ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP CẦU BTDUL GIẢN ĐƠN ĐƯỜNG Ô TÔ 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 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 11. Tính toán dầm ngang 11.1 Nội lực do tải trọng cục bộ (hoạt tải) gây ra 11.2 Nội lực do tải trọng phân bố (tĩnh tải) 11.3 Bố trí cốt thép 11.4 Duyệt cờng độ kháng uốn 11.5 Duyệt cờng độ kháng cắt 12. Tính độ võng cầu 12.1 Tính độ võng lực DƯL 12.2 Tính độ võng do tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải) 12.3 Tính độ võng tức thới do hoạt tải có xét lực xung kích Phần 2: bản vẽ kỹ thuật (Bản vẽ khổ A1) Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép f1 I. Nội dung thiết kế: - Thiết kế kết cấu nhịp cầu BTDUL giản đơn đờng ô tô. Các số liệu thiết kế: - Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05 - Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93, Tải trọng ngời đi bộ 300 Kg/m 2 . - Chiều dài nhịp: 33m - Khổ đờng ô tô: 9 m - Chiều rộng vỉa hè: 1.5 m - Dự ứng lực căng sau. - Loại cốt thép dự ứng lực: 12K15 - Mác bê tông: f ' c = 50 MPa - Có dầm ngang - Mặt cắt chữ I liên hợp bản BT II. Thiết kế cấu tạo mặt cắt ngang cầu: + Chiều dài tính toán: L tt - L tt =L toàn nhip 2a = 33 - 2 ì 0.4=32.2 m Trong đó: a là khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối, chọn a=40 cm + Số lợng và khoảng cách dầm chủ: - Chiều rộng phần xe chạy B 1 = 9 m, chiều rộng vỉa hè B 3 =1.5 m - Chọn dạng bố trí lề ngời đi bộ cùng mức, dùng gờ chắn rộng B 2 =25 cm. Cột lan can rộng B 4 = 25 cm Chiều rộng toàn cầu: B=B 1 +2(B 2 +B 3 +B 4 ) = 900+2(25+100+25)= 1300 cm - Chọn số lợng dầm chủ N b = 6, khoảng cách giữa tim các dầm chủ là 210 cm, khoảng cách từ tim dầm biên đến mép ngoài cùng là 125 cm + Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thớc sau: - Chiều cao toàn dầm tối thiểu thông thờng theo bảng 2.5.2.6.3-1( Tiêu chuẩn 22TCN 272-05): H min =0.045 L tt =0.045 ì 32.2=1.449 m. Chọn H=1600mm - Chiều dày sờn dầm tại mặt cắt giữa nhịp là 200mm - Chiều cao toàn dầm: 1600mm. - Chiều dày sờn dầm: 200mm. - Chiều rộng bầu dầm: 600mm. - Chiều cao bầu dầm: 180mm. - Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 170 mm. - Chiều rộng cánh dầm: 500mm. - Phần gờ đỡ bản bêtông đổ trớc: 40mm (mỗi bên). Các kích thớc khác nh hình vẽ: Dầm ngang: - Bố trí dầm ngang tại các vị trí: gối cầu, L/4, L/8, L/2 (5 mặt cắt) - Số lợng dầm ngang: N n =(N b -1) ì 7= 5 ì 7 = 35 dầm - Chiều cao dầm ngang: H n =1600 -180 - 40=1380 mm=1.38 m - Bề rộng dầm ngang: bn=20 cm - Chiều dài dầm ngang: ln=220 cm Bản mặt cầu: - Chiều dày trung bình bản mặt cầu: h f =20 cm. - Lớp bê tông atphalt: t 1 =0.07 m - Lớp bê tông phòng nớc: t 2 =0.004 m. Bố trí chung mặt cắt ngang cầu: III. Vật liệu và đặc trng hình học 1. Vật liệu: - Bê tông dầm: + f c1 = 50 Mpa + c = 25 KN/m 3 + Hệ số poisson = 0,2 - Bê tông bản mặt cầu: + f c2 = 40 Mpa + c = 25 KN/m 3 - Lớp phủ có: c = 22,5 KN/m 3 - Cốt thép DƯL: 12K15 + Mô đun đàn hồi Ep = 197000 Mpa + Diện tích 1 tao = 140 mm2 + Giới hạn chảy fpu=1860 Mpa. - Cốt thép thờng có + Mô đun đàn hồi Es = 200000 Mpa. + fu = 620 MPa, fy = 400 MPa 2. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (Theo điều 4.6.2.6.1) 2.1. Đối với dầm giữa: - Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của + 1/4 chiều dài nhịp = 8.05 4 2.32 = m=8050 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 ì 200+ max 200 500 / 2 = 2650 mm + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau S= 2100 mm. Bề rộng bản cánh hữu hiệu là 2100 mm. 2.2. Đối với dầm biên: - Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm trong kề bên (=2100/2=1050 mm) cộng thêm trị số nhỏ nhất của + 1/8 chiều dài nhịp tính toán = 4025 8 32200 = 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 ì 200+ max 200 500 / 4 = 1400 mm + Bề rộng phần hẫng =1250 mm . Bề rộng bản cánh hữu hiệu là 1050+1250=2300 mm. Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 1 Dầm giữa (b i ) 2100 mm Dầm biên (b e ) 2300 mm 3. Xác định đặc đặc trng hình học mặt cắt dầm I cha liên hợp: - 3.1. Mặt cắt tại gối: - Chọn gốc tọa độ tại mép dới mặt cắt, các đặc trng hình học đợc tính trong bảng sau: + I x ,I o : mô men quán tính của mặt cắt đối với trục x qua mép dới dầm và đối với trục trung hoà của tiết diện. + Y c : khoảng cách từ trục trung hoà của mặt cắt tới trục x. A i (cm 2 ) Y x (cm) S x (cm 3 ) I ox (cm 4 ) I x (cm 4 ) 152.00 158.00 24016.00 202.67 3794730.667 6900.00 87.00 600300.00 10950300.00 63176400 1080.00 9.00 9720.00 29160.00 116640 21.25 19.42 412.60 12.54 8023.940972 Tổng: 8153.25 634448.60 6.710E+07 Y c = 77.81542381 cm I d = 1.773E+07 cm 4 3.2.Mặt cắt giữa dầm: - Chọn gốc tọa độ tại mép dới mặt cắt, các đặc trng hình học đợc tính trong bảng sau: + Diện tích tiết diện: A= A i (cm 2 ) + Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục x đi qua đáy dầm: S= A i ì y x (cm 3 ) + Mô men quán tính đối với trục trung hoà: I d =I x -A ì Y 2 c (cm 4 ) Cao (cm) Rộng (cm) A i cm2) Y x (cm) S x (cm3) I ox (cm4) I x (cm4) Gờ trên 4.00 38.00 152.00 158.00 24016.00 202.7 3794730.7 Cánh trên 12.00 50.00 600.00 150.00 90000.00 7200.0 13507200.0 Vút trên 12.00 15.00 180.00 140.00 25200.00 1800.0 3529800.0 Sờn 126.00 20.00 2520.00 81.00 204120.00 3333960.0 19867680.0 Vút dới 17.00 20.00 340.00 23.67 8046.67 6422.2 196860.0 Bầu dầm 18.00 60.00 1080.00 9.00 9720.00 29160.0 116640.0 Tổng: 160.00 4872.00 361102.667 41012910.7 Yc =74.11795293 cm Io = 14248720.22 cm 4 3.3. Mặt cắt cách gối 0.72 H=0.72 ì (1600+200)= 1296 mm Trong đó H là chiều cao của mặt cắt đã qui đổi - Tơng tự nh trên ta có bảng các đặc trng hình học mặt cắt 0.72 H nh sau: + Diện tích tiết diện: A= A i (cm 2 ) + Mô men tĩnh của tiết diện đối với trục x đi qua đáy dầm: S= A i ì y x (cm 3 ) + Mô men quán tính đối với trục trung hoà: I d =I x -A ì Y 2 c (cm 4 ) Cao (cm) Rộng (cm) A i cm2) Y x (cm) S x (cm3) I ox (cm4) I x (cm4) Gờ trên 4.00 38.00 152.00 158.00 24016.00 202.7 3794730.7 Cánh trên 12.00 50.00 600.00 150.00 90000.00 7200.0 13507200.0 Vút trên 6.528 8.16 53.27 141.82 7554.75 78.8 1071523.5 Sờn 126.00 30.94 3898.94 81.00 315814 5158303 30739274.5 Vút dới 10.06 11.84 119.16 21.35 2544.57 394.4 54732.9 Bỗu dầm 18.00 61.00 1098.00 9.00 9882.00 29646.0 118584.0 Tổng: 160.00 5921.37 449811.79 49286045.6 Yc= 75.96413818 cm Io= 15116480.88 cm 4 IV. Hệ số tải trọng: 1. Hệ số làn: - Số làn thiết kế: n lan =[9/3.5] =2 làn - Hệ số làn: m lan =1 2. Hệ số phân bố ngang cho hoạt tải đối với mô men trong các dầm giữa: - Tham số độ cứng dọc: K g =n (I d +A ì e g 2 ) mm 4 . Trong đó: n= d b E E E b : Mô đun đàn hồi của vật liệu dầm E b =0,043* 5,1 c , c f =38006.989Mpa E d : Mô đun đàn hồi của vật liệu bản mặt cầu E d = = 33994.485Mpa Vậy n=1.118 I d =1.8839.10 11 mm 4 : Mô men quán tính chống uốn của tiết diện dầm chủ ( không tính bản mặt cầu) đối với trục trung hoà. e g : Khoảng cách từ tâm của bê tông bản đến tâm của dầm chủ; e g = 892,026 mm K g =n (I d +A ì e g 2 ) K g = 1,118.[1.8839.10 11 +487200.(892,026) 2 ] = 5.09858.10 11 (mm 4 ) - Kiểm tra phạm vi áp dụng: + 1100 mm<S=2100 mm<4900 mm + 110<t s =200<300 mm + 6000<L=33000<73000 + N b =6 > 4 - Trờng hợp 1 làn chất tải: g mg1 =0.06+ 0.1 0.3 0.4 g 3 tt tt S K S S 4300 L L t ì ì ữ ữ ữ Trong đó: S: khoảng cách giữa các dầm chủ; S=2100 mm L tt =32200 mm t S =200 mm Vậy: g mg1 =0.4186 Trờng hợp 2 làn chất tải: g mg2 =0.075+ 0.1 0.2 0.6 g 3 tt tt S K S S 2900 L L t ì ì ữ ữ ữ =0.5860 - Hệ số phân bố mô men thiết kế của các dầm giữa: g mg =max(g mg1 , g mg2 )= 0.5860 - Hệ số phân bố với tải trọng ngời đi: chia đều cho các dầm giống tĩnh tải g PLg = 1 6 = 0,167 3. Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men của dầm biên: - Một làn chất tải: Dùng phơng pháp đòn bẩy, sơ đồ tính nh hình vẽ: + Khi xếp tải 1 làn, hệ số làn là 1.2 + Hệ số phân bố với xe thiết kế: g HL1 =1.2 ì 2 1 ì y 4 =1.2 ì 2 1 ì 50 210 =0.1428 + Hệ số phân bố với tải trọng ngời đi: g PL1 = 3 1.2 B ì 0.5 ì B 3 ì (y 1 +y 2 ) y 1 = 210 125 25 210 + = 1.4762 y 2 = 230 125 20 150 210 + = 0.7619 Trong đó B 3 là phần lề ngời đi. Vậy: g PL1 =0.5 ì (1.4762+0.7619)= 1.119 + Với tải trọng làn: Thiên về an toàn, coi tải trọng làn