Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Mục lục Phần 1: Nội dung thuyết minh 1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) 3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm giữa 3.2 Đối với dầm biên 4. Tính toán bản mặt cầu 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải 4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ 4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu 4.5 Tính toán cốt thép chiu lực 5. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải 5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ 5.2 Các hệ số cho tĩnh tải p (Bảng A.3.4.1-2) 5.3 Xác định nội lực 6. Nội lực dầm chủ do hoạt tải 6.1. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn 6.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng ngời đi bộ 6.3 Xác định nội lực. 7. Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ 7.1 Thép 7.2 Bêtông 8. Chọn và bố trí cáp dự ứng lực 8.1 Chọn cáp dự ứng lực 8.2 Bố trí cáp dự ứng lực Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 1 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL 8.3 Tính tính các đặc trng hình học 9. Tính toán các mất mát ứng suất 9.1 Xác định một số thông số cho các bó cáp 9.2 Mất mát do ma sát f pF 9.3 Mất mát do tụt neo 9.4 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 9.5 Mất mát ứng suất do co ngót (A.5.9.5.4.2) 9.6 Mất mát ứng suất do từ biến 9.7 Mất mát do dão thép ứng suất trớc 10. Kiểm toán theo - Trạng thái giới hạn cờng độ I 10.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn 10.2 Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc 10.3 Tính cốt đai và kiểm toán cắt theo trạng thái giới hạn CĐ1 10.4 Kiểm toán dầm theo trạng thái giới hạn sử dụng 11. Tính độ võng cầu 11.1 Tính độ võng lực DƯL 11.2 Tính độ võng do tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải) 11.3 Tính độ võng tức thới do hoạt tải có xét lực xung kích 12. Tính toán dầm ngang 12.1 Nội lực do tải trọng cục bộ (hoạt tải) gây ra 12.2 Nội lực do tải trọng phân bố (tĩnh tải) 12.3 Bố trí cốt thép 12.4 Duyệt cờng độ kháng uốn 12.5 Duyệt cờng độ kháng cắt 13. Duyệt dầm ngang. 14. Vật liệu cho dầm Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 2 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Phần 2: Bản vẽ kỹ thuật (Bản vẽ khổ A1) Thiết kế 1 cầu Bê tông cốt thép DƯL , dầm giản đơn 1* Các số liệu cho trớc: - Dầm T, chiều dài toàn dầm L=24m, kết cấu kéo sau - Khổ cầu K8+2 x2m > W=8+2x2+0,5(gờ chắn)+0,5=13m là bề rộng tổng cộng - Tải trọng thiết kế: HL93. - Tao cáp DƯL:7K13 2*Tiêu chuẩn thiết kế: - Quy trình thiết kế : 22TCN 272 - 01 Bộ Giao thông vận tải. - Tải trọng thiết kế: HL93 , đoàn Ngời đi bộ. 3* Vật liệu sử dụng: Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 3 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL -Thép DƯL: .Cờng độ quy định của thép ứng suất trớc f pu =1860 Mpa .Giới hạn chảy của thép ứng suất trớc f py =0,9. f pu =1674Mpa .Hệ số ma sát à =0,23 .ứng suất cho phép khi kích f pj =0,7. f pu =1302Mpa .Cờng độ tính toán khi chế tạo R d1 =13280 Kg/cm 2 .Cờng độ tính toán khi sử dụng R d2 =12800 Kg/cm 2 .Môđun đàn hồi E t =197000Mpa -Vật liệu bêtông: bê tông là loại có cấp 450 .Cờng độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày fc=45Mpa. .Cờng độ chịu nén của bêtông khi tạo ứng suất trớc fci=0,9.fc=40,5Ma. .Môđun đàn hồi của bêtông Ec=4800 ' 32199, 4fc Mpa= .Cờng độ chịu kéo khi uốn f r =0.63 ' 4,23fc Mpa= 4* Yêu cầu: - Nội dung bản thuyết minh đầy đủ rõ ràng - Bản vẽ thể hiện mặt chính dầm, mặt cắt ngang, bố trí cốt thép ( bản vẽ trên giấy A1) Phần 1: Nội dung thuyết minh 1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu Tổng chiều dài toàn dầm là 24m , để hai đầu dầm mỗi bên 0,3m để kê gối. Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 23,4 m. Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ T chế tạo bằng bêtông có f c =45 MPa. Lớp phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,4cm , lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu. Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 4 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL 4x2650 13000 12001200 Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2650mm Giữa phần xe chạy và lề ngi đi phân cách bằng một gờ chắn bánh 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. Dầm chủ có tiết diện hình chữ T với các kích thớc sau: - Chiều dày bản: ts=20cm - Chiều cao toàn dầm: H=120cm - Chiều rộng bầu dầm: bb=60cm - Chiều cao bầu dầm: hb=32cm - Chiều dày bụng: bw=20cm - Chiều rộng bản cánh: b1=180cm - Rộng vát cánh: 20cm - Cao vát cánh: 10cm - Bán kính cong: Rc=20cm - Rộng vát bầu: 20cm - Cao vát bầu: 20cm - Phần hẫng: 120cm Các kích thớc khác nh hình vẽ: Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 5 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Mặt cát dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sờn dầm) 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) Yêu cầu: h min =0,045. L Trong đó ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=23400mm h min : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu, h min =1200mm suy ra: h min =0,045.L=0,045.23400=1053mm< h min =1200mm=> Thỏa mãn 3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm giữa Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của + 1/4 chiều dài nhịp (= 23400 5850 4 = mm) + 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm =12.200+max 2/1800 200 = 3300mm + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2500)->bi=2650mm 3.2 Đối với dầm biên Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong(=2650/2=1325) cộng trị số nhỏ nhất của Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 6 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(= 25200 2925 8 = mm) + 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính =6.200+max 4/1800 2/200 =1650 mm + Bề rộng phần hẫng( =1200 mm) ->be=1325+1200=2525 mm Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3 Dầm giữa (bi) 2650 mm Dầm biên (be) 2525 mm 4. Tính toán bản mặt cầu 1200 2650 2650 120026502650 850 A C EB D 1 2 3 4 5 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98). Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ. 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực Theo Điều (A.4.6.2.1) : Khi áp dụng theo phơng pháp giải phải lấy mô men dơng cực trị để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự đối với mô men âm do đó ta chỉ cần xác định nội lực lớn nhất của sơ đồ. Trong dầm liên tục nội lực lớn nhất tại gối và giữa nhịp. Do sơ đồ tính là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e nh hính vẽ. Theo Điều (A.4.6.2.1.6): Các dải phải đợc coi nh các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn. chiều dài nhịp phải đợc lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ. Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải , các cấu kiện đỡ phải đợc giả thiết là cứng vô hạn . Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 7 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Các tải trọng bánh xe có thể đợc mô hình hoá nh tải trọng tập trung hoặc nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc đợc chỉ trong điều (A.3.6.1.2.5) cộng với chiều cao của bản mặt cầu, ở đồ án này coi các tải trọng bánh xe nh tải trọng tập trung. Xác định nội lực do tĩnh tải Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo Bảng (A.3.5.1.1) AASSHTO Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều do TTBT của bản mặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng. Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1 mét dài bản mặt cầu Thiết kế bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đều do TTBT bản mặt cầu: g DC(bmc) =200.1800.24.10 -6 = 8,64 KN/m Thiết kế lớp phủ dày 74mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ: g DW =74.2250.10 -4 =1,665 KN/m Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi của lan can không đặt ở mép bản mặt cầu nhng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép.g DC(Lan can) = 4,564 KN/m + Để tính nội lực cho các mặt cắt a, b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng của các mặt cắt rồi xếp tải lên đơng ảnh hởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chơng trình Sap2000 để vẽ DAH và từ đó tính toán nội lực tác dụng lên bản mặt cầu. + Công thức xác định nội lực tính toán: M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác xác định theo Điều 1.3.2 = i . D . R 0,95 Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 0,95 (theo Điều 1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d R = 0,95 (theo Điều 1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác i = 1,05 (theo Điều 1.3.5) => = 0,95 Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 8 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL p : Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2) Loại tải trọng TTGH Cờng độ1 TTGH Sử dụng DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1 DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1 4.2.1 Nôi lực mặt cắt a Mômen tại mặt cắt a là mômen phần hẫng. Sơ đồ tính dạng công xon chịu uốn M a = ]10.25,1.1200 10.2 5,1.900.900. 10.2 1200.1200. .[. 3 )( 6 Ư 6 )( ++ lcncanDCp WD p bmcDC p g g g Trong THGH CĐ1 M a =- ]10.25,1.1200.564,4 10.2 5,1.900.900.665,1 10.2 25,1.1200.1200.8,4 .[95,0 3 66 ++ =-11,71kNm Trong THGH SD M a =- ]10.1.1200.564,4 10.2 1.900.900.665,1 10.2 1.1200.1200.8,4 .[95,0 3 66 ++ =-9,24 kNm 4.2.2 Nội lực mặt cắt b Đ ờng ảnh h ởng Mb + - Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn hơn 1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ hơn 1.Cụ thể xếp nh sau: Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 9 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL - + Bmc Phủ Xếp tải lên phần Đah d ơng Phủ - Bmc + Xếp tải lên phần Đah âm Tính nội lực theo công thức: M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) Trên phần Đah dơng: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Với lớp phủ lấy hệ số p = 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Trên phần Đah âm: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Với lớp phủ lấy hệ sô p = 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Sau khi giải sơ đồ bằng Sap2000 kết quả mô men M b trong bảng dới đây bảng 4.2.2 Phn ah TTGH Cng 1 TTGH Sử dụng Bản mặt cầu Lp phủ Bản mặt cầu Lớp phủ Dng 3,621 1,484 2,880 0,992 m -0,441 -0,222 -1,526 -0,334 1,992 1,2243 1,2334 0,3658 Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp Lớp: Cầu Hầm K43 10 [...]... Ho t tải xe t thi t kế và quy t c xếp t i (Điều 3.6.1.3) Ho t tải xe HL93 - Ho t tải xe t trên m t cầu hay k t cấu phụ trợ (HL- 93) sẽ gồm m t tổ hợp của : + Xe t i thi t kế hoặc hai trục thi t kế + T i trọng làn thi t kế - Hiệu ứng lực của t i trọng làn thi t kế không x t lực xung kích - Quy t c xếp t i (A.3.6.1.3) Hiệu ứng lực lớn nh t phải đợc lấy theo giá trị lớn hơn của các trờng hợp sau. .. các c t thép không đợc v t quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450mm Smax 1,5x200=300 (mm) 4.5.3 Bố trí c t thép âm cho phần hẫng của bản m t cầu( cho 1m dài bmc) và kiểm toán theo THGH CĐ 1 Để thận tiên cho thi công: Bố trí 2 m t phẳng lới c t thép cho bản m t cầu nên c t thép âm cho phần hẫng đợc bố trí giống c t thép âm(6 thanh 16) Chỉ tiến hành kiểm toán + Mômen t nh toán cho mômen âm của bản m t cầu. ..Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL T ng nội lực 3,1075 1,92435 4.2.3 Nội lực m t c t Mc + + - - Đ ờng ảnh h ởng Mc Làm t ng t nh trên , ta có bảng k t quả sau: Bảng 4.2.3 Phần ĐAH TTGH Cờng độ 1 TTGH Sử dụng Bản m t cầu Lớp phủ Bản m t cầu Lớp phủ Dng -4 ,123 -1 ,1813 -3 ,329 -1 ,16 m 0,613 0,2035 0,913 0,1742 -3 ,35 -1 ,5276 -2 ,4223 -0 ,990 T ng nội lực -4 ,8772 -3 ,4212 4.2.4 Nội lực m t c t Md... DƯL Phải đ t lớp c t thép đng hớng ,fy 400Mpa C t thép phải càng gần các m t ngoài càng t t Lớp đáy : Số lợng thép t i thiểu cho mỗi lớp bằng 0,57 mm 2/mm Theo thi t kế trên c t thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng dọc là 0,8 mm2/mm > 0,57mm2/mm ( thoả mãn) Lớp đỉnh : Số lợng thép t i thiểu cho mỗi lớp bằng 0,38 mm2/mm Theo thi t kế trên c t thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng... Đờng ảnh hởng lực c t m t c t gối 1 W= 11,7m2 ĐAH MC gối Làm t ng t nh trên, ta có bảng t ng k t sau: Mômen do t nh t i Bảng 5.3.1 L/2 L/4 TTGH SD 0,8 TTGH CĐ1 TTGH SD 2551,31 2001,547 449,292 352,48 2829,404 2224 ,022 498,265 391,635 TTGH CĐ1 Dầm trong Dầm ngoài TTGH SD TTGH CĐ1 3401.74 2668,73 3772.54 2965,36 Lực c t do t nh t i Dầm trong Dầm ngoài m Bảng 5.3.2 L/2 TTGH TTGH CĐ1 SD TTGH CĐ1 45.54 0.00... 2 2 Vì không có c t thép ứng su t trớc ,b=bW và coi As = 0 a 2 M n = As f y d s Trong đó: AS = Diện t ch c t thép chịu kéo không ứng su t trớc (mm2) fy Giới hạn chảy qui định của c t thép (Mpa) = dS = Khoảng cách t i trọng t thớ nén ngoài cùng đến trọng t m c t thép chịu kéo không ứng su t trớc (mm) A'S = Diện t ch c t thép chịu nén (mm2) f'y = Giới hạn chảy qui định của c t thép chịu nén (Mpa)... động đ t 5.1 T nh t i rải đều lên 1 dầm chủ T trọng của các cấu kiện lấy theo bảng (A.3.5.1.1) AASHTO,giả thuy t tĩnh t nh t i phân bố đều cho mỗi dầm, riêng lan can thì m t mình dầm biên chịu + T i trọng bản thân dầm DCdc Thành phần t nh t i DC bên trên bao gồm toàn bộ t nh t i k t cấu trừ t nh t i lớp m t hao mòn dự phòng và t i trọng dự chuyên dụng Do mục đích thi t kế 2 phần của t nh t i đợc định... (Xem bảng 4.b) Do mômen t nh toán Mu < Mômen t nh toán của mômen âm của bản m t cầu nên chắc chắn các kiểm toán trong kiểm toán về cờng dộ thoả mãn 4.5.4 Bố trí c t thép co ng t và nhi t độ Theo Điều A.5.10.8 c t thép cho các ứng su t co ng t và nhi t độ phải đợc đ t gần bề m t bê t ng lộ ra trớc các thay đổi nhi t độ hàng ngày Đối với các cấu kiện mỏng hơn 1200mm diện t ch c t thép mỗi hớng không đợc... Do lớp phủ m t cầu Do t m dỡ bằng BTCT Do lan can 5.2 Các hệ số cho t nh t i p (Bảng A3.4. 1-2 ) Bảng 5.2 Loại t i trọng TTGH Cờng độ1 TTGH Sử dụng DC: Cấu kiện và các thi t bị phụ 1,25/0,9 1 Sinh viên: Nguyễn Quốc Hiệp 27 Lớp: Cầu Hầm K43 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL DW: Lớp phủ m t cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1 5.3 Xác định nội lực Ta t nh toán nội lực dầm chủ t i 4 m t c t: MC giữa nhịp,... bố trí c t thép theo phơng dọc, chọn No10 @200 As= 0.5mm2/mm Khoảng cách lớn nh t giữa c t thép là 450mm 5 T nh toán nội lực dầm chủ do t nh t i T i trọng t c dụng nên dầm chủ T nh t i : T nh t i giai đoạn 1 DC1 và t nh t i giai đoạn 2 (DC2+ DW) Ho t tải gồm cả lực xung kích(IL+IM) : Xe HL 93 Nội lực do căng cáp ứng su t trớc Ngoài ra còn các t i trọng: Co ng t, t biến, nhi t độ, lún, gió, động đất . chắn)+0,5=13m là bề rộng t ng cộng - T i trọng thi t kế: HL93. - Tao cáp DƯL:7K13 2*Tiêu chuẩn thi t kế: - Quy trình thi t kế : 22TCN 272 - 01 Bộ Giao thông vận t i. - T i trọng thi t kế: HL93 , đoàn. Bản vẽ kỹ thu t (Bản vẽ khổ A1) Thi t kế 1 cầu Bê t ng c t thép DƯL , dầm giản đơn 1* Các số liệu cho trớc: - Dầm T, chiều dài toàn dầm L=24m, k t cấu kéo sau - Khổ cầu K8+2 x2m > W=8+2x2+0,5(gờ. t biến 9.7 M t m t do dão thép ứng su t trớc 10. Kiểm toán theo - Trạng thái giới hạn cờng độ I 10.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn 10.2 Kiểm tra hàm lợng c t thép ứng su t trớc 10.3 T nh cốt