Đang tải... (xem toàn văn)
PHẦN I: THIẾT KẾ SƠ BỘCHƯƠNG MỞ ĐẦU:ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VƯỢT SÔNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN VƯỢT SÔNG1. Đặc điểm của khu vực xây dựng cầu:1.1. Địa hình:Khu vực ven sông khá bằng phẳng, mặt cắt ngang sông không đối xứng.1.2. Địa chất:Địa chất lòng sông tương đối tốt, số liệu khảo sát địa chất lòng sông cho thấy có 3 lớp đất:+ Lớp 1: Bùn cát dày (0.7m).+ Lớp 2: Sét mềm (B=6) dày 4m.+ Lớp 3: Cát lẫn cuội sỏi (e= 0.3) dày vô cùng.1.3. Thuỷ văn:Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy:+ Mực nước cao nhất: + 7.19 m.+ Mực nước thông thuyền: + 3.93 m.+ Mực nước thấp nhất: + 0.79 m.1.4. Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công:Nguồn nhân công lao động khá đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công đúng tiến độ công việc. Các vật liệu địa phương (đá, cát...) có thể tận dụng trong quá trình thi công.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật:+ Cầu vượt sông cấp V có yêu cầu khẩu độ thông thuyền là 30 m.+ Khẩu độ cầu: L0 = 166 m.+ Khổ cầu: 10.5 + 2×0.75 m.+ Tải trọng thiết kế: HL93.+ Đoàn người PL = 3 KNm2.3. Đề xuất các phương án vượt sông:3.1. Giải pháp chung về kết cấu:3.1.1. Kết cấu nhịp:Do sông cấp V yêu cầu khẩu độ thông thuyền 20 m, nên bố trí nhịp giữa >22m..........v...v...
ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm PHẦN I: THIẾT KẾ SƠ BỘ CHƯƠNG MỞ ĐẦU: ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VƯỢT SÔNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN VƯỢT SÔNG Đặc điểm khu vực xây dựng cầu: 1.1 Địa hình: Khu vực ven sông phẳng, mặt cắt ngang sông không đối xứng 1.2 Địa chất: Địa chất lòng sông tương đối tốt, số liệu khảo sát địa chất lòng sông cho thấy có lớp đất: + Lớp 1: Bùn cát dày (0.7m) + Lớp 2: Sét mềm (B=6) dày 4m + Lớp 3: Cát lẫn cuội sỏi (e= 0.3) dày vô 1.3 Thuỷ văn: Số liệu khảo sát thuỷ văn cho thấy: + Mực nước cao nhất: + 7.19 m + Mực nước thông thuyền: + 3.93 m + Mực nước thấp nhất: + 0.79 m 1.4 Điều kiện cung cấp vật liệu, nhân công: Nguồn nhân công lao động đầy đủ, lành nghề, đảm bảo thi công tiến độ công việc Các vật liệu địa phương (đá, cát ) tận dụng trình thi công Các tiêu kỹ thuật: + Cầu vượt sông cấp V có yêu cầu độ thông thuyền 30 m + Khẩu độ cầu: L0 = 166 m + Khổ cầu: 10.5 + 2×0.75 m + Tải trọng thiết kế: HL93 + Đoàn người PL = KN/m2 Đề xuất phương án vượt sông: 3.1 Giải pháp chung kết cấu: 3.1.1 Kết cấu nhịp: Do sông cấp V yêu cầu độ thông thuyền 20 m, nên bố trí nhịp >22m SVTH: Trang ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm 3.1.2 Mố: Chiều cao đất đắp sau mố tương đối nhỏ Khối lượng lớp phủ mặt cầu : 119.715 T 1.2 Lan can : Vì dãi phân cách nên ta thiết kế lan can tay vịn cứng có khả chống lại lực va xe, thông số kỹ thuật cho hình vẽ: + Với diện tích phần bệ Ab = 500×500 - 𝜋 ×310×310 = 174500mm2 , liên tục bên cầu + Diện tích phần trụ :At = 60000mm2 ,các trụ cách 2m, tổng số lượng 15 trụ + Thể tích bê tông Vcp =0.1745×30×2+0.6×0.1×15×2 = 12.27 m3 + Hàm lượng cốt thép lan can chiếm kp = 1,5 % + Ta tích cốt thép lan can : Vsp = Vp.kp = 12.27×1,5% = 0,184m3 + Khối lượng cốt thép lan can là: Gsp = Vsp.γs = 0.184×7.85 = 1,444 T + Thể tích BT lan can:Vcp = Vcp – Vsp = 12.27 – 0.184 = 12.086m3 + Khối lượng BT lan can: Gcp = Vcp.