 1.38 × 1800 2 5 × 18002
=
+
=
+
= 2,583,900N.m
8
8
8
8
Momen do hoạt tải:
+ Trạng thái giới hạn cường độ :
M
LL
u
pS2
51.503 × S2
= η× γ LL × (1 + IM) × m ×
= 1.05 × 1.75 ( 1 + 0.25 ) × 1 ×
8
8
= 47,909,861 N.mm
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 20
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
+ Trạng thái giới hạn sử dụng
pS2
51.503 × S2
M SLL = (1 + IM) × m ×
=
1
+
0.25
×
1
×
(
)
8
8
= 26,073,394 N.mm
Ta thấy hoạt tải khi đặt 2 bánh xe nhỏ hơn hoạt tải khi đặt 1 bánh xe ⇒ lấy
trường hợp đặt một bánh xe để tính toán.
III.3. BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU:
III.3.1.Vật liệu thiết kế cho bản:
+ Bê tông bản mặt cầu :
f c' = 30MPa
'
1.5
E c = 0.043 × y1.5
× 30 = 29440 MPa .
c × f c = 0.043 × 2500
+ Cốt thép :
f y = 280MPa - Giới hạn chảy tối thiểu quy đònh của thanh cốt thép
E s = 200000MPa .
III.3.2. Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu ứng với moment âm:
g
6
Ta có giá trò moment lớp nhất tại bản congxol là: M u = 7.341 × 10 N / m
-
Tiết diện tính toán b x h = 1000 x 200 mm
-
Lớp bảo vệ cốt thép là a0 =25mm
-
Chọn sơ bộ cốt thép là φ 14a200
Diện tích cốt thép:
3.14 × D2
3.14 × 142
As = 5 ×
= 5×
= 769.3 mm 2
4
4
Diện tích cốt thép tối thiểu :
A s min = 0.03 ×
f c'
30
× b × h = 0.03 ×
× 1000 × 200 = 642.857mm 2
fy
280
⇒ A s > A s min thỏa điều kiện cốt thép tối thiểu .
d s = h − a0 −
φ
14
= 200 − 25 −
= 168 mm
2
2
Chiều cao vùng nén:
a=
A s × fy
0.85 × f × b
'
c
=
769.3 × 280
= 8.447 mm
0.85 × 30 × 1000
Ta có:
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 21
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
c
a
8.447
=
=
= 0.060 < 0.42
d s β1 × d s 0.836 × 168
⇒ Thoã mãnđđiều kiện cốt thép max.
Khả năng chịu lực của tiết diện:
a
8.447
M n = A s × fy × (d s − ) = 769.3 × 280 × (168 −
) = 35.278 × 10 6 N.mm
2
2
⇒ φ × M n = 0.9 × 35.278 × 106 = 31.750 × 106 N.mm
⇒ φ × M n > M gu thỏa khả năng chòu lực
III.3.3. Bố trí thép cho bản mặt cầu ứng với giá trò mômen dương :
Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trò nội lực
trong 1000 mm bản mặt cầu như sau:
+
- Mômen dương: M u = 1,783,653 N.mm
-
Tiết diện tính toán b x h = 1000 x 200 mm
-
Lớp bảo vệ cốt thép là a0 =25mm
-
Chọn sơ bộ cốt thép là φ 14a200
Vì có cùng tiết diện mà Mu+< Mu- nên không can tính toán mà bố trí như cốt
thép chòu momem âm
III.3.4. Cốt thép phân bố
- Cốt thép phụ theo chiều dọc được đặt dưới đáy bản để phân bố tải trọng bánh
xe dọc cầu đến cốt thép chòu lực theo phương ngang. Diện tích cốt thép chính
đặt vuông góc với hướng xe chạy [22TCN 272-05; 9.7.3.2]
Số phần trăm =
3840
Sc
≤ 67%
- Trong đó Sc là chiều dài có hiệu của nhòp. Đối với dầm I toàn khối, Sc là
khoảng cách giữa hai mặt vách (ta tính tại gối dầm chính), S c = 1,800 (thiên về
an toàn)
Số phần trăm =
3840
Sc
=
3840
1800
= 90.5% dùng 67%
- Bố trí:
A s = 0.67 × ( A s dương ) = 0.67 × 769.3 = 515.431 mm 2 / 1,000 mm
- Đối với cốt thép dọc bên dưới dùng Φ14a250, trong 1000mm :
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 22
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
As = 4 ×
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
3.14 × 14 2
= 615.44 mm 2 / 1000mm > 515.341 mm 2 / 1000 mm
4
III.4. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN NỨT CHO BẢN MẶT CẦU
f s < f sa
Theo điều kiện
III.4.1.Đối với mặt trên của bản :
6
Với giá trò mômen tác dụng là M s max = 5.445 × 10 kN.m
Tính ứng suất kéo trong cốt thép fs
Tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 x 200 (mm)
Bê tông có môđun đàn hồi
E c = 0.043γ1.5
fc' = 0.043 × 25001.5 × 30 = 29440
c
Cốt thép AII : có φ14a200
Cốt thép có môđun đàn hồi Es = 200000 MPa
Tỷ số môđun đàn hồi thép trên môđun đàn hồi bêtông :
n=
E s 200000
=
= 6.79 3
Ec
29440
Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép chòu nén của bêtông là :
n × As
2 × d s × b 6.793 × 769.3
2 × 168 × 1000
× 1+
− 1 =
× 1+
− 1
b
n × As
1000
6.793
×
769.3
= 37.003mm
x=
Mômen quán tính của tiết diện :
b × x3
1000 × 37.0033
2
+ n × As × ( ds − x ) =
+ 6.793 × 769.3 × (168 − 37.003) 2
3
3
8
4
= 1.066 × 10 mm
Icr =
⇒ Ứng suất của thép khi chòu mômen là :
fs =
Ms
5.445 × 106
× ( ds − x ) × n =
× ( 168 − 37.003) × 6.793 = 45.453 MPa
Icr
1.066 × 108
Ứng suất cho phép trong cốt thép :fsa
Thông số bề rộng vết nứt : Z=23000 N/mm.
