Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm MỤC LỤC I SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ 1.1 Số liệu chung 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm .5 1.3 Các hệ số tính tốn II CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 2.1 Chiều dài tính tốn kết cấu nhịp 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang 2.3 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu .7 2.4 Chiều cao dầm chủ 2.5 Cấu tạo bê tông mặt cầu 2.6 Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ III XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 11 3.1 Các giai đoạn làm việc cầu dầm liên hợp .11 3.1.1 Trường hợp 11 3.1.2 Trường hợp 12 3.2 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I 13 3.3 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II 15 3.3.1 Mặt cắt tính tốn giai đoan II 15 3.3.2 Xác định bề rộng tính tốn bê tông 16 3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép 17 3.3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt dầm biên 17 3.3.5 Xác định ĐTHH mặt cắt dầm .24 3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn chảy dẻo 31 3.4.1 Mặt cắt tính tốn 31 3.4.2 Xác định vị trí trục trung hoà mặt cắt 31 3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén .33 3.4.4 Xác định mômen chảy My 34 3.4.5 Xác định mômen dẻo Mp 36 IV XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 39 4.1 Cấu tạo hệ liên kết kết cấu nhịp 39 4.1.1 Hệ liên kết ngang mặt cắt gối 39 4.1.2 Hệ liên kết ngang mặt cắt trung gian .40 4.1.3 Hệ sườn tăng cường dầm thép 42 Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm 4.1.4 Hệ liên kết dọc cầu 44 4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I 45 4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II .47 V XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 49 5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy .49 5.1.1 Tính hệ số phân bố ngang dầm biên 49 5.1.2 Tính hệ số phân bố ngang dầm .50 5.2 Tính hệ số phân bố ngang hoạt tải HL - 93 50 5.2.1 Điều kiện tính tốn 50 5.2.2 Tính tham số độ cứng dọc .50 5.2.3 Tính hệ số phân bố ngang mơmen 51 5.2.4 Tính hệ số phân bố ngang lực cắt 52 5.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang 52 5.3.1 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang dầm biên 52 5.3.2 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang dầm 53 5.3.3 Xác định hệ số phân bố ngang tính tốn .53 VI TÍNH TỐN NỘI LỰC 54 6.1 Các mặt cắt tính tốn nội lực .54 6.2 Đường ảnh hưởng nội lực 55 6.2.1 Vẽ ĐAH mơmen mặt cắt tính tốn 55 6.2.2 Đường ảnh hưởng lực cắt .55 6.2.3 Tính diện tích đường ảnh hưởng 55 6.3 Xác định nội lực mặt cắt tính tốn 56 6.3.1 Tính nội lực tĩnh tải 56 6.3.2 Tính nội lực tải trọng tải trọng Người 57 6.3.3 Tính nội lực xe tải thiết kế (Truck) xe trục thiết kế( Tandem) .58 6.3.4 Tổng hợp nội lực 65 VII KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 67 7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung mặt cắt 67 7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm mặt cắt đặc .67 7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén mặt cắt đặc 68 7.4 Kiểm tra tương tác sườn dầm với cánh chịu nén mặt cắt đặc chắc.68 VIII KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 70 8.1 Kiểm toán sức kháng uốn dầm chủ 70 8.1.1 Sức kháng uốn mặt cắt liên hợp đặc 70 8.1.2 Kiểm toán khả chịu lực dầm 71 Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Mơn Học Bộ Mơn Cầu Hầm 8.2 Kiểm tốn sức kháng cắt dầm chủ 71 8.2.1 Xác định hệ số c 71 8.2.2 Sức kháng cắt dầm chủ 72 8.2.3 Kiểm toán khả chịu cắt dầm 74 IX KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI .75 9.1 Ngun tắc tính tốn 75 9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất uốn 75 9.2.1 Cơng thức kiểm tốn .75 9.2.2 Xác định ứng suất dầm tải trọng mỏi .75 9.2.3 Kiểm toán ứng suất mỏi uốn 77 9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất cắt 77 9.3.1 Cơng thức kiểm tốn .77 9.3.2 Xác định ứng suất cắt dầm tải trọng mỏi .77 9.3.3 Kiểm toán ứng suất mỏi cắt .78 X KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG .79 10.1 Kiểm toán độ võng kết cấu nhịp 79 10 Nguyên tắc chung 79 10 Kiểm tra độ võng tĩnh tải theo phân tích đàn hồi 79 10 Kiểm tra độ võng hoạt tải thép phân tích đàn hồi 80 10 Tính độ vồng 83 10.2 Kiểm toán dao đọng kết cấu .84 XI TÍNH TỐN BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG .86 11.1 Kiểm toán sườn tăng cường mặt cắt gối 86 11.1.1 Bố trí sườn tăng cường mặt cắt gối .86 11.1.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 87 11.1.3 Kiểm tra sức kháng ép mặt 87 11.1.4 Kiểm tra sức kháng nén dọc trục 88 11.1.5 Kiểm tra độ mảnh giới hạn 89 11.2 Kiểm toán sườn tăng cường mặt cắt trung gian 89 11.2.1 Bố trí sườn tăng cường trung gian 89 11.2.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 90 11.2.3 Kiểm tra mơmen qn tính sườn Tăng cường .91 11.2.4 Kiểm toán diện tích sườn tăng cường 91 XII TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 93 12.1 Nguyên tắc chung 93 12.2 Xác định tải trọng tác dụng lên neo 93 Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm 12.2.1 Sự phát sinh lực trượt lực bóc 93 12.2.2 Lực trượt danh định tác dụng lên neo 93 12.3 Xác định khả chịu lực neo 94 12.3.1 Loại neo sử dụng 94 12.3.2 Sức kháng cắt neo 94 12.3.3 Sức kháng mỏi neo .95 12.4 Bố trí neo 96 12.5 Kiểm toán neo theo đinh mũ theo TTGH Mỏi 97 XIII TÍNH TỐN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 98 13.1 Lực tác dụng lên liên kết 98 13.1.1 Lực gây trượt cánh bụng 98 13.1.2 Áp lực phân bố tải trọng bánh xe 99 13.2 Xác định chiều cao đường hàn 99 13.2.1 Cường độ đường hàn góc .99 13.2.2 Xác định chiều cao đường hàn 100 XIV TÍNH TỐN MỐI NỐI DẦM .101 14.1 Khả chịu lực bu lông 101 14.2 Tính toán mối nối bụng 103 14.2.1 Cấu tạo mối nối dầm 103 14.2.2 Cấu tạo mối nối bụng 104 14.2.3 Kiểm tốn khả chịu lực bulơng 105 14.3 Tính tốn mối nối cánh .107 14.3.1 Mối nối cánh .107 14.3.2 Mối nối cánh 108 XV TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 111 15.1 Cấu tạo mặt cầu 111 15.2 Xác định nội lực mặt cầu 111 15.2.1 Diện tích tiếp xúc bánh xe 111 15.2.2 Chiều dài tính tốn 111 15.2.3 Bề rộng tính tốn 112 15.2.4 Xác định nội lực trong(bản liên tục) 112 15.2.5 Xác định nội lực hẫng 116 15.3 Tính tốn bố trí cốt thép .118 15.3.1 Nội dung tính tốn bố trí cốt thép 118 15.3.2 Bố trí cốt thép chịu lực mặt cầu 122 Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN LIÊN HỢP THÉP - BTCT I SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦU 1.1 SỐ LIỆU CHUNG - Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN272-05 - Chiều dài nhịp : L = 38 m - Khổ cầu : 8.0 + 2x1.5 + 2x0.5 (m) + Bề rộng xe chạy : B = 8( m) + Lề người : 2x1.5 (m) + Bề rộng toàn cầu : Bcầu = 12 (m) HL93 + 3.10-3 Mpa - Tải trọng thiết kế : - Vật liệu chế tạo kết cấu : +Thép cacbon M270 + Bê tơng có cường độ chịu nén : f c' = 28Mpa - Liên kết dầm : + Liên kết dầm chủ đường hàn + Liên kết mối nối bulơng cường độ cao 1.2 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CHẾ TẠO DẦM - Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy quy định nhỏ f y = 345Mpa - Cốt thép chịu lực mặt cầu: Cường độ chảy quy định nhỏ f y = 420Mpa - Vật liệu chế tạo mặt cầu: + Cường độ chịu nén bêtông tuổi 28 ngày: f c' = 28Mpa + Trọng lượng riêng bêtông: γc = 25kN / m + Mô đun đàn hồi bêtông đựơc xác định theo công thức: E c = 0, 043γ c1,5 f c ' = 0, 043.25001,5 28 = 28440.2(MPa) - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép hợp kim M270M cấp 345W Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Mơn Học Bộ Mơn Cầu Hầm CÁC ĐẠI LƯỢNG KÍ HIỆU GIÁ TRỊ Mác thép M272M Cấp thép ĐƠN VỊ 345W Giới hạn chảy thép fy 345 Giới hạn kéo đứt thép fu 485 Môđun đàn hồi thép Es × 105 + Khơng xét tượng từ biến n + Có xét đến tượng từ biến n' 24 Mpa Mpa Mpa Hệ số quy đổi từ bêtơng sang thép 1.3 CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN -Hệ số tải trọng : +Tĩnh tải giai đoạn I : γ1 = 1.25 0.9 +Tĩnh tải giai đoạn II : γ = 1.5 0.65 +Đoàn xe ơtơ đồn người : γ n = 1.75 1.0 + IM = 1.25 - Hệ số xung kích : - Hệ số : Trong trường hợp tải trọng chiều dài nhịp L tt ≥ 25 m phải xét thêm hệ số xe m + Theo tiêu chuản 22TCN 272-05 hệ số m lấy sau : BẢNG : HỆ SỐ LÀN XE m SỐ LÀN XE n 2 ≥3 Lê Văn Thành HỆ SỐ LÀN m 1.2 1.2 0.85 0.65 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm II KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 2.1 CHIỀU DÀI TÍNH TỐN CỦA KẾT CẤU NHỊP - Chiều dài nhip: Lnh = 38 m - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0.3 m ⇒ Chiều dài tính tốn KCN: Ltt = L – 2.a = 38 - x 0.3 = 37.4 (m) 2.2 LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG - Số dầm chủ mặt cắt ngang : dầm chủ 2.3 QUY MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU - Mặt cắt ngang cầu - Các kích thước mặt cắt ngang cầu KÍ HIỆU Bxe CÁC KÍCH THƯỚC Bề rộng phần xe chạy Số xe thiết kế Lề người Chiều rộng gờ chắn bánh Chiều cao gờ chắn bánh Chiều rộng chân lan can Chiều cao chân lan can Lê Văn Thành n b le b gc h b clc h clc GIÁ TRỊ 800 2@150 0 2@50 50 ĐƠN VỊ cm cm cm cm cm cm Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm Bcau nd Chiều rộng toàn cầu Số dầm chủ thiết kế Khoảng cách dầm chủ S e Chiều dài cánh hẫng cm 1200 240 dầm Cm 120 Cm 2.4 CHIỀU CAO DẦM CHỦ - Chiều cao dầm chủ lựa chọn phụ thuộc vào: + Chiều dài nhịp tính tốn + Số lượng dầm chủ mặt cắt ngang + Quy mô tải trọng khai thác - Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện cường độ Mu ≤ Mr Trong đó: +Mu: Mômen lớn tải trọng sinh +Mr : Khả chịu lực mặt cắt dầm chủ - Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện độ cứng (độ võng) ∆ LL ≤ [ ∆ ] Trong đó: + ΔLL: Là độ võng kết cấu nhịp hoạt tải + [Δ]: Độ võng cho phép 1.Tải trọng xe nói chung: [ ∆] = 800 Tải trọng xe, tải trọng người kết hợp hai tải trọng này: [ ∆] = 1000 - Xác định chiều cao dầm chủ theo kinh nghiệm + Chiều cao dầm thép: H sb 1 ≥ => H sb ≥ 37, = 1, 25 ( m ) L 30 30 ⇒ Chiều cao dầm thép: + Chiều cao bụng : Dw = 160 cm + Chiều dày bụng : tw =2 cm + Chiều dày cánh trên: tc = 3cm + Chiều dày cánh dưới: tt = 3cm + Chiều cao toàn dầm thép: Hsb = 160+3+3 = 166 cm 2.5 CẤU TẠO BẢN BÊ TÔNG MẶT CẦU Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm - Kích thước bêtơng xác định theo điều kiện chịu uốn tác dụng tải trọng cục - Chiều dày bản: t s = ( 16 ÷ 25 ) cm - Theo quy định 22TCN272 – 05 chiều dày bê tơng mặt cầu phải lớn 175 cm.