Chung

1 MỤC LỤC Chương TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, TÍNH CHẤT VẬT LIỆU VÀ TẢI TRỌNG SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ I TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ II MỤC TIÊU THIẾT KẾ III TẢI TRỌNG THIẾT KẾ Tĩnh tải: Hoạt tải: IV VẬT LIỆU Vật liệu thép: 1.1 Thép ứng suất trước: 1.2 Thép thường: Vật liệu bê tông: Chương THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU I CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU VÀ ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC Cấu tạo: Đặc điểm làm việc: II TRỌNG LƯỢNG CÁC BỘ PHẬN Lan can: Lớp bê tông nhựa: Bản mặt cầu: Bản hẫng: III XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DO TĨNH TẢI Nội lực mặt cầu (trừ phần cánh hẫng): Nội lực trọng lượng hẫng: Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: 10 Nội lực lan can: 10 IV XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DO HOẠT TẢI 10 Mô men dương lớn hoạt tải: 11 1.1 Trường hợp 1: 11 1.2 Trường hợp 2: 11 1.3 So sánh trường hợp 2: 12 Mô men âm lớn gối hoạt tải: 12 2.1 Trường hợp 1: 12 2.2 Trường hợp 2: 13 Mô men âm hoạt tải hẫng: 13 V TỔ HỢP NỘI LỰC BẢN: 14 Trạng thái giới hạn cường độ 1: 14 Trạng thái giới hạn sử dụng: 14 VI CHỌN TIẾT DIỆN CỐT THÉP 15 Cốt thép chịu mômen dương: 16 2 Cốt thép chịu mômen âm: 16 Cốt thép phân bố: 17 Cốt thép chống co ngót nhiệt độ: 17 VII KIỂM TRA NỨT THEO TTGH SỬ DỤNG 17 Điều kiện kiểm tra: 17 Kiểm tra cốt thép chịu mômen dương: 18 Kiểm tra cốt thép chịu mômen âm: 19 Bố trí cốt thép bản: (Xem vẽ) 20 Chương THIẾT KẾ DẦM CHỦ 21 I CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 21 II TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DẦM CHỦ 22 Xác định nội lực tĩnh tải: 22 1.1 Xác định tĩnh tải cho dầm chủ: 22 1.1.1 Tĩnh tải giai đoạn (g1) - Giai đoạn căng kéo cốt thép: 22 1.1.2 Tĩnh tải giai đoạn (g2) 22 1.1.3 Tĩnh tải giai đoạn (g3) 23 1.2 Đường ảnh hưởng mômen, lực cắt: 23 1.3 Tính tốn nội lực tĩnh tải gây ra: 23 1.3.1 Tính diện tích đường ảnh hưởng mặt cắt: 23 1.3.2 Nội lực tĩnh tải (không hệ số): 24 Nội lực hoạt tải: 24 2.1 Hệ số phân phối hoạt tải: 24 2.1.1 Kiểm tra điều kiện áp dụng: 24 2.1.2 Chọn dạng mặt cắt ngang phù hợp: 24 2.1.3 Tính tham số độ cứng dọc: 24 2.1.4 Hệ số phân phối mômen: 26 2.1.5 Hệ số phân phối lực cắt: 28 2.1.6 Tổng hợp kết tính toán hệ số phân phối hoạt tải: 28 2.2 Nội lực hoạt tải (không hệ số): 28 2.2.1 Mặt cắt 100 (gối): 28 2.2.2 Mặt cắt 105 (giữa nhịp): 29 2.2.3 Tương tự tính M, V cho mặt cắt 101, 102, 103 104 31 Tổ hợp nội lực theo TTGH: 32 3.1 Trạng thái giới hạn cường độ 1: 32 3.2 Trạng