Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
1. CHƯƠNG I: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU
Hình 1: Mặt cắt ngang cầu
Chiều rộng phần lề bộ hành 2 x1,5 m .
Chiều rộng phần làn xe chạy 8 m .
Vạch sơn phân cách làn xe và lề bộ hành có bề rộng 2x0,3 m
Chiều rộng của lan can 2 0,5 m .
Bề rộng bản mặt cầu: Bbmc 8 2 0,5 2 1,5 2 0,3 12,5 m .
Chiều dài nhịp tính toán: Ltt Lnhip 2a .
Trong đó:
- L : là chiều dài nhịp. L 29 m
- a : là phần dầm kê lên gối a 0,3 m .
Ltt 29 0,3 2 28, 4 m .
1. CHIỀU DÀY BẢN MẶT CẦU:
Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT theo AASHTO là 175 mm Chọn t0 = 190
mm làm chiều dày chịu lực của bản mặt cầu, cộng thêm 10 mm hao mòn, trọng lượng bản
khi tính là tS 200 mm . Vì bản hẫng của dầm ngoài phải thiết kế với tải trọng xe va vào
lan can nên chiều dày bản tăng lên 25 mm nên có ts, 225 mm
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 1
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
2.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG:
2.1 Tĩnh tải
a. Trọng lượng bản mặt cầu: DC1
DC1 hb bt 1 0,2 24 1 4,8 KN / m .
b. Lớp phủ mặt cầu DW
Hình 2: Các lớp phủ mặt cầu.
KN / m3
DW KN / m
STT
Lớp
Chiều dày (m)
1
Lớp phủ at-phan
0,06
22,5
1,35
2
Lớp bảo vệ
0,03
24,0
0,72
3
Lớp phòng nước
0,01
15,0
0,15
4
Lớp đệm
0,04
24,0
0,96
Cộng
0,14
3,18
100
250
500
150
600
c. Lan can tay vịn DC2
500
Hình 3: Lan can tay vịn
Diện tích phần bệ: Abe 0,5 0,5 0,15 0, 25 1 0, 25 0, 25 0, 015 0, 015 0,181 m2
2
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 2
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Diện tích của tay vịn thép rỗng dày 10mm : Atv 0,052 0,042 2,827.103 m2
Thể tích của 1 trụ (đo bằng autocad): V1tru 1,014.103 m3 .
Ta có L 29 m và khoảng cách giữa 2 trụ là 2 m mỗi bên có 16 trụ.
Thể tích phần trụ + tay vịn:
Vtru tv 16 V1tru 29 Atv 16 1,014.103 29 2,827.103 0,098 m3
Khối lượng của phần trụ + tay vịn:
Gtru tv Vtru tv thep 0,098 78,5 7,693 KN
Thể tích của phần bệ: Vbe Abe Lnhip 0,181 29 5, 249 m3 .
Giả sử hàm lượng cốt thép trong bệ chiếm Vct be Vbe k p 5, 249 1,5% 0,0787 m3 .
Khối lượng cốt thép trong phần bệ: Gct be Vct be thep 0,0787 78,5 6,180 KN .
Thể tích bê tông trong phần bệ: Vbt be Vbe Vct be 5, 249 0,0787 5,1703 m3 .
Khối lượng bê tông trong phần bệ: Gbt be Vbt be bt 5,1703 24 124,0872 KN .
Bảng tổng hợp
Khối lượng
DC2
Gtru tv KN
Gct be KN
Gbt be KN
Tổng
7,693
6,180
124,0872
137,9602
Glctv 137,9602
4,757( KN / m)
Lnhip
29
Xác định vị trí đặt lực DC2 (giả thiết do trọng lượng phần trụ + tay vịn nhỏ nên chúng ta
bỏ qua ta chỉ xác định vị trí đặt lực DC2 của phần bệ).
2
3
250
250
250
1
X
100
500
150
Y
Hình 4: Xác định vị trí đặt lực DC2
xc
xc1 F1 xc 2 F2 xc3 F3 125 125000 333,33 31250 375 25000
195,04 195mm
F1 F2 F3
125000 31250 25000
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 3
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Bảng tổng hợp tĩnh tải
Tải trọng
DC1 KN / m
DC2 KN / m
DW KN / m
4,8
4,757
3,18
2.2 Hoạt tải LL.
P/2
45
h
45
h
P/2
b
b+h
L
L+h
Hình 5: Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
Kích thước phân bố
Chiều rộng (phương ngang cầu): b h 510 200 710 mm .
Chiều dài (dọc cầu): L h
L 2, 28.103. n .(1 IM ).
P
2
TCN 272 05 3.6.1.2.5 1 .
Trong đó:
-
n hệ số tải trọng của ô tô lấy theo bảng 3.4.1.1 n LL 1,75.
-
IM lực xung kích (%) trong trường hợp này IM 25 % .
