ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH CHƯƠNG III THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 3.1.CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU − Phần bêtông cốt thép dày 250mm − Lớp phòng nước 5mm − Lớp mui luyện dày trung bình 35mm − Lớp phủ bêtông Atfan 75mm LỚP BTCT DÀY : 250mm BÊ TÔNG ATPHAN: 75mm TẦNG PHÒNG NƯỚC: 5mm LỚP MUI LUYỆN DÀY TB: 55mm Hình 3.1: Cấu tạo bản mặt cầu 3.2.SƠ ĐỒ TÍNH Ta có tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn > 1.5 nên bản mặt cầu chỉ làm việc theo phương cạnh ngắn ( cạnh theo phương ngang cầu vuông góc với hướng xe chạy). Với cầu dầm hộp, thi công đúc hẫng cân bằng thì chiều dài nhòp tính toán là khoảng cách giữa 2 tim thành hộp. Ta tiến hành qui đổi phần cánh dựa trên sự tương đương về mặt tiết diện 800300 3150 300 250 500 1500 2000 1500 4400 300 4800 7501500 500500 250 750 1500 500 10500 300 6000 SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 113 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH Hình 3.2: Cấu tạo hình học bản mặt cầu 10500 364 250 5500 250 3583433 4379 2250 500 5000 500 2250 6000 Hình 3.3: Quy đổi tiết diện bản mặt cầu 10500 3765 2500 5500 2500 1 2 3 4 Hình 3.4: Tiết diện dùng để mô hình hoá 3.3.TẢI TRỌNG, NỘI LỰC 3.3.1.Tónh tải Tải trọng tác dụng lên bản có tónh tải, ta sẽ xét tónh tải tác dụng lên dải bản rộng 1m theo phương dọc cầu: − Tónh tải lớp phủ bản mặt cầu: (Xét trên 1m dài cầu) + Lớp phủ bê tông nhựa : 1 at q h b 0.075 24 1.0 1.8 N mm= ×γ × = × × = +Trọng lượng lớp mui luyện: 2 at q h b 0.055 25 1.0 1.375 N mm= ×γ × = × × = + Lớp phòng nước : SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 114 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH 3 at q h b 0.005 18 1.0 0.09 N mm= ×γ × = × × = 1 1 2 3 DW q q q 1.8 1.375 0.09 3.265 N mm⇒ = + + = + + = + Tiện ích công cộng: 2 DW 0.5 N mm= 1 2 DW 3.265 0.5 3.765 N⇒ = + = + =DW DW m m − Trọng lượng bản thân: Chiều cao trung bình của bản: f A 3825000 h 364.3(mm) B 10500 = = = Trong đó: A : Diện tích mặt cắt ngang bản (mm) B : Bề rộng cầu (mm) Vậy trọng lượng bản thân bản mặt cầu: 6 1 f c DC h 1000 364.3 25 10 1000 9.11(N / mm) − = × γ × = × × × = − Trọng lượng lề bộ hành: lbh DC 0.1 1.3 25 3.25 N mm= × × = − Trọng lượng bó vỉa: bv DC 0.2 0.3 25 1.5 N mm= × × = − Trọng lượng hệ lan can: + Trọng lượng tường bêtông: tg DC 0.65 0.25 25 4.0625 N mm= × × = + Trọng lượng thanh lan can tay vòn: 2 2 P1 thep 2 2 5 D d DC 2 4 100 90 2 7.85 10 0.234N mm 4 −   − = × γ × π× =  ÷     − = × × ×π× =  ÷   + Trọng lượng cốt lan can 3 cot 1cot P2 nhip n P 89 292.71 10 DC = 0.146 N mm L 178 − × × × = = Vậy tổng trọng lượng của hệ lan can: lc tg P1 P2 DC DC DC DC 4.4425 N mm= + + = Vậy tónh tải hệ lan can và 1/2 lề bộ hành: lbh 3 1 lc DC DC DC 6.0675 N mm 2 − = + = SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 115 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH Và tónh tải bó vỉa và 1/2 lề bộ hành: lbh 3 2 bv DC DC DC 3.125 N mm 2 − = + = Sơ đồ tính toán bản mặt cầu: 1 2 4 5 DC 3-2 DC 3-1 DC 1 DW DC 3-2 DC 3-1 1650 7200 1650 7000 17501750 10500 3 5500 Hình 3.5: Sơ đồ tính bản mặt cầu do tónh tải Nội lực do tónh tải được tính bằng công thức sau đây: − TTGH cường độ: ( ) 3 1 3 2 1 ( ) − − = × × + + + × tt u DC DW M DC DC DC DW η γ γ − TTGH sử dụng: ( ) 3 1 3 2 1 1.0 1.0 ( ) 1.0 − − = × × + + + × tt u M DC DC DC DW Trong đó: η : Hệ số điều chỉnh tải trọng η = D η × R η × I η Trong đó: + D η = 1 ,cho các thiết kế thông thường . + R η = 0.95, kết cấu có tính dư . + I η = 1.05 ,đối với cầu quan trọng. ⇒ η = D η × R η × I η = 1 × 0.95 × 1.05 = 1 > 0.95 , : DC DW γ γ Hệ số tải trọng, ở TTGH cường độ 1.25; 1.5= = DC DW γ γ Mô hình hoá kết cấu bằng phần mềm Midas civil v7.01, ta có nội lực như sau: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 116 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH -6469122.4 22153424.9 7842151.3 -22153491.5 -22153424.9 80058455.9 0.0 -37157515.6 -8896199.2 -43626571.3 -43626462.2 20739811.4 -37157339.8 0.0 -8896199.2 6469055.7 -22153491.5 -7842217.9 M I D A S / C i v i l P O S T - P R O C E S S O R B E A M D I A G R A M M O M E N T - y 8 . 0 0 5 8 5 e + 0 0 7 6 . 8 8 1 4 4 e + 0 0 7 5 . 7 5 7 0 3 e + 0 0 7 4 . 6 3 2 6 2 e + 0 0 7 3 . 5 0 8 2 1 e + 0 0 7 2 . 3 8 3 8 0 e + 0 0 7 1 . 2 5 9 3 9 e + 0 0 7 0 . 0 0 0 0 0 e + 0 0 0 - 9 . 8 9 4 2 9 e + 0 0 6 - 2 . 1 1 3 8 4 e + 0 0 7 - 3 . 2 3 8 2 5 e + 0 0 7 - 4 . 3 6 2 6 6 e + 0 0 7 C B : t h m a x M A X : 6 M I N : 8 F I L E : B M C U N I T : N · m m D A T E : 0 6 / 0 1 / 2 0 1 1 V I E W - D I R E C T I O N X : 0 . 0 0 0 Y : - 1 . 0 0 0 Z : 0 . 0 0 0 Hình 3.6: Kết quả nội lực do tónh tải ở TTGH cường độ -3710350.1 17234132.3 6761891.1 3710296.8 -17234185.7 -6761944.4 0.0 -29514231.2 -7116959.4 -33224528.0 -33224440.7 15421296.9 -29514090.6 0.0 -7116959.4 -17234185.7 -17234132.3 64535372.2 M I D A S / C i v i l P O S T - P R O C E S S O R B E A M D I A G R A M M O M E N T - y 6 . 4 5 3 5 4 e + 0 0 7 5 . 5 6 4 8 1 e + 0 0 7 4 . 6 7 6 0 8 e + 0 0 7 3 . 7 8 7 3 6 e + 0 0 7 2 . 8 9 8 6 3 e + 0 0 7 2 . 0 0 9 9 1 e + 0 0 7 1 . 1 2 1 1 8 e + 0 0 7 0 . 0 0 0 0 0 e + 0 0 0 - 6 . 5 6 2 7 4 e + 0 0 6 - 1 . 5 4 5 0 0 e + 0 0 7 - 2 . 4 3 3 7 3 e + 0 0 7 - 3 . 3 2 2 4 5 e + 0 0 7 C B : t t g h s d M A X : 6 M I N : 8 F I L E : B M C U N I T : N · m m D A T E : 0 5 / 3 1 / 2 0 1 1 V I E W - D I R E C T I O N X : 0 . 0 0 0 Y : - 1 . 0 0 0 Z : 0 . 