γc = 12.086×2.4 = 28.992 T + Vậy, khối lượng toàn lan can là: Gp = Gsp + Gcp = 1.444 + 28.992 = 30.436 T 1.3.Dầm chủ: 1.3.1.Cấu tạo dầm chủ: Chọn kích thước dầm hình vẽ sau: + Với khổ cầu 9.5 + 2×1.5, ta có bề rộng cầu: B = 9.5 + 2×1.5 +2×0.25+ 2×0.5 = 14.0 m + Chọn số lượng dầm chủ là: n = dầm + Chọn loại dầm chữ T + Do khoảng cách dầm chủ: S= B 14 2m n Chọn S = 2m + Khoảng cách từ dầm chủ đến cánh hẫng: Sk = B ( N 1) xS 14 (7 1) x2 1m 2 + Chiều cao Tại vị trí dầm SVTH: tối thiểu dầm chủ: Trang ĐAMH: Lập dự án công trình cầu Hg GVHD:TS.Cao Văn Lâm = 1 1 ( ) lnhip ( ) 30 (1.2 2)m 15 25 15 25 + Ta chọn chiều cao dầm chủ 1.5 m + Chiều dài đoạn vút nguyên : →Chọn Lbhgr = 1.5 m + Chiều dài đoạn vút xiên dầm : Lbhsk = 0.5Hg= 0.5×1.5 = 0.75 m →Chọn Lbhsk = m 1.3.2 Tính khối lượng dầm chủ: Từ kích thước chọn ta có: + Diện tích mặt cắt ngang dầm: 0.84 m2 + Diện tích mặt cắt ngang đầu dầm: 1.18 m.2 + Thể tích dầm chưa tính đoạn vút: Vg1 = 0.84×(30 - 2×1.5 - 2×1) = 21 m3 + Thể tích đoạn vút hai bên dầm : Vbhgr = 2×1.18×1.5=3.54 m3 + Thể tích đoạn vút xiên : Vbhsk = 2×Lbhsk× Tại vị trí đầu dầm 0.84 1.18 0.84 1.18 = 2×1× = 2.02 m3 2 + Thể tích toàn đoạn vút dầm T: Vbh = Vbhgr + Vbhsk = 3.54 + 2.02 = 5.56 m3 + Thể tích dầm T: Vg = Vg1 + Vbh = 21 + 5.56 = 26.56m3 + Hàm lượng cốt thép theo thể tích dầm là: kp = 300kg/1m3BT + Khối lượng cốt thép dầm chính: Gsg = Vg× kp = 26.56×300×10–3= 7.968 T =>Thể tích cốt thép : Vsg = Gsg÷ γc = 7.968÷7.85 = 1.015m3 + Thể tích bê tông dầm : Vcg = Vg–Vsg = 26.56 - 1.015 = 25.545 m3 + Khối lượng bê tông dầm : Gcg = Vcg.γc= 25.545×2.4 = 61.308 T + Khối lượng toàn dầm là: Gg = Gsg+Gcg = 7.968 + 61.308 = 69.276 T 1.4 Dầm ngang: 1.4.1 Chọn số dầm ngang: Dầm ngang bố trí vị trí : hai đầu dầm cầu, L/4, L/2 Số lượng dầm ngang : 30 dầm 1.4.2 Tính toán thông số sơ bộ: Các thông số dầm ngang thể hình trên: SVTH: Trang ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm Nhịp dầm Đầu dầm + Bề rộng dầm ngang 20cm + Diện tích mặt cắt ngang dầm vị trí nhịp dầm : 1.9 m2 + Diện tích mặt cắt ngang dầm vị trí đầu dầm : 1.82 m2 + Thể tích dầm ngang vị nhịp dầm : 0.2×1.9 = 0.38 m3 + Thể tích dầm ngang vị đầu dầm : 0.2×1.82 = 0.364 m3 =>Tổng thể tích dầm ngang : 0.38×18 + 0.364×12 = 11.208 m3 + Hàm lượng cốt thép theo thể tích dầm ngang 300kg/1m3BT + Khối lượng cốt thép dầm chính: Gshb = Vhb× kp = 300×10–3×11.208 = 3.3624 T =>Thể tích cốt thép: Vshb = Gshb÷ γc = 0.428 m3 + Thể tích bê tông dầm ngang : Vchb = Vhb–Vshb = 11.208 ˗ 0.428 = 10.78 m3 + Khối lượng bê tông dầm ngang : Gchb = Vchb.γc= 10.78×2.4 =25.872 T + Khối lượng toàn dầm ngang là: Ghb = Gshb+Gchb= 3.3624 + 25.872 = 29.2344 T Bảng tổng kết khối lượng vật liệu cho kết cấu phần nhịp 30m: STT Hạng mục Số lượng Tổng khối lượng (T) Lan can, tay vịn 30.436 Lớp phủ 119.715 Dầm ngang 30 29.2344 Dầm chủ 484.932 Tổng cộng 668.0414 MỐ VÀ TRỤ CẦU: 2.1.Mố: SVTH: Trang ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm 2.1.1 Mố A: Ta có chiều cao đất đắp mố 5.5m, dầm kê lên mố dầm có nhịp 30m, chọn mố chữ U cải tiến có kích thước cho hình vẽ sau: Mố trái phương án cầu dầm bán lắp ghép chử T ● Tính khối lượng mố sau: + Phần thân mố tường đỉnh: V1 = 7.725×14 = 108.15 m3 + Phần tường cánh: (dày 0.4m) V2 = 2×0.4×16.73 = 13.384 m3 + Phần đá kê gối: V3 = 0.2×0.9×1×7 = 1.26 m3 SVTH: Trang ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm + Phần bệ mố: V4 = 2×3×15= 90 m3 + Tổng thể tích toàn mố:Vab = ∑Vi = 212.794 m3 + Theo thống kê hàm lượng cốt thép mố khoảng kab = 200kg/1m3 BT =>Từ ta có: + Khối lượng cốt thép mố: Gsab = 200×10–3×212.794 = 42.559T + Thể tích BT mố:Vcab = Vab - Vsab = 212.794 - 42.559 ÷ 7.85 = 207.37 m3 + Khối lượng BT mố:Gcab = Vcab.γc =207.37×2.4 = 497.688 T +Khối lượng tổng cộng mố:Gab = Gcab + Gsab = 497.688 + 42.559 = 540.247 T 2.1.2 Mố B: Ta có chiều cao đất đắp mố 4.55m, dầm kê lên mố dầm có nhịp 30m, chọn mố chữ U cải tiến có kích thước cho hình vẽ sau: Mố phải phương án cầu dầm bán lắp ghép chử T SVTH: Trang ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm ● Tính khối lượng mố sau: + Phần thân mố tường đỉnh: V1 = 6.225×14 = 87.15 m3 + Phần tường cánh: (dày 0.4m) V2 = 2×0.4×11.845 = 9.476 m3 + Phần đá kê gối: V3 = 0.2×0.9×1×7 = 1.26 m3 + Phần bệ mố: V4 = 2×3×15 = 90 m3 + Tổng thể tích toàn mố: Vab = ∑Vi = 87.15 + 9.476 + 1.26 + 90 = 187.886 m3 + Theo thống kê hàm lượng cốt thép mố khoảng kab = 200kg/1m3 BT =>Từ ta có + Khối lượng cốt thép mố: Gsab = 200×10–3×187.886 = 37.577 T + Thể tích BT mố:Vcab = Vab - Vsab = 187.886 - 37.577÷7.85 = 183.099m3 + Khối lượng BT mố:Gcab = Vcab.γc = 183.099×2.4 = 439.438T + Khối lượng tổng cộng mố:Gab = Gcab + Gsab = 439.438 + 37.577 = 477.015T 2.2 Trụ cầu: Chọn kích thước trụ hình vẽ: Trụ phương án cầu dầm bán lắp ghép chử T + Phần bệ trụ:V1 = 2×3×10 = 60 m3 SVTH: Trang ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm + Phần thân trụ:V2 = 6.6×( 7.8×1.2 + 3.14×0.62) = 69.237m3 + Phần xà mũ trụ:V3 = 0.7×1.6×14 + 0.8×1.6×(14 + 9)÷2 = 30.4 m3 + Phần đá kê gối:V4 = 1.1×1×0.2×7 = 1.54 m3 + Tổng cộng thể tích trụ: Vp1 = ∑Vi = 60 + 69.237 + 30.4 + 1.54 =161.177m3 + Khối lượng cốt thép kp = 200kg/1m3 BT =>Suy : Khối lượng cốt thép trụ: Gsp = 200×10–3×161.177 = 32.235 T + Thể tích cốt thép trụ: Vsp = 32.235 ÷ 7.85 = 4.106 m3 + Thể tích BT trụ: Vcp = Vp1 - Vsp = 161.177 - 4.106 = 157.071m3 + Khối lượng BT: Gcp = 157.071×2.4 = 376.97 T + Tổng khối lượng trụ:Gp1 = Gcp + Gsp = 376.97 + 32.235 = 409.205T Bảng tổng kết khối lượng kết cấu phần : Hạng mục Khối lượng (T) Mố A 540.247 Mố B 477.015 Trụ 409.205 Trụ 409.205 Trụ 409.205 Trụ 409.205 Tổng 2654.082 TÍNH TOÁN SỐ LƯỢNG CỌC TRONG MỐ VÀ TRỤ: 3.1.Tính toán áp lực tác dụng lên mố trụ cầu: 3.1.1 Xét mố cầu: a, Xét mố cầu A: ➢ Sơ đồ tính: SVTH: Trang 10 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm S d0 I 000 24052 107 2.4603 108 (mm3 ) yd0 977.6 St0 I 000 24052 107 2.757 108 (mm3 ) yt 872.4 e0: độ lệch tâm trọng tâm bó cáp dự ứng lực đến trục trung hoà tiết diện giai đoạn eo ydx a ps 977.6 184 793.6mm Mặt cắt Giữa nhịp F (kN) M (kN.mm) A0 (mm2) S0d (mm3) S0t (mm3) e0 (mm) 5097.671 2972880 595038 2.4603×108 2.757×108 793.6 fd (Mpa) -12.93 ft (Mpa) -4.68 Toàn tiết diện chụi nén: f d 12.93MPa f c 24.3MPa Đạt f t 4.68MPa f c 24.3MPa Đạt tiết diện gối: Trong Fps: tổng lực kéo bó cáp ứng suất trước trừ mát tức thời (KN) =>: Fgối = (0,75xfpu - ∆fpF - ∆fpA - ∆fpES) xAps =(0,75.1860-99.162-160.304-13.55)x4900=5497.722 kN MDC1: mô men khối lượng thân dầm SD => M DC DC1.gôi 17.95 0kN.m Ao: diện tích mặt cắt dầm I giai đoạn A0 = Ag -∆ A0 = 1850×600 - 17630 = 1092370mm2 1850×600 - 24682 = 1085318 Sod , Sot : Mô ment kháng uốn thớ thớ S d0 I 000 3.165 1011 3.417 108 (mm3 ) yd 926.2 St0 I 000 3.165 1011 3.426 108 (mm3 ) yt 923.8 e0: độ lệch tâm trọng tâm bó cáp dự ứng lực đến trục trung hoà tiết diện x giai đoạn eo yd a ps 926.2 850 76.2mm SVTH: Trang 90 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm Mặt cắt Tại gối F (kN) M (kN.mm) A0 (mm2) S0d (mm3) S0t (mm3) e0 (mm) 5497.722 1092370 3.417×108 3.426×108 76.2 fd (Mpa) -6.259 ft (Mpa) -3.81 Toàn tiết diện chụi nén: f d 6.259MPa f c 24.3MPa Đạt f t 3.81MPa f c 24.3MPa Đạt b Giai đoạn Đổ mặt cầu chưa đông cứng Tiết diện dầm I có kể đến thép ƯST +giới hạn ứng suất kéo: ft 0.25 f 'ci 0.25 40.5 1.59 1.38MPa , ft 1.38 MPa + giới hạn ứng suất nén: fc 0,6xf’ci= 0.6×40.5 = 24.3 MPa Các lực tác dụng gồm: + Tải trọng thân DC1 DC1 = 17.95 kN/m + Tải trọng thân mặt cầu DC2 = 11.132 kN/m + Lực căng trước Fps ( Sau trừ mát tức thời) - Ứng suất thớ biên : f d Fps Ao Fps eo Sod SD M DC Sod SD M DC Stdd - Ứng suất thớ biên : ft Fps Ao Fps eo Sot SD M DC Sot SD M DC Stdt tiết diện nhịp: Trong Fps: tổng lực kéo bó cáp ứng suất trước trừ mát tức thời (KN) Fl/2 = (0.75×fpu - ∆fpT) ×Aps =(0.75×1860-489.223) ×4900=4438.307 kN MDC1: mô men khối lượng thân dầm: SD => M DC DC1.L / 17.95 165.62 2972.88kN.m 2972880kN.mm MDC2: mô men khối lượng thân mặt cầu SD => M DC DC2 L / 9.606 165.62 1590.946kN.m 1590946kN.mm Ao: diện tích mặt cắt dầm I A0 = Ag -∆ A0 = 6126.68-176.3 =5950.38 cm2 SVTH: Trang 91 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm Sod , Sot : Mô ment kháng uốn thớ thớ tiết diện giai đoạn Stdd , Stdt : Mô ment kháng uốn thớ thớ tiết diện giai đoạn S d0 I 000 24052 107 2.4603 108 (mm3 ) yd 977.6 I 000 24052 107 S 2.757 108 (mm3 ) yt 872.4 t I d 29556 107 S I 3.4326 108 (mm3 ) yd 861.05 d td Stdt I d 29556 107 2.9886 108 (mm3 ) ytI 988.95 e0: độ lệch tâm trọng tâm bó cáp dự ứng lực đến trục trung hoà tiết diện giai đoạn eo ydx a ps 977.6 184 793.6mm Mặt cắt l/2 F (kN) MDC1 (kN.mm) MDC2 (kN.mm) A0 (mm2) S0d (mm3) S0t (mm3) Stdd (mm3) Stdt (mm3) e0 (mm) fd (Mpa) ft (Mpa) 4438.307 2972880 1590946 595038 2.4603×108 2.757×108 3.4603×108 2.9886×108 793.6 -5.094 -10.79 Toàn tiết điện chụi nén: f d 5.094MPa f c 24.3MPa Đạt f t 10.79MPa f c 24.3MPa Đạt tiết diện gối: Trong Fps: tổng lực kéo bó cáp ứng suất trước trừ mát tức thời (KN) Fgôi = (0.75×fpu - ∆fpT) ×Aps =(0.75×1860-389.212) ×4900=4928.361 kN MDC1: mô men khối lượng thân dầm: SD => M DC DC1.gôi 17.95 0kN.m MDC2: mô men khối lượng thân mặt cầu SD => M DC DC2 gôi 11.132 0kN.m SVTH: Trang 92 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm Vì MDC2=0, nên, giá trị không thay đổi: Mặt cắt Tại gối F (kN) M (kN.mm) A0 (mm2) S0d (mm3) S0t (mm3) e0 (mm) 4928.361 1092370 3.417×108 3.426×108 76.2 fd (Mpa) -5.61 ft (Mpa) -3.42 f d 5.61MPa f c 24.3MPa Đạt f t 3.42MPa f c 24.3MPa Đạt 6.1.2 Giai đoạn khai thác sử dụng Giai đoạn 3: Tiết diện liên hợp + giới hạn ứng suất kéo: ft 0,5 fci' 0,5 40.5 3,18 MPa + giới hạn ứng suất nén: fc 0,45xf’ci= 0,45.40.5 = 18.225 MPa Các tải trọng tác dụng + Tải trọng thân