Diện tích trung bình phần bêtông bọc quanh 1 cây thép :
Ac =
2 × a1 × 1000 2 × 32 × 1000
=
= 12800 mm 2
5
5
Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chòu kéo gần nhất:
d c = 25 +
SVTH : HỒ NINH BÌNH
14
= 32 mm < 50 mm
2
Trang 23
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
Ứng suất cho phép trong cốt thép là :
f sa =
z
3
dc × Ac
=
23000
3
32 × 12800
= 309.700 MPa
Fsa = 309.700> 0.6 x 280 = 168 Mpa, chon fsa = 168Mpa
⇒ fs < fsa Thoả điểu kiện chống nứt
III.4.2.Đối với mặt trên của bản :
Vì tiết diện như nhau mà Ms1/2
Bố trí thép cho bản mặt cầu trên 1m dài
CHƯƠNG IV: DẦM NGANG
IV.1.. CÁC SỐ LIỆU DẦM NGANG
- Nhòp tính toán L = 28,300 mm.
- Chọn chiều cao dầm chính: H = 1300mm
- Chiều cao dầm ngang h: với h = 900mm
- Bề rộng dầm ngang : b=200 mm
- Chiều dài dầm ngang : L 2 = 1800mm
- Khoảng cách giữa hai dầm ngang: L1 = 5700mm
- Cốt thép AII:
+ Giới hạn chảy fy = 280 (Mpa)
+ Modun đàn hồi E s = 200000MPa
-Bê tông có cường độ chòu nén f'c = 30 (Mpa)
-Modun đàn hồi:
'
1.5
E c = 0.043 × y1.5
× 30 = 29440MPa
c × f c = 0.043 × 2500
-Tỉ số môđun đàn hồi:
E
200000
n= s =
= 6.793
Ec
29440
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 24
ĐỒ ÁN TK CẦU BTCT
GVHD: Ths LÊ HỒNG LAM
IV.2. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DẦM NGANG:
IV.2.1. Xác đònh nội lực do tónh tải tác dụng lên dầm ngang:
- Tónh tải tác dụng lên dầm ngang bao gồm:
+ Bản mặt cầu:
DC'2 = h f × γ c × L1 = 200 × 2.5 × 10 −5 × 5,700 = 28.5 N / mm
+ Dầm ngang:
DC''2 = A dn × γ c = b × h × γ c
= 200 × 900 × 2.5 × 10 −5 = 4.5 N / mm
Nên : DC2 = DC2''+ DC2' = 28.5 + 4 = 33 N/mm
+ Lớp phủ:
DW = 60 × 2.3 × 10−5 × 5,700 = 7.866 N / mm
- Mômen do trọng lượng bản mặt cầu, dầm ngang tác dụng lên dầm ngang
tại mặt cắt giữa nhòp:
M DC2
DC2 × L22 33 × 1,8002
=
=
= 13,365,500 N.mm
8
8
- Mômen do trọng lượng lớp phủ tác dụng lên dầm ngang tại mặt cắt giữa
nhòp:
M DW =
DW × L22 7.866 × 1,800 2
=
= 3,185,730 N.mm
8
8
- Trạng thái giới hạn cường độ:
+ DW
M DC
= η× γ DC M DC2 + γ DW M DW
u
= 1.05 × 1.25 × 13,365,500 + 1.5 × 3,185,730
= 22,559,744 N.mm
DC2 × L 2
DW × L 2
VuDC+ DW = η× γ DC VDC2 + γ DW VDW = η× γ DC
+ γ DW ×
2
2
33 × 1800
7.866 × 1800
= 1.05 × 1.25 ×
+ 1.5 ×
2
2
= 50131N
- Trạng thái giới hạn sử dụng:
MsDC+ DW = M DC + M DW = 3,185,730 + 13,365,500
2
= 16,551,230 N.mm
SVTH : HỒ NINH BÌNH
Trang 25