thái giới hạn sử dụng: 33 III TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 35 Tính cốt thép: 35 Bố trí uốn cốt thép dự ứng lực: 35 2.1 Bố trí bó thép hình vẽ: 35 2.2 Tất bó uốn cong dạng parabol bậc 2: 36 3 2.3 Tính chiều dài tọa độ bó cốt thép: 36 2.3.1 Chiều dài bó: 36 2.3.2 Tọa độ y H: 37 2.4 Tìm trọng tâm cốt thép dự ứng lực: 43 Tính đặc trưng hình học tiết diện: 44 3.1 Mặt cắt 105 (giữa nhịp): 44 3.1.1 Giai đoạn 1: 44 3.1.2 Giai đoạn 2: 45 3.1.3 Giai đoạn 3: 46 3.2 Mặt cắt 100 (tại gối): 47 3.2.1 Giai đoạn 1: 47 3.2.2 Giai đoạn 2: 48 3.2.3 Giai đoạn 3: 49 3.3 Mặt cắt 101: 50 3.3.1 Giai đoạn 1: 50 3.3.2 Giai đoạn 2: 51 3.3.3 Giai đoạn 3: 51 3.4 Mặt cắt 102: 52 3.4.1 Giai đoạn 1: 52 3.4.2 Giai đoạn 2: 53 3.4.3 Giai đoạn 3: 54 3.5 Mặt cắt 103: 55 3.5.1 Giai đoạn 1: 55 3.5.2 Giai đoạn 2: 56 3.5.3 Giai đoạn 3: 56 3.6 Mặt cắt 104: 58 3.6.1 Giai đoạn 1: 58 3.6.2 Giai đoạn 2: 59 3.6.3 Giai đoạn 3: 59 Tính tốn mát ứng suất bó cáp dự ứng lực: 61 4.1 Tính mát ứng suất ma sát bó cáp ứng suất trước ống bọc: 61 4.2 Tính mát thiết bị neo: 66 4.3 Tính tốn mát co ngắn đàn hồi: 66 4.4 Tính ma sát co ngót: 67 4.5 Tính mát từ biến bêtơng: 68 4.6 Tính mát tự chùng cáp: 69 Kiểm toán theo TTGH sử dụng: 70 5.1 Kiểm tra ứng suất MC 105 (giữa nhịp): 70 5.1.1 Giai đoạn căng kéo cốt thép (ngay sau đóng neo): 70 5.1.2 Giai đoạn khai thác (sau mát toàn bộ): 70 5.2 Kiểm tra ứng suất mặt cắt gối (MC100): 71 5.2.1 Giai đoạn căng kéo: 71 4 5.2.2 Giai đoạn khai thác: 72 Kiểm tra theo TTGH cường độ 1: 72 6.1 Xác định bề rộng cánh có hiệu tham gia làm việc với dầm: 72 6.2 Quy đổi tiết diện dầm với bề rộng cánh có hiệu sang tiết diện tính tốn: 73 6.3 Kiểm toán sức kháng uốn tiết diện nhịp dầm: 73 6.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: 75 6.5 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: 76 6.6 Kiểm tra sức kháng cắt tiết diện: 76 6.6.3 Giả thiết Φ = 38,5o, cotgΦ = 1,257 → Tính εx1 79 6.6.4 Bố trí cốt đai trước kiểm tra: 79 Tính độ võng kết cấu nhịp: 81 7.1 Kiểm tra độ võng hoạt tải: 81 7.2 Tính độ võng tĩnh tải - lực căng trước độ vồng (tại MC105): 82 7.2.1 Độ võng lực căng CT DUL: 82 7.2.2 Độ võng trọng lượng thân dầm (giai đoạn 1): 82 Chương TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, TÍNH CHẤT VẬT LIỆU VÀ TẢI TRỌNG SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ I TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ Tiêu chẩn thiết kế cầu 22TCN 272 : 2005 II MỤC TIÊU THIẾT KẾ - Thiết kế phù hợp với đa số nhà thầu, với vật liệu có sẵn vùng, nước Các chi tiết hợp lý - Cơng trình cầu có tính thẩm mỹ cao - Cầu có giá thành hợp lý