ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Các số liệu thiết kế 2 1.2. Phương pháp thiết kế 2 1.3. Vật liệu dùng trong thi công 2 CHƯƠNG II LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH 2.1. Lan can 3 2.1.1. Thanh lan can 3 2.1.2. Cột lan can 4 2.2. Lề bộ hành 8 2.3. Bó vỉa 10 CHƯƠNG III BẢN MẶT CẦU 3.1. Tính toán lực cắt tại các mối nối 15 3.2. Tính toán bản mặt cầu 22 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM CHỦ 4.1. Số liệu kết cấu 23 4.2. Số liệu chung 23 4.3. Yêu cầu kỹ thuật dầm BTCT ứng suất trước 24 4.4. Đặc trưng mặt cắt ngang 24 4.5. Tính nội lực cho dầm chủ 26 4.6. Bố trí cáp cho dầm chủ 39 4.7. Tính toán mất mát ứng suất 41 4.8. Kiểm toán 48 4.9. Tính toán lực cắt cho dầm chính 54 4.10. Tính độ vồng độ võng 59 SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 1 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Các số liệu thiết kế: - Loại dầm bản căng trước. - Bề rộng phần xe chạy: B = 12 m. - Bề rộng lề bộ hành: 2×1.4 m - Chiều dài toàn dầm: L = 24.6 m. - Số dầm chính (dầm bản): 9 dầm. - Bề rộng một dầm chính: 1690 mm. Riêng 2 dầm bản biên rộng 1695 mm. - Số mối nối chống cắt: 8 mối nối. - Mối nối chống cắt rộng 10 mm. - Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m. 1.2. Phương pháp thiết kế: - Bản mặt cầu chủ yếu chòu lực cắt tại mối nối chống cắt giữa các dầm bản gây ra, làm việc theo phương ngang cầu. - Dầm chính là dầm bản. Tiết diện chữ nhật khoét lỗ oval. Khi ở tiết diện liên hợp với bản mặt cầu có bề rộng là 1700 mm. - Kiểm toán. 1.3. Vật liệu dùng trong thi công - Thanh và cột lan can (phần thép): Thép CT3 y F 240 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Lề bộ hành, lan can: Bêtông: ' c f 30 MPa= 5 3 2.5 10 N/ mm − γ = × Thép AII: y F 280 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Bản mặt cầu: Bêtông: ' c f 30 MPa= 5 3 2.5 10 N/ mm − γ = × Thép AII: y F 280 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Dầm chính: Bêtông: ' c f 45 MPa= 5 3 2.5 10 N/ mm − γ = × Thép AII: y F 400 MPa= SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 2 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 3 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU CHƯƠNG II LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH 2.1. Lan can: 2.1.1. Thanh lan can: - Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm và kính trong d = 92 mm - Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm - Khối lượng riêng thép lan can: 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Thép cacbon số hiệu CT3: y f = 240 MPa 2.1.1.1. Tải trong tác dụng lên thanh lan can: 0 x y w = 0.37 N/mm w = 0.37 N/mm P = 890 N g = 0.095 N/mm 2000 2000 Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can - Theo phương thẳng đứng (y): + Tónh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can 2 2 2 2 -5 D -d 100 -92 g 7.85 10 3.14 0.095 N/ mm 4 4 = γ π = × × × = + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Theo phương ngang: + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm - Một tải tập trung P = 890 N được đặt theo phương bất kỳ. Để nguy hiểm nhất ta đặt tải tập trung P này theo phương hợp lực của M x và M y . 2.1.1.2. Nội lực của thanh lan can: * Theo phương y: - Mômen do tónh tải tại mặt cắt giữa nhòp: 2 2 y g g L 0.095 2000 M 47500 N.mm 8 8 × × = = = - Mômen do hoạt tải phân bố tại mặt cắt giữa nhòp: SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 4 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU 2 2 y w w L 0.37 2000 M 185000 N.mm 8 8 × × = = = * Theo phương x: - Mômen do hoạt tải phân bố tại mặt cắt giữa nhòp: 2 2 x w w L 0.37 2000 M 185000 N.mm 8 8 × × = = = * Theo phương hợp lực của M x và M y : - Mômen do hoạt tải tập trung P tại mặt cắt giữa nhòp: P P L 890 2000 M 445000 N.mm 4 4 × × = = = * Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can: y y 2 x 2 DC g LL w LL w LL P M . ( .M .M ) ( .M ) .M   = η γ + γ + γ + γ   - Trong đó: + η : là hệ số điều chỉnh tải trọng: D I R . .