Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án môn học cầu bê tông cốt thép f1 thiết kế dầm bê tông cốt thép DUL chữ I kéo sau L=33mtheo tiêu chuẩn 22TCN27205 giao thông vận tảiHướng dẫn thiết kế dầm I giản đơn BTCT DUL L=33m kéo saubài làm của Hoàng Quốc Đạt
GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp PHẦN I THUYẾT MINH I. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN I.1.Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ. I.1.1.Bố trí chung mặt cắt ngang cầu Tổng chiều dài toàn dầm là 30 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0.4 m để kê gối. Như vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 29,2 mét Cầu gồm 6 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có f c ’=40MPa, bản mặt cầu có chiều dày 20cm, được 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 nước. Lớp phủ mặt cầu gồm có 3 lớp: lớp phòng nước có chiều dày 0,5cm,, lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ được tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu. 1000 500 1500 250 9000 250 1500 500 5@23001000 Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2300 mm Giữa phần xe chạy và lề người đi phân cách bằng giải phân cách mềm I.1.2.Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thước sau: - Chiều cao toàn dầm: 1550mm - Chiều dày sườn dầm: 200mm - Chiều rộng bầu dầm: 600mm - Chiều cao bầu dầm: 250mm - Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 200mm - Chiều rộng cánh dầm: 800mm - Phần gờ dỡ bản bêtông đổ trước: 100mm (mỗi bên) Các kích thước khác như hình vẽ: Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-1- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp 250 200 200 200 200 250 100 800 600 80 1550 600 120 600 80 600 200 800 200 120 1550 Mặt cắt dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sườn dầm) I.2.Chiều cao nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) Yêu cầu: h min =0,045.L < h Trong đó ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=29200mm h : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu; h=1550+200=1750mm suy ra: h min =0,045.L=0,045.29200=1314mm< h = 1750mm => Thỏa mãn I.3.Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu(A.4.6.2.6) I.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 (= 29200 7300 4 = 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 + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2300)- Khống chế I.3.2 Đối với dầm biên Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-2- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp - Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể được lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong(=2300/2=1150) cộng trị số nhỏ nhất của + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(= 29200 3650 8 = ) + 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( =1000) Khống chế Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3 Dầm giữa (bi) 2300 mm Dầm biên (be) 2150 mm II. TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 1000 230021002300230023001000 a b c d e f II.1 Phương pháp tính toán nội lực bản mặt cầu Áp dụng phương pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98). Mặt cầu có thể phân tích như một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ. II.