Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp chơng VI tính toán mặt cầu I cấu tạo mặt cầu Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 173 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp I.1 Sơ đồ tính toán mặt cầu - Bản dài 14500mm, phần mút thừa dài 3500mm - Phần đợc tính theo sơ đồ ngàm hai đầu với chiều dài nhịp: 7413 mm - Phần cánh hẫng tính theo sơ đồ côngxon nhịp: 3544 mm 14500 3544 2500 7413 1000 1500 3544 3576 1500 1000 2500 I.2 Cấu tạo lớp áo đờng, lan can - Lớp phủ mặt cầu: + Bê tông asphalt : dày 5cm trọng lợng riêng 22.5 kN/m + Bê tông bảo hộ : dày 3cm trọng lợng riêng 24 kN/m + Lớp phòng nớc: dày 1cm trọng lợng riêng 15 kN/m + Lớp bêtông mui luyện: dày 3cm trọng lợng riêng 24 kN/m Lớp phủ mặt cầu Chiều dày DW (cm) 3 (kN/m3) 22.5 24 15 24 DWLớp phủ (kN/m2) 1.125 0.72 0.15 0.72 2.715 Lớp bêtông Atphan Lớp bêtông bảo vệ Lớp phòng nớc Lớp bêtông mui luyện dày Trọng lợng lớp phủ mặt cầu - Lan can tay vịn: Ta dùng loại lan can tay vịn thép, bệ đỡ BTCT có: DCLan can = DCGờ chắn= 4.86 1.78 kN/m kN/m I.3 Nguyên tắc tính toán mặt cầu - Sử dụng phơng pháp phân tích gần để thiết kế mặt cầu BTCT liền khối đúc chỗ (Điều 4.6.2.1.6) - Khi tính toán hiệu ứng tải bản, cho phép phân tích dải rộng 1m theo chiều dọc cầu Mô hình hoá sơ đồ làm việc kết Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 174 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp cấu nh dầm liên tục, với sờn dầm hộp gối đợc giả thiết có độ cứng tuyệt đối - Do mặt cầu làm việc theo phơng ngang, xét m bề rộng mặt cầu theo phơng dọc - Nhịp phía xét mô hình tính toán sơ đồ hai đầu ngàm - Nhịp phía hẫng xét mô hình tính toán ngàm đầu - Các tải trọng tác dụng lên kết cấu : + Lan can: DClc + Gờ chắn: DCdc + Trọng lợng thân bản: DC + Trọng lợng lớp mặt đờng: DWmc + Tải trọng ngời: PL + Tải trọng xe: LL + Lực xung kích: IM, lấy 25%CLL - Tính toán hiệu ứng tải tổ hợp nh điều 3.4.1-1 quy trình 22 TCN 272-05, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm tổ hợp tải trọng cờng độ tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng Sử dụng nội lực để tính toán kiểm tra tiết diện - Mặt cắt tính toán hiệu ứng lực : +) Tính M+ : Tính toán cho mặt cắt nhịp +) Tính M- : Tính toán cho mặt cắt phân ngàm mút thừa II Tính toán nội lực mặt cầu II.1 tải trọng tính toán mặt cầu - Trọng lợng thân : DC - Trọng lợng phần lan can , gờ chắn bánh : DClc, DCgc - Trọng lợng lớp phủ mặt cầu : DW2 - Hoạt tải : LL ( xếp tạo hiệu ứng bất lợi nhất) - Tải trọng - Lực xung kích : IM = 25% - Các tổ hợp tải trọng thiết kế : +) Tổ hợp theo trạng thái cờng độ I : để tính toán cờng độ +) Tổ hợp theo trạng thái cờng độ sử dụng : để tính toán chống nứt Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 175 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp II.2 Các công thức tính toán nội lực mặt cầu II.2.1 - Công thức tính nội lực tĩnh tải M i = qi S i + Pi Yi Qi = q i S i + Pi Yi Trong : +) Mi : Mômen tiết diện i +) Qi : Lực cắt tiết diện i +) q : Tĩnh tải phân bố ngang cầu dải rộng 1m +) Si : Diện tích ĐAH nội lực +) yi : tung độ ĐAH vị trí đặt lực tập trung II.2.2 - Công thức tính nội lực hoạt tải - Bản mặt cầu đợc phân tích theo phơng pháp dải gần đợc quy định điều 4.6.2.1 Với dải phân tích ngang có chiề dài nhịp tính toán L = 7413 mm > 4600 mm Do đợc thiết kế với tải trọng xe tải tải trọng thiết kế +) Tải trọng bánh xe P = 72.5KN +) Tải trọng : qlàn = 9,3 KN/m phân bố chiều rộng b = 3m Hiệu ứng tải trọng không xét đến lực xung kích - Khi thiết kế theo phơng ngang cầu hoạt tải đợc xếp đợc xếp cho tạo đợc hiệu ứng bất lợi Vị trí tâm bánh xe đặt cách mép gờ chắn bánh đợc quy định nh sau : +) Khi tính toán phần cánh hẫng : a = 300 mm +) Khi tính toán phận khác : a = 600 mm +) Cự ly xe : 1200 mm - Đối với hoạt tải, bề rộng làm việc mặt cầu đợc quy định nh sau: +) Khi tính toán phần cánh hẫng: SW = 1140 + 0,833.X (mm) +) Khi tính mômen âm: SW= 660 + 0,55.S +) Khi tính mômen dơng: SW = 1220 + 0,25.S Trong : +) S : Là khoảng cách gối đỡ +) X : Khoảng cách từ tim gối đến điểm đặt tải - Kết tính toán vệt bánh xe tơng đơng nh sau : +) Khi tính toán phần hẫng: Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 176 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Do mặt cầu đợc thiết kế có gờ chắn không cho phép xe chạy sang phần cánh nên X=0, suy SW = 1140 + 0,833.0 = 1140 mm =1,14 m +) Khi tính toán mômen âm : SW = 660+0,55.7413 = 4737 mm = 4,737 m +) Khi tính toán mômen dơng : SW = 1220 + 0,25.7413 = 3073 mm =3.073 m - Nội lực mặt hoạt tải đợc tính theo công thức sau : Si = m.P. Yi + qi i b Trong : +) Si : Nội lực cần tính toán mặt cắt i +) m : Hệ số +) P : Tải trọng bánh xe +) b : Chiều rộng vệt bánh xe tơng đơng +) Yi : Tung độ ĐAH vị trí đặt bánh xe +) qi : Tải trọng thiết kế +) i : Diện tích ĐAH nội lực II.3 tính toán nội lực mặt cầu Chiều dài nhịp tính toán mặt cầu đợc xác định nh sau: + Với nhịp phía bên lấy nhịp tính toán bằng: 7.413m + Với cánh hẫng nhịp tính toán bằng: 3.544m II.3.1 Tính toán moment phần hẫng a Sơ đồ tính: 14500 3544 7413 2500 DC gc DWlp 1000 1500 3544 3576 1500 DC lc 2500 DC gc DC bt Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 1000 DC lc DWlp DC bt 177 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp b Tải trọng: + Trọng lợng thân DCbt + Trọng lợng lớp phủ DW + Trọng lợng Lan can DClc + Trọng lợng gờ chắn DCgc + Tải trọng ngời c Kết tính toán nội lực: - Moment mặt cắt ngàm: + TTGH1 : Mu = 348.5 kN.m + TTGHSD: Mu = 221.9 kN.m - Lực cắt mặt cắt ngàm: + TTGH1 : Vu = 208.8 kN.m + TTGHSD: Vu = 131.9 kN.m 3.2 Tính toán moment phần phía - Mômen gối: + Mu = 241.8 kNm (TTGHCĐ 1) + Mu = 154.3 kNm (TTGHSD) - Moment nhịp: + Mu =120.9 kNm (TTGHCĐ 1) + Mu = 77.1 kNm (TTGHSD) - Lực cắt gối: + Vu = 193.4 kNm (TTGHCĐ 1) + Vu = 123.4 kNm (TTGHSD) IV Tính toán bố trí cốt thép mặt cầu IV.1 vật liệu chế tạo dầm IV.1.1 Bê tông chế tạo dầm : - Mác bê tông : Cấp 45 MPa - Trọng lợng riêng bê tông : bt = 24 KN/m3 - Mô đun đàn hồi : Ec = 33915 Mpa - Cờng độ chịu nén : fc = 45 Mpa - Cờng độ chịu nén bê tông lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trớc : fci = 0,85 fc = 0,85 45 =38,25 Mpa Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 178 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp - Hệ số quy đổi hình khối ứng suất : =max(0,65 : 0,85- 0,05( fc'28) )= 0.7285 - Cờng độ chịu kéo uốn : fr = 0,63 f c = 4,23 Mpa IV.1.2 Thép thờng chế tạo dầm Sử dụng loại cáp cờng độ cao, loại bó xoắn tao hãng VSL có tiêu sau: Ký Tên đại lợng Đờng kính danh định hiệu Giá trị Đơn vị tao Diện tích mặt cắt tao Giới hạn chảy thép Giới hạn bền thép Môđuyn đàn hồi thép Hệ số ma sát thành ống d Atao fpy fpu Es 15.2 2.8 1674 1860 197000 mm cm2 Mpa Mpa Mpa ghen ứng suất thép m 0.2 kích Hệ số fPJ 1488 6.60E- ma sát lắc/1 mômen bó cáp K 07 Chiều dài tụt neo DL Sử dụng loại neo chuyên dụng hãng VSL Cốt thép thờng chế tạo BMC Cốt thép tròn trơn Giới hạn chảy thép Môđuyn đàn hồi thép Đờng kính thép Số thép sử dụng Khoảng cách thép Mpa mm-1 cm AIII fy Et D n 420 200000 16 Mpa Mpa mm a 125 cm IV.2 Bố trí cốt thép chịu mômen IV.2.1 - Nguyên tắc bố trí thép mặt cầu Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 179 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp Về nguyên tắc bố trí cốt thép DƯL ta bố trí bó cốt thép DƯL thớ dới mặt cắt nhịp , mặt cắt gối chịu mômen âm bó cốt thép DƯL lại đợc uốn lên bố trí thớ Cách bố trí nh hình vẽ IV.2.2 - Các công thức tính toán bố trí cốt thép - Mặt cắt mặt cầu mặt cắt chữ nhật ta dùng công thức mặt cắt chữ nhật để tính toán kiểm duyệt khả chịu lực mặt cắt Khi kiểm toán ta bỏ qua cốt thép thờng chịu nén, tính đến cốt thép thờng chịu kéo cốt thép DƯL - Các công thức tính duyệt +) Công thức xác định chiều cao vùng chịu nén c= A ps f pu + A S f y A S ' f y f 0,85.f c' 1.b + kA ps pu dp +) Công thức tính mômen kháng uốn danh định mặt cắt a a M n = A ps f ps d p - + AS f y ( d S ) 2 +) Công thức tính sức kháng uốn tính toán mặt cắt Mr = .Mn Trong : +) Aps : Diện tích cốt thép DUL +) dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL +) fc +) : Cờng độ bê tông tuổi 28 ngày, fc = 50 Mpa : Hệ số sức kháng , lấy 1,0 cấu kiện chịu uốn +) b : Bề rộng tính toán mặt cắt +)1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, = 0.7285 theo 5.7.2.2 +) fpu : Cờng độ chịu kéo quy định thép DUL, fpu = 1860 MPa +) fpy : Giới hạn chảy thép DUL, f py = 80%fpu = 1488 MPa (bó 12 tao) Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 180 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp +) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà với giả thiết thép DUL bị chảy dẻo +) a = c 1: Chiều dày khối ứng suất tơng đơng +) fps : ứng suất trung bình cốt thép DUL sức kháng uốn danh định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1 f py k = 1.04 f pu c f ps = f pu - k d p - Hàm lợng thép DƯL thép thờng phải đợc giới hạn cho : c 0,42 de - Bố trí cốt thép thờng cốt thép DƯL cho 1m dài cầu: - Cốt thép DƯL sử dụng loại bó dẹt tao 15,2, mét dài cầu kéo 1bó theo phơng ngang cầu - Cốt thép thờng sử dụng loại đơng kính 16 mm bớc cốt thép 125mm, bố trí chi mét dài cầu nh hình vẽ + Cốt thép mặt cắt gối: 1000 62,5 62,5 74 60 60 7x125=875 M- 800 D16 + Cốt thép mặt cắt nhịp bản: Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 181 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp 1000 62,5 62,5 60 7x125=875 D16 35 31 45 300 M+ IV.2.3 - Duyệt mặt cắt chịu uốn theo THGH CĐ1 a) Mặt cắt gối - Diện tích cốt thép DƯL: Aps=2,8.10-4 m2 - Diện tích cốt thép thờng chịu kéo: As=16,1.10-4 m2 dp=0,74m ; ds=0,74m ; k=0,28 ; 1=0,7285 c=0,03112 ; a=c 1=0,7285.0,03112=0,02267 fps=1860.(1-0,28.0,03112/0,74).103=1838100 KN/m2 - Sức kháng uốn danh định mặt cắt a a Mn= A ps f ps d p - + AS f y (d S ) =867,28 KNm 2 Mr=.Mn=1.867,28=867,28 KNm so sánh với Mu=348,5KNm=> Đạt - Kết luận : Mặt cắt mặt cầu đảm bảo khả chịu mômen uốn âm a) Mặt cắt nhịp - Diện tích cốt thép DƯL: Aps=2,8.10-4 m2 - Diện tích cốt thép thờng chịu kéo: As=16,1.10-4 m2 dp=0,265m ; ds=0,269m ; k=0,28 ; 1=0,7285 c=0,03083 ; a=c 1=0,7285.0,03083=0,02246 fps=1860.(1-0,28.0,03083/0,265).103=1799402 KN/m2 - Sức kháng uốn danh định mặt cắt Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 182 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp a a Mn= A ps f ps d p - + AS f y (d S ) =301,997 KNm 2 Mr=.Mn=1 301,997 =301,997 KNm so sánh với Mu=120,9KNm=> Đạt - Kết luận : Mặt cắt mặt cầu đảm bảo khả chịu mômen uốn dơng IV.2.4 - Duyệt mặt cắt gối chịu cắt theo THGH CĐ1 - Công thức kiểm toán Vu Vn Trong đó: +) : Hệ số sức kháng cắt đợc xác định theo bảng 5.5.2.2-1, = 0.9 (với kết cấu BTCT thông thờng) +) Vn : Sức kháng cắt danh định đợc xác định theo quy định điều 5.8.3.2 Vn1 = Vc + Vs + Vp Vn = ' Vn2 = 0.25f c b v d v + Vp Với: +) Vc = 0.083 f c' b v d v +) Vs = A v f y d v ( cotg + cotg ) sin s +) Vp = A str f p sin i i =1 +) dv : chiều cao chịu cắt có hiệu đợc xác định điều 5.8.2.7 , Lấy dv = 0,72 h = 0,72 800 = 576 mm +) bv : bề rộng bụng có hiệu, lấy bệ rộng lớn chiều cao dv bv =1000 mm +) s : Cự ly cốt thép đai +) : Hệ số khả bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo đợc quy định điều 5.8.3.4 , Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 lấy = 183 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp +) : Góc nghiêng ứng suất nén chéo đợc xác định điều 5.8.3.4 Lấy = 45o +) : Góc nghiêng cốt thép đai trục dọc (độ) Nếu cốt đai thẳng đứng, = 900 +) Av : Diện tích cốt thép chịu cắt cự ly S (mm2) +) VP : Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu hớng lực cắt tác dụng, dơng ngợc chiều lực cắt (N) Với kết cấu BTCT thờng VP = Nhận xét: Vc: Khả chịu cắt mặt cắt BT cha có cốt thép: Vc=0,083.2 45 1000.432=641411.63 N Vc=641,411 KN Khi sức kháng cắt danh định mặt cắt không cần cốt thép Vn=Vc=641,411 KN=> Vr=0,9 641,411 =577,27 KN >Vu=193,4 KN Kết luận: Vậy mặt cắt đủ khả chịu cắt không cần cốt thép Tuy nhiên thiết kế ta bố trí cốt đai theo cấu tạo IV.2.5 - Kiểm toán khả chống nứt mặt cầu - Các quy định việc khống chế vết nứt mặt cầu phải đợc thoả mãn điều kiện dới trừ mặt cầu đợc thiết kế theo điều A.9.7.2 (Thiết kế theo kinh nghiệm) - Cấu kiện phải đợc cấu tạo cho ứng suất kéo cốt thép thờng trạng thái giới hạn sử dụng fsa không vợt fs = Z 0.6 f y (d c A)1/ (A.5.7.3.4-1) Trong : +dc: Chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo tâm haysợi đặt gần (nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tịnh lớp bê tông bảo vệ dc không đợc lớn 50mm; dc = 50mm + A: Diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo đợc bao mặt cắt ngang đờng thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lợng hay sợi (mm2), nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tịnh lớp bê tông bảo vệ không đợc lớn 50mm Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 184 Cầu Đờng Bộ môn cầu hầm đồ án tốt nghiệp + Z: Thông số bề rộng vết nứt (N/mm) Z = 30000 N/mm - Kiểm toán điều kiện khống chế vết nứt ta thấy: Đạt Kết luận: Bản mặt cầu thiết kế đảm bảo khả chịu lực nh yêu cầu đặt Nguyễn Ngọc Thạch Bộ B-K 44 185 Cầu Đờng ... để tính toán kiểm tra tiết diện - Mặt cắt tính toán hiệu ứng lực : +) Tính M+ : Tính toán cho mặt cắt nhịp +) Tính M- : Tính toán cho mặt cắt phân ngàm mút thừa II Tính toán nội lực mặt cầu. .. +) qi : Tải trọng thiết kế +) i : Diện tích ĐAH nội lực II.3 tính toán nội lực mặt cầu Chiều dài nhịp tính toán mặt cầu đợc xác định nh sau: + Với nhịp phía bên lấy nhịp tính toán bằng: 7.413m... tính toán bố trí cốt thép - Mặt cắt mặt cầu mặt cắt chữ nhật ta dùng công thức mặt cắt chữ nhật để tính toán kiểm duyệt khả chịu lực mặt cắt Khi kiểm toán ta bỏ qua cốt thép thờng chịu nén, tính