η = η η η Với: D 0.95 :η = hệ số dẻo cho các thiết kế thông thường và theo đúng yêu cầu I 1:η = hệ số quan trọng R 1:η = hệ sốù dư thừa (mức thông thường) 0.95 1 1 0.95⇒ η = × × = + DC 1.25γ = : hệ số tải trọng cho tónh tải + LL 1.75γ = : hệ số tải trọng cho hoạt tải 2 2 M 0.95 (1.25 47500 1.75 185000) (1.75 185000) 1.75 445000 1216330 N.mm   ⇒ = × × + × + × + ×   = Đưa về dầm liên tục: + Mô men dương lớn nhất tại giữa nhòp: M 1/2 = 0.5×M = 0.5×1216330 = 608165 N.mm + Mô men âm lớn nhất tại gối: M g = 0.7×M = 0.7×1216330 = 851431 N.mm 2.1.1.3. Kiểm tra khả năng chòu lực của thanh lan can: n .M Mφ ≥ Trong đó: + φ : là hệ số sức kháng: φ = 1 + M: là mômen lớn nhất do tónh và hoạt tải + M n : sức kháng của tiết diện n y M f S= × S là mômen kháng uốn của tiết diện 3 3 3 3 3 S .(D d ) (100 92 ) 21727 mm 32 32 π π = − = × − = SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 5 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU n M 240 21727 = 5214541 N.mm⇒ = × n .M 1 5214541 = 5214541 N.mm 851431 N.mmφ = × ≥ Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực! 2.1.2. Cột lan can Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan (hình 2.2) I I I I P'' = 1630 N P'' = 1630 N h = 650 2 h = 300 h = 350 1 Hình 2.2: Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chòu lực lực xô ngang vào cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân * Kiểm tra khả năng chòu lực của cột lan can: - Kích thước: 1 2 h 650 mm; h 350 mm; h 300 mm= = = - Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải) + Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 × 2000 = 740 N + Lực tập trung: P = 890 N + Suy ra lực tập trung vào cột là: P'' P' P 740+890 = 1630 N= + = - Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I: SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 6 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU 61 8 61 190 174 X Y 130 8 8 Hình 2.3: Mặt cắt I-I - Mômen tại mặt cắt I-I: I I 2 M P'' h P'' h 1630 650 1630 300 1548500 N.mm − = × + × = × + × = - Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chòu lực khi: n LL I I M . .M − φ ≥ η γ - Sức kháng của tiết diện: n y M f Sφ = × + S mômen kháng uốn của tiết diện 3 3 2 3 8 174 130 8 2 130 8 91 I 12 12 S 218395.68 N/ mm Y 95 ×   × × + + × ×  ÷   = = = ⇒ n y M f S 240 218395.68 = 52414962.53 N.mmφ = × = × - Vậy n M 52414962.53 M 0.95 1.75 1548500=2574381N.mmφ = > = × × ⇒ Mặt cắt I - I đảm bảo khả năng chòu lực! * Kiểm tra độ mảnh của cột lan can: K. 140 r ≤ l Trong đó: + K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu + 1070 mm=l : chiều dài không được giằng ( h=l ) + r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại đỉnh cột vì tiết diện ở nay là nhỏ nhất) I r A = SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 7 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU 8 8 130 Y X 124 140 61 8 61 Hình 2.4: Tiết diện nhỏ nhất của cột lan can Với: I : mômen quán tính của tiết diện: ( ) 3 3 4 2 8 124 130 8 I 2 10342656 mm 130 8 66 12 12 × × = × + = + × × A : diện tích tiết diện: 2 A 130 8 2 124 8 3072 mm= × × + × = 10342656 r 58 mm 3072 ⇒ = = K. 0.75 1070 13.8 140 r 58 × ⇒ = = ≤ l Vậy thỏa mãn điều kiện mảnh 2.1.3. Kiểm toán sức kháng (sức chống nhổ) của bu lông: Khi P = 890 KN đặt nằm ngang tác dụng lên thanh lan can sẽ gây lực nhổ và lực cắt lớn nhất trong thân bu lông. SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 8 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU Cân bằng mô men quanh tâm quay 0 ta sẽ được lực nhổ trong 2 bu lông: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) cột cột W W q 700 100 N 150 W P 650 W P 300 W P 650 300 2W q 700 100 N 150 740 890 650 300 2 740 0.377 700 100 N 150 N 9160.7 N + + × × + × = + × + + × + × + − + × × ⇔ = + × + − × + × × ⇔ = ⇔ = Chọn bu lông cường độ cao đường kính 20 mm ta có: 2 2 2 s .d .20 A 314 mm 4 4 π π = = = là diện tích bu lông theo đường kính danh đònh. F ub = 830 MPa là cường độ chòu kéo nhỏ nhất quy đònh của bu lông cường độ cao có 16 mm<d<27 mm. (22TCN272-05) Xét u n P R : P u = 2(W+P) = 2×(740+890) = 3260 N. R n = 0.38A s F ub N s = 0.38×314×830×1 = 99035.6 N Thay số : u n P 3260 0.033 0.33 R 99035.6 = = < Nên theo quy đònh của 22TCN272-05, sức kháng nhổ của bu lông được tính như sau: T n = 0.76A s F ub SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 9 ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP GVHD: TH.S MAI LỰU Thay số: T n = 0.76A s F ub = 0.76×314×830 = 198071.2 N So sánh ta thấy lực kéo trong bu lông do các tải trọng tác dụng N= 9160.7 N nhỏ hơn khả năng chòu kéo của bu lông T n = 198071.2 N, cho nên bu lông vẫn làm việc an toàn! 2.2. Lề bộ hành: 2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm: * Xét trên 1000 mm dài - Hoạt tải người: PL = 0.003 × 1000 = 3 N/mm - Tónh tải: DC = 1000 × 100 × 0.25 × 10 -4 = 2.5 N/mm PL = 3 N/mm DC = 2.5 N/mm 1000 1000 Hình 2.6: Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành 2.2.2. Tính nội lực: - Mômen tại mặt cắt giữa nhòp: + Do tónh tải: 2 2 DC DC.L 2.5 1200 M 450000 N.mm 8 8 × = = = + Do hoạt tải: 2 2 PL PL.L 3 1200 M 540000 N.mm 8 8 × = = = - Trạng thái giới hạn cường độ: [ ] U DC DC PL PL M . M M 0.95 (1.25 450000 1.75 540000) 1432125 N.mm = η γ × + γ × = × × + × = - Trạng thái giới hạn sử dụng: [ ] S DC PL M M M 450000 540000 990000 N.mm= + = + = 2.2.3. Tính cốt thép: - Tiết diện chòu lực b × h = 1000 mm × 100 mm - Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông: - d s = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm SVTH: Nguyễn Xn Sơn Trang 10 [...]... toán b × h = 1000 mm × 200 mm và bố trí cốât thép (hình 2.7) 1000 SVTH: Nguyễn Xn Sơn 13 Trang ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP LỰU GVHD: TH.S MAI Hình 2.8: Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa theo phương đứng - Cốt thép dùng φ14a200 mm, 1000 mm dài có 5 thanh - Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí tương tự - Diện tích cốt thép As: π.φ2 π× 142 As = 5 × = 5× = 769.3... 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.8) SVTH: Nguyễn Xn Sơn 14 Trang ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP LỰU GVHD: TH.S MAI 200 40 300 40 2 Þ 14 264 36 160 Hình 2.9: tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu - Cốt thép dùng 2 φ14 mm - Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí tương tự - Diện tích cốt thép As: As = 2 × - a’= 40 mm π.