-
P tải trọng bánh xe (xe tải thiết kế) P 145( KN ) .
L 2, 28.103 1, 75 (1 0, 25)
145000
361,59 mm .
2
Vậy kích thước phân bố chiều dài dọc cầu: L h 361,59 200 561,59 mm .
Chiều rộng của dải bản chịu ảnh hưởng của bánh xe
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 4
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
-
Bản hẫng: E 1140 0,833 x 1140 0,833 1250 2181, 25 mm
-
Momen dương: E 660 0,55 S 660 0,55 2500 2035 mm
-
Momen âm: E 1220 0, 25 S 1220 0, 25 2500 1845 mm
Ta có tải trọng bánh xe xem như lực phân bố trên bề rộng vệt bánh xe theo phương
ngang cầu có giái trị:
-
-
P/2
145 / 2
1m
1m 46,8( KN / m)
(b h) E
0,71 2,18
P/2
145 / 2
Đối với momen dương: LL
1m
1m 50,18( KN / m)
(b h) E
0,71 2,035
P/2
145 / 2
Đối với momen âm: LL
1m
1m 55,35( KN / m)
(b h) E
0,711,845
Đối với bản hẫng: LL
2.3 Hoạt tải PL:
Chiều rộng lề người đi 1,5 m. Tải trọng người đi PL 3,1 kN / m2 . Lực tập trung do tải
trọng người đi đặt tại tim lề người đi: PL 3,11,5 4,65kN .
3.2. Xác định nội lực trong bản hẫng:
3.2.1. Xác định mômen:
Bản hẫng được tính theo sơ đồ dầm côngxon nên mômen lớn nhất là tại ngàm. Tải
trọng bao gồm:
Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản mặt cầu DC1, trọng lượng lớp phủ DW,
trọng lượng lan can rào chắn DC2.
Hoạt tải gồm tải trọng người đi hoặc tải trọng xe tải thiết kế đặt cách mép lan
can ít nhất là 0,3 m.
Ta tính toán cho hai trường hợp.
Trương hợp 1 : hoạt tải chỉ có tải trọng người đi
Sơ đồ tính:
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 5
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Hình 6: Sơ đồ chất tải trường hợp 1
Tính mômen:
Theo trạng thái giới hạn sử dụng:
L2
L2
L2
M hSD 1 DC1. 1 DC2 .L2 DW . 3 PL. 4
2
2
2
1,252
0,752
0,752
1 4,8.
4,757.1 3,18.
4,65.
10,709 kN .m
2
2
2
Theo trạng thái giới hạn cường độ I: DC1 DC 2 1,25; DW 1,5; PL 1,75
L32
L32
L12
M DC1.DC1. DC 2 .DC2 .L2 DW .DW .
PL .PL.
2
2
2
1,252
0,752
0,752
11,25.4,8.
1,25.4,757.1 1,5.3,18.
1,75.4,65.
14,263 kN .m
2
2
2
CD1
h
Tính lực cắt:
Theo trạng thái giới hạn sử dụng:
CD1
Vh DC1.L1 DC2 DW .L3 PL.L4
1. 4,8.1, 25 4,757 3,18.0,75 3,1.0,75 15, 467 kN
Theo trạng thái giới hạn cường độ I:
VhCD1 DC1.DC1.L1 DC 2 .DC2 DW .DW .L3 PL .PL.L4
1.1, 25.4,8.1, 25 1, 25.4, 757 1,5.3,18.0, 75 1, 75.3,1.0, 75
21, 092 kN
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 6
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Trường hợp 2 : lấn làn , cách mép lan can 0.3m xe
Sơ đồ tính:
Hình 6: Sự phân bố tải trọng bánh xe lên mặt cầu.
Hình 7: Sơ đồ chất tải trường hợp 2
Tính mômen:
Theo trạng thái giới hạn sử dụng:
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 7
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
M
SD
h
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
L32
L12
L2
1 DC1. DC2 .L2 DW .
LL. 4
2
2
2
1,252
0,752
0,452
1 4,8.
4,757.1 3,18.
46,8.
14,14 kN .m
2
2
2
Theo trạng thái giới hạn cường độ I: DC1 DC 2 1,25; LL 1,75; DW 1,5
L2
L2
L2
M hCD1 DC1.DC1. 1 DC 2 .DC2 .L2 DW .DW . 3 PL .(1 IM ).PL. 3
2
2
2
1,252
0,752
0,452
11,25.4,8.
1,25.4,757.1 1,5.3,18.
1,75.(1 0.25).46,8.
