Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ 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. Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 1 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ 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 d o thép ứng suất trã ớc 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 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 Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 2 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ 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) Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 3 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế 1 cầu Bê tông cốt thép DƯL * Các số liệu cho trớc: - Dầm T, chiều dài toàn dầm L=20 m, kết cấu kéo sau - Khổ cầu K8+2 x2m - Tải trọng thiết kế: HL93 - Bó cốt thép DƯL: Bó 7 tao 12,7 * Vật liệu sử dụng: - Bêtông dầm chủ mác 400 có các chỉ tiêu sau: + fc = 40 MPa + c = 24 KN/m 3 + Ec = 31975,351 MPa + Hệ số poisson = 0,2 - Bêtông bản mặt cầu mác 400 có các chỉ tiêu sau: + fc = 30 MPa + c = 24 KN/m 3 + Ec = 27691.466 MPa + Hệ số poisson = 0,2 - Lớp phủ có: c = 22,5 KN/m 3 - Cốt thép Dự ứng lực có: + fy = 420 MPa + Ep = 197000 MPa + Es = 200000 MPa + Diện tích 1 tao = 98,7 mm 2 * 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 hoặc A0 Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 4 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ Phần I: Nội dung thuyết minh I. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.Bố trí chung mặt cắt ngang cầu Chiều dài tính toán cầu giản đơn một nhịp : l tính toán = L toàn dầm - 2a Trong đó: a: khoảng cách từ đầu dầm tới tim gối.Ta chọn a=0.3 m L toàn dầm = 20m (theo bài cho) l tính toán =20-2*0.3=19.4(m) Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 19.4 m. Chọn mặt cắt ngang cầu gồm 6 dầm chủ, mặt cắt chữ T chế tạo bằng Bêtông cốt thép có f c =40 MPa, khoảng cách giữa các dầm chủ là S= 2.2m. Bản mặt cầu có chiều dày 20cm, đựơc đổ tại chỗ bằng bêtông có f c =30 MPa.Bản mặt cầu bao gồm 3 lớp: -Bản bêtông chịu lực ; -Lớp vải nhựa phòng nớc ; -Trên cùng là lớp phủ Bêtông Asphalt tạo bằng phẳng và êm thuận cho cầu Mặt cầu phảI có độ dốc ngang và dọc để thoát nớc.Độ dốc dọc đựoc thiết kế theo trắc dọc tuyến đờng, độ dốc ngang cầu là 2%, bố trí sang hai bên,độ dốc ngang thoát nớc trên cầu đợc tạo bằng cách thay đổi cao độ ván khuôn mặt, tức là thay đổi bề dày của bản bêtông chịu lực. Khổ cầu thiết kế : 8+2*2 m.Nh vậy ta có: -Chiều rộng phần xe chạy : B 1 =8 m - Chiều rộng phần ngời đi bộ : B 3 =2 m -Chọn dạng bố trí phần ngời đi bộ cùng mức với phần xe chạy .Giữa phần xe chạy và lề ngời đi phân cách bằng giải phân cách mềm, chiều rộng của dải phân cách B 2 =0.25m. Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 5 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ -Chọn chiều rộng của lan can là: B 4 =0.25m. Nh vậy chiều rộng toàn cầu là: B=B 1 +2B 2 +2B 3 +2B 4 =8+2*0.25+2*2+2*0.25=13(m) Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có f c =40MPa, bản mặt cầu có chiều dày 20cm, đợc đổ tại chỗ bằng bêtông f c =30MPa, tạo thành mặt cắt liên hợp. Trong quá trình thi công, kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối để tạo dốc ngang thoát nớc. Lớp phủ mặt cầu gồm có 3 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,5cm,, lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu. 2400 2400 2400 24001450 1450 Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2400 mm 2. Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. Dầm chủ có tiết diện hình chữ T với các kích thớc sau: - Chiều cao toàn dầm: 1200mm - Chiều dày cánh dầm: 200mm - Chiều rộng bầu dầm: 600mm - Chiều cao bầu dầm: 300mm - Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 200mm - Chiều rộng vút của bụng bầu dầm: 200mm - Chiều rộng cánh dầm: 1900mm - Bán kính cong lợn chuyển tiếp giữa bản cánh và bụng dầm: 200mm. Các kích thớc khác nh hình vẽ. Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 6 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ 30 60 20 190 R20 20 20 120 Hình1 - Mặt cắt ngang dầm chủ 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) Yêu cầu: h min =0,045l Trong đó: l: Chiều dài nhịp tính toán: l tính toán =19400 mm h min : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu h min =1200+200=1400mm Ta có : h min =0,045.l =0,045*19400=873mm < h = 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 (= 7550 4 30200 = 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 2/800 200 = 2800 Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 7 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2400)- Khống chế 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(=2400/2=1200) cộng trị số nhỏ nhất của + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(= 3775 8 30200 = ) + 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 4/800 2/200 =1400 + Bề rộng phần hẫng( =1200) Khống chế Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3 Dầm giữa (bi) 2400 mm Dầm biên (be) 2400 mm 4. Tính toán bản mặt cầu 1100 240 240 240 240 120120 0 1 2 3 4 a c eb d 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 Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 8 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ 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 đ ợc 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 . 