DC1 DC1 = 17.95 kN/m + Tải trọng thân mặt cầu DC2 = 11.132 kN/m + Tải trọng thân lan can tay vịn DC3 = 1.43 kN/m + Tải trọng thân CLPMC DW= 5.59kN/m + Tải trọng hoạt tải PL+LL + Lực căng trước Fps ( tính phần trên) - Ứng suất thớ biên : f d Fps Ao Fps eo Sod SD M DC Sod SD M DC Stdd SD M DC DW Stdd ' SD M PL LL Stdd ' - Ứng suất thớ biên : ft Fps Ao Fps eo Sot SD M DC Sot SD M DC Stdt SD M DC DW Stdt ' SD M PL LL t' Std Trong Fps: tổng lực kéo bó cáp ứng suất trước trừ mát tức thời (KN) Fl/2 = (0.75×fpu - ∆fpT) ×Aps =(0.75×1860-489.223) ×4900=4438.307 kN MDC1: mô men khối lượng thân dầm: SD => M DC DC1.L / 17.95 165.62 2972.88kN.m 2972880kN.mm MDC2: mô men khối lượng thân mặt cầu SD => M DC DC2 L / 9.606 165.62 1590.946kN.m 1590946kN.mm SVTH: Trang 93 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm MDC3+DW: mô men khối lượng thân SD M DC 3 DW ( DC3 DW ).L / (1.43 5.59) 165.62 1162.65kN.m 1162650kN.mm MPL+LL: mô men khối lượng thân +Mặt cắt l/2: MPL+LL = 2424.74kN.m = 2424740 kNmm Ao: diện tích mặt cắt dầm I giai đoạn Sod , Sot : Mô ment kháng uốn thớ thớ tiết diện giai đoạn Stdd , Stdt : Mô ment kháng uốn thớ thớ tiết diện giai đoạn Stdd ' , Stdt ' : Mô ment kháng uốn thớ thớ tiết diện giai đoạn e0: (đã tính trên) Mặt cắt l/2 F (kN) 4438.307 MDC1 (kN.mm) 2972880 MDC2 (kN.mm) 1590946 MDC3+DW (kN.mm) 1162650 MLL+PL (kN.mm) 2424740 A0 (mm2) 595038 d S0 (mm3) 246030000 S0t (mm3) 275700000 d Std (mm ) 346030000 Stdt (mm3) 298860000 d’ Std (mm ) 463800000 t' Std (mm ) 873400000 e0 (mm) 793.6 fd (Mpa) 2.641 t f (Mpa) -14.897 Bảng 2.2.18: Kết tính toán kiểm tra ứng suất giai đoạn khai thác sử dụng - Mặt cắt l/2 : f d 2.641MPa f c 3.18MPa Đạt f t 14.897MPa f c 18.225MPa Đạt 6.2 Kiểm tra độ võng Biến dạng tải trọng khai thác lớn gây hư hỏng lớp mặt cầu, nứt cục mặt cầu… Gây cảm giác không an toàn cho người lái xe Để hạn chế điều này, quy trình kiến nghị sau: Độ võng hoạt tải dầm, đơn giản l 800 Xét mặt cắt nhịp Khi tính độ võng hoạt tải ta xét trường hợp: + Một xe thiết kê (có xét IM) 1 SVTH: Trang 94 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm + 25% xe thiết kế tải trọng l / max( 1 , ) l 800 a Trường hợp xe thiết kế Ta có : x Pi bi x (l bi2 x ) EI l Với mặt cắt nhịp : x l M Pi g LL (1 IM ).145(hoac35) Trong gMLL hệ số phân bố ngang hoạt tải ô tô tính độ võng M g LL n solan N b sodam IM hệ số xung kích : IM = 0,25 I = I‘td = 5.6042×1011 (mm4) (Moment tĩnh tiết diện giai đoạn 2) E = 33994,5 MPa = 33.915 kN/mm2 => EI = 33.915×5.6042×1011 =1.9×1013 kNmm2 P (kN) Pi (kN) x (mm) bi (mm) (mm) 145 145 33.66 33.66 18200 18200 13900 18200 1.643 1.78 35 10.45 18200 22500 0.503 3.926 Bảng 2.2.19: Độ võng xe trục gây dầm b Trường hợp 25% Xe tải thiết kế Tải trọng 21 22 Với 21 0.251 0.25 3.926 0.9815mm 22 ql (mgLL 9.3).l (0.411 9.3 103 ).364004 4.5985mm 384 EI 384 1.98 1013 384 1.9 1013 => 0.9815 4.5985 5.58mm Vậy độ võng hoạt tải gây nhịp : l / max( 3.926;5.58) 5.58mm SVTH: l 36400 45.5mm Đạt 800 800 Trang 95 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm VII Kiểm toán theo TTGH cường độ (THGHCD1) TTGH cường độ I phải xem xét để đảm bảo cường độ ổn định cục tổng thể suất tuổi thọ thiết kế kết cấu 7.1 Kiểm toán theo điều kiện mô men kháng uốn – Công thức kiểm toán: Mu