phương pháp xây dựng đại - Kết cấu yêu cầu nhỏ tu bảo dưỡng III TẢI TRỌNG THIẾT KẾ Tĩnh tải: Tải trọng thân kết cấu phận phi kết cấu: Lan can, lớp phủ mặt cầu, thiết bị thoát nước, chiếu sáng 5 Hoạt tải: Xe ô tô HL-93 theo qui định điều 3.6 [1] cụ thể sau: Ứng lực lớn hoạt tải xe HL-93 phải lấy theo giá trị lớn trường hợp sau: - Hiệu ứng xe hai trục thiết kế tổ hợp với tải trọng thiết kế - Hiệu ứng xe tải thiết kế tổ hợp với tải trọng thiết kế Đối với mô men âm điểm uốn ngược chiều chịu tải trọng rải nhịp với phản lực gối lấy 90% hiệu ứng hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe cách trục bánh sau xe 15 (m) tổ hợp với 90% hiệu ứng tải trọng thiết kế; khoảng cách trục 145 (kN) xe tải phải lấy 4,3 (m) IV VẬT LIỆU Vật liệu thép: 1.1 Thép ứng suất trước: Sử dụng thép có độ chùng dão thấp hãng VSL:ASTM A416 Grade 270, tao loại 15,2 mm - Cường độ kéo quy định thép ứng suất trước: fpu = 1860 (Mpa) - Giới hạn chảy thép ứng suất trước: fpy = 1670 (Mpa) - Mô đun đàn hồi thép ứng suất trước: E = 195.000 (Mpa) - Diện tích tao cáp 15,2 mm: Apsi = 140 (mm2) - Trọng lượng đơn vị tao cáp 15,2 mm = 1,1 (kg/m) - Ứng suất cáp ƯST kích: fpj = 0,75.fpu = 1.395 (Mpa) - Hệ số ma sát góc: μ = 0,25/rad - Hệ số ma sát: K = 0,001/m - Độ tụt neo: (mm) 1.2 Thép thường: * Loại thép có gờ: Mác CB400-V - Giới hạn chảy nhỏ nhất: fy = 400 (Mpa) - Môdun đàn hồi: Es = 200.000 (Mpa) * Thép tròn trơn: Mác CB240-T Giới hạn chảy nhỏ nhất: fy = 240 (Mpa) - 6 - Môdun đàn hồi: Es = 200.000 (Mpa) Vật liệu bê tông: Tỷ trọng bê tông: γc = 2400 (kg/m3) Bảng 19 Sử dụng bê tông cho cấu kiện Cấp bê tông Cường độ f'c (Mpa) C40 40 Dầm tiết diện I BTCT ƯST căng sau C30 30 Bản mặt cầu, dầm ngang, cọc BTCT, mố, trụ C25 25 Gờ lan can, độ C10 10 Bê tơng tạo phẳng đáy móng Sử dụng Chương THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU I CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU VÀ ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC Hình 01 Cấu tạo mặt cầu đặc điểm làm việc - Chiều dày bê tông cốt thép: hs = 200 (mm) - Lớp phòng nước dày (mm) - Chiều dày lớp áo đường bê tông asphalt: 70 (mm) Đặc điểm làm việc: 7 - Bản làm việc cục bộ, kê lên dầm ngang dầm chủ - Nhịp theo phương ngang cầu khoảng cách tim dầm chủ S = 2,2 (m); theo phương dọc cầu có dầm ngang khoảng cách dầm ngang: L = 7,0 (m) Do L2 > 1,5.S = 3,3, nên tính tốn gần đúng, ta thiết kế kê hai cạnh làm việc theo phương ngang cầu, có nhịp S = 2,2 (m)  ta áp dụng phương pháp dải theo ASSHTO để tính tốn thiết kế mặt cầu II TRỌNG LƯỢNG CÁC BỘ PHẬN Tính theo chiều rộng dải ngang (mm) Lan can: - Diện tích mặt cắt ngang