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) =200.1000.24.10 -6 = 4,8 KN/m Thiết kế lớp phủ dày 75mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ: g DW =75.1000.22,5.10 -6 =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) = 4,148 KN/m Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 9 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép D LƯ + 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) => = 1,05.0,95.0,95 = 0,95 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 = ]10.1200 10.2 )5001200.( 10.2 1200.1200. .[. 3 )(2 6 2 Ư 6 )(1 + + lcncanDCp WD p bmcDC p g g g Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 10 Lớp phủ Bản mặt cầu Lan can 1200 700 500 [...]... Nguyễn Hữu Thành 24 Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép DƯL Smax 1,5x200=250 (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(5 thanh 16) Chỉ tiến hành kiểm toán + Mômen t nh toán cho mômen... m t cầu( cho 1 m t dài bmc) và kiểm toán theo THGH Cờng độ 1 + Không x t đến c t thép chịu nén (bố trí cho mômen âm của bản m t cầu) + Mômen t nh toán cho mômen dơng của bản m t cầu Mu=39,674 KNm (Xem bảng trên) Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành 22 Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép DƯL + Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ + Bố trí 5 thanh c t thép 16 => Diện t ch c t thép. .. 5.14.1.3.2b C t thép trong bản đáy dầm hộp đợc bố trí nh sau: C t thép bố trí theo phơng dọc cầu T ng diện c t thép As= 0,4%(diện t ch của cánh ) = 0,4(150)(8040) = 4824mm2 Bố trí c t thép 2 lớp: Lớp dới chịu mô men dơng do t i trọng bản thân và nhi t độ bố trí thép No15 @250 số thanh 804/25+1 =33 thanh = >t ng diện t ch 330.200 = 6600mm2 >4824mm2 Lớp trên bố No10@250 C t thép theo phơng ngang cầu: T ng diện c t. .. Số lợng thép t i thiểu cho mỗi lớp bằng 0,38 mm 2/mm Theo thi t kế trên c t thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng dọc là 0,22 Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành 28 Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép DƯL mm2/mm < 0,38mm2/mm =>phải 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 Bố trí c t thép bản đáy dầm hộp Theo Điều... quả sau: Bảng 4.2.3 M t c t c Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Đah + - DC1 1.2 -3 .2 12 DW 0.2 -1 .1 Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép DƯL 4.2.4 Nội lực m t c t Md + + - - Đường ảnh hưởng Md Bảng 4.2.4 M t c t d Đah + - DC1 2.5 -1 .3 DW 0.8 -0 .4 4.2.5 Nội lực m t c t e + + - - - - Đường ảnh hưởng Me Bảng 4.2.5 M t c t e Đah + - DC1 0.8 -3 .3 DW 0.3 -1 Bảng t ng hợp nội lực do t nh t i... m t cầu Mu=23,002 (Xem bảng trên) 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. .. Mpa Thoả mãn Vậy bản m t cầu thoả mãn điều kiện kiểm toán n t ở trạng thái giới hạn sử dụng 4.5.6 Kiểm tra bố thép theo thi t kế kinh nghiệm Phải đ t lớp c t thép đảng 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... (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 nghĩa nh sau: T nh t i rải đều lên dầm chủ xu t hiện ở giai đoạn căng ứng su t trớc gDC1(dc)... xếp t nh t i rải đều lên đờng ảnh hởng Nội lực đợc xác định theo công thức: + Mômen: Mu= .p..g + Lực c t: Vu= .g(p. +-. p .-) (T ng t nh t nh toán bản m t cầu với mục đích t o ra hiệu ứng t i lớn nh t) Trong đó: - Diện t ch đờng ảnh hởng mômen t i m t c t đang x t Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành 32 Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép DƯL +-Diện t ch đờng ảnh hởng lực c t dơng t i m t. .. t i t i các m t c t (a, b, c, d, e) là: M t c t b c d e Đah + + + + - TTGHSD DC1 DW 2.8 1 -2 -0 .4 1.2 0.2 -3 .2 -1 .1 2.5 0.8 -1 .3 -0 .4 0.8 0.3 -3 .3 -1 TTGHCĐ1 DC1 DW 3.5 1.5 -1 .8 -0 .26 1.5 0.3 -2 .88 -0 .715 3.125 1.2 -1 .17 -0 .26 1 0.45 -2 .97 -0 .65 4.3 Xác định nội do ho t tải và ngời đi bộ T i trọng thi t kế dùng cho bản m t cầu và quy t c xếp t i Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành 13 Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 Thiết . Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 3 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép D LƯ Nhiệm vụ thi t kế Thi t kế 1 cầu Bê t ng c t thép DƯL * Các số liệu cho trớc: - Dầm T, chiều dài toàn dầm L=20. Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 4 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép D LƯ Phần I: Nội dung thuy t minh I. Chọn ti t diện m t c t dầm chủ 1.Bố trí chung m t c t ngang cầu Chiều dài t nh toán. do t i trọng phân bố (t nh t i) 11.3 Bố trí c t thép 11.4 Duy t cờng độ kháng uốn Sinh viên: Nguyễn Hữu Thành Lớp Cầu Đờng Bộ A-K43 2 Thi t Kế môn học Cầu Bê t ng c t thép D LƯ 11.5 Duy t cờng