22,34 kN .m
2
2
2
Tính lực cắt:
Theo trạng thái giới hạn sử dụng:
CD1
Vh DC1.L1 DC2 DW .L3 LL.L4
1. 4,8.1, 25 4,757 3,18.0,75 46,8.0, 45 34, 202 kN
Theo trạng thái giới hạn cường độ I:
V DC1.DC1.L1 DC 2 .DC2 DW .DW .L3 LL .(1 IM ) LL.L4
CD1
h
1.1, 25.4,8.1, 25 1, 25.4,757 1,5.3,18.0,75 1, 75.(1 0.25).46,8.0, 45 63,1 kN
→ Bảng tổng hợp nội lực tính toán bản mặt cầu:
Trường
hợp
M sd KN .m
M cd1 KN .m
Qsd KN .m
Qcd1 KN.m
TH1
TTGH
10,709
14,263
15,467
21,092
TH2
TTGH
14,14
22,32
34,202
63,1
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 8
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
3.2 Bản kiểu dầm
3.2.1 Xác định momen
kgoi.Mo
-
+
+
k1/2.Mo
Mo
Sơ đồ dầm đơn giản
Sơ đồ dầm thực tế
Nguyên lý tính toán.
- Nội lực được xét trên 1 m chiều rộng của bản.
- Bản mặt cầu có thể phân tích như mô hình dải bản liên tục kê lên các gối tựa cứng là các
dầm chủ.
- Đối với bản mặt cầu của các dầm có thể phân tích theo mô hình dải bản ngàm hai đầu và
tính theo phương pháp gần đúng với đường lối tính mô men dương ở mặt giữa nhịp của
mô hình bản giản đơn kê lên gối 2 khớp.
- Trị số mômen tại mặt cắt giữa nhịp và tại gối của bản hai đầu ngàm được xác định:
0
M1/2 L k1/2 .M1/2
L trong đó k1/2 0,5
0
M goi kgoi .M1/2
trong đó k goi 0,8
L
LL 50,18 KN / m
Họat tải tác dụng
LL 55,35 KN / m
a. Xác định momen tại giữa nhịp trong dầm đơn giản:
0
Công thức M1/2
L .
DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LLLLi
Trường hợp 1: chỉ 1 trục bánh xe đặt vào vị trí bất lợi nhất trên đường ảnh hưởng
mô men tại giữa nhịp đó là tại vị trí giữa dầm đơn giản.
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 9
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Dah M(L/2)
Hình 8: Sơ đồ tính 1 bánh xe của 1 chiếc xe tải thiết kế.
Trong đó:
hệ số điều chỉnh tải trọng lấy 1 .
LL hệ số tải trọng của hoạt tải xe. Với trạng thái cường độ 1 thì LL 1,75 (còn
trạng thái giới hạn sử dụng LL 1,0 ).
IM lực xung kích. Với trạng thái cường độ 1 và sử dụng thì IM 25 % .
-
LL 0,38(m2 ) diện tích đường ảnh hưởng do LL gây ra.
DC1 DW 0,781(m2 ) : diện tích đường ảnh hưởng do DC1 và DW gây ra.
m hệ số làn xe m 1, 2.
-
Momen tính theo LL+
+Theo trạng thái giới hạn sử dụng
0( E ) sd
M1/2
DC1.DC1 DW .DW m.(1 IM ).LL LL
L
0( E ) sd
M1/2
(4,8 3,18).0,781 1, 2.(1 0, 25).50,18.0,38 34,835( KN .m)
L
+Theo trạng thái giới hạn cường độ 1: DC1 1,25; LL 1,75; DW 1,5
0( E ) cd 1
M1/2
. DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LL LLi
L
0( E ) cd 1
M1/2
(1, 25.4,8.0,781 1,5.3,18.0,781 1, 2.(1 0, 25).1,75.50,18.0,38 58, 466( KN .m)
L
Momen tính theo LL-
+Theo trạng thái giới hạn sử dụng
0( E ) sd
M1/2
DC1.DC1 DW .DW m.(1 IM ).LL LL
L
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 10
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
0( E ) sd
M1/2
(4,8 3,18).0,781 1, 2.(1 0, 25).55,35.0,38 37,78( KN .m)
L
+Theo trạng thái giới hạn cường độ 1
0( E ) cd 1
M1/2
. DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LL LLi
L
0( E ) cd 1
M1/2
(1, 25.4,8.0,781 1,5.3,18.0,781 1, 2.(1 0, 25).1,75.55,35.0,38 63,62( KN .m)
L
Trường hợp 2: 2 bánh xe của 2 chiếc xe tải thiết kế đặt cách nhau 1, 2m .
Dah M(L/2)
Hình 9: Sơ đồ tính 2 bánh xe của 2 xe tải thiết kế
Trong đó:
-
hệ số điều chỉnh tải trọng lấy 1 .
LL hệ số tải trọng của hoạt tải xe. Với trạng thái cường độ 1 thì LL 1,75 (còn
trạng thái giới hạn sử dụng LL 1 ).
-
IM lực xung kích. Với trạng thái cường độ 1 và sử dụng thì IM 25 % .