0 0 0 Hình 3.8: Kết quả nội lực do tónh tải ở TTGH sử dụng Bảng tổng hợp kết quả nội lực do tónh tải ở TTGH cường độ và sử dụng Mặt cắt M u (N.mm) M s (N.mm) 1 -37157515.63 -29514231.25 2 -43626571.31 -33224528.03 3 20739811.37 15421296.86 3.3.2.Hoạt tải Gồm có 2 loại hoạt tải: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 117 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH − Tải trọng người đi truyền xuống bản mặt cầu thông qua bó vỉa: W PL = 3 3 10 MPa − × Ta qui đổi theo phương ngang như sau: 3 3 10 1000 3 / − = × × = PL q N mm − Tải trọng xe: Vì khoảng cách giữa 2 dài bản tín toán là 5500mm, nên theo 3.6.1.3.3-22TCN272- 05, khi dải bản là ngang và nhòp vượt quá 4600mm thì thiết kế , các dải ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145000N và tải trọng làn Giá trò nội lực do hoạt tải được thực hiện bằng cách xếp hoạt tải lên đ.a.h của nội lực ấy. Khảo sát tại 3 vò trí 1, 2, 3 trên dải bản rộng 1m như hình vẽ trên: Giá trò nội lực tại các vò trí được tính như sau: − TTGH cường độ: ( ) { } = × × + + × ht u LL LL lane PL PL M M M M η γ γ − TTGH sử dụng: ( ) { } 1.0 1.0 1.0= × × × + + × ht u LL lane PL M m M M M Với: (1 ) 1000   = × + × × ×  ÷   ∑ i LL y M m IM P SW lane Lan L PL PL PL M m q M P = × ×Ω = ×Ω Trong đó: m: Hệ số làn + Khi xếp 1 làn m=1,2. + Khi xếp 2 làn m=1. IM: Hệ số xung kích, IM=0.25 SW: Diện làm việc của bản: + Khi tính moment âm tại gối: SW 1220 0.25 S 1220 0.25 5500 2595(mm) − = + × = + × = + Khi tính moment dương tại giữa nhòp: SW 660 0.55 S 660 0.55 5500 3685(mm) + = + × = + × = + Khi các bánh xe đặt ra phần hẫng thì: SW 1140 0.833 X= + × (X: khoảng cách điểm đặt tải trọng tới gối biên, lấy theo giá trò trung bình) SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 118 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH L q : Tải trọng làn tác dụng lên bản mặt cầu được qui đồi theo phương ngang như sau: 9.3 / 1000 3.1 / 3000 = × = lan N mm q mm N mm mm P: 1/2 Tải trọng trục 145kN, P=72.5 kN 3.3.2.1. Mặt cắt 1-1: 750 2250 250 q L 72.5kN W pl 450 2500 450 300 18001500 1800 Hình 3.9: Đường ảnh hưởng mơ men tại mặt cắt 1-1 Ứng với mỗi bánh xe ta tính được một bề rộng ảnh hưởng : ( ) cs SW 1440 0.833 450 1814.9 mm = + × = 1 3 (1 ) 1000 450 1.2 (1 0.25) 72.5 10 1000 26964295 . 1814.9   = × + × × ×  ÷   − = × + × × × × = − LL y M m IM P SW N mm lane Lan L 1 M m q 1.2 3.1 750 750 1046250N.mm 2 = × ×Ω = × × ×− × = − PL PL PL 1 M q 3 (2250 750) 1500 6750000N.mm 2 = ×Ω = × ×− + × = − 3.3.2.2. Mặt cắt 2-2 − Xét momen âm: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 119 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH 250 1400 1800 843.83 279.78 56.33 450 292.04 750 2750 2500 W pl 937.84 597.22 609.54 2.24 1500 300 250 1800 207.78 Hình 3.10 : Xếp xe tính momen âm mặt cắt 2-2 Ứng với mỗi bánh xe ta tính được một bề rộng ảnh hưởng : ( ) cs SW 1440 0.833 450 1814.9 mm = + × = 2 3 4 1 3 (1 ) 1000 450 292.04 597.22 207.78 1.0 (1 0.25) 72.5 10 1000 1814.9 2595 63297217 . −   + + = × + × × × +  ÷     − − − − = × + × × × × +  ÷   = − LL y y y y M m IM P SW SW N mm lane Lan L M m q 1 1 1 1.0 3.1 279.78 750 597.22 2750 (597.22 56.33) 2500 2 2 2 5403400N.mm = × ×Ω   = × × ×− × + ×− × + ×− + ×  ÷   = − PL PL PL 1 M q 3 (843.83 279.78) 1500 2528122N.mm 2 = ×Ω = × ×− + × = − − Xét