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải - Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực + Theo Điều (A.4.6.2.1) : Khi áp dụng theo phương pháp giải phải lấy mô men dương cực trị để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men dương, tương 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 Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-3- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp nhịp. Do sơ đồ tính là dầm liên tục 5 nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e, f như hình vẽ. + Theo Điều (A.4.6.2.1.6): “Các dải phải được coi như các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn. chiều dài nhịp phải được 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 được giả thiết là cứng vô hạn . + Các tải trọng bánh xe có thể được mô hình hoá như tải trọng tập trung hoặc như tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc được 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 như 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 nhưng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép. g DC(Lan can) = 0.7456 kN/m + Để tính nội lực cho các mặt cắt a, b, c, d, e,f ta vẽ đường ảnh hưởng của các mặt cắt rồi xếp tải lên đương ảnh hưởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chương trình MIDAS/civil 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 =η (γ P .M DC1 + γ P M DC2 +γ P M DW ) η : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư, và sự quan trọng trong khai thác xác định theo Điều 1.3.2 η=η i η D η R ≥ 0,95 + Hệ số liên quan đến tính dẻo η D = 0,95 (theo Điều 1.3.3) + Hệ số liên quan đến tính dư η R = 0,95 (theo Điều 1.3.4) + Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác η i = 1,05 (theo Điều 1.3.5) => η = 1,05.0,95.0,95 = 0,95 γ p : Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2) Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-4- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp Loại tải trọng TTGH Cường 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 II.2.1 Nội lực mặt cắt a Mômen tại mặt cắt a là mômen phần hẫng. Sơ đồ tính dạng công xon chịu uốn M a = ]10.1000 10.2 )5001000.( 10.2 1000.1000. .[. 3 )(2 6 2 ¦ 6 )(1 − + − + lcncanDCp WD p bmcDC p g g g γγγη Trong THGH CĐ1: M a = 3 6 6 4,8.1000.1000.1,25 1,665.500.500.1,5 0,95.[ 7.465.1000.1,25.10 ] 2.10 2.10 − + + = 12,011kNm Trong THGH SD: M a = 3 6 6 4,8.1000.1000.1 1,665.500.500.1 0,95.[ 7,465.1000.1.10 ] 2.10 2.10 − + + =9,569kNm II.2.2 Nội lực mặt cắt b Đường ảnh hưởng Mb Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dương ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn hơn 1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ hơn 1.Cụ thể xếp như sau: Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-5- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp - + Bmc Phñ XÕp t¶i lªn phÇn §ah d ¬ng Phñ - Bmc + XÕp t¶i lªn phÇn §ah ©m - Tính nội lực theo công thức: M U =η (γ P .M DC1 + γ P M DC2 +γ P M DW ) - Trên phần Đah dương: + Với bản mặt cầu lấy hệ số γ p = 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD + Với lớp phủ lấy hệ số γ p = 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD - Trên phần Đah âm: + Với bản mặt cầu lấy hệ số γ p = 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD + Với lớp phủ lấy hệ sô γ p = 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD - Sau khi giải sơ đồ bằng MIDAS/civil kết quả mô men M b trong bảng dưới đây Mặt cắt Đah DC1 DW b + 3.02 1.05 - -1.85 -0.31 II.2.3 Nội lực mặt cắt Mc Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-6- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp Đường ảnh hưởng Mc Làm tương tự như trên , ta có bảng kết quả sau: Mặt cắt Đah DC1 DW c + 1.18 0.17 - -3.56 -1.24 II.2.4 Nội lực mặt cắt Md 0.073 0. 097 0. 0 48 0.000 -0.053 -0.028 0.000 0.067 0.156 0.011 0.000 0.017 0. 044 0. 0 48 0.039 0.0 39 0.029 0. 034 0.029 0.024 0.019 0.015 0.019 0.01 0 0.00 5 0.01 0 0.000 0.000 -0.0 64 -0.0 41 -0.0 64 -0.0 73 -0.068 -0 . 056 -0.068 -0.038 -0 .01 8 -0.038 0.000 -0.053 -0 .079 -0.068 -0. 085 -0. 086 -0.074 -0.046 -0.074 0.000 0.26 6 0.156 0.39 8 0.39 8 0.15 4 0.26 5 0.15 4 0.065 0.000 0.019 0.017 0.018 0.015 0.018 -0 .079 -0. 085 -0.0 82 Đường ảnh hưởng Md Mặt cắt Đah DC1 DW d + 2.73 0.85 - -1.38 -0.48 II.2.5 Nội lực mặt cắt e Đường ảnh hưởng Me Mặt cắt Đah DC1 DW e + 1.0 0.33 - -3.52 -1.16 II.2.6. Nội lực mặt cắt f Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-7- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp Đường ảnh hưởng M f Mặt cắt Đah DC1 DW f + 2.62 0.91 - -1.33 -0.41 Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải tại các mặt cắt (a, b, c, d, e,f) là: TTGHSD TTGHCĐ1 Mặt cắt Đah DC1 DW DC1 DW b + 3.02 1.05 3.78 1.58 - -1.85 -0.31 -1.67 -0.20 c + 1.18 0.17 1.48 0.26 - -3.56 -1.24 -3.20 -0.81 d + 2.73 0.85 3.41 1.28 - -1.38 -0.48 -1.24 -0.31 e + 1.0 0.33 1.25 0.50 - -3.52 -1.16 -3.17 -0.75 f + 2.62 0.91 3.28 1.37 - -1.33 -0.41 -1.20 -0.27 II.3.Xác định nội do hoạt tải và người đi bộ - Tải trọng thiết kế dùng cho bản mặt cầu và quy tắc xếp tải áp dụng quy định của Điều 3.6.1.3.3 (AASHTO98) : + Do nhịp của bản S=2300<4600mm phải được thiết kế theo các bánh xe của trục 145KN. + Tải trọng bánh xe phải được giả thiết là bằng nhau trong phạm một đơn vị trục xe và sự tăng tải trọng bánh xe do các lực ly tâm và lực hãm không cần đưa vào tính toán bản mặt cầu. + Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn (3.6.1.3.1) : + 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can: Khi thiết kế bản mút thừa + 600mm tính từ mép làn xe thiết kế: Khi thiết kế các bộ phận khác + Do cầu không có dải phân cách xe thiết kế có thể đi vào phần bộ hành + Khi xếp xe lên đường ảnh hưởng sao cho gây ra hiệu ứng lực cực hạn cả âm và dương Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-8- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp - Bề rộng dải tương đương :áp dụng Điều 4.6.2.1.3 + Phần hẫng : SW = 1140 + 0,833X =1140+0,083.200=1306,6 mm + Mô men dương M + : SW = 660 + 0,55S = 660+0,55.2300=1925 mm + Mô men âm M - : SW = 1220 + 0,25S =1220+0,25.2300=1795 mm Trong đó X = Khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm), X=200 mm S = Khoảng cách của trục cấu kiện đỡ SW = Bề rộng dải tương đương P = Tải trọng trục xe (N) - Tải trọng bộ hành: Theo Điều 3.6.1.5 lấy tải trọng người đi bộ 3x10 -3 MPa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. II.3.1 Nội lực do Truck Load - Do TruckLoad và TendomLoad có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang cầu như nhau(1800mm) nhưng TruckLoad có trục sau(145 kN) nặng hơn TendomLoad(110 kN) nên ta chỉ tính nội lực trong bản mặt cầu do TruckLoad. - Vẽ Đường ảnh hưởng và xếp tải ( chương trình MIDAS/civil tự xếp vị trí bất lợi nhất) 72.5 KN 72.5 KN Đường ảnh hưởng Mb Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-9- GVHD: PGS.TS.NguyÔn Ngäc Long TKMH CÇu Bª t«ng cèt thÐp 72.5 KN 72.5 KN Đường ảnh hưởng Mc 72.5 KN 72.5 KN Đường ảnh hưởng Md Đư ờng ảnh hưởng Me 72.5 KN 72.5 KN Đường ảnh hưởng Mf - Sơ đồ tính mômen phần hẫng của bản mặt cầu Hoµng Quèc §¹t Líp CÇu HÇm K47-10- 72.5 KN 72.5 KN [...]... ln thit k Hiu ng lc ca ti trng ln thit k khụng xột lc xung kớch - Quy tc xp ti (A.3.6.1.3) + Hiu ng lc ln nht phi c ly theo giỏ tr ln hn ca cỏc trng hp sau : Hiu ng ca xe hai trc thit k t hp vi hiu ng ti trng ln thit k(HL93M) Hiu ng ca mt xe ti thit k cú c ly trc bỏnh thay i nh trong iu (A.3.6.1.2.2) t hp vi hiu ng ca ti trng ln thit k (HL93K) + i vi cỏc mụmen õm gia cỏc im un ngc chiu khi chu ti trng... 92,43 MPa Tho món III TNH TON NI LC DM CH DO TNH TI - Ti trng tỏc dng nờn dm ch + Tnh ti : Tnh ti giai on 1 DC1v tnh ti giai on 2 (DC2+ DW) + Hot ti gm c lc xung kớch(IL+IM): Xe HL 93 + Ni lc do cng cỏp ng sut trc + Ngoi ra cũn cỏc ti trng: Co ngút, t bin, nhit , lỳn, giú, ng t Trong khuụn kh ỏn sinh viờn khụng xột n cỏc ti trng ny III.1 Tnh ti ri u lờn 1 dm ch - T trng ca cỏc cu kin ly theo bng (A.3.5.1.1)... ũn by cho dm biờn c ch ra trờn hỡnh v ) IV.2 Tớnh toỏn h s phõn phi ca ti trng ngi i b - i vi dm biờn s dng phng phỏp ũn by, tớnh cho c mụmen v lc ct, coi ti trng phõn b ngi l lc tp trung: g= 0,783.2=1,566 23000 1 0,783 1000 - i vi dm trong thỡ nh hng ca ti trng ngi l khụng ỏng k Khi ú ta xp ti trng ngi lờn c 2 l ngi i b v coi nh ti trng ny phõn b u cho cỏc dm ch : g= 2/n=2/6=0,333 Vi : + n: S dm ch,... thit k Võy h s phõn phi ca hot ti v ngi i b: Mụ men un Lcct Ngi i b Dm gia 0,598 0,793 0,333 Dm biờn 0,835 0,835 1,566 IV.3 Xỏc nh ni lc Hoàng Quốc Đạt -28- Lớp Cầu Hầm K47 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Ngọc Long TKMH Cầu Bê tông cốt thép Hot ti xe ụtụ thit k v quy tc xp ti (iu 3.6.1.3) - Hot ti xe HL93: Hot ti xe ụtụ trờn mt cu hay kt cu ph tr (HL- 93) s gm mt t hp ca : + Xe ti thit k hoc hai trc thit k + Ti... PGS.TS.Nguyễn Ngọc Long TKMH Cầu Bê tông cốt thép II.5.5 Kim tra bn mt cu theo trng th i gii hn s dng (kim toỏn nt) - Theo iu A.5.5.2 cỏc vn phi kim tra theo trng th i gii hn s dng l nt , bin dng v ng sut trong bờ tụng - Do nhp ca bn nh v khụng cú thộp d ng lc nờn trong ỏn ny ch kim toỏn nt i vi bn mt cu theo iu 5.7.3.4 - Cỏc cu kin phi c cu to sao cho ng sut kộo trong ct thộp trng th i gii hn s dng fsa khụng... trng ri u trờn cỏc nhp v i phn lc gi gia thỡ ly 90% hiu ng ca hai xe ti thit k cú khong cỏch trc bỏnh trc xe ny n trc bỏnh sau xe kia l 15000mm t hp 90% hiu ng ca ti trng ln thit k ; khong cỏch gia cỏc trc 145KN ca mt xe ti phi ly bng 4300mm(HL93S) + Cỏc trc bỏnh xe khụng gõy hiu ng lc ln nht ang xem xột phi b qua + Chiu di ca ln xe thit k hoc mt phn ca nú m gõy ra hiu ng lc ln nht phi c cht ti trng... AASHTO,gi thuyt tnh ti phõn b u cho mi dm, riờng lan can thỡ mt mỡnh dm biờn chu III.1.1 Ti trng bn thõn dm DCdc - Thnh phn tnh ti DC bờn trờn bao gm ton b tnh ti kt cu tr tnh ti lp mt hao mũn d phũng v ti trng d chuyờn dng Do mc ớch thit k 2 phn ca tnh ti c nh ngha nh sau: - Tnh ti ri u lờn dm ch xut hin giai on cng ng sut trc gDC1(dc) = .Ag Trong ú: + - Trng lng riờng ca dm, =24 KN/m3 + Ag Din tớch... trng th i gii hn cng I ca dm gia + VU : Lc ct tớnh toỏn theo trng th i gii hn cng I ca dm gia + P : Xỏc nh mc1.3.2 + : H s liờn quan n tớnh do, tớnh d, v s quan trng trong khai thỏc xỏc nh theo iu 1.3.2 =iDR 0.95 H s liờn quan n tớnh do D = 0.95 (theo iu 1.3.3) H s liờn quan n tớnh d R = 0.95(theo iu 1.3.4) H s liờn quan n tm quan trng trong khai thỏc i = 1.05 (theo iu 1.3.5) = 0,95 + IM = H s... trng ln thit k - Ti trng ngi i b (PL) + Ti trng ngi i b 3 KN/m 2 (iu A.3.6.1.5) phõn b trờn 2 m nờn ti trng ri u ca ngi i b l 3.2 = 6 kN/m v phi tớnh ng thi cựng hot ti xe thit k - S tớnh: S tớnh ca dm ch l dm gin n nờn khong cỏch gia cỏc trc ca xe ti thit k Truck u ly = 4,3 m - Cỏch xp xe ti lờn ng nh hng: Xp xe sao cho hp lc ca cỏc trc xe v trc xe gn nht cỏch u tung ln nht ca ng nh hng IV.3.1 Mụmen... Quốc Đạt -31- Lớp Cầu Hầm K47 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Ngọc Long TKMH Cầu Bê tông cốt thép IV.3.3 T hp ni lc - T hp theo trng th i gii hn cng I + T hp Mụ men theo trng th i gii hn cng I( iu 3.4.1.1) MU= (P.M DC1 + P M DC2 +P M DW +1.75MLL+IM +1.75 MPL ) + T hp Lc ct theo trng th i gii hn cng I( iu 3.4.1.1) VU= (P V DC1 + P V DC2 +P V DW +1.75VLL+IM +1.75 VPL) Trong ú : + MLL: Mụmen do hot ti tỏc dng lờn 1