Bé m«n cÇu hÇm TKMH cÇu bª t«ng cèt thÐp ThiÕt kÕ m«n häc cÇu bª t«ng cèt thÐp Dù øng lùc NguyÔn ThÞ Duyªn Líp §êng bé B – K43 1 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 1. Số liệu thiết kế. 1.1 Số liệu chung Số liệu cố định: Chiều dài nhịp 30 m Khổ cầu 7+2x1.5 m Vật liệu kết cấu BTCTDUL Số liệu chọn: Tải trọng thiết kế HL93+ Ngời đi 3.10 -3 Mpa Dạng kế cấu nhịp Cầu Dầm Dạng mặt cắt Hình hộp Công nghệ chế tạo Căng trớc Cấp bê tông Grade 60 Loại cốt thép Tao 15.2 mm Cốt thép thờng G40; G60 hoặc tơng đơng 1.2 Vật liệu 1.2.1 Bê tông 1.2.1.1 Dầm bê tông đúc sẵn Cờng độ ở tuổi 28 ngày fci=40 Mpa Cờng độ khi cắt thép fci= 34 Mpa Tỷ trọng bê tông c=2400 kg/m 3 ( Khi tính tĩnh tải ) c =2500kg/m 3 =24.525 kN/m 3 Mô đun đàn hồi Ec=0.043*c* cif ' =31975 Mpa Mô đun chống cắt fr=0.63* cif ' =3.98 Mpa Hệ số poisson 0.2 1.2.1.2 Bản bê tông đổ sau Cờng độ ở 28 ngày fc=30 Mpa Mô đun đàn hồi Ec=0.043*c* cf ' =27691 Mpa Mô đun chống cắt fr=0.63* cif ' =3.45 Mpa Tỷ số mô đun đàn hồi nr=1.15 1.2.2 Cốt thép thờng Giới hạn chảy của tất cả các loại cốt thép khác =240 Mpa Giới hạn chảy của thép dọc chủ =420 Mpa Mô đun đàn hồi Es=200000 Mpa 1.2.3 Cốt thép DUL Cờng độ phá hoại fpu=1860 Mpa Giới hạn chảy fpy=0.9*fpu=1674 Mpa Mô đun đàn hồi Ep=197000 Mpa Nguyễn Thị Duyên Lớp Đờng bộ B K43 2 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 2. Lựa chọn hình dạng và kích thớc mặt cắt . 2.1. Mặt cắt ngang toàn cầu . -Số lợng dầm: n=11 dầm -Khoảng cách giữa các dầm: s g =1 m -Khoảng cách tim dầm tới mép lan can de=0.0 mm Lớp Asphan has=50mm Lớp Tạo phẳng hpv=100mm 1 2 A-A tl 1/50 1 2 B-B tl 1/50 Bê tông atphan has =5 cm Lớp tạo phẳng hpv=10cm 2% 2% 2.2. Đặc tr ng mặt cắt ngang dầm bản rỗng . Kết cấu các khối bản lắp ghép của cầu sẽ đợc phân tích theo 3 giai đoạn : Giai đoạn I : có xét trọng lợng bản thân dầm (dầm giản đơn) Giai đoạn II : có xét trọng lợng bản thân liên hợp đợc đặt thêm bên trên các khối bản đã lắp ghép Giai đoạn III : có xét trọng lợng lớp phủ mặt cầu , lan can ,gờ chắn , , Kích thớc (mm) a 325 Dy 300 b 60 Bs 1000 c 365 Bt 960 h 750 Bm 870 d 100 Bb 980 e 375 Số lỗ 2 Dx 300 K c Lỗ 450 450 h=750 300 Bt960 Bm=870 d=100 Bs=1000 c=365 b=60 a=325 Bb=980 e=375 Nguyễn Thị Duyên Lớp Đờng bộ B K43 3 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 2.3. Đặc tr ng hình học mặt cắt dầm. Với mặt cắt tổ hợp ta quy đổi bê tông bản mặt cầu về bê tông dầm bằng cách lấy chiều rộng bản mặt cầu cho tỷ số mô đun đàn hồi Bảng tính đặc trng hình học mặt cắt. A y Ay Ay 2 Ixx Mặt cắt mm 2 mm mm 3 mm 4 mm 4 a 318500 162.500 51756250 8410390625 2803463542 b 55500 354.405 19669500 6970977122 16630378 c 333975 570.492 190530000 108695803279 3525466563 d - 750.000 0 0 0 e -261372 375.000 -98014500 -36755437500 -4218750000 f - 0 0 0 Total 1 446603 0.000 163941250 87321733525 2126810483 g (/ n r ) 86603 800.000 69282032 55425625842 72168784 Total 2 533206 0.000 233223282 142747359368 2198979266 Bảng tổng hợp đặc trng hình học mặt cắt. Mặt cắt Mặt cắt Đặc trng hình học thu hẹp liên hợp Đơn vị Diện tích A 446603 533206 mm 2 Mômen quán tính I 29268174750 42934834084 mm 4 Kc từ trọng tâm tới thớ dới y b 367 437 mm Kc từ TTH tới thớ trên dầm y t 383 313 mm Kc từ TTH tới thớ trên bản y td 0 413 mm Mô men tĩnh với thớ dới dầm S b 79749795 98159546 mm 3 Mô mrn tĩnh với thớ trên dầm S t 76418211 137346841 mm 3 Mô men tĩnh với thớ trên bản S td 0 104058831 mm 3 Nguyễn Thị Duyên Lớp Đờng bộ B K43 4 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 3. Xác định tải trọng tĩnh. Giai đoạn 1 Trọng lợng dầm Wdt=Aco*c=0.4466*24.525= 10.9417735 Kn/m Giai đoạn 2 Gờ chân lan can Wcb=Acb*c =0.55*0.5*24.525 = 6.744375 Kn/m ( Dầm biên) Tay vịn lan can Wrl=0.04*9.81 = 0.3924 KN/m ( Dầm biên) lớp tạo dốc Wrl=hpv*(khoang cách dầm -0.5)*c = 1.22625 KN/m ( Dầm biên) Wrl=hpv*(khoang cách dầm )*c = 2.4252 kN/m ( Dầm trong) Asphan Was=has*(Kc dầm -0.5)*as=0.5*(1-0.5)*21.6= 0.54 kN/m (Dầm biên) as=21.6 kN/m 3 Was=has*(Kc dầm )*as=0.5*1*21.6= 1.08 kN/m ( Dầm trong) Bê tông lấp dầy Wcip=(Sg*hg-Ac)/2*c= 3.884 kN/m (Dầm biên) Wcip=(Sg*hg-Ac)*c= 7.768 kN/m ( Dầm trong) Bản liên hợp Wd2=d*Sg*c =0.1*1*21.1276= 2.12176 kN 4. Phân tích hoạt tải. 4.1.Tính hệ số phân bố ngang hoạt tải 4.1.1 -Phân bố hoạt tải trên làn đối với mô men Tại dầm trong tính cho trờng hợp 2 làn trở lên D in = 06.02.06.0 )/.()/.()1000/.( JIlbbk Trong đó: k=2.5*(Nb) -0.2 =2.5*(11) -0.2 =1.547 l=17500 mm : Chiều dài tính toán của nhịp Nb=11 :số lợng dầm trên mặt cắt ngang b=1000 m : bề rộng dầm I : Mô men quán tính dầm (m 4 ) J : Mô men quán tính cực (m 4 ) Trong thiết kế sơ bộ ta chọn I / J =1 Từ đó ta tính đợc: D in =1.547*(1000/1000) 0.6 * (1000/17500)1 0.06 =0.251 4.1.2 -Phân bố hoạt tải trên làn đối với momen tại dầm biên D ex =e*D in de=Khoảng cách từ sờn ngoài của dầm biên đến mép trong của đá vỉa hay lan can chắn xe de=0 mm > e=1.04+d e /7600 =1.04+0/7600=1.04 > D ex =1.04*0.251=0.261 4.1.3 -Phân bố hoạt tải trên làn đối với lực cắt tại dầm trong: Tải trọng thiết kế 2 lan hoặc hơn 2 làn D in-s = 05.01.04.0 )/.()/.()4000/( JIlbb =(1000/4000) 0.4 *(1000/17500)*1 0.05 =0.425 -Phân bố hoạt tải đối với lực cắt tại dầm biên: Nguyễn Thị Duyên Lớp Đờng bộ B K43 5 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép Tải trọng thiết kế 2 lan hoặc hơn 2 làn D in-s = e*D in-s e=1.02+de/15000=1.02+0/15000=1.02 D in-s =1.02*0.425=0.433 Bảng tổng hợp hệ số phân bố hoạt tải của dầm giữa và biên Mô men lực cắt Dầm giữa 0.251 0.425 Dầm biên 0.261 0.433 Max 0.261 0.433 4.1.4 Hệ số xung kích IM=25% cho