Mr=.Mn Trong đó: + Mr : Sức kháng uốn tính toán + Mn : Sức kháng uốn danh định (TCN5.7.3.2) + : Hệ số sức kháng, = 1.0 kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực (TCN 5.5.4.2.1) yIIt b2 t2 hf Để chuyển bê tông đổ chỗ thành bê tông dầm tương đương, tỉ số mô đun đàn hồi lấy n 30 / 45 0,816 Khi bề rộng hữu hiệu cánh nén tiết diện tương đương b=0.816×2000=1632mm II II nps x t1 yIId b x b1 *Xác định Mn(xét mặt cắt nhịp) Công thức: a a a a hf M n [ Aps f ps (d p ) As f y (d s ) A' s f ' y (d ' s ) 0,85.1 f c' (b bw ).h f ( )] 2 2 Trong đó: Aps: Diện tích thép DƯL , Aps= 4900(mm2) fpu: cường độ chịu kéo quy định cốt thép dự ứng lực(MPa), fpu = 1860 MPa fps : ứng suất trung bình cốt thép DƯL sức kháng uốn danh định (Mpa) dp: Khoảng cách từ thớ nén mép dầm liên hợp đến trọng tâm cốt thép DƯL As: Diện tích cốt thép chịu kéo không DƯL (mm2); As= fy: Giới hạn chảy quy định cốt thép chịu kéo không DƯL (Mpa) SVTH: Trang 96 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm ds: Khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không DƯL (mm) A's: Diện tích cốt thép chịu nén không DƯL (mm2); A's = f'y: Giới hạn chảy quy định cốt thép chịu nén không DƯL (Mpa) d's: Khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt nén chịu kéo không DƯL (mm) f'c: Cường độ quy định BT tuổi 28 ngày (Mpa); f'c= 45 (MPa) b: Bề rộng mặt chịu nén cấu kiện (mm); b=1632 (mm) bw: Chiều dày bụng đường kính tiết diện tròn(mm); bw=200(mm) 1: Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất, với BT có cường độ > 28MPa hệ số 1 giảm theo tỉ lệ 0.05 cho Mpa vượt 28 Mpa: 1= 0.85-(45-28)÷7×0.05=0.73 hf: Chiều dày cánh chịu nén, ta lấy chiều dày trung bình 200 mm a=c.1: Chiều dày khối ứng suất tương đương (mm) Ta bỏ qua cốt thép thường thớ chịu nén thớ chịu kéo nên công thức viết lại sau: a a hf M n [ Aps f ps (d p ) 0,85 f c' (b bw ) 1.h f ( )] 2 *Xác định dp: d p h a ps 1850 200 184 1866mm aps – Khoảng cách từ thớ chịu kéo đến trọng tâm cốt thép dự ứng(xét mặt cắt nhịp) *Xác định c: – Để tính toán chiều cao vùng chịu nén, trước hết cần xác định trường hợp tính toán trục trung hòa qua cánh qua sườn dầm Muốn ta giả thiết trục trung hòa mặt cắt qua mép chịu nén – Xét bất đẳng thức: Aps f pu 0,851 f c' (b bw )h f c h f (*) f pu ' 0,85.1 f C bw k APS dp – Các kí hiệu trên, đó: fpu: cường độ chịu kéo quy định cốt thép dự ứng lực(MPa) fpy: cường độ chảy thép dự ứng lực(MPa) fpy = 0.9×fpu = 0.9×1860= 1674 (MPa) – Ta dùng loại thép có độ tự chùng thấp SVTH: Trang 97 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm – Mỗi bó có 49 sợi 7 – Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : fpu=1860 MPa – Giới hạn chảy : fpy=1674 MPa f py k 1,04 1,04 16741860 0, 28 f pu Ta giả thiết bỏ qua cốt thép thường: Aps f pu 0,851 f c' (b bw )h f c h f (*) f pu ' 0,85.1 f C bw k APS dp Xét Mặt cắt nhịp: Ta có: 4900 1860 0.85 0.73 45 (1632 200) 200 c 160.67mm h f 200mm 1860 0.85 0.73 45 200 0.28 4900 1866 Ta thấy c= 150,96 < h, suy trục trung hoà qua cánh Khi coi mặt cắt hình chữ nhật Theo TCN 5.7.3.2.3 chiều dày cánh chịu nén h>c xác định theo phương trình sức kháng uốn danh định Mn xác định theo phương trình: c Aps f pu As f y A 'c f ' y 0,85.1 f 'c b f k Aps dpup f 4900 1860 159.3mm 1860 0.85 0.73 45 2000 0.28 4900 1866 Ứng suất bó cốt thép có dính kết: c 159.3 f ps f pu 1 k 1860 1 0.28 1815.5MPa d 1866 p Chiều dày khối ứng suất tương: a c.1 159.3 0.73 116.29mm Sức kháng uốn danh định : a 116.29 6 M n Aps f ps d p 4900 1815.5 1866 10 16082.6kNm 2 Sức kháng uốn tính toán: M r .M n 116082.6 16082.6kNm Mô men lớn theo TTGH cường độ I M lCD /2 =11948.765 (KN.m) Mu = 11948.765 kNm MR= 16082.6 kNm Vậy mặt cắt nhịp thỏa mãn cường độ SVTH: Trang 98 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm Kết luận : Vậy dầm đủ khả chịu lực theo TTGH cường độ I 7.2 Kiểm tra giới hạn cốt thép 7.2.1 Giới hạn cốt thép tối đa + Mặt cắt nhịp: Coi diện tích cốt thép thường As = 0, ta có: de = Aps f ps d p + As f y d s Aps f ps + As f y Vì As = 0, nên de d p 1866mm de: khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo cốt thép chịu kéo(mm) Điều kiện kiểm tra: c 159.3 0.0854 0.42 Thỏa mãn điều kiện d e 1866 Kết luận: Mặt cắt nhịp thoả mãn hàm lượng cốt thép tối đa 7.2.2 Giới hạn cốt thép tối thiểu Cốt thép tối thiểu phải đảm bảo mômen kháng uốn tính toán Mr phải lớn giá trị nhỏ hai giá trị sau: – 1.2 lần sức kháng nứt: 1.2 M cr – 1.33 lần mô men tính toán cần thiết tổ hợp tải trọng cường độ I : 1.33 M u Hay Φ×Mn≥ min(1.2Mcr; 1.33Mu) Trong đó: Mcr: sức kháng nứt xác định sở phân bố ứng suất đàn hồi cường độ chịu kéo uốn, fr (5.4.2.6): f r 0.63 f c' 0.63 40.5 4MPa Theo TCN 5.7.3.6.2–2: Mcr= f r Ig yd +yd: khoảng cách từ thớ chịu kéo đến trục trung hoà(mm), ydx ydx c 1208.35 159.3 1367.65mm +Ig: mô men quán tính dầm chủ tiết diện nhịp giai đoạn liên hợp I td' 5.84 1011(mm4 ) Suy ra: Mcr = ×10–6× 5.6042 1011 1639.07kNm 1367.65 Mu=11948.765KNm min(1.2Mcr; 1.33Mu)=min(1.2×1639.07; 1.33×11948.765) = 15891.86 (KN.m) Mr = 16082.6 KNm > 15891.86 KNm SVTH: Trang 99 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm Kết luận: Mặt cắt nhịp thoả mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu 7.3.Tính cốt đai kiểm toán cắt TTGH cường độ I: TCN 5.8.2 Công thức tính kháng cắt : Vr .Vn Trong đó: : hệ số sức kháng quy định TCN 5.5.4.2, =0,9 Vn sức kháng danh định quy định TCN 5.8.3.3 Sức kháng cắt danh định phải xác định trị số nhỏ của: Vn = { Vn1;Vn } Với: Vn1 = Vc+Vs+Vp Vn2 = 0, 25 fc' bv dv + Vp Trong đó: Vc – ứng suất kéo bê tông Vs – cốt thép chịu cắt Vp – thành phần dự ứng lực thẳng đứng bv – bề rộng có hiệu bụng, bv =200mm (Tại gối) d v – chiều cao chịu cắt có hiệu Vc 0,083. f c bv dv Tính Vc : dv: chiều cao chịu cắt có hiệu, khoảng cách từ trọng tâm CT vùng chịu kéo đến trọng tâm CT vùng chịu nén ( 0.9de 0.72hdầm) Được xác định (A.5.8.2.7) (mm) ' + Tại nhịp: a 0.9d e 0.9 1866 1679.4mm 0.72h 0.72 1850 1332mm 116.29 dv 1866 1807.855mm 1332mm Như d v = 1332 (mm) dv de Chiều dài truyền lực : Ltl = 60 D ps = 60×15.2 = 912 (mm) Tiết diện cắt nguy hiểm: d v = 1332 (mm) Lấy bv=600 mm gối.Vậy mặt cắt gối mặt cắt dùng để kiểm tra điều kiện lực cắt Lực cắt mặt cắt : Vu = 1425.52kN + Tính VP: V p Aps f p sin Trong đó: Aps: diện tích tao cáp (mm2), Aps= 980 mm2 fp: ứng suất cáp sau mát, giá trị ứng với mặt cắt f p 0,7 f pu f pt Tại đầu dầm: fp=0.7×1860 – 389.212 = 919.788 MPa : góc lệch cáp theo phương ngang SVTH: Trang 100 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm Tại gối: 1 arctan 1270 1110 950 4.9o ; arctan 5.7o ; arctan 7.3o 14800 11100 74000 Vì chiều dài truyền lực Ltl = 912(mm) < d v = 1332 (mm), dùng giá trị toàn phần V p Vậy : Vp = 980 ×919.788×10–3× (sin 4.9o +sin 5.7o +sin 7.3o ) = 218.055 (kN) + Xác định cự ly cốt thép đai: Cự ly cốt thép ngang không vượt trị số sau : Nếu Vu < 0.1 fc bv dv : s 0.8 dv 600mm (5.8.2.7-1) Nếu Vu 0.1 fc bv dv : s 0.4 dv 300 mm (5.8.2.7-2) Có 0.1×40×600×1332=3196.8 N = 3196.8 kN > Vu = 1425.52kN Chọn s 0.8dv = 0.8×1332= 1065.6 mm s 600 chọn thép đai ф 12 –Ứng suất cắt bê tông xác định theo: v Vu .V p .bv d v Trong đó: Vu – lực cắt tính toán, Vu = V CDI = 1425.52 (kN) (1425.52 0.9 218.055) 103 = 1.709 (Mpa) 0.9 600 1332 v 1.709 0.038 0.25 ' fc 45 v= Tính fpo : f po f pe f pc Ep Ec Với : fpo ứng suất cốt thép DUL ứng suất bê tông xung quanh = fpe : ứng suất có hiệu bó thép sau trừ tất mát f pe f pj f pt 0.8 1860 389.212 = 1098.79 (Mpa) fpc: ứng suất nén bê tông trọng tâm tiết diện sau trừ tất mát + Fpe = Aps f pe = 4900×1098.79 = 5384071 (N) + Alh = 1216645 (mm2) f pc 5384071 3.54 1521400 f po 1098.79 3.54 197000 1078.23Mpa 33915 Theo A5.8.3.4.2–2, ứng biến cốt thép phía chịu kéo uốn cấu kiện: Ứng biến dọc cốt thép phía chịu uốn: SVTH: Trang 101 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu ex GVHD:TS.Cao Văn Lâm ( M u / d v ) 0.5 Nu cot Aps f po Es As E p Aps Trong đó: + M u – mô men tính toán CĐI đoạn cách đầu gối 2.2m M u = 2742.135 (KN.m) + Vu – lực cắt tính toán CĐI Vu = V CDI = 1271.795 (kN) + Es , E p – môdun đàn hồi cốt thép thường ứng suất trước + As , Aps – diện tích cốt thép thường ứng suất trước, coi As = + f po – ứng suất thép ứng suất trước ứng suất bêtông xung quanh = Giả thiết tính với = 40o 4(2742.135 106 / 1271.795) 0.5 5384071 cot 40 4900 1078.23 ex 3.24 103 197000 4900 Do vậy: = -3.24×10-3 Vì x âm nên giá trị tuyệt đối phải giảm cách nhân với hệ số : ex = ex ´ Fs Es As + E p Aps Với Fs = , với Ac diện tích bêtông phía chịu uốn dầm Ec Ac + Es As + E p Aps Trong đó: +Ac diện tích bê tông phía chịu kéo uốn dầm, xác định bê tông phía h/2(hình A.5.8.3.4.2.3): h=1850mm; h/2=925mm; Ac=200×600+200×400 +(925-400)×200 = 305000(mm2); → Fs 197000 4900 0.0850 305000 33915 197000 4900 → ex = -3.24×10-3 × 0.085= -0.275×10 - -Dựa vào ex = -0.275×10 – v 1.709 0.038 tra bảng TCN5.8.3.4.2-1, ta có: f c' 45 f = 270 , b = 6,75 Vc 0.083 f 'c b v d v 0.083 6.75 45 200 1332 1001.2Mpa +Tính Vs : Sức kháng cắt danh định cốt thép dầm (cốt đai): Vs Av f y dv (cot g cot g ).sin s Trong đó: Av diện tích cốt thép chịu cắt cự ly S, đầu dầm bố trí cốt đai 12, nhánh nên: fy giới hạn chảy cốt thép ngang., fy =420MPa SVTH: Trang 102 ĐAMH: Lập dự án công trình cầu GVHD:TS.Cao Văn Lâm s: cự ly cốt thép đai, đầu dầm s = 100 mm góc nghiêng cốt thép đai so với trục dọc, =900 Av diện tích cốt thép chịu cắt cự ly s, đầu dầm bố trí cốt đai 12 : Av 0,083. f 'c bv s 200 100 0,083 6,75 45 178,965mm2 fy 420 =6,75 góc nghiêng ứng suất nén chéo Tại mặt cắt gối: Vs 178.965 420 1332 (cot 27 cot 90) sin 90 103 1001.2kN 100 Vậy : Vn1 Vc Vs Vp = 1001.2+1001.2 +218.055 = 2220.455kN Vn 0, 25 fc' bv dv VP =0.25×45×200×1332×10–3+218.055 = 3215.055 kN Vn min(Vn1;Vn ) = 2220.455 kN Vr = 0.9×2220.455 = 1998.41 kN Vu gối Vu=1425.52 kN