theo phơng ngang cầu là tải trọng tập trung: g Làn1 = m3 2.1 ì 2 1 ì y 3 ì (S+S k -B4-B 3 -B 2 ) = m3 2.1 ì 2 1 ì (S+S k -B 4 -B 3 -B 2 ) 2 /S Trong đó B 4 ,B 3 ,B 2 : bề rộng lan can, lề ngời đi, và gờ chắn. g Làn1 = 300 2.1 ì 2 1 ì (210+125-25-150-25) 2 /210= 0.3260 - Hai hoặc nhiều làn chất tải: Khoảng cách từ tim dầm chủ ngoài cùng tới mép trong gờ chắn bánh: d e =125-(25+150+25)= -75 cm=-750 mm Vậy d e =-750 mm không nằm trong phạm vi áp dụng công thức: g mb2 = e ì g mg Các hệ số phân bố đợc lấy nh sau: + g mbHL =g HL1 =0.1428 + g mbPL =g PL1 =1.119 [...]... DCb=DCdc+DCbmb+DCdn+DClcb+0.5DCvk+DCgc=1300.03+1150+275.0 + 310.982 +0.5x172+156.25= 3278.2634 kg/m = 32.782634 kN/m DWb= 276.56 kg/m 8 Hoạt tải HL 93: - Xe tải thiết kế Xe hai trục thiết kế Hoạt tải xe thiết kế: + Xe tải thiết kế+ tải trọng làn + Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn 9 Hoạt tải ngời đi bộ(PL): Pl=3x10-3 MPa VI Tính toán nội lực: Mặt cắt đặc trng: + Mặt cắt gối: x=0 + Mặt cắt cách gối x=0.72h=0.72x(1.60+0.20)= 1.296 m ( Để tính lực... lực cắt tại 5 mặt cắt đặc trng trong 2 trờng hợp xếp xe bất lợi sau: - Công thức tính lực cắt do xe tải thiết kế: Vtruck=145.yV1+145yV2+35yV3 - Công thức tính lực cắt do xe 2 trục thiết kế: Vtandem=110(yV3+yV4) Trong đó, yV1 là tung độ đờng ảnh hởng lực cắt tơng ứng tại các mặt cắt đặt các trục xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế nh hình vẽ Bảng tính: X yV1 yV2 yV3 yV4 yV5 Vtruck Vtandem Vxetk (m)... cần thiết theo công thức kinh nghiệm: Apsg = Mu ì 0.85 ì fpu ì 0.9 ì H Trong đó: Mu=max(MuCD1g,MuCD1b) = 9951.135 kNm: Mô men tính toán, lấy bằng mô men tính toán lớn nhất theo TTGH cờng độ : Hệ số sức kháng, với cấu kiện BTCT chịu uốn và chịu kéo DUL lấy =1 H: Chiều cao dầm chủ, H=1660 mm=1.60 m 9951.135 Vậy: Apsg = = 4370.974 mm2 1ì 0.85 ì 1860 ì 103 ì 0.9 ì 1.60 - Số bó cáp dự ứng lực cần thiết. .. giữa nhịp) : Giai đoạn sau khi liên hợp - Các đặc trng hình học gồm có: A2 , I2 ,S2 , y2t , y2d Xác định A2: Diện tích mặt cắt liên hợp - Quy đổi bê tông bản mặt cầu (f c2=40Mpa) thành bê tông dầm chủ (f c1=50Mpa) EBTbmc 33994.485 = =0.894 EBTdc 38006.9895 A2= A1 +0.894 ì 2100 ì 200 = 498243.971+0.894 ì 2100 ì 200 = 873903.392mm2 thông qua hệ số quy đổi: nb= - Xác định S2:Mômen tĩnh của bản mặt cầu (cũng... Với xe tải thiết kế (truck) Hợp lực 35(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x) x=1,455m 4,3m 4,3m => x= 1,455 m Với Tendom: x=0.6 m + Nội lực xe thiết kế sẽ đợc lấy bằng giá trị lớn hơn trong các giá trị trên 35 KN + Công thức tính: Mtruck= yM1.145+yM2.145+yM3.35 (kN) Mtandem= yM4.110+yM5.110 (kN) Mxetk=max(Mtruck,Mtandem) 145 KN Hợp lực 145 KN 1,2m x=0,6m 110 KN 110 KN + Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp... f cgP (CT 5.9.5.2.3b-1) 2 N Eci Trong đó : Ep: Môdun đàn hồi của cáp DƯL Ep=197000 MPa Eci: Mô đun đàn hồi của bê tông lúc truyền lực Eci = 4800 50 =33941.1255MPa N: Số lợng các bó cáp ứng suất trớc giống nhau N = 3 fcgp: Tổng ứng suất bêtông ở trọng tâm các bó thép ứng suất trớc do lực ứng suất trớc sau kích và tự trọng của cấu kiện ở các mặt cắt có mômen max (Mpa) f cgp = - Pi Pe 2 M DCI e - i + A0... MuSDlb= (1 ì MLLb+1 ì MDCb+1 ì MDWb) - Lực cắt: VuSDlb= (1 ì VLLb+1 ì VDCb+1 ì VDWb) Trạng thái giới hạn đặc biệt: - Mô men: MuDBb= (0.5MLLb+1.25MDCb+1.5MDWb) - Lực cắt: VuDBb= (1.75 VLLb+1.25VDCb+1.5VDWb) Kết quả tính toán đợc thống kê trong bảng 1 và bảng 2 dới đây: Kết quả tính toán cho thấy dầm giữa là dầm bất lợi hơn, vì vậy chọn dầm giữa là dầm tính duyệt Max(VuCD1b) = 1105.010 kN Max (VuDBg)... 202.5 kg/m Gờ chắn: DCgc=cB2hB4=2500x0.25x0.25 = 156.25kg/m 6 Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và tiện ích công cộng: - Lớp bê tông atphalt: t1=0.07 m, 1=2250 kg/m3 - Lớp phòng nớc: t2=0.004 m, 2=1800 kg/m3 - Tổng cộng lớp phủ mặt cầu: DWlp=( t11+ t22)S=(0.07x2250+0.004x1800)x2.100= 345.87kg/m - Các tiện ích ( trang thiết bị trên cầu) : DWti=5 kg/m DW= DWlp+ DWti=345.8+5 = 350.87kg/m - Dầm biên: + Tính tung độ... 0.00 So sánh các giá trị tính đợc trong 3 trờng hợp trên, chọn mô men do xe thiết kế: x Mxetk1(kNm) Mxetk2(kNm) Mxetk3(kNm) Mxetk(kNm) 0.000 0.000 0.00 0.00 0.000 1.296 367.038 335.62 238.62 367.038 1.500 421.724 385.69 290.03 421.724 8.050 1731.063 1693.44 1621.60 1731.063 16.10 2154.000 2229.25 2216.52 2229.250 - Mô men gây ra do tải trọng làn: qlàn=9.3 kN/m rải đều trên suốt chiều dài cầu Mlàn=qlàn... tra phạm vi áp dụng: de=-750 mm không nằm trong phạm vi áp dụng công thức: gvb2= e ì gvg Sử dụng phơng pháp đòn bẩy để tính - Tơng tự nh tính hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men trong dầm biên: + GvbHL=gHL1=0.1428 + GvbPL=gPL1=1.119 + Gvblàn=gLàn1=0.326 6 Hệ số điều chỉnh tải trọng: Đối với trạng thái giới hạn cờng độ: - Hệ số dẻo D , đối với các bộ phận và liên kết thông thờng lấy D =1 - Hệ số độ d . thuật (Bản vẽ khổ A1) Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép f1 I. Nội dung thiết kế: - Thiết kế kết cấu nhịp cầu BTDUL giản đơn đờng ô tô. Các số liệu thiết kế: - Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05 - Hoạt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP CẦU BTDUL GIẢN ĐƠN ĐƯỜNG Ô TÔ 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. Xe tải thiết kế - Xe hai trục thiết kế - Hoạt tải xe thiết kế: + Xe tải thiết kế+ tải trọng làn + Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn 9. Hoạt tải ngời đi bộ(PL): Pl=3x10 -3 MPa VI. Tính toán nội