-
LL 0, 4615(m2 ) diện tích đường ảnh hưởng do LL
M u 29,69 KN.m M r 42, 41 KN.m gây ra.
-
DC1 DW 0,781(m2 ) diện tích đường ảnh hưởng do DC1 và DW gây ra.
m hệ số làn xe m 1 .
Momen tính theo LL+
+Theo trạng thái giới hạn sử dụng
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 11
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
0( E ) sd
M1/2
DC1.DC1 DW .DW m.(1 IM ).LL LL
L
0( E ) sd
M1/2
(4,8 3,18).0,781 1.(1 0, 25).50,18.0, 4615 35,18( KN .m)
L
+Theo trạng thái giới hạn cường độ 1
0( E ) cd 1
M1/2
. DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LL LLi
L
0( E ) cd 1
M1/2
(1, 25.4,8.0,781 1,5.3,18.0,781 1.(1 0, 25).1,75.50,18.0, 4615 59,07( KN .m)
L
Momen tính theo LL+Theo trạng thái giới hạn sử dụng
0( E ) sd
M1/2
DC1.DC1 DW .DW m.(1 IM ).LL LL
L
0( E ) sd
M1/2
(4,8 3,18).0,781 1.(1 0, 25).55,35.0, 252 38,162( KN .m)
L
+Theo trạng thái giới hạn cường độ 1
0( E ) cd 1
M1/2
. DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LL LLi
L
0( E ) cd 1
M1/2
(1, 25.4,8.0,781 1,5.3,18.0,781 1.(1 0, 25).1,75.55,35.0, 4615 64, 29( KN .m)
L
Trường hợp 3: 2 bánh xe của 1 chiếc xe tải thiết kế trục cách nhau 1,8m .
Dah M(L/2)
Hình 10: Sơ đồ 2 bánh xe của 1 chiếc xe tải thiết kế.
Trong đó:
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 12
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
hệ số điều chỉnh tải trọng lấy 1 .
-
LL hệ số tải trọng của hoạt tải xe. Với trạng thái cường độ 1 thì LL 1,75 (còn
trạng thái giới hạn sử dụng LL 1 ).
-
IM lực xung kích. Với trạng thái cường độ 1 và sử dụng thì IM 25 % .
-
LL 0, 252(m2 ) diện tích đường ảnh hưởng do LL gây ra.
DC1 DW 0,781(m2 ) diện tích đường ảnh hưởng do DC1 và DW gây ra.
m hệ sô làn xe m 1, 2 .
-
Momen tính theo LL+
+Theo trạng thái giới hạn sử dụng
0( E ) sd
M1/2
DC1.DC1 DW .DW m.(1 IM ).LL LL
L
0( E ) sd
M1/2
(4,8 3,18).0,781 1, 2.(1 0, 25).50,18.0, 252 25, 2( KN .m)
L
+Theo trạng thái giới hạn cường độ 1
0( E ) cd 1
M1/2
. DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LL LLi
L
0( E ) cd 1
M1/2
(1, 25.4,8.0,781 1,5.3,18.0,781 1, 2.(1 0, 25).1,75.50,18.0, 252 41,605( KN .m)
L
Momen tính theo LL-
+Theo trạng thái giới hạn sử dụng
0( E ) sd
M1/2
DC1.DC1 DW .DW (1 IM ).LL LL
L
0( E ) sd
M1/2
(4,8 3,18).0,781 1, 2.(1 0, 25).55,35.0, 252 27,15( KN .m)
L
+Theo trạng thái giới hạn cường độ 1
0( E ) cd 1
M1/2
. DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LL LLi
L
0( E ) sd
M1/2
(1, 25.4,8.0,781 1,5.3,18.0,781 1, 2.(1 0, 25).1,75.55,35.0, 252 45,025( KN .m)
L
b. Tổ hợp Mômen theo sơ đồ thực:
Trạng thái giới hạn sử dụng:
Mômen tại giữa dầm được xác định theo công thức:
0( E ) sd
M1/2 L k1/2 .M1/2
L
Vì: M L01(/2E
→ M L0(/2E
) sd
) sd
34,835 kN.m M L02(/2 E
) sd
35,18 kN.m
35,18 kN.m.
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 13
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Vậy: M L( sd/2 ) kL/2 M S0(/ 2E
) sd
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
0,5 35,18 17,59 kN.m
Mômen tại gối âm được xác định theo công thức:
0( E ) sd
M1/2 L kgoi .M1/2
L
Vì: M L01(/2E
→ M S0(/2E
37,78 kN.m M L02(/2 E
) sd
) sd
38,162 kN.m
) sd
38,162 kN.m.
Vậy: M L( sd/2 ) kgoi M S0(/2E
) sd
0,8 38,162 30,53 kN.m
Trạng thái giới hạn cường độ I:
Mômen tại giữa dầm được xác định theo công thức:
M S(CD1)
K S /2 M S0/2CD1( E
/2
Vì: M L01(/2E
→ M L0(/2E
) cd 1
) cd 1
58,466 kN.m M L02(/2 E
)
) cd 1
59,07 kN.m
59,07 kN.m.