các bộ phân cầu IM=75% cho mối nối bản mặt cầu IM=15% Cho TTGH mỏi và giòn 4.2. hoạt tả i AASHTO HL- 93 -Xe tải thiết kế là xe có ba trục trong đó Hai trục trớc cách nhau 4.3 m Hai trục sau cách nhau từ 4.3 đến 9.3 m Ta dùng loại xe có hai trục sau cách nhau 4.3 m Trong đó P1=35 P2=P3=145 -Xe 2 trục thiết kế 110 kN 110kN 1.2m -Tải trọng làn thiết kế 9.3 kN/m Đờng ảnh hởng mô men , lực cắt và sơ đồ xếp tải xe HL93 Nguyễn Thị Duyên Lớp Đờng bộ B K43 6 WL=9.3KN/m 35KN 145KN 4300mm 4300mm tới 9000mm 145KN Bé m«n cÇu hÇm TKMH cÇu bª t«ng cèt thÐp MÆt c¾t L/2 MÆt c¾t L/4 NguyÔn ThÞ Duyªn Líp §êng bé B – K43 7 Bé m«n cÇu hÇm TKMH cÇu bª t«ng cèt thÐp MÆt c¾t 3L/8 MÆt c¾t dv=612mm MÆt c¾t gèi NguyÔn ThÞ Duyªn Líp §êng bé B – K43 8 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 4.3 Tính mô men và lực cắt do tải trọng thờng xuyên -Mô men do tải trọng Pi đặt cắch gôi trái một khoảng x m đợc xác định theo công thức M pi = L xLxP i )(. -Mô men do tải trọng dải đều q= 9,3 kN /m tai vị trí cách gối 1 khoang là x đợc tính theo công thức sau Mq= 2 *** 2 * x xqx L q Bảng tổng hợp mô men và lực cắt trên dầm biên Mô men Lực cắt mặt cắt L/2 L/4 3L/8 dv Gối L/2 L/4 3L/8 dv Gối đờng ảnh hởng 52.531 39.4 49.248 6.086 0 0 5.13 7.69 9.64 10.25 bản liên hợp 111.46 83.59 104.49 12.912 0 0 10.874 16.31 20.45 21.75 gờ chân lan can 354.29 265.7 332.15 41.044 0 0 34.565 51.85 65.00 69.13 Tay vịn 20.613 15.46 19.325 2.388 0 0 2.0111 3.017 3.78 4.022 lớp tạo dốc 64.416 48.31 60.39 7.463 0 0 6.2845 9.427 11.82 12.57 Asphan 28.367 21.28 26.594 3.286 0 0 2.7675 4.151 5.20 5.535 bê tông lấp đầy 204.03 153 191.28 23.637 0 0 19.906 29.86 37.43 39.81 Tổng (DW) 835.71 626.8 783.48 96.817 0 0 81.533 122.3 153.33 163.1 luợng dầm DC 574.79 431.1 538.86 66.589 0 0 56.077 84.11 105.46 112.2 Bảng tổng hợp mô men và lực cắt trên dầm trong Mô men Lực cắt (kN) mặt cắt L/2 L/4 3L/8 dv Gối L/2 L/4 3L/8 dv Gối đờng ảnh hởng 52.531 39.4 49.248 6.0857 0 0 5.13 7.69 9.64 10.25 bản liên hợp 111.46 83.59 104.49 12.912 0 0 10.874 16.31 20.45 21.75 gờ chân lan can 0 0 0 41.044 0 0 34.565 51.85 65.00 69.13 Tay vịn 0 0 0 2.388 0 0 2.0111 3.017 3.78 4.022 lớp tạo dốc 127.4 95.55 119.44 14.759 0 0 12.429 18.64 23.37 24.86 Asphan 56.734 42.55 53.188 6.5726 0 0 5.535 8.303 10.41 11.07 bê tông lấp đầy 408.06 306 382.56 47.274 0 0 39.811 59.72 74.87 79.62 Tổng (DW) 756.19 567.1 708.92 131.04 0 0 110.35 165.5 207.52 220.7 luợng dầm DC 574.79 431.1 538.86 66.589 0 0 56.077 84.11 105.46 112.2 Nguyễn Thị Duyên Lớp Đờng bộ B K43 9 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 4.4 Tính Nôi lực do hoạt tải Theo sơ đồ xếp tải ta tính đợc nội lực theo công thức sau Xe tải thiết kế ( hoặc xe 2 trục) Mô men M = iPi * Lực cắt V= iVi * Tải trọng làn Mô men M = W*F m Lực cắt V=W*F q 4.4.1 Xe Tải thiết kế Mặt cắt L/2 dv 3L/8 Gối Xe tải thiết kế M(kN.m) 941.9 115 892 0 Q(kN) 90.69 248 105.62 260.2 4.4.2 Xe 2 trục Mặt cắt L/2 dv 3L/8 Gối Xe hai trục thiết kế M(kN.m) 875.3 102 824.35 0 Q(kN) 65.73 140 88.142 159.6 4.4.3 Tải trọng làn - Là tải trọng phân bố q= 9,3 kN/m trên toàn chiều dài cầu và tính trên 3 m mặt cắt ngang cầu Mặt cắt L/2 dv 3L/8 Gối Tải trọng làn thiết kế M(kN.m) 488.541 56.53 458 0 Q(kN) 23.8313 89.7 14.9 95.325 4.4.4 Tải trọng bộ hành(PL) Khi đờng bộ hành rộng hơn 600 mm phải lấy tải trọng ngời đi bộ bằng 3.10 -3 Mpa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế Mặt cắt L/2 dv 3L/8 Gối PL M(kN.m) 157.594 18.23 148 0 Q(kN) 7.6875 28.94 12 30.75 Nguyễn Thị Duyên Lớp Đờng bộ B K43 10 [...]... = Vc +Vs +Vp (TCN 5.8.3. 3-1 ) Nguyễn Thị Duyên 23 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép Vn = 0.25 fcbvdv +Vp Với Vc- sức kháng cắt của thành phần bê tông (TCN 5.8.3. 3-2 ) Vc = 0.083 f c ' bvdv (TCN 5.8.3. 3-2 ) Vs - sức kháng cắt của thành phần cốt thép chịu cắt Af d (cot g + cot g ) Vs = y v s - góc nghiêng của ứng suất nén kéo (độ) - góc nghiêng của cốt thép ngang với trục dọc,... cuối cùng thớ trên dầm : fg(top) = 1.07 8-3 .270 =-2 .192 MPa Nguyễn Thị Duyên 18 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép Giới hạn ứng suất kéo trong diện tích cốt thép dính bám: f ti = 0.5 f 'ci = -3 .000 MPa >-2 .192 Mpa -> Đạt ứng suất do dự ứng lực tại thớ dới dầm: fp = Pj Ago + M pj Sb = 14.561 MPa ứng suất cuối cùng thớ dới dầm : fg(bot) = -1 .033+14.561=13.528MPa Giới hạn ứng suất... P=n*Aps*(0.78*fpu-Mất mát)=n*98.7*(145 1-2 57) = 117828.06*n (N) Tổng cộng ứng suất thớ dới đầm biên fb=fo+fdl+fcb+frl+fpv+fl =-7 .18 5-1 .39 3-3 .57 9-0 .20 8-2 .99 8-9 .514 Giới hạn ứng suất nén của bê tông 0.6*f'c=0.6*40 Vì fb > Giới hạn ứng suất chịu nén của bê tông nên Dự ứng suất nén yêu cầu là =24 Mpa Tính P/Ag0 +P*e0/Sb=24 Chọn thử lần 1 Trọng tâm của tất các bó thép tính tới Thớ dới dầm Tới trọng tâm mặt cắt = -2 4.877... cùng thớ dới dầm :fg(bot) =18.446 5-2 .2647=16.1818 Mpa Giới hạn ứng suất nén trong cấu kiện ứng suất fci = 0.60 fci =0.6*36= 21.6 MPa > 16.450 MPa Đạt ! Nguyễn Thị Duyên 19 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép Bảng ứng suất cách gối 1 khoảng 1.0 + D Do trọng lợng bản thân Do dự ứng suất ứng suất cho phép Thớ trên (MPa) 2.3634 -4 .3436 -1 .9802 -3 Đạt ! Thớ dới (MPa) -2 .2647 18.4465... MPa kc ) = 1860*( 1- 0.28 * 389 )=1597.29 MPa < fpu = 1860 dp 771.25 Sức khánh uốn danh định : a 2 a 2 Mn = Aps f ps (d p ) + As f y (d s ) = 3931.3275 MPa Sức kháng uốn : Nguyễn Thị Duyên 21 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép Mr = Mn = 3931.3275 kN.m > Mu =3439.339 kN.m Vậy kiểm toán đạt yêu cầu 7.5 Các giới hạn cốt thép 7.5.1 Cốt thép tối đa Lợng cốt thép tối đa ứng suất... Duyên 16 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 6.3 ứng suất trong gian đoạn khai thác Hiệu quả lực UST sau tất cả các mất mát Pe= n*Aps(0.78fpu-mất mát)=40*98.7*(145 1-2 57)=4.174 Mpa ứng suất thớ trên dầm bê tông tại giữa nhịp do DUL fpe'=Pe/Ago-Mpe/St = 4.174 4.174 * 0.28825 = 446603 * 10^ 6 76418211 *10^ 9 =-6 .3982 ứng suất cuối cùng trong thớ trên dầm ứng suất do tải trọng thờng... Chọn 40 tao thép 12.7 mm Nguyễn Thị Duyên 15 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép Bố trí : Trọng tâm hàng thứ nhất ,19 tao tới thớ dới dầm Trọng tâm hàng thứ hai, 19 tao tới thớ dới dầm Trọng tâm hàng thứ ba , 2 tao tới thớ dới dầm 50mm 100 mm( 19 tao) 150( 2tao) 19 * 50 + 19 * 100 * 2 * 150 = 78.75 mm 40 e0=yb-y=36 7-7 8.75= 288.25 mm Trọng tâm tất cả các tao tới thớ dới dầm y= Trọng... kN (2) (TCN 5.8.3. 3-2 ) Dùng Vn = 1047.945 kN Nguyễn Thị Duyên 25 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép Cốt thép đai sẽ phải bố trí khi : Vu > 0.5 (Vc + Vp ) (TCN 5.8.2. 4-1 ) 0.5 (Vc + Vp ) = 0.5*0.9*(1047.945+0)=582.192 MPa >773 MPa Vậy cần bố trí cốt thép đai 7.6.4.4 Khoảng cách tối đa cốt thép đai chịu cắt (22TCN 272 01 5.8.2.7) Nếu Vu < 0.1 fc bv dv thì S < 0.8 dv < 600 mm Nếu... (mm) đợc tính theo : Id > (0.15 fps - 0.097 fpe) db (TCN 5.11.4. 1-1 ) fps =1551.2 MPa Nguyễn Thị Duyên 22 Lớp Đờng bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép fpe = 0.78 fpu - Mất mát = 145 1-1 30.527=1320.473 MPa db = 12.7 mm Thay vào ta đợc : Id = (0.15*1551. 2-0 .097*1320.473)*12.7=1328mm = 1.328 m 7.6 Thiết kế chống cắt 7.6.1 Quy định của Tiêu chuẩn (22TCN 272 - 01 5.8.1.1) Chấp nhận mô hình tính... bộ B K43 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 2 Pi P *e + i o = 23.49208 MPa Ago Ig M *e fdog = do o = -5 .6682 MPa I go fps = fcgp = fdog + fps =17.83126 MPa Mất mát co ngắn đàn hồi (EP/Eci) fcgp =(19700/ 30334)*17.83126=114.627 MPa 6.4.3 Mất mát do cốt thép tự chùng fprl = Log (24t)/40.0 (fpj/fpy 0.55) fpj = fpj = 0.78 fpu = 1451 MPa fpy = 0.90 fpu = 1674 MPa Thời gian để bê tông đạt đợc fci . 3 Bộ môn cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 2.3. Đặc tr ng hình học mặt cắt dầm. Với mặt cắt tổ hợp ta quy đổi bê tông bản mặt cầu về bê tông dầm bằng cách lấy chiều rộng bản mặt cầu cho tỷ. cầu hầm TKMH cầu bê tông cốt thép 2. Lựa chọn hình dạng và kích thớc mặt cắt . 2.1. Mặt cắt ngang toàn cầu . -Số lợng dầm: n=11 dầm -Khoảng cách giữa các dầm: s g =1 m -Khoảng cách tim dầm tới. biên fb=fo+fdl+fcb+frl+fpv+fl =-7 .18 5-1 .39 3-3 .57 9-0 .20 8-2 .99 8-9 .514 = -2 4.877 Mpa Giới hạn ứng suất nén của bê tông 0.6*f'c=0.6*40 =24 MPa Vì fb > Giới hạn ứng suất chịu nén của bê tông nên Dự ứng