lan can trọng tâm lan can: Bảng 20 Tính tốn trọng tâm lan can Hình Kích thước (mm) Rộng Cao 300 680 200 180 200 250 Diện tích (mm2) Xi Si.Xi Hình (Chữ nhật) 204.000 150 30.600.000 Hình (Tam giác) 18.000 367 6.600.000 Hình (Chữ nhật) 50.000 400 20.000.000 Cộng 272.000 57.200.000 Khoảng cách từ trọng tâm lan can đến mép = 210 (mm) + Diện tích mặt cắt ngang: 272.000 (mm2) + Trọng tâm lan can: Cách mép 210 (mm) - Trọng lượng lan can: Pb = 2400  10-9  9,81  272.000 + 0,45 = 6,85 (N/mm) (Lấy trọng lượng phần tay vịn lan can 0,45 N/mm) Lớp bê tông nhựa: WDW = 2250  10-9  9,81  70 = 0,00155 (N/mm2) Bản mặt cầu: WS = 2400  10-9  9,81  200 = 0,00471 (N/mm2) Bản hẫng: W0 = 2400  10-9  9,81  200 = 0,00471 (N/mm2) 8 III XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DO TĨNH TẢI Bản mặt cầu xem dải nằm vng góc với dầm chủ Mômen dương lớn nằm khu vực hai dầm chủ Tương tự, mômen âm lớn nằm đỉnh dầm Dải ngang coi liên tục nhiều nhịp, có nhịp khoảng cách hai dầm chủ Dầm chủ coi cứng tuyệt đối Để xác định lực cắt mômen uốn vị trí ta lập đường ảnh hưởng dầm liên tục bốn nhịp hai đầu hẫng Tra phụ lục A - Sách Cầu bê tông cốt thép đường tơ - Tập GS.TS Lê Đình Tâm, ta lập đường ảnh hưởng sau: - Chiều dài đoạn hẫng: L = 1.100 (mm) - Khoảng cách từ trọng tâm lan can đến gối thứ nhất: L1 = 1100 - 210 = 890 (mm) - Khoảng cách từ mép lan can đến gối thứ nhất: L2 = 1100 - 500 = 600 (mm) 9 Hình 02 Sơ đồ tính đường ảnh hưởng M200, M204, M300 - Diện tích phần đường ảnh hưởng phía (khơng kể mút thừa): Bảng 21 Diện tích đường ảnh hưởng (phần trong) Đường ảnh hưởng ADương Aâm Akhông hẫng M200 0 M204 0,0986 -0,0214 0,0772 M300 0,0134 - Diện tích đường ảnh hưởng phần mút thừa: -0,1205 -0,1071 Bảng 22 Diện tích đường ảnh hưởng (phần mút thừa) Đường ảnh hưởng ADương Aâm Ahẫng 10 10 M200 -0,5 -0,5 M204 -0,246 -0,246 M300 0,135 0,135 Khi xác định nội lực tĩnh tải ta tính dải ngang có chiều rộng mm Nội lực mặt cầu (trừ phần cánh hẫng): Hình 02 Tải trọng mặt cầu tác dụng vào dải (phần trong) Các đường ảnh hưởng mặt cầu cho bảng A1, phụ lục A, sách Cầu bê tông cốt thép đường ô tô - Tập - GS.TS Lê Đình Tâm Đối với tải trọng phân bố đều, lấy diện tích bảng nhân với S để tính lực cắt S2 để tính mơ men MS = WS  Akhông hẫng  S2 M204S = 0,00471  0,0772  2.2002 = 1.760 (N/mm) M300S = 0,00471  (-0,1071)  2.2002 = -2.441 (N/mm) Nội lực trọng lượng hẫng: Hình 03 Tải trọng hẫng tác dụng lên dải (phần mút thừa) M0 = W0  Ahẫng  L2 M2000 = 0,00471  (-0,5)  1.1002 = -2.850 (N/mm) M2040 = 0,00471  (-0,246)  1.1002 = -1.402 (N/mm) M3000 = 0,00471  0,135  1.1002 = 769 (N/mm) Nội lực trọng lượng lớp phủ mặt cầu: