Thuyết minh đồ án tốt nghiệp cầu phương án dầm super t
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (16.01 MB, 241 trang )
THIếT Kế sơ bộ
nghiệp
đồ án tốt
CHNG 2 : THIT K C S
PHNG N S B 1 Cầu btct dl super-t
2.1
Tổng quan cầu dầm BTCT dự ứng lực super-t
2.1.1. Lịch sử phát triển
- ở Việt Nam, lần đầu tiên dầm Super-T đợc đa vào áp dụng cho phần cu dẫn
của dự án cấu Mỹ Thuận là một trong các dự án cầu hiện đại nhất nớc ta. Chiều
dài của dầm Super-T đợc phát triển thành Ln = 40m và đặc biệt là đầu dầm
làm khấc để che phần nhô của xà mũ trụ, tạo mỹ quan đẹp cho tổng thể
toàn bộ công trình. Hơn nữa, phần các nhịp chính của cầu Mỹ Thuận là dạng
kết cấu cầu dây xiên-dầm cứng BTCT DƯL hiện đại, khẩu độ lớn nên sự lựa
chọn dầm Super-T cho phần cầu dẫn là hoàn toan hợp lý. Trong dự án cải tạo
Quốc lộ 10 hiện nay đang đợc xây dựng, dầm Super-T đã đợc áp dụng cho các
cầu Tân Đệ, Quý Cao
2.1.2. Ưu nhợc điểm và phạm vi áp dụng
a. Ưu điểm của dầm Super-T
* Kết cấu bê tông dự ứng lực Super-T thể hiện những u điểm sau:
- Cải thiên điều kiện làm việc: Giảm độ võng khi chịu tải, tăng mô men kháng
nứt.
- Sử dụng hiệu quả vật liệu cờng độ cao.
- Tăng khả năng chịu mỏi và phục hồi độ võng sau khi nứt.
Dầm Super-T sử dụng phơng phá căng trớc, các cáp thép cờng độ cao đợc căng
trớc khi đổ bê tông và lực căng truyền vào bê tông qua sự dính bám.
b. Nhợc điểm của dầm Super-T
- Phải mất thời gian thi công bệ đúc và ván khuôn thành ngoài.
- Không luân chuyển đợc ván khuôn thành ngoài.
c. Phạm vi áp dụng của dầm Super-T
- Chiều dài nhịp Ln = 36m đến 40m.
2.2. giới thiệu chung về phơng án
2.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế.
17
THIếT Kế sơ bộ
nghiệp
đồ án tốt
- Tiêu chuẩn 22TCN272 - 05 Bộ Giao thông vận tải
- Tải trọng thiết kế : HL93 , tải trọng ngời 3 KN/m2
2.2.2. Điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu.
a. Cấp thông thuyền : Sông thông thuyền cấp V
- Khổ tĩnh không
: H= 3,5 m
- Chiều dài : B= 25 m
b. Khổ cầu thiết kế
Mặt cắt ngang cầu đợc thiết kế cho 2 làn xe chạy với vận tốc V=60Km/h
Khổ cầu : 7+ 2x1,5 + 2x0,5=11 (m)
c. Đặc điểm địa chất, thuỷ văn
Điều kiện thuỷ văn ít thay đổi:
- MNCN : 5.5 m
- MNTT : 4.05 m
- MNTN : 0.4 m
Đặc điểm địa chất:
- Lớp 1 : Lớp sét pha cát.
- Lớp 2 : Lớp sét cát xám dẻo.
- Lớp 3 : Lớp cát hạt vừa.
- Lớp 4 : Lớp cát hạt vừa.
- Lớp 5 : Cát pha sét có vỏ sò.
- Lớp 6 : Sét cát xám vàng nửa cứng.
- Lớp 7 : Cát pha lẫn sỏi sạn.
2.2.3. Sơ đồ kết cấu
a. Kết cấu phần trên.
Cầu gồm 4 nhịp giản đơn Ln = 38,2m bằng BTCT DƯL, mặt cắt ngang gồm 5
dầm BTCT DƯL Super-T với chiều cao dầm h = 1,75 m, đặt cách nhau 2,15m.
Độ dốc dọc cầu nhịp giữa là 0.0% và nhịp biên là 2% độ dốc ngang cầu 2%.
Chiều dài toàn cầu Lc = 168,75m
b. Kết cấu phần dới.
Gồm 2mố cầu là mố chữ U và đặt trên móng cọc đài thấp, cọc có kích thớc
40x40cm.
18
THIÕT KÕ s¬ bé
nghiÖp
®å ¸n tèt
Trô gåm 3 trô ®Æc th©n hÑp BTCT ®Æt trªn mãng cäc, cäc cã kÝch th íc
40x40cm
19
THIÕT KÕ s¬ bé
®å ¸n tèt nghiÖp
Bè trÝ chung cÇu
168750
5750
100
1800
38200
38200
MNTT:4.05
2.30
100
1800
38200
0%
2%
2%
1800
38200
0%
4600
2%
2%
MNCN:5.5
3.30
B x H=(25x3,5)m
MNTN:0.4
5:1
5:1
-17.70
21c?c dóng
40x40cm,L =20m
21c?c dóng
40x40cm,L =20m
t1
-16.70
-22.10
-22.10
mo
5:1
5:1
5:1
5:1
21c?c dóng
40x40cm,L =20m
18c?c dóng
40x40cm,L =20m
5:1
5:1
18c?c dóng
40x40cm,L =20m
t2
20
-22.10
t3
m4
2.3 Số liệu tính toán:
2.3.1. Khổ cầu :
Khổ cầu:
Bcầu = 7 + 2x1,5+ 2x0,5 = 11 m
Bề rộng phần xe chạy:
B=7m
Bề rộng phần ngời đi bộ: Blề = 2x1,5 = 3 m
Bề rộng phần lan can:
Blc = 2x0,5 = 1 m
2.3.2. Khổ thông thuyền:
Khổ tĩnh không:
Chiều dài:
H= 3,5 m
B= 25 m
2.3.3. Tải trọng thiết kế:
HL93.
Tải trọng ngời đi bộ: 300 (kG/m2).
2.3.4. Các yếu tố hình học của cầu:
Dạng kết cấu nhịp:
Cầu dầm.
Dạng mặt cắt:
Super T.
Vật liệu kết cấu:
BTCT dự ứng lực.
Công nghệ chế tạo:
Căng trớc.
Cấp bê tông:
50Mpa
Loại cốt thép DƯL:
Quy trình thiết kế:
K15
22 TCN 272 05.
Xe tải thiết kế:
2.3.5. Vật liệu thiết kế:
a. Bê tông dầm chủ cấp Grade 50 có các chỉ tiêu sau:
'
+ f c = 45MPa
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
+ c = 24kN / m3
+ Ec = 0, 043 ì c1,5 ì
,
f c = 33914,98MPa
,
+ f r = 0, 63 f c = 4, 226 MPa
b. Bê tông bản mặt cầu:
+ f c , = 35MPa
+ c = 24kN / m3
+ Ec = 0,043 ì c1,5 ì
,
f c = 29910,2 MPa
,
+ f r = 0,63 f c = 3,727 MPa
c. Cốt thép DƯL loại tao 15,2 mm có độ tự chùng thấp :
+ Cấp thép 270
+ Mô đun đàn hồi E p = 197000 MPa
+ Diện tích một tao : 138.7 mm 2
+ Cờng độ chịu kéo khi uốn . f pu = 1860 MPa
+ Giới hạn chảy của thép f py = 0,9 f pu = 1674 MPa
d. Cốt thép thờng: G60
+ Mô đun đàn hồi Es = 200000MPa
+ Giới hạn chảy của thép f y = 420MPa
+ fu = 620MPa
2.4. Các hệ số tính toán:
2.4.1. Hệ số tải trọng:
Hệ số vợt tải hoạt tải = 1, 75
2.4.2. Hệ số xung kích:
1+IM = 1,25
2.4.3. Hệ số làn:
Số làn xe:
nlàn= 7/3,5 = 2 nlàn=2(làn xe).
Hệ số làn
1, 2 nlan = 1
1 n = 2
lan
mlàn= 1
mlàn=
0,85 nlan = 3
0, 65 nlan > 3
2.5. kích thớc cấu tạo dầm chủ:
21
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
2.5.1. Chiều dài tính toán của kết cấu nhịp:
- Căn cứ vào hình dạng mặt cắt sông với phơng án đã sơ bộ lựa chọn và
đề xuất các phơng án cầu .
Chiều dài nhịp:
L = 38,2 (m).
Tổng chiều dài toàn dầm là 38,2 (m), để hai đầu dầm mỗi bên 0,35 (m)
để kê gối
Chiều dài nhịp tính toán: Ltt= L 2x0,35 m = 38,2- 2x0,35 =37,5 m
Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 37,5 m
2.5.2. Lựa chọn số dầm chủ:
- Trờng hợp nhiều dầm thì chiều cao dầm thấp, nội lực giảm , do đó giảm
chiều dài cầu và chiều cao đất đắp đầu cầu, giảm chi phí xây dung
công trinh, nhng lại tăng chi phí vật liệu cũng nh chi phí thi công kết cấu
nhịp.
- Trờng hợp ít dầm thì chiều cao dầm tăng do đó tăng chiều dài cầu và
chiều cao đất đắp đầu cầu. Nội lực dầm chủ tăng lên dẫn đến tăng chi
phí xây dung công trình.
Bề rộng toàn cầu B= 2x3,5+2x1,5+2x0,5 =11,0 m.
- Số lợng dầm chủ: Nb=5
Trong quá trình thi công, kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối để tạo
dốc ngang thoát nớc độ dốc ngang là : 2%
- Lớp phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,4cm, lớp
bêtông Asphan trên cùng có chiều dày 5cm.
Khoảng cách giữa các dầm chủ S= 2150 mm
Lề ngời đi cùng mức với mặt cầu phần xe chạy và đợc ngăn bằng vạch sơn
rộng0,2m.
Bố trí dầm ngang tại các vị trí : Đầu dầm Nn= (Nb-1) x 2 = 8/nhịp
Phần cánh hẫng:
d
o
e
=
B ( N b 1) S 2 ì150 11000 (5 1) ì 2150 2 ì 150
=
= 1050mm
2
2
Chiều dày bình quân của bản: ts= 20 cm
Lớp bê tông atphan dày: t1= 5 cm
Lớp phòng nớc : t2= 0,4 cm
22
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
Mặt cắt ngang cầu
1/2 Mặt cắt giữa nhịp
1/2 Mặt cắt gối
11000
1500
500
3500
3500
500
1500
Lớ p bê tông nhựa dày 5cm
600
Lớ p phòng n ớ c dày 0,4cm
Vạ ch sơn 10cm
Bản mặt cầu thay đổi 17- 23cm
2%
Vạ ch sơn 10cm
2465
2%
150
1050
4X2150 =8600
1200
2.5.3. Cấu tạo dầm chủ:
Dầm chủ là dầm super- T bằng bê tông DƯL căng trớc. Dầm gồm 2 phần: phần
đầu và phần giữa dầm.
Tại vị trí đầu dầm đợc cắt khấc để kê lên gối.
Chi tiết nh hình vẽ:
- Tại vị trí giữa dầm:
+ Chiều cao dầm là: 1750mm
.
+ Chiều rộng bản cánh trên
là: 2100mm.
+ Chiều rộng đáy dầm:
700mm.
- Tại vị trí đầu dầm :
+ Chiều cao dầm: 800mm.
+ Chiều rộng bản cánh trên:
2100mm.
+ Chiều rộng đáy dầm: 890mm.
Các kích thớc chi tiết mặt cắt đợc thể hiện nh hình vẽ:
23
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
2100/2 =1050
432
1020
Phần không cắ
t cánh
chỉcó ở dầmbiên
100
1750
10
800
10
1
Vát 20x20
890
1
1
50
590
1
Vát 20x20
100
110
210 300
10
110
2100/2 =1050
600
75
75
40
10
820
30
40
30
600
75
75
2100/2 =1050
Thiết kế
700
Mặt cắt ngang giữa dầm
Mặt cắt mgang tại
gối
2.5.4. Cấu tạo dầm ngang:
Dầm ngang đợc bố trí tại vị trí 2 gối của dầm.
Chiều dày của dầm ngang : tdn= 750 mm.
Chi tiết mặt cắt ngang của dầm ngang nh hình
vẽ :
Diện tích của dầm ngang : Adn = 0,671. m2
2.5.5. Bố trí vách ngăn :
Mỗi dầm bố trí 2 vách ngăn.
+ Diện tích của vách ngăn : Avn= 1,032 m2.
+ Chiều dày vách ngăn : tvn= 150 mm
2.6. Xác định tĩnh tải dầm chủ:
2.6.1. Tĩnh tải giai đoạn 1.
a. Dầm dọc chủ:
- Quy đổi mặt cắt dầm: Để thuận tiện cho quá trình tính toán thì ta phải
quy đổi từ mặt cắt dầm super-T theo nh cấu tạo về dạng mặt cắt chữ T
với các kích thớc quy đổi xác định nh sau
- Xét đoạn cắt khấc:
972
890
24
800
725
800
75
100
75
2100
75
2100
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
Diện tích tiết diện : A0= 0,861851 m2 .
c = 24kN / m3
Tỷ trọng bê tông:
Trọng lợng của đoạn dầm: DCd0= (0,85 x 0,861851 x 2400 x 2)/37,5 = 0,937
kN/m.
- Xét đoạn dầm đặc:
1750
1675
1750
75
75
2100
75
2100
872
700
Diện tích tiết diện : A1= 1,6175 m2.
Tỷ trọng bê tông:
c = 24kN / m3 .
Trọng lợng của đoạn dầm: DCd1= (1,35x1,6175x2400x2)/37,5= 2,79 kN/m
- Xét đoạn dầm còn lại :
2100
820
40
600
110
100
57
75
75
30
30
2100
110
1750
241
50
210
300
590
432
220
700
Có diện tích :
Tỷ trọng bê tông:
700
A= 0,6086m2.
c = 24kN / m3 .
Trọng lợng đoạn dầm DCd = ( A ì c ì ( L 2 ì 1,35 2 ì 0,85 ) ) / 37,5 = 13,152 kN/m.
Tĩnh tải dầm chủ coi là tải trọng dải đều trên suốt chiều dài dầm:
25
1750
40
1452
600
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
DCdc = DCd 0 + DC1 + DCd = 16,57 kN/m
b. Tĩnh tải bản mặt cầu:
Abm = b s ì ts = 2,15 ì 0, 2 = 0,43m 2
DCbm = Abm ì c = 0, 43 ì 24 = 10,32kN / m
c. Tĩnh tải dầm ngang:
DCdn =
Adn ì tdn ì N n
0, 671ì 0, 75 ì 8
ì c =
ì 24 = 0,51kN / m
N b ì Ltt
5 ì 37,5
d. Tĩnh tải vách ngăn:
DCvn =
Avn ì tvn ì 2 ì c 1, 03185 ì 0,15 ì 2 ì 24
=
= 0,19kN / m
Ltt
37,5
e. Tĩnh tải ván khuôn lắp ghép:
DCvk = c ì 0.9 ì 0.03 = 0, 64kN / m
f. Tĩnh tải lan can tay vịn:
Phần thép có trọng lợng: DCt= 0,15kN/m.
Phần bê tông có trọng lợng: DCbt= (0.5x0.425+0.5x0.1)x24= 6,30kN/m.
Tổng DClc=DCt+DCbt= 6,45 kN/m.
- Vậy tĩnh tải tiêu chuẩn GĐI: DCtc = 46,67 KN/m
- Tĩnh tải tính toán: DCtt = 1, 25 x 46, 67 = 58,33KN / m
2.6.2. Tĩnh tải giai đoạn II (DW).
Lớp bê tông atphan : t1= 0,05 m
Lớp phòng nớc
:t2= 4.10-3 m
1 = 22,50kN / m3 .
2 = 18kN / m3 .
+ Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu :
DWlp = (t1. 1 + t2. 2 ).S = 2,57kN/m
+ Các tiện ích (cột đèn ,biển báo) : DWti = 0, 05kN / m .
- Tĩnh tải tiêu chuẩn:
DW=DWti + DWlp = 2,62 kN/m
- Tĩnh tải tính toán:
DWtt = 1,5 x 2, 62 = 3,93KN / m
2.7. xác định hệ số phân bố ngang của hoạt tải.
2.7.1. Tính hệ số phân bố ngang do tải trọng ngời
- iu kin tớnh toỏn :
+ Tớnh h s phõn b ngang do ti trng Ngi.
26
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
+ Tớnh h s phõn b ngang cho dm biờn do ti trng HL93 trong trng hp xp ti
mt ln.
- V tung AH ỏp lc gi R1.
11000
1200
500
2150
600
2150
2150
2150
1800
1500
Xe thiết kế
0.209
0.628
1.047
1.000
1.326
1.558
Ng ời
Tớnh h s phõn b ngang cho dm biờn.
- Tớnh h s phõn b ngang i vi ti trng Ngi di u :
+ Cụng thc tớnh : g =
( y1 + y 2 )
.ble
2
Trong ú :
+ ble : L b rng ca l i b.
+ y1 : L tung AH ti v trớ mộp ngoi ca ti trng Ngi.
+ y2 ; L tung AH ti v trớ mộp trong ca ti trng Ngi.
a. H s phõn b ngang ca ti trng Ngi i vi dm biờn :
gNg =
1
(1,326+ 0,628).1,5= 1,465
2
b. Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm trong
g=
2 2
= = 0.4
n 5
Vi n: l s dm ch, n = 5 dm
2.7.2. Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men trong các dầm giữa
(dầm trong):
Với dầm Super T, hệ số phân bố ngang đợc tính theo công thức sau.
27
1200
trờn
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
a. Với một làn thiết kế (sử dụng bảng 4.6.2.2.2.a-1) :
0,35
S
g mg1 =
ữ
910
0,25
S .d
2 ữ
Ltt
0,35
2150
=
ữ
910
0,25
2150 ì1750
ữ
2
37500
= 0,3072
d :chiều cao của dầm.
b. Với 2 hoặc nhiều hơn 2 làn thiết kê(sử dụng bảng 4.6.2.2.2.a-1) :
0,6
g mg 2
0,125
S S .d
=
ữ 2 ữ
1900 Ltt
0,6
0,125
2150 2150 ì 1750
=
ữ
ữ
2
1900 37500
= 0,5136
Phạm vi áp dụng công thức trên :
1800 s 3500
450 d 1700
6000 L 43000
N b 3
Vậy không nằm trong phạm vi áp dụng, nên sử dụng phơng pháp đòn bẩy!
c. Theo phơng pháp đòn bẩy:
1800
1200
1800
1800
Xe thiết kế
0.302
1.000
0.581
2150
0.581
0.302
2150
c.10. Với 1 làn thiết kế :
1
gHL1= ì 2 ì 0,581ữ = 0,581
2
c.2. Với 2 hoặc nhiều hơn 2 làn thiết kế
1
gHL2= . ( 1 + 0,163 + 0, 442 ) = 0,803
2
2.7.3. Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men trong các dầm biên:
a. Với 1 làn xe (tính theo phơng pháp đòn bẩy):
- Xp ti trng bt li lờn AH phn lc gi.
28
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
- Tớnh h s phõn ngang i vi xe ti v xe 2 trc thit k :
+ Cụng thc tớnh : g =
1
Yi
2
+ H s phõn b ngang ca xe ti v xe 2 trc thit k i vi dm biờn khi xp trờn 1
ln :
gmb1 =
1
. (1,047 + 0,209) = 0,628
2
b. Đối với 2 hoặc nhiều hơn 2 làn xe thiết kế:
d
g mb 2 = g mg ì 0,97 + e ữ trong đó 0 d e 1400 .
8700
de=700 mm nằm trong phạm vi áp dụng công thức này!
700
g mb 2 = 0,5136 ì 0,97 +
ữ = 0,539
8700
2.7.4. Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm
giữa(dầm trong).
a. Với 1 làn thiết kế chịu tải trọng:
0,6
0,1
0,6
0,1
S H
2150 1750
g vg1 =
ữ ữ =
ữ
ữ = 0, 602
3050 Ltt
3050 37500
b. Với 2 làn thiết kế hoặc hơn 2 làn :
0,8
g vg 2
0,1
0,8
0,1
S H
2150 1750
=
ữ ữ =
ữ
ữ = 0, 709
2250 Ltt
2250 37500
Trong đó :
H : chiều cao dầm
Phạm vi áp dụng công thức :
+ 450 d 1700 .
+ 1800 S 3500 .
+ 6000 L 43000 .
+ Nb 3 .
Vậy không nằm trong phạm vi áp dụng, nên sử dụng phơng pháp đòn
bẩy!
Theo trên ta có hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt của dầm giữa :
gvg1= 0,581
gvg2= 0,803
2.7.5. Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm biên:
29
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
a. Với một làn thiết kế : Đã tính ở phần trên.
gHL2= 0,628
gLan2= 0,628
b. Với 2 làn thiết kế hoặc hơn 2 làn:
d
g vb = 0.8 + e ữg vg = 0,598
3050
với 300 d e 1400
Vì de= 700 mm nằm trong phạm vi áp dụng công thức này.
Hệ số phân bố lực cắt thiết kế của các dầm biên :
gvbHL= gHL2= 0,598.
gvbLan= gLan2= 0,598
2.7.6. Tng hp h s phõn b ngang ti cỏc mt ct.
a. H s phõn b ngang ti cỏc dm biờn.
STT
S ln
1
1 ln
2
3
4
2 ln
H s PBN Kớ hiu
xeti
Ti trng
g
gln
0.628
0.628
1,465
xe2trc
gng
Mụmen
gM
g
0.628
Lc ct
gv
0.628
0.628
0.628
1,465
Mụmen
gM
0.628
0.628
0.628
1,465
Lc ct
gv
0,598
0,598
0,598
1,465
b. H s phõn b ngang i vi dm gia.(dm trong)
STT
S ln
1
1 ln
2
3
4
2 ln
H s PBN Kớ hiu
gxeti
Ti trng
gxe2trc
gln
gng
Mụmen
gM
0,581
0,581
0,581
0.400
Lc ct
gv
0,581
0,581
0,581
0.400
Mụmen
gM
0,803
0,803
0,803
0.400
Lc ct
gv
0,803
0,803
0,803
0.400
2.7.7. Xỏc nh h s phõn b ngang tớnh toỏn.
- So sỏnh h s phõn b ngang gia dm biờn v dm trong thỡ h s PBN i vi dm
trong l ln hn tc l dm trong chu lc bt li hn dm biờn nờn ta tớnh toỏn thit k
cho dm trong.
- So sỏnh hai trng hp l xp ti trờn 1 ln v xp ti trờn c 2 ln ta thy trng
hp xp ti trờn c 2 ln bt li hn nờn ta tớnh toỏn xp ti trờn c 2 ln.
- Kt hp 2 iu kin trờn thỡ ta s dng h s PBN ti cỏc mt ct cho trng hp:
dm thit k l dm trong v s ln xp ti l 2 ln.
STT
S ln
H s PBN Kớ hiu
30
Ti trng
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
1
2
Tớnh toỏn
Thiết kế
gxeti
gxe2trc
gln
gng
Mụmen
gM
0,803
0,803
0,803
0.400
Lc ct
gv
0,803
0,803
0,803
0.400
- Nh vy ta ó chn tớnh toỏn thit k cho dm bt li l dm trong nờn tt c cỏc s
liu v kt qu tớnh toỏn sau ny u tng ng vi dm trong.
2.7.8. Hệ số điều chỉnh tải trọng:
= D . R . I
+ D : hệ số dẻo
D = 1 với các kết cấu thông thờng theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật.
+ R :hệ số d thừa.
R = 1 đối với mức d thừa thông thờng.
+ I :hệ số quan trọng.
I = 1,05 cầu thiết kế là quan trọng.
Vậy hệ số điều chỉnh tải trọng.
= 1 ì 1 ì 1.05 = 1.05 >0.95.
2.8. tính nội lực.
2.8.1. Mặt cắt tính toán.
+ Mặt cắt gối X0.
+ Mặt cắt X 4=Ltt/2=37,5/2= 18,75 m.
2.8.2. Xác định hoạt tải HL93:
a. Xe tải thiết kế:
b. Xe hai trục thiết
kế:
Xe hai trục gồm một
cặp trục 110kN cách
nhau 1200mm. Cự ly chiều ngang của các bánh lấy bằng 1800mm.
c. Tải trọng làn:
31
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9.3 kN/m phân bố đều theo
chiều dọc. Theo chiều ngang cầu đợc giả thiết là phân bố đều trên chiều
rộng 3000mm.
2.8.3. Vẽ đờng ảnh hởng nội lực tại các mặt cắt.
a. Đờng ảnh hởng mô men:
Đ ah Mo
9.375
Đ ah M4
1
b. Đờng ảnh hởng lực cắt:
0.5
0.5
Đ ah Vo
Đ ah V4
c. Tính diện tích đờng ảnh hởng.
- Din tớch AH mụmen ti mt ct cỏch tim gi 1 on bng x tớnh theo cụng thc:
=
x( L x)
2
- Din tớch AH lc ct ti mt ct cỏch tim gi 1 on bng x tớnh theo cụng thc:
+ =
( L x) 2
2L
- =
x2
2L
và
= ++ -
Bng kt qu tớnh din tớch AH ni lc ti ct mt ct:
MT
CC I LNG
CT
L(m)
Mo
37.5
M4
x(m)
DIN TCH AH
y1=(l-x)/l
v+(m2)
v-(m2)
Tng
(m2)
y=x(l-x)/l
0
37.5
0.000
0.00
0.00
37.5
18.75
18.75
9.375
175.78
175.78
V0
37.5
0
37.5
1.000
0.000
18.75
0.00
18.75
V4
37.5
18.75
18.75
0.500
0.500
4.69
-4.69
0.00
Xác định các mặt cắt đặc trng:
+ Mặt cắt gối X0.
32
y2=x/l
M(m2)
l-x (m)
§å ¸n tèt nghiÖp
s¬ bé
ThiÕt kÕ
+ MÆt c¾t X 4=Ltt/2=37,5/2= 18,75 m.
2.8.4. TÝnh to¸n néi lùc.
a. Tính nội lực do tĩnh tải
- Để tính nội lực do tĩnh tải thi ta tĩnh tải trực tiếp lên ĐAH va tính toán lục theo các
công thức:
M1tc =qtc ΩM ;
M1tt =qtt ΩM
V1tc =qtc ΩM ;
V1tt =qtt ΩM
Trong đó :
+ qtc ,qtt: Tĩnh tải tiêu chuẩn và tĩnh tải tính toán
+ M1tc , M1tt : Mômen uốn tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải
+ V1tc , V1tt: Lực cắt tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải
+ ΩM ,ΩM: Tổng diện tích đường ảnh hưởng mômen uốn và lực cắt của mặt
cắt cần xác định nội lực
-Bảng tổng hợp do tĩnh tải:
Nộ
i
lực
Diện
tích
ĐAH
Tĩnh tải
tiêu chuẩn
(kN/m)
Nội lực tính toán
Nội lực tiêu chuẩn
(TTGH sử dụng)
ω
DCtc
DWtc
DCtc.ω
M0
0.00
46.67
2.62
M4
175.78
46.67
2.62
0.00
8203.6
5
V0
V4
18.75
0.00
46.67
46.67
2.62
2.62
875.06
0.00
DWtc.ω
0.00
Tổng
Đơn
vị
(TTGH cường độ I)
1,25.DCtc.ω
1,5.DWtc.ω
Tổng
0.00
0.00
0.00
KNm
460.54
0.00
8664.2
0
10254.57
690.82
10945.38
KNm
49.13
0.00
924.19
0.00
1093.83
0.00
73.69
0.00
1167.52
0.00
KN
KN
b. Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng ngươì.
- Để tính nội lực do tải trọng làn (lane) và tải trọng người (people) thì ta xếp tải trọng dải
đều bất lợi lên ĐAH và tính toán nội lực.
- Công thức tính nội lực do tải trọng làn:
Mhtt = γ h . M1tc;
Mhtc =g1.q1. ΩM ;
Mh’ =g1.q1. ΩM ;
Vhtc =g1.q1. ΩV ;
Vh’ =g1.q1. ΩV ;Vhtt = γ h . V1tc;
- Công thức tính nội lực do tải trọng người:
Mngtc =gng.qng. ΩM ;
Mng’ =gng.qng. ΩM ;
Mngtt = γ h . Mngtc;
Vngtc =gng.qng. ΩV ;
Vng’ =gng.qng. ΩV ;
Vhtt = γ h . Vngtc;
Trong đó:
+ q1 , gng: Tải trọng làn va tải trọng người dải đều
+ Mhtc , Mhtt, Mh’: Mômen uốn tiêu chuẩn, tính toán và mômen uốn khi tính mổi do hoạt tải
+ Vhtc, Vhtt, Vh’: Lực cắt tiêu chuẩn, tính toán và mômen uốn khi tính mổi do hoạt tải
33
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
+ M, M: Tng din tớch AH mụmen un v lc ct ca mt ct cn xỏc nh ni lc
+ g1, gng: H s phõn b ngang ca hot ti, ti trng ln v ti trng ngi
+ h : H ti trng ca hot ti
+ Ti trng ln v ti trng ngi khụng xột n h s xung kớch
Bng tng hp ni lc do ti trong ln (Lane) v ti trng ngi :
N
i
Din
tớch
lc
AH
H s
phõn b
ngang
Ti trng
Ni lc tiờu chun
(TTGH s dng)
M4
V0
+
175.8
18.75
qln
9.3
9.3
qng
4.5
4.5
gln
0.803
0.803
gng
0.4
0.4
g.qln.+
1312.71
140.02
g.qng.+
316.40
33.75
V4
4.69
9.3
4.5
0.803
0.4
35.02
8.44
Ni lc tớnh toỏn
n
(TTGH cng I)
v
h .g.qln.+
h .g.qng.+
2297.24
245.04
553.71
59.06
KNm
KN
61.29
14.77
KN
c. Tớnh ni lc do xe ti thiờt k (Truck)v xe 2 trc thit k (Tandem).
- tớnh ni lc do xe ti v xe 2 trc thit k ta xp ti trng lờn ng nh hng
theo s bt li nht v tớnh ni lc.Vớ d ta cú th xp nh sau :
xe 2 truùc thieỏtkeỏ
xe 2 truùc thieỏtkeỏ
xe taỷithieỏtkeỏ
xe taỷithieỏtkeỏ
1
L/4
ẹAH M
ẹAH V
- Cụng thc tớnh ni lc do xe ti v xe 2 trc thit k
M htc = g h m Pi yiM
Vhtc = g h m Pi yiV
-
M
; M 'h = g h m(1 + IM ) Pi yi
V
; V 'h = g h m(1 + IM ) Pi yi
Trong ú :
34
tt
tc
; M h = (1 + I M ) h M h
tt
tc
; Vh = (1 + I M ) hVh
§å ¸n tèt nghiÖp
s¬ bé
ThiÕt kÕ
+ Mhtc ,Mhtt ,Mh’ :Mô men uốn tiêu chuẩn, tính toán, và mô men uốn khi tính mỏi do hoạt tải
+ Vhtc, Vhtt ,Vh’ : Lực cắt tiêu chuẩn ,tính toán và mô men uôn khi tính mỏi do hoạt tải
+ yiM, yiV : l à tung độ Đah mô men và lực cắt tại vị trí trục thứ i
+ gh : hệ số phân bố ngang của hoạt tải ,tải trọng làn và tải trọng người
+ 1+IM : hệ số xung kích của hoạt tải
+ γ h :Hệ số tải trọng của hoạt tải
-Tính mô men tại mÆt c¾t X 4=Ltt/2=37,5/2= 18,75 m.
+Xếp tải lên ĐAH:
1.2
110kN
4.3
110kN
4.3
145kN
35kN
9.375
145kN
18.75
18.75
+Bảng tính kết quả nội lực :
CÁC ĐẠI LƯỢNG
Xe tải thiết kế
Vị trí đặt tải
Tung độ ĐAH
Tải trọng trục
Xe 2 trục thiết kế
x1
x2
x3
x4
x5
x6
14.45
18.75
23.05
18.75
19.95
0
y1
y2
y3
y4
y5
y6
7.225
9.375
7.225
9.375
8.775
0
P3
P2
P1
P1
P2
P3
145
145
35
110
110
0
1047.63
1359.38
252.88
1031.25
965.25
0.00
NL do tải trọng trục
Pi x yi=
Tổng(KNm)
Tổng Pi x yi=
2659.88
1996.50
Hệ số PBN mômen
g=
0.803
0.803
Do hoạt tải tiêu chuẩn
Do hoạt tải tính toán
Mhtc ( KNm)
Mhtt (KNm)
2135.88
4672.24
1603.19
3506.98
Tính lực cẳt tại mặt căt 0-0(mặt cắt gối).
+Xếp tải lên ĐAH:
35
§å ¸n tèt nghiÖp
s¬ bé
ThiÕt kÕ
1.2
1.0
110kN
110kN
4.3
4.3
145kN
145kN
35kN
37.5
ĐAH lực cắt tại mặt cắt gối (0-0).
+Bảng kết quả tính nội lực:
CÁC ĐẠI LƯỢNG
Xe tải thiết kế
Vị trí đặt tải
Tung độ ĐAH
Tải trọng trục
Xe 2 trục thiết kế
x1
x2
x3
x4
x5
x6
0
4.3
8.6
0
1.2
0
y1
y2
y3
y4
y5
y6
1
0.885
0.771
1
0.968
0
P3
P2
P1
P1
P2
P3
145
145
35
110
110
0
145.00
128.33
26.99
110.00
106.48
0.00
NL do tải trọng trục
Pi x yi=
Tổng(KNm)
Tổng Pi x yi=
300.31
216.48
g=
0.803
0.803
Do hoạt tải tiêu chuẩn
Vhtc( KN)
241.15
173.83
Do hoạt tải tính toán
Vhtt(KN)
527.51
380.26
Hệ số PBN lực cắt
- Lực cắt tại mặt cắt IV – IV (mặt cắt L/2)
+Xếp tải lên ĐAH:
1.2
110kN
4.3
4.3
145kN
145kN
0.5
0.5
110kN
18.75
35kN
18.75
+ Bảng kết quả tính nội lực
CÁC ĐẠI LƯỢNG
Vị trí đặt tải
x1
Xe tải thiết kế
x2
x3
36
x4
Xe 2 trục thiết kế
x5
x6
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
18.75
23.05
27.35
18.75
19.95
0
Tung AH
y1
0.5
y2
0.385
y3
0.271
y4
0.5
y5
0.468
y6
0
Ti trng trc
P3
145
P2
145
P1
35
P1
110
P2
110
P3
0
72.50
55.83
9.49
55.00
51.48
0.00
NL do ti trng trc
Tng(KNm)
H s PBN lc ct
Pi x yi=
Tng Pi x
yi=
g=
137.81
0.803
106.48
0.803
Do hot ti tiờu
chun
Vhtc( KN)
110.66
85.50
Do hot ti tớnh toỏn
Vhtt(KN)
242.07
187.04
2.8.5.Tng hp ni lc:
- Ni lc sau khi tớnh toỏn c s c t hp theo cỏc TTGH vi cỏc h s ti trng
tng ng. Tuy nhiờn õy ta ch cn thnh lp 2 t hp ti trng:
+ T hp ti trng 1: Ni lc do ti trng tiờu chun tớnh toỏn thit k theo
TTGH s dng.
+ T hp ti trng 2: Ni lc do ti trng tớnh toỏn tớnh toỏn thit k theo TTGH
cng 1.
- i vi mi t hp ti trng ta cn thnh lp 2 trng hp ti trng gia tnh ti v
hot ti nhm tỡm ra trng hp ti trng bt li nht s khng ch thit k:
+ TH1: Tnh ti + Xe ti thit k + ti trng ln + on ngi.
+ TH2: Tnh ti + Xe 2 trc thit k + ti trng ln + on ngi.
- Bng tng hp ni lc tiờu chun ( thep TTGH s dng)
Ni
lc
M4
V0
V4
Do tnh ti TC
Tnh ti
1
8203.65
875.06
0.00
Tnh
ti 2
460.54
49.13
0.00
Do hot ti tiờu chun
Xe ti
2135.88
241.15
110.66
Xe 2 trc
1603.19
173.83
85.50
Ln
1312.71
140.02
35.02
TT +
Xe ti +
Ln +
Ngi
11939.85
1339.11
154.13
TT+Xe 2
trc + Ln
+ Ngi
Ni lc
TC Max
n
v
11496.50
1271.79
128.97
11939.85
1339.11
154.13
KNm
KN
KN
TT+Xe 2
trc + Ln
+ Ngi
Ni lc
TC Max
n
v
Ngi
TT +
Xe ti +
Ln +
Ngi
Ngi
316.40
33.75
8.44
- Bng tng hp ni lc tớnh toỏn (theo TTGH cng I)
Ni
lc
Do tnh ti TT
Do hot ti tớnh toỏn
Tnh ti 1
Tnh
ti 2
Xe ti
Xe 2
trc
M4
10254.57
690.82
4672.24
3506.98
2297.24
553.71
17450.52
16303.30
17450.52
KNm
V0
1093.83
73.69
527.51
380.26
245.04
59.06
1999.13
1851.88
1999.13
KN
V4
0.00
0.00
242.07
187.04
61.29
14.77
318.14
263.11
318.14
KN
Ln
Căn cứ trên các giá trị nội lực tính toán thì ta chọn.