Vậy: M L(cd/21) kL/2 M S0(/2E
) cd 1
0,5 59,07 29,535 kN.m
Mômen tại gối âm được xác định theo công thức:
M g(CD1) K g M S0/2CD1( E
Vì: M L01(/2E
→ M L0(/2E
) cd 1
) cd 1
63,62 kN.m M L02(/2 E
)
) cd 1
64,29 kN.m
64,29 kN.m
Vậy: M L(cd/21) kgoi M S0(/2E
) cd 1
0,8 64,29 51,432 kN.m
3.2.2 Xác định lực cắt
- Trị số lực cắt lớn nhất ở sơ đồ ngàm (tại ngàm) bằng trị số lực cắt lớn nhất ở sơ đồ đơn
giản (tại gối). Do vậy ta vẽ đường ảnh hưởng lực cắt tại gối (trong dầm đơn giản) rồi chất
tải sao cho ở vị trí bất lợi nhất.
- Đối với hoạt tải thì 2 bánh của 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 1,2 m là gây ra lực cắt lớn
nhất.
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 14
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Công thức V DC1.DC1.DC1 DW .DW.DW m. LL .(1 IM ).LL.LLi
Dah V(goi)
Hình 12: Sơ đồ 2 bánh xe của 2 xe tải thiết kế
Trong đó:
-
hệ số điều chỉnh tải trọng lấy 1 .
LL hệ số tải trọng của hoạt tải xe. Với trạng thái cường độ 1 thì LL 1,75 (còn
đối với trạng thái giới hạn sử dụng thì LL 1,0 ).
IM lực xung kích. Với trạng thái cường độ 1 và sử dụng thì IM 25 % .
LL 0,793(m) diện tích đường ảnh hưởng do LL gây ra.
DC DW 1, 25(m) diện tích đường ảnh hưởng do DC1 và DW gây ra.
m hệ số làn xe m 1, 0.
+Theo trạng thái giới hạn sử dụng
V SD 4,8.1,25 3,18.1,25 1.(1 0,25).55,35.0,793 64,84(KN )
+Theo trạng thái giới hạn cường độ 1
V CD 1.(1,25.4,8.1,25 1,5.3,18.1,25 1.1,75.(1 0, 25).55,35.0,793) 109,477( KN )
4. Tính toán và kiểm tra bản mặt cầu theo TTGH cường độ 1.
Bê tông bản mặt cầu
fc' 40MPa có cường độ nén quy định ở tuổi 28 ngày.
Ec 0,043 c1,5 fc' 0,043 24001,5 40 31975,35MPa
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 15
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Cốt thép
f y 400MPa giới hạn chảy quy định của thanh cốt thép
Es 200000MPa
4.1 Tính toán cốt thép chịu lực.
- Lớp bảo vệ: Theo bảng 5.12.3 1 của tiêu chuẩn 22TCN 272 05
Mép trên bản: a 60mm vì bản chịu mài mòn do vấu lốp xe.
Mép dưới bản: a 25mm
Hình 13: Chiều cao hiệu quả của bản mặt cầu.
Sức kháng uốn của bản: M r M n
Trong đó:
-
hệ số sức kháng quy định theo TCN 5.5.4.2.1 0,9 đối với trạng thái giới hạn
cường độ 1 cho BTCT thường.
M r sức kháng uốn tính toán.
M n sức kháng uốn danh định.
Đối với cấu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng theo hình chữ nhật như quy
định TCN 272 05 thì M n xác định TCN 5.7.3.2.3 .
a
a
a
a h
M n a ps . f ps .(d p ) As . f y .(d s ) As' . f y' .(d s' ) 0,85. f c' .(b bw ).h f .( f )
2
2
2
2 2
Vì không có cốt thép ứng suất trước nên a ps 0 , b bw và coi As' 0
a
M n As . f y .(d s )
2
Trong đó:
-
2
As diện tích cốt thép chịu kéo mm .
-
f y giới hạn chảy quy định của cốt thép MPa .
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 16
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
d s khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo
-
không ứng suất trước mm .
As' diện tích cốt thép chịu nén mm2 .
-
f y' giới hạn chảy quy định của cốt thép MPa .
-
d p khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo.
-
f c' cường độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày MPa .
-
b bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện mm .
-
bw chiều dày của bản bụng hoặc mặt cắt tròn mm .