φ2 π× 142 = 2× = 307.87 mm 2 4 4 d... ngang của cầu để chòu lực cắt tính toán được trên bản Bố trí thép cấu tạo theo phương dọc cầu để tạo thành lưới thép Thiết kế bản mặt cầu chòu lực cắt: Lực cắt tính toán trên bản: Sức kháng cắt danh đònh Vn của mặt cắt tiếp xúc (22TCN272-05 Điều 5.8.4.1) Vn = c.A cv + µ ( A vf fy + Pc ) Trong đó: c - hệ số dính bám Đối với bê tông đổ phủ lên bê tông sạch lấy c = 0.52 MPa Acv - diện tích bê tông tham... của cầu: B = 12.00 m Chiều rộng dầm: b = 1690 mm Số dầm: n = 9 dầm Chiều rộng mối nối chống cắt là 10 mm Số mối nối chống cắt là 8 mối nối Số làn thiết kế: 3 làn Lớp phủ bản mặt cầu: Bê tông asphalt: has = 72 mm Tạo phẳng: hpv = 40 mm 2 SỐ LIỆU CHUNG: 2.1 Bê tông: 2.1.1 Dầm BTCT đúc sẵn: Cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày: f’c = 45 MPa Cường độ bê tông khi cắt thép: f’ci = 0.85f’c = 38.25 MPa Tỷ trọng bê. .. Nguyễn Xn Sơn 25 Trang ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP LỰU GVHD: TH.S MAI Vn phải thỏa các điều kiện cấu tạo:  Vn ≤ 0.2f 'c A cv = 0.2 × 30 × 510 = 3060 N   Vn ≤ 5.5.A cv = 5.5 × 510 = 2805 N Vậy sức kháng cắt danh đònh của mặt cắt tiếp xúc Vn = 616.82 N Nhận thấy: Vn > Vu Vậy cốt thép bản mặt cầu thoả mãn điều kiện sức kháng cắt của vật liệu CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM CHỦ 1 SỐ LIỆU KẾT CẤU: Chiều dài... tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép: A c = 2 × d c × b = 2 × 20 × 1000 = 40000 mm 2 - Diện tích trung bình của b tông bọc quanh 1 thanh thép: SVTH: Nguyễn Xn Sơn 11 Trang ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP LỰU A= GVHD: TH.S MAI A c 40000 = = 8000 mm 2 n 5 - Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện: Ms = 990000 N.mm - Khối lượng riêng của b tông: γ c = 2500 Kg / m 3 - Môđun đàn hồi của b tông: E c =... 16 Trang ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP LỰU GVHD: TH.S MAI CHƯƠNG III BẢN MẶT CẦU 3.1 Tính toán lực cắt tại các mối nối: Vì trong cầu bản lắp ghép, mỗi tấm bản là một bộ phận riêng, liên kết với nhau bằng một mối nối chòu cắt, vì vậy sự phân bố hoạt tải lên các tấm bản có thể xác đònh khi biết lực tác dụng lên khớp Như vậy hệ siêu tónh nhiều bậc có thể thay bằng hệ cơ bản tónh đònh gồm các tấm bản tự do... chống trượt của vật liệu bản; I k = β ba3 - mômen quán tính xoắn của tiết diện, đối với hình chữ nhật; trong đó a - chiều dày bản, b - chiều rộng bản, β - hệ số, phụ thuộc vào các cạnh bản b/a L - Chiều dài nhòp dầm Thay các trò số của ϕ và Mk vào biểu thức η ta có: SVTH: Nguyễn Xn Sơn 18 Trang ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP LỰU η=± GVHD: TH.S MAI b2 L 16GI k Ở đây ta thiết kế một cầu bản lắp ghép có mối nối... tạo phẳng thì bề dày lớp bê tông tối thiểu có thể giảm xuống là 35 mm 4 ĐẶC TRƯNG MẶT CẮT NGANG: 4.1 Kích thước mặt cắt ngang dầm: Kết cấu cầu sẽ được phân tích theo 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 (Dầm giản đơn): Trọng lượng bản thân dầm Giai đoạn 2: Trọng lượng bản mặt cầu Giai đoạn 3: Trọng lượng lan can, lề bộ hành, lớp phủ, … SVTH: Nguyễn Xn Sơn 27 Trang ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP LỰU GVHD: TH.S MAI Trong... tải là 1/1000 khẩu độ tính toán 3.2 Chỉ tiêu tỷ số giữa chiều cao dầm và khẩu độ nhòp: (22TCN272-05 2.5.2.6.3) Đối với dầm BTCT ứng suất trước chiều cao dầm tối thiểu (kể cả bản mặt cầu liên hợp) như sau: Chiều cao dầm tối thiểu: 0.03L = 720 mm Chọn chiều cao dầm là 850 mm Khi kể cả bản mặt cầu: 1000 mm 3.3 Bề dày bê tông bảo vệ: (5.12.3) Bề dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép chủ phải theo điều kiện sau: . IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM CHỦ 4.1. Số liệu kết cấu 23 4.2. Số liệu chung 23 4.3. Yêu cầu kỹ thuật dầm BTCT ứng suất trước 24 4.4. Đặc trưng mặt cắt ngang 24 4.5. Tính nội lực cho dầm chủ 26 4.6. Bố. đường kính 20 mm ta có: 2 2 2 s .d .20 A 314 mm 4 4 π π = = = là diện tích bu lông theo đường kính danh đònh. F ub = 830 MPa là cường độ chòu kéo nhỏ nhất quy đònh của bu lông cường độ cao có 16