37
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
Max(MuCD) = 17450.52 kN.m
Max(MuSD) = 11939.85 kN.m
2.9. Tính toán và bố trí cốt thép dầm chủ
2.9.1. Tính toán diện tích cốt thép DƯL
Dùng loại tao tự chùng thấp Dps=15.2mm
Loại tao thép DƯL có độ tự chùng thấp
Cờng độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu=1860MPa
Hệ số quy đổi ứng suất : 1 = 0.9
Cấp của thép: 270
Giới hạn chảy: fpy=0,9.fpu=1674Mpa
ứng suất trong thép DƯL khi kích: fpj=0,75.fpu=1395MPa
Diện tích một tao cáp : Aps1=138.7 mm 2
Mô đun đàn hồi cáp: Ep=197000MPa
,
Bê tông dầm cấp : f c1 = 50 MPa
Mô men tính toán : M u = 17450.52KN .m
Đối với cấu kiện BTCT chịu uốn và chịu kéo DƯL thì hệ số sức kháng=1
Theo kinh nghiệm diện tích mặt cắt ngang cốt thép DƯL có thể tính gần
Mu
đúng: A psg =
0.85 ì f pu ì 0.9 ì H
Apsg=7.008x103 mm2
Số tao cáp DƯL cần thiết theo công thức trên: ncg=
Apsg
Aps1
= 41.5
Vậy chọn nc= 42 tao thép Dps=15.2mm
Diên tích thép DƯL trong dầm Aps=nc.Aps1= 42x138.7= 6796.3 mm2
2.9.2. Bố trí cốt thép DƯL
a. Tại mặt cắt ngang giữa dầm bố trí cốt thép DƯL nh sau
38
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
b. Bố trí cốt thép theo phơng dọc dầm
Theo phơng dọc cầu bố trí cốt thép DƯL kéo thẳng, để tránh xuất hiện
ứng suát kéo gây nứt ở thớ trên do dự ứng lực, vị trí đầu dầm ta bố trí một
số tao không dính bám và 2 tao ở thớ trên dầm.
- Mặt cắt trên gối và đoạn cắt khấc: không bố trí cốt thép DƯL bầu dầm dới
- Mặt cắt dv các tao không dính bám là: 3,11,5,9,17,23,19,21,28,38,31,35,
- Mặt cắt không dính bám 1, các tao không dính bám là: 5,9,19,21,28,38
Số tao thép còn lại không dính bám tại các mặt cắt nh sau:
Hàng
A
B
C
D
E
F
G
Tọa độ các nhóm
Toạ độ
Gối
Ko db
dv
Ko db2 Ltt/2
1
60
0
9
11
13
13
110
0
9
11
13
13
160
0
9
11
13
13
210
0
4
6
6
6
260
0
2
2
2
2
310
0
2
2
2
2
1690
0
2
2
2
2
cốt thép dự ứng lực tính đến đáy dầm có đơn vị là mm
Tính toạ độ trọng tâm cốt thép DƯL ở phần bầu dầm tại các mặt cắt
Xét tại các mặt cắt đặc trng. Do tại mặt cắt gối không bố trí cốt thép DƯL
ở bầu dầm nên không cần phải xét.
Với Cps : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép DƯL tại các mặt cắt đến đáy
dầm.
39
Đồ án tốt nghiệp
sơ bộ
Thiết kế
Toạ độ(mm) X1=1.26m
X3=6.0
X2=3.0m
m
60
9
11
13
110
9
11
13
160
9
11
13
210
4
6
6
260
2
2
2
310
2
2
2
Cps (mm)
141.43
140.23
136.53
* Tọa độ trọng tâm của cốt thép DƯL ở thớ trên :
X4=19.6
m
13
13
13
6
2
2
136.53
+ Mặt cắt tại gối: Cps, =0.74m
+ Các mặt cắt khác : Cps, =1.69m
2.9.3. Đặc trng hình học của các mặt cắt dầm
a. Đặc trng hình học mặt cắt tính đổi của dầm cha liên hợp
Quy đổi thép DƯL thành diện tích Aps đặt tại trọng tâm đám thép DƯL
Chiều cao dầm H=1.75 m
Đặc trng hình học mặt cắt dầm cha liên hợp
-
Mô đun đàn hồi của bê tông : Ecdầm=35749.53Mpa
-
Mô đun đàn hồi của thép : Ep=197000Mpa
-
Hệ số quy đổi thép sang bê tông : n1=
Ep
E cdam
= 5.51
Diện tích mặt cắt dầm giai đoạn 1( cha liên hợp) tính đổi (tính cả
đối với thép)
Đây là quy đổi về bê tông: Diện tích thép quy đổi về bê tông là n1.Aps
-
và diện tích bê tông thực chất có Amc-Aps.Do vậy ta có công thức :
Atđ=Amc+(n1-1).Aps
Bảng tính diện tích quy đổi ở giai đoạn 1
STT
Mặt cắt
Amc(mm2)
Aps(mm2)
1
X1=1.26m
1643188
4854.5
2
X2=3.0m
607065
5964.1
3
X3=6.0m
607065
6796.3
4
X4=19.6m
607065
6796.3
Mô men tĩnh của tiết diện đối với đáy dầm
40
Atđ(mm2)
1665084.
5
633966.4
4
637720.1
3
637720.1
3