1 hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong TCN 5.7.2.2 với BT có
cường độ 28MPa thì hệ số 1 giảm đi theo tỉ lệ 0, 05 cho từng 7MPa .
h f chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T mm .
a = c.β1 chiều dày của khối ứng suất dương mm theo TCN 5.7.2.2
a c.1
a ps . f ps As . f y As' . f y'
0,85. fc' .1.bw
.1
As . f y
0,85. fc' .bw
Giả thiết cánh tay đòn (d-a/2) độc lập với As, có thể thay bằng jd và được trị số gần đúng
của As để chịu M n Mu
As
(M u / )
f y ( jd )
Nếu thay fy=400 MPa, 0,9 và giả thiết đối với tiết diện bê tông cốt thép thường
j 0,92 . Tiết diện thép gần đúng được tính theo công thức:
Mu
330d
Vì là biểu thức gần đúng nên cần kiểm tra sức kháng mômen của cốt thép đã chọn.
Cốt thép lớn nhất bị giới hạn bởi yêu cầu dẻo dai c 0, 42d hoặc a 0, 421d . Với
As
1 0,85 2 / 7 0,05 0,836 ta có a 0,35d
Cốt thép nhỏ nhất của cốt thép thường thỏa mãn nếu:
As
f'
0,03 c
bd
fy
Với tính chất vật liệu đã chọn, diện tích thép nhỏ nhất trên một đơn vị chiều rộng bản
là:
min As
0,03 fc'
0,03.30
mm2
mm2/mm
bd
.1.d 0,00225d
fy
400
mm
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 17
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Khoảng cách lớn nhất của cốt thép chủ của bản bằng 1,5 lần chiều dày bản hoặc 450
mm. Với chiều dày bản 200 mm:
smax= 1,5(200) = 300 mm
Theo trạng thái giới hạn cường độ 1 cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ khả năng chịu
lực.
4.2 Bố trí cốt thép chịu momen âm của bản mặt cầu và kiểm toán theo trạng thái
giới hạn cường độ 1.
+Không xét đến cốt thép chịu nén (sẽ bố trí cho momen dương của bản mặt cầu).
+Momen tính toán cho momen âm của bản mặt cầu: M u 51, 432 KN.m .
+Ta chọn trước số thanh rồi kiểm tra cường độ: bố trí 6 thanh cốt thép 16
Diện tích cốt thép: AS 6.
d p h 60
1 0,85
c
4
1206,37(mm2 )
do
16
200 60 132 mm
2
2
12
.0,05 0,764 0,65 thỏa mãn theo TCN 5.7.2.2
7
As . f y
0,85. f .1.b
'
c
.162
1206,37.400
18,577 mm
0,85.40.0,764.1000
a 1.c 18,577.0,764 14,19 mm
a
14,19
M n As . f y .(d p ) 1206,37.400.(132
).106 60, 27( KN .m)
2
2
M r .M n 0,9.60,27 54,245(KN.m) > Mu 51,432(KN.m) vậy mặt cắt thỏa
mãn về cường độ.
Chọn: 616a160
Kiểm tra lượng cốt thép tối đa
c
0, 42
de
- de d p 132 mm .
- c là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hòa c 18,577 mm .
c 18,577
0,14 0, 42 (thỏa mãn)
de
132
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 18
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Vậy mắt cắt giữa nhịp thõa mãn về hàm lượng cốt thép tối đa.
Lượng cốt thép tối thiểu min
fc'
0,03.
fy
Trong đó:
min tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên
min
0,03.
1206,37
6,032.103
1000.200
fc'
40
0,03.
3.103
fy
400
min 6,032.103 0,03.
fc'
3.103 (thỏa mãn)
fy
Vậy mặt cắt thỏa mãn về hàm lượng cốt thép tối thiểu.
Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép
Theo TCN 5.10.3.2 trong bản cự ly giữa các thanh cốt thép không được lớn hơn 1,5 chiều
dày cấu kiện hoặc 450 mm
1,5 h 1,5 200 300 mm
s min
300 mm
450 mm
4.3 Bố trí cốt thép chịu momen dương của bản mặt cầu và kiểm toán theo trạng thái
giới hạn cường độ 1.
+Không xét đến cốt thép chịu nén (sẽ bố trí cho momen âm của bản mặt cầu).
+Momen tính toán cho momen dương của bản mặt cầu: M u 29,535 KN.m .
+Ta chọn trước số thanh rồi kiểm tra cường độ: bố trí 6 thanh cốt thép 12
Diện tích cốt thép: As 6
d p h 25
1 0,85
c
4
678,58 mm2
do
12
200 25 169 mm
2
2
12
.0,05 0,764 0,65 thõa mãn theo TCN 5.7.2.2 .
7
As . f y
0,85. f .1.b
'
c
.122
678,58.400
10, 44 mm
0,85.40.0,764.1000
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 19
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
a 1.c 0,764.10, 44 7,98 mm
a
7,98
M n As . f y .(d p ) 678,58.400.(169
).106 44,78( KN .m)
2
2
M r .M n 0,9.44,78 40,31( KN.m) Mu 29,535( KN.m)
Vậy mặt cắt thỏa mãn về cường độ.