Đồng thời phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực ⇒ Ở ta chọn chiều dày bêtông mặt cầu là: ts = 18.5 (cm) - Bản bêtơng có cấu tạo dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn khơng cần tạo vút Mục đích việc cấu tạo vút bêtông nhằm tăng chiều cao dầm ⇒ Tăng khả chịu lực dầm tạo chỗ để bố trí hệ neo liên kết - Kích thước cấu tạo bêtơng mặt cầu: CÁC KÍCH THƯỚC Chiều dày bê tơng Chiều cao vút Bề rộng vút KÍ HIỆU ts th bh ĐƠN VỊ cm cm cm d0 e Chiều dài phần cánh hẫng Chiều dài phần cánh GIÁ TRỊ 18.5 5 120 120 cm cm S/ 2.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ - Mặt cắt ngang dầm chủ CẤU TẠO MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ Lê Văn Thành Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Mơn Học Bộ Mơn Cầu Hầm - Kích thước cấu tạo CÁC KÍCH THƯỚC KÍ HIỆU GIÁ TRỊ Dw tw bc N T tc bt N T tt Hsb Hcb Chiều cao bụng Chiều dày bụng Bề rộng cánh Số tập cánh Chiều dày Tổng chiều dầy cánh Bề rộng cánh Số tập cánh Chiều dầy Chiều dầy cánh Chiều cao dầm thép Chiều cao toàn dầm chủ Dầm biên: Dầm trong: Dầm biên 2: Lê Văn Thành bh=th= bh=th= bh=th= 50 97 141 mm mm mm 10 160 40 3 70 3 166 189.5 => => => Hcb= Hcb= Hcb= ĐƠN VỊ cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm 189.5cm 194.3cm 199.1cm Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm + Bề rộng diện tích phân bố áp lực bánh xe b pb = 51+2.(18.5+12) = 111cm + Chiều dài diện tích phân bố áp lực: Lpb = 36,16+2.(18.5+12) = 96,16 cm Lê Văn Thành 104 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm 15.2.2 Chiều dài tính tốn - Chiều dài tính tốn theo phương dọc cầu: theo cấu tạo kê dầm chủ, khơng kê lên hệ liên kết ngang chiều dài tính tốn theo phương dọc cầu với chiều dài nhịp: L = 37,4 m = 3740 cm - Chiều dài nhịp tính tốn bêtơng theo phương ngang cầu (S) xác định sau : + Với đúc liền khối kê nhiều dầm: S = 240 cm + Với hẫng: S = 120 cm - Tỉ lệ chiều dài tính tốn : L 3740 = = 18.58 > 1,5 => Bản làm việc theo phương S 240 15.2.3 Bề rộng tính tốn dải - Bản mặt cầu tính toán theo điều kiện làm việc phương theo lý thuyết dải tương đương - Khi chịu hoạt tải, chiều rộng làm việc dải (bản liên tục) đúc chỗ, đúc sẵn căng sau SW xác định sau: + Khi tính mơmen dương: SW = 660 + 0,55.S = 660 + 0,55.2400 = 1980 mm = 1,98m + Khi tính mơmen âm: SW = 1220 + 0,25.S = 1220 + 0,25.2400 = 1820mm= 1,82m - Bản hẫng coi dải đầu ngàm vào dầm chủ, đầu tự có chiều rộng làm việc bằng: SW = 1140 + 0,833.X = 1140+ 0,833.400 = 1473,2mm = 1,47m Với X: khoảng cách từ điểm đặt tải trọng tới gối bản, X = 400 mm 15.2.4 Xác định nội lực (bản liên tục) 15.2.4.1 Nội lực chịu mômen dương - Sơ đồ tính tốn: Dầm liên tục kê gối cứng dầm chủ: Hình : Sơ đồ tính mặt cầu Lê Văn Thành 105 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm - Đường ảnh hưởng mômen dương mặt cắt nhịp: Hình : ĐAH mơmen dương mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ M = 0,54901 + Diện tích ĐAH âm : ϖ − = −0,25981 M + Tổng diện tích ĐAH : ϖ M = 0,28920 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt gối: Hình : ĐAH lực cắt mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ v = 1,48528 + Diện tích ĐAH âm : ϖ − = −0,23808 v + Tổng diện tích ĐAH : ϖ v = 1,24720 - Xác định tĩnh tải tác dụng lên bản: + Bề rộng tính tốn dải bản: bs = 1,98m + Chiều dày bản: ts = 0,185m + Diện tích mặt cắt ngang bản: As = 1,98 0,185= 0,3564m2 + Chiều dày lớp phủ mặt cầu: hmc = 12cm = 0,12m + Tĩnh tải dải bản: DC tc = γ c A s = 25.0,3546 = 8,91kN / m + Tĩnh tải dải cua lớp phủ mặt cầu: DWtc = γ a bs h mc = 23.1,98.0,12 = 5,46kN / m - Nội lực trọng lượng thân bản: + Mômen: M tc = DC tc ϖ M = 8,91.0,28920 = 2,58kN.m M tt = γ1.M tc = 1,25.2,58 = 3,22kN.m + Lực cắt: Vtc = DC tc ϖ V = 8,91.1,2472 = 11,11kN Vtt = γ1.Vtc = 1,25.11,11 = 13,89kN Lê Văn Thành 106 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm - Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Mômen: M tc = DWtc ϖ M = 5,46.0,2892 = 1,58kN.m M tt = γ M tc = 1,5.1,58 = 2,37kN.m + Lực cắt: Vtc = DWtc ϖ V = 5,46.1,2472 = 6,82kN Vtt = γ Vtc = 1,5.6,82 = 10,22kN - Nội lực xe tải: Xếp tải lên ĐAH Các đại lượng Bánh xe Bánh xe Bánh xe Bánh xe Tổng P kN 72.50 72.50 72.50 72.50 M tc γ3 yM 1.75 1.75 1.75 1.75 0.416 0.00 0.00 0.00 M tt kN.m 30.16 0.00 0.00 0.00 30.16 kN.m 52.78 0.00 0.00 0.00 52.78 yV 1.00 0.22 0.00 0.00 Vtc Vtt kN 72.50 16.17 0.00 0.00 88.67 kN 126.88 28.29 0.00 0.00 155.17 - Tổng hợp nội lực chịu mômen dương: Các đại lượng Do trọng lượng Do lớp phủ mặt cầu Do hoạt tải Tổng Tải trọng 8.91 5.46 truck M tc kN.m 2.58 1.58 30.16 34.32 M tt Vtc kN.m 3.22 2.37 52.78 58.37 kN 11.11 6.82 88.67 106.60 Vtt kN 13.89 10.22 155.17 179.28 15.2.4.2 Nội lực chịu mômen âm - Đường ảnh hưởng mômen âm mặt cắt nhịp: Hình : ĐAH mơmen âm mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ M = 0,1888 + Diện tích ĐAH âm : ϖ − = −0,67622 M + Tổng diện tích ĐAH : ϖ M = −0,48743 - Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt gối: Lê Văn Thành 107 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm Hình : ĐAH lực cắt mặt cắt nhịp + + Diện tích ĐAH dương : ϖ v = 1,48528 + Diện tích ĐAH âm : ϖ − = −0,23808 v + Tổng diện tích ĐAH : ϖ v = 1,2472 - Xác định tĩnh tải tác dụng lên bản: + Bề rộng tính tốn dải bản: bs = 1,82m + Chiều dày bản: ts = 0,18m + Diện tích mặt cắt ngang bản: As = 1,82 0,185 = 0,3276m2 + Chiều dày lớp phủ mặt cầu: hmc = 12cm = 0,12m + Tĩnh tải dải bản: DC tc = γ c A s = 25.0,3276 = 8,19kN / m + Tĩnh tải dải cua lớp phủ mặt cầu: DWtc = γ a bs h mc = 23.1,82.0,12 = 5,02kN / m - Nội lực trọng lượng thân bản: + Mômen: M tc = DC tc ϖ M = 8,19.(−0,48743) = −3,99kN.m M tt = γ1.M tc = 1,25.(−3,99) = −4,99kN.m + Lực cắt: Vtc = DC tc ϖ V = 8,19.1,2472 = 10,21kN Vtt = γ1.Vtc = 1,25.10,21 = 12,77kN - Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Mômen: M tc = DWtc ϖ M = 5,02.( − 0,48743) = −2,45kN.m M tt = γ M tc = 1,5.( −2,45) = −3,67kN.m + Lực cắt: Vtc = DWtc ϖ V = 5,02.1,2472 = 6,26kN Vtt = γ Vtc = 1,5.6,26 = 9,4kN Lê Văn Thành 108 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm - Nội lực xe tải: Xếp tải lên ĐAH Các đại lượng Bánh xe Bánh xe Bánh xe Bánh xe Tổng P kN 72.50 72.50 72.50 72.50 γ3 1.75 1.75 1.75 1.75 M tc yM M tt kN.m kN.m -0.184 -13.34 -23.35 -0.192 -13.92 -24.36 0.000 0.00 0.00 0.039 2.83 4.95 -24.43 -42.76 yV 1.00 0.22 0.00 0.00 Vtc Vtt kN 72.50 16.17 0.00 0.00 88.67 kN 126.88 28.29 0.00 0.00 155.17 - Tổng hợp nội lực chịu mômen dương: Các đại lượng Do trọng lượng Do lớp phủ mặt cầu Do hoạt tải Tổng Tải trọng 8.19 5.02 truck M tc kN.m -3.99 -2.45 -24.43 -30.87 M tt Vtc kN.m -4.99 -3.67 -42.76 -51.42 kN 10.21 6.26 88.67 105.15 Vtt kN 12.77 9.40 155.17 177.33 15.2.4.3 Xác định nội lực hẫng - Sơ đồ tính: Dầm ngang cơng xon Plc=2.91kN Pb=72.5kN DC=6.63kN/m DW=4.07kN/m - Xác định tĩnh tải tác dụng lên bản: + Chiều dài tính tốn: Ltt = 1,2m + Bề rộng tính tốn bản: bs = 1,47m + Chiều dày bản: ts = 0,18m + Diện tích mặt cắt ngang bản: As= 1,47.0,185 = 0,265m2 + Chiều dày lớp phủ mặt cầu: hmc= 0,12m + Tĩnh tải dải bản: DC tc = γ c A s = 25.0,265 = 6,63kN / m + Tĩnh tải dải lớp phủ mặt cầu: DWtc = γ a bs h mc = 23.1,47.0,12 = 4,07kN / m Lê Văn Thành 109 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm + Trọng lượng lan can: Trọng lượng chân lan can dải đều: qlc = 1,88kN/m Trọng lượng lan can dải đều: qclc = 0,1kN/m => Trọng lượng chân lan can + lan can phạm vi tính tốn: Plc = (0,1+1,88).1,47 = 2,91kN - Nội lực trọng lượng thân bản: + Mômen: l1 1,22 = 6,63 = 4,77kN.m 2 M tt = γ1.M tc = 1,25.4,77 = 5,97kN.m M tc = DC tc + Lực cắt: Vtc = DC tc l1 = 6,63.1,2 = 7,96kN Vtt = γ1.Vtc = 1,25.7,96 = 9,94kN - Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Mômen: l (1,2 − 0,5) 2 M tc = DWtc = 4,07 = 1,00kN.m 2 M tt = γ M tc = 1,5.1,00 = 1,5kN.m + Lực cắt: Vtc = DWtc l2 = 4,07.0,7 = 2,85kN Vtt = γ Vtc = 1,5.2,85 = 4,27kN - Nội lực trọng lượng lan can: + Mômen: M tc = Plc l3 = 2,91.(1,2 − 0,5.0.5) = 2,76kN.m M tt = γ M tc = 1,5.2,76 = 4,15kN.m + Lực cắt: Vtc = Plc = 2,91kN Vtt = γ Vtc = 1,5.2,91 = 4,36kN - Xác định nội lực tải trọng bánh xe + Tải trọng tính tốn: Xe tải thiết kế với tải trọng bánh xe: Pb = 72,5kN + Bánh xe đặt cách chân lan can 30 cm => Khoảng cách từ tim bánh xe đến vị trí ngàm là: a = 120 – 50 – 30 = 30 cm = 0,4m + Nội lực tải trọng bánh xe gây ngàm là: Mômen: M tc = Pb a = 72,5.0,4 = 29kN.m M tt = γ 3.M tc = 1,75.29 = 50,75kN.m Lê Văn Thành 110 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm Lực cắt: Vtc = Pb = 72,5kN Vtt = γ Vtc = 1,75.72,5 = 126,88kN - Tổng hợp nội lực tác dụng lên hẫng: M tc Tải trọng 6.63 4.07 2.91 72.50 Các đại lượng kN.m Do trọng lượng 4.77 Do lớp phủ mặt cầu 2.76 Do trọng lượng lan can 2.76 Do hoạt tải 29.00 Tổng 39.30 15.3 Tính tốn bố trí cốt thép M tt Vtc kN.m 5.97 4.15 4.15 50.75 65.01 kN 7.96 2.91 2.91 72.50 86.27 Vtt kN 9.94 4.36 4.36 126.88 145.55 15.3.1 Nội dung tính tốn bố trí cốt thép 15.3.1.1 Tính tốn bố trí cốt thép chịu mơmen - Mặt cắt mặt cầu mặt cắt hình chữ nhật ta dùng cơng thức mặt cắt chữ nhật để tính tốn kiểm duyệt khả chịu lực mặt cắt - Sơ đồ tính : As' Bêtông ch? nén u ds' As'.fy a H ds c c TTH a β1.0.85.fc'.b.a TTH Mtt As.fy as As b Hình: Sơ đồ tính với mặt cắt chữ nhật - Bố trí cốt thép thường chịu kéo chịu nén theo cấu tạo: - Xác định chiều cao vùng chịu nén: + Giả định khoảng cách từ cốt thép thớ đến đáy mặt cắt là: a Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép DƯL đến mép mặt cắt là: dp = H - atp + Lấy tổng mômen trọng tâm cốt thép DƯL ta có: a  ' ' M tt = β1.0.85.f c' b.a. d p − ÷+ As f y ( d p − d s ) + A s f y ( d s − d p ) 2  Lê Văn Thành 111 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm => β1.0,85.f c' b ' ' a − β1.0,85.f c' b.d p a + M tt − A s f y ( d p − d s ) + A s f y ( d s − d p ) = β 0.85.f c' b Đặt: A = ;B = −β1.0.85.f c' b.d p ; ' ' C = M tt − A s f y ( d p − d s ) + A s f y ( d s − d p ) Ta có phương trình bậc sau : A.a + B.a + C = + Giải phương trình bậc hai để tìm chiều cao vùng chịu nén a: a + Chiều cao vùng chịu nén thực tế: c = β1 Trong : + Mtt : Mơmen tính tốn tải trọng + As : Diện tích cốt thép thường chịu kéo + As’ : Diện tích cốt thép thường chịu nén + ds; ds’: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo cốt thép chịu nén đến mép bêtông + b: Bề rộng tính tốn mặt cắt + fy : Cường độ cốt thép thường + a,c : Chiều cao phần chịu nén tính tốn lý thuyết mặt cắt + β1 : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất, xác định sau: β1 = 0,85 với f c' ≤ 28MPa β1 ( 28 − f ) = 0,85 − 0,05 ' c với 28MPa ≤ f c' ≤ 56MPa β1 = 0,65 với f ≥ 56MPa ' c - Xác định lượng cốt thép DƯL cần bố trí: + Cân phương trình lực theo phương ngang ta có: ' A ps f ps + As f y = As f y + 0.85β1.f c' b.a + Hàm lượng cốt thép DƯL cần bố trí: A ps = ' A s f y + 0.85β1.f c' b.a − A s f y f ps   f py  c  Với: f ps = f pu 1 − k ÷ ; k = 2.1.04 − ÷   dp ÷ f pu ÷     15.3.1.2 Tính duyệt khả chịu mơmen - Chiều cao vùng chịu nén lý thuyết: Lê Văn Thành 112 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm ' A ps f ps + As f y − A s f y c= f 0.85.f c' β1.b + k.A ps py f pu => Chiều cao vùng chịu nén tính tốn: a = β1.c - Xác định ứng suất trung bình cốt thép DƯL:   f  c  f ps = f pu 1 − k ÷ với k = 2.1.04 − py ÷   dp ÷ f pu ÷     - Sức kháng uốn danh định mặt cắt: a a a    M n = A ps f ps  d p − ÷+ A s f y  d s − ÷− A 's f y  d 's − ÷ 2 2 2    - Sức kháng uốn tính tốn mặt cắt: M r = ϕ.M n ; với ϕ = Trong đó: + Aps: Diện tích cốt thép DƯL + dp: Khoảng cách từ thó ngồi chịu nén đến trọng tâm cốt thép DƯL + f c' :Cường độ bêtông mặt cầu tuổi 28 ngày + ϕ : Hệ số sức kháng, lấy 1.0 cấu kiên chịu uốn + b: Bề rộng tính tốn mặt cắt + f pu :Cường độ kéo dứt thép DƯL, f pu = 1860 Mpa + f py :Giới hạn chảy thép DƯL, f py = 1670 Mpa - Kiểm toán mặt cắt: + Khả chịu lực mặt cắt: M max tt ≤ M r Mr ≥ 1,3 Mu + Hàm lượng thép: Hàm lượng thép DƯL thép thường phải giới hạn cho c ≤ 0, 42 de Với: d e = A ps f ps d p + A s f y d s A ps f ps + A s f y Trong đó: + M max : Mơmen tính tốn lớn tải trọng tt + Mn, Mr: Sức kháng uốn danh định sức kháng uốn tính tốn Lê Văn Thành 113 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm + de: Là khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo thép chịu kéo 15.3.1.3 Tính duyệt khả chịu lực cắt - Cơng thức kiểm tốn: Vu ≤ ϕ.Vn Trong đó: + Hệ số sức kháng cắt xác định theo bảng 5.5.2.2-1, ϕ = 0,9 + Vn:Sức kháng cắt danh định xác định theo quy định điều 5.8.3.2 Vn1 = Vc + Vs + Vp    Vn =   Vn = Vn + Vp    + Vc: Khả chịu cắt bêtông, Vc = 0,083.β f c' b v d v + Vs: Khả chịu cắt cốt thép đai: Vs = A v b v d v ( cot gθ + cot gα ) sin α S + Vp: Thành phần lực ứng suất trước có hiệu hướng lực tác dụng, dương ngược chiều lực cắt Với KCBT thường Vp = + dv: Chiều cao chịu cắt hữu hiệu + bv: Chiều rộng có hiệu, lấy bề rộng lớn chiều cao dv + S: Cự ly cốt thép đai + β : Hệ số khả bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo quuy định điều 5.8.3.4, lấy β =2 + θ : Góc nghiêng ứng suất nén chéo, θ = 45o + α : Góc nghiêng cốt thép đai với trục đo, α = 90o + Av: Diện tích cốt thép chịu cắt cự ly S 15.3.2 Bố trí cốt thép đai mặt cầu 15.3.2.1 Bố trí cốt thép Lê Văn Thành 114 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm 12­-­51@240 ­­L­=38000 16­-­190@200 ­­­L­=11900 Hình: Chi tiết cốt thép 15.3.2.2 Kiểm toán khả chịu lực mặt cắt chịu mơmen dương - Bề rộng tính tốn bs = 198cm - Chiều cao mặt cắt ts = 18.5cm - Bảng kiểm tốn khả chịu cắt mơmen: Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Mu kN.m 58.37 as cm a cm h cm 18 ds cm 13 c cm 1.27 atp cm 5.00 1.49 dtp cm 13.00 Lê Văn Thành b cm 198 As cm2 18.10 fps cm 1799 26 c cm 2.04 Ag cm2 3564 fAs' mm 16 Apscan cm2 atp cm nth' ncan dp cm 13 nl' lưới nbotri fAs mm 16 @As' cm 23.50 @Aps cm nth as ' cm Aps cm2 -2.86 a cm 1.74 0.00 fps cm 1776 0.00 de cm 13.00 0.00 c/de 0.00 Mn kN.m 98.80 115 0.16 nl lưới ds' cm @As cm 23.50 As' cm2 0.00 Mr kN.m 88.92 Mr/Mtt 1.52 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm 88 Kết luận Đạt Đạt - Kiểm tốn khả chịu mơmen: c 2,04 = = 0,16 < 0, 42 => Đạt de 13,00 M r 88,92 = = 1,52 > 1,3 => Đạt + M u 58,37 + - Bảng kiểm tốn khả chịu cắt: Kí Vu bv dv 0.5 0.1.fc' Sbt hiệ kN cm cm Vc + Vp bv.dv cm u Giá trị 179.28 198.00 12.96 1086.01 66718.08 20.00 Kí n Avbt Vc α θ hiệ β cm kN độ độ u Giá trị 10.00 22.62 90 45 2172.03 Kết luậ n φ mm Avcần cm2 n nhánh As cm2 12.00 0.40 2.00 2.26 Vs kN Vn kN Vn kN Vr kN 1667.95 1667.95 1501.16 Đạt - Kiểm toán khả chịu cắt: + Vr = 1501,16kN > Vu = 179,28kN => Đạt 15.3.2.2 Kiểm toán khả chịu lực mặt cắt chịu mômen âm - Bề rộng tính tốn bs = 182cm - Chiều cao mặt cắt ts = 18.5cm - Bảng kiểm toán khả chịu cắt mơmen: Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Mu kN.m 51.42 as cm a cm h cm 18 ds cm 13 c cm 1.21 atp cm 5.00 1.43 dtp cm 13.00 Lê Văn Thành b cm 182 As cm2 18.10 fps cm 1801 92 c cm 2.22 Ag cm2 3276 fAs' mm 16 Apscan cm2 atp cm nth' ncan dp cm 13 nl' lưới nbotri fAs mm 16 @As' cm 21.50 @Aps cm nth as ' cm Aps cm2 -2.71 a cm 1.89 0.00 fps cm 1769 0.00 de cm 13.00 0.00 c/de 0.00 Mn kN.m 98.80 116 0.17 nl lưới ds' cm @As cm 21.50 As' cm2 0.00 Mr kN.m 88.92 Mr/Mtt 1.73 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Bộ Môn Cầu Hầm 58 Kết luận Đạt Đạt - Kiểm tốn khả chịu mơmen: c 2, 22 = = 0,17 < 0, 42 => Đạt de 13,00 M r 88,92 = = 1,73 > 1,3 => Đạt + M u 51, 42 + - Bảng kiểm toán khả chịu cắt: Kí Vu bv dv 0.5 0.1.fc' Sbt hiệ kN cm cm Vc + Vp bv.dv cm u Giá trị 177.33 182.00 12.96 998.25 61326.72 20.00 Kí n Avbt Vc α θ hiệ β cm kN độ độ u Giá trị 10.00 22.62 90 45 1996.51 Kết luậ n φ mm Avcần cm2 n nhánh As cm2 0.00 0.37 2.00 2.26 Vs kN Vn kN Vn kN Vr kN 1533.17 1533.17 1379.85 Đạt - Kiểm toán khả chịu cắt: + Vr = 1379,85kN > Vu = 177,33kN => Đạt 15.3.2.3 Kiểm toán khả chịu lực hẫng - Bề rộng tính tốn bs = 147,32cm - Chiều cao mặt cắt ts = 18.5cm - Bảng kiểm tốn khả chịu cắt mơmen: Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Mu kN.m h cm 65.01 as cm a cm 18 ds cm 13 c cm 1.95 atp cm 2.30 dtp cm Lê Văn Thành b cm 147.3 As cm2 18.10 fps cm 1766 50 c cm Ag cm2 2651 76 fAs' mm 16 Apscan cm2 atp cm dp cm fAs mm nth nl lưới @As cm nth' ncan 13 nl' lưới nbotri 16 @As' cm 17.17 @Aps cm as ' cm Aps cm2 ds' cm 17.17 As' cm2 0.00 -1.00 a cm 0.00 fps cm 0.00 de cm 0.00 c/de 0.00 Mn kN.m Mr kN.m Mr/Mtt 117 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học Giá trị 5.00 13.00 2.75 Bộ Môn Cầu Hầm 2.33 1748 29 13.00 Kết luận 0.21 Đạt 98.80 88.92 1.37 Đạt - Kiểm toán khả chịu mômen: c 2,75 = = 0, 21 < 0, 42 => Đạt de 13,00 M r 88,92 = = 1,37 > 1,3 => Đạt + M u 65,01 + - Bảng kiểm tốn khả chịu cắt: Kí 0.5 Vu bv dv 0.1.fc' Sbt Avcần n As φ hiệ Vc + kN cm cm bv.dv cm cm nhánh cm2 mm u Vp Giá trị 145.55 147.32 12.96 808.04 49640.95 20.00 0.00 0.30 2.00 2.26 Kí n Avbt Vc Vs Vn Vn Vr α θ hiệ β cm kN kN kN kN kN độ độ u Giá trị 10.00 22.62 90 45 1616.07 1241.02 1241.02 1116.92 Kết luậ Đạt n - Kiểm toán khả chịu cắt: + Vr = 1116,92kN > Vu = 145,55kN => Đạt THE END Lê Văn Thành 118 Lớp Cầu Đường Sắt -K51 ... -K51 Thiết Kế Đồ Án Môn Học MMQT dầm thép v? ?i trục II-II MMQT BTCT v? ?i trục II-II MMQT phần vút v? ?i trục II-II MMQT cốt thép MMQT mặc cắt liên hợp v? ?i trục II-II MM tĩnh v? ?i trục II-II Bộ Môn... Thiết Kế Đồ Án Môn Học Diện tích mặt cắt tính đ? ?i Mơmen tĩnh Mc v? ?i trục I- I Khoảng cách từ TTH I- I t? ?i trục II-II MMQT dầm thép v? ?i trục II-II MMQT BTCT v? ?i trục II-II MMQT phần vút v? ?i trục II-II... tơng Diện tích cốt thép bêtơng Diện tích mặt cắt tính đ? ?i Mơmen tĩnh Mc v? ?i trục I- I Khoảng cách từ TTH I- I t? ?i trục II-II MMQT dầm thép v? ?i trục II-II MMQT BTCT v? ?i trục II-II MMQT phần vút với