mô men dương: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 120 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH W pl 1500300 250 1800 450 548.36 609.54 181.3 107.88 294.32 489.04 597.22 937.84 2.24 2.24 1350 7502250 W pl Hình 3.11: Xếp xe tính mô men dương mặt cắt 2-2 Ứng với mỗi bánh xe ta tính được một bề rộng ảnh hưởng : ( ) cs SW 1440 0.833 450 1814.9 mm = + × = 1 2 3 (1 ) 1000 294.32 107.88 1.2 (1 0.25) 72.5 10 1000 3685 1814.9 2221594 . +   = × + × × × +  ÷     − = × + × × × × +  ÷   = − LL y y M m IM P SW SW N mm lane Lan L M m q 1 1 1.2 3.1 181.3 750 489.04 2250 2 2 1793718N.mm = × ×Ω   = × × × × + ×− ×  ÷   = − PL PL PL 1 M q 3 (181.3 548.36) 1500 1641735N.mm 2 = ×Ω = × × + × = 3.3.2.3.Mặt cắt 3-3 − Xét mô men âm: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 121 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH W pl 147.74 49.25 147.74 164.15 777.78 W pl 1500 300 250 1800 450 750 636.37 381.82 29.55 49.25 2250 2750 q L 72.5kN Hình 3.12: Xếp tải để tính mô men âm mặt cắt 3-3 Ứng với mỗi bánh xe ta tính được một bề rộng ảnh hưởng : ( ) cs SW 1440 0.833 450 1814.9 mm = + × = 1 2 3 (1 ) 1000 29.55 381.82 1.2 (1 0.25) 72.5 10 1000 1814.9 2595 14230471 . −   = × + × × × +  ÷     − = × + × × × × +  ÷   = LL y y M m IM P SW SW N mm lane Lan L M m q 1 1 1.2 3.1 49.25 750 636.37 2250 2 2 2594504N.mm = × ×Ω   = × × ×− × + × ×  ÷   = PL PL PL 1 M q 2 3 (49.25 147.74) 1500 886455N.mm 2 = ×Ω = × × ×− + × = − − Xét mô men dương: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 122 [...]... thiểu nên ta lấy A s để tính toán diện tích cốt thép 1000 222 × π × = 2111.8mm 2 để bố trí Vậy chọn Φ 22a180 có As= 180 4 Cốt thép bản mặt cầu theo chiều dọc cầu: Vì bản làm việc theo phương ngang cầu nên ta đặt cốt thép cấu tạo theo phương dọc cầu cả đáy trên và đáy dưới của bản mặt cầu để phân bố tải trọng bánh xe dọc cầu đến cốt thép chòu lưc theo phương ngang Diện tích yêu cầu tính theo phần trăm cốt... Nội lực tại các mặt cắt được tổ hợp như sau: TTGH cường độ: ht M u = M tt + M u u TTGH sử dụng: ht M s = M stt + M s Bảng tổ hợp nội lực các mặt cắt tính toán ở TTGH cường độ và TTGH sử dụng Mặt cắt Giá trò Mu(N.mm) Ms(N.mm) 1-1 Mô men âm -97988469.38 -64274776.25 2-2 Mô men âm -168276864.6 -104453267 3-3 Mô men dương 94733068.12 57703157.86 3.5.TÍNH TOÁN THÉP BẢN MẶT CẦU Tiết diện tính toán b x h = 1000... As=Asmin=1951.5mm2 để tính toán diện tích cốt thép Chọn Φ 22a180 có As = 1000 222 × π × = 2111.8mm 2 để bố trí 180 4 SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 126 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH Cốt thép bản mặt cầu theo chiều dọc cầu: 3840 3840 %thepdoc = = = 51.2% Sc 5500 Vậy ta dùng 51.8% diện tích cốt thép dọc để bố trí cốt thép bản mặt cầu theo phương dọc cầu Tức hàm lượng cốt thép theo phương dọc cầu là : As=51.8%... TRANG 123 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH Ta chọn mô men dương lớn nhất và mô men âm lớn nhất tại các mặt cắt 1-1, 2-2, 3-3 để tính toán cốt thép cho bản cánh trên Tổng hợp giá trò nội lực do hoạt tải: Bảng tổng hợp nội lực do hoạt tải tại các mặt cắt tính toán ở TTGH cường độ và sử dụng Mặt cắt Giá trò Muht(N.mm) Msht(N.mm) 1-1 Mô men âm -60830953.75 -34760545 2-2 Mô men âm -124650293.3 -71228739... 3840 = = 51.8% Sc 5500 Vậy ta dùng 51.8% diện tích cốt thép dọc để bố trí cốt thép bản mặt cầu theo phương dọc cầu Tức hàm lượng cốt thép theo phương dọc cầu: As=51.8% × 2111.8 = 1093.9 mm2 Vậy chọn Φ16a180 có As = 1000 162 × π × = 1117mm 2 để bố trí 180 4 3.5.2 .Tính toán thép chòu môment dương Giá trò môment lấy tại mặt cắt 3-3 ở trạng thái giới hạn cường độ: + M 3−3 = 94733068.12N.mm Chiều cao làm... = 1.0 × 3.1×  × −36.11× 800 + × 777.78 × 2750 + × ( 777.78 + 14.14 ) × 2700 ÷ 2 2 2  = 6584696N.mm M PL = q PL × ΩPL = 0N.mm 3.3.2.4 Tổng hợp nội lực do hoạt tải Bảng tổng hợp các giá trò mô men tính toán tại từng mặt cắt tính toán Mặt cắt Giá trò MLL (N.mm) Mlane (N.mm) MPL (N.mm) 1-1 Mô men âm -26964295 -1046250 -6750000 Mô men dương -2221594 -1793718 1641735 Mô men âm -63297217 -5403400 -2528122... phương dọc cầu Tức hàm lượng cốt thép theo phương dọc cầu là : As=51.8% × 2000.7= 1036.4 mm2 Vậy chọn Φ16a180 có As = 1000 162 × π × = 1058.2 mm 2 để bố trí 190 4 3.6.KIỂM TRA NỨT CHO BẢN MẶT CẦU Ta sẽ kiểm tra nứt của bản mặt cầu bằng trạng thái giới hạn sử dụng: + Moment dương: M 3−3 = 57703157.86N.mm − Moment âm: M 2− 2 = −104453267N.mm 3.6.1.Kiểm tra nứt với môment âm Các giá trò của b, h, a , ds đã...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH 2250 1800 1200 1800 72.5kN 72.5kN 1550 1200 1800 14.14 268.69 438.39 36.11 16.42 164.15 550 250 777.78 qL 900 Hình 3.13: Xếp tải để tính mô men dương mặt cắt 3-3 Ứng với mỗi bánh xe ta tính được một bề rộng ảnh hưởng : SWcs = 1440 + 0.833 × 450 = 1814.9 ( mm )  y y +y +y  M LL = m × (1 + IM ) × P × 1000 ×  1 + 2 3 + 4 ÷ SW  SW   −16.42 438.39 + 777.78... 50(MPa) Cường độ cốt thép: f y = 280(MPa) Chọn lớp bêtông bảo vệ: a bv = 25(mm) Giả đònh khoảng cách từ mép chòu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùng cốt thép chòu kéo là: a1 = 40(mm) 3.5.1 .Tính toán thép chòu môment âm: Giá trò môment lấy tại vò trí 2-2 ở trạng thái giới hạn cường độ: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 124 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH M −− 2 = −168276864.6N.mm 2 Chiều... của thép: E s = 200000(MPa ) Hệ số tính đổi từ thép sang bêtông: n= Es 200000 = = 5.262 Ec 38007 Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt: SVTH: NGUYỄN NHƯ NGỌC TRANG 127 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S DƯƠNG KIM ANH  As  2 × ds × b  1+ − 1÷ ÷ b n × As    2111.8  2 × 324.3 × 1000 = 5.262 × − 1÷ = 74.51( mm)  1+ ÷ 1000  5.262 × 2111.8   x = n× Moment quán tính của tiết diện bêtông khi đã