Chọn 612a160
Kiểm tra lượng cốt thép tối đa
c
0, 42
de
- de d p 169mm
-c là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hòa c 10, 44 mm .
c
10, 44
0,0617 0, 42 (thỏa mãn)
d e 169
Vậy mặt cắt thõa mãn về hàm lượng cốt thép tối đa.
Lượng cốt thép tối thiểu min 0,03.
fc'
fy
Trong đó:
- min tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên.
min
678,58
3,39.103
1000.200
fc'
40
0,03. 0,03.
3.103
fy
400
min 3,39.103 0,03.
fc'
3.103
fy
Vậy mắt cắt thỏa mãn về hàm lượng cốt thép tối thiểu
4.4 Bố trí cốt thép âm cho phần hẫng của bản mặt cầu và kiểm toán theo trạng thái
giới hạn cường độ 1.
Để thuận tiện cho thi công thì cốt thép âm phần hẫng được bố trí giống cốt thép âm ở mục
4.2. Chỉ tiến hành kiểm toán.
Momen tính toán cho momen âm của bản mặt cầu: M u 29,69 KN.m
Kiểm tra: M u 22,32 KN.m M r 54,245 KN.m thỏa mãn về cường độ.
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 20
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
4.5 Kiểm tra theo điều kiện kháng cắt.
Phải thỏa mãn điều kiện: Vu .Vn
Trong đó:
-
Vu 109, 477 KN lực cắt tính toán.
: hệ số sức kháng cắt được lấy theo bảng 5.5.4.2 1 0,9 .
Vn 15, 24 mm sức kháng cắt danh định được tính theo điều 5.8.3.3 .
Sức kháng cắt danh định Vn phải lấy giá trị min trong hai giá trị sau:
Vn1 Vc Vs Vp
Vn min
'
Vn 2 0, 25. fc .bv .dv Vp
(Bỏ qua sức kháng cắt danh định của cốt thép thường trong dầm (cốt đai)).
Vn1 Vc
Vn min
'
Vn 2 0, 25. fc .bv .dv
Với Vc 0,083. . fc' .bv .dv .
Trong đó:
-
bv bề rộng bản hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất chiều cao dv được
xác định trong điều 5.8.2.7 .
-
dv chiều cao cắt hữu hiệu được xác định trong điều 5.8.2.7 .
hệ số xét đến khả năng bê tông nứt chéo truyền lực khi kéo. Đối với mặt cắt
không DUL không chịu kéo dọc trục và có ít nhất một lượng cốt thép ngang tối
thiểu quy định trong điều 5.8.2.5 , hoặc khi có tổng chiều cao thấp hơn 400 mm ,
có thể dùng các giá trị sau 20 .
- Ta có bv 1000 mm .
- d v được xác định bằng cách lấy giá trị max trong hai gái trị sau:
0,9 de 0,9 169 152,1 mm
dv max
152,1 mm
0,72 hdam 0,72 200 144 mm
Vn1 Vc 0,083 fc' bv dv 0,083 2 40 1000 152,1103 159,68 KN
Vn 2 0, 25 fc' bv dv 0, 25 40 1000 152,1103 1521 KN
Vmin min Vn1;Vn2 min 159,68;1521 159,68 KN
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 21
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
Kiểm tra Vn 0,9 159,68 143,71 KN Vu 109, 47 KN
Vậy bản mặt cầu đạt cường độ theo điều kiện sức kháng.
4.5 Bố trí cốt thép co ngót và nhiệt độ.
Theo TCN 5.10.8 cốt thép cho các ứng suất co ngót và nhiệt độ phải được đặt gần bề mặt
bê tông lộ ra trước các thay đổi nhiệt độ hàng ngày. Đối với các cấu kiện mỏng hơn
1200 mm diện tích cốt thép mỗi hướng không được nhỏ hơn.
As 0,75.
Ag
fy
Trong đó:
-
Ag tổng diện tích mặt cắt
Chiều dày có hiệu 200 mm Ag 200.2200 440000 mm2
As 0,75.
Ag
fy
0,75.
440000
825 mm2
400
Cốt thép do co ngót và nhiệt độ không được đặt rộng hơn hoặc 3 lần chiều dày cấu kiện
hoặc 450 mm .
3 h 3 200 600 mm
s min
450 mm
450 mm
Chọn 10a150 .
4.6 Kiểm tra bản mặt cầu theo trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm toán nứt).
- Theo TCN 5.5.2 các vấn đề phải kiểm tra theo TTGH sử dụng là nứt, biến dạng và ứng
suất trong bê tông.
- Do nhịp của bản nhỏ và không có thép DƯL nên cần kiểm tra nứt theo TCN 5.7.3.4 .
- Các cấu kiện phải được cấu tạo sao cho ứng suất kéo trong cốt thép ở trạng thái giới hạn
sử dụng fsa không được vượt quá:
f s f sa
Z
0.6 f y
(d c . A)1/ 3
Trong đó:
-
-
dc là chiều cao phần bê tông tính từ thớ ngoài cùng chịu kéo cho đến tâm của
thanh thép gần nhất, nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tĩnh của lớp
bê tông bảo vệ dc không lớn hơn 50 mm .
Z thông số bề rộng vết nứt N / mm , lấy Z 23000 N / mm cho các cấu kiện
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 22
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
-
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
trong môi trường khắc nghiệt và khi thiết kế theo phương ngang.
f sa ứng suất kéo trong bê tông ở trạng thái giới hạn sử dụng.
A: diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được
bao bởi các mặt cắt của MCN và đường thẳng song song với trục trung hoà,
chia cho số lượng các thanh thép mm2 .
4.6.1 Kiểm tra nứt đối với momen dương.
Momen dương lớn nhất M 17,59 KN.m
Tính f s
Xác định vị trí trục trung hòa
Lấy momen tĩnh với trục qua cạnh dưới của mặt cắt
Hệ số quy đổi cốt thép về bê tông là: n
Es
200000
6, 25
Ec 31975,35
h
200
S x x b.h. n. As .d n. As' .d ' 1000.200.
6, 25.678,58.31 6, 25.1206,37.169 21405703,19 mm3
2
2
Diện tích mặt cắt
A b.h n.As n.As' 1000.200 6, 25.678,58 6, 25.1206,37 211780,94 mm2
Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép dưới của mặt cắt
y
Sx x 21405703,19
101,07 mm
A
211780,94
Hình 14: Vị trí trục trung hòa của mặt cắt ngang.
Xác định momen quán tính của mặt cắt
I 0 0
b.h3
b.h.( y d 100)2 n. As .( y d 31)2 As' .( yt 68)2
12
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 23
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
I 0 0
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
1000.2003
1000.200.101,07 100)2 6, 25. 678,58.(101,07 31)2 1206,37.(98,93 68)2
12
= 6,95.108 mm4
Ứng suất trong cốt thép mép dưới của bản: f sd 6, 25.
dc 25
17,59.106.(101,07 31)
8,58 MPa
6,95.108
12
31 mm 50 mm
2
Đối với cốt thép chịu kéo cho mô men âm, dùng cốt thép 12 cách nhau 160 mm đặt
cách mặt chịu kéo xa nhất 31 mm.
A
2.31.1000
10333,3 mm2 (diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép).
6
Z
f sa
(dc . A)
1
3
23000
(31.10333,3)
1
3
336,14 MPa
0,6. f y 0,6.400 240MPa
d
f s 8,58 MPa f sa 336,14 MPa
Kiểm tra d
(thỏa mãn về điều kiện kiểm tra nứt)
f
8,58
MPa
0,6.
f
240
MPa
s
y
4.6.2 Kiểm tra nứt đối với momen âm
Momen âm lớn nhất M 30,53 KN.m
Khoảng cách từ trục trung hòa đến mép trên của mặt cắt
yt 200 101,07 98,93 mm
Ứng suất trong cốt thép ớ mép trên của bản
My
30,37.106.98,93
f st f s n
6,
25.
27,01 MPa
6,95.108
I
16
68 mm 50 mm
2
dc 50 mm
dc 60
A
f sa
2.50.1000
16666, 7 mm2
6
23000
(50.16666,7)
1
3
244, 41 MPa
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 24
Đồ án: CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
GVHD: Th.s LÊ VĂN LẠC
f 27, 01 MPa f sa 244, 41 MPa
Kiểm tra s
(thỏa mãn về điều kiện kiểm tra nứt)
f s 27, 01 MPa 0, 6. f y 240 MPa
Vậy bản mặt cầu thỏa mãn điều kiện kiểm tra nứt ớ trạng thái giới hạn sử dụng.
4.7 Bố trí cốt thép cấu tạo
Cốt thép phụ theo chiều dọc dưới đáy bản để phân bố tải trọng bánh xe dọc cầu đến cốt
thép chịu lực theo phương ngang. Diện tích yêu cầu tính theo phần trăm cốt thép chính
chịu momen dương. Đối với thép chính đặt vuông góc với hướng xe chạy A9.7.3.2 .
Số phần trăm = 3840 67%
S
Trong đó:
-
S là chiều dài có hiệu của nhịp. Đối với dầm T, S là khoảng cách giữa hai mặt
vách, nghĩa là S 2200 200 2000 mm .
số phần trăm
3840 3840
85,86 % 67 % 67 %
S
2000
As ( doc ) 0,67 duongAs 0,67 678,58 454,64 mm2
Chọn cốt thép dọc cấu tạo bên dưới 10a150 .
SVTH:ĐẶNG THÀNH HUY 15THXD
Trang 25