Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án cầu bê tông cốt thép DUL I căng sau tiêu chuẩn mới 11823, update mới nhất năm 2017, đồ án này của sinh viên thuộc đơn vị trường ĐH GTVT TPHCM. Bạn đọc có thể tham khảo và tìm hiểu thêm sách Cầu bê tông cốt thép của tác giả Mai Lựu và Lê Hồng Lam.
ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỮ I-CĂNG SAU TÓM TẮT ĐỀ BÀI: MÃ ĐỀ: 3_4_5_3_1_2 I.1 SỐ LIỆU ĐỀ BÀI: + Tiết diện dầm chủ : I- căng sau + Chiều dài nhịp tính tốn Ltt : 27100 (mm) + Bề rộng đường xe chạy B : 6900 (mm) + Bề rộng lề hành K :0 (mm) + Cáp dự ứng lực loại : 15,2 (mm) + Hoạt tải xe : 0,5 x HL93 + Bê tơng: • Cấp bê tơng dầm chủ kết cấu thi công lúc với dầm chủ: 55 (MPa) • Cấp bê tơng phận khác: 32 (MPa) I.2 CHỌN SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: I.2.1 Chọn số liệu thiết kế: + Lan can: khoảng cách trụ lan can: 2000 mm + Bản mặt cầu: Tính theo dầm, làm việc theo phương ngang cầu + Dầm ngang: Tính dầm liên tục, có gối dầm • Số dầm ngang: dầm • Khoảng cách dầm ngang: 5420mm + Dầm chính: • Chọn số dầm chính: dầm • Khoảng cách dầm chính: 1700mm I.2.2 Phương án thiết kế: kiểm toán SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LAN CAN ĐƯỜNG Ô TÔ II.1 SỐ LIỆU TÍNH TỐN: Loại lan can: lan can đường ô tô loại tường, cột kết hợp Lực thiết kế cho lan can ô tô: Các lực thiết kế Cấp lan can L3 Ft ngang (kN) 240 Ft dọc (kN) 80 Fv thẳng đứng (kN), hướng xuống 80 Lt LL (mm) 1070 Lv (mm) 5500 He (min) (mm) 810 H chiều cao nhỏ lan can (mm) 810 Thép dùng bê tông cốt thép: thép gân ; thép trơn Thép lan can dùng thép cacbon CT3: Khối lượng riêng thép lan can: Sử dụng bêtơng có cấp: Chọn tiết diện lan can ống thép có tiết diện hình vành khăn: đường kính ngồi D=100(mm), đường kính d = 92 (mm) Dày 4(mm) Khoảng cách cột lan can: L = 2000 (mm) Tường lan can: bố trí thép ngang bố trí thép đứng Lan can thiết kế thỏa mãn điều kiện: Lựa chọn kích thước lan can: SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM Hình 2.1 Thiết kế lan can II.2 THIẾT KẾ LAN CAN ĐƯỜNG Ô TÔ: II.2.1 Xác định sức kháng tường lan can: Khả chịu lực dầm đỉnh Mb Do dầm đỉnh nên Mb=0 II.2.1.1 Sức kháng tường trục thẳng đứng ( MwH) + Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có momen âm dương + Chia tường thành đoạn: đoạn I,II,III + Đối với tiết diện thay đổi ta qui đổi tiết diện chữ nhật tương đương có diện tích với diện tích ban đầu không làm thay đổi chiều cao lan can Đoạn I: kích thước tiết diện SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM Hình 2.2: Qui đổi tiết diện có diện tích thay đổi đoạn I Hệ số qui đổi chiều cao vùng nén bêtông β1 là: Hệ số sức kháng: Chọn để tính tốn *Phần , tính tương tự • Đoạn II: kích thước tiết diện Hình 2.3: Qui đổi tiết diện có diện tích thay đổi đoạn II • Đoạn III: kích thước tiết diện SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM Hình 2.4: Tiết diện đoạn III • Tính tương tự phần 1, ta tổng hợp bảng sau: Bảng 2.1: Tổng hợp khả chịu lực theo tiết diện bê tơng cốt thép ngang tính theo chiều đứng lan can Phần bê tông b x h (mm) As (mm2) Chiều cao làm việc ds (mm) Chiều cao vùng nén quy đổi a (mm) 350 x 200 307,88 147 10,35 300 x 300 307,88 247 11,31 20062430,62 150 x 400 307,88 347 22,64 27904272,77 Tiết diện MwH (N.mm) • Sức kháng tường lan can quanh trục thẳng đứng là: MwH = (MwH)1 + (MwH)2 + (MwH)3 II.2.1.2 Sức kháng tường trục nằm ngang (Mc): Phần cốt thép phía chịu chia làm đoạn để tính trung bình Khi tiết diện thay đổi ta chọn tiết diện lớn ngàm để xác định khả chịu lực Thép dùng thép Φ16 bố trí với a = 150 theo phương dọc cầu Phương pháp tính tương tự MwH Tiết diện phần bê tông: SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM *Phần 1: Cắt 1mm theo phương dọc cầu • Đoạn I: kích thước tiết diện • Tiết diện là: b x h = x 200 Cắt mm theo phương dọc cầu ta có diện tích thép 1mm dài: Hệ số qui đổi chiều cao vùng nén bêtơng β1 là: Hệ số sức kháng: Chọn để tính tốn *Phần 2: Hình 2.5: Tiết diện phần lan can theo phương dọc cầu SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM * Phần 3: Hình 2.6: Tiết diện phần lan can theo phương dọc cầu Tính tương tự phần 1, ta có bảng sau: Bảng 2.1: Tổng hợp khả chịu lực tiết diện bê tông cốt thép đứng theo phương dọc cầu Phần bê tông Tiết diện bxh (mm) As (mm ) Chiều cao làm việc ds (mm) Chiều cao vùng nén quy đổi a (mm) Mc (N.mm/mm) 1 200 1,34 162 14,78 55937,90 300 1,34 262 14,78 92117,90 400 1,34 362 14,78 128297,90 Sức kháng tổng cộng tường quanh trục nằm ngang: II.2.2 Xác định sức kháng cột lan can: II.2.2.1 Cột lan can: Trong đó: = 200 (mm): Chiều cao cột lan can : Momen kháng uốn mặt cắt ngàm vào lan can S: Momen kháng uốn tiết diện f y = 235 Mpa SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM x x Hình 2.7: Tiết diện mặt cắt ngang cột lan can Momen quán tính tiết diện: J = Jbụng + 2Jcánh II.2.2.2 Thanh lan can: δ=4 Φ = 100 Hình 2.8: Tiết diện mặt cắt ngang lan can MR = φ.S.fy S : momen kháng uốn tiết diện II.2.2.3 Xác định sức kháng danh định lan can tường, cột kết hợp: Trường hợp xe va vào tường: Chiều dài đường chảy: Sức kháng tường: SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM Vì Lc = 2746,89 > L = 2000 (mm) => nên ta có số nhịp lan can chiều dài đường chảy xảy hai trường hợp: TH1: Nếu chiều dài đường chảy ảnh hưởng đến hai nhịp (N=2) tương ứng với số cột lan can bị phá hoại 1(K=1) Va cột TH2: Nếu chiều dài đường chảy ảnh hưởng đến ba nhịp (N=3) tương ứng với số cột lan can bị phá hoại 2(K=2) Va Sức kháng danh định lan can thép TH1: o Khả chịu lực tường chiết giảm phần cột TH1: Trong đó: Hw: chiều cao tường (mm) HR: chiều cao lan can (mm) o Sức kháng tổ hợp tường, cột kết hợp TH1: o Chiều cao đặt hợp lực TH1: Sức kháng danh định lan can thép TH2: = 209424,06 (N) o Khả chịu lực tường chiết giảm phần cột TH2: o Sức kháng tổ hợp tường, cột kết hợp TH2: o Chiều cao đặt hợp lực TH2: Kết luận: SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM => Đảm bảo điều kiện chịu va xe (1) Trường hợp xe va vào đầu tường: Chiều dài đường chảy: Sức kháng tường: Vì Lc = < L = 2000 (mm) => nên chiều dài đường chảy ảnh hưởng đến nhịp lan can cột lan can (N=1, K=1) Sức kháng danh định lan can thép: = 167222,62 (N) Khả chịu lực tường chiết giảm phần cột: Sức kháng tổ hợp tường, cột kết hợp: Chiều cao đặt hợp lực : Kết luận: => Đảm bảo điều kiện chịu va xe (2) Từ (1) (2): ta kết luận lan can đủ khả chịu lực II.3 Kiểm tra chống trượt lan can: Trọng lượng tường bêtông chia làm phần: SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang 10 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM ft = − Pi Pi ( d ps − yto ) M + yto − DC1 yto Ao Io Io ft = − Pi Pi ( d ps − yto ) M − yto + DC1 yto Ao Io Io − Ứng suất thớ dưới: Bảng5.23 Kiểm toán fpj ΔfpA ΔfpF ΔfpES fpi Aps Pi Ao dps yto ybo Io MDC1 ft ĐK fb ĐK MC 1-1 1291 45.342 21.605 30.326 1193.727 4012.4 4789710 428792.9 778 674.27 575.73 8.08E+10 -7.03 ĐẠT -14.71 ĐẠT MC 2-2 1291 45.342 21.605 30.326 1193.727 4012.4 4789710 428792.9 851.25 671.37 575.73 8.04E+10 2.87E+08 -6.38 ĐẠT -15.28 ĐẠT MC 3-3 1291 45.342 21.605 30.326 1193.727 4012.4 4789710 428792.9 1019.75 665.71 575.73 7.91E+10 8.36E+08 -3.93 ĐẠT -17.43 ĐẠT MC 4-4 1291 45.342 21.605 30.326 1193.727 4012.4 4789710 428792.9 1047.5 664.9 575.73 7.88E+10 1.12E+09 -5.12 ĐẠT -16.41 ĐẠT V.5.7.3 Kiểm toán TT GHSD: − Ứng suất kéo cho phép bê tông: [ fct ] = 0.5 × f 'c = 3.71(Mpa) − Ứng suất nén cho phép bê tông: [ fcc ] = 0.45 × f 'ci = 26.4(Mpa) − Lực cáp: Pf = f pf × ∑ Apsi cosα i SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang 84 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM − Ứng suất thớ trên: ft = − Pf Ao + Pf ( d ps − yto ) Io yto − M DC1 M M + M DW + M LL + M PL yto − DC ytg − DC ytc Io Ig Ic − Ứng suất thớ dưới: ft = − Pf Ao − Pf ( d ps − yto ) Io yto + M DC1 M M + M DW + M LL + M PL yto + DC ytg + DC ytc Io Ig Ic Bảng5.24 Kiểm toán fpj ΔfpT fpf Aps Pf Ao dps yto Io MDC1 MDC2 Ig ytg MDC3 MDW MLL MPL ytc Ic ybo ybg ybc ft ĐK fb ĐK SVTH: VÕ VĂN THIÊN MC 1-1 1291 131.4609 1159.539 4012.4 4652535 428792.9 778 674.27 8.08E+10 0 8.1E+10 678.89 0 0 393.511 1.82E+11 575.73 571.11 856.49 -6.82428 ĐẠT -14.288 ĐẠT MC 2-2 1291 131.4609 1159.539 4012.4 4652535 428792.9 851.25 671.37 8.04E+10 2.87E+08 2.07E+08 8.11E+10 679.79 1.3E+08 68333328 4.37E+08 394.082 1.82E+11 575.73 570.21 855.92 -9.37147 ĐẠT -10.3411 ĐẠT MSSV: 1451090148 MC 3-3 1291 131.4609 1159.539 4012.4 4652535 428792.9 1019.75 665.71 7.91E+10 8.36E+08 6.02E+08 8.15E+10 681.55 3.79E+08 1.99E+08 1.32E+09 395.196 1.83E+11 575.73 568.45 854.8 -13.1492 ĐẠT -3.70369 ĐẠT MC 4-4 1291 131.4609 1159.539 4012.4 4652535 428792.9 1047.5 664.9 7.88E+10 1.12E+09 8.02E+08 8.16E+10 681.81 5.05E+08 2.65E+08 1.7E+09 395.356 1.83E+11 575.73 568.19 854.64 -17.2861 ĐẠT 1.4211 ĐẠT Trang 85 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM V.5.7.4 Kiểm toán TTGH CD: − Qui đổi tiết diện cánh mặt cầu hữu hiệu cánh bê tông dầm ( ta qui đổi bề rộng cánh mà không làm tăng chiều cao dầm) Aps h1=275 775 dps hf=200 200 b2=1700 b1=650 − Hệ số qui đổi bê tông mặt cầu cấu kiện dầm Ebmc =0.043´ gc1.5 ´ f 'c =0.043´ 25001.5 ´ 32 =30405.592 Mpa(gc =2500 Kg / m3 ) Ec =0.043´ gc1.5 ´ f 'c =0.043´ 25001.5 ´ 55 =39862.067 Mpa(gc =2500 Kg / m3 ) n' = Ebmc =0.763 Ec ⇒ b'2 = n '× b2 = 0.763 × 1700 = 1297.1 mm Xem tiết diện tiết diện chữ T Vị trí trục trung hòa: A pS × f pu − β1 ( bf − b w ) × h f × 0.85 × f c' c= A ×f 0.85 × f c' × β1 × b w + k × pS pu d ps ApS = 4012.4 mm2 250 × 103 f pu = = 1744.60MPa 143.3 SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang 86 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT β1 = 0.85 − GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM 0.05 0.05 × ( f c' − 28 ) = 0.85 − ( 55 − 28 ) 7 = 0.657 hf = 400 (mm) bf bề rộng cánh sau qui đổi cánh dầm mặt cầu với nguyên tắc không làm thay đổi chiều cao bf = 1297.1 × 200 + 550 × 200 = 923.55 mm 400 bw = 200 mm fc’ = 55 MPa dps = 1047.5+200 = 1247.5 mm (tiết diện quy chữ T để kiểm tra) f k = 1.04 − py ÷ = ( 1.04 − 0.9 ) = 0.28 f pu ÷ ⇒c= A pS × f pu − β1 (b f − b w ) × h f × 0.85 × f c ' k × A ps × f pu 0.85f c '× β1 × b w + d ps 4012.4 × 1744.60 − 0.657 × ( 923.55 − 200 ) × 400 × 0.85 × 55 4012.4 × 1744.60 0.85 × 55 × 0.657 × 200 + 0.28 × 1247.5 = −244.932 mm ⇒c= Ta có 89.008< hf = 400 ⇒ tính lại c theo tiết diện chữ nhật ⇒c= = A ps × f pu k × A ps × f pu 0.85 × f c' × β1 × b f + d ps 4012.4 × 1744.60 0.85 × 55 × 0.657 × 923.55 + 0.28 × 4012.4 × 1744.60 1247.5 = 233.82 mm SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang 87 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT ⇒ GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM c 233.82 = = 0.19 ≤ 0.375 d ps 1247.5 a = c × β = 233.82 × 0.657 = 153.62mm c 233.82 ⇒ f ps = f pu k ì ữ = 1744.60 ì 0.28 ì ữ = 1653.042 ữ d 1247.5 ps a ⇒ M n = A ps f ps d ps − ÷ 2 153.62 = 4012.4 × 1653.042 × 1247.5 − ÷ = 7764795433N.mm ⇒ M r = φ M n = 1× 7764795433 = 9665431527 > M u = 6719694812N.mm Bảng5.25 Kiểm toán ø Ap s I-I II-II 4012.4 4012.4 1661.04 1637.00 fps 4 d'p s 978 1051.25 a 109.908 152.129 6.15E+ 6.41E+ Mr 09 09 1.73E+ Mu 09 Đ K ĐẠT ĐẠT ⇒ III-III IV-IV 4012.4 4012.4 1651.07 1653.04 1219.75 1247.5 153.436 153.62 7.57E+ 7.76E+0 09 5.11E+0 6.72E+0 9 ĐẠT ĐẠT Thỏa điều kiện TTGH cường độ V.5.7.5 Kiểm toán hàm lượng cốt thép: Điều kiện: f M n ³ min(1.2M cr ;1.33M u ) Xác định mô men phụ thêm M theo phương trình : SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang 88 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM P Pf ( d ps − ytg ) M +M M + M DW + M DC γ f r = γ − f − ybg + DC1 ybg + DC ybc Ig Ig Ic Ag f r = 0.63 × f 'c = 4.67 Bảng 5.26 xác định giá trị M γ1 fr γ2 Pf Ag dps ytg ybg Ig MDC1 MDC2 MDC3 MDW ybc Ic M MC 1-1 1.6 4.67 1.1 4652535 448614.1 778 678.89 571.11 8.1E+10 0 0 856.49 1.82E+11 4.76E+09 MC 2-2 1.6 4.67 1.1 4652535 448614.1 851.25 679.79 570.21 8.11E+10 2.87E+08 2.07E+08 1.3E+08 68333328 855.92 1.82E+11 4.39E+09 MC 3-3 1.6 4.67 1.1 4652535 448614.1 1019.75 681.55 568.45 8.15E+10 8.36E+08 6.02E+08 3.79E+08 1.99E+08 854.8 1.83E+11 3.9E+09 MC 4-4 1.6 4.67 1.1 4652535 448614.1 1047.5 681.81 568.19 8.16E+10 1.12E+09 8.02E+08 5.05E+08 2.65E+08 854.64 1.83E+11 3.2E+09 Bảng5.27 Kiểm toán SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang 89 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM MC 1-1 0 0 4761517461 4761517461 0 6151892008 ĐẠT MDC1 MDC2 MDC3 MDW M Mcr Mu Mmin Mr Điều kiện MC 2-2 287283712.5 206655115 130046125 68333327.5 4387894397 5080212677 1730199349 2301165135 6151892008 ĐẠT MC 3-3 836497732.5 601727587 378661525 198969419.5 3895281829 5911138093 5114641939 6802473778 6151892008 KHÔNG ĐẠT MC 4-4 1115385188 802342925 504906875 265305612.5 3201217411 5889158011 6719694812 7066989613 6151892008 KHÔNG ĐẠT V.5.8 Chọn cốt thép thường: Lượng cốt thép dọc cốt thép thường lựa chọn sau: As = 0.15 × 0.9 × b × h 100 Với b=550 mm: chiều rộng bầu dầm; h=1450 mm: chiều cao dầm liên hợp As = 0.15 × 0.9 × 550 × 1450 = 1076.625mm 100 Chọn 8∅ 14 với diện tích As 1230.88 mm2 V.5.9 Thiết kế cốt đai cho dầm chủ kiểm toán khả chịu cắt: − Phương pháp tính tốn thiết kế cốt đai theo trường cải tiến, theo phương pháp bê tơng làm việc bị nứt nhờ chèn móc cốt liệu, căng cáp cố thép dọc − Bảng IV.38 Tổng hợp giá trị lực cắt cốt thép dự ứng lực V p = f pf å Aps sin g j − Lực cắt cáp : f pf =f pj -Δf pT − + f pj = 1291 MPa Bảng5.28 giá trị góc γ Gốc hợp cáp phương ngang Giá trị SVTH: VÕ VĂN THIÊN Bó I-I MSSV: 1451090148 II-II III-III Trang 90 IV-IV ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM γ 1 0.017 0.017 2 0.017 0.017 3 0.052 0.052 0.017 4 0.07 0.07 0.052 Bảng5.29 tính Vp BĨ CÁP Aps I-I II-II III-III IV-IV fpf Vp fpf Vp fpf Vp 4012.4 1015.345 69254.16 1006.565 68655.3 952.874 4012.4 1015.345 69254.16 1006.565 952.874 4012.4 1009.686 210570.8 958.302 Tổng Vp 4012.4 1017.085 285433.4 1008.306 68655.3 199854 282969 620134 64817.2 209928 274745 634512.5 950.295 1006.60 fpf 934.20 934.20 919.39 923.75 V p 0 0 Bảng 5.30Thơng số cần cho tính tốn Mu(Nmm) I-I II-II 1730199349 III-III 5114641939 IV-IV 6719694812 Ao(mm2) 428792.88 428792.88 428792.88 428792.88 Io(mm4) 80825959494 80434456051 79053205827 78788517915 yto(mm) 674.27 671.37 665.71 664.9 dps 778 851.25 1019.75 1047.5 Tổng Pf 4652534.635 4652534.635 4652534.635 4652534.635 V.5.9.1 Thiết kế cốt đai mặt cắt gối − Xác định chiều cao hữu hiệu dv SVTH: VÕ VĂN THIÊN MSSV: 1451090148 Trang 91 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BTCT GVHD: Th.S LÊ HỒNG LAM ì ' a ì 109.908 ï d ps =823.046mm ï 978 ï ï ï ï d v =max í 0.9d ' ps =max í 0.9´ 978 =880.2mm Þ d v =1044mm ï ï ï 0.72h' ï 0.72´ 1450 =1044mm ï ï ỵ ỵ Vu =1021029.744 N V p =634512.517 N − Tính ứng suất cắt danh định, kiểm tra tỉ số ứng suất cắt Ứng suất cắt danh định v: V - f V p 1021029.744 - 0.9 ´ 634512.517 v= u = =0.87 f ´ bw ´ d v 0.9 ´ 550 ´